Потенциальная энергия системы

Рис. 22-7. Потенциальная энергия системы из трех атомов водорода при прямолинейном их расположении, а-потенциальная энергия как функция расстояний (г, и Гз) двух крайних атомов от центрального. Линии равной потенциальной энергии на рисунке пронумерованы в килоджоулях на моль. Поверхность потенциальной энергии имеет форму двух глубоких долин, параллельных осям и Гз,-стенки долин круто поднимаются к этим осям и более полого-к плато в верхнем правом углу. Обе долины соединяет путь через перевал, или сед-ловую точку, вершина которой расположена при = Гз = 0,8 А. Расчеты этой трехатомной системы были проведены полуэмпирическими методами в 1935 г. Генри Эйрингом и его сотрудниками. Современные более

Внутренняя энергия системы. Закон сохранения энергии. Любая система состоит из материальных частиц (атомов, молекул, ионов), находящихся в непрерывном движении. Движение и материя взаимосвязаны. Нет материи без движения и движения без материи. Количественной характеристикой движения является их энергия. В соответствии с формой движения частиц в системе различают поступательную и вращательную энергию молекул, колебательную энергию атомов и групп атомов в молекуле, энергию движения электронов (энергия оптических уровней), внутриядерную и другие виды энергии. Совокупность всех видов энергии частиц в системе называется внутренней энергией системы. Внутренняя энергия является частью полной энергии системы. В величину полной энергии входят внутренняя, кинетическая и потенциальная энергии системы в целом. Внутренняя энергия системы зависит от природы вещества, его массы и от параметров состояния системы. С увеличением массы системы пропорционально ей возрастает и внутренняя энергия, так как она является экстенсивным свойством системы. [c.185]

Рис. V, 1. Изменение потенциальной энергии системы при реакции типа XV+ 2—Х + У2.

Таким образом, образование химической связи в Нз обусловлено тем, что электрон двигается около двух ядер между ядрами появляется область с высокой плотностью отрицательного заряда, который стягивает положительно заряженные ядра. Притяжение уменьшает потенциальную энергию системы, а следовательно, и полную энергию системы — возникает химическая связь. [c.46]

По оси ординат отложена потенциальная энергия системы. Исходное состояние имеет энергию конечное 2 кон- Разность энергий начального и конечного состояний системы равна тепловому эффекту реакции ДЯ [c.196]

Когда г > о, молекулы взаимно притягиваются, когда г < а,— взаимно отталкиваются. Постоянная е соответствует минимальной потенциальной энергии системы двух молекул. Постоянная о, выраженная в А, равна расстоянию между молекулами, когда Ер = 0. [c.71]

Проследим за изменением потенциальной энергии системы из трех атомов в процессе реакции по мере изменения расстояния [c.46]

По мере приближения атома А к атому В потенциальная энергия системы уменьшается до тех пор, пока не начнут проявляться силы отталкивания. Стабильная конфигурация молекулы А В соответствует минимуму потенциаль- [c.47]

НОЙ энергии. По мере приближения атома С к молекуле АВ из бесконечности потенциальная энергия системы остается в долине, почти параллельной оси (см. рис. 1-4). Эта долина постепенно сглаживается до тех пор, пока не начнут проявляться силы отталкивания. В определенном положении систему из трех атомов при их достаточном сближении можно рассматривать как нечто целое, по своим свойствам похожее на нестойкую трехатомную молекулу Х=АЗС. Это произойдет на перевале [c.48]

Приближенные квантово-химические расчеты показывают, что при рассмотренном сближении атома 2 с молекулой ХУ затрачивается наименьшая энергия. Чтобы проследить за изменением потенциальной энергии системы из трех атомов в процессе реакции, построим диаграмму в декартовой системе координат, откладывая по оси абсцисс расстояние (гх-у) между атомами X и У, а по оси ординат — расстояние (гу-г) между атомами У и 2, при условии, что валентный угол активного комплекса Х — У — 2 фиксирован и равен 180° С (рис. V, 1) . На рассматриваемой диаграмме величина энергии откладывается по оси, перпендикулярной плоскости чертежа, аналогично тому, как на топографических картах -изображается рельеф местности. Сплошными линиями отмечены уровни равной энергии, выраженной в килокалориях. За изменением потенциальной энергии можно проследить по изоэнергетическим линиям на поверхности энергии, спроектированным на плоскости гх г—гг-г- [c.139]

Когда атом 2 находится далеко от молекулы ХУ (верхний левый угол диаграммы), потенциальная энергия системы из трех атомов в основном зависит от межатомного расстояния Гх-у и эта зависимость может быть описана кривой потенциальной энергии двухатомной молекулы ХУ, показанной в верхней части диаграммы. По мере сближения атомов 2 и У начинает [c.140]

В состоянии, соответствующем этой точке, молекулы ХУ или У2 отдельно уже не существуют. В момент прохождения максимума потенциальной энергии система из трех атомов представляет нечто целое, по своим свойствам похожее на нестойкую трехатомную молекулу. Это состояние получило название активного комплекса, или переходного состояния. При дальнейшем сближении атомов 2 и У связь 2—У усиливается, атом X отделяется от атома У, потенциальная энергия системы начинает убывать, и наконец, система переходит в конечное состояние — образуется устойчивая молекула У2, потенциальная энергия которой изображена кривой, показанной на диаграмме справа, и свободный атом X. [c.141]

Рис. 22-9, Потенциальная энергия системы для реакции Н2 + Вг Н + + Вг.

Пользуясь рис. 22-7, определите потенциальную энергию системы из трех атомов водорода, расположенных на одной прямой на расстоянии 2,0 А друг от друга (в килоджоулях на моль для каждых трех таких атомов). Насколько такое состояние менее устойчиво, чем самая верхняя точка на пути реакции от Н + Н2 до Н2 + Н [c.395]

Единичную химическую связь образуют два электрона с противоположными спинами, принадлежащие двум атомам. При этом происходит перекрывание волновых функций электронов и между атомами возникает зона со значительной электронной плотностью. Это приводит к уменьшению потенциальной энергии системы, т. е. к образованию связи. [c.84]

Если сделать вертикальный разрез потенциальной поверхности вдоль пути перехода и развернуть поверхность разреза в одну плоскость, то полученная кривая, называемая профилем пути реакции (рис. 10) характеризует динамику изменения потенциальной энергии системы в ходе элементарного акта. Разность энергий между состоянием системы в седловинной точке и начальным состоянием ( энергетический барьер ) есть наименьшая энергия, которую необходимо сообщить системе А Аа + Ад, чтобы реакция осуществилась. Эта разность называется энергией активации прямой реакции Е =Еа-Е . Величины Е л, Е л называются классическими энергиями соответственно прямой и обратной реакций и представляют действительно тот барьер, который надо преодолеть, если бы частицы полностью подчинялись законам классической физики. Квантовомеханическая картина, однако, [c.70]

Ег — кинетическая энергия движения по координате реакции, Е — разность потенциальных энергий системы и активированного комплекса. С учетом такого разделения (2.59) и (2.60) соответственно принимают вид [c.76]

Каждой определенной конфигурации атомов реагирующих молекул соответствует некоторое значение потенциальной энергии системы. Например, для реакции типа А + ВС АВ + С зависимость потенциальной энергий системы от межъядерных расстояний А — В и В — С может быть представлена поверхностью потенциальной энергии, топографическая карта и сечения которой приведены на рис. 1.1. Устойчивом химическим соединениям соответствуют минимумы на поверхности потенциальной энергии. Наиболее легкий путь перехода от одного устойчивого состояния к другому, т. е. путь [c.9]

Числа означают величину потенциальной энергии системы). [c.10]

На рис. 34 изображен энергетический рельеф пути реакции (III) по оси ординат отложена потенциальная энергия системы, по оси абсцисс — величина, отражающая ход процесса (в первом приближении ее можно связать с меж- [c.113]

Эти особенности поверхности потенциальной энергии системы трех атомов сохраняются и при более точном расчете взаимодействия, основанном на использовании лучших приближений для электронной функции. [c.68]

На рис. 22 приведены возможные уронни энергии Н2 в зависимости от расстояния между ядрами. По оси абсцисс отложено расстояние между ядрами, а по оси ординат — потенциальная энергия системы. Нетрудно догадаться, что основному состоянию молекулярного иона На отвечает наиболее низкий энергетический уровень. Характер нижней кривой на рис. 22 можно объяснить тем, что по мере сближения протона и атома водорода вначале преобладают силы прр тяжения, а затем силы отталкивания, поэтому вначале наблюдаете 1 монотонное понижение потенциальной энергии системы, по достижении же минимума — резкое ее увеличение. Минимум на кри-во потенциальной энергии отвечает наиболее устойчивому состоя- [c.45]

Таким образом, точка, отвечающая наиболее вероятному состоянию системы (соответствующей наиболее устойчивой конфигурации), все время проходит по некоторой энергетической долине, переходя через перевал, соответствующий существованию активного комплекса. АВС, и по другой долине снова приходит к конечному состоянию. Профиль этого пути показан на рис. 1-4 и имеет вид пунктирной кривой (см. контурную диаграмму этого же рпсунка). Атом и молекула способны приближаться друг к другу против действия сил отталкивания, что обусловливает повыщение потенциальной энергии системы за счет затрат других видов энергии и в первую очередь кинетической. Наивысшая точка между долинами, лежащая выше долины, соответствующей соединению i45, отвечает энергтг активации реакции АВ+С- А+ВС. Все другие возможные варианты маршрута между долинами требуют более высокой энергии, чем описанный. [c.48]

Ковалентная связь. Метод валентных связей. Мы уже знаем, что устойчивая молекула может образоваться только при условии уменьшения потенциальной энергии системы взаимодействующих атомов. Для описания состояния электронов в молекуле следовало бы составить уравнение Шредингера для соответствующей системы электронов и атомных ядер и найти его решение, отвечающее минимальной энергии системы. Но, как указывалось, в 31, для мно-гоэлсктронных систем точное решение уравнения Шредингера получить не удалось. Поэтому квантово-механическое описание строения молекул получают, как и в случае многоэлектронных атомов, лишь на основе приближенных решений уравнения Шредингера. [c.119]

Известно, что в механических системах устойчивое равновесие соответствует минимуму потенциальной энергии системы. Так, шарик самопроизвольно скатывается из положения а на наююнной поверхности (рис. 69), причем его потенциальная энергия переходит сначала в кинетическую энергию движения шарика как целого, а затем в энергию теплового движения молекул. В положении б шарик находится в равновесии. [c.190]

В начальном состоянии (A Aj Ч- Ад) расстояние Tj мало влияет на потенциальную энергию системы в целом и Е практически равно потенциальной энергии молекулы AiAj. Аналогично в конечном состоянии (А + AjAg) потенциальная энергия системы практически определяется энергией связи молекулы AjAg, что можно условно представить в виде схемы [c.69]

Расчет Гейтлера и Лондона дал количественное объяснение химической связи иа основе квантовой механики. Он показал, что если электроны атомов водорода обладают противоположно направленными спинами, то при сближении атомов происходит значительное уменьшение энергии системы — возникает химическая связь. Образование химической связи обусловлено тем, что при наличии у электронов антипараллельных спинов стано1зится возможным передвижение электронов около обоих ядер, которое иногда не вполне удачно называют обменом электронов . Движение электронов около обоих ядер приводит к значительному увеличению плотности электронного облака в пространстве между ядрами, которое стягивает положительно заряженные ядра. Притяжение уменьшает потенциальную энергию электронов, а следовательно, и потенциальную энергию системы — возникает химическая связь . Следовательно, образование химической связи объясняется понижением потенциальной энергии электронов, обусловленным увеличением плотности электронного облака в пространстве между ядрами. [c.79]

Условие dZ=Q формально может быть интерюрегировано как отвечающее экстремальной точке на кривой зависимости Z от состава. Поскольку процесс установления фазового равновесия является самопроизвольным, в нем должно иметь место уменьшение Z до значения, отвечающего состоянию равновесия. Следовательно, экстремум, на кривой завнсимости Z от состава должен быть минимумом. Физически это означает, что в отстоянии равновесия потенциальная энергия системы минимальна. Согласно условиям экстремума точке, минимума на кривой отвечают условия [c.12]

Энтальпия по физическому смыслу определяет изменение потенциальной энергии системы в адиабатическом процессе. Она также соответствует теплоте процесса, если последний проводится при onst. В общем случае энтальпия определяет энергию такой системы, в которой происходит изменение внутренней энергии и работы расщирения. Действительно, продифференцировав выражение (3.4), получим [c.63]

При потере избытка потенциальной энергии система достигнет равновесного состояния, которое характеризуется равенством первой производной от энтальпии при Р, 5 = сопз1 нулю [c.140]

Возможность <)п][сания алементарпого процесса в адиабатическом приближении означает, что ядра все время находятся на одной поверхности потенциальной Э1[ергии. Отсюда следует, что поверхности потенциальной энергии исходные и конечных молекул представляют собой некоторые области общей поверхности потенциальной энергии системы. [c.55]

Рассмотрим теперь нелинейпуш конфигурацию атомов. Для выделения угловой зависимости взаимодействия потенциал U обычно представляют в виде суммы симметричной 7., и асимметричной Va частей, последняя исчезает при усреднении по углам у. При достаточно малой асимметрии У,, может быть представлена в виде быстро сходящегося разложения по степеням os у или полиномом Лежандра Р). ( os v). Таким образом, потенциальная энергия системы мтом + двухатомная молекула записывается в виде [c.65]

Коэффициенты аи с меняются вдоль пути реакции н соответствии с непрерывный переходом от начального состояния системы (А, ВС) к конечному (АВ,С). Качественное представление об общем характере поверхности потенциальной энергии системы, описываемой волновой функцией (10.9), моншо получить, рассматривая сначала две независимые новерхности потенциальной энергии, отвечающие функциям i( a,b и <1>ав,С учи1ывая затем их взаимодействие. Поверхность потенциальной энергии для функции т )л, вс качественно аналогична новерхности, описывающей взаимодействие молекулы ВС с инертным атомом А (см. рис. И). [c.66]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология