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化学稳定性

/chemical stability/
条目作者王泉明

王泉明

最后更新 2023-10-27
浏览 232
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物质在化学因素作用下保持原有微观结构和物理化学性质的能力。

英文名称
chemical stability
所属学科
化学

对于处在特定化学体系中的物质而言,如果该体系下物质可以保持稳定存在,不与其他物质发生化学反应且自身也不发生化学变化,则称之为化学稳定的。

化学稳定性通常指化学系统的热力学稳定性,即在考虑内部反应,以及空气、水等环境因素的作用下,体系是否处于热力学较低或最低能量状态。若处在热力学较低能态,则材料具备抵抗变化或分解的能力。因此化学稳定的材料通常反应性较低,更耐腐蚀。很多贵金属如银、金、铂耐腐蚀性很强,具备良好的化学稳定性。另一个例子是氦、氖、氩、氪等惰性气体,由于其满壳层的电子结构,处在热力学低能态,既不易得电子也不易失电子,因此具备优秀的化学稳定性,通常被用作保护气。

在材料科学中,如果一种化学物质在环境或正常使用中不易发生化学变化,并在其预期有用的时间尺度上保持其相应的功能,就被称为稳定的。相应地,如果该材料在预期使用条件下或正常环境条件下易腐蚀、分解、聚合、燃烧或爆炸,则称为不稳定的。

考虑通常环境下会对体系造成腐蚀的化学因素,化学稳定性又可细分为氧稳定性、水稳定性、酸稳定性、碱稳定性等。以水稳定性为例,通过比较标准电极电势,可以得到金属及其对应阳离子在水中的相对稳定性,即为金属活动性顺序表。表中金属单质稳定性自左向右递增,金属离子稳定性自左向右递减。

金属活动性顺序表

名称

符号

KCaNaMgAlZnFeSnPbHCuHgAgPtAu

离子

K+Ca2+Na+Mg2+Al3+Zn2+Fe2+Sn2+Pb2+H+Cu2+Ag+Pt2+Au3+

日常生活中有很多金属制品,但其自身往往易被腐蚀。提升化学稳定性的方法大抵有两类,一类是通过在表面增加涂层如搪瓷、油漆等,实现和腐蚀源的隔离。另一类是制成合金,通过掺杂其他物质并调控各组分比例,可以得到性质优异的合金,如不锈钢、铝合金等。

化学稳定性是衡量药物、催化剂、聚合物产品等的重要指标之一。以催化剂为例,化学实验室中合成了种类繁多、用途广泛的催化剂,其中不乏催化性能优异者。但其仍不能投入实际的应用中,阻碍其大规模应用的一大原因就是其化学稳定性不佳,只能在实验室条件下稳定存在一定时间,而远远无法适应工业生产的环境条件和时间需求。因此如何提升产物化学稳定性也是科研工作中一大重点与难点。只有解决了化学稳定性的问题,才能使诸多科研成果的光真正地照进生活。

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