Ирина Богданова - Концепции современного естествознания. Шпаргалки

Химические реакции могут идти в обе стороны – тогда их называют обратимыми , в одну – тогда они называются необратимыми , а некоторые вещества никак не реагируют между собой. Возможность или невозможность осуществления реакции объясняет термодинамика: реакция возможна только при уменьшении энергии веществ: F = E – TS и увеличении энтропии. Квантовая химия изучает протекание реакций на микроуровне, выявляя не только сами молекулы, но и особенности их электронных структур. До начала XX в. считалось, что в химических реакциях участвуют только атомы и молекулы, но в 1900 г. были открыты так называемые свободные радикалы, которые являются отделившейся половиной молекулы с ионным зарядом и способны тоже вступать в реакции. Следовательно, химические реакции определяются реакционной способностью, энергетическими и энтропийными возможностями, каталитическими и кинетическими закономерностями.

Объяснение направленности химических реакций и невозможности превращения молекул при некоторых реакциях нашел Ле-Шателье. Он обратил внимание, что наряду с прямыми и обратными реакциями существует множество реакций, которые не доводятся до конца. Как только в данной системе при данных условиях устанавливается динамическое равновесие, реакция прекращается. Ле-Шателье предложил способ выведения системы из равновесия по следующему установленному им принципу (получившему название принципа Ле-Шателье): «Если в системе, находящейся в равновесии, изменить один из факторов равновесия, например, увеличить давление, то произойдет реакция, сопровождающаяся уменьшением объема, и наоборот; если же такие реакции происходят без изменения объема, то изменение давления не будет влиять на равновесие».

В современной формулировке принцип Ле-Шателье звучит так: любое внешнее воздействие, выводящее систему из термодинамического равновесия, вызывает в ней процессы, направленные на ослабление результатов такого воздействия. Сегодня этот принцип считается общим принципом стабильности, устанавливающим взаимосвязи между всеми элементами Вселенной, включая живые и социальные системы.

В макромире вещество может находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном. Для каждого агрегатного состояния присуще характерное тепловое движение атомов и молекул.

Газообразное состояние характеризуется тем, что расстояние между атомами и молекулами значительно больше размеров самих молекул, поэтому силы притяжения и отталкивания в газах практически отсутствуют, что и вызывает их особенности: газы легко сжимаются (отсутствие или крайняя слабость сил отталкивания), могут неограниченно расширяться, занимая весь предоставленный им объем (отсутствие или крайняя слабость сил притяжения).

В термодинамике существует понятие идеального газа , то есть газа, для которого не нужно учитывать силы взаимодействия между частицами или собственный объем частиц; реальные газы этими качествами не обладают.

Твердое состояние вещества характеризуется тем, что молекулы и атомы совершают беспорядочные колебания относительно положений равновесия, в которых силы притяжения и отталкивания со стороны соседних атомов уравновешиваются, то есть они не способны произвольно «уйти» со своего места. По типу твердые тела принято делить на аморфные и кристаллические. Атомы и молекулы в аморфных телах расположены беспорядочно, поэтому их физические свойства (механические, тепловые, электрические, оптические) одинаковы во всех направлениях, в чем и заключается их изотропность. Атомы и молекулы в кристаллических телах расположены в определенном порядке, образуют так называемую кристаллическую решетку, поэтому физические свойства кристаллических тел неодинаковы в различных направлениях, в чем и заключается их анизотропность .

Жидкое состояние вещества характеризуется тем, что молекулы жидкости некоторое время (время оседлой жизни) колеблются около положений равновесия, затем занимают новые положения равновесия и колеблются относительно них, что является причиной текучести жидкости и ее способности принимать форму сосуда, в который она помещена. Жидкости по степени подвижности молекул находятся в промежутке между твердыми телами и газами. Их молекулы достаточно подвижны, чтобы тело не могло принять определенную форму, но недостаточно подвижны, чтобы рассеяться в пространстве.