Reactividad (química)

En química, la reactividad es el impulso por el cual una sustancia química sufre una reacción química, ya sea por sí misma o con otros materiales, con una liberación total de energía.

La reactividad se refiere a:

• las reacciones químicas de una sola sustancia,
• las reacciones químicas de dos o más sustancias que interactúan entre sí,
• el estudio sistemático de conjuntos de reacciones de estos dos tipos,
• metodología que se aplica al estudio de la reactividad de productos químicos de todo tipo,
• métodos experimentales que se utilizan para observar estos procesos
• teorías para predecir y dar cuenta de estos procesos.

La reactividad química de una sola sustancia (reactivo) cubre su comportamiento en el que:

• Descompone
• Forma nuevas sustancias mediante la adición de átomos de otro reactivo o reactivos.
• Interactúa con dos o más reactivos para formar dos o más productos.

La reactividad química de una sustancia puede referirse a la variedad de circunstancias (condiciones que incluyen temperatura, presión, presencia de catalizadores) en las que reacciona, en combinación con:

• Variedad de sustancias con las que reacciona.
• Punto de equilibrio de la reacción (es decir, la medida en que todo reacciona)
• Velocidad de la reacción

El término reactividad está relacionado con los conceptos de estabilidad química y compatibilidad química.

Un punto de vista alternativo

La reactividad es un concepto algo vago en química. Parece incorporar tanto factores termodinámicos como factores cinéticos, es decir, si una sustancia reacciona o no, y qué tan rápido reacciona. Ambos factores son realmente distintos, y ambos comúnmente dependen de la temperatura. Por ejemplo, comúnmente se afirma que la reactividad de los metales del grupo uno (Na, K, etc.) aumenta hacia abajo en el grupo de la tabla periódica, o que la reactividad del hidrógeno se evidencia por su reacción con el oxígeno. De hecho, la velocidad de reacción de los metales alcalinos (como lo demuestra su reacción con el agua, por ejemplo) es una función no solo de la posición dentro del grupo, sino también del tamaño de las partículas. El hidrógeno no reacciona con el oxígeno, aunque la constante de equilibrio es muy grande, a menos que una llama inicie la reacción radical, que conduce a una explosión.

La restricción del término para referirse a las velocidades de reacción conduce a una visión más consistente. La reactividad se refiere entonces a la velocidad a la que una sustancia química tiende a experimentar una reacción química en el tiempo. En compuestos puros, la reactividad está regulada por las propiedades físicas de la muestra. Por ejemplo, moler una muestra a un área de superficie específica más alta aumenta su reactividad. En compuestos impuros, la reactividad también se ve afectada por la inclusión de contaminantes. En compuestos cristalinos, la forma cristalina también puede afectar la reactividad. Sin embargo, en todos los casos, la reactividad se debe principalmente a las propiedades subatómicas del compuesto.

Aunque es un lugar común afirmar que la sustancia 'X es reactiva', todas las sustancias reaccionan con algunos reactivos y no con otros. Por ejemplo, al afirmar que 'el sodio metálico es reactivo', nos referimos al hecho de que el sodio reacciona con muchos reactivos comunes (incluidos el oxígeno puro, el cloro, el ácido clorhídrico, el agua) y/o que reacciona rápidamente con dichos materiales. ya sea a temperatura ambiente o usando una llama Bunsen.

La 'estabilidad' no debe confundirse con la reactividad. Por ejemplo, una molécula aislada de un estado excitado electrónicamente de la molécula de oxígeno emite luz espontáneamente después de un período definido estadísticamente. La vida media de tal especie es otra manifestación de su estabilidad, pero su reactividad solo puede determinarse a través de sus reacciones con otras especies.

Causas de la reactividad

El segundo significado de 'reactividad', el de si una sustancia reacciona o no, se puede racionalizar a nivel atómico y molecular utilizando la teoría del enlace de valencia más antigua y más simple y también la teoría de orbitales atómicos y moleculares. Termodinámicamente, una reacción química ocurre porque los productos (tomados como grupo) tienen una energía libre más baja que los reactivos; el estado de menor energía se conoce como el "estado más estable". La química cuántica proporciona la comprensión más profunda y exacta de la razón por la que esto ocurre. Generalmente, los electrones existen en orbitales que son el resultado de resolver la ecuación de Schrödinger para situaciones específicas.

Siendo todas las cosas (valores de los números cuánticos n y m _l) iguales, el orden de estabilidad de los electrones en un sistema de menor a mayor no está apareado con ningún otro electrón en orbitales similares, sin aparear con todos los orbitales degenerados medio llenos y los más estables es un conjunto lleno de orbitales. Para lograr uno de estos órdenes de estabilidad, un átomo reacciona con otro átomo para estabilizar ambos. Por ejemplo, un átomo de hidrógeno solitario tiene un solo electrón en su orbital 1s. Se vuelve significativamente más estable (hasta 100 kilocalorías por mol, o 420 kilojulios por mol) cuando reacciona para formar H ₂.

Es por esta misma razón que el carbono casi siempre forma cuatro enlaces. Su configuración de valencia en estado fundamental es 2s 2p, semilleno. Sin embargo, la energía de activación para pasar de orbitales p medio llenos a completamente llenos es tan pequeña que es insignificante y, como tal, el carbono los forma casi instantáneamente. Mientras tanto, el proceso libera una cantidad significativa de energía (exotérmica). Esta configuración de cuatro enlaces iguales se llama hibridación sp.

Los tres párrafos anteriores racionalizan, aunque de manera muy general, las reacciones de algunas especies comunes, particularmente los átomos. Un enfoque para generalizar lo anterior es el modelo de tensión de activación de la reactividad química que proporciona una relación causal entre la rigidez de los reactivos y su estructura electrónica, y la altura de la barrera de reacción.

La velocidad de cualquier reacción dada, Productos}}}">

se rige por la ley de velocidad:

donde la velocidad es el cambio en la concentración molar en un segundo en el paso de la reacción que determina la velocidad (el paso más lento), [A] es el producto de la concentración molar de todos los reactivos elevados al orden correcto, conocido como el orden de reacción, y k es la constante de reacción, que es constante para un conjunto dado de circunstancias (generalmente temperatura y presión) e independiente de la concentración. Cuanto mayor sea la reactividad de un compuesto, mayor será el valor de k y mayor la velocidad. Por ejemplo, si, C + D}}}">

Entonces:

donde n es el orden de reacción de A, m es el orden de reacción de B, es el orden de reacción de la reacción completa y k es la constante de reacción.