Хімічная тэрмадынаміка: дазволена або забаронена

Што такое гарэнне? Гэта самае звычайнае акісленне, злучэнне паліва з кіслародам. Але ж у кантакце з кіслародам знаходзяцца амаль усе рэчывы, а рэакцыя не пачынаецца (і дзякуй Богу). Значыць, мала проста рэагентаў, трэба ўлічыць і іншыя абставіны. Менавіта гэтым займаецца хімічная тэрмадынаміка.

Гэта навука вельмі простая, і ў той жа час яна аказваецца адной з самых універсальных, яе можна ўжыць да незлічонай мностве з'яў і працэсаў, якія адбываюцца ... ці не адбываюцца. Тут ужо вырашаць непахісным законах гэтай навукі. Асноўныя паняцці хімічнай тэрмадынамікі вельмі простыя. І іх не ўяўляецца магчымасці абвергнуць, на думку Эйнштэйна. Гэты незвычайна адораны навуковец лічыў, што гэта самая надзейная з тэорый ў Сусвеце.

Як мы ведаем з вопыту, многія з хімічных працэсаў самаадвольна ісці не могуць. Першыя даследчыкі заўважылі, што многія рэакцыі, якія пачынаюцца самі па сабе, адбываюцца з вылучэннем цеплыні. Аднак адназначна звязваць экзотермичность рэакцыі і яе самаадвольна, як аказалася, было нельга. Таму што ёсць рэакцыі, якія пачынаюцца пры высокіх тэмпературах і ідуць з паглынаннем цяпла, пры гэтым рэакцыі таксама пачынаюцца самаадвольна.

Як зразумець, што адбываецца? Няўжо прырода імкнецца да памяншэння энергіі? Усё больш складана, хімічная тэрмадынаміка кажа, што на самой справе атачальных нас асяроддзю кахае не мінімум энергіі, а максімальны беспарадак! Ну, некаторыя людзі ў гэтым з прыродай салідарныя.

А ці можна беспарадак апісаць строга? Аказваецца, можна, для гэтага выкарыстоўваецца паняцце «энтрапія». Яе хімікі і фізікі паэтычна называюць «стралой часу". Чаму? Паколькі працэсы з павелічэннем энтрапіі самаадвольна ідуць толькі ў адзін бок. І гэта надае ім незваротнасць. Гэта асновы хімічнай тэрмадынамікі. Можна ўбачыць і адрозненне ад механічных працэсаў. Напрыклад, руху шароў у більярдзе можна пракруціць на відэа назад - і гэта будзе выглядаць праўдападобна. А вось калі вы ўбачыце, як сыходзіць іржа з цвіка або аднаўляецца бенгальскі агонь, вы адразу зразумееце, што гэта няправільна, так не бывае. Вядома, гэты прыклад не прэтэндуе на абсалютнасць, але павелічэнне энтрапіі сапраўды становіцца своеасаблівай «стралой часу".

Хімічная тэрмадынаміка ня распрацавала прыбора, які б вызначаў ўзровень энтрапіі, гэта да пэўнай ступені абстрактнае паняцце. Але разлічыць яе магчыма, для гэтага спатрэбіцца ведаць змена цяпла падчас рэакцыі і тэмпературу, пры якой гэта змена адбываецца. Чаму ўлічваецца тэмпература? Справа ў тым, што хуткасць руху часціц вельмі цесна звязаная з тэмпературай, а чым больш гэтыя хуткасці, тым больш хаосу, чытай, энтрапіі.

Самая хаатычная форма рэчывы - газ. Таму рэакцыя, у якой колькасць газу павялічыцца, працякае з павелічэннем энтрапіі. Напрыклад, распад карбанату кальцыя. А вось атрымаць ваду з кіслароду з вадародам аказваецца вельмі цяжкай справай, паколькі энтрапія памяншаецца.

Калі вылічыць па формуле энергію Гібса, то можна выказаць здагадку, ці пойдзе дадзеная рэакцыя пры дадзенай тэмпературы. Аднак дакладна даведацца не атрымаецца, магчыма, для таго, каб яна ўсё-ткі пачалася, спатрэбіцца каталізатар або асаблівая тэмпература. Разлікі не з'яўляюцца бескарыснымі, яны паказваюць на «дазволены» той ці іншай рэакцыі. А вось калі хімічная тэрмадынаміка сведчыць, што рэакцыя «забароненая», то няма сэнсу нават мучыцца пошукамі каталізатара - усё роўна нічога не атрымаецца.

Апісваная навука цесна звязана з агульнай тэрмадынамікі, якая з'яўляецца галіной фізікі і тлумачыць мноства працэсаў рознага роду ў навакольным нас міры. Цікаўным людзям адкрываюцца прычыны шматлікіх з'яў, якія для іншых назаўжды застануцца таямніцай. Кажуць, тэрмадынаміка нават даказвае існаванне бога ...