kse_lect_2010_zao_2

Химическое взаимодействие атомов отличается от взаимодействия отдельных электрических зарядов благодаря свойству насыщения. Атомы вступают во взаимодействие только с определенным числом других атомов, после чего присоединить к молекуле еще какой-то атом уже невозможно. Именно поэтому молекулы веществ имеют четко определенный состав, хотя возможна некоторая вариабельность в порядке их размещения. Такие вещества называют изомерами – они обладают одинаковыми качественным и количественным составами, но отличаются порядком связывания атомов, т.е. химическим строением.

F F

A A

Химические реакции можно рассматривать с точки зрения превращения энергии:

1)если при синтезе молекулы ее энергия меньше суммы энергии составляющих ее изолированных атомов, то она может существовать – ее связи устойчивы.

2)из того, что реакция возможна еще не следует, что она пойдет обязательно. Для перехода из состояния реагентов в состояние продуктов необходимо преодолеть некоторый энергетический барьер – сообщить веществам энергию, называемую энергией активации.

Исходные реагенты могут иметь низкую химическую активность. Однако при создании особых условий (подогрев, облучение, перемешивание и др.) или при внесении каталитических веществ активность реагентов повышается.

Подавляющее большинство химических реакций протекает в несколько стадий. Это обусловлено тем, что реакция инициируется путем создания тем или иным способом из уже имеющихся веществ более активных реагентов – радикалов. Затем каждый радикал вызывает целую серию последовательных реакций, пока не исчезнет. Сложные многоэтапные реакции называют цепными.

Cl2 → 2Cl

H2 + Cl2 → 2 HСl Cl + H2 → HCl +H

Cl2 + H → HCl + Cl

Спектры молекул

Несмотря на четкий порядок атомов в молекулах, они не являются абсолютно жестко связанными и способны двигаться друг относительно друга. Как правило, эти движения имеют колебательный характер. Благодаря им молекулы способны излучать и поглощать электромагнитные волны на частоте колебаний – обычно в инфракрасном диапазоне. Кроме колебаний, возможно и вращение одних групп атомов относительно других или всей молекулы целиком, благодаря чему молекула переходит из одного равновесного состояния в другое.

Термодинамика и процессы самоорганизации

Энергия – это общая мера, характеризующая способность системы совершать работу. Важнейшим свойством энергии является ее универсальность, в том смысле, что с ее помощью можно описывать самые разнообразные превращения одних форм движения материи (и самой материи!) в другие. В зависимости от характера этих процессов качественно отличные виды энергии (механическая, внутренняя, ядерная и др.) рассматриваются в разных разделах физики.

Процессы передачи и превращения различных форм энергии в сложных системах изучаются в термодинамике. Благодаря свойству универсальности энергии, термодинамический метод позволяет исследовать динамику систем без учета их детальной структуры. Это делает сферу его применимости чрезвычайно широкой – от молекулярной физики до космологии.

В основе термодинамики лежит фундаментальный физический

закон сохранения энергии – полная энергия замкнутой системы тел остается постоянной.

Первое начало термодинамики является количественным выражением закона сохранения энергии – теплота (Q), передаваемая системе, переходит как в ее внутреннюю энергию (U), так и в совершаемую этой системой работу (A):

Q = ΔU + A

Возможны и другие виды превращений, например переход внутренней энергии системы в эквивалентную работу, либо ее передача другому телу в виде теплоты.

Однако, как следует из формулировки 1-го начала, нельзя заставить некоторую систему бесконечно долго совершать полезную работу без передачи ей энергии извне. Это означает, что нельзя создать вечный двигатель первого рода.

Первое начало устанавливает только количественные соотношения, но не оговаривает направление передачи энергии. С точки зрения первого начала совершенно равноправны как нагрев холодного тела при контакте с горячим, так и его дальнейшее охлаждение только за счет передачи от него количества теплоты горячему телу. Например, была бы возможна машина, 'выкачивающая' тепло из окружающих тел и совершающая за его счет работу (вечный двигатель второго рода).