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 | 钾 | 钙 | 钠 | 镁 | 铝 | 锌 | 铁 | 锡 | 铅 | 氢 | 铜 | 汞 | 银 | 铂 | 金 |
符号 | K | Ca | Na | Mg | Al | Zn | Fe | Sn | Pb | H | Cu | Hg | Ag | Pt | Au |
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。