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 global de energía .
La reactividad se refiere a:
La reactividad química de una sola sustancia (reactivo) cubre 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 algo vago en química. Parece incorporar tanto factores termodinámicos como factores cinéticos (es decir, si una sustancia reacciona o no y con qué rapidez reacciona). En realidad, ambos factores son distintos y ambos comúnmente dependen de la temperatura. Por ejemplo, se afirma comúnmente que la reactividad de los metales alcalinos ( 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 función no sólo 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, lo que conduce a una explosión.
La restricción del término para referirse a velocidades de reacción conduce a una visión más consistente. La reactividad entonces se refiere a la velocidad a la que una sustancia química tiende a sufrir 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 más alta aumenta su reactividad. En 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 común 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 oxígeno puro, cloro, ácido clorhídrico y agua), ya sea a temperatura ambiente o cuando se usa un mechero Bunsen .
No debe confundirse el concepto de estabilidad con el de reactividad. Por ejemplo, una molécula aislada en un estado excitado electrónicamente de la molécula de oxígeno emite luz espontáneamente después de un período estadísticamente definido. [ cita necesaria ] La vida media de dicha especie 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) puede racionalizarse a nivel atómico y molecular utilizando la teoría más antigua y simple del enlace de valencia y también la teoría de los orbitales atómicos y moleculares. Termodinámicamente, se produce una reacción química porque los productos (tomados como grupo) tienen una energía libre menor que los reactivos; el estado de menor energía se conoce como "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.
Si todas las cosas (valores de los números cuánticos n y ml ) son 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, no está apareado con todos los orbitales degenerados medio llenos y el más estable es un conjunto lleno de orbitales. 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 H2 .
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 , medio lleno. Sin embargo, la energía de activación para pasar de orbitales p medio llenos a orbitales p completamente llenos es insignificante y, como tal, el carbono los forma casi instantáneamente. Mientras tanto, el proceso libera una cantidad importante de energía ( exotérmico ). Esta configuración de cuatro enlaces iguales se llama hibridación sp 3 .
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 [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 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. 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)