Fluor gilt als das reaktivste Nichtmetall und als das Element mit der höchsten Elektronegativität im Periodensystem. Es gilt als das stärkste Oxidationsmittel. Caesium ist das reaktivste Metall im Periodensystem, so dass die Arbeit mit diesem Metall oft zu Explosionen führt!
Was sagt ein Chemiker zu einem anderen, wenn er ihn aufgeregt findet? „Warum bist du natriumdistressiert? Ich glaube, du übertreibst!“ Verstehst du, was ich da gemacht habe? Manchmal frage ich mich, warum – trotz meines Humors – es mir wirklich schwer fällt, Freunde zu finden…
Wie auch immer, abgesehen von meinen schlechten Noten, ist das erste, woran ich denke, wenn ich an Chemie denke, Laborkittel, seltsam geformte Behälter, die an Spiegelungen von Spaßhaus-Spiegeln erinnern, und feurige Explosionen. Ab und zu erwähnt jemand „Reaktion“ oder „Reaktivität“, Begriffe, die so häufig vorkommen, dass man sie in Chemiebüchern bis zur letzten Seite findet. Genau darüber sprechen wir hier.
In einfachen Worten ist eine „Reaktion“ genau das, wonach es klingt, eine Reaktion. Reaktivität dagegen kann definiert werden als das Maß dafür, wie leicht eine chemische Spezies an einer Reaktion teilnimmt und chemische Bindungen bildet. Die Frage lautet also: Welches Element ist am leichtesten zu provozieren? Aber zuerst…
Was bestimmt die Reaktivität eines Elements?
In einfachen Worten ist eine chemische Reaktion die perfekte Gelegenheit für Käufer und Verkäufer, Waren zu tauschen. Käufer und Verkäufer sind chemische Elemente. Die gehandelten Waren sind Elektronen und die Währung ist Energie.
Der Zweck dieses Handels besteht darin, Stabilität zu erreichen, das heißt eine optimale Anordnung von Elektronen. Dies wird erreicht, wenn die äußerste (valenz) Schale eines Elements vollständig gefüllt oder geleert ist. Grundsätzlich kann ein Element mehr Elektronen aufnehmen, um seine vorletzte Schale zu füllen, oder Elektronen abgeben, um sie zu leeren.
Je weniger Elektronen beteiligt sind, desto weniger Energie wird benötigt. Jeder, der mit der effizienten Funktionsweise der Natur vertraut ist, wird verstehen, dass der Handel, der die geringste Menge an Energie erfordert, am ehesten stattfindet. Dies ergibt Sinn, da ein Element lieber Elektronen abgeben und leer werden würde, wenn seine äußerste Schale weniger als halb gefüllt ist, oder einige aufnehmen würde, um sie zu füllen, wenn sie mehr als halb gefüllt ist. Sechs zu kaufen, wenn man einfach zwei abgeben kann, wäre töricht und vor allem teuer!
Daher wird die Reaktivität durch die Leichtigkeit bestimmt, mit der ein Element Elektronen verlieren oder gewinnen kann.
Wie bestimmen wir die Reaktivität eines Elements?
Das Periodensystem und seine „Trends“
Wie finden wir heraus, ob ein Element ein Käufer oder Verkäufer ist? Wir schauen ins Periodensystem.
Das Periodensystem ist eine Reflexion der grenzwertigen Zwangsstörung der Wissenschaftler, da sie nicht anders können, als alles auf extrem ordentliche und geordnete Weise zu organisieren. Das Periodensystem ordnet alle uns bekannten Elemente auf organisierte Weise an.
Das Periodensystem ordnet Elemente basierend auf ihrer Ordnungszahl an, die mit der Anzahl der Protonen oder Elektronen übereinstimmt, die sie haben. (Ist es nicht seltsam, dass sie tendenziell gleich sind?)
Trend 1
Wenn wir jedes Element in einer Reihe durchgehen, erhöht sich die Anzahl der Elektronen in der äußersten Schale um eins, während die Anzahl der Schalen gleich bleibt. Die Anzahl der Schalen kann anhand der Reihennummer bestimmt werden. Zum Beispiel haben Elemente in der zweiten Reihe nur zwei Schalen.
Aufgrund dieses Trends nimmt der Atomradius ab, wenn wir uns dem letzten Element in einer Reihe nähern. Dies liegt daran, dass der Anstieg der Elektronen durch den Anstieg der Protonen im Kern ausgeglichen wird, wodurch die Elektronen in derselben Schale enger gepackt werden. Die Protonen ziehen stärker an und bringen die Schalen näher an den Kern.
Aufgrund dieser starken Anziehungskraft ist es wahrscheinlicher, dass ein Element Elektronen gewinnt oder erwirbt, wenn wir uns entlang einer Reihe bewegen. Das Maß für die Fähigkeit eines Elements, Elektronen anzuziehen, wird als Elektronegativität bezeichnet. Das elektronegativste Element ist dasjenige, das am ehesten Elektronen aufnimmt und schnell reagiert.
Trend 2
Ein weiterer Trend ist die Zunahme der Größe der Elemente, wenn wir eine Spalte hinuntergehen, obwohl die Anzahl der Valenzelektronen gleich bleibt und die Ordnungszahl zunimmt. Dies liegt daran, dass der Anstieg der Elektronen von einem Anstieg der Anzahl der Schalen begleitet wird. Schwermetalle, insbesondere solche am unteren Ende, haben einen größeren Radius. Sie haben eine schwächere Kernanziehung und daher einen schwächeren Halt auf ihren äußersten Elektronen.
Das Maß für die Fähigkeit eines Elements, Elektronen zu verlieren, wird als Elektropositivität bezeichnet und nimmt zu, wenn wir eine Spalte hinuntergehen. Auch hier ist das am meisten elektronegative Element dasjenige, das am ehesten seine Elektronen abgibt und schnell reagiert.
Jetzt, da wir diese Trends verstehen, lassen Sie uns die Gewinner herausfinden.
Reaktivstes Nichtmetall – Fluor
Fluor ist das erste Element in der Halogen-Gruppe. Es ist ein blassgelbes, zweiatomiges, stark korrosives, brennbares Gas mit einem starken Geruch. Es hat eine Ordnungszahl von 9 und 7 Elektronen in seiner äußersten Schale. Darüber hinaus befindet es sich in der zweiten Reihe, was bedeutet, dass alle 9 Elektronen in nur 2 Schalen gepackt sind.
Mit einer äußeren Schale von 7 Elektronen muss Fluor nur ein Elektron gewinnen, um seine äußerste Schale zu vervollständigen und Stabilität zu erreichen. Dies ist angesichts seiner geringen Größe und starken Kernanziehung nicht schwierig. Fluor ist das elektronegativste Element im Periodensystem und damit das stärkste Oxidationsmittel. Es ist das reaktivste Nichtmetall.
Fluor ist so reaktiv, dass es Substanzen verbrennen kann, die normalerweise als nicht brennbar gelten, wie Glas, Wasser und sogar Sand. Seine hohe Reaktivität macht es unmöglich, es in seiner reinsten Form zu lagern oder zu isolieren. Aufgrund seiner extremen Reaktivität gab es in seiner frühen Geschichte der Isolierung und Experimentation tödliche Unfälle.
Reaktivstes Metall – Caesium
Caesium ist ein goldfarbenes Metall, das explosiv mit Luft und Wasser reagiert. Es hat eine Ordnungszahl von 55. Caesium befindet sich in der ersten Spalte und der vorletzten Reihe. Wie bereits erwähnt, ist die Größe eines Elements weiter unten in der Spalte im Vergleich zu den darüber liegenden Elementen relativ groß.
(Foto: Dnn87 / Wikimedia Commons)
Die Kernanziehung des Atoms ist aufgrund seines großen Radius unwirksam, was es auch sehr unhandlich macht. Die große Größe des Atoms macht es sehr anfällig für Ionisation. Es ist sehr nachgiebig und gibt bereitwillig das einzelne Elektron in seiner äußersten Schale auf, um Stabilität zu erreichen, was zu einem hohen Maß an Reaktivität führt. Caesium, das reaktivste Metall im Periodensystem, wird oft mit Explosionen in Verbindung gebracht!
Francium
Francium, das sich direkt unter Caesium in der ersten Spalte befindet, ist das größte Atom in dieser Spalte. Man könnte annehmen, dass Francium noch reaktiver als Caesium ist, aber das ist nicht der Fall.
Es wird geschätzt, dass sich zu jedem gegebenen Zeitpunkt nicht mehr als eine Unze Francium in der Erdkruste befindet. Wegen seiner Seltenheit müssen Wissenschaftler es künstlich herstellen, um es zu untersuchen.
(Foto: MarlonMarin1 / Wikimedia Commons)
Auch wenn Francium isoliert wird, hält es nicht sehr lange. Francium ist natürlich radioaktiv und hat eine Halbwertszeit von nur 22 Minuten, daher zerfällt es, bevor es reagieren kann. Darüber hinaus bewegen sich die Elektronen in Francium aufgrund der hohen Anzahl von Protonen in seinem Kern mit unglaublich hoher Geschwindigkeit. Bei solch kleinen Skalen und hohen Geschwindigkeiten treten seltsame Phänomene auf – die Elektronen sind etwas näher am Kern als erwartet, was sie etwas schwieriger zu entfernen macht.
Theoretisch gesehen ist Francium also das reaktivste Element.
Warnung vor Spoilern!
Es ist Ihnen vielleicht aufgefallen, dass die beiden als am reaktivsten geltenden Elemente nur in ihren spezifischen Kategorien – Metalle und Nichtmetalle – gewinnen. Leider gibt es keine definitive Antwort auf die Frage, welches Element insgesamt am reaktivsten ist, denn dazu gehören immer zwei.
Man könnte fragen, welches Element am reaktivsten mit Natrium ist. Die Antwort wäre Fluor, nicht Caesium. Oder vielleicht möchten Sie wissen, welches Element am reaktivsten mit Stickstoff ist. Es ist Lithium! Überraschung!
Der Begriff Reaktivität wird oft missverstanden. Die Frage selbst ist mehrdeutig und etwas unvollständig, wie dieser Artikel hoffentlich zeigt.