Vad betyder reaktivitet inom kemi?

I kemi är reaktivitet ett mått på hur lätt ett ämne genomgår en kemisk reaktion. Reaktionen kan involvera ämnet på egen hand eller med andra atomer eller föreningar, i allmänhet åtföljt av en frisättning av energi. De mest reaktiva elementen och föreningarna kan antändas spontant eller explosivt. De brinner i allmänhet i vatten såväl som syre i luften. Reaktiviteten är beroende av temperaturen. Ökande temperatur ökar den tillgängliga energin för en kemisk reaktion, vilket vanligtvis gör det mer troligt.

En annan definition av reaktivitet är att det är den vetenskapliga studien av kemiska reaktioner och deras kinetik.

Reaktivitetsutveckling i det periodiska systemet

Organiseringen av element på det periodiska systemet möjliggör förutsägelser om reaktivitet. Både mycket elektropositiva och mycket elektronegativa element har en stark tendens att reagera. Dessa element är belägna i det övre högra och nedre vänstra hörnet av det periodiska systemet och i vissa elementgrupper. Halogener, alkalimetaller och jordalkalimetaller är mycket reaktiva.

• Det mest reaktiva elementet är fluor, det första elementet i halogengruppen.
• Den mest reaktiva metallen är francium, den sista alkalimetallen (och det dyraste elementet). Men francium är ett instabilt radioaktivt element som bara finns i spårmängder. Den mest reaktiva metallen som har en stabil isotop är cesium, som ligger direkt ovanför francium på det periodiska bordet.
• De minst reaktiva elementen är de ädla gaserna. Inom denna grupp är helium det minst reaktiva elementet och bildar inga stabila föreningar.
• Metall kan ha flera oxidationstillstånd och tenderar att ha mellanliggande reaktivitet. Metaller med låg reaktivitet kallas ädelmetaller. Den minst reaktiva metallen är platina, följt av guld. På grund av deras låga reaktivitet löses dessa metaller inte lätt i starka syror. Aqua regia, en blandning av salpetersyra och saltsyra, används för att lösa platina och guld.

Hur reaktivitet fungerar

Ett ämne reagerar när produkterna som bildas genom en kemisk reaktion har lägre energi (högre stabilitet) än reaktanterna. Energiförskjutningen kan förutsägas med hjälp av valensbindningsteori, atomisk orbitalteori och molekylär orbitalteori. I grund och botten koker det till stabiliteten hos elektroner i deras orbital. Oparade elektroner utan elektroner i jämförbara orbitaler är de mest troliga att interagera med orbitaler från andra atomer och bildar kemiska bindningar. Oparade elektroner med degenererade orbitaler som är halvfyllda är mer stabila men ändå reaktiva. De minst reaktiva atomerna är de med en fylld uppsättning orbitaler (oktett).

Elektronernas stabilitet i atomer bestämmer inte bara en atoms reaktivitet utan dess valens och vilken typ av kemiska bindningar den kan bilda. Exempelvis har kol vanligtvis en valens av 4 och bildar 4 bindningar eftersom dess jordtillstånd-valenselektronkonfiguration är halvfyllt vid 2s² 2p². En enkel förklaring av reaktiviteten är att den ökar med lätthet att acceptera eller donera en elektron. När det gäller kol kan en atom antingen acceptera fyra elektroner för att fylla dess omloppsbana eller (mindre ofta) donera de fyra yttre elektronerna. Medan modellen är baserad på atomiskt beteende gäller samma princip för joner och föreningar.

Reaktiviteten påverkas av de fysiska egenskaperna hos ett prov, dess kemiska renhet och närvaron av andra ämnen. Med andra ord beror reaktiviteten på det sammanhang som ett ämne betraktas i. Till exempel är bakpulver och vatten inte särskilt reaktiva, medan bakpulver och vinäger lätt reagerar för att bilda koldioxidgas och natriumacetat.

Partikelstorlek påverkar reaktiviteten. Till exempel är en hög med majsstärkelse relativt inert. Om man applicerar en direkt flamma på stärkelsen är det svårt att initiera en förbränningsreaktion. Men om majsstärkelsen förångas för att skapa ett moln av partiklar, antänds det lätt.

Ibland används termen reaktivitet också för att beskriva hur snabbt ett material kommer att reagera eller hastigheten på den kemiska reaktionen. Enligt denna definition är chansen att reagera och reaktionens hastighet relaterade till varandra genom skattelagen:

Betyg = k [A]

När hastigheten är förändringen i molkoncentration per sekund i det hastighetsbestämande steget i reaktionen, är k reaktionskonstanten (oberoende av koncentration), och [A] är produkten från den molära koncentrationen av reaktanterna höjda till reaktionsordningen (som är en i grundekvationen). Enligt ekvationen, desto högre är reaktiviteten hos föreningen, desto högre är dess värde för k och hastighet.

Stabilitet kontra reaktivitet

Ibland kallas en art med låg reaktivitet "stabil", men man bör se till att kontexten är tydlig. Stabilitet kan också hänvisa till långsamt radioaktivt sönderfall eller till övergången av elektroner från det upphetsade tillståndet till mindre energiska nivåer (som vid luminescens). En icke-reaktiv art kan kallas "inert". Men de flesta inerta arter reagerar faktiskt under de rätta förhållandena för att bilda komplex och föreningar (t.ex. ädelgaser med högre atomantal).