Reaktivitás meghatározása a kémiában

A kémiai reakcióképesség azt jelzi, hogy egy anyag mennyire könnyen megy keresztül a kémiai reakció. A reakció magában foglalhatja az anyagot önmagában vagy más atomokkal vagy vegyületekkel, általában energiájuk felszabadulásával. A leginkább reaktív elemek és vegyületek spontán vagy robbanásveszélyesek lehetnek. Általában vízben égnek, valamint a levegőben az oxigén is. A reaktivitás attól függ hőfok. A hőmérséklet növekedése növeli a kémiai reakcióhoz rendelkezésre álló energiát, általában valószínűbbé téve azt.

A reaktivitás egy másik meghatározása, hogy a kémiai reakciók és azok tudományos kutatása kinetika.

Az elemek szervezése a periódusos táblázat lehetővé teszi a reakcióképességre vonatkozó előrejelzéseket. Nagyon elektropozitív és nagymértékben elektronegatív elemek erősen hajlamos reagálni. Ezek az elemek a periódusos rendszer jobb felső és alsó sarkában, valamint egyes elemcsoportokban találhatók. Az halogének, az alkálifémek és az alkáliföldfémek nagyon reagálnak.

• A leginkább reaktív elem fluor, a halogéncsoport első elemét.
• A legreaktívabb fém francium, az utolsó alkálifém (és legdrágább elem). A francium azonban instabil radioaktív elem, csak nyomokban található meg. Az a legreaktívabb fém stabil izotópja a cézium, amely közvetlenül található a periódikus táblázatban a francia felett.
• A legkevésbé reaktív elemek a nemesgázok. Ebben a csoportban a hélium a legkevésbé reaktív elem, nem képez stabil vegyületeket.
• A fémnek több oxidációs állapota lehet, és általában köztes reakcióképességűek. Az alacsony reakcióképességű fémeket nevezzük nemesfémek. A legkevésbé reakcióképes fém a platina, amelyet az arany követ. Kis reakcióképességük miatt ezek a fémek nem oldódnak könnyen az erős savakban. Kristályvíz, salétromsav és sósav keverékét használják a platina és az arany feloldására.

Egy anyag akkor reagál, ha a kémiai reakcióból képződött termékek alacsonyabb energiájú (nagyobb stabilitással rendelkeznek), mint a reagensek. Az energiakülönbség a valenciakötési elmélet, az atom-orbitális elmélet és a molekuláris orbitális elmélet felhasználásával megjósolható. Alapvetően felmelegszik az elektronok stabilitására pályák. A pár nélkül álló elektronok, amelyekben összehasonlíthatatlan pályákon nem léteznek elektronok, valószínűleg kölcsönhatásba lépnek más atomok körüli pályákkal, kémiai kötéseket képezve. A párosodott, degeneratív, félig kitöltött pályákkal rendelkező elektronok stabilabbak, de mégis reaktívak. A legkevésbé reaktív atomok azok, amelyek kitöltött körüli pályát tartalmaznak (oktett).

Az elektronok stabilitása az atomokban nem csak egy atom reaktivitását határozza meg, hanem az vegyérték vegyértékét és a kémiai kötések típusát is. Például a szén valenciája általában 4, és 4 kötést képez, mivel alapállapotú valencia elektron-konfigurációja 2 másodpercenként félig töltött meg² 2p². A reakcióképesség egyszerű magyarázata az, hogy ez növekszik az elektron elfogadásának vagy adományozásának egyszerűségével. Szén esetében egy atom vagy elfogadhat 4 elektronot, hogy kitöltse orbitáját, vagy (ritkábban) adományozza a négy külső elektronot. Noha a modell atomi viselkedésen alapul, ugyanaz az elv vonatkozik az ionokra és a vegyületekre.

A reaktivitást befolyásolják a minta fizikai tulajdonságai, annak kémiai tisztasága és más anyagok jelenléte. Más szavakkal, a reaktivitás attól függ, hogy milyen környezetben tekintik az anyagot. Például, a szódabikarbóna és a víz nem különösebben reakcióképes a szódabikarbóna és az ecet könnyen reagálnak szén-dioxid gázt és nátrium-acetátot képez.

A részecskeméret befolyásolja a reaktivitást. Például egy halom kukoricakeményítő viszonylag inert. Ha közvetlen lángot adnak a keményítőre, akkor nehéz elindítani az égési reakciót. Ha azonban a kukoricakeményítőt elpárologtatják, és így részecskékréteg képződik, akkor ez keletkezik könnyen meggyullad.

Időnként a reakcióképesség kifejezést használják annak leírására is, hogy az anyag milyen gyorsan reagál, vagy a kémiai reakció sebessége. E meghatározás szerint a reagálás esélye és a reakció sebessége a sebesség törvényével kapcsolódik egymáshoz:

Ahol a sebesség a másodpercenkénti moláris koncentráció változása a reakció sebességét meghatározó lépésben, k a reakcióállandó (független a koncentráció), és [A] a reagensek moláris koncentrációjának szorzata, amelyet a reakció sorrendjére emeltünk (amely az alapértékben egy egyenlet). Az egyenlet szerint minél nagyobb a vegyület reaktivitása, annál nagyobb a k értéke és a sebesség.

Az alacsony reaktivitású fajokat néha "stabilnak" nevezik, de vigyázni kell arra, hogy a környezet világos legyen. A stabilitás utalhat lassú radioaktív bomlásra vagy az elektronok gerjesztett állapotból való átmenetére kevésbé energiás szintre (mint a lumineszcencia). Egy nem reaktív fajt "inertnek" nevezhetünk. A legtöbb inert faj azonban valóban megfelelő körülmények között reagál, és komplexeket és vegyületeket (például magasabb atomszámú nemesgázokat) képez.