Wat betekent reactiviteit in de chemie?

In de chemie is reactiviteit een maat voor hoe gemakkelijk een stof een chemische reactie ondergaat. De reactie kan de stof als zodanig of met andere atomen of verbindingen betreffen, in het algemeen gepaard met een afgifte van energie. De meest reactieve elementen en verbindingen kunnen spontaan of explosief ontbranden. Ze branden in het algemeen zowel in water als in de lucht in de lucht. Reactiviteit is afhankelijk van temperatuur. Verhoging van de temperatuur verhoogt de energie die beschikbaar is voor een chemische reactie, waardoor het waarschijnlijker wordt.

Een andere definitie van reactiviteit is dat het de wetenschappelijke studie is van chemische reacties en hun kinetiek.

Reactiviteitstrend in het periodiek systeem

De organisatie van elementen op het periodiek systeem maakt voorspellingen mogelijk over reactiviteit. Zowel sterk elektropositieve als sterk elektronegatieve elementen hebben een sterke neiging om te reageren. Deze elementen bevinden zich rechtsboven en linksonder in het periodiek systeem en in bepaalde elementgroepen. De halogenen, alkalimetalen en aardalkalimetalen zijn zeer reactief.

• Het meest reactieve element is fluor, het eerste element in de halogeengroep.
• Het meest reactieve metaal is francium, het laatste alkalimetaal (en duurste element). Francium is echter een onstabiel radioactief element dat alleen in sporen wordt gevonden. Het meest reactieve metaal met een stabiele isotoop is cesium, dat zich direct boven francium op het periodiek systeem bevindt.
• De minst reactieve elementen zijn de edelgassen. Binnen deze groep is helium het minst reactieve element en vormt het geen stabiele verbindingen.
• Metaal kan meerdere oxidatietoestanden hebben en heeft de neiging tussenliggende reactiviteit te hebben. Metalen met lage reactiviteit worden nobele metalen genoemd. Het minst reactieve metaal is platina, gevolgd door goud. Vanwege hun lage reactiviteit lossen deze metalen niet gemakkelijk op in sterke zuren. Aqua regia, een mengsel van salpeterzuur en zoutzuur, wordt gebruikt om platina en goud op te lossen.

Hoe reactiviteit werkt

Een stof reageert wanneer de uit een chemische reactie gevormde producten een lagere energie (hogere stabiliteit) hebben dan de reactanten. Het energieverschil kan worden voorspeld met behulp van valentiebindingstheorie, atomaire orbitale theorie en moleculaire orbitale theorie. Kortom, het komt neer op de stabiliteit van elektronen in hun orbitalen. Ongepaarde elektronen zonder elektronen in vergelijkbare orbitalen hebben de meeste kans om te interageren met orbitalen van andere atomen, waardoor chemische bindingen worden gevormd. Ongepaarde elektronen met gedegenereerde orbitalen die half gevuld zijn, zijn stabieler maar nog steeds reactief. De minst reactieve atomen zijn die met een gevulde reeks orbitalen (octet).

De stabiliteit van de elektronen in atomen bepaalt niet alleen de reactiviteit van een atoom, maar ook de valentie en het type chemische bindingen dat het kan vormen. Koolstof heeft bijvoorbeeld meestal een valentie van 4 en vormt 4 bindingen omdat de configuratie van de valentie-elektronen in de grondtoestand half gevuld is op 2s² 2p². Een eenvoudige verklaring van reactiviteit is dat deze toeneemt met het gemak van het accepteren of doneren van een elektron. In het geval van koolstof kan een atoom ofwel 4 elektronen accepteren om zijn orbitaal te vullen of (minder vaak) de vier buitenste elektronen doneren. Hoewel het model is gebaseerd op atomair gedrag, is hetzelfde principe van toepassing op ionen en verbindingen.

Reactiviteit wordt beïnvloed door de fysische eigenschappen van een monster, de chemische zuiverheid ervan en de aanwezigheid van andere stoffen. Met andere woorden, reactiviteit hangt af van de context waarin een stof wordt bekeken. Zuiveringszout en water zijn bijvoorbeeld niet bijzonder reactief, terwijl zuiveringszout en azijn gemakkelijk reageren om kooldioxidegas en natriumacetaat te vormen.

Deeltjesgrootte beïnvloedt reactiviteit. Een stapel maïszetmeel is bijvoorbeeld relatief inert. Als men een directe vlam op het zetmeel aanbrengt, is het moeilijk om een ​​verbrandingsreactie te initiëren. Als het maïszetmeel echter wordt verdampt om een ​​wolk van deeltjes te maken, ontsteekt het gemakkelijk.

Soms wordt de term reactiviteit ook gebruikt om te beschrijven hoe snel een materiaal zal reageren of de snelheid van de chemische reactie. Volgens deze definitie zijn de kans om te reageren en de snelheid van de reactie met elkaar verbonden door de tariefwet:

Tarief = k [A]

Waar snelheid de verandering in molaire concentratie per seconde is in de snelheidsbepalende stap van de reactie, is k de reactieconstante (onafhankelijk van concentratie) en is [A] het product van de molaire concentratie van de reactanten verhoogd tot de reactieorde (wat één is, in de basisvergelijking). Volgens de vergelijking, hoe hoger de reactiviteit van de verbinding, hoe hoger de waarde voor k en snelheid.

Stabiliteit versus reactiviteit

Soms wordt een soort met lage reactiviteit "stabiel" genoemd, maar er moet op worden gelet om de context duidelijk te maken. Stabiliteit kan ook verwijzen naar langzaam radioactief verval of naar de overgang van elektronen van de geëxciteerde toestand naar minder energetische niveaus (zoals in luminescentie). Een niet-reactieve soort kan "inert" worden genoemd. De meeste inerte soorten reageren echter wel onder de juiste omstandigheden om complexen en verbindingen te vormen (bijv. Edelgassen met een hoger atoomnummer).