Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

В химии , реакционная способность является стимулом для которой химическое вещество подвергается химической реакции , либо сам по себе или с другими материалами, с общим выпуском энергии .

Реакционная способность 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

Термин реакционная способность относится к понятиям химической стабильности и химической совместимости .

Альтернативная точка зрения [ править ]

Реакционная способность - понятие в химии довольно расплывчатое. Похоже, что он включает в себя как термодинамические факторы, так и кинетические факторы, то есть то, реагирует ли вещество и как быстро оно реагирует. На самом деле оба фактора различны, и оба обычно зависят от температуры. Например, обычно утверждается, 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 - хотя 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. Под реакционной способностью понимается скорость, с которой химическое вещество имеет тенденцию подвергаться химической реакции во времени. В чистых соединениях 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 кристаллических соединениях 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 вступают в реакцию 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 после статистически определенного периода [ необходима ссылка ] . 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 [ править ]

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 химическая реакция происходит потому, что продукты (взятые как группа) имеют более низкую свободную энергию, чем реагенты; состояние с более низкой энергией называется «более стабильным состоянием». Квантовая химия обеспечивает наиболее глубокое и точное понимание причины, по которой это происходит. Как правило, электроны существуют на орбиталях, которые являются результатом решения уравнения Шредингера для конкретных ситуаций.

При прочих равных условиях (значения квантовых чисел n и m l ) порядок устойчивости электронов в системе от наименьшего к наибольшему не связан с отсутствием других электронов на аналогичных орбиталях, не спарен со всеми вырожденными орбиталями, наполовину заполненными и наиболее стабильными. представляет собой заполненный набор орбиталей. Чтобы достичь одного из этих порядков стабильности, атом взаимодействует с другим атомом, стабилизируя оба. Например, одинокий атом водорода имеет один электрон на своей 1s-орбитали. Он становится значительно более стабильным (до 100 килокалорий на моль или 420 килоджоулей на моль ) при реакции с образованием H 2 .

По этой же причине углерод почти всегда образует четыре связи . Его валентная конфигурация в основном состоянии 2s 2 2p 2 , наполовину заполнена. Однако энергия активации перехода от наполовину заполненных к полностью заполненным p-орбиталям настолько мала, что ими можно пренебречь, и поэтому углерод образует их почти мгновенно. Между тем, процесс выделяет значительное количество энергии ( экзотермический ). Эта конфигурация с четырьмя равными связями называется гибридизацией sp 3 .

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,

регулируется тарифным законом :

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

Потом:

где n - порядок реакции A, m - порядок реакции B, - порядок реакции полной реакции, а k - константа реакции.

См. Также [ править ]

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

Ссылки [ править ]

  1. ^ Уолтерс, LP; Бикельгаупт, FM (01.07.2015). «Модель активационной деформации и теория молекулярных орбиталей» . Междисциплинарные обзоры Wiley: вычислительная молекулярная наука . 5 (4): 324–343. DOI : 10.1002 / wcms.1221 . ISSN  1759-0884 . PMC  4696410 . PMID  26753009 .
  2. ^ Bickelhaupt, FM (1999-01-15). «Понимание реакционной способности с помощью теории молекулярных орбиталей Кона – Шэма: механистический спектр E2 – SN2 и другие концепции» . Журнал вычислительной химии . 20 (1): 114–128. DOI : 10.1002 / (sici) 1096-987x (19990115) 20: 1 <114 :: aid-jcc12> 3.0.co; 2-l . ISSN 1096-987X . 
  3. ^ Ess, DH; Хоук, KN (2007-08-09). "Контроль энергии искажения / взаимодействия реакционной способности 1,3-диполярного циклоприсоединения". Журнал Американского химического общества . 129 (35): 10646–10647. DOI : 10.1021 / ja0734086 . PMID 17685614 .