La estabilidad química de una sustancia es una propiedad importante relacionada con su preparación, uso y almacenamiento, y también es un tema que suele tratarse en la enseñanza de la química.
Sin embargo, debido a que implica una gran cantidad de conocimientos y teorías químicos, es difícil discutir el tema de la "estabilidad química de las sustancias" en los libros de texto de química en un solo capítulo.
Esto requiere que los profesores realicen resúmenes y clasificaciones más rigurosos.
Primero, algunos conceptos sobre la estabilidad de la materia
La estabilidad química de la materia es diferente a la de la física.
1. Definición y clasificación teórica de la estabilidad química.
La estabilidad química es otra forma de expresar las propiedades químicas de las sustancias.
Es sinónimo de si una reacción química se produce con facilidad.
Así que este es un concepto químico muy amplio.
La definición habitual es aquella cuando una sustancia química no sufre ningún cambio químico a lo largo del tiempo bajo determinadas condiciones ambientales.
Esta propiedad se puede denominar estabilidad química.
Por otro lado, si existe una reacción química evidente entre la propia sustancia u otra sustancia del sistema.
Se puede decir que esta sustancia es químicamente inestable.
Según la teoría química utilizada para analizar estos problemas, la estabilidad química de las sustancias se puede dividir en estabilidad termodinámica y estabilidad cinética.
La estabilidad química termodinámica significa que en un determinado sistema no se pueden concebir reacciones químicas de sustancias que puedan desarrollarse espontáneamente.
La estabilidad cinética química significa que la sustancia tiene al menos una reacción química imaginable que puede ocurrir espontáneamente en un sistema, pero esta reacción ocurre a una velocidad no observable y extremadamente lenta.
Así que desde una perspectiva macro, se puede considerar que “esta reacción química no ocurrió”.
Determinar la estabilidad química termodinámica de una sustancia en un sistema no es una tarea muy complicada.
Siempre que se enumeren las posibles reacciones entre la propia sustancia y otras sustancias del sistema, se puede calcular el cambio de energía libre estándar δδrGo de cada reacción.
Si la rGo de estas reacciones es muy positiva, significa que la constante de equilibrio de la reacción entre esta sustancia y otras sustancias es muy pequeña, y sólo habrá productos de equilibrio insignificantes.
Cuando no existe una reacción química evidente entre sustancias, éstas son termodinámicamente estables.
Por el contrario, mientras exista una de las reacciones, δδrGo no es muy positiva.
Quiere decir que la reacción tiende a transcurrir de forma espontánea, y al alcanzar el equilibrio químico aparecerá un número considerable de productos de equilibrio, lo que significa que la sustancia es termodinámicamente inestable.
La estabilidad cinética química significa que aunque una sustancia es termodinámicamente inestable, puede reaccionar espontáneamente consigo misma o con una sustancia del sistema, sin embargo, debido a su alta energía de activación, la velocidad de reacción es extremadamente lenta. lo que significa que la reacción aún no ha comenzado.
Dado que una reacción puede pasar por muchos procesos, la vida del estado de transición es corta y la amplitud y profundidad de la investigación en cinética química no son suficientes (en relación con la estabilidad termodinámica).
En otras palabras, la teoría de la estabilidad dinámica está lejos de ser perfecta.
De este modo, la investigación sobre la estabilidad de sustancias químicas suele limitarse al ámbito de la estabilidad química termodinámica.
2. Relatividad y correlación de la inestabilidad química
Inestabilidad química y estabilidad química son dos conceptos opuestos.
En realidad son sinónimos de poder tener una determinada reacción y no poder tener una determinada reacción.
Por ejemplo, el sodio metálico es inestable al agua.
Es decir, la reacción de "2Na 2H2O=2NaOH H2" se producirá al entrar en contacto con el agua.
El cobre metálico es estable al agua.
Es decir, en circunstancias normales, el cobre metálico no reacciona químicamente con el agua.
Desde esta perspectiva, cuando la gente utiliza el concepto de estabilidad química, en realidad está más preocupada por su inestabilidad.
Imagínese y compare, el cobre, que no reacciona con el agua ni reacciona directamente con el oxígeno a temperatura ambiente, o el sodio, que puede reaccionar con el agua y el oxígeno, ¿cuál necesita más atención? Por supuesto que es lo último.
Permitir que los estudiantes comprendan la inestabilidad del sodio metálico frente al agua y al oxígeno, y al mismo tiempo conozcan sus productos de reacción, lo cual es de mayor preocupación en la enseñanza de la química.
(1) Relatividad del concepto de estabilidad química
Como muchos otros conceptos que aparecen de dos en dos, los conceptos de estabilidad química e inestabilidad química son relativos.
La relatividad del concepto de estabilidad química se puede reflejar a partir de cambios en los requisitos de los límites de reacción, el tiempo de reacción y otras condiciones de reacción.
Desde el límite de la reacción, dado que la mayoría de las reacciones químicas son reacciones reversibles, si rara vez ocurren reacciones reversibles entre una sustancia y otra sustancia, entonces los fenómenos y productos de la reacción no se detectarán y se pueden ignorar por completo.
Entonces se puede considerar que esta reacción no ocurrió, y esta sustancia es estable frente a otra sustancia.
Al igual que el cobre metálico en ácido sulfúrico diluido, según el conocimiento físico y químico, siempre habrá una pequeña cantidad de iones de cobre entrando a la solución para formar una doble capa eléctrica en la superficie del metal.
Sin embargo, muy pocos iones de cobre entraron en la solución, y se puede considerar que el cobre metálico no se disolvió.
Por tanto, se puede decir que el cobre metálico es estable al ácido sulfúrico diluido.
La correlación entre la estabilidad química y las condiciones de reacción química y los requisitos de tiempo.
La correlación del concepto de estabilidad química contiene dos significados.
Por un lado, debido a que las reacciones químicas generalmente ocurren bajo ciertas condiciones, la estabilidad química también es condicional.
Similar a la estabilidad térmica de una sustancia, en realidad es una propiedad química relacionada con la temperatura.
Por ejemplo, la propiedad de descomposición térmica del HgO puede describirse como "inestabilidad térmica".
Por otro lado, la inestabilidad química de una sustancia siempre está relacionada con una reacción o múltiples reacciones químicas, lo que requiere que las personas describan y definan la estabilidad de la sustancia a partir del objeto de la reacción.
Por ejemplo, el sodio metálico puede reaccionar con el agua, por lo que se dice que el sodio metálico es "inestable al agua".
En cuanto a que el sodio metálico no reacciona con el queroseno, se puede decir que el sodio metálico es "estable al queroseno".
2. Clasificación de la estabilidad química de las sustancias
Debido a que la estabilidad química está relacionada con el ambiente (condiciones) externo en el que se encuentra la sustancia, está relacionada con el tipo de sustancias que contiene. entra en contacto con.
Así que la estabilidad química de las sustancias también se puede clasificar según esta idea.
1. La estabilidad está relacionada con las condiciones físicas del entorno.
Según los diferentes entornos y condiciones físicas, se producirán las siguientes estabilidades diferentes.
(1) Estabilidad térmica
En general, esta sustancia es estable por debajo de una determinada temperatura.
Cuando la temperatura es superior a cierta temperatura, las sustancias sufrirán espontáneamente reacciones químicas (principalmente reacciones de descomposición).
No se descompone a temperaturas muy altas, lo que indica que el material tiene buena estabilidad térmica.
Se producirán reacciones químicas a temperaturas más bajas, lo que indica una mala estabilidad térmica.
En química abundan los ejemplos de este tipo.
No lo repetiré aquí.
(2) Inestable a la luz
Se distingue si una sustancia puede sufrir reacciones químicas en condiciones de luz.
Algunos de los llamados materiales fotosensibles son inestables a la luz.
Incluso algunos reactivos químicos comunes y materiales no fotosensibles deben almacenarse en botellas de reactivos marrones debido a su baja inestabilidad a la luz.
Como ácido nítrico, permanganato potásico, solución de nitrato de plata, etc.
(3) Inestabilidad por vibración
Esta es una propiedad que puede existir de manera estable en condiciones estáticas, pero se producirán reacciones químicas bajo una fuerte acción mecánica.
Por ejemplo, el cloruro de mercurio y el Ag3N (el producto principal) en la solución de plata y amoníaco a largo plazo pueden sufrir reacciones explosivas violentas cuando se someten a fuertes vibraciones. Ambas son sustancias con una estabilidad química extremadamente pobre.
2. Estabilidad de las sustancias
Debido a que una sustancia puede reaccionar con determinadas sustancias en condiciones normales, se dice que es inestable ante estas sustancias y no puede reaccionar con otras sustancias reactivas; sustancias pero se dice que es estable frente a otras sustancias.
Por lo tanto, la estabilidad y la inestabilidad generalmente se pueden definir a partir de los objetos involucrados.
Esto da lugar a los siguientes conceptos:
(1) Estabilidad e inestabilidad del agua
Se puede determinar en función de si una sustancia puede reaccionar con el agua a temperatura ambiente. temperatura, o se puede distinguir por si puede reaccionar con agua hirviendo, o incluso reaccionar con vapor de agua en condiciones de calor al rojo vivo.
Por ejemplo, el hierro metálico no puede reaccionar con agua hirviendo, pero sí con vapor de agua en condiciones de calor al rojo vivo.
Esta propiedad del hierro se puede resumir en la siguiente: el hierro metálico tiene cierta estabilidad al agua.
(2) Estabilidad e inestabilidad del oxígeno y el aire
La estabilidad del oxígeno depende de si una sustancia puede reaccionar con el oxígeno a una determinada temperatura y presión parcial de oxígeno.
Para el aire, porque contiene una determinada cantidad de oxígeno.
Así que las sustancias que son inestables al oxígeno generalmente lo son al aire.
Porque el aire suele contener cantidades inciertas de vapor de agua y dióxido de carbono.
Por lo tanto, las sustancias que pueden reaccionar con el vapor de agua o el dióxido de carbono también mostrarán inestabilidad en el aire.
Algunas sales con agua cristalina fija perderán su agua cristalina (parte o toda) y cambiarán su composición química cuando la presión parcial del vapor de agua en el aire es inferior a un determinado valor. Este fenómeno se llama ". meteorización".
La meteorización de la sal también es signo de su inestabilidad.
(3) Inestabilidad frente a otras sustancias simples
La denominada estabilidad de los hidruros gaseosos se refiere a la facilidad con la que se descomponen para liberar H2.
Un aspecto de la llamada estabilidad de los cloruros es la facilidad con la que se descomponen y liberan Cl2.