Реакционная способность (химия) - Reactivity (chemistry)

В химия, реактивность это импульс, для которого химическая субстанция подвергается химическая реакция, либо отдельно, либо с другими материалами, с общим выпуском энергия.

Реактивность относится к:

• химические реакции одного вещества,
• химические реакции двух или более веществ, которые взаимодействуют друг с другом,
• систематическое изучение совокупности реакций этих двух типов,
• методология, применяемая к изучению реакционной способности химических веществ всех видов,
• экспериментальные методы, которые используются для наблюдения этих процессов
• теории для прогнозирования и учета этих процессов.

Химическая реакционная способность отдельного вещества (реагента) охватывает его поведение, при котором оно:

• Разлагается
• Образует новые вещества путем добавления атомов из другого реагента или реагентов.
• Взаимодействует с двумя или более другими реагентами с образованием двух или более продуктов

Химическая реакционная способность вещества может относиться к множеству обстоятельств (условий, которые включают температуру, давление, присутствие катализаторов), в которых оно реагирует, в сочетании с:

• Разнообразие веществ, с которыми он реагирует
• Точка равновесия реакции (т.е. степень, в которой все реагирует)
• Скорость реакции

Период, термин реактивность связано с концепцией химическая стабильность и химическая совместимость.

Альтернативная точка зрения

Реактивность это несколько расплывчатое понятие в химии. Похоже, что он включает в себя как термодинамические факторы, так и кинетические факторы, то есть, реагирует ли вещество и как быстро оно реагирует. На самом деле оба фактора различны, и оба обычно зависят от температуры. Например, обычно утверждают, что реакционная способность металлов первой группы (Na, K и т. Д.) Увеличивается вниз по группе в периодической таблице или что реакционная способность водорода подтверждается его реакцией с кислородом. Фактически, скорость реакции щелочных металлов (о чем свидетельствует, например, их реакция с водой) является функцией не только положения в группе, но и размера частиц. Водород не вступает в реакцию с кислородом, даже если константа равновесия очень велика, если только пламя не инициирует радикальную реакцию, которая приводит к взрыву.

Ограничение термина для обозначения скорости реакции приводит к более последовательной точке зрения. Реактивность затем относится к ставка при котором химическая субстанция имеет тенденцию подвергаться химическая реакция во время. В чистом виде соединения, реакционная способность регулируется физическими свойствами образца. Например, измельчение образца до более высокой удельной поверхности увеличивает его реакционную способность. В нечистых соединениях на реакционную способность также влияет включение загрязняющих веществ. В кристаллический соединений, кристаллическая форма также может влиять на реакционную способность. Однако во всех случаях реакционная способность в первую очередь обусловлена ​​субатомными свойствами соединения.

Хотя часто говорят, что вещество «X является реактивным», все вещества реагируют с одними реагентами, а не с другими. Например, заявляя, что «металлический натрий реакционноспособен», мы ссылаемся на тот факт, что натрий реагирует со многими обычными реагентами (включая чистый кислород, хлор, соляную кислоту, воду) и / или что он быстро реагирует с такими материалами. либо при комнатной температуре, либо с использованием пламени Бунзена.

«Стабильность» не следует путать с реактивностью. Например, изолированная молекула в электронно-возбужденном состоянии молекулы кислорода спонтанно излучает свет по прошествии статистически определенного периода.^{[нужна цитата ]}. Период полураспада такого вида - еще одно проявление его стабильности, но его реакционная способность может быть определена только через его реакции с другими видами.

Причины реактивности

Второе значение «реактивности», то есть реагирует ли вещество или нет, можно рационализировать на атомном и молекулярном уровне, используя более старую и более простую теорию валентных связей, а также теорию атомных и молекулярных орбиталей. Термодинамически a химическая реакция происходит потому, что товары (взятые как группа) имеют более низкую свободная энергия чем реагенты; состояние с более низкой энергией называется «более стабильным состоянием». Квантовая химия обеспечивает наиболее глубокое и точное понимание причины, по которой это происходит. В общем, электроны существовать в орбитали которые являются результатом решения Уравнение Шредингера для конкретных ситуаций.

Все вещи (ценности п и м_л квантовые числа ) при равенстве, порядок стабильности электронов в системе от наименьшего к наибольшему не связан с отсутствием других электронов на аналогичных орбиталях, неспарен со всеми вырожденными орбиталями, наполовину заполненными, а наиболее стабильным является заполненный набор орбиталей. Чтобы достичь одного из этих порядков стабильности, атом взаимодействует с другим атомом, стабилизируя оба. Например, одинокий водород атом имеет единственный электрон на своей 1s-орбитали. Становится значительно стабильнее (аж 100 килокалорий на моль, или 420 килоджоули на крот ) при реакции на форму H₂.

По этой же причине углерод почти всегда составляет четыре облигации. Его основное состояние валентность конфигурация 2s² 2p², наполовину заполнен. Тем не менее энергия активации переход от наполовину заполненных к полностью заполненным p-орбиталям настолько мал, что им можно пренебречь, и поэтому углерод образует их почти мгновенно. Между тем в процессе выделяется значительное количество энергии (экзотермический ). Эта конфигурация четырех равных связей называется sp³ гибридизация.

Вышеупомянутые три абзаца объясняют, хотя и в очень общем смысле, реакции некоторых общих частиц, в частности атомов. Одним из подходов к обобщению вышеизложенного является модель активационной деформации.^[1][2][3] химической реакционной способности, которая обеспечивает причинную связь между жесткостью реагентов и их электронной структурой, а также высотой реакционного барьера.

Скорость любой реакции,

${\displaystyle {\ce {Reactants -> Products}}}$

регулируется тарифный закон:

${\displaystyle {\text{Rate}}=k\cdot [{\ce {A}}]}$

где ставка - это изменение молярной концентрации за одну секунду на стадии, определяющей скорость реакции (самая медленная стадия), [A] - это произведение молярной концентрации всех реагентов в правильном порядке, известное как порядок реакции , и k - константа реакции, которая постоянна для одного данного набора обстоятельств (обычно температуры и давления) и не зависит от концентрации. Чем выше реакционная способность соединения, тем выше значение k и тем выше ставка. Например, если,

${\displaystyle {\ce {A + B -> C + D}}}$

Потом:

${\displaystyle {\text{Rate}}=k\cdot [{\ce {A}}]^{n}\cdot [{\ce {B}}]^{m}}$

куда п - порядок реакции A, м - порядок реакции B, ${\displaystyle n+m}$ - порядок реакции полной реакции, а k - константа реакции.

Смотрите также

• Катализ
• Серия реактивности
• Кинетика Михаэлиса – Ментен
• Органическая химия
• Химическая кинетика
• Теория переходного состояния
• Теория Маркуса
• Уравнение Клопмана-Салема

Рекомендации

1. Wolters, L.P .; Бикельгаупт, Ф. М. (01.07.2015). «Модель активационной деформации и теория молекулярных орбиталей». Междисциплинарные обзоры Wiley: вычислительная молекулярная наука. 5 (4): 324–343. Дои:10.1002 / wcms.1221. ISSN  1759-0884. ЧВК  4696410. PMID  26753009.
2. Бикельгаупт, Ф. М. (15 января 1999 г.). «Понимание реакционной способности с помощью теории молекулярных орбиталей Кона – Шэма: механистический спектр E2 – SN2 и другие концепции». Журнал вычислительной химии. 20 (1): 114–128. Дои:10.1002 / (sici) 1096-987x (19990115) 20: 1 <114 :: aid-jcc12> 3.0.co; 2-l. ISSN  1096-987X.
3. Ess, D. H .; Хоук, К. Н. (2007-08-09). "Контроль энергии искажения / взаимодействия реакционной способности 1,3-диполярного циклоприсоединения". Журнал Американского химического общества. 129 (35): 10646–10647. Дои:10.1021 / ja0734086. PMID  17685614.