在化学中,反应性是衡量物质发生化学反应的程度。该反应可能涉及物质自身或与其他原子或化合物的反应,通常伴随着能量的释放。最具活性的元素和化合物可能会自燃或爆炸。它们通常在水中和空气中的氧气中燃烧。反应性取决于温度。温度升高会增加化学反应的可用能量,通常使其更有可能发生。
反应性的另一个定义是,它是对化学反应及其动力学的科学研究。
元素周期表上的元素组织允许对反应性进行预测。高电正性和高电负性元素都有强烈的反应倾向。这些元素位于周期表的右上角和左下角以及某些元素组中。卤素、碱金属和碱土金属具有高活性。
当化学反应生成的产物比反应物具有更低的能量(更高的稳定性)时,物质发生反应。能量差可以用价键理论、原子轨道理论和分子轨道理论来预测。基本上,这归结为电子在轨道上的稳定性。在可比轨道上没有电子的未配对电子最有可能与其他原子的轨道相互作用,形成化学键。具有半填充简并轨道的未配对电子更稳定,但仍然是反应性的。反应性最低的原子是那些具有一组填充轨道(八重态)的原子。
原子中电子的稳定性不仅决定了原子的反应性,还决定了原子的价态和它能形成的化学键的类型。例如,碳的价态通常为4,并形成4个键,因为它的基态价电子构型在2s2 2p2处半填充。反应性的一个简单解释是,它随接受或给予电子的容易程度而增加。在碳的情况下,一个原子可以接受4个电子来填充其轨道,或者(不太经常)提供4个外部电子。虽然该模型基于原子行为,但同样的原理也适用于离子和化合物。
反应性受样品的物理性质、化学纯度和其他物质的影响。换句话说,反应性取决于观察物质的环境。例如,小苏打和水没有特别的反应性,而小苏打和醋很容易反应形成二氧化碳气体和醋酸钠。
颗粒大小影响反应性。例如,一堆玉米淀粉是相对惰性的。如果直接用火焰燃烧淀粉,很难引发燃烧反应。然而,如果玉米淀粉蒸发成颗粒云,它很容易点燃。
有时,术语“反应性”也用于描述材料反应的速度或化学反应的速率。根据该定义,反应几率和反应速度通过速率定律相互关联:
式中,速率是反应速率确定步骤中每秒摩尔浓度的变化,k是反应常数(与浓度无关,[A]是反应物摩尔浓度升高到反应级数的产物(在基本方程中为1)。根据该方程,化合物的反应性越高,其k值和速率越高。
有时,低反应性物种被称为“稳定物种”,但应注意清楚上下文。稳定性也可以指缓慢的放射性衰变或电子从激发态向低能级的转变(如发光)。非反应性物种可称为“惰性”。然而,大多数惰性物质在适当的条件下确实会发生反应,形成络合物和化合物(例如,原子序数较高的惰性气体)。
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