1598005370-70491a7283ca3540dddce2de932120e0 (811201), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Это свидетельствует о том, что энергия, выделяющаяся при столкновении молекул„меньше чем энергия активации. Но при высоких температурах реакция протекает очень бурно н даже со взрывом. С повышением температуры увеличивается средняя скорость движения молекул и, следовательно возраста- 50 ет их кинетическая энергия; при столкновениях выделяется большая энергия„которая затрачивается на разрыв или ослабление химических связей.
Итак, при "обычном" химическом способе получения соляной кислоты энергия активации черпается из термической энергии молекул (термическая активация). Такие химические превращения называются термическими реакциямн. Эксперимент показывает, что зто не единственный источник энергии активации: Активация может происходить также под воздействием света, при радиоактивном'облучении, электрическом разряде и т.д. Если воздействовать на хлороводородный гремучий газ светом высокой частоты, то газ взорвется даже при комнатной температуре - с большой скоростью превратится в соляную кислоту. Энергия фотонов с Х < 4785 А' достаточна, чтобы превысить энергию активации, необходимую для образования соляной кислоты, вызвать реакцию и поддерживать ее.
Общие условия протекания химических процессов Как правило, для начала химического процесса нужна энергия активации, причем даже тогда, когда конечным результатом процесса является большое количество освобожденной энергии. Благодаря энергии активации разрываются (или ослабляются) химические связи, существующие между атомами в исходном веществе, н атомы могут перегруппироваться в соответствии с химическими превращениями. Освобожденные атомы в результате столкновения могут соединяться друг с другом и образовать структуру, соответствующую продукту реакции.
Энергия активации Е„необходимая для возбуждения реакции, как уже отмечалось; не учавствует в окончательном энергетическом балансе всего процесса. Катализ Катализаторы - это вещества, которые ускоряют химические процессы, не изменяясь при этом сами. Существует очень большое количество таких веществ, и они играют исключительно важную роль в регулировании процессов, происходящих в неживой и особенно живой природе.
Опытным путем можно установить, что катализаторы уменьшюот энергию активации процесса и тем самым ускоряют его. Действие твердыхкатализаторов основано главным образом патом, что они связывают молекулы исходных веществ на своей поверхности (адсорбируют их), при этом молекулы так деформируются, что ослабляются те связи, разрыв которых необходим для химической реакции. Однако катализатор будет действенным лишь в том случае, когда продукты реакции не 51 остаются связанными на его поверхности, так как в противном случае это будет препятствием-для ослабления связей в других молекулах и, следовательно, для "подготовки" к продолжению'реакции. Аналогично действуют газообразные' или растворенные катализаторы. Молекулы катализатора вступают в 'слабую связь' с реагирующими молекулами, деформируя их настолько, что в них ослабляются именно те связи, которые должны быть расслаблены для данной химической реакции.
После превращения продукты реакции больше не взаимодействуют с катализатором; его молекулы снова 'готовы к выполнению своей роли "посредника". Катализаторы ускоряют "старение" (гниение, разложение) многих органических веществ, в частности продуктов питания, что во многих случаях нежелательно. Направляющие действии катализатора различные катализаторы по-разному воздействуют на связи в молекуле, н соответственно продукты реакции получаются различными. Простейшими примерами этого служат каталитнческие реакции разложения. Например, спирт при нагревании в присутствии катализатора (окнси металла) теряет воду и превращается в этилен сн — сн — он-+сн = сне+ н о свист стилси всдв В присутствии же металлических катализаторов спирт теряет водород и образует кислоту: снз — сн — он -+ снс — сно + н сплит уксус.
кисл. Таким образом, катализатор не только ускоряет химическую реакцию, но может также определить ее направление. Благодаря своему влиянию на химические процессы катализаторы играют очень важную роль как в природе, так и в технике. Функции живых организмов возможны только при воздействии соответствующих катализаторов (биокатализаторов, знзимов и ферментов). Большинство процессов в химической промышленности также осуществляется при участии катализаторов. Стабильность веществ Теперь известно, что устойчивость химических соединений и скорость их превращений определяются не их химической энергией, а главным образом' их энергией активации (рис.зь Соединения с большой химической энергией (термодинамически менее стабильные) не обязательно будут менее устойчивыми, чем вещества с малой химической энергией (термодинамически более стабильные).
Бывает, что энергия активации соединений, ГЛАВА Ш ТЕПЛО 5 1. ЧТО ТАКОЕ ТЕПЛО? Холод и тепло - повседневно встречающиеся понятия. Каждому известно, например, что тепло выделяется, когда сгорает уголь или электрический ток проходит через нагреватель утюга. В то же время тепло обладает совершенно особыми свойствами и играет исключительно важную роль в неживой и живой природе. Поэтому это явление стоит рассмотреть подробнее. Что же, собственно, представляет собой тепло? Многие столетия этот вопрос занимал ученых.
В течение долгого времени тепло рассматрйвапи как некую невесомую жидкость (тепловой флюид), которая течет от более нагретого тела к менее нагретому. Тепло как форма энергии Только в конце ХУШ века обратили внимание на то, что механическая работа может превращаться в тепло.
Например, при рассверлении стволов пушек выделяется тепло. В середине Х1Х века на основании различных наблюдений было установлено, что тепло есть одна нз форм энергии, а не какая-то особая жидкость; следовательно, закон сохранения н превращения энергии справедлив и для тепла: другие виды энергии могут превращаться в тепло и наоборот; тепло не может ни возникнуть из ничего„ни исчезнуть бесследно. Итак, тепло есть один их видов энергии.
Удивительно, что тепло повсюду возникает как бы само по сабе, без постороннего вмешательства, а это в ряде случаев весьма нежелательно. Когда камень падает с высоты на землю, часть его кинетической энергии переходит в тепло; если мы движемся пешком, то кинетическая энергия вследствие трения частично переходит в тепло. В лампах накаливания, предназначенных для освещения, значительное количество электрической энергии также бесполезно превращается в тепло и т.д.
Словом, совершенно очевидно, что каждый вид энергии относительно легко может быть превращен в тепло. Это процесс идет сам по себе. Однако обратный процесс - самопроизвольное превращение тепла в какую-либо другую форму энергии - не происходит. Превращение тепла в полезную для нас работу требует применения весьма сложных машин, которые сами должны получать энергию от какого-либо другого источника. Таким образом, тепло с полным правом можно считать одним нэ видов энергии, способных к различным превращениям.
Но вместе с тем 54 оно обладает и некоторыми отличительными свойствами. Прежде чем ответить на вопрос, почему тепло так легко образует'с" но с большим трудом превращается в другие формы энергии, иеобходи мо выяснить, что же представляет собой тепло.
Тепло и термнческая энергия При соприкосновении тел с различной температурой холодное тело нагревается, а нагретое охлаждается. Происходит тепловой обмен. Яо что же кроется за утверждением "одно тело теплее, чем другое" 7 пТепло и "холод" характеризуются температурой и обусловлены хаотическим движением атомов или молекул. Известно, что атомы и молекулы беспрерывно движутся и это движение не прекращается даже при самой низкой температуре -. абсолютном нуле.
Чем больше средняя кинетическая энергия движения, тем выше температура; поэтому такое движение называется теплов. д ижеиием, а соответс ' ующая ему эн.ргия - терми кой энергией (энергией теплового движения). Наиболее просто показать ла" рактер этого движения на примере одноатомното газа, скажем неона, Расчет показывает, что при температуре 0 С и давлении в 1 атм. каждый атом неона в течение 1 с сталкивается с другими 4,2х!О~враз.
Средиес расстояние, которое атом неона проходит по прямой между двумя стблкновениями, составляет 1,3х 1 0-' см, его называют средней длиной проб~та, С уменьшением давления средняя длина пробега увеличивается и при давлении 0,00 ! мм.рт.ст. достигает — 10 см. Кинетическая теория газов Еще в середине ХЖ столетия Максвелл и Больцман, анализируя я ер свойства газов и характер движения мплекул газа, пришли к выводу, что хотя зги молекулы имеют самые различные 1» скорости, соотношение между числом молекул и их скоростяи мн не произвольно.
Частые столкновения приводят к тому, что устанавливается неко'тарос вероятное равновесное состояпсп мп "' ние, при котором молекулы га- за с различными скоростями рессам прп температуре О и ЗООв Рпс,5'. Распрепелвппе молекул "асаоропа по с"о- распределены в соответствии с определенным числовым соот- ношением. Это соотношение надо понимать статистически, так как в рс- зультате столкновений скорость каждой молекулы практически непрерывно изменяется. Можно тем не менее вычислить, какой процент всех молекул будет иметь скорость, например 100,!01, 102 и/с и тд. Мы приходим к так называемому распределению скоростей по МаксвеллуБольцману, которое позволяет установить, какой процент молекул в среднем движется с теми или иными скоростями. На рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
