Урок 7 Бесплатно 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.

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.

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.

 

 

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

Закрыть

А если водород смешать с кислородом в строгой пропорции 2:1, то вместо «хлопка» мы получим оглушительный взрыв очень большой мощности, поэтому химики такую смесь называют «гремучий газ».

Водород очень опасен, и я настоятельно не рекомендую вам самостоятельно проводить с ним опыты.

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.

Пройти тест
Закрыть тест

Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации

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).

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.

Пройти тест
Закрыть тест

Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации

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).

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.

Пройти тест
Закрыть тест

Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации

Заключительный тест

Пройти тест