Co uruchamia reakcje chemiczne? - Kareem Jarrah

Całość lekcji: http://ed.ted.com/lessons/what-triggers-a-chemical-reaction-kareem-jarrah

Wszystko, co widzimy, zawiera związki chemiczne, a reakcje między nimi bywają rozmaite, od rdzewienia łyżki po wybuch piecyka. Ale dlaczego w ogóle zachodzą? W odpowiedzi na to pytanie Kareem Jarrah przedstawia siły, które napędzają reakcje egzo- i endotermiczne - entalpię i entropię.

Autorem lekcji jest Kareem Jarrah, animacja: Flaming Medusa Studios Inc.

Zdarza ci się czasami,

że chcesz upiec ciasto,

ale banany się popsuły,

sztućce pordzewiały,

a ty się potykasz

i wsypujesz całą sodę cała do butelki z octem,

a w końcu kuchenka wybucha?

Przyjacielu, razem ze swoimi reakcjami

padłeś ofiarą entalpii i entropii,

a z nimi trzeba się liczyć.

Twoje substraty zmieniły się w produkty.

Ale co to za słowa na "e"

i o co tu chodzi?

Zacznijmy od entalpii,

czyli wzrost lub spadek energii
w reakcji chemicznej.

Każda cząsteczka
magazynuje określoną ilość

chemicznej energii potencjalnej

w wiązaniach między atomami.

Cząsteczki, które mają więcej energii,

są mniej stabilne,

czyli bardziej skłonne do reakcji.

Pokażmy zmianę energii

w reakcji spalania wodoru w tlenie,

grając w minigolfa.

Chcemy, żeby piłka, substrat,

przebyła nieduże wzniesienie,

a potem stoczyła się

po znacznie bardziej stromym zboczu.

Żeby piłka potoczyła się pod górę,

musimy jej dostarczyć energii,

a kiedy się stacza,

uwalnia energię do otoczenia.

Dołek symbolizuje produkt,
czyli wynik reakcji.

Kiedy reakcja się skończy,
piłka jest w dołku

i mamy produkt - wodę.

Podobnie jak wybuch kuchenki,

jest to reakcja egzotermiczna,

czyli że energia produktu jest mniejsza

niż początkowa energia substratu,

i że różnica rozproszyła się w otoczeniu

jako światło i ciepło.

Można też pokazać przeciwstawną reakcję,

reakcję endotermiczną,

w której energia na końcu
jest większa, niż na początku.

To chcieliśmy osiągnąć w przypadku ciasta.

Ciepło z piecyka miało zmienić strukturę

białka z jajek i różnych związków z masła.

Już wiesz, co to jest entalpia.

Można się domyślić,
że reakcje egzotermiczne

są bardziej prawdopodobne
niż endotermiczne,

bo wymagają mniej energii.

Ale jest inny, niezależny czynnik,

który może uruchamiać reakcje:

entropia.

Entropia mierzy przypadkowość struktur.

Oto wielka piramida ułożona z piłek.

Jest uporządkowana,
czyli ma małą entropię.

Ale kiedy się rozsypie,
mamy jeden wielki chaos.

Piłki odbijają się wszędzie.

Niektóre przelecą nawet nad górką.

Taka destabilizacja, czyli wzrost entropii,

umożliwia zajście niektórym reakcjom.

Tak jak w przypadku piłek,

kiedy cząsteczki z uporządkowanych
stają się chaotyczne,

część z nich przeskakuje nad górką

i może zareagować.

Możesz zaobserwować
zmiany entalpii i entropii

na biwaku, kiedy zapalasz ognisko,
żeby ugotować obiad.

Zapałka uwalnia dość energii,

żeby uruchomić
egzotermiczną reakcję spalania,

zmieniającą drewno,
paliwo wysokoenergetyczne,

w dwutlenek węgla i wodę,
które mają niższą energię.

Entropia też wzrasta i pomaga
przeprowadzić reakcję,

bo schludna, zorganizowana kłoda

zamienia się w chaotyczne cząsteczki

wody i dwutlenku węgla.

Energia uwolniona
w tej reakcji egzotermicznej

napędza reakcję endotermiczną,
która gotuje ci obiad.

Smacznego!