Меры беспорядочного движения

Меры беспорядочного движенияЭнтропия — мера беспорядочного движения атомов и молекул. Она равна нулю в идеально построенном кристалле при абсолютном нуле (когда все атомы выстроены в идеальном порядке). При повышении температуры атомы в кристаллической решётке начинают совершать всё более сильные колебания, и энтропия кристалла постепенно растёт.

Очень сильное увеличение энтропии происходит при плавлении и особенно при испарении вещества — ведь в газе движение молекул наименее упорядоченное. Сильное увеличение энтропии происходит и при растворении кристаллического вещества (пропадает строгий порядок в кристалле), а также при образовании в химических реакциях газов из твёрдых или жидких веществ.

Именно увеличение энтропии «помогает» растворению кристаллов нитрата аммония NH4NO3, так как в растворе ионы NH+ и NO — в отличие от кристалла, движутся довольно хаотично, неупорядоченно.

И кристаллы этого вещества (аммиачной селитры) очень легко растворяются, хотя этот процесс настолько невыгоден энергетически, что растворение сопровождается очень сильным охлаждением — тонкостенный стакан с холодной водой, в которой растворяют селитру, может примёрзнуть к мокрой деревянной подставке!

Законы термодинамики помогли химикам выяснить, какие процессы возможны, а какие запрещены.

Но далеко не всегда термодинамически возможная реакция идёт на самом деле.

Вот, например, лежит кусок графита. И будет лежать он до скончания века, и ничего с ним не произойдёт.

А ведь с точки зрения термодинамики реакция графита с кислородом воздуха С + О, = СО, весьма благоприятна: и энергия в этой реакции выделяется (запас энергии у продукта меньше, чем у реагентов), и энтропия немного увеличивается.

В чём тут дело?

Некоторые термодинамически возможные реакции идут быстро (или даже очень быстро).

Если кинуть кусочек мела в уксус, сразу раздастся сильное шипение — это выделяются пузырьки углекислого газа, а кусочек мела через несколько минут исчезнет.

Ещё быстрее растворится мел в соляной кислоте. Если капнуть йодной настойкой на раз резанную картофелину, моментально появляется синее окрашивание: это йод быстро прореагировал с крахмалом.

Другие реакции идут медленно (или очень медленно). Например, на медных и бронзовых предметах постепенно, иногда в течение десятков и сотен лет, появляется зеленоватый или черно-коричневый налёт — патина.

Это результат химической реакции меди с компонентами воздуха — кислородом, углекислым газом, водяным паром.

Ещё медленнее идут многие реакции образования минералов, например горного хрусталя или агата. Термодинамика, отвечая на вопрос о принципиальной возможности той или иной реакции, не может ответить на вопрос, пойдёт ли реакция на самом деле при определённых условиях.

И если пойдёт, то с какой скоростью.

Знать же это химику крайне необходимо. Он не может ждать тысячелетиями «принципиальной осуществимости» реакции.

Химики должны уметь по своему желанию замедлять реакции, которые идут слишком быстро, и ускорять те, которые идут недопустимо медленно. Как этого достичь в каждом конкретном случае?

Отвечает на подобные вопросы другая наука — химическая кинетика (слово происходит от греческого kinetikos — «приводящий в движение»). Это наука о механизмах химических реакций, о том, каким конкретно способом атомы в исходных веществах перестраиваются в атомы продуктов реакции.

Задача эта чрезвычайно сложная и для многих реакций нерешённая.

Химическая кинетика отвечает на вопрос, как идёт реакция, какими способами на неё можно воздействовать.

Для такого воздействия химики могут изменить температуру, количества реагентов в единице объёма (то есть давление или концентрацию), ввести в реакцию специальные вещества, которые сами не расходуются, но могут сильно ускорять или замедлять реакцию. Такие вещества называются катализаторами (они реакцию ускоряют) и ингибиторами (они реакцию замедляют).

Но прежде всего необходимо изучить механизм реакции.

Комментарии запрещены.

О химии и химиках
  • Репетитор – это не обязательно

    06.09.2017

    Очень примечательным и ободряющим для российских граждан является тот факт, что во всем мире репетиторство развивается не менее бурными темпами, чем в России. Ведь когда на законодательном уровне было закреплено единый... 
    Читать полностью

  • Чудеса для разминки

    02.02.2017

    Если чего-нибудь не раздобудешь, неважно. Пропусти опыт и переходи к следующему. Но описание пропущенного опыта прочитай: когда-нибудь, при удобном случае, к нему можно и вернуться. Для первого опыта нужны два вещества, которые,... 
    Читать полностью

  • Варим яйцо в бумажной кастрюле

    02.02.2017

    Возьмите лист плотной бумаги, сверните из него колпачок. Стыки проклейте быстросохнущим клеем и скрепите скобами степлера. В эту бумажную емкость налейте воды, положите сырое яйцо. Согните из проволоки держатель (его можно... 
    Читать полностью

  • Свеча из мыла

    02.02.2017

    Когда мы рассуждали о том, почему мыло моет, то упоминали особое устройство его молекулы: «голова» и длинный «хвост», причем «голова» стремится к воде, а «хвост», напротив, от воды отталкивается… Рассмотрим... 
    Читать полностью

  • Главные принципы домашнего физика

    01.02.2017

    Правило первое (самое главное). Сначала демонстрация опыта, потом – его объяснение и применение закона! Именно такая последовательность привлекает максимальное внимание, и вызывает главный вопрос исследователя – «Почему?» Правило... 
    Читать полностью