Связь между химической и электрической энергией

Взаимодействия атомов и молекул с поверхностями твердых тел в рамках молекулярных моделей принято подразделять на два типа. Взаимодействие типа физической адсорбции имеет место, когда молекула удерживается у поверхности силами Ван-дер-Ваальса, т. е. не происходит перераспределения электрического заряда в системе. Полуэмпирический подход к расчету взаимодействий адсорбент—адсорбат основан на методе атом-атомных потенциалов, согласно которому энергия межмолекулярного взаимодействия представляется в виде суммы энергий парных взаимодействий атомов, а параметры атом-атомных потенциалов определяют исходя из опытных данных. Другой тип взаимодействия атомов и молекул с поверхностями твердых тел представляет хемосорбция. В этом случае происходит перераспределение заряда в системе и образуется химическая связь между поверхностью и субстратом. Хемосорбция представляет наибольший интерес с точки зрения гетерогенного катализа, поскольку катализ имеет донорно-акцепторный механизм [2]. [c.61]

СВЯЗЬ МЕЖДУ ХИМИЧЕСКОЙ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИЕЙ 1б1 [c.161]

На основании законов термодинамики возможно не только количественно охарактеризовать превращение химической энергии в электрическую, но и установить связь между химическими и электрическими величинами. Направление химической реакции термодинамически выражается изменением изобарно-изотермического потенциала. В случае электрохимических реакций константа равновесия окислительно-восстановительной системы (К) определяется уравнением [c.80]

Термодинамика гальванических элементов. Вопрос о происхождении электрической энергии получил свое дальнейшее разрешение, когда Уильям Томсон установил связь между химической и электрической энергией в гальванических элементах на основе первого закона термодинамики, а Гельмгольц, использовав основное термодинамическое уравнение Гиббса, приспособил его для установления связи между этими энергиями и обоими законами термодинамики. [c.180]

Еще М. В. Ломоносов предвидел существование глубокой связи между химическими и электрическими явлениями. В 1752 г. он высказал соображение о том, что без химии путь к познанию истинной причины электричества закрыт. Но исследование этой связи было невозможно без подходящего источника электрической энергии, который появился только на рубеже XIX в. [c.7]

СВЯЗЬ МЕЖДУ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИЕЙ, ХИМИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИЕЙ, ТЕПЛОВЫМ ЭФФЕКТОМ РЕАКЦИИ И Э. Д. С. ОБРАТИМЫХ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМ [c.60]

Связь между химической и электрической энергией. Мы должны теперь ответить на вопрос как можно вычислить получаемую электрическую энергию из химической энергии, или, точнее, из теплового эффекта протекающих в элементе реакций. Уже на стр. 49 мы видели, что допущение, принятое первоначально Гельмгольцем и Вильямом Томсоном, согласно которому теплота реакции целиком превращается в электрическую энергию, впоследствии оказалось несостоятельным. Лишь в отдельных вполне определенных случаях мы имеем это простое отношение. Около 40 лет назад благодаря усилиям Гиббса, Брауна и Гельмгольца удалось математически выразить существующую здесь закономерность. [c.161]

Так как источником электрической энергии гальванической цепи (элемента) являются протекающие в ней химические процессы, то возникает вопрос о связи между химической и электрической энергией. Кроме того, важно решить вопрос о том, превращается ли химическая энергия гальванического элемента, измеряемая тепловым эффектом токообразующего процесса, целиком в электрическую энергию или же здесь имеются более сложные соотношения. [c.166]

Электрохимия изучает взаимную связь между химической и электрической энергией и их взаимное превращение. Процессы, протекающие в гальваническом элементе, представляют пример [c.130]

Таким образом, при известных значениях энергии Гиббса реакции АО можно рассчитать Е и, наоборот. Уравнение (9.3) показывает связь между химической и электрической энергиями. Энергия Гиббса реакции зависит от активностей а или парциальных давлений р реагентов и продуктов реакции. Например, для реакции [c.265]

Природу химической связи и характерные особенности металлов можно объяснить на примере лития следующим образом. В кристалле лития орбитали соседних атомов перекрываются. Каждый атом предоставляет на связь четыре валентные орбитали и всего лишь один валентный электрон. Значит, в кристалле металла число электронов значительно меньше числа орбиталей. Поэтому электроны могут переходить из одной орбитали в другую. Тем самым электроны принимают участие в образовании связи между всеми атомами кристалла металла. К тому же атомы металлов характеризуются невысокой энергией ионизации — валентные электроны слабо удерживаются в атоме, т. е. легко перемещаются по всему кристаллу. Возможность перемещения электронов по кристаллу определяет также электрическую проводимость металла. [c.89]

Для обеспечения второго процесса (т.е. превращения электрической энергии в химическую) электродные реакции в ячейке форсируют наложением извне напряжения I/) из какого-нибудь источника постоянного тока. При этом необходимо, чтобы налагаемое извне напряжение было больше э.д.с. ячейки. Так, если ячейка состоит из двух одинаковых электродов, опущенных, в один и тот же раствор электролита, то иа-за отсутствия разности потенциалов между ними ячейка не обладает собственной э.д.с. Однако при наложении на электроды некоторого напряжения за счет протекания на них соответствующих электрохимических реакций электроды приобретают потенциалы, отвечающие этим реакциям, поэтому возникающая в связи с этим э.д.с. такой ячейки обратно направлена налагаемому напряжению. [c.125]

Таким образом, рассматривая превращение химической энергии токообразующих реакций в электрохимических си-ст( мах в электрическую энергию на основе термодинамики, можно не только установить существующую между ними количественную связь, но и рассчитать величины э. д. с. и электродного потенциала. Вместе с тем термодинамический подход не отражает механизма этого превращения, не объясняет природы и причин возникновения э. д. с. и электродного потенциала. [c.65]

Современные представления о природе валентной связи основаны на положениях классической термодинамики и квантовой механики. Согласно этим представлениям валентная связь между атомами образуется из-за стремления их к энергетически более устойчивому состоянию, которому соответствует наименьший запас свободной энергии. Химическая связь возникает при взаимодействии электрических полей, создаваемых электронами и ядрами атомов, участвующих в образовании молекул. Характер этого взаимодействия оказалось возможным установить на основе представлений о строении атома и о корпускулярно-волновых свойствах электрона. [c.104]

ЭЛЕКТРОХИМИЯ - раздел физической химии, изучающий взаимосвязь между электрическими и химическими процессами, связь между электрической и химической энергией и их взаимное превращение. [c.291]

В ней было показано, что . ) урав-. нение Шредингера справедливо не только для атома, но й для молекулы 2) химическая связь имеет электрическую. природу, поскольку в уравнении Шредингера в качестве потенциальной энергии рассматривалась только энергия электростатического взаимодействия ядер и электронов 3) электронная плотность в области между ядрами в молекуле На выше, чем простое наложение электронной плотности атомов 4) химическая связь обусловливается парой электронов, ставшей общей для двух ядер, в результате тождественности и неразличимости электронов 5) простая связь между атомами водорода осуществляется при условии, если их орбитальная собственная функция симметрична относительно координат обоих электронов, т. е. связь образуется парой электронов с антипараллельными спинами. Антипараллельность спинов является не причиной образования химической связи за счет магнитных взаимодействий, а выражением условий квантовомеханической микросистемы, в которой действуют электрические силы 6) отсутствие связи между атомами водорода вследствие понижения электронной плотности между ядрами имеет место при параллельных спинах их электронов 7) энергия связи определяется обменной и кулоновской энергией, а также интегралом перекрывания. Основную роль при этом играет обменная энергия, возникновение которой есть следствие учета квантовомеханического принципа неразличимости электрона (их обмен местами не имеет физической [c.80]

Химические связи между поверхностными атомами ие являются равнозначными. Часть этих связей, направленная в глубь кристалла, имеет примерно такие же геометрические (угол, длина) и физические (энергия) свойства, что и в объеме связи же, направленные в сторону внешней среды, либо двойные и расположены под другим углом, либо вообще разорваны . Высвобождение валентных электронов и перевод их в зону проводимости требует в данном случае различной затраты энергии в зависимости от того, какая связь поверхностного атома будет при этом разрушаться. Согласно зонной теории сказанное означает, что электроны могут поступать в зону проводимости данного кристалла как из валентной зоны, так и с более высоких уровней, соответствующих разрыву менее прочной поверхностной связи. Вспоминая, что точно такие же уровни в объеме кристалла могут быть получены путем введения легирующих примесей, мы приходим к выводу, что совершенно чистая поверхность кристалла обладает примерно такими же электрическими свойствами, как объем примесного полупроводника. [c.205]

Связь между электрической энергией и химическим сродством достаточно очевидна , по мнению Дэви. Химическое сродство по своей природе одинаково с электрическим притяжением. Но в первом случае взаимодействуют мельчайшие частицы — атомы, а во втором — большие массы материи. [c.33]

Химическая и нефтехимическая промышленность являются крупными потребителями электрической и тепловой энергии в виде пара, теплофикационной воды, охлаждающих агентов (воды, рассола), сжатого воздуха, азота и т. д. Снабжение предприятий электрической энергией обеспечивается от энергетических систем через узловые распределительные подстанции (УРП), имеющие по несколько связей по линиям передач на напряжение 220 кВ и более. От УРП электроэнергия распределяется на напряжение 35—110 кВ с подключением потребителей обычно к двум источникам, как правило, имеющим между собой реактивную связь. Поэтому при коротком замыкании на одном источнике напряжение падает на обоих. [c.389]

Известно, что все молекулы состоят из атомов, соединенных между собой химическими связями. Движение химически связанных атомов напоминает непрерывное колебание системы шариков, связанных пружинами. Их движение можно рассматривать как результат наложения двух колебаний — растягивающего и изгибающего. Частоты колебаний зависят не только от самой природы отдельных связей, таких, как С—И или С —О, но и от всей молекулы и ее окружения. Аналогично в системе шариков, связанных пружинами, на колебание одной пружины воздействует вся система в целом. В результате удара амплитуды колебаний в такой системе возрастают. Подобно этому амплитуды колебаний связей и вместе с ними колебаний электрических зарядов увеличиваются, когда на них воздействуют электромагнитные волны (инфракрасные лучи). Различие между молекулой и системой шариков на пружинах заключается в том, что колебательные энергетические уровни молекулы квантованы. Поэтому молекулой поглощаются только те частоты инфракрасного излучения, энергия которых точно соответствует разностям между двумя уровнями энергии связи амплитуда данного колебания, следовательно, возрастает не постепенно, а скачком. Значит, при облучении образца инфракрасным светом с непрерывно меняющейся частотой определенные участки спектра излучения должны поглощаться молекулой, вызывая растяжение или изгиб соответствующих связей. Луч, проходящий через вещество, ослабляется в области поглощения. Регистрируя интенсивность прошедшего излучения в зависимости от волновых чисел или длин волн, получают кривую, на которой видны полосы поглощения. Это и есть инфракрасный спектр. [c.11]

Важную роль в живой природе, особенно у многоклеточных организмов, играют различные процессы преобразования энергии. В этих процессах непосредственными участниками также являются бе и<и. В сущности, один вид такого преобразования был только что рассмотрен — преобразование химической энергии, запасенной в ангидридных связях АТФ, в электрическую энергию натрий, калий-зависимой АТФазой. Гидролиз АТФ в этом случае приводит к возникновению разности электрических потенциалов между внут1зеиним содержимым клетки и окружающей средой. [c.37]

Связь между химической и электрической энергией. В то время, когда Вольта указал на место соприкосновения металлов как на источник электрической энергии (см. стр. 36), закон сохранения энергии еще не был установлен, и Вольта не знал, что энергия электрического тока может возникать лишь за счет другого рода энергии. Он считал рег-petuum mobile возможным и полагал, что, может быть, удастся построить такой прибор, который давал бы, не изнашиваясь и не требуя никакого ухода за собой, бесконечное количество электрической энергии. Когда же однако в середине прошлого века удалось открыть закон сохранения энергии, воззрения Вольта должны были подвергнуться изменениям. [c.48]

Электрохимия изучает связь между химической и электрической энергией и их взаимные превращения. Химические реакции могут служить источнико М электрической энергии, например, в системах, называе-I мых гальваническими элементам и. С другой стороны, электрическая энергия, полученная от постороннего источника в виде постоянного электрического тока и введенная в химическую систему при помощи электродов, вызывает электролиз, т. е. разложение электролита, сопровождающееся выделением на электродах продуктов разряда ионов. [c.551]

Уравпенпя (53) и (55) отражают связь, существующую между электрической энергией, генерируемой (или поглощаемой) электрохимической системой, и изменением энергии протекающего в ней химического превращенпя. [c.20]

Приложение законов термодинамики к электрохимическим системам позволяет установить количественную связь между электрической энергией электрохимических систем и изменением химической эпергип протекающих в них токообразующих химических реакций. Правильно определяя химическую энергию токообразующих реакций как источник электрической энергии электрохимических систем, термодинамика, являясь наукой о наиболее общих закономерностях, не в состоянии показать, какими путями, по какому механизму химическая энергия превращается в электрическую, из чего слагается э.д.с., что собой представляет потенциал электрода. [c.23]

Химические реакции всегда связаны с разнообразными физическими процессами теплопередачей, поглощением или излуче-ниед электромагнитных колебаний (свет), электрическими явлениями и др. Так, смесь веществ, в которой протекает какая-либо химическая реакция, выделяет энергию во внешнюю среду в форме теплоты или поглощает ее извне. Поглощение света фотографической пленкой вызывает в ней химический процесс образования скрытого изображения. Химические реакции, протекающие в аккумуляторах между электродами и раствором, являются причино11 возникновения электрического тока. При повышении температуры вещества увеличивается интенсивность колебательных движении внутри молекул, и связь между атомами в молекуле ослабляется после перехода известной критической границы происходит диссоциация молекулы или взаимодействие ее с другими молекулами при столкновении, т. е. химический процесс. Число аналогичных примеров легко увеличить. Во всех случаях имее место тесная связь физических и химических явлений, их взаимодействие. [c.11]

Глубина потенциальной ямы (ван-дер-ва-альсова энергия взаимодействия на равновесном расстоянии Sq) мала 1 5 кДж/моль ( в 100 раз меньше энергии химической связи), равновесное расстояние между центрами молекул в жидкости или кристалле 3 10 — 5 10" м ( 3 н- 5 A) значительно превышает межъядерное расстояние в молекулах. Однако китайской стены между химическим и ван-дер-ваальсовым взаимодействием нет, природа взаимодействия одна и та же, электрическая. Аналитическое выражение для потенциальной кривой межмолекулярного взаимодействия (рис. 62) имеет вид [c.135]

Электронная структура полимеров определяется характером существующей химической связи между атомами элементарного звена и между отдельными участками макромолекулы. Например, в молекуле белка кератине, являющегося основой строения натурального волокна — шерсти, существуют ковалентные полярные связи с высокой долей делокализации электронной плотности между атомами пептидной группировки -НЯС-СО-КН-, составляющей скелет макромолекулы. Кроме этого, внутри макромолекулы и между макромолекулами существуют другие виды химической связи, также определяющие пространственную конфигурацию (конформацию) макромолекулы водородные связи, вандерваальсовы и другие виды взаимодействий. Но электронн-ная структрура полимеров не всегда может быть представлена как сумма электронных структур отдельных его участков. Вследствие большого числа атомов, участвующих во взаимодействии, для полимеров, так же, как и для твердых тел, но при гораздо большем числе влияющих факторов, могут быть рассчитаны валентная зона и зона проводимости. По величине расщепления — разности энергий между ближайшими границами этих зон, могут быть выделены полимеры — изоляторы, полимеры — полупроводники и полимеры — проводники электрического тока. Для полимеров с бесконечными цепями атомов, обеспечивающих делокализацию электронов по всей макромолекуле, предсказывают и сверхпроводящие свойства. [c.613]

Однако развитие новых теоретических представлений само но себе не вызвало бы такого повышенного интереса к проблемам электрохимии, если бы не тесная связь между теорией и решением важных прикладных задач. Видное место среди них занимает проблема топливного элемента — источника тока, в котором химическая энергия горючего непосредственно превращается в электрическую. Коэффициент полезного действия, таких элементов намного превышает к.п.д. любых теплдвых машин, и здесь электрохимия активно помогает более полно использовать энергетические ресурсы человечества. [c.3]

Т. Гротгус опубликовал свою новую идею в малоизвестном ежегоднике Курляндского общества словесности и художеств в Митаве в 1819 г., когда Г. Дэви и Я. Берцелиус уже создали свою теорию электрохимического сродства. Связь между электрической энергией и химическим сродством достаточно очевидна,— говорил Г. Дэви в 1806 г.— Быть может, они тождественны по своей природе и являются основными свойствами вещества . Он выступил против утверждения Я. Берцелиуса, что соли состоят И1 кислоты и основания (например, сернокислый калий КО + ЗОэ). Г. Дэви предлагал рассматривать соли как соединения металла с электроотрицательным радикалом (К-Ь304). Эти представления логли в основу водородной теории кислот. Я. Берцелиус впоследствии согласился с доводами Г. Дэви. [c.310]

Поскольку каждая структурная единица цепи содержит электроны и положительно заряженные ядра, она обладает локальным электрическим полем, которое оказывает влияние на соседние структурные элементы. В результате этого между химически несвязанными атомами, принадлежащими одной макромолекуле или разным, возникает взаимодействие, проявляющееся 8 притяжении и отталкивании Назовем это взаимодействие физическим. На большом расстоянии между несвязанными атомами действуют силы притяжения, но при достаточном сближении исключающем возможность химического взаимодействия) проявляются силы отталкивания. В результате атомы располагаются на некотором расстоянии, характернзующ.е ся минимальной потенциальной энергией. Для многих органических соединений эти расстояния составляют 0,3—0,5 нм. Таким образом, физические связи внутри макромолекул или между ними, так же как и в низкомолекулярлых веществах, имеют электрическую природу. Их образование не сопровождается смещением или переходом электронов и происходит на расстояниях, превышающих длину химических связей, т. е. для этих связей характерно дальнодействие, [c.19]

Ранее мы уже отмечали, что стимулированные резонансные переходы ядер между уровнями энергии могут происходить под действием локальных полей, флуктуируюш их вследствие теплового движения атомов и молекул, если в спектре флуктуаций присутствуют частоты, соответствуюш ие резонансной частоте. Этими переходами обеспечивается энергетическая связь между спиновой системой и решеткой, в результате которой происходит выравнивание их температур. Мы рассматривали один из основных механизмов релаксации — магнитные диполь-диполь-ные взаимодействия. Однако, суш ествуют и другие физические взаимодействия, посредством которых энергия ядерных спинов может передаваться тепловому резервуару — решетке. Это электрические квадрупольные взаимодействия-, пространственная анизотропия электронного окружения ядра (анизотропия химического сдвига) скалярное ядерное или электронно-ядерное взаимодействие спин-вращательное взаимодействие, т. е. все те виды взаимодействия, которые обеспечивают возникновение на ядрах флуктуируюш его магнитного (или на квадруполь-ном ядре — флуктуируюш его градиента электрического поля) в результате движения атомов или молекул. Эти виды взаимодействий детально рассмотрены в [168, 171]. [c.257]

Когда кристалл представляет собой твердый раствор двух со. лей, одна из которых имеет катион с зарядом, отличающимся от заряда другого, но анионы которых идентичны, возникают ваканг ные места в катионной решетке для компенсации избыточного за. ряда. При этом анионная решетка ие нарушается, но наблюдается в(ысокая подвижность катионов, что приводит к повышенной диф. фузии и ионной проводимости. Могут возникать вакансии и в анионной решетке без нарушения катионов решетки, когда в первой окажется анион с иным зарядом, чем у остальных анионов решетки. Свободные носители зарядов в решетке влияют на величину произведения растворимости, изменяют энергию химической связи между анионом и катионом, а также электрическое состояние поверхности и поэтому играют существенную роль в процессах выщелачивания (И. Н. Плаксин, Р. Ш. Шафеев, 1972). [c.74]