Reatividade (química)

Da Wikipédia, a enciclopédia livre
Ir para navegação Pular para pesquisar

Em química , a reatividade é o ímpeto pelo qual uma substância química sofre uma reação química , por si mesma ou com outros materiais, com uma liberação geral de energia .

Reatividade se refere a:

  • as reações químicas de uma única substância,
  • as reações químicas de duas ou mais substâncias que interagem entre si,
  • o estudo sistemático de conjuntos de reações desses dois tipos,
  • metodologia que se aplica ao estudo da reatividade de produtos químicos de todos os tipos,
  • métodos experimentais que são usados ​​para observar esses processos
  • teorias para prever e dar conta desses processos.

A reatividade química de uma única substância (reagente) abrange seu comportamento no qual:

  • Decompõe-se
  • Forma novas substâncias pela adição de átomos de outro reagente ou reagentes
  • Interage com dois ou mais reagentes para formar dois ou mais produtos

A reatividade química de uma substância pode se referir à variedade de circunstâncias (condições que incluem temperatura, pressão, presença de catalisadores) nas quais ela reage, em combinação com:

  • Variedade de substâncias com as quais reage
  • Ponto de equilíbrio da reação (ou seja, a extensão na qual tudo reage)
  • Taxa de reação

O termo reatividade está relacionado aos conceitos de estabilidade química e compatibilidade química .

Um ponto de vista alternativo

Reatividade é um conceito um tanto vago em química. Parece incorporar fatores termodinâmicos e fatores cinéticos - isto é, se uma substância reage ou não e com que rapidez ela reage. Na verdade, os dois fatores são distintos e geralmente dependem da temperatura. Por exemplo, é comumente afirmado que a reatividade dos metais do grupo um (Na, K, etc.) aumenta para baixo no grupo na tabela periódica, ou que a reatividade do hidrogênio é evidenciada por sua reação com o oxigênio. Na verdade, a taxa de reação dos metais alcalinos (como evidenciado por sua reação com água, por exemplo) é uma função não apenas da posição dentro do grupo, mas do tamanho da partícula. O hidrogênio não reage com o oxigênio - embora a constante de equilíbrio seja muito grande - a menos que uma chama inicie a reação radical, que leva a uma explosão.

A restrição do termo para se referir a taxas de reação leva a uma visão mais consistente. A reatividade então se refere à taxa na qual uma substância química tende a sofrer uma reação química com o tempo. Em compostos puros , a reatividade é regulada pelas propriedades físicas da amostra. Por exemplo, moer uma amostra para uma área de superfície específica mais alta aumenta sua reatividade. Em compostos impuros, a reatividade também é afetada pela inclusão de contaminantes. Em compostos cristalinos , a forma cristalina também pode afetar a reatividade. No entanto, em todos os casos, a reatividade é principalmente devido às propriedades subatômicas do composto.

Embora seja comum fazer declarações de que a substância 'X é reativa', todas as substâncias reagem com alguns reagentes e não com outros. Por exemplo, ao fazer a declaração de que 'sódio metálico é reativo', estamos aludindo ao fato de que o sódio reage com muitos reagentes comuns (incluindo oxigênio puro, cloro, ácido clorídrico, água) e / ou que reage rapidamente com tais materiais em qualquer temperatura ambiente ou usando uma chama de Bunsen.

'Estabilidade' não deve ser confundida com reatividade. Por exemplo, uma molécula isolada de um estado eletronicamente excitado da molécula de oxigênio emite luz espontaneamente após um período estatisticamente definido [ carece de fontes? ] . A meia-vida de tal espécie é outra manifestação de sua estabilidade, mas sua reatividade só pode ser verificada por meio de suas reações com outras espécies.

Causas de reatividade

O segundo significado de 'reatividade', de saber se uma substância reage ou não, pode ser racionalizado no nível atômico e molecular usando a teoria das ligações de valência mais antigas e mais simples e também a teoria dos orbitais atômicos e moleculares. Termodinamicamente, uma reação química ocorre porque os produtos (tomados como um grupo) têm uma energia livre mais baixa do que os reagentes; o estado de menor energia é denominado "estado mais estável". A química quântica fornece a compreensão mais aprofundada e exata do motivo pelo qual isso ocorre. Geralmente, os elétrons existem em orbitais que são o resultado da resolução da equação de Schrödinger para situações específicas.

Todas as coisas (valores dos números quânticos n e m l ) sendo iguais, a ordem de estabilidade dos elétrons em um sistema do menor ao maior é desemparelhada com nenhum outro elétron em orbitais semelhantes, desemparelhada com todos os orbitais degenerados meio preenchidos e os mais estáveis é um conjunto preenchido de orbitais. Para alcançar uma dessas ordens de estabilidade, um átomo reage com outro átomo para estabilizar ambos. Por exemplo, um átomo de hidrogênio solitário tem um único elétron em seu orbital 1s. Torna-se significativamente mais estável (até 100 quilocalorias por mol ou 420 quilojoules por mol ) ao reagir para formar H 2 .

É por esse mesmo motivo que o carbono quase sempre forma quatro ligações . Sua configuração de valência de estado fundamental é 2s 2 2p 2 , preenchida pela metade. No entanto, a energia de ativação para ir de orbitais p parcialmente preenchidos para totalmente preenchidos é tão pequena que é desprezível e, como tal, o carbono os forma quase instantaneamente. Enquanto isso, o processo libera uma quantidade significativa de energia ( exotérmica ). Essa configuração de quatro ligações iguais é chamada de hibridização sp 3 .

Os três parágrafos anteriores racionalizam, embora de maneira muito geral, as reações de algumas espécies comuns, particularmente os átomos. Uma abordagem para generalizar o acima é o modelo de tensão de ativação [1] [2] [3] de reatividade química que fornece uma relação causal entre a rigidez dos reagentes e sua estrutura eletrônica, e a altura da barreira de reação.

A taxa de qualquer reação dada,

é regido pela lei de taxas :

onde a taxa é a mudança na concentração molar em um segundo na etapa de determinação da taxa da reação (a etapa mais lenta), [A] é o produto da concentração molar de todos os reagentes elevados para a ordem correta, conhecido como a ordem da reação, ek é a constante da reação, que é constante para um determinado conjunto de circunstâncias (geralmente temperatura e pressão) e independente da concentração. Quanto maior for a reatividade de um composto, maior será o valor de ke maior será a taxa. Por exemplo, se,

Então:

onde n é a ordem de reação de A, m é a ordem de reação de B, é a ordem de reação de toda a reação e k é a constante de reação.

Veja também

Referências

  1. ^ Wolters, LP; Bickelhaupt, FM (01-07-2015). O modelo de cepa de ativação e teoria orbital molecular " . Wiley Interdisciplinary Reviews: Computational Molecular Science . 5 (4): 324–343. doi : 10.1002 / wcms.1221 . ISSN  1759-0884 . PMC  4696410 . PMID  26753009 .
  2. ^ Bickelhaupt, FM (15/01/1999). "Compreendendo a reatividade com a teoria orbital molecular de Kohn-Sham: espectro mecanístico E2-SN2 e outros conceitos" . Journal of Computational Chemistry . 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; Houk, KN (09/08/2007). "Controle de energia de distorção / interação da reatividade de cicloadição 1,3-Dipolar". Journal of the American Chemical Society . 129 (35): 10646–10647. doi : 10.1021 / ja0734086 . PMID 17685614 .