Que signifie la réactivité en chimie?

En chimie, la réactivité est une mesure de la facilité avec laquelle une substance subit une réaction chimique. La réaction peut impliquer la substance seule ou avec d'autres atomes ou composés, généralement accompagnée d'une libération d'énergie. Les éléments et composés les plus réactifs peuvent s'enflammer spontanément ou explosivement. Ils brûlent généralement dans l'eau ainsi que dans l'oxygène de l'air. La réactivité dépend de la température. L'augmentation de la température augmente l'énergie disponible pour une réaction chimique, ce qui la rend généralement plus probable.

Une autre définition de la réactivité est qu'il s'agit de l'étude scientifique des réactions chimiques et de leur cinétique.

Tendance de réactivité dans le tableau périodique

L'organisation des éléments du tableau périodique permet de prévoir la réactivité. Les éléments hautement électropositifs et hautement électronégatifs ont une forte tendance à réagir. Ces éléments sont situés dans les coins supérieur droit et inférieur gauche du tableau périodique et dans certains groupes d'éléments. Les halogènes, les métaux alcalins et les métaux alcalino-terreux sont très réactifs.

• L'élément le plus réactif est le fluor, le premier élément du groupe halogène.
• Le métal le plus réactif est le francium, le dernier métal alcalin (et l'élément le plus cher). Cependant, le francium est un élément radioactif instable, que l'on ne trouve qu'en traces. Le métal le plus réactif qui a un isotope stable est le césium, qui est situé directement au-dessus du francium sur le tableau périodique.
• Les éléments les moins réactifs sont les gaz nobles. Au sein de ce groupe, l'hélium est l'élément le moins réactif, ne formant aucun composé stable.
• Le métal peut avoir plusieurs états d'oxydation et a tendance à avoir une réactivité intermédiaire. Les métaux à faible réactivité sont appelés métaux nobles. Le métal le moins réactif est le platine, suivi de l'or. En raison de leur faible réactivité, ces métaux ne se dissolvent pas facilement dans les acides forts. Aqua regia, un mélange d'acide nitrique et d'acide chlorhydrique, est utilisé pour dissoudre le platine et l'or.

Comment fonctionne la réactivité

Une substance réagit lorsque les produits issus d'une réaction chimique ont une énergie inférieure (stabilité plus élevée) que les réactifs. La différence d'énergie peut être prédite en utilisant la théorie des liaisons de valence, la théorie orbitale atomique et la théorie orbitale moléculaire. Fondamentalement, cela se résume à la stabilité des électrons dans leurs orbitales. Les électrons non appariés sans électrons dans des orbitales comparables sont les plus susceptibles d'interagir avec les orbitales d'autres atomes, formant des liaisons chimiques. Les électrons non appariés avec des orbitales dégénérées à moitié remplies sont plus stables mais toujours réactifs. Les atomes les moins réactifs sont ceux avec un ensemble rempli d'orbitales (octet).

La stabilité des électrons dans les atomes détermine non seulement la réactivité d'un atome mais sa valence et le type de liaisons chimiques qu'il peut former. Par exemple, le carbone a généralement une valence de 4 et forme 4 liaisons parce que sa configuration d'électrons de valence à l'état fondamental est à moitié remplie à 2 s² 2p². Une explication simple de la réactivité est qu'elle augmente avec la facilité d'accepter ou de donner un électron. Dans le cas du carbone, un atome peut accepter 4 électrons pour remplir son orbite ou (moins souvent) donner les quatre électrons externes. Alors que le modèle est basé sur le comportement atomique, le même principe s'applique aux ions et aux composés.

La réactivité est affectée par les propriétés physiques d'un échantillon, sa pureté chimique et la présence d'autres substances. En d'autres termes, la réactivité dépend du contexte dans lequel une substance est considérée. Par exemple, le bicarbonate de soude et l'eau ne sont pas particulièrement réactifs, tandis que le bicarbonate de soude et le vinaigre réagissent facilement pour former du dioxyde de carbone et de l'acétate de sodium.

La taille des particules affecte la réactivité. Par exemple, un tas d'amidon de maïs est relativement inerte. Si l'on applique une flamme directe sur l'amidon, il est difficile d'amorcer une réaction de combustion. Cependant, si l'amidon de maïs est vaporisé pour former un nuage de particules, il s'enflamme facilement.

Parfois, le terme réactivité est également utilisé pour décrire la vitesse de réaction d'un matériau ou la vitesse de la réaction chimique. Selon cette définition, les chances de réagir et la vitesse de la réaction sont liées l'une à l'autre par la loi des taux:

Taux = k [A]

Lorsque la vitesse est le changement de concentration molaire par seconde dans l'étape de détermination de la vitesse de la réaction, k est la constante de réaction (indépendante de la concentration), et [A] est le produit de la concentration molaire des réactifs élevés à l'ordre de réaction (qui est un, dans l'équation de base). Selon l'équation, plus la réactivité du composé est élevée, plus sa valeur pour k et son taux sont élevés.

Stabilité contre réactivité

Parfois, une espèce à faible réactivité est appelée "stable", mais il faut veiller à clarifier le contexte. La stabilité peut également se référer à une décroissance radioactive lente ou à la transition d'électrons de l'état excité à des niveaux moins énergétiques (comme en luminescence). Une espèce non réactive peut être appelée "inerte". Cependant, la plupart des espèces inertes réagissent réellement dans les bonnes conditions pour former des complexes et des composés (par exemple, des gaz nobles de numéro atomique supérieur).