История первая: энергия и масса.

Для каждого события нужна своя причина. Это ещё Меровинген Нео говорил. А какие причины есть у химических реакций? Неспроста же эти реакции происходят! Давайте попробуем в этом разобраться – вдруг что интересное найдется :)

Итак, сперва поглядим на реакцию, которая происходит в ближайшей пробирке. Что с ней не так? Да вроде все в порядке: выделился газ, выпал осадок, изменился цвет раствора или все же пробирку разорвало. Обязательно что-нибудь случилось! Иногда даже глазом не заметить, что именно. Но если не произошло – значит реакции нет, и мы возвращаемся к тому же вопросу, только с другой стороны: почему реакция не пошла?

Думаем дальше: если реакция прошла - произошло изменение. Но изменение происходит не произвольное, а эквивалентное! В любом учебнике химии написан закон (его ещё называют «законом сохранения массы»): сколько вещества вступило в реакцию, столько же его осталось и после неё; вещество не исчезло в никуда и не появилось из ниоткуда. Это хорошо… и плохо одновременно. Хорошо, потому что в результате реакции мы никуда не исчезнем за компанию с прореагировавшим веществом, плохо – потому что из грамма свинца мы не получим полтонны золота как бы хорошо не трясли пробирку.

Измерять все реакции количеством вещества конечно здорово. Химики так и делали со времен Ломоносова и были вполне довольны. Но физики пошли дальше, придумав куда более мощную и интересную штуку, которая включает в себя закон сохранения массы и расширяет горизонты химии до невероятных пределов. А название этой штуке – Закон Сохранения Энергии:

В результате любого физико-химического процесса количество энергии остается неизменным!!!

Это очень важно, хотя сперва непонятно – при чем тут вообще энергия? Мы же о веществе говорим, его и потрогать, и понюхать, и лизнуть можно, а энергию? Откуда она вообще взялась? Как она связана с веществом?

Ответ на этот вопрос дал А. Эйнштейн, за что ему огромнейший респект от человечества и от меня в том числе. Какой же этот ответ? А вот он

E = mc²

Красиво и элегантно. Это уравнение устанавливает зависимость между энергией и веществом! Говоря проще, если мы возьмем камень массой m умножим его на квадрат скорости света c, то получим энергию, которая хранится в камне и которую мы могли из него вытащить, превратив его в излучение. К сожалению, человечеству пока не по карману превращать случайные камни в чистое излучение, хотя аннигиляция – научно доказанный факт.

Однако химия интересует нас больше  физики, поэтому вернемся обратно к ней.

Хорошенько подумав, мы придем к выводу, что в результате химической реакции изменяется энергия, но при этом по закону сохранения её количество остается постоянным. Вывод выглядит странно. Это ошибка? Шутка? На самом деле нет. Всё в порядке, энергия действительно изменяется как для исходных веществ, так и для продуктов реакции. Но в сумме изменение энергии для системы, состоящей из нашей химической реакции и всей остальной вселенной равно нулю, т.е. количество энергии постоянно!!! 

Пару слов о том, что такое система. Для нас важно представлять её как кусок мира, который хочется мысленно вырезать и оставить так, чтобы удобней было с ним играть. Сферический конь в вакууме. То, что остается вокруг системы называется окружающей средой. Внезапно, не правда ли? 

А сейчас до следующей встречи, где мы будем думать дальше и разбирать примеры ;-)  

Все комментарии по данному материалу оставляйте на форуме в разделе "Обсуждение материалов"