Урок 7 Получить доступ за 50 баллов Химическая реакция

Тепловой эффект химической реакции

Итак, вы изучили основные первоначальные химические понятия, и теперь пора приступать непосредственно к самой химии.

С чего же начинается изучение химии как науки?

Конечно же, с химической реакции – ведь это и есть именно то, что отличает химию от других наук о природе, например, от физики.

Понятие о химической реакции требует особого рассмотрения. Это и важно для дальнейшего понимания всей химии, и в то же время очень интересно.

 

В окружающем мире ежесекундно происходит бессчётное количество химических реакций.

Представьте себе, что происходит в процессе химической реакции.

Молекулы реагирующих веществ, находясь в хаотическом движении, сталкиваются, разрушаются на отдельные атомы, из которых образуются новые вещества.

Образование веществ происходит уже не в хаотическом порядке, а по определенным закономерностям: законам строения атома, химическим свойствам элементов, всем законам химии в целом.

Разберём подробно самый простой пример во всей химии.

Если к сосуду с водородом поднести зажженную лучинку, то мы услышим хлопок (но только в случае, если водород – чистый), а на стенках сосуда образуется вода.

Произошла реакция образования молекул воды из атомов водорода и кислорода.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Кстати, я изобразил атомы кислорода голубого цвета неслучайно – простое вещество кислород в жидком состоянии имеет небесно-голубой цвет.

По этой же причине баллоны с кислородом красят голубой краской. Если видите голубой баллон (даже без надписи), это кислород.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

А теперь немного математики (химику без неё никак!).

 

Энергии химических связей в процессе образования воды

Связь

Энергия связи, кДж/моль

При образовании воды

H – H

(в молекуле водорода)

436

Поглощается

O – O

(в молекуле кислорода)

493

Поглощается

H – O

(в молекуле воды)

462

Выделяется

 

Давайте посчитаем. В реакции участвует 2 моль водорода: 2 х 436 = 872, и 1 моль кислорода: 493, итого при реакции поглощается 872 + 493 = 1365 кДж энергии.

В результате реакции образуется 2 моль воды, в молекуле воды две связи H – O, поэтому выделится энергии: 462 х 2 х 2 = 1848 кДж.

Итог: поглотилось 1365 кДж, выделилось 1848 кДж.

Куда делись «лишние» 483 кДж? А это и есть тот самый «хлопок», который происходит при поджигании водорода.

 

 

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Реакция образования воды – экзотермическая, от слова «экзо» – «наружу». Она проходит с выделением тепла.

Таких реакций в природе большинство: это любое горение, гниение, переработка пищи живым организмом.

Но есть реакции эндотермические (от слова «эндо» – «внутрь»), при их протекании теплота поглощается.

Это такие реакции, для протекания которых нужно затратить энергию: нагреть или пропустить ток через вещество, например.

В природе таких реакций гораздо меньше, а вот в промышленности – повсеместно, например, для получения металлов из руд затрачивается очень много энергии.

Выделение или поглощение энергии при химической реакции называется тепловым эффектом реакции.

Тепловой эффект – это основной признак протекания химического процесса, на это указал ещё Дмитрий Менделеев.

Тепловые эффекты химических реакций колеблются в очень широких пределах – от 4 до 500 кДж/моль.

Поскольку тепловой эффект химической реакции очень важен для промышленности, этим вопросом занимается отдельная область химии – термохимия.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Закон сохранения массы

Английский химик XVII века Роберт Бойль однажды провел такой эксперимент: он прокаливал в открытой реторте металлический порошок (реторта – это шарообразный сосуд с отводом).

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

После прокаливания реторта весила больше, чем до него.

Из этого Бойль сделал вывод, что металл на самом деле состоит из двух элементов: окалины и «флогистона», причем флогистону он приписал отрицательную массу. Внимательный читатель заметит основную ошибку учёного: реторта была открытой.

Ошибку исправил русский учёный Михаил Ломоносов – он прокаливал порошок металла в запаянной реторте.

В результате эксперимента масса сосуда не изменилась.

На основании этого учёный развенчал теорию флогистона и сформулировал закон сохранения массы.

В современной формулировке этот закон звучит так: «масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе веществ, образовавшихся в результате химической реакции».

Сейчас это очевидно любому здравомыслящему человеку, но во времена Ломоносова это было величайшим открытием в химии.

 

Закон сохранения массы – это один из фундаментальных законов природы (как аксиома в геометрии).

Он проявляется во всех химических реакциях и всегда может быть подтвержден экспериментально.

Например, при горении свечи кажется, что масса веществ убывает, однако если сжечь свечу в закрытом объёме, то в процессе горения масса не изменится.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Закон сохранения энергии

Все явления природы почти всегда сопровождаются превращениями энергии из одного вида в другой.

То же самое происходит и в ходе химических реакций.

В современной жизни почти везде используются элементы питания – батарейки и аккумуляторы.

Если упрощенно, элемент питания представляет собой два электрода, между которыми находится электролит (электролит – это жидкость, пропускающая электрический ток).

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

Материалы электродов и электролита подобраны таким образом, что при соединении электродов между собой между ними протекает химическая реакция.

Химическая энергия связей атомов, которая заключена в молекулах вещества электродов, преобразуется в электрическую энергию.

Кстати, простейшую батарейку вы можете собрать сами. Достаточно взять лимон и воткнуть в него с разных сторон разные металлы.

Например, медную пластинку и железный гвоздь. Такая батарейка выдает напряжение около 0,5 вольта. Лампочку вы, конечно, не зажжёте, но измерить это напряжение можно бытовым мультиметром.

В двигателе автомобиля происходит химическая реакция сгорания бензина, в результате чего химическая энергия связей преобразуется в механическую энергию движения.

Тщательные эксперименты показали, что общее количество энергии в замкнутой системе при различных взаимопереходах одного вида энергии в другой сохраняется.

Например, когда аккумулятор разряжается, его нужно зарядить, и для этого через него нужно пропустить ровно столько же электричества, сколько он отдал нам во время разряда.

Все подобные факты объединены законом сохранения энергии.

Он и говорит нам о том, что при любых изменениях в замкнутой системе общее количество энергии остаётся постоянным независимо от того, сколько раз и в каком количестве энергия преобразовывалась из одного вида в другой.

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit. Adipisci autem beatae consectetur corporis dolores ea, eius, esse id illo inventore iste mollitia nemo nesciunt nisi obcaecati optio similique tempore voluptate!

Adipisci alias assumenda consequatur cupiditate, ex id minima quam rem sint vitae? Animi dolores earum enim fugit magni nihil odit provident quaerat. Aliquid aspernatur eos esse magnam maiores necessitatibus, nulla?

Эта информация доступна зарегистрированным пользователям

В бесплатной версии урока недоступны:

  • Видео
  • Изображения
  • Дополнительная информация
  • Таблицы
  • Тесты
Получить доступ