механизмы выделения и поглощения энергии при химических реакциях

[baceolus]

Здравствуйте, уважаемые химики.

Я нигде не могу найти наглядные описания того, почему при образовании связей молекулы ускоряются. Понятно, что это все описывают какие-то квантово-механические уравнения, закон сохранения энергии, все дела, но мне важно такое наглядное описание, чтобы любой, даже неспециалист прочувствовал это. Потому что как-то интуитивно это не очень ясно.

Также интересует, как именно при разрыве химических связей поглощается энергия. Понятно, что ударяется другая молекула и ее кинетическая энергия превышает прочность связи и все такое. Меня интересует наглядное объяснение того, что именно заставляет молекулы замедляться, хотя с этим, вроде, как-то можно еще разобраться.

[yatcheh]

Здравствуйте, уважаемые химики.

Я нигде не могу найти наглядные описания того, почему при образовании связей молекулы ускоряются. Понятно, что это все описывают какие-то квантово-механические уравнения, закон сохранения энергии, все дела, но мне важно такое наглядное описание, чтобы любой, даже неспециалист прочувствовал это. Потому что как-то интуитивно это не очень ясно.

Также интересует, как именно при разрыве химических связей поглощается энергия. Понятно, что ударяется другая молекула и ее кинетическая энергия превышает прочность связи и все такое. Меня интересует наглядное объяснение того, что именно заставляет молекулы замедляться, хотя с этим, вроде, как-то можно еще разобраться.

 

Занятный вопрос, аданако!

 

Вот, скажем, два намагниченных шара на бильярдном столе сталкиваются. Понятно, что энергия двух слипшихся шаров уменьшается. Но так же понятно - куда она девается. Затухающие упругие колебания в массе шаров переходят в тепло.

 

А если взять, для простоты, самую экзотермическую реакцию - рекомбинацию двух атомов водорода. Ну, то есть - берём литр атомарного водорода при н.у. и - зырим, чо происходит. Ну, столкнулись они, ну, упали в потенциальную яму, а дальше-то что? Как диссипируется эта дополнительная (сверх кинетической) энергия в кинетическую энергию образующейся молекулы? Или - как она передаётся третьей частице, случившейся поблизости? 

 

Два атома водорода, столкнувшиеся в отсутствие третьей частицы могут просто разлететься, поскольку суммарная энергия образовавшейся молекулы будет больше энергии связи. У этой молекулы есть шанс сохраниться только посредством излучения некоего электромагнитного кванта бОльшей, или мЕньшей энергии. Этот квант может передать часть энергии другому атому/молекуле. Но это не снимает вопроса, поскольку сомнительно, что всё вот так просто - передаётся излучением. 

Изменено 16 Сентября, 2016 в 19:32 пользователем yatcheh

[Хоббит)]

Система "шаров"-молекул сводится к системе с множеством степеней свобод. Например, атомарный водород Н находится в сосуде, где он может двигаться только по одной оси - тогда количество степеней свобод буде одна. Если взята образующаяся молекула Н2 может двигаться только по одной линии - тогда степеней свободы будет уже две , - добавляется колебательная степень свободы.

Если атомарный водород рассмотреть на плоскости, то добавляется ещё одна "переместительная" и одна вращательная. Кроме того увеличивается количество вариантов столкновения атомов и молекул под углом, а не лоб в лоб, поэтому статистическое распределение энергий и скоростей частиц становится ближе к гауссовскому. В трёхмерном пространстве количество степеней свобод системы ещё увеличивается. Если молекула не двухатомная, а сложнее, то это приводит к новым степеням свободы.

Энергия всех молекул в системе распределяется между всеми этими степенями свободы. В том числе и между не очевидными - диссоциация/слияние молекул, ионизация и т.д.. Т.е. в двухатомном газе Н2 всегда присутствует доля атомов Н.

Если же произошла реакция с выделением энергии, например, Н+Н=Н2, то энергия сначала находится в колебательной степени свободы, но после ряда столкновений с другими молекулами со случайными параметрами, эта энергия распределяется в другие степени свобод, в том числе и в поступательное движение, т.е. в скорость молекулы. Так же и наоборот, когда нужно затратить энергию для реакции.

[baceolus]

Система "шаров"-молекул сводится к системе с множеством степеней свобод. Например, атомарный водород Н находится в сосуде, где он может двигаться только по одной оси - тогда количество степеней свобод буде одна. Если взята образующаяся молекула Н2 может двигаться только по одной линии - тогда степеней свободы будет уже две , - добавляется колебательная степень свободы.

Если атомарный водород рассмотреть на плоскости, то добавляется ещё одна "переместительная" и одна вращательная. Кроме того увеличивается количество вариантов столкновения атомов и молекул под углом, а не лоб в лоб, поэтому статистическое распределение энергий и скоростей частиц становится ближе к гауссовскому. В трёхмерном пространстве количество степеней свобод системы ещё увеличивается. Если молекула не двухатомная, а сложнее, то это приводит к новым степеням свободы.

Энергия всех молекул в системе распределяется между всеми этими степенями свободы. В том числе и между не очевидными - диссоциация/слияние молекул, ионизация и т.д.. Т.е. в двухатомном газе Н2 всегда присутствует доля атомов Н.

Если же произошла реакция с выделением энергии, например, Н+Н=Н2, то энергия сначала находится в колебательной степени свободы, но после ряда столкновений с другими молекулами со случайными параметрами, эта энергия распределяется в другие степени свобод, в том числе и в поступательное движение, т.е. в скорость молекулы. Так же и наоборот, когда нужно затратить энергию для реакции.

Спасибо. Вашего ответа мне так не хватало многие годы, когда я задавался этим вопросом. Впрочем, я не хардкорный химик и мне простительно было не додуматься

Изменено 16 Сентября, 2016 в 19:45 пользователем baceolus

[yatcheh]

Система "шаров"-молекул сводится к системе с множеством степеней свобод. Например, атомарный водород Н находится в сосуде, где он может двигаться только по одной оси - тогда количество степеней свобод буде одна. Если взята образующаяся молекула Н2 может двигаться только по одной линии - тогда степеней свободы будет уже две , - добавляется колебательная степень свободы.

Если атомарный водород рассмотреть на плоскости, то добавляется ещё одна "переместительная" и одна вращательная. Кроме того увеличивается количество вариантов столкновения атомов и молекул под углом, а не лоб в лоб, поэтому статистическое распределение энергий и скоростей частиц становится ближе к гауссовскому. В трёхмерном пространстве количество степеней свобод системы ещё увеличивается. Если молекула не двухатомная, а сложнее, то это приводит к новым степеням свободы.

Энергия всех молекул в системе распределяется между всеми этими степенями свободы. В том числе и между не очевидными - диссоциация/слияние молекул, ионизация и т.д.. Т.е. в двухатомном газе Н2 всегда присутствует доля атомов Н.

Если же произошла реакция с выделением энергии, например, Н+Н=Н2, то энергия сначала находится в колебательной степени свободы, но после ряда столкновений с другими молекулами со случайными параметрами, эта энергия распределяется в другие степени свобод, в том числе и в поступательное движение, т.е. в скорость молекулы. Так же и наоборот, когда нужно затратить энергию для реакции.

 

Ну вот... Пришёл и убил интригу. А как хотелось растечься мысию по древу. Тут столько мысленных экспериментов можно было поставить, логическим путём дойти до правильного ответа. Нет, бля - банальная статистика, степени свободы, голимая физхимия. И ведь всё сразу объяснил! И чем теперь весь вечер заниматься? 

Изменено 16 Сентября, 2016 в 19:59 пользователем yatcheh

[Хоббит)]

Извиняюсь. 

Ну, можно вспомнить, что аналогичное происходит и в обществе, например.

...А можно вспомнить о последствиях и применениях этих статистических явлений - например, о создании инверсии населённостей в химических лазерах.

А можно упомянуть про программу по расчёту тех самых колебательных энергий в молекулах, что используется при моделировании хим.процессов. - Может кто сталкивался с такими программами?