Ορισμός της αντιδραστικότητας στη χημεία

Στη χημεία, η αντιδραστικότητα είναι ένα μέτρο για το πόσο εύκολα υφίσταται μια ουσία χημική αντίδραση. Η αντίδραση μπορεί να περιλαμβάνει την ουσία μόνη της ή με άλλα άτομα ή ενώσεις, γενικά συνοδευόμενη από απελευθέρωση ενέργειας. Τα πιο αντιδραστικά στοιχεία και ενώσεις μπορούν να αναφλεγούν αυθόρμητα ή εκρηκτικά. Γενικά καίγονται στο νερό καθώς και το οξυγόνο στον αέρα. Η δραστικότητα εξαρτάται από θερμοκρασία. Η αύξηση της θερμοκρασίας αυξάνει την διαθέσιμη ενέργεια για μια χημική αντίδραση, καθιστώντας συνήθως πιο πιθανή.

Ένας άλλος ορισμός της αντιδραστικότητας είναι ότι πρόκειται για την επιστημονική μελέτη των χημικών αντιδράσεων και των δικών τους κινητική.

Η οργάνωση των στοιχείων στο Περιοδικός Πίνακας επιτρέπει προβλέψεις σχετικά με την αντιδραστικότητα. Τόσο εξαιρετικά ηλεκτροθετικό όσο και εξαιρετικά ηλεκτροαρνητικά στοιχεία έχουν έντονη τάση να αντιδρούν. Αυτά τα στοιχεία βρίσκονται στην επάνω δεξιά και κάτω αριστερή γωνία του περιοδικού πίνακα και σε ορισμένες ομάδες στοιχείων. ο

• Το πιο αντιδραστικό στοιχείο είναι φθόριο, το πρώτο στοιχείο στην ομάδα αλογόνων.
• Το πιο δραστικό μέταλλο είναι φράγκιο, το τελευταίο αλκαλικό μέταλλο (και πιο ακριβό στοιχείο). Ωστόσο, το φρέσκο ​​είναι ένα ασταθές ραδιενεργό στοιχείο, το οποίο βρίσκεται μόνο σε ίχνη. ο πιο αντιδραστικό μέταλλο που έχει ένα σταθερό ισοτόπιο είναι το καίσιο, το οποίο βρίσκεται ακριβώς πάνω από το φρεντίσιο στον περιοδικό πίνακα.
• Τα λιγότερο δραστικά στοιχεία είναι τα ευγενή αέρια. Μέσα σε αυτή την ομάδα, το ήλιο είναι το λιγότερο αντιδραστικό στοιχείο που δεν σχηματίζει σταθερές ενώσεις.
• Το μέταλλο μπορεί να έχει πολλαπλές καταστάσεις οξείδωσης και τείνει να έχει ενδιάμεση αντιδραστικότητα. Τα μέταλλα με χαμηλή αντιδραστικότητα καλούνται ευγενή μέταλλα. Το λιγότερο δραστικό μέταλλο είναι πλατίνα, ακολουθούμενο από χρυσό. Λόγω της χαμηλής αντιδραστικότητας τους, τα μέταλλα αυτά δεν διαλύονται εύκολα σε ισχυρά οξέα. Aqua regia, ένα μείγμα νιτρικού οξέος και υδροχλωρικού οξέος, χρησιμοποιείται για τη διάλυση της πλατίνας και του χρυσού.

Μια ουσία αντιδρά όταν τα προϊόντα που σχηματίζονται από μια χημική αντίδραση έχουν χαμηλότερη ενέργεια (μεγαλύτερη σταθερότητα) από τα αντιδραστήρια. Η διαφορά ενέργειας μπορεί να προβλεφθεί χρησιμοποιώντας τη θεωρία του δεσμού σθένους, την ατομική τροχιακή θεωρία και τη θεωρία μοριακών τροχιακών. Βασικά, βράζει στη σταθερότητα των ηλεκτρονίων τροχιακά. Τα μη ζευγαρωμένα ηλεκτρόνια χωρίς ηλεκτρόνια σε συγκρίσιμα τροχιακά είναι τα πιο πιθανά να αλληλεπιδράσουν με τα τροχιακά από άλλα άτομα, σχηματίζοντας χημικούς δεσμούς. Τα μη συζευγμένα ηλεκτρόνια με εκφυλισμένα τροχιακά που είναι μισά γεμάτα είναι πιο σταθερά αλλά ακόμα αντιδραστικά. Τα λιγότερο δραστικά άτομα είναι εκείνα με γεμάτο σύνολο τροχιακών (οκταφωνία).

Η σταθερότητα των ηλεκτρονίων στα άτομα καθορίζει όχι μόνο την αντιδραστικότητα ενός ατόμου αλλά το σθένος του και τον τύπο των χημικών δεσμών που μπορεί να σχηματίσει. Για παράδειγμα, ο άνθρακας έχει συνήθως σθένος 4 και δεσμούς μορφής 4 επειδή η διαμόρφωση ηλεκτρονικού σθένους κατάστασης ισορροπίας είναι γεμάτη κατά το ήμισυ στα 2 δευτερόλεπτα² 2ρ². Μια απλή εξήγηση της αντιδραστικότητας είναι ότι αυξάνει με την ευκολία αποδοχής ή δωρεάς ενός ηλεκτρονίου. Στην περίπτωση του άνθρακα, ένα άτομο μπορεί είτε να δέχεται 4 ηλεκτρόνια για να γεμίσει το τροχιακό του, είτε (λιγότερο συχνά) να δωρίσει τα τέσσερα εξωτερικά ηλεκτρόνια. Ενώ το μοντέλο βασίζεται στην ατομική συμπεριφορά, η ίδια αρχή ισχύει και για τα ιόντα και τις ενώσεις.

Η αντιδραστικότητα επηρεάζεται από τις φυσικές ιδιότητες ενός δείγματος, τη χημική του καθαρότητα και την παρουσία άλλων ουσιών. Με άλλα λόγια, η δραστικότητα εξαρτάται από το πλαίσιο μέσα στο οποίο παρατηρείται μια ουσία. Για παράδειγμα, η σόδα και το νερό ψησίματος δεν είναι ιδιαίτερα αντιδραστικές, ενώ μαγειρική σόδα και ξίδι αντιδρούν εύκολα για το σχηματισμό αερίου διοξειδίου του άνθρακα και οξικού νατρίου.

Το μέγεθος σωματιδίων επηρεάζει την αντιδραστικότητα. Για παράδειγμα, ένας σωρός από άμυλο αραβοσίτου είναι σχετικά αδρανής. Αν κάποιος εφαρμόσει μια άμεση φλόγα στο άμυλο, είναι δύσκολο να ξεκινήσει μια αντίδραση καύσης. Ωστόσο, αν το άμυλο καλαμποκιού εξατμιστεί για να σχηματίσει ένα σύννεφο σωματιδίων, αυτό αναφλέγεται εύκολα.

Μερικές φορές ο όρος αντιδραστικότητα χρησιμοποιείται επίσης για να περιγράψει πόσο γρήγορα θα αντιδρά ένα υλικό ή το ρυθμό της χημικής αντίδρασης. Σύμφωνα με τον ορισμό αυτό, η πιθανότητα αντίδρασης και η ταχύτητα της αντίδρασης συνδέονται μεταξύ τους με το νόμο περί επιτοκίων:

Όπου ο ρυθμός είναι η μεταβολή της γραμμομοριακής συγκέντρωσης ανά δευτερόλεπτο στο στάδιο προσδιορισμού της ταχύτητας της αντίδρασης, το k είναι η σταθερά της αντίδρασης (ανεξάρτητα από το συγκέντρωση) και το [Α] είναι το προϊόν της γραμμομοριακής συγκέντρωσης των αντιδρώντων που εκτρέφονται στην τάξη της αντίδρασης (η οποία είναι μία, στη βασική εξίσωση). Σύμφωνα με την εξίσωση, όσο μεγαλύτερη είναι η δραστικότητα της ένωσης, τόσο υψηλότερη είναι η τιμή της για το k και η ταχύτητα.

Μερικές φορές ένα είδος με χαμηλή αντιδραστικότητα ονομάζεται "σταθερό", αλλά πρέπει να ληφθεί μέριμνα για να γίνει σαφές το πλαίσιο. Η σταθερότητα μπορεί επίσης να αναφέρεται στη βραδεία ραδιενεργή αποσύνθεση ή στη μετάβαση των ηλεκτρονίων από την διεγερμένη κατάσταση σε λιγότερο ενεργητικά επίπεδα (όπως στην φωταύγεια). Ένα μη αντιδραστικό είδος μπορεί να ονομαστεί "αδρανές". Ωστόσο, τα περισσότερα αδρανή είδη αντιδρούν πράγματι υπό τις κατάλληλες συνθήκες για να σχηματίσουν σύμπλοκα και ενώσεις (π.χ., ανώτερο ατομικό αριθμό ευγενών αερίων).