Cosa significa reattività in chimica?

In chimica, la reattività è una misura di quanto prontamente 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 accendersi spontaneamente o in modo esplosivo. Generalmente bruciano in acqua così come l’ossigeno nell’aria. La reattività dipende dalla temperatura. L’aumento della temperatura aumenta l’energia disponibile per una reazione chimica, rendendola solitamente più probabile.

Un’altra definizione di reattività è che è lo studio scientifico delle reazioni chimiche e della loro cinetica.

Trend di reattività nella tavola periodica

L’organizzazione degli elementi sulla tavola periodica consente previsioni riguardanti la 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 alcalino terrosi sono altamente reattivi.

  • L’elemento più reattivo è il fluoro, il primo elemento del 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, che si trova 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 e non forma composti stabili.
  • Il metallo può avere più stati di ossidazione e tendere ad avere una reattività intermedia. I metalli con 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. Acqua regia, una miscela di acido nitrico e acido cloridrico, viene utilizzata 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 degli orbitali atomici e la teoria degli orbitali molecolari. 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 degeneri riempiti a metà sono più stabili ma ancora reattivi. Gli atomi meno reattivi sono quelli con una serie piena di orbitali (ottetto).

La stabilità degli elettroni negli atomi determina non solo la reattività di un atomo, ma anche 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 2s2 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. Sebbene il modello si basi sul comportamento atomico, lo stesso principio si applica a ioni e 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 viene vista una sostanza. Ad esempio, il bicarbonato di sodio e l’acqua non sono particolarmente reattivi, mentre il bicarbonato di sodio e l’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 prontamente.

A volte il termine reattività viene utilizzato anche per descrivere la velocità con cui un materiale reagirà o la velocità della reazione chimica. In questa definizione la possibilità di reagire e la velocità della reazione sono correlate tra loro dalla legge della velocità:

Tasso = k [A]

Dove la velocità è la variazione della concentrazione molare al secondo nella fase determinante la velocità della reazione, k è la costante di reazione (indipendente dalla concentrazione) e [A] è il prodotto della concentrazione molare dei reagenti elevato 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 velocità.

Stabilità contro reattività

A volte una specie con bassa reattività viene chiamata “stabile”, ma occorre prestare attenzione per rendere chiaro il contesto. La stabilità può anche riferirsi al lento decadimento radioattivo o alla transizione di elettroni dallo stato eccitato a livelli meno energetici (come nella luminescenza). Una specie non reattiva può essere chiamata “inerte”. Tuttavia, la maggior parte delle specie inerti reagiscono effettivamente nelle giuste condizioni per formare complessi e composti (ad esempio, gas nobili con numero atomico superiore).