反应性(是什么,在元素周期表中的趋势,如何工作,稳定性)
Release Time:2021-03-28反应性是什么?
在化学中,反应性是指物质进行化学反应的容易程度。反应可以是物质自身的反应,也可以是与其他原子或化合物的反应,通常伴随着能量的释放。最活泼的元素和化合物可能自发地或爆炸性地点燃。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。升高温度会增加化学反应的能量,通常会使反应更容易发生。反应性的另一个定义是对化学反应及其动力学的科学研究。
元素周期表中的反应性趋势
元素周期表上元素的组织结构允许对反应性进行预测。高电正性和高电负性元素都有很强的反应倾向。这些元素位于元素周期表的左上角和左下角,并在某些元素组中。卤素、碱金属和碱土金属活性高。
※最活泼的元素是氟,卤素基的第一个元素。
※最活泼的金属是钫,它是最后一种碱金属(也是最昂贵的元素)。然而,钫是一种不稳定的放射性元素,只能在微量中发现。
※最活跃的稳定同位素是铯,它位于元素周期表上钫的正上方。
※最不活泼的元素是惰性气体。在这个基团中,氦是最不活泼的元素,不能形成稳定的化合物。
※金属可以有多种氧化态,而且往往具有中间反应活性。反应性低的金属称为贵金属。活性最小的金属是铂,其次是金。由于反应性低,这些金属在强酸中不易溶解。王水是硝酸和盐酸的混合物,用来溶解铂和金。
反应性是如何工作的
当化学反应形成的产物比反应物具有更低的能量(更高的稳定性)时,物质就会发生反应。利用价键理论、原子轨道理论和分子轨道理论可以预测能量差。基本上,它归结为电子在轨道上的稳定性。未配对的电子,没有电子在类似的轨道上,最有可能与其他原子的轨道相互作用,形成化学键。未配对电子的简并轨道是半满的更稳定,但仍然具有反应性。最不活泼的原子是那些有一组充满轨道的原子(八隅体)。
原子中电子的稳定性不仅决定了一个原子的反应性,而且决定了它的原子价和它能形成的化学键的类型。例如,碳通常有4个化合价并形成4个键,因为它的基态电子构型在2s2 2p2处半满。反应性的一个简单解释是,它随接受或提供电子的容易程度而增加。在碳原子中,一个原子可以接受4个电子来填满它的轨道,也可以(较少的情况下)捐赠外层的4个电子。虽然这个模型是基于原子的行为,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存在影响。换句话说,反应性取决于观察一种物质的环境。例如,小苏打和水并没有特别的反应性,而小苏打和醋很容易反应生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。如果把火直接放在淀粉上,就很难引发燃烧反应。然而,如果玉米淀粉被蒸发成微粒云,它很容易着火。
有时,“反应性”这个术语也用来描述一种材料的反应速度或化学反应的速率。在这个定义下,反应的机会和反应的速度是由速率定律联系起来的:
Rate = k[A]
速度是每秒摩尔浓度的变化速率决定步骤的反应,k是反应常数浓度(独立),和一个是反应物的摩尔浓度的产物的反应顺序(这也是,基本方程)。由式可知,化合物的反应活性越高,其k值和速率越高。
稳定性和反应性
有时,低反应性的物种被称为“稳定的”。稳定性也可以指缓慢的放射性衰变或电子从激发态过渡到能量较低的能级(如发光)。不反应的物质可称为“惰性物质”。然而,大多数惰性物质实际上会在适当的条件下发生反应,形成络合物和化合物(例如原子序数较高的惰性气体)。