Бывает, что, задумав приготовить торт,
ты обнаруживаешь, что все бананы испортились,
вся утварь заржавела,
ты споткнулся и высыпал всю пищевую соду в горшок с уксусом,
а после этого ещё и твоя печка взорвалась.
Дружище, ты и твои химические реакции стали жертвами энтальпии и энтропии.
И поверь, с ними надо считаться.
Теперь твои реагенты превратились в продукты.
Что же это за слова, начинающиеся с "Э"? И в чём их смысл?
Давай начнём с энтальпии.
Это увеличение или уменьшение энергии во время химической реакции.
Молекулы обладают определённым количеством потенциальной химической энергии,
заключённой в связях между атомами.
Реагирующие вещества с большим количеством энергии менее стабильны,
следовательно, они легче вступают в реакции.
Давайте представим поток энергии
во время реакции горения водорода и кислорода, играя в мини-гольф.
Наша цель — направить мячик, реагирующее вещество, вверх по небольшому подъёму
и затем вниз по более крутому склону.
При подъёме по холму нам надо придать энергию мячику,
а при скатывании вниз мячик высвобождает энергию в окружающую среду.
Дыра представляет из себя продукт, или результат, реакции.
Когда реакция останавливается, мячик находится в дыре,
и мы получаем наш продукт — воду.
Как и в случае со взорвавшейся печкой, это — экзотермическая реакция,
когда конечная энергия вещества меньше его изначальной энергии
и разница между ними отдаётся окружающей среде
в форме света и тепла.
Также мы можем воспроизвести противоположный тип реакции —
эндотермическую реакцию,
когда конечная энергия больше изначальной.
Именно этого мы старались достичь, пытаясь испечь наш торт.
Внешнее тепло от печки изменит химическую структуру
яичных белков и разных веществ в масле.
Вот что такое энтальпия.
Как вы догадываетесь,
вероятность экзотермических реакций выше, чем эндотермических,
поскольку они требуют меньше энергетических затрат.
Но существует другой независимый фактор, который помогает реакциям:
энтропия.
Энтропия — это мера химической непредсказуемости.
Вот, например, огромная пирамида, сделанная из мячиков для гольфа.
Упорядоченная структура пирамиды означает, что у неё низкая энтропия.
Если пирамида развалится, то будет настоящий хаос,
повсюду запрыгают мячики,
да так, что некоторым удастся перепрыгнуть через холм.
Этот сдвиг к нестабильности, или к большей энтропии,
способствует возникновению реакций.
Как и с мячиками для гольфа,
этот переход позволяет некоторым реагирующим веществам
перепрыгнуть барьер и начать реакцию.
Действие энтальпии и энтропии можно наблюдать в походе
при разжигании костра для приготовления обеда.
Спичка даёт достаточно энергии
для активации экзотермической реакции горения,
превращая высокоэнергетический материал древесины
в углекислый газ и воду, обладающие меньшей энергией.
Энтропия также помогает реакции и ускоряет её протекание,
так как аккуратно сложенные полена
превращаются в беспорядочно движущиеся водяной пар и углекислый газ.
Энергия, выделяемая этой экзотермический реакцией,
тратится на эндотермическую реакцию приготовления обеда.
Приятного аппетита!