Che cosa significa reattività in chimica?

In chimica, la reattività è una misura di quanto rapidamente una sostanza subisce una reazione chimica. La reazione può coinvolgere la sostanza da sola o con altri atomi o composti, generalmente accompagnata da un rilascio di energia. Gli elementi e i composti più reattivi possono infiammarsi spontaneamente o in modo esplosivo. Generalmente bruciano in acqua e ossigeno nell'aria. La reattività dipende dalla temperatura. L'aumento della temperatura aumenta l'energia disponibile per una reazione chimica, di solito rendendola più probabile.

Un'altra definizione di reattività è che si tratta dello studio scientifico delle reazioni chimiche e della loro cinetica.

Andamento della reattività nella tavola periodica

L'organizzazione degli elementi nella tavola periodica consente previsioni sulla reattività. Sia gli elementi altamente elettropositivi che quelli altamente elettronegativi hanno una forte tendenza a reagire. Questi elementi si trovano negli angoli in alto a destra e in basso a sinistra della tavola periodica e in alcuni gruppi di elementi. Gli alogeni, i metalli alcalini e i metalli delle terre alcaline sono altamente reattivi.

• L'elemento più reattivo è il fluoro, il primo elemento nel gruppo alogeno.
• Il metallo più reattivo è il francio, l'ultimo metallo alcalino (e l'elemento più costoso). Tuttavia, il francio è un elemento radioattivo instabile, presente solo in tracce. Il metallo più reattivo che ha un isotopo stabile è il cesio, che si trova direttamente sopra il francio nella tavola periodica.
• Gli elementi meno reattivi sono i gas nobili. All'interno di questo gruppo, l'elio è l'elemento meno reattivo, non formando composti stabili.
• Il metallo può avere più stati di ossidazione e tende ad avere una reattività intermedia. I metalli a bassa reattività sono chiamati metalli nobili. Il metallo meno reattivo è il platino, seguito dall'oro. A causa della loro bassa reattività, questi metalli non si dissolvono facilmente in acidi forti. Aqua regia, una miscela di acido nitrico e acido cloridrico, viene utilizzato per sciogliere il platino e l'oro.

Come funziona la reattività

Una sostanza reagisce quando i prodotti formati da una reazione chimica hanno un'energia inferiore (maggiore stabilità) rispetto ai reagenti. La differenza di energia può essere prevista usando la teoria del legame di valenza, la teoria dell'orbitale atomico e la teoria dell'orbitale molecolare. Fondamentalmente, si riduce alla stabilità degli elettroni nei loro orbitali. Gli elettroni spaiati senza elettroni in orbitali comparabili hanno maggiori probabilità di interagire con gli orbitali di altri atomi, formando legami chimici. Gli elettroni spaiati con orbitali degenerati che sono riempiti per metà sono più stabili ma ancora reattivi. Gli atomi meno reattivi sono quelli con un set pieno di orbitali (ottetto).

La stabilità degli elettroni negli atomi determina non solo la reattività di un atomo ma la sua valenza e il tipo di legami chimici che può formare. Ad esempio, il carbonio di solito ha una valenza di 4 e forma 4 legami perché la sua configurazione elettronica di valenza allo stato fondamentale è riempita per metà a 2 secondi² 2p². Una semplice spiegazione della reattività è che aumenta con la facilità di accettare o donare un elettrone. Nel caso del carbonio, un atomo può accettare 4 elettroni per riempire il suo orbitale o (meno spesso) donare i quattro elettroni esterni. Mentre il modello si basa sul comportamento atomico, lo stesso principio si applica agli ioni e ai composti.

La reattività è influenzata dalle proprietà fisiche di un campione, dalla sua purezza chimica e dalla presenza di altre sostanze. In altre parole, la reattività dipende dal contesto in cui una sostanza viene vista. Ad esempio, bicarbonato di sodio e acqua non sono particolarmente reattivi, mentre bicarbonato di sodio e aceto reagiscono prontamente per formare anidride carbonica e acetato di sodio.

La dimensione delle particelle influisce sulla reattività. Ad esempio, un mucchio di amido di mais è relativamente inerte. Se si applica una fiamma diretta all'amido, è difficile avviare una reazione di combustione. Tuttavia, se l'amido di mais viene vaporizzato per formare una nuvola di particelle, si accende facilmente.

A volte il termine reattività è anche usato per descrivere la velocità con cui un materiale reagirà o la velocità della reazione chimica. In base a questa definizione, la possibilità di reagire e la velocità della reazione sono correlate tra loro dalla legge dei tassi:

Tasso = k [A]

Laddove la velocità è la variazione della concentrazione molare al secondo nella fase di determinazione della velocità della reazione, k è la costante di reazione (indipendente dalla concentrazione) e [A] è il prodotto della concentrazione molare dei reagenti elevata all'ordine di reazione (che è uno, nell'equazione di base). Secondo l'equazione, maggiore è la reattività del composto, maggiore è il suo valore per k e rate.

Stabilità contro reattività

A volte una specie con bassa reattività è definita "stabile", ma bisogna fare attenzione a chiarire il contesto. La stabilità può anche riferirsi a un lento decadimento radioattivo o alla transizione degli elettroni dallo stato eccitato a livelli meno energetici (come nella luminescenza). Una specie non reattiva può essere definita "inerte". Tuttavia, la maggior parte delle specie inerti reagisce effettivamente nelle giuste condizioni per formare complessi e composti (ad esempio gas nobili con un numero atomico più elevato).