面白い

化学における反応性とは何ですか?

化学における反応性とは何ですか?

化学では、反応性は、物質が化学反応をどの程度容易に受けるかの尺度です。この反応は、一般にエネルギーの放出を伴う、それ自体または他の原子または化合物との物質を伴うことがあります。最も反応性の高い元素および化合物は、自然発火または爆発的に発火する場合があります。それらは一般に水と空気中の酸素で燃えます。反応性は温度に依存します。温度を上げると、化学反応に利用できるエネルギーが増加し、通常は反応しやすくなります。

反応性の別の定義は、化学反応とその反応速度の科学的研究であるということです。

周期表の反応性の傾向

周期表の要素の構成により、反応性に関する予測が可能になります。高度に電気陽性の要素と高度に電気陰性の要素の両方は、反応する傾向が強い。これらの元素は、周期表の右上隅と左下隅、および特定の元素グループにあります。ハロゲン、アルカリ金属、アルカリ土類金属は非常に反応性が高いです。

  • 最も反応性の高い元素はフッ素で、ハロゲン基の最初の元素です。
  • 最も反応性の高い金属は、最後のアルカリ金属(そして最も高価な元素)であるフランシウムです。しかし、フランシウムは不安定な放射性元素であり、微量でしか見つかりません。安定同位体を持つ最も反応性の高い金属はセシウムであり、周期表でフランシウムのすぐ上にあります。
  • 最も反応性の低い元素は希ガスです。このグループ内で、ヘリウムは最も反応性の低い元素であり、安定した化合物を形成しません。
  • 金属は複数の酸化状態を持つことができ、中間の反応性を持つ傾向があります。反応性の低い金属は貴金属と呼ばれます。最も反応性の低い金属はプラチナで、その後に金が続きます。反応性が低いため、これらの金属は強酸に容易に溶解しません。硝酸と塩酸の混合物である王水は、プラチナと金を溶解するために使用されます。

反応性の仕組み

化学反応から生成された生成物のエネルギーが反応物よりも低い(安定性が高い)場合、物質は反応します。エネルギー差は、原子価結合理論、原子軌道理論、分子軌道理論を使用して予測できます。基本的には、軌道内の電子の安定性に要約されます。比較可能な軌道に電子のない不対電子は、他の原子からの軌道と相互作用し、化学結合を形成する可能性が最も高くなります。半分満たされた縮退軌道を持つ不対電子はより安定ですが、それでも反応性があります。最も反応性の低い原子は、一連の軌道(オクテット)で満たされています。

原子内の電子の安定性は、原子の反応性だけでなく、原子価と原子が形成できる化学結合の種類を決定します。たとえば、炭素は通常4の原子価を持ち、その基底状態の価電子配置は2秒で半分満たされるため、4つの結合を形成します。2 2p2。反応性の簡単な説明は、電子の受容または供与の容易さとともに増加するということです。炭素の場合、原子は4つの電子を受け入れてその軌道を埋めるか、(あまり頻繁ではありませんが)4つの外側の電子を寄付します。モデルは原子の挙動に基づいていますが、同じ原理がイオンと化合物に適用されます。

反応性は、サンプルの物理的特性、化学的純度、および他の物質の存在によって影響を受けます。言い換えれば、反応性は物質が見られる状況に依存します。たとえば、重曹と水は特に反応しませんが、重曹と酢は容易に反応して二酸化炭素ガスと酢酸ナトリウムを形成します。

粒子サイズは反応性に影響します。例えば、コーンスターチの山は比較的不活性です。デンプンに直接炎を当てると、燃焼反応を開始するのが難しくなります。しかし、コーンスターチが気化して粒子の雲を作ると、すぐに発火します。

反応性という用語は、材料が反応する速度や化学反応の速度を表すためにも使用されることがあります。この定義の下では、反応する可能性と反応の速度は、レート則によって互いに関連しています。

レート= kA

ここで、速度は反応の律速段階での1秒あたりのモル濃度の変化であり、kは反応濃度(濃度に依存しない)、Aは反応物のモル濃度の反応次数(これは基本的な方程式では1つです)。方程式によれば、化合物の反応性が高いほど、kおよび速度の値が高くなります。

安定性と反応性

反応性の低い種は「安定」と呼ばれることもありますが、状況を明確にするために注意が必要です。安定性は、放射性崩壊が遅いこと、または電子が励起状態からエネルギーレベルの低い状態に移行することも意味します(ルミネセンスのように)。非反応性の種は「不活性」と呼ばれる場合があります。ただし、ほとんどの不活性種は、実際には適切な条件下で反応して錯体や化合物を形成します(たとえば、より高い原子番号の希ガス)。