반응성(화학)
Reactivity (chemistry) |
화학에서, 반응성은 화학 물질이 그 자체 또는 다른 물질과 전체적인 에너지 방출로 화학 반응을 겪는 충동이다.
반응성은 다음을 의미합니다.
- 단일 물질의 화학 반응,
- 서로 상호작용하는 두 개 이상의 물질의 화학 반응
- 이 두 종류의 반응에 대한 체계적인 연구,
- 모든 종류의 화학물질의 반응성 연구에 적용되는 방법론
- 이러한 과정을 관찰하는 데 사용되는 실험 방법
- 이러한 과정을 예측하고 설명하기 위한 이론.
단일 물질(반응물)의 화학 반응성은 다음과 같은 특성을 포함한다.
- 분해하다
- 다른 반응물질 또는 반응물질의 원자를 첨가하여 새로운 물질을 형성한다.
- 두 개 이상의 다른 반응물과 상호작용하여 두 개 이상의 제품을 형성합니다.
물질의 화학 반응성은 물질이 반응하는 다양한 상황(온도, 압력, 촉매의 존재 등)을 다음 조건과 함께 나타낼 수 있습니다.
- 반응하는 물질의 다양성
- 반응의 평형점(즉, 모든 반응이 반응하는 정도)
- 반응 속도
반응성이라는 용어는 화학적 안정성과 화학적 양립성의 개념과 관련이 있다.
다른 관점
반응성은 화학에서 다소 애매한 개념이다.그것은 열역학적인 요소와 운동적인 요인, 즉 물질의 반응 여부, 반응 속도 모두를 구체화하는 것으로 보인다.두 요인 모두 실제로 구별되며 둘 다 일반적으로 온도에 따라 달라집니다.예를 들어, 1족 금속(Na, K 등)의 반응성이 주기율표에서 아래로 증가하거나 수소의 반응성이 산소와 반응함으로써 증명된다고 일반적으로 주장된다.실제로 알칼리 금속의 반응 속도(예를 들어 물과의 반응으로 입증됨)는 군 내 위치뿐만 아니라 입경도 함수이다.수소는 비록 평형 상수가 매우 크더라도 불꽃이 폭발로 이어지는 라디칼 반응을 시작하지 않는 한 산소와 반응하지 않는다.
반응률을 나타내는 용어를 제한하면 보다 일관된 견해가 도출된다.반응성은 화학물질이 시간 내에 화학반응을 일으키는 경향을 말한다.순수 화합물에서는 시료의 물리적 특성에 의해 반응성이 조절된다.예를 들어 시료를 더 높은 특정 표면적으로 연마하면 반응성이 높아집니다.불순물 화합물에서는 오염물질의 함유에 의해 반응성도 영향을 받습니다.결정성 화합물에서도 결정성 형태는 반응성에 영향을 줄 수 있다.그러나, 모든 경우에, 반응성은 주로 화합물의 아원자 특성 때문이다.
'X가 반응한다'는 문구가 일반적이지만 모든 물질은 일부 시약과 반응하지만 다른 시약과는 반응하지 않습니다.예를 들어, '나트륨 금속은 반응성이 있다'고 진술할 때 나트륨은 많은 일반적인 시약(순수 산소, 염소, 염산, 물 포함)과 반응하며/또는 상온 또는 분젠 불꽃을 사용하여 이러한 물질과 빠르게 반응한다는 사실을 암시하고 있습니다.
'안정성'을 반응성과 혼동해서는 안 된다.예를 들어 산소분자의 전자 들뜸 상태의 절연분자는 통계적으로 정의된[citation needed] 기간이 경과한 후 자발적으로 빛을 방출한다.이러한 종의 반감기는 그것의 안정성의 또 다른 표현이지만, 그것의 반응성은 다른 종과의 반응을 통해서만 확인할 수 있다.
반응성의 원인
물질이 반응하는지 여부에 대한 두 번째 의미인 '반응성'의 의미는 오래되고 단순한 원자가 결합 이론과 원자 및 분자 궤도 이론을 사용하여 원자 및 분자 수준에서 합리화될 수 있다.열역학적으로, 화학 반응은 (그룹으로 취해진) 생성물이 반응물보다 낮은 자유 에너지이기 때문에 일어난다. 낮은 에너지 상태를 '더 안정적인 상태'라고 한다.양자 화학은 이러한 현상이 일어나는 이유에 대해 가장 심도 있고 정확하게 이해한다.일반적으로 전자는 특정 상황에서 슈뢰딩거 방정식을 푼 결과인 궤도 안에 존재한다.
모든 것(n과l m 양자수의 값)이 같다면, 시스템에서 가장 작은 것부터 가장 큰 것까지 전자의 안정성의 순서는 유사한 궤도에 있는 다른 전자들과 짝을 이루지 않고, 모든 퇴화 궤도가 반쯤 채워진 상태에서 쌍을 이루지 않으며, 가장 안정적인 것은 채워진 궤도의 집합이다.이러한 안정성의 순서 중 하나를 달성하기 위해 원자는 다른 원자와 반응하여 양쪽을 안정화시킵니다.예를 들어, 단일 수소 원자의 1s 오비탈에 단일 전자가 있습니다.H를 형성하기2 위해 반응할 때 훨씬 더 안정적이 된다(몰당 100kcal 또는 몰당 420kjules).
탄소가 거의 항상 4개의 결합을 형성하는 것도 같은 이유에서다.접지 상태의 밸런스 설정은 2s2 2p로2 절반이 채워져 있습니다.그러나 절반으로 채워진 상태에서 완전히 채워진 p 궤도까지 가는 활성화 에너지는 무시할 수 있을 정도로 작으며, 이러한 탄소는 거의 즉각적으로 이들을 형성한다.한편, 이 공정은 상당한 양의 에너지(발열)를 방출합니다.이 4개의 등본드 구성을 sp 하이브리드화라고3 합니다.
위의 세 단락은 비록 매우 일반적으로, 몇몇 일반적인 종, 특히 원자의 반응을 합리화한다.상기의 일반화를 위한 한 가지 접근방식은 화학반응성의 활성화 변형모델로[1][2][3], 반응물질의 강성과 전자구조, 반응장벽의 높이 사이에 인과관계를 제공한다.
어떤 반응의 속도도
다음 요율법의 적용을 받습니다.
![{\displaystyle {\text{Rate}}=k\cdot [{\ce {A}}]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a3f4d5c7596c96dc19417065c907357c7876d94f)
여기서 속도는 반응 속도 결정 단계(가장 느린 단계)에서 1초 동안의 몰 농도의 변화이고, [A]는 반응 순서라고 알려진 올바른 순서로 상승한 모든 반응 물질의 몰 농도의 산물이며, k는 반응 상수이며, 이는 주어진 상황 세트(제네)에 대해 일정하다.랠리 온도 및 압력) 및 농도와 무관합니다.화합물의 반응성이 클수록 k의 값이 높아지고 속도가 높아진다.예를 들어, 만약,
그 후, 다음과 같이 입력합니다.
![{\displaystyle {\text{Rate}}=k\cdot [{\ce {A}}]^{n}\cdot [{\ce {B}}]^{m}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/987ad15205adeaf01439477a204ca184e41bf7c9)
여기서 n은 A의 반응순서, m은 B의 n + (\ nm)은 완전반응의 반응순서, k는 반응상수이다.
「 」를 참조해 주세요.
레퍼런스
- ^ Wolters, L. P.; Bickelhaupt, F. M. (2015-07-01). "The activation strain model and molecular orbital theory". Wiley Interdisciplinary Reviews: Computational Molecular Science. 5 (4): 324–343. doi:10.1002/wcms.1221. ISSN 1759-0884. PMC 4696410. PMID 26753009.
- ^ Bickelhaupt, F. M. (1999-01-15). "Understanding reactivity with Kohn–Sham molecular orbital theory: E2–SN2 mechanistic spectrum and other concepts". Journal of Computational Chemistry. 20 (1): 114–128. doi:10.1002/(sici)1096-987x(19990115)20:1<114::aid-jcc12>3.0.co;2-l. ISSN 1096-987X.
- ^ Ess, D. H.; Houk, K. N. (2007-08-09). "Distortion/Interaction Energy Control of 1,3-Dipolar Cycloaddition Reactivity". Journal of the American Chemical Society. 129 (35): 10646–10647. doi:10.1021/ja0734086. PMID 17685614.
