Ir gadījies, ka gribi izcept kūku,
bet tavi banāni ir sapuvuši,
virtuves piederumi sarūsējuši,
tu pakrīti un iegāz dzeramo sodu etiķa krūkā,
un tad uzsprāgst plīts?
Draugs, tu un tavas ķīmiskās reakcijas
esat krituši par upuri entalpijai un entropijai,
un tās nudien ir spēks, ar ko jārēķinās.
Tavi reaģenti ir kļuvuši par produktiem.
Kas tie tādi par „E” vārdiem, un kāda ir to lielā jēga?
Sāksim ar entalpiju —
enerģijas pieaugumu vai samazinājumu ķīmiskās reakcijas laikā.
Katrai molekulai ir noteikts potenciāls ķīmiskās enerģijas daudzums,
kas glabājas saitēs starp to atomiem.
Savienojumi ar lielāku enerģiju ir nestabilāki
un tādējādi reaģētspējīgāki.
Iztēlosimies enerģijas plūsmu reakcijā —
ūdeņraža un skābekļa aizdegšanos, uzspēlējot traku golfa partiju.
Mūsu mērķis ir dabūt bumbiņu, reaģentu, kalniņā
un lejā pa daudz slīpāku nogāzi.
Tur, kur kalniņš iet augšup, mums bumbiņai jāpievada enerģija,
un, kur tas iet lejup, bumbiņa izdala enerģiju apkārtējā vidē.
Bedrīte apzīmē produktu jeb reakcijas iznākumu.
Reakcijai beidzoties, bumbiņa ir bedrītē,
un mums ir mūsu produkts: ūdens.
Šī, gluži kā mūsu plīts sprādziens, ir eksotermiska reakcija,
proti, savienojumu beigu enerģija ir mazāka nekā sākuma enerģija,
un starpība izdalās apkārtējā vidē
kā gaisma un siltums.
Mēs varam izspēlēt arī pretēja veida reakciju —
endotermisku reakciju,
kur beigu enerģija ir lielāka nekā sākuma enerģija.
Tieši to mēs centāmies paveikt, cepot kūku.
No krāsns pievadītais karstums izmainītu ķīmisko uzbūvi
olu olbaltumvielām un dažādajām sviesta sastāvdaļām.
Tā tad arī ir entalpija.
Kā varbūt jau nojaut,
lielāka iespēja notikt ir eksotermiskām, nevis endotermiskām reakcijām,
jo tām vajag mazāk enerģijas.
Taču ir vēl kāds neatkarīgs faktors, kas var izraisīt reakcijas:
entropija.
Entropija mēra ķīmiskā savienojuma nesakārtotību.
Lūk, milzīga golfa bumbiņu piramīda.
Tās sakārtotā uzbūve nozīmē, ka tai piemīt zema entropija.
Tomēr, tai sabrūkot, mums visapkārt ir juceklis
un krustu šķērsu lēkājošas bumbiņas.
Tās lēkā tik ļoti, ka dažas pat tiek pāri kalniņam.
Šī pāreja nestabilitātē jeb augstākā entropijā
rada iespēju notikt reakcijām.
Gluži kā golfa bumbiņām arī ķīmiskajiem savienojumiem
šī pārēja no kārtības uz nekārtību daļu reaģentu „uzdzen kalniņā”
un ļauj tiem aizsākt reakciju.
Entalpiju un entropiju darbībā varam redzēt,
dodoties iekurt ugunskuru, lai pagatavotu pusdienas.
Sērkociņš pievada gana enerģijas,
lai aizsāktu eksotermisku aizdegšanās reakciju,
pārvēršot koku — augstas enerģijas uzliesmojošu materiālu —
mazākas enerģijas oglekļa dioksīdā un ūdenī.
Entropija arī pastiprina un palīdz reakcijai tās gaitā,
jo [ķīmiski] glīti sakārtotā malkas pagale
pārvēršas juceklīgi kustīgajā ūdens tvaikā un oglekļa dioksīdā.
Enerģija, kas izdalās šajā eksotermiskajā reakcijā
darbina tavu pusdienu cepšanas endotermisko reakciju.
Labu apetīti!