ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Размеры и массы частиц вещества. Энергия и закон ее сохранеКислород. Энергетика образования воды. Диаграммы состояний из "Лекции по общему курсу химии Том 1" Атомы представляют собой очень, маленькие частицы диаметры их, конечно, неодинаковы и зависят от того, какому элементу данный атом принадлежит однако все атомы недалеки в своих размерах от 10- см. Эта величина называется особым термином ангстрем и обозначается символом А. [c.14] Для характеристики элементарных частиц пользуются часто меньшими, чем кислородная, единицами, отвечающими массе одного электрона, находящегося в покое. Если воспользоваться электренной единицей, получим следующую табл. 3. [c.15] Под энергией понимают присущую данному материальному объекту способность производить работу. Мы различаем два основных вида энергии — кинетическую, т. е. энергию движения. [c.15] Как масса, так и энергия суть величины, подчиняющиеся весьма важному закону сохранения. Этот закон, подмеченный в XVIII столетии еще М. В. Ломоносовым, составляет одну из основ современной науки однако в связи со сложностью самих понятий о массе и энергии понимание закона сохранения не так просто и потребует от нас не одной, а многих лекций. В особенности полезными окажутся многочисленные конкретные примеры на применение закона только после короткого ознакомления с ними самая суть закона и его практическое значение предстанут в истинном смысле. Недаром еще И. Ньютон говорил, что примеры важнее теории. [c.16] Напомним для начала то, что должно быть известно из курса средней школы. Если поднять камень на некоторую высоту над уровнем моря, потенциальная энергия его возрастет согласно закону сохранения на величину, равную работе поднятия если камень упадет с высоты на прежнее место (уровень моря), потенциальная энергия уменьшится на ту же величину, и вместо нее появится равная ей кинетическая энергия при ударе камня о землю энергия движения камня как целого перейдет в энергию теплового движения отдельных атомов, т. е. камень н земля слегка нагреются. Чтобы оторвать камень от земли совсем, его надо поднять на очень большую высоту, где практически перестает иметь значение притяжение к земле. [c.16] Несколько иначе обстоит дело с работой против химических, междуатомных притяжений для полного разрыва молекулы Нг или О2 достаточно один из атомов отвести от другого на расстояние примерно в 3—4 А недаром химические силы относят к разряду сил не дальнего, а близкого действия . [c.16] Если нанести по вертикальной оси значения энергии, выраженные в килокалориях, то процесс атомизации обычного двухатомного водорода (или кислорода) можно изобразить графически, разместив грамм-молекулу Нг и два грамм-атома Н Д1а различных энергетических уровнях (рис. 1). [c.16] Взвешивание дает возможность проверить в каждом изучаемом случае, не забыто ли при расчете и не потеряно ли при какой-либо операции то или иное вещество, входящее в реакцию или образующееся при данной химической реакции. Кроме того, зная начальный общий вес и определив веса получающихся веществ, кроме одного, вес последнего можно определить по разности согласно закону сохранения. Таким образом, с помощью весов подводится весовой баланс вещества при химических реакциях. [c.18] Закон сохранения массы и энергии суть две стороны, два частных случая одного и того же общего закона, называемого принципом сохранения материи. [c.18] Общая масса данного количества материи так же, как и общая его энергия (всегда прямо пропорциональная массе), сохраняются во времени постоянными, т. е. не увеличиваются и не уменьшаются. Если от данного тела отщепляются некоторые частицы, его составляющие, или уйдут какие-либо осколки этих частиц, масса (энергия) тела соответственно уменьшается, но одновременно произойдет увеличение массы (энергии) в окружающем пространстве, куда эти частицы или осколки перешли уменьшение массы (энергии) тела и увеличение массы (энергии) в окружающем пространстве по абсолютной величине обязательно равны друг другу. Аналогичные же рассуждения будут верны и в том случае, если частицы или осколки переходят из окружающей среды в изучаемое нами тело. [c.18] Существующее в природе многообразие вещества изменчиво все в мире движется, но как бы ни были бесконечно разнообразны эти изменения, они не могут протекать как угодно, фантастически, по чьему-то капризу, не подчиняясь никаким правилам все изменения материи происходят в пространстве и во времени согласно определенным законам природы и прежде всего законам сохранения массы и энергии, которые при всех процессах остаются постоянными. [c.18] Таким образом, потенциальная энергия возрастает сперва на 326 ккал, а затем, уменьшаясь на 442 ккал, в балансе уменьшается на 116 ккал. [c.19] Ео к 1 показан стрелкой, направленной кверху, и требует затраты 326 ккал. [c.19] Уровень 2 соответствует потенциальной энергии двух молей газообразной Н2О и лежит на 442 ккал ниже 1 и на 116 ккал ниже уровня о- Стрелка от Е к 2 изображает переход от атомов 4(Н) и 2(0) к молекулам воды. [c.19] однако, что изменение температуры реагирующего газа будет зависеть йе только от повышения кинетической энергии его молекул, получающих 442 ккал в результате образования частиц воды из свободных атомов, но и от одновременного уменьшения кинетической энергии, зависящего от затраты 326 ккал на атомизацию молекул Нг и Ог. Таким образом, общее саморазогревание при горении водорода определяется тепловым эффектом, равным 116 ккал. [c.20] Мы не должны, конечно, рассматривать химический процесс как обязательно протекающий через промежуточную стадию свободных атомов на самом деле все обстоит гораздо сложнее, и во всяком случае правильнее представить себе, что падение атомов Н на атомы О начинается уже тогда, когда исходные молекулы Нг и Ог еще полностью не разорваны. [c.20] Рассмотренная реакция может быть сопоставлена с обратной реакцией — с разложением воды на водород и кислород. При разложении исходное состояние будет отвечать уровню а конечное — уровню Ео, и в балансе будем иметь увеличение потенциальной энергии, т. е. процесс пойдет с самоохлажде-нием для сохранения постоянства температуры нам в этом случае пришлось бы применить перевод энергии путем теплопроводности из воды калориметра в реагирующую смесь. [c.20] ХоТя и прямой, и обратный процессы представляют собой в сущности различные перестройки атомномолекулярных структур, взаимодействие водорода с кислородом (взятых в виде простых веществ), порождающее химически сложное вещество, принято называть синтезом или реакцией соединения. Превращение молекул воды в молекулы водорода и кислорода называют разложением или анализом воды. [c.20] Мы видим, что тепловые эффекты прямого и обратного процессов различны по наку, но равны по абсолютной величине это положение известно под названием закона Лавуазье и является прямым следствием закона сохранения энергии. [c.20] Весьма важным условием принятого в науке написания термохимических уравнений является, конечно, равенство температур веществ до и после реакции. Если не условиться в равенстве температур, обмен энергии с водой калориметра может варьировать в очень широких пределах и становится совершенно неопределенной величиной. Тепловой эффект, измеренный при условии равенства температур, называется изотермическим около числового значения эффекта можно поставить и значение температуры, при которой был измерен тепловой эффект. [c.21] Вернуться к основной статье