Хімічна термодинаміка: дозволено чи заборонено
Що таке горіння? Це саме звичайне окислення, з`єднання палива з киснем. Але ж у контакті з киснем знаходяться майже всі речовини, а реакція не починається (і слава богу). Значить, мало просто реагентів, потрібно врахувати й інші обставини. Саме цим займається хімічна термодинаміка.
Ця наука дуже проста, і в той же час вона виявляється однією з найбільш універсальних, її можна застосувати до безлічі явищ і процесів, які відбуваються ... або не відбуваються. Тут вже вирішувати непохитним законам цієї науки. Основні поняття хімічної термодинаміки дуже прості. І їх не представляється можливості спростувати, на думку Ейнштейна. Цей надзвичайно обдарований вчений вважав, що це найнадійніша з теорій у Всесвіті.
Як ми знаємо з досвіду, багато з хімічних процесів мимовільно йти не можуть. Перші дослідники помітили, що багато реакції, які починаються самі по собі, відбуваються з виділенням теплоти. Однак однозначно пов`язувати екзотермічність реакції і її мимовільність, як виявилося, було не можна. Тому що є реакції, які починаються при високих температурах і йдуть з поглинанням тепла, при цьому реакції теж починаються мимовільно.
Як зрозуміти, що відбувається? Невже природа прагне до зменшення енергії? Все складніше, хімічна термодинаміка каже, що насправді навколишнє середовище любить НЕ мінімум енергії, а максимальний безлад! Ну, деякі люди в цьому з природою солідарні.
А чи можна безлад описати строго? Виявляється, можна, для цього використовується поняття «ентропія». Її хіміки та фізики поетично називають «стрілою часу». Чому? Оскільки процеси зі збільшенням ентропії самі йдуть лише в одну сторону. І це додає їм незворотність. Це основи хімічної термодинаміки. Можна побачити і відмінність від механічних процесів. Наприклад, руху куль в більярді можна прокрутити на відео назад - і це буде виглядати правдоподібно. А от якщо ви побачите, як іде іржа з цвяха або відновлюється бенгальський вогонь, ви відразу зрозумієте, що це невірно, так не буває. Звичайно, цей приклад не претендує на абсолютність, але збільшення ентропії дійсно стає своєрідною «стрілою часу».
Хімічна термодинаміка не розроблені приладу, який би визначав рівень ентропії, це до певної міри умоглядне поняття. Але розрахувати її можливо, для цього буде потрібно знати зміна тепла під час реакції і температуру, при якій ця зміна відбувається. Чому враховується температура? Справа в тому, що швидкість руху частинок дуже тісно пов`язана з температурою, а чим більше ці швидкості, тим більше хаосу, читай, ентропії.
Сама хаотична форма речовини - газ. Тому реакція, в якій кількість газу збільшиться, протікає зі збільшенням ентропії. Наприклад, розпад карбонату кальцію. А ось отримати воду з кисню з воднем виявляється дуже важкою справою, оскільки ентропія зменшується.
Якщо обчислити за формулою енергію Гіббса, то можна припустити, чи піде дана реакція при даній температурі. Однак точно дізнатися не вийде, можливо, для того, щоб вона все-таки почалася, буде потрібно каталізатор або особлива температура. Розрахунки не є марними, вони вказують на «дозвіл» тієї чи іншої реакції. А ось якщо хімічна термодинаміка свідчить, що реакція «заборонена», то немає сенсу навіть мучитися пошуками каталізатора - все одно нічого не вийде.
Описувана наука тісно пов`язана із загальною термодинамікою, яка є галуззю фізики і пояснює безліч процесів різного роду в навколишньому світі. Цікавим людям відкриваються причини багатьох явищ, які для інших назавжди залишаться таємницею. Кажуть, термодинаміка навіть доводить існування бога ...
Закони термодинаміки Термодинаміка - розділ фізики, в рамках якого вивчається взаємне перетворення теплоти в рух і навпаки. Будучи досить обширним розділом, дана частина прикладної фізики ділиться на кілька різних підрозділів, до яких відносяться: Основні закони…
Перше і друге початок термодинаміки Перш ніж розглянути перше і друге початок термодинаміки, необхідно визначитися, що саме розуміють під терміном «термодинаміка». У даному випадку слово говорить саме за себе: у ньому неважко визначити два інших - «термо» і «динаміка». При перекладі з…
Хімічні явища в повсякденному житті Оточуючий нас світ, при всьому його багатстві і різноманітті, живе за законами, які досить легко пояснити за допомогою таких наук, як фізика і хімія. І навіть в основі життєдіяльності такого складного організму, як людина, лежить не що інше, як…
Що таке енергія Гіббса Мимовільність протікання процесів в системах відкритого та закритого типів описується через спеціальний критерій, який отримав назву енергія Гіббса. Він є функцією стану. Д.У. Гіббс, працюючи з термодинамічними системами, зумів вивести її через…
Як протікає реакція горіння Горінням називається реакція окислення, що протікає з високою швидкістю, яка супроводжується виділенням тепла у великій кількості і, як правило, яскравим свіченням, яке ми називаємо полум'ям. Процес горіння вивчає фізична хімія, в якій до горіння…
Зміна ентропії Ентропія є поняттям, яке було введено в термодинаміки. За допомогою даної величини визначається міра розсіювання енергії. Будь-яка система відчуває протиборство, яке виникає між теплом і силовим полем. Збільшення температури призводить до зниження…
Перший закон термодинаміки Перший закон термодинаміки стверджує, що зміна внутрішньої енергії можливо тільки при наявності зовнішніх впливів. Іншими словами, якщо системі буде повідомлено певну кількість тепла і над нею буде здійснена робота, то активність даного тіла…
Робота в термодинаміці Наука, що вивчає теплові явища - це термодинаміка. Фізика розглядає її як один зі своїх розділів, який дозволяє зробити певні висновки, грунтуючись на уявленні речовини у вигляді молекулярної системи.Термодинаміка, визначення якої будуються на…
Фактори, що впливають на швидкість хімічної реакції З поняттям "швидкість" зазвичай стикаються в курсі фізики. За загальним визначенням швидкість є величиною, яка показує, як за одиницю часу змінюється якась характеристика.У хімії використовується визначення "швидкість хімічної реакції ". Дана…
Хімічна рівновага - основа оборотних хімічних реакцій Згідно з однією з класифікацій, що використовуються для опису хімічних процесів, існує два види протилежних реакцій - оборотні і незворотні. Оборотна реакція не доходить до кінця, тобто жодне з речовин, що вступили в неї, не витрачається повністю і…
Що вивчають розділи фізики ВведенняВи перейшли в сьомий клас і, прийшовши 1 вересня в школу, побачили у списку своїх нових уроків предмет з назвою "Фізика". На ваше запитання про те, що це за звір, батьки тільки відмахнулися: "Наука така!" Але ви перед першим уроком фізики…
Що таке ентропія Всесвіту Всесвіт - наш великий неозорий будинок. І дуже хочеться, щоб процеси в ній були стабільні, оскільки всі ми залежимо від їх результатів. Вивчення та прогнозування їх представляє безумовний інтерес.Що таке ВсесвітПід Всесвіту в найпоширенішому,…
Що таке вільна енергія Гіббса? Вільна енергія Гіббса - це величина, яка показує рівень зміни енергії в процесі хімічної реакції, і в результаті дає відповідь на питання про можливість протікання хімічних реакцій. Такий потенціал можна приймати за повну хімічну енергію системи…