En química , la reactividad es el impulso por el cual una sustancia química experimenta una reacción química , ya sea por sí misma o con otros materiales, con una liberación global de energía .
La reactividad se refiere a:
La reactividad química de una sola sustancia (reactivo) abarca su comportamiento en el que:
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:
El término reactividad está relacionado con los conceptos de estabilidad química y compatibilidad química .
La reactividad es un concepto un tanto vago en química. Parece abarcar tanto factores termodinámicos como cinéticos (es decir, si una sustancia reacciona o no y con qué rapidez lo hace). En realidad, ambos factores son distintos y ambos dependen comúnmente de la temperatura. Por ejemplo, se afirma comúnmente que la reactividad de los metales alcalinos ( Na , K , etc.) aumenta a medida que se avanza 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 se evidencia por 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 sea muy grande, a menos que una llama inicie la reacción radicalaria, lo 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 los compuestos puros , la reactividad está regulada por las propiedades físicas de la muestra. Por ejemplo, moler una muestra hasta obtener una superficie específica mayor aumenta su reactividad. En los compuestos impuros, la reactividad también se ve afectada por la inclusión de contaminantes. En los 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 habitual afirmar que "la sustancia X es reactiva", cada sustancia reacciona con su propio conjunto de reactivos. Por ejemplo, la afirmación de que "el sodio metálico es reactivo" sugiere que el sodio reacciona con muchos reactivos comunes (incluido el oxígeno puro, el cloro, el ácido clorhídrico y el agua), ya sea a temperatura ambiente o cuando se utiliza un mechero Bunsen .
El concepto de estabilidad no debe confundirse con el de reactividad. Por ejemplo, una molécula aislada de un estado de excitación electrónica de la molécula de oxígeno emite luz espontáneamente después de un período definido estadísticamente. [ cita requerida ] La vida media de una especie de este tipo es otra manifestación de su estabilidad, pero su reactividad solo puede determinarse a través de sus reacciones con otras especies.
El segundo significado de reactividad (es decir, si una sustancia reacciona o no) se puede racionalizar a nivel atómico y molecular utilizando la teoría del enlace de valencia, más antigua y sencilla, y también la teoría de los orbitales atómicos y moleculares. Termodinámicamente, una reacción química se produce porque los productos (tomados como grupo) tienen una energía libre menor que los reactivos; el estado de energía más bajo se denomina "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.
En igualdad de condiciones (valores de los números cuánticos n y m l ), el orden de estabilidad de los electrones en un sistema, de menor a mayor, no está apareado si no hay otros electrones en orbitales similares, no está apareado si todos los orbitales degenerados están medio llenos y el más estable es un conjunto de orbitales llenos. Para lograr uno de estos órdenes de estabilidad, un átomo reacciona con otro átomo para estabilizar a 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 2 2p 2 , semillena. Sin embargo, la energía de activación para pasar de orbitales p semillenos a completamente llenos es despreciable 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 3 .
Los tres párrafos anteriores racionalizan, aunque de forma muy general, las reacciones de algunas especies comunes, en particular los átomos. Un enfoque para generalizar lo anterior es el modelo de tensión de activación [1] [2] [3] de 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:
se rige por la ley de tarifas :
donde la velocidad es el cambio en la concentración molar en un segundo en el paso que determina la velocidad de la reacción (el paso más lento), [A] es el producto de la concentración molar de todos los reactivos elevada 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. La reactividad de un compuesto es directamente proporcional tanto al valor de k como a la velocidad. Por ejemplo, si
entonces
donde n es el orden de reacción de A , m es el orden de reacción de B , n + m es el orden de reacción de la reacción completa y k es la constante de reacción.
![{\displaystyle {\text{Tasa}}=k\cdot [{\ce {A}}]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a3f4d5c7596c96dc19417065c907357c7876d94f)
![{\displaystyle {\text{Tasa}}=k\cdot [{\ce {A}}]^{n}\cdot [{\ce {B}}]^{m}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/987ad15205adeaf01439477a204ca184e41bf7c9)