Στο ΔΓ< 0 реакция термодинамически разрешена и система стремится к достижению условия ΔG = 0, при котором наступает равновесное состояние обратимого процесса; ΔG >Το 0 υποδηλώνει ότι η διαδικασία είναι θερμοδυναμικά απαγορευμένη.
Έχοντας γράψει την εξίσωση (1) με τη μορφή ΔH = ΔG + TΔS, διαπιστώνουμε ότι η ενθαλπία της αντίδρασης περιλαμβάνει την ελεύθερη ενέργεια Gibbs και την «μη ελεύθερη» ενέργεια ΔS · T. Η ενέργεια Gibbs, που είναι η μείωση της ισοβαρικής ( P = const) δυναμικό, ισούται με το μέγιστο χρήσιμο έργο. Μειώνοντας με την πορεία της χημικής διαδικασίας, το ΔG φτάνει στο ελάχιστο τη στιγμή της ισορροπίας (ΔG = 0). Ο δεύτερος όρος ΔS · T (συντελεστής εντροπίας) αντιπροσωπεύει εκείνο το μέρος της ενέργειας του συστήματος που σε μια δεδομένη θερμοκρασία δεν μπορεί να μετατραπεί σε έργο. Αυτή η δεσμευμένη ενέργεια μπορεί να διαχυθεί στο περιβάλλον μόνο με τη μορφή θερμότητας (αυξάνοντας τη χαοτικότητα του συστήματος).
Έτσι, στις χημικές διεργασίες, το ενεργειακό απόθεμα του συστήματος (συντελεστής ενθαλπίας) και ο βαθμός της διαταραχής του (συντελεστής εντροπίας, ενέργεια που δεν λειτουργεί) αλλάζει ταυτόχρονα.
Η ανάλυση της εξίσωσης (1) μας επιτρέπει να καθορίσουμε ποιος από τους παράγοντες που συνθέτουν την ενέργεια Gibbs είναι υπεύθυνος για την κατεύθυνση της χημικής αντίδρασης, την ενθαλπία (ΔH) ή την εντροπία (ΔS · T).
· Αν ΔH< 0 и ΔS >0, τότε πάντα ΔG< 0 и реакция возможна при любой температуре.
· Αν ΔH > 0 και ΔS< 0, то всегда ΔG >0, και μια αντίδραση με την απορρόφηση της θερμότητας και τη μείωση της εντροπίας είναι αδύνατη υπό οποιεσδήποτε συνθήκες.
· Σε άλλες περιπτώσεις (ΔΗ< 0, ΔS < 0 и ΔH >0, ΔS > 0) το πρόσημο του ΔG εξαρτάται από τη σχέση μεταξύ ΔΗ και ΤΔS. Μια αντίδραση είναι δυνατή εάν συνοδεύεται από μείωση του ισοβαρικού δυναμικού. σε θερμοκρασία δωματίου, όταν η τιμή του T είναι μικρή, η τιμή του TΔS είναι επίσης μικρή και συνήθως η μεταβολή της ενθαλπίας είναι μεγαλύτερη από την TΔS. Επομένως, οι περισσότερες αντιδράσεις που συμβαίνουν σε θερμοκρασία δωματίου είναι εξώθερμες. Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο μεγαλύτερο είναι το TΔS και ακόμη και οι ενδόθερμες αντιδράσεις γίνονται εφικτές.
Ας επεξηγήσουμε αυτές τις τέσσερις περιπτώσεις με τις αντίστοιχες αντιδράσεις:
|
ΔH< 0 ΔS >0ΔG< 0 |
C2H5–O–C2H5 + 6O2 = 4CO2 + 5H2O (αντίδραση είναι δυνατή σε οποιαδήποτε θερμοκρασία) |
|
|
ΔH > 0 ΔS< 0 ΔG > 0 |
η αντίδραση είναι αδύνατη |
|
|
ΔH< 0 ΔS < 0 ΔG >0.ΔG< 0 |
N2 + 3H2 = 2NH3 (πιθανό σε χαμηλή θερμοκρασία) |
|
|
ΔH > 0 ΔS > 0 ΔG > 0, ΔG< 0 |
N2O4(g) = 2NO2(g) (πιθανό σε υψηλή θερμοκρασία). |
Για να αξιολογήσετε το πρόσημο της αντίδρασης ΔG, είναι σημαντικό να γνωρίζετε τις τιμές ΔH και ΔS των πιο τυπικών διεργασιών. Η ΔΗ του σχηματισμού σύνθετων ουσιών και η ΔΗ της αντίδρασης είναι στην περιοχή από 80–800 kJ∙mol-1. Η ενθαλπία της αντίδρασης καύσης ΔΗ0καύσης είναι πάντα αρνητική και ανέρχεται σε χιλιάδες kJ∙mol-1. Οι ενθαλπίες των μεταπτώσεων φάσης είναι συνήθως μικρότερες από τις ενθαλπίες σχηματισμού και χημικής αντίδρασης ΔHατμός - δεκάδες kJ∙mol-1, ΔHcryst και ΔHmelt είναι 5–25 kJ∙mol-1.
Η εξάρτηση του ΔH από τη θερμοκρασία εκφράζεται με τη σχέση ΔHT = ΔH° + ΔCp · ΔT, όπου ΔCp είναι η μεταβολή της θερμοχωρητικότητας του συστήματος. Εάν στην περιοχή θερμοκρασίας 298 K – T τα αντιδραστήρια δεν υφίστανται μετασχηματισμούς φάσης, τότε οι τιμές ΔCp = 0 και ΔH° μπορούν να χρησιμοποιηθούν για υπολογισμούς.
Η εντροπία των μεμονωμένων ουσιών είναι πάντα μεγαλύτερη από το μηδέν και κυμαίνεται από δεκάδες έως εκατοντάδες J∙mol–1K–1 (Πίνακας 4.1). Το πρόσημο του ΔG καθορίζει την κατεύθυνση της πραγματικής διαδικασίας. Ωστόσο, για την αξιολόγηση της σκοπιμότητας μιας διαδικασίας, συνήθως χρησιμοποιούνται τιμές της τυπικής ενέργειας Gibbs ΔG°. Η τιμή ΔG° δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως κριτήριο πιθανότητας σε ενδόθερμες διεργασίες με σημαντική αύξηση της εντροπίας (μεταπτώσεις φάσεων, αντιδράσεις θερμικής αποσύνθεσης με σχηματισμό αερίων ουσιών κ.λπ.). Τέτοιες διεργασίες μπορούν να πραγματοποιηθούν λόγω του παράγοντα εντροπίας, υπό την προϋπόθεση:
Εντροπία.
ΕΝΤΡΟΠΙΑ (από το ελληνικό εντροπία - περιστροφή, μετασχηματισμός) (συνήθως συμβολίζεται με S), συνάρτηση της κατάστασης ενός θερμοδυναμικού συστήματος, η μεταβολή στην οποία το dS σε μια διαδικασία ισορροπίας είναι ίση με την αναλογία της ποσότητας θερμότητας dQ που προσδίδεται στο σύστημα ή απομακρύνεται από αυτό στη θερμοδυναμική θερμοκρασία Τ του συστήματος. Οι διεργασίες μη ισορροπίας σε ένα απομονωμένο σύστημα συνοδεύονται από αύξηση της εντροπίας· φέρνουν το σύστημα πιο κοντά σε μια κατάσταση ισορροπίας στην οποία το S είναι μέγιστο. Η έννοια της «εντροπίας» εισήχθη το 1865 από τον R. Clausius. Η στατιστική φυσική θεωρεί την εντροπία ως μέτρο της πιθανότητας ενός συστήματος να βρίσκεται σε μια δεδομένη κατάσταση (αρχή Boltzmann). Η έννοια της εντροπίας χρησιμοποιείται ευρέως στη φυσική, τη χημεία, τη βιολογία και τη θεωρία της πληροφορίας. Η εντροπία είναι συνάρτηση της κατάστασης, δηλαδή, οποιαδήποτε κατάσταση μπορεί να συσχετιστεί με μια εντελώς ορισμένη (μέχρι μια σταθερά - αυτή η αβεβαιότητα αφαιρείται με συμφωνία ότι στο απόλυτο μηδέν η εντροπία είναι επίσης μηδέν) τιμή εντροπίας. Για αναστρέψιμες διαδικασίες (ισορροπίας), ισχύει η ακόλουθη μαθηματική ισότητα (συνέπεια της λεγόμενης ισότητας Clausius) 
, όπου δQ είναι η παρεχόμενη θερμότητα, είναι η θερμοκρασία και είναι οι καταστάσεις, SA και SB είναι η εντροπία που αντιστοιχεί σε αυτές τις καταστάσεις (η διαδικασία μετάβασης από κατάσταση σε κατάσταση εξετάζεται εδώ). Για μη αναστρέψιμες διεργασίες, η ανισότητα που προκύπτει από τη λεγόμενη ανισότητα Clausius ικανοποιείται 
, όπου δQ είναι η παρεχόμενη θερμότητα, είναι η θερμοκρασία και είναι οι καταστάσεις, SA και SB είναι η εντροπία που αντιστοιχεί σε αυτές τις καταστάσεις. Επομένως, η εντροπία ενός αδιαβατικά απομονωμένου συστήματος (χωρίς παροχή ή αφαίρεση θερμότητας) μπορεί να αυξηθεί μόνο κατά τη διάρκεια μη αναστρέψιμων διεργασιών. Χρησιμοποιώντας την έννοια της εντροπίας, ο Clausius (1876) έδωσε την πιο γενική διατύπωση του 2ου νόμου της θερμοδυναμικής: σε πραγματικές (μη αναστρέψιμες) αδιαβατικές διεργασίες, η εντροπία αυξάνεται, φτάνοντας σε μια μέγιστη τιμή σε κατάσταση ισορροπίας (ο 2ος νόμος της θερμοδυναμικής δεν είναι απόλυτη, παραβιάζεται κατά τις διακυμάνσεις).
Η αντίληψη των σχέσεων αιτίου-αποτελέσματος βασίζεται στα μοντέλα μας για τον κόσμο. Η αποτελεσματική ανάλυση, έρευνα και μοντελοποίηση κάθε είδους περιλαμβάνει τον προσδιορισμό των αιτιών των παρατηρούμενων φαινομένων. Τα αίτια είναι τα βασικά στοιχεία που ευθύνονται για την εμφάνιση και την ύπαρξη ενός συγκεκριμένου φαινομένου ή κατάστασης. Για παράδειγμα, η επιτυχής επίλυση προβλημάτων βασίζεται στην εύρεση και επεξεργασία της αιτίας (ή των αιτιών) ενός συγκεκριμένου συμπτώματος ή ενός συνόλου συμπτωμάτων αυτού του προβλήματος. Έχοντας προσδιορίσει την αιτία μιας συγκεκριμένης επιθυμητής ή προβληματικής κατάστασης, προσδιορίζετε και το σημείο εφαρμογής των προσπαθειών σας.
Για παράδειγμα, εάν πιστεύετε ότι η αλλεργία σας προκαλείται από ένα εξωτερικό αλλεργιογόνο, προσπαθείτε να αποφύγετε αυτό το αλλεργιογόνο. Πιστεύοντας ότι η αλλεργία προκαλείται από την απελευθέρωση ισταμίνης, αρχίζετε να παίρνετε αντιισταμινικά. Εάν, κατά τη γνώμη σας, η αλλεργία προκαλείται από στρες, θα προσπαθήσετε να μειώσετε αυτό το άγχος.
Οι πεποιθήσεις μας για την αιτία και το αποτέλεσμα αντανακλώνται σε ένα γλωσσικό πρότυπο που περιγράφει ρητά ή έμμεσα τη σχέση αιτίου-αποτελέσματος μεταξύ δύο εμπειριών ή φαινομένων. Όπως συμβαίνει με τα σύνθετα ισοδύναμα, στο επίπεδο της βαθιάς δομής τέτοιες σχέσεις μπορεί να είναι ακριβείς ή ανακριβείς. Για παράδειγμα, από τη δήλωση «Η κριτική θα τον κάνει να σεβαστεί τους κανόνες», δεν είναι σαφές πώς ακριβώς μια κριτική παρατήρηση μπορεί να αναγκάσει το εν λόγω άτομο να αναπτύξει σεβασμό για ορισμένους κανόνες. Μια τέτοια κριτική μπορεί εξίσου εύκολα να έχει το αντίθετο αποτέλεσμα. Αυτή η δήλωση αφήνει έξω πάρα πολλούς δυνητικά σημαντικούς κρίκους στη λογική αλυσίδα.
Φυσικά, αυτό δεν σημαίνει ότι όλοι οι ισχυρισμοί για σχέσεις αιτίας-αποτελέσματος είναι αβάσιμοι. Μερικά από αυτά είναι αρκετά λογικά, αλλά δεν έχουν ολοκληρωθεί. Άλλα έχουν νόημα μόνο υπό ορισμένες προϋποθέσεις. Στην πραγματικότητα, οι δηλώσεις σχετικά με τις σχέσεις αιτίου-αποτελέσματος είναι μια μορφή αόριστων ρημάτων. Ο κύριος κίνδυνος είναι ότι τέτοιες δηλώσεις είναι υπερβολικά απλοϊκές και/ή επιφανειακές. Αλλά τα περισσότερα φαινόμενα προκύπτουν από πολλαπλές αιτίες και όχι μόνο από μία, αφού πολύπλοκα συστήματα (όπως το ανθρώπινο νευρικό σύστημα) αποτελούνται από πολλές αμφίδρομες σχέσεις αιτίου-αποτελέσματος.
Επιπλέον, στοιχεία της αλυσίδας αιτίου-αποτελέσματος μπορεί να έχουν ατομική «πρόσθετη ενέργεια». Δηλαδή, καθένα από αυτά είναι προικισμένο με τη δική του πηγή ενέργειας και η αντίδρασή του δεν μπορεί να προβλεφθεί. Εξαιτίας αυτού, το σύστημα γίνεται πολύ πιο περίπλοκο, αφού η ενέργεια δεν μπορεί να εξαπλωθεί μέσω αυτού αυτόματα. Όπως τόνισε ο Γκρέγκορι Μπέιτσον, αν κλωτσάς μια μπάλα, μπορείς να προσδιορίσεις εκ των προτέρων πού θα πάει, υπολογίζοντας τη γωνία πρόσκρουσης, την ποσότητα δύναμης που εφαρμόζεται στην μπάλα, την τριβή της επιφάνειας κ.λπ. Αν κλωτσήσεις ένας σκύλος, στην ίδια γωνία, με την ίδια δύναμη, στην ίδια επιφάνεια κ.λπ. - είναι πολύ πιο δύσκολο να μαντέψει κανείς πώς θα τελειώσει το θέμα, αφού ο σκύλος έχει τη δική του «έξτρα ενέργεια».
Συχνά οι αιτίες είναι λιγότερο προφανείς, ευρύτερες και πιο συστηματικές από το φαινόμενο ή το σύμπτωμα που μελετάται. Ειδικότερα, ο λόγος για τη μείωση της παραγωγής ή των κερδών μπορεί να οφείλεται σε ανταγωνισμό, προβλήματα διαχείρισης, ζητήματα ηγεσίας, αλλαγές στις στρατηγικές μάρκετινγκ, αλλαγές στην τεχνολογία, στα κανάλια επικοινωνίας ή κάτι άλλο.
Το ίδιο ισχύει για πολλές από τις πεποιθήσεις μας σχετικά με την αντικειμενική πραγματικότητα. Δεν μπορούμε να δούμε, να ακούσουμε ή να αισθανθούμε την αλληλεπίδραση μοριακών σωματιδίων, βαρυτικών ή ηλεκτρομαγνητικών πεδίων. Μπορούμε μόνο να αντιληφθούμε και να μετρήσουμε τις εκδηλώσεις τους. Για να εξηγήσουμε τέτοιες επιδράσεις, εισάγουμε την έννοια της «βαρύτητας». Έννοιες όπως «βαρύτητα», «ηλεκτρομαγνητικό πεδίο», «άτομα», «σχέσεις αιτίου-αποτελέσματος», «ενέργεια», ακόμη και «χρόνος» και «χώρος» δημιουργούνται σε μεγάλο βαθμό αυθαίρετα από τη φαντασία μας (και όχι από τον κόσμο γύρω μας) προκειμένου να ταξινομήσουμε και να οργανώσουμε τις αισθητηριακές μας εμπειρίες. Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν έγραψε:
Ο Χιουμ είδε ξεκάθαρα ότι κάποιες έννοιες (για παράδειγμα, η αιτιότητα) δεν μπορούν να συναχθούν λογικά από τα δεδομένα της εμπειρίας... Όλες οι έννοιες, ακόμη και αυτές που βρίσκονται πιο κοντά στην εμπειρία μας, από την άποψη της λογικής είναι αυθαίρετα επιλεγμένες συμβάσεις.
Το νόημα της δήλωσης του Αϊνστάιν είναι ότι οι αισθήσεις μας δεν μπορούν πραγματικά να αντιληφθούν τίποτα σαν «αιτίες», αντιλαμβάνονται μόνο το γεγονός ότι το πρώτο γεγονός συνέβη πρώτα και μετά το δεύτερο. Για παράδειγμα, μια ακολουθία γεγονότων μπορεί να θεωρηθεί ως «ένας άντρας κόβει ένα δέντρο με ένα τσεκούρι», μετά «το δέντρο πέφτει» ή «μια γυναίκα λέει κάτι σε ένα παιδί», μετά «ένα παιδί αρχίζει να κλαίει, ή «γίνεται έκλειψη ηλίου και την επόμενη μέρα — σεισμός». Σύμφωνα με τον Αϊνστάιν, μπορούμε να πούμε ότι «ένας άνδρας έκανε να πέσει ένα δέντρο», «μια γυναίκα έκανε ένα παιδί να κλάψει», «μια έκλειψη ηλίου προκάλεσε σεισμό». Ωστόσο, αντιλαμβανόμαστε μόνο την αλληλουχία των γεγονότων, όχι τις αιτίες, που είναι μια αυθαίρετα επιλεγμένη εσωτερική κατασκευή που εφαρμόζεται στην αντιληπτή σχέση. Με την ίδια επιτυχία μπορούμε να πούμε ότι «ο λόγος που έπεσε το δέντρο ήταν η δύναμη της βαρύτητας», «ο λόγος που το παιδί έκλαψε ήταν οι απογοητευμένες προσδοκίες του» ή «η αιτία του σεισμού ήταν οι δυνάμεις που δρούσαν στην επιφάνεια της γης από το εσωτερικό», ανάλογα με τις επιλεγμένες συντεταγμένες του συστήματος
Σύμφωνα με τον Αϊνστάιν, οι θεμελιώδεις νόμοι αυτού του κόσμου που λαμβάνουμε υπόψη όταν ενεργούμε σε αυτόν δεν είναι παρατηρήσιμοι στο πλαίσιο της εμπειρίας μας. Σύμφωνα με τα λόγια του Αϊνστάιν, «μια θεωρία μπορεί να ελεγχθεί με πείραμα, αλλά είναι αδύνατο να δημιουργηθεί μια θεωρία βασισμένη στην εμπειρία».
Αυτό το δίλημμα ισχύει εξίσου για την ψυχολογία, τη νευροεπιστήμη και πιθανώς κάθε άλλο πεδίο επιστημονικής έρευνας. Όσο πλησιάζουμε στις πραγματικές πρωταρχικές σχέσεις και νόμους που καθορίζουν και διέπουν την εμπειρία μας, τόσο απομακρυνόμαστε από οτιδήποτε υπόκειται σε άμεση αντίληψη. Μπορούμε να αισθανθούμε σωματικά όχι τους θεμελιώδεις νόμους και τις αρχές που διέπουν τη συμπεριφορά και την αντίληψή μας, αλλά μόνο τις συνέπειές τους. Εάν ο εγκέφαλος προσπαθήσει να αντιληφθεί τον εαυτό του, το μόνο και αναπόφευκτο αποτέλεσμα θα είναι τα κενά σημεία.
>> Χημεία: Γιατί συμβαίνουν χημικές αντιδράσεις
Η πρόβλεψη της πιθανότητας διεξαγωγής μιας συγκεκριμένης αντίδρασης είναι ένα από τα κύρια καθήκοντα που αντιμετωπίζουν οι χημικοί.
Μπορείτε να γράψετε την εξίσωση οποιασδήποτε χημικής αντίδρασης σε χαρτί («το χαρτί θα αντέξει τα πάντα»), αλλά είναι πρακτικά δυνατή μια τέτοια αντίδραση;
Σε ορισμένες περιπτώσεις (για παράδειγμα, κατά την πύρωση ασβεστόλιθου: CaCO3 -> CaO + CO2), αρκεί να αυξηθεί η θερμοκρασία για να ξεκινήσει η αντίδραση, αλλά σε άλλες (για παράδειγμα, η αναγωγή του ασβεστίου από το οξείδιο του με υδρογόνο: CaO + H2 -> Ca + H20) η αντίδραση δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί σε καμία περίπτωση!
Ο πειραματικός έλεγχος της πιθανότητας να συμβεί μια συγκεκριμένη αντίδραση κάτω από διαφορετικές συνθήκες είναι εντατικής εργασίας και αναποτελεσματικός. Αλλά μπορείτε θεωρητικά να απαντήσετε σε αυτήν την ερώτηση με βάση τους νόμους της χημικής θερμοδυναμικής (που μάθατε στα μαθήματα φυσικής).
Ένας από τους πιο σημαντικούς νόμους της φύσης (ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής) είναι ο νόμος της διατήρησης της ενέργειας: η ενέργεια δεν προκύπτει από το τίποτα και δεν εξαφανίζεται χωρίς ίχνος, αλλά μεταφέρεται μόνο από τη μια μορφή στην άλλη.
Γενικά, η ενέργεια ενός αντικειμένου αποτελείται από τρεις κύριους τύπους: κινητική, δυναμική, εσωτερική. Ποιος από αυτούς τους τύπους είναι πιο σημαντικός όταν εξετάζουμε χημικές αντιδράσεις; Φυσικά, εσωτερική ενέργεια (ε)! Εξάλλου, αποτελείται από την κινητική ενέργεια κίνησης ατόμων, μορίων, ιόντων. από την ενέργεια της αμοιβαίας έλξης και απώθησής τους. από την ενέργεια που σχετίζεται με την κίνηση των ηλεκτρονίων σε ένα άτομο, την έλξη τους προς τον πυρήνα, την αμοιβαία απώθηση ηλεκτρονίων και πυρήνων, καθώς και την ενδοπυρηνική ενέργεια.
Γνωρίζετε ότι κατά τις χημικές αντιδράσεις κάποιοι χημικοί δεσμοί καταστρέφονται, ενώ άλλοι σχηματίζονται. Σε αυτή την περίπτωση, η ηλεκτρονική κατάσταση των ατόμων και οι σχετικές θέσεις τους αλλάζουν και επομένως η εσωτερική ενέργεια των προϊόντων αντίδρασης διαφέρει από την εσωτερική ενέργεια των αντιδρώντων.
Ας εξετάσουμε δύο πιθανές περιπτώσεις.
1. E reactants > E products. Με βάση το νόμο της διατήρησης της ενέργειας, ως αποτέλεσμα μιας τέτοιας αντίδρασης, η ενέργεια πρέπει να απελευθερωθεί στο περιβάλλον: ο αέρας, ένας δοκιμαστικός σωλήνας, ένας κινητήρας αυτοκινήτου και τα προϊόντα αντίδρασης θερμαίνονται.
Οι αντιδράσεις κατά τις οποίες απελευθερώνεται ενέργεια και θερμαίνεται το περιβάλλον ονομάζονται εξώθερμες (Εικ. 23).
2. Αντιδραστήρια Ε< Е продуктов. Исходя из закона сохранения энергии, следует предположить, что исходные вещества при таких процессах должны поглощать энергию из окружающей среды, температура реагирующей системы должна понижаться.
Οι αντιδράσεις κατά τις οποίες απορροφάται ενέργεια από το περιβάλλον ονομάζονται ενδόθερμες.
Η ενέργεια που απελευθερώνεται ή απορροφάται σε μια χημική αντίδραση ονομάζεται, όπως γνωρίζετε, θερμική επίδραση αυτής της αντίδρασης. Αυτός ο όρος χρησιμοποιείται παντού, αν και θα ήταν πιο ακριβές να μιλήσουμε για την ενεργειακή επίδραση της αντίδρασης.
Η θερμική επίδραση μιας αντίδρασης εκφράζεται σε μονάδες ενέργειας. Η ενέργεια μεμονωμένων ατόμων και μορίων είναι ασήμαντη. Επομένως, οι θερμικές επιδράσεις των αντιδράσεων συνήθως αποδίδονται σε εκείνες τις ποσότητες ουσιών που καθορίζονται από την εξίσωση και εκφράζονται σε J ή kJ.
Η εξίσωση μιας χημικής αντίδρασης στην οποία υποδεικνύεται το θερμικό αποτέλεσμα, όπως ήδη γνωρίζετε, ονομάζεται θερμοχημική εξίσωση.
Για παράδειγμα, η θερμοχημική εξίσωση:
2Η2 + 02 = 2Η20 + 484 kJ
Η γνώση των θερμικών επιδράσεων των χημικών αντιδράσεων έχει μεγάλη πρακτική σημασία. Για παράδειγμα, κατά το σχεδιασμό ενός χημικού αντιδραστήρα, είναι σημαντικό να παρέχεται είτε εισροή ενέργειας για τη διατήρηση της αντίδρασης με θέρμανση του αντιδραστήρα, είτε, αντίθετα, αφαίρεση της περίσσειας θερμότητας, ώστε ο αντιδραστήρας να μην υπερθερμαίνεται με όλες τις επακόλουθες συνέπειες, συμπεριλαμβανομένης μιας έκρηξης.
Εάν η αντίδραση λαμβάνει χώρα μεταξύ απλών μορίων, τότε ο υπολογισμός της θερμικής επίδρασης της αντίδρασης είναι αρκετά απλός.
Για παράδειγμα:
H2 + Cl2 -> 2HCl
Η ενέργεια δαπανάται για τη διάσπαση δύο χημικών δεσμών H-H και Cl-Cl, η ενέργεια απελευθερώνεται όταν σχηματίζονται δύο χημικοί δεσμοί H-Cl. Στους χημικούς δεσμούς συγκεντρώνεται το πιο σημαντικό συστατικό της εσωτερικής ενέργειας μιας ένωσης. Γνωρίζοντας τις ενέργειες αυτών των δεσμών, μπορεί κανείς να προσδιορίσει τη θερμική επίδραση της αντίδρασης (Fr) από τη διαφορά.
En-n = 436 kJ/mol, Ecl-cl = 240 kJ/mol,
Enсl = 430 kJ/mol,
Q p = 2.430 - 1.436 - 1.240 = 184 kJ.
Επομένως, αυτή η αντίδραση είναι εξώθερμη.
Πώς, για παράδειγμα, μπορούμε να υπολογίσουμε τη θερμική επίδραση της αντίδρασης διάσπασης του ανθρακικού ασβεστίου; Εξάλλου, αυτή είναι μια ένωση μη μοριακής δομής. Πώς να προσδιορίσετε ακριβώς ποιοι δεσμοί και πόσοι από αυτούς καταστρέφονται, ποια είναι η ενέργειά τους, ποιοι δεσμοί και πόσοι από αυτούς σχηματίζονται στο οξείδιο του ασβεστίου;
Για τον υπολογισμό των θερμικών επιδράσεων των αντιδράσεων, χρησιμοποιούνται οι τιμές των θερμοτήτων σχηματισμού όλων των χημικών ενώσεων που συμμετέχουν στην αντίδραση (αρχικές και προϊόντα).
Η θερμότητα σχηματισμού μιας ένωσης (Qbr) είναι η θερμική επίδραση της αντίδρασης του σχηματισμού ενός mol μιας ένωσης από απλές ουσίες που είναι σταθερές σε τυπικές συνθήκες (25 °C, 1 atm.).
Υπό αυτές τις συνθήκες, η θερμότητα σχηματισμού απλών ουσιών είναι εξ ορισμού μηδέν.
C + 02 = C02 + 394 kJ
0,5T2 + 0,502 = N0 - 90 kJ,
όπου 394 kJ και -90 kJ είναι οι θερμότητες σχηματισμού CO2 και N0, αντίστοιχα.
Εάν μια δεδομένη χημική ένωση μπορεί να ληφθεί απευθείας από απλές ουσίες και η αντίδραση συμβαίνει ποσοτικά (απόδοση 100% προϊόντων), αρκεί να πραγματοποιηθεί η αντίδραση και να μετρηθεί η θερμική της επίδραση χρησιμοποιώντας μια ειδική συσκευή - ένα θερμιδόμετρο. Έτσι προσδιορίζονται οι θερμότητες σχηματισμού πολλών οξειδίων, χλωριδίων, σουλφιδίων κλπ. Ωστόσο, η συντριπτική πλειονότητα των χημικών ενώσεων είναι δύσκολο ή αδύνατο να ληφθεί απευθείας από απλές ουσίες.
Για παράδειγμα, με την καύση άνθρακα σε οξυγόνο, είναι αδύνατο να προσδιοριστεί το Q του μονοξειδίου του άνθρακα CO, καθώς η διαδικασία της πλήρους οξείδωσης συνεχίζεται πάντα. Σε αυτή την περίπτωση, ο νόμος που διατύπωσε τον περασμένο αιώνα ο ακαδημαϊκός της Αγίας Πετρούπολης G. I. Hess έρχεται να σώσει.
Η θερμική επίδραση μιας χημικής αντίδρασης δεν εξαρτάται από τα ενδιάμεσα στάδια (υπό την προϋπόθεση ότι τα αρχικά υλικά και τα προϊόντα αντίδρασης είναι τα ίδια).
Η γνώση των θερμοτήτων σχηματισμού των ενώσεων μας επιτρέπει να αξιολογήσουμε τη σχετική σταθερότητά τους, καθώς και να υπολογίσουμε τις θερμικές επιδράσεις των αντιδράσεων.
Η θερμική επίδραση μιας χημικής αντίδρασης είναι ίση με το άθροισμα των θερμοτήτων σχηματισμού όλων των προϊόντων αντίδρασης μείον το άθροισμα των θερμοτήτων σχηματισμού όλων των αντιδρώντων (λαμβάνοντας υπόψη τους συντελεστές στην εξίσωση της αντίδρασης).
Το ανθρώπινο σώμα είναι ένας μοναδικός «χημικός αντιδραστήρας» στον οποίο λαμβάνουν χώρα πολλές διαφορετικές χημικές αντιδράσεις. Η κύρια διαφορά τους από τις διεργασίες που συμβαίνουν σε δοκιμαστικό σωλήνα, φιάλη ή βιομηχανική εγκατάσταση είναι ότι στο σώμα όλες οι αντιδράσεις συμβαίνουν υπό «ήπιες» συνθήκες (ατμοσφαιρική πίεση, χαμηλή θερμοκρασία) και σχηματίζονται λίγα επιβλαβή υποπροϊόντα.
Η διαδικασία οξείδωσης οργανικών ουσιών με οξυγόνο είναι η κύρια πηγή ενέργειας και τα κύρια τελικά προϊόντα της είναι το CO2 και το H20.
Αυτή η απελευθερωμένη ενέργεια είναι μεγάλη ποσότητα, και αν τα τρόφιμα οξειδώνονταν γρήγορα και πλήρως στο σώμα, τότε μόνο μερικά κομμάτια ζάχαρης που καταναλώνονταν θα προκαλούσαν υπερθέρμανση του σώματος. Αλλά οι βιοχημικές διεργασίες, η συνολική θερμική επίδραση των οποίων, σύμφωνα με το νόμο του Hess, δεν εξαρτάται από τον μηχανισμό και είναι μια σταθερή τιμή, προχωρούν σταδιακά, σαν να επεκτείνονται στο χρόνο. Επομένως, το σώμα δεν «καίγεται», αλλά ξοδεύει οικονομικά αυτήν την ενέργεια σε ζωτικές διαδικασίες. Αλλά συμβαίνει πάντα αυτό;
Κάθε άτομο πρέπει να έχει τουλάχιστον μια κατά προσέγγιση ιδέα για το πόση ενέργεια εισέρχεται στο σώμα του με το φαγητό και πόση ποσότητα καταναλώνεται κατά τη διάρκεια της ημέρας.
Μία από τις αρχές της ορθολογικής διατροφής είναι η εξής: η ποσότητα ενέργειας που παρέχεται από τα τρόφιμα δεν πρέπει να υπερβαίνει την κατανάλωση ενέργειας (ή να είναι μικρότερη) περισσότερο από 5%, διαφορετικά ο μεταβολισμός διαταράσσεται και ένα άτομο παχαίνει ή χάνει βάρος.
Το ενεργειακό ισοδύναμο του τροφίμου είναι η περιεκτικότητά του σε θερμίδες, εκφρασμένη σε χιλιοθερμίδες ανά 100 g προϊόντος (συχνά αναφέρεται στη συσκευασία, μπορεί επίσης να βρεθεί σε ειδικά βιβλία αναφοράς και βιβλία μαγειρικής). Και η κατανάλωση ενέργειας στο σώμα εξαρτάται από την ηλικία, το φύλο και την ένταση της εργασίας. Για παράδειγμα, μια γυναίκα (γραμματέας, λογιστής) χρειάζεται περίπου 2100 kcal την ημέρα και ένας άνδρας (ξυλοκόπος, εργάτης σκυροδέματος, ανθρακωρύχος) χρειάζεται περίπου 4300 kcal την ημέρα.
Η πιο χρήσιμη τροφή με χαμηλή περιεκτικότητα σε θερμίδες, αλλά με την παρουσία όλων των συστατικών στα τρόφιμα (πρωτεΐνες, λίπη, υδατάνθρακες, μέταλλα, βιταμίνες, ιχνοστοιχεία).
Η ενεργειακή αξία των προϊόντων διατροφής και η θερμογόνος δύναμη των καυσίμων συνδέονται με εξώθερμες αντιδράσεις οξείδωσής τους. Η κινητήρια δύναμη πίσω από τέτοιες αντιδράσεις είναι η «τάση» του συστήματος προς την κατάσταση με τη χαμηλότερη εσωτερική ενέργεια.
Οι εξώθερμες αντιδράσεις ξεκινούν αυθόρμητα ή απαιτείται μόνο μια μικρή «ώθηση» - μια αρχική παροχή ενέργειας.
Και ποια είναι τότε η κινητήρια δύναμη πίσω από τις ενδόθερμες αντιδράσεις, κατά τις οποίες η θερμική ενέργεια προέρχεται από το περιβάλλον και αποθηκεύεται στα προϊόντα της αντίδρασης, μετατρέποντας την εσωτερική τους ενέργεια; Αυτή η «δύναμη» συνδέεται με την επιθυμία οποιουδήποτε συστήματος στην πιο πιθανή κατάσταση, η οποία χαρακτηρίζεται από μέγιστη αταξία, ονομάζεται εντροπία. Για παράδειγμα, τα μόρια που συνθέτουν τον αέρα δεν πέφτουν στη Γη, αν και η ελάχιστη δυναμική ενέργεια κάθε μορίου αντιστοιχεί στη χαμηλότερη θέση του, αφού η επιθυμία για την πιο πιθανή κατάσταση κάνει τα μόρια να κατανέμονται τυχαία στο διάστημα.
Φανταστείτε ότι ρίξατε διαφορετικούς ξηρούς καρπούς σε ένα ποτήρι. Είναι πρακτικά αδύνατο να επιτευχθεί η διαστρωμάτωση, η τακτοποίηση τους κατά το κούνημα, αφού σε αυτή την περίπτωση το σύστημα θα τείνει επίσης στην πιο πιθανή κατάσταση στην οποία αυξάνεται η αταξία στο σύστημα, οπότε τα καρύδια θα αναμειγνύονται πάντα. Επιπλέον, όσο περισσότερα σωματίδια έχουμε, τόσο μεγαλύτερη είναι η πιθανότητα διαταραχής. Η υψηλότερη τάξη στα χημικά συστήματα βρίσκεται σε έναν ιδανικό κρύσταλλο σε απόλυτο μηδέν θερμοκρασία. Λένε ότι η εντροπία σε αυτή την περίπτωση είναι μηδέν. Με την αύξηση της θερμοκρασίας σε έναν κρύσταλλο, οι τυχαίες ταλαντώσεις των ατόμων (μόρια, ιόντα) αρχίζουν να αυξάνονται. Η εντροπία αυξάνεται. Αυτό συμβαίνει ιδιαίτερα έντονα τη στιγμή της τήξης κατά τη μετάβαση από ένα στερεό σε ένα υγρό, και ακόμη περισσότερο τη στιγμή της εξάτμισης κατά τη μετάβαση από ένα υγρό σε ένα αέριο.
Η εντροπία των αερίων υπερβαίνει σημαντικά την εντροπία των υγρών και, ιδιαίτερα, των στερεών. Εάν χύσετε λίγη βενζίνη σε έναν κλειστό χώρο, όπως ένα γκαράζ, σύντομα θα το μυρίσετε σε όλο το δωμάτιο. Η εξάτμιση (ενδόθερμη διεργασία) και η διάχυση συμβαίνει, η τυχαία κατανομή των ατμών της βενζίνης σε όλο τον όγκο. Οι ατμοί της βενζίνης έχουν μεγαλύτερη εντροπία σε σύγκριση με το υγρό.
Η διαδικασία του βρασμού του νερού από ενεργειακή άποψη είναι επίσης μια ενδόθερμη διαδικασία, αλλά είναι ευεργετική από την άποψη της αύξησης της εντροπίας όταν το υγρό μετατρέπεται σε ατμό. Σε θερμοκρασία 100 °C, ο συντελεστής εντροπίας «αντισταθμίζει» τον ενεργειακό παράγοντα - το νερό αρχίζει να βράζει - οι υδρατμοί έχουν μεγαλύτερη εντροπία σε σύγκριση με το υγρό νερό.
Πίνακας 11 Μερικές τιμές τυπικής μοριακής εντροπίας
Καθώς αναλύετε τα δεδομένα στον Πίνακα 11, παρατηρήστε πόσο χαμηλή είναι η τιμή της εντροπίας για ένα διαμάντι που έχει πολύ κανονική δομή. Οι ουσίες σχηματίστηκαν περισσότερο
Τυπική μοριακή εντροπίαείναι η τιμή εντροπίας για 1 mole μιας ουσίας σε θερμοκρασία 298 K και πίεση 10 5 Pa.
τα πολύπλοκα σωματίδια έχουν πολύ υψηλές τιμές εντροπίας. Για παράδειγμα, η εντροπία του αιθανίου είναι μεγαλύτερη από την εντροπία του μεθανίου. Οι ενδόθερμες αντιδράσεις είναι ακριβώς εκείνες οι αντιδράσεις στις οποίες παρατηρείται μια αρκετά ισχυρή αύξηση της εντροπίας, για παράδειγμα, λόγω του σχηματισμού αερίων προϊόντων από υγρές ή στερεές ουσίες ή λόγω αύξησης του αριθμού των σωματιδίων. Για παράδειγμα:
CaC03 -> CaO + C02 - Q
Ας βγάλουμε συμπεράσματα:
1. Η κατεύθυνση μιας χημικής αντίδρασης καθορίζεται από δύο παράγοντες: την επιθυμία μείωσης της εσωτερικής ενέργειας με την απελευθέρωση ενέργειας και την επιθυμία για μέγιστη αταξία, δηλαδή αύξηση της εντροπίας.
2. Μια ενδόθερμη αντίδραση μπορεί να γίνει για να προχωρήσει εάν συνοδεύεται από αύξηση της εντροπίας.
3. Η εντροπία αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας και ιδιαίτερα έντονα κατά τις μεταβάσεις φάσης: στερεό - υγρό, στερεό - αέριο.
4. Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία στην οποία διεξάγεται η αντίδραση, τόσο μεγαλύτερη είναι η σημασία του συντελεστή εντροπίας σε σύγκριση με τον συντελεστή ενέργειας.
Υπάρχουν πειραματικές και θεωρητικές μέθοδοι για τον προσδιορισμό της εντροπίας διαφόρων χημικών ενώσεων. Χρησιμοποιώντας αυτές τις μεθόδους, είναι δυνατό να ποσοτικοποιηθούν οι αλλαγές στην εντροπία κατά τη διάρκεια μιας συγκεκριμένης αντίδρασης, με παρόμοιο τρόπο με το θερμικό αποτέλεσμα μιας αντίδρασης. Ως αποτέλεσμα, καθίσταται δυνατή η πρόβλεψη της κατεύθυνσης μιας χημικής αντίδρασης (Πίνακας 12).
Έχουν συγκεντρωθεί ειδικά δεδομένα αναφοράς, τα οποία περιλαμβάνουν μια συγκριτική περιγραφή αυτών των ποσοτήτων λαμβάνοντας υπόψη τη θερμοκρασία.
Ας επιστρέψουμε στην περίπτωση Νο. 2 (βλ. Πίνακα 12).
Όλη η ζωή στον πλανήτη μας - από ιούς και βακτήρια μέχρι ανθρώπους - αποτελείται από εξαιρετικά οργανωμένη ύλη, η οποία είναι πιο διατεταγμένη σε σύγκριση με τον περιβάλλοντα κόσμο. Για παράδειγμα, πρωτεΐνη. Θυμηθείτε τις δομές του: πρωτοβάθμια, δευτερεύουσα, τριτογενής. Γνωρίζετε ήδη καλά την «ουσία της κληρονομικότητας» - το DNA, τα μόρια του οποίου αποτελούνται από δομικές μονάδες διατεταγμένες σε μια αυστηρά καθορισμένη αλληλουχία. Αυτό σημαίνει ότι η σύνθεση πρωτεΐνης ή DNA συνοδεύεται από τεράστια μείωση της εντροπίας.
Πίνακας 12 Πιθανότητα να συμβούν χημικές αντιδράσεις ανάλογα με τις αλλαγές στην ενέργεια και την εντροπία
Επιπλέον, το αρχικό δομικό υλικό για την ανάπτυξη φυτών και ζώων σχηματίζεται στα ίδια τα φυτά από νερό H20 και διοξείδιο του άνθρακα C02 κατά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης:
6Н20 + 6С02(g) -> С6Н1206 + 602(g)
Σε αυτή την αντίδραση, η εντροπία μειώνεται και εμφανίζεται μια αντίδραση με την απορρόφηση της φωτεινής ενέργειας. Αυτό σημαίνει ότι η διαδικασία είναι ενδόθερμη! Έτσι, οι αντιδράσεις στις οποίες χρωστάμε τη ζωή μας αποδεικνύονται θερμοδυναμικά απαγορευμένες. Αλλά έρχονται! Και αυτό χρησιμοποιεί την ενέργεια των κβάντων φωτός στην ορατή περιοχή του φάσματος, η οποία είναι πολύ μεγαλύτερη από τη θερμική ενέργεια (υπέρυθρα κβάντα). Στη φύση, οι ενδόθερμες αντιδράσεις με μείωση της εντροπίας, όπως μπορείτε να δείτε, συμβαίνουν υπό ορισμένες συνθήκες. Οι χημικοί δεν μπορούν ακόμη να δημιουργήσουν τέτοιες συνθήκες τεχνητά.
1. Όταν καίγονται 7 g αιθυλενίου, απελευθερώνονται 350 kJ θερμότητας. Προσδιορίστε τη θερμική επίδραση της αντίδρασης.
2. Θερμοχημική εξίσωση για την αντίδραση πλήρους καύσης ακετυλενίου:
2C2H2 + 502 = 4C02 + 2H20 + 2610 kJ Πόση θερμότητα απελευθερώνεται όταν χρησιμοποιούνται 1,12 λίτρα ακετυλίνης;
3. Όταν 18 g αλουμινίου ενωθούν με οξυγόνο, απελευθερώνονται 547 kJ θερμότητας. Να γράψετε μια θερμοχημική εξίσωση για αυτή την αντίδραση.
4. Με βάση το γεγονός ότι η καύση 6,5 g ψευδαργύρου απελευθερώνει θερμότητα ίση με 34,8 kJ, προσδιορίστε τη θερμότητα σχηματισμού οξειδίου του ψευδαργύρου.
5*. Προσδιορίστε τη θερμική επίδραση της αντίδρασης:
2С2Н6(g) + 702(g) -> 4С02(g) + 6Н20(g), εάν
Qrev (H20)(g) = 241,8 kJ/mol;
Qrev (CO2)(g) = 393,5 kJ/mol;
Qsamp (C2H6)(g) = 89,7 kJ/mol.
6*. Προσδιορίστε τη θερμότητα σχηματισμού του αιθυλενίου εάν
C(s) + 02(g) = C02(g) +393,5 kJ,
H2(g) + 0,502 (g) = H20 + 241,8 kJ,
С2Н4(g) + 302(g) = 2С02(g) + 2Н20(g) + 1323 kJ.
7*. Υπολογίστε τις θερμικές επιδράσεις των αντιδράσεων που συμβαίνουν στο σώμα:
α) C6H1206(s) -> 2C2H5OH(l) + 2C02(g);
β) C6H1206(s) + 602(g) -> 6С02(g) + 6H20 (l), εάν Qarr (H20)(l) = 285,8 kJ/mol;
Q arr (C02)(g) (βλέπε προβλήματα 5 και 6), Q arr (C2H50H)(l) = 277,6 kJ/mol. Q arr (C6H1206)(t) = 1273 kJ/mol.
8*. Με βάση τα ακόλουθα δεδομένα:
FeO(s) + CO(g) -> Fe(s) + CO2(g) + 18,2 kJ, 2СО(g) + 02(g) -> 2С02(g) + 566 kJ, Q arr(H2O) (g ) = 241,8 kJ/mol, υπολογίστε τη θερμική επίδραση της αντίδρασης:
FeO(s) + H2(g) -> Fe(s) + H20(g).
παρουσίαση μαθήματος
Γνωρίστε την Christina Gepting. Ένας νεαρός πεζογράφος από το Βελίκι Νόβγκοροντ. Νικητής του λογοτεχνικού βραβείου Λυκείου 2017 για την ιστορία «Συν Ζωή». Είναι επίσης φιλόλογος και μητέρα δύο κοριτσιών. Συναντηθήκαμε με τη Χριστίνα για ένα φλιτζάνι καφέ για να μιλήσουμε για την ίδια τη συγγραφική διαδικασία και την επιρροή της προσωπικότητας του συγγραφέα σε αυτήν.
.jpg)
Φωτογραφία από το προσωπικό αρχείο της Christina Gepting.
Γράφεις εδώ;
Δεν είναι εδώ. Γενικά, μερικές φορές γράφω σε ένα καφέ. Αλλά και πάλι, πουθενά δεν γράφει κανείς τόσο καλά όσο στο σπίτι. Πήγα πρόσφατα σε ένα σανατόριο στον Καύκασο - σκέφτηκα, χωρίς δουλειά, χωρίς παιδιά, δεν θα έκανα τίποτα άλλο από το να γράφω για μια ολόκληρη εβδομάδα. Αλλά όχι.
Πώς γράφεις γενικά; Περνάτε μια ώρα την ημέρα ή ανάμεσα σε δουλειές στο τρέξιμο;
Γράφω πιο συχνά το βράδυ. Σχεδόν όπως ο Μπουκόφσκι: «Το να γράφεις τη μέρα είναι σαν να τρέχεις γυμνός στο δρόμο». Παρόλο που κατά τη διάρκεια της ημέρας μπορώ να εισάγω κάποιες σκέψεις στο τηλέφωνό μου ή μια καλή φράση που μου ήρθε ξαφνικά... Αποδεικνύεται ότι γράφω πιο παραγωγικά όταν βρίσκω κυριολεκτικά λίγες ώρες για αυτό - αφού επιστρέψω από τη δουλειά και βάλω το κόρες στο κρεβάτι...
Στην εποχή της σύγχρονης τεχνολογίας, γράφετε απευθείας χρησιμοποιώντας gadget ή τον παλιό τρόπο, στο χαρτί; Σκέφτεσαι την πλοκή εκ των προτέρων ή οι χαρακτήρες σε οδηγούν από μόνοι τους;
Γράφω πάντα στα Έγγραφα Google: αυτό σας επιτρέπει να επιστρέψετε στο κείμενο ανά πάσα στιγμή και να δείτε το ιστορικό των επεξεργασιών. Γράφω στο χέρι μόνο ένα συγκεκριμένο σχέδιο, μια σύνοψη μιας μελλοντικής ιστορίας ή ιστορίας. Για κάποιο λόγο είναι πιο εύκολο να εργαστείτε με το κείμενο περαιτέρω.
Ο τυπικός σας αναγνώστης – πώς τον φαντάζεστε;
Και όταν γράφετε, σκέφτεστε τις αντιδράσεις του αναγνώστη;
Οχι, δεν το νομίζω. Άλλωστε, είναι αδύνατο να προβλεφθούν οι αντιδράσεις του αναγνώστη. Ο καθένας αντιλαμβάνεται το ύφος του κειμένου διαφορετικά, οπότε δεν έχει νόημα να το σκεφτόμαστε.
Έχοντας λάβει το Βραβείο Λυκείου, περάσατε όλη τη διαδικασία από τις πρώτες γραμμές μέχρι την έκδοση του βιβλίου και το βραβείο στην Κόκκινη Πλατεία. Είχατε ήδη διαπραγματεύσεις για την κινηματογραφική μεταφορά της ιστορίας. Υπάρχουν πολλές εκδηλώσεις. Ποια στιγμή σε αυτό το ταξίδι ήταν η πιο συναισθηματική;
Έγραψα την ιστορία για ακριβώς δύο μήνες, και για άλλους έξι μήνες γυάλισα το κείμενο. Ήταν πολύ χαρούμενες μέρες για μένα: βυθίστηκα στο κείμενο σε τέτοιο βαθμό που στενοχωρήθηκα ακόμη και όταν τελείωσα τη συγγραφή του - ήταν τόσο κρίμα να αποχωριστώ τον κεντρικό χαρακτήρα. Παρεμπιπτόντως, ίσως ανυπομονώ πολύ για την κινηματογραφική μεταφορά του «Plus Life» ακριβώς γιατί για μένα θα είναι μια ευκαιρία να ξανασυναντήσω το «αγόρι μου», αν και σε διαφορετική μορφή...
Επιστρέφοντας στην ερώτηση - δεν υπάρχει τίποτα πιο χαρούμενο για μένα από την αίσθηση ότι το κείμενο διαμορφώνεται, έτσι θυμάμαι τη διαδικασία της εργασίας πάνω στην ιστορία ως μια από τις πιο ικανοποιητικές περιόδους της ζωής. Αν επισημάνουμε την πιο συναισθηματικά εντυπωσιακή στιγμή, τότε, ίσως, αυτό είναι το επεισόδιο στο κείμενο όταν ο ήρωας συγχωρεί τη νεκρή μητέρα του, η οποία, γενικά, έγινε ο κύριος ένοχος των προβλημάτων του. Παρεμπιπτόντως, δεν σκέφτηκα αρχικά αυτή τη σκηνή, αλλά αναβίωσα τον ήρωα, πρώτα απ 'όλα, για τον εαυτό μου. Επομένως, πιστεύω ότι ο ίδιος με οδήγησε στο να καταλάβω ότι πρέπει να υπάρχει μια τέτοια στιγμή στο κείμενο, που να δικαιολογείται ψυχολογικά.
Γράφεις «γιατί» ή «για να»;...
Όταν γράφω, νιώθω καλύτερα. Αν δεν γράφω, με πιάνει κατάθλιψη και δεν κοιμάμαι καλά.
Συχνά ακούω από συγγραφείς ότι τα μαθήματα της σχολικής τους λογοτεχνίας δεν άφησαν καθόλου όμορφες αναμνήσεις. Αλλά αυτή είναι μια τέτοια ευκαιρία να αιχμαλωτίσετε τα παιδιά! Τι θα προσθέτατε στο πρόγραμμα σπουδών της σχολικής λογοτεχνίας ή τι θα αφαιρούσατε οπωσδήποτε;
Μου φαίνεται ότι το ερώτημα δεν είναι τι να διαβάσω, αλλά πώς να το παρουσιάσω στην τάξη. Και αυτό είναι το πρόβλημα στο σχολείο. Νομίζω ότι είναι απαραίτητο ένας μαθητής να μπορεί να συσχετίσει όσα λέγονται στο βιβλίο με τη δική του προσωπική εμπειρία: και το έχουν τόσο ένας 13χρονος όσο και, ακόμη περισσότερο, ένας 17χρονος.
Είπατε ότι υπήρχαν πολλοί δυνατοί υποψήφιοι στη βραχεία λίστα για το βραβείο. Δυστυχώς, οι σύγχρονοι νέοι Ρώσοι συγγραφείς είναι συνήθως γνωστοί μόνο στον δικό τους λογοτεχνικό κύκλο. Ποιος από τους σημερινούς 25-30 ετών πιστεύεις ότι είναι δυνατός;
Πράγματι, η shortlist του Λυκείου ήταν πολύ δυνατή. Σίγουρα δεν θεωρώ τα κείμενα των Konstantin Kupriyanov, Aida Pavlova, Sergei Kubrin κατώτερα από τα δικά μου. Γενικά, παρακολουθώ τη δουλειά των λογοτεχνικών συναδέλφων μου - πάντα ανυπομονώ για νέα πεζογραφία της Zhenya Dekina, της Olga Breininger, τη δική σου επίσης, Lena... Δεν θα ονομάσω όλα τα ονόματα τώρα - διαφορετικά η λίστα θα είναι πολύ μεγάλη .
Και όσο για το γεγονός ότι «κανείς δεν μας ξέρει». Στην πραγματικότητα, αυτό είναι φυσιολογικό. Και οι συγγραφείς καθιερωμένων, αναγνωρισμένων δασκάλων, ξέρετε, δεν συνοδεύονται από μεγάλη φήμη τώρα... Μπορεί κανείς να υποστηρίξει αν αυτό είναι δίκαιο, αλλά είναι γεγονός: υπάρχουν πολλά διαφορετικά είδη ψυχαγωγίας σήμερα, και δεν είναι πάντα η περίπτωση που ένας έξυπνος αναγνώστης θα προτιμήσει την υψηλής ποιότητας πεζογραφία από μια σειρά υψηλής ποιότητας. Αυτό είναι δεδομένο που απλά πρέπει να το αποδεχτείς.
Αυτή η φιλοσοφική προσέγγιση μάλλον κάνει τη ζωή ενός νέου συγγραφέα πιο εύκολη από πολλές απόψεις! Και τώρα μια γρήγορη έρευνα, απαντήστε χωρίς δισταγμό. Σύμφωνα με την αρχή «Ονομάζω το συναίσθημα και εσείς ονομάζετε τον συγγραφέα ή το έργο του, το οποίο συσχετίζετε με αυτό το συναίσθημα». Είσαι έτοιμος?
Ας δοκιμάσουμε!
Πηγαίνω. Κατήφεια?
Ρόμαν Σεντσίν, «Οι Ελτίσεφ».
Ευκολία?
Αλεξάντερ Πούσκιν, «Χιονοθύελλα».
Σύγχυση?
Πάτρικ Σάσκινντ, «Περιστέρι». Αν και υπάρχει, ίσως, ένα φάσμα συναισθημάτων.
Φρίκη?
Βίοι χριστιανών αγίων.
Εμμονή;
Τα έργα του Τσέχοφ.
Τρυφερότητα?
Πάτρικ Σάσκιντ, «Κοντραμπάσο». Υπάρχει πολύς Süskind, αλλά, για κάποιο λόγο, είναι αλήθεια ότι τα κείμενά του είναι τα πρώτα που αναδύονται σε αυτά τα συναισθήματα.
Αυτή είναι μια ενδιαφέρουσα λίστα! Ευχαριστώ για την κουβέντα! Εάν βρίσκεστε στη Μόσχα, επισκεφθείτε τη σχολή μας.
Έλενα Τουλούσεβα
Το άρθρο που δημοσιεύεται εδώ δεν είναι δημοφιλής επιστήμη. Αυτό είναι το κείμενο του πρώτου μηνύματος για μια αξιοσημείωτη ανακάλυψη: μια περιοδικά λειτουργούσα, ταλαντευόμενη χημική αντίδραση. Αυτό το κείμενο δεν τυπώθηκε. Ο συγγραφέας έστειλε το χειρόγραφό του το 1951 σε ένα επιστημονικό περιοδικό. Οι συντάκτες έστειλαν το άρθρο για έλεγχο και έλαβαν αρνητική κριτική. Αιτία: η αντίδραση που περιγράφεται στο άρθρο είναι αδύνατη... Μόλις το 1959 δημοσιεύτηκε μια σύντομη περίληψη σε μια ελάχιστα γνωστή συλλογή. Οι συντάκτες του «Χημεία και Ζωή» παρέχουν στον αναγνώστη την ευκαιρία να εξοικειωθεί με το κείμενο και την ασυνήθιστη μοίρα του πρώτου μηνύματος για τη μεγάλη ανακάλυψη.Ο Ακαδημαϊκός I.V. Πετριάνοφ
ΔΙΑΚΟΠΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ
ΚΑΙ Ο ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΤΟΥ
B.P. Μπελούσοφ
Όπως είναι γνωστό, οι αργά εμφανιζόμενες αντιδράσεις οξειδοαναγωγής μπορούν να επιταχυνθούν πολύ αισθητά, για παράδειγμα, με την εισαγωγή σχετικά μικρών ποσοτήτων μιας τρίτης ουσίας - ενός καταλύτη. Το τελευταίο αναζητείται συνήθως εμπειρικά και είναι σε κάποιο βαθμό ειδικό για ένα δεδομένο σύστημα αντίδρασης.
Κάποια βοήθεια στην εύρεση ενός τέτοιου καταλύτη μπορεί να παρασχεθεί από τον κανόνα σύμφωνα με τον οποίο το κανονικό του δυναμικό επιλέγεται ως ο μέσος όρος μεταξύ των δυνατοτήτων των ουσιών που αντιδρούν στο σύστημα. Αν και αυτός ο κανόνας απλοποιεί την επιλογή ενός καταλύτη, εξακολουθεί να μην μας επιτρέπει να προβλέψουμε εκ των προτέρων και με βεβαιότητα εάν η ουσία που επιλέγεται θα είναι πράγματι θετικός καταλύτης για ένα δεδομένο σύστημα οξειδοαναγωγής, και αν είναι κατάλληλο, είναι ακόμα άγνωστο. , σε ποιο βαθμό θα εκδηλώσει την ενεργό δράση του στο επιλεγμένο σύστημα.
Πρέπει να θεωρηθεί ότι με τον ένα ή τον άλλο τρόπο ο εξαιρετικός καταλύτης θα έχει αποτέλεσμα τόσο στην οξειδωτική του μορφή όσο και στην ανηγμένη του μορφή. Επιπλέον, η οξειδωμένη μορφή του καταλύτη θα πρέπει προφανώς να αντιδρά εύκολα με τον αναγωγικό παράγοντα της κύριας αντίδρασης και η ανηγμένη μορφή του με τον οξειδωτικό παράγοντα.
Στο σύστημα βρωμικού με κιτρικό, τα ιόντα δημητρίου πληρούν πλήρως τις παραπάνω συνθήκες και επομένως, σε κατάλληλο pH του διαλύματος, μπορούν να είναι καλοί καταλύτες. Σημειώστε ότι απουσία ιόντων δημητρίου, το ίδιο το βρωμικό άλας πρακτικά δεν μπορεί να οξειδώσει το κιτρικό, ενώ το τετρασθενές δημήτριο το κάνει αυτό πολύ εύκολα. Αν λάβουμε υπόψη την ικανότητα του βρωμικού να οξειδώνει το Ce III σε Ce IV, ο καταλυτικός ρόλος του δημητρίου σε μια τέτοια αντίδραση γίνεται σαφής.
Τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν προς αυτή την κατεύθυνση επιβεβαίωσαν τον καταλυτικό ρόλο του δημητρίου στο επιλεγμένο σύστημα, και επιπλέον, αποκάλυψαν ένα εντυπωσιακό χαρακτηριστικό της πορείας αυτής της αντίδρασης.
Πράγματι, η αντίδραση που περιγράφεται παρακάτω είναι αξιοσημείωτη στο ότι όταν διεξάγεται στο μείγμα της αντίδρασης, εμφανίζεται ένας αριθμός κρυφών διεργασιών οξειδοαναγωγής, ταξινομημένες σε μια συγκεκριμένη σειρά, μία από τις οποίες αποκαλύπτεται περιοδικά από μια ευδιάκριτη προσωρινή αλλαγή στο χρώμα του λαμβάνεται ολόκληρο το μείγμα αντίδρασης. Μια τέτοια εναλλασσόμενη αλλαγή χρώματος, από άχρωμο σε κίτρινο και αντίστροφα, παρατηρείται επ 'αόριστον (μία ώρα ή περισσότερο), εάν τα συστατικά μέρη του διαλύματος αντίδρασης ελήφθησαν σε ορισμένες ποσότητες και στην κατάλληλη γενική αραίωση.
Για παράδειγμα, μια περιοδική αλλαγή στο χρώμα μπορεί να παρατηρηθεί σε 10 ml υδατικού διαλύματος της ακόλουθης σύνθεσης *:
Εάν το καθορισμένο διάλυμα, σε θερμοκρασία δωματίου, αναμειχθεί καλά, τότε στο διάλυμα την πρώτη στιγμή εμφανίζονται πολλές γρήγορες αλλαγές χρώματος από κίτρινο σε άχρωμο και αντίστροφα, οι οποίες μετά από 2-3 λεπτά αποκτούν τον σωστό ρυθμό.
* Εάν θέλετε να αλλάξετε τον ρυθμό παλμών, η δεδομένη συνταγή για τη σύνθεση του διαλύματος αντίδρασης μπορεί να αλλάξει σε κάποιο βαθμό. Οι ποσοτικές αναλογίες των συστατικών που περιλαμβάνονται στην περιγραφόμενη αντίδραση που υποδεικνύεται στο κείμενο αναπτύχθηκαν πειραματικά από τον Α.Ρ. Σαφρόνοφ. Πρότεινε επίσης έναν δείκτη για αυτήν την αντίδραση - φαινανθρολίνη / σίδηρος. Για το οποίο ο συγγραφέας τον ευχαριστεί πολύ.Υπό πειραματικές συνθήκες, η διάρκεια μιας αλλαγής χρώματος έχει μέση τιμή περίπου 80 δευτερόλεπτα. Ωστόσο, αυτό το διάστημα μετά από κάποιο χρονικό διάστημα (10-15 λεπτά) τείνει να αυξάνεται και από τα 80 s φτάνει σταδιακά τα 2-3 λεπτά ή περισσότερο. Ταυτόχρονα, εμφανίζεται ένα λεπτό λευκό εναιώρημα στο διάλυμα, το οποίο με την πάροδο του χρόνου καθιζάνει εν μέρει και πέφτει στον πυθμένα του δοχείου με τη μορφή λευκού ιζήματος. Η ανάλυσή του δείχνει τον σχηματισμό πενταβρωμοακετόνης ως προϊόν οξείδωσης και βρωμίωσης του κιτρικού οξέος. Μια αύξηση στη συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου ή δημητρίου επιταχύνει σημαντικά τον ρυθμό αντίδρασης. Ταυτόχρονα, τα διαστήματα μεταξύ των παλμών (αλλαγές χρώματος) γίνονται μικρότερα. Ταυτόχρονα, εμφανίζεται μια ταχεία απελευθέρωση σημαντικών ποσοτήτων πενταβρομακετόνης και διοξειδίου του άνθρακα, η οποία συνεπάγεται απότομη μείωση του κιτρικού οξέος και του βρωμικού οξέος στο διάλυμα. Σε τέτοιες περιπτώσεις, η αντίδραση πλησιάζει αισθητά το τέλος, κάτι που φαίνεται από τη νωθρότητα του ρυθμού και την απουσία σαφών αλλαγών στο χρώμα. Ανάλογα με το προϊόν που καταναλώνεται, η προσθήκη βρωμικού ή κιτρικού οξέος διεγείρει ξανά την ένταση των παλμών αποσύνθεσης και παρατείνει αισθητά ολόκληρη την αντίδραση. Η πορεία της αντίδρασης επηρεάζεται επίσης σε μεγάλο βαθμό από την αύξηση της θερμοκρασίας του μίγματος της αντίδρασης, η οποία επιταχύνει πολύ τον ρυθμό των παλμών. Αντίθετα, η ψύξη επιβραδύνει τη διαδικασία.
Κάποια διαταραχή στην πορεία της αντίδρασης, και μαζί με αυτήν η ομοιομορφία του ρυθμού, που παρατηρείται μετά από κάποιο χρονικό διάστημα από την έναρξη της διαδικασίας, πιθανότατα εξαρτάται από το σχηματισμό και τη συσσώρευση της στερεάς φάσης, ενός εναιωρήματος πενταβρομακετόνης.
Στην πραγματικότητα, λόγω της ικανότητας του πενταβρωμιδίου της ακετόνης να απορροφά και να διατηρεί ένα μικρό μέρος του ελεύθερου βρωμίου που απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια των παλμών (βλέπε παρακάτω), το τελευταίο προφανώς θα εξαλειφθεί εν μέρει από αυτό το μέρος της αντίδρασης. Αντίθετα, στην επόμενη αλλαγή παλμού, όταν το διάλυμα γίνει άχρωμο, το ροφημένο βρώμιο θα εκροφηθεί αργά στο διάλυμα και θα αντιδράσει με άτακτο τρόπο, διαταράσσοντας έτσι τον συνολικό συγχρονισμό της διαδικασίας που δημιουργήθηκε στην αρχή.
Έτσι, όσο περισσότερο συσσωρεύεται το εναιώρημα της πενταβρωμακετόνης, τόσο περισσότερες διαταραχές στη διάρκεια του ρυθμού παρατηρούνται: η επιβάρυνση μεταξύ των σκηνών των χρωμάτων διαλύματος αυξάνεται και οι ίδιες οι αλλαγές γίνονται ασαφείς.
Η σύγκριση και η ανάλυση των πειραματικών δεδομένων δείχνουν ότι αυτή η αντίδραση βασίζεται στην ιδιόμορφη συμπεριφορά του κιτρικού οξέος σε σχέση με ορισμένους οξειδωτικούς παράγοντες.
Εάν έχουμε ένα υδατικό διάλυμα κιτρικού οξέος οξινισμένο με θειικό οξύ, στο οποίο προστίθενται KBrO 3 και ένα άλας δημητρίου, τότε, προφανώς, θα πρέπει να συμβεί πρώτα η ακόλουθη αντίδραση:
1) HOOC-CH 2 -C(OH)(COOH)-CH 2 -COOH + Ce 4+ ® HOOC-CH 2 -CO-CH 2 -COOH + Ce 3+ + CO 2 + H 2 O
Αυτή η αντίδραση είναι αρκετά αργή· μπορεί να φανεί (με την εξαφάνιση του κίτρινου χρώματος που είναι χαρακτηριστικό των ιόντων Ce 4+) ως σταδιακή συσσώρευση τρισθενούς ιόντος δημητρίου.
Το προκύπτον τρισθενές δημήτριο θα αντιδράσει με βρωμικό:
2) Ce 3+ + BrО 3 - ® Ce 4+ + Br - .
Αυτή η αντίδραση είναι πιο αργή από την προηγούμενη (1), αφού όλο το σχηματιζόμενο Ce 4+ έχει χρόνο να επιστρέψει στην αντίδραση 1 για την οξείδωση του κιτρικού οξέος, και επομένως δεν παρατηρείται χρώμα (από Ce 4+).
3) Br - + BrО 3 - ® BrO - + BrО 2 - .
Η αντίδραση είναι σχετικά γρήγορη λόγω της υψηλής συγκέντρωσης του Η+. ακολουθείται από ακόμη πιο γρήγορες διαδικασίες:
α) Br - + BrO - ® Br 2
β) 3Br - + BrО 2 - ® 2 Br 2
Ωστόσο, η απελευθέρωση ελεύθερου βρωμίου δεν έχει ακόμη παρατηρηθεί, αν και σχηματίζεται. Αυτό συμβαίνει προφανώς επειδή στην αντίδραση 2 το βρωμίδιο συσσωρεύεται αργά. Έτσι, υπάρχει λίγο «ελεύθερο» βρώμιο και έχει χρόνο να καταναλωθεί στην ταχεία αντίδραση 4 με δικαρβοξυλικό οξύ ακετόνης (που σχηματίζεται στην αντίδραση 1).
4) HOOC-CH 2 -CO-CH 2 -COOH + 5Br 2 ® Br 3 C-CO-CHBr 2 + 5Br - + 2CO 2 + 5H +
Εδώ, προφανώς, θα απουσιάζει και το χρώμα του διαλύματος. Επιπλέον, το διάλυμα μπορεί να γίνει ελαφρώς θολό από το προκύπτον κακώς διαλυτό ακετονοπενταβρωμίδιο. Η απελευθέρωση αερίου (CO 2 ) δεν είναι ακόμη αισθητή.
Τέλος, αφού έχει συσσωρευτεί επαρκής ποσότητα Br - (αντιδράσεις 2 και 4), έρχεται η στιγμή της αλληλεπίδρασης του βρωμιδίου με το βρωμικό, τώρα με την ορατή απελευθέρωση κάποιας μερίδας ελεύθερου βρωμίου. Είναι σαφές ότι αυτή τη στιγμή το δικαρβοξυλικό οξύ της ακετόνης (το οποίο προηγουμένως «μπλοκάρει» το ελεύθερο βρώμιο) θα έχει χρόνο να καταναλωθεί λόγω του χαμηλού ρυθμού συσσώρευσής του στην αντίδραση 1.
Η απελευθέρωση ελεύθερου βρωμίου συμβαίνει αυθόρμητα και αυτό προκαλεί έναν ξαφνικό χρωματισμό ολόκληρου του διαλύματος, ο οποίος πιθανότατα θα ενταθεί λόγω της ταυτόχρονης εμφάνισης κίτρινων ιόντων τετρασθενούς δημητρίου. Το ελεύθερο βρώμιο που απελευθερώνεται θα καταναλωθεί σταδιακά, αλλά με αξιοσημείωτο ρυθμό, για το σχηματισμό ιόντων Ce 4+ (που καταναλώνονται από την αντίδραση 1) και επομένως για την αντίδραση 3. Ίσως το βρώμιο θα καταναλωθεί επίσης για αλληλεπίδραση με κιτρικό οξύ παρουσία του BrO 3 - *, καθώς αυτό δεν αποκλείει τον ρόλο των αναδυόμενων πλευρικών διεργασιών που προκαλούν αυτή την αντίδραση.
*Εάν σε υδατικό διάλυμα H 2 SO 4 (1:3) υπάρχουν μόνο κιτρικό οξύ και βρωμικό, τότε όταν ένα τέτοιο διάλυμα θερμανθεί ελαφρά (35-40°) και προστεθεί βρώμιο νερό, το διάλυμα γίνεται γρήγορα θολό και το βρώμιο εξαφανίζεται. Η επακόλουθη εκχύλιση του εναιωρήματος με αιθέρα δείχνει τον σχηματισμό ακετονοπενταβρωμιδίου. Ίχνη αλάτων δημητρίου επιταχύνουν πολύ αυτή τη διαδικασία με την ταχεία απελευθέρωση CO.Μετά την εξαφάνιση του ελεύθερου βρωμίου και των ιόντων Ce 3+, το ανενεργό πενταβρωμίδιο της ακετόνης, η περίσσεια κιτρικού οξέος και βρωμικού οξέος, καθώς και το τετρασθενές δημήτριο που καταλύει τη διαδικασία, θα παραμείνει προφανώς στο διάλυμα αντίδρασης. Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι σε αυτή την περίπτωση οι παραπάνω αντιδράσεις θα ξεκινήσουν ξανά και θα επαναληφθούν μέχρι να εξαντληθεί ένα από τα συστατικά του μείγματος αντίδρασης, δηλ. κιτρικό οξύ ή βρωμικό*.
* Σε περίπτωση που η αντίδραση διακοπεί λόγω της κατανάλωσης ενός από τα συστατικά, η προσθήκη της χρησιμοποιημένης ουσίας θα επαναλάβει τις περιοδικές διεργασίες.Δεδομένου ότι από τις πολυάριθμες διεργασίες που λαμβάνουν χώρα, μόνο μερικές προσδιορίζονται οπτικά με τη μορφή αλλαγής χρώματος, έγινε προσπάθεια να εντοπιστούν κρυφές αντιδράσεις χρησιμοποιώντας έναν παλμογράφο.
Πράγματι, ένας αριθμός περιοδικών διεργασιών μπορεί να φανεί σε παλμογραφικές εικόνες, οι οποίες, προφανώς, πρέπει να αντιστοιχούν σε ορατές και κρυφές αντιδράσεις (βλ. σχήμα). Ωστόσο, τα τελευταία απαιτούν περαιτέρω λεπτομερή ανάλυση.
Ένα από τα πρώτα παλμογράμματα μιας περιοδικής απόκρισης που ελήφθη από τον B.P. Belousov (δημοσιεύεται για πρώτη φορά)
Συμπερασματικά, σημειώνουμε ότι μια πιο ευδιάκριτη αλλαγή στο χρώμα της περιοδικής αντίδρασης παρατηρείται με τη χρήση δείκτη για διεργασίες οξειδοαναγωγής. Ως εκ τούτου, η σιδηροφαινανθρολίνη αποδείχθηκε ότι είναι η πιο βολική, που συνιστάται για τον προσδιορισμό της μετάβασης του Ce 4+ σε Ce 3+. Χρησιμοποιήσαμε 0,1-0,2 ml αντιδραστηρίου (1,0 g) ανά 10 ml μείγματος αντίδρασης Ο-φαινανθρολίνη, 5 ml H2SO4 (1:3) και 0,8 g άλατος Mohr σε 50 ml νερού). Στην περίπτωση αυτή, το άχρωμο χρώμα του διαλύματος (Ce 3+ ) αντιστοιχούσε στην κόκκινη μορφή του δείκτη και η κίτρινη μορφή (Ce 4+ ) αντιστοιχούσε στην μπλε μορφή.
Αυτός ο δείκτης ήταν ιδιαίτερα πολύτιμος για σκοπούς επίδειξης. Για παράδειγμα, αυτή η αντίδραση είναι εξαιρετικά αποτελεσματική στο να αποδείξει ότι ο ρυθμός της ποικίλλει ανάλογα με τη θερμοκρασία.
Εάν ένα δοχείο με υγρό αντίδρασης που δείχνει κανονικό αριθμό παλμών (1-2 ανά λεπτό) θερμανθεί, τότε παρατηρείται ταχεία αλλαγή στον ρυθμό εναλλαγής των αλλαγών χρώματος, φτάνοντας στην πλήρη εξαφάνιση των διαστημάτων μεταξύ των παλμών. Με την ψύξη, ο ρυθμός της αντίδρασης επιβραδύνεται και πάλι και η αλλαγή στα χρώματα γίνεται ξανά καθαρά ορατή.
Μια άλλη μοναδική εικόνα μιας παλλόμενης αντίδρασης χρησιμοποιώντας έναν δείκτη μπορεί να παρατηρηθεί εάν το διάλυμα αντίδρασης, που βρίσκεται σε κυλινδρικό δοχείο και «συντονίζεται» σε γρήγορο ρυθμό, αραιωθεί προσεκτικά με νερό (με στρώση) έτσι ώστε η συγκέντρωση των αντιδρώντων ουσιών σταδιακά μειώνεται από τον πυθμένα του δοχείου στα υγρά του ανώτερου επιπέδου.
Με αυτή την αραίωση, ο υψηλότερος ρυθμός παλμών θα είναι στο πιο συγκεντρωμένο χαμηλότερο (οριζόντιο) στρώμα, μειώνοντας από στρώμα σε στρώμα προς την επιφάνεια της στάθμης του υγρού. Έτσι, εάν σε κάποιο στρώμα κάποια στιγμή υπήρξε αλλαγή στο χρώμα, τότε ταυτόχρονα στο παραπάνω ή στο υποκείμενο στρώμα μπορεί κανείς να αναμένει την απουσία τέτοιου ή διαφορετικού χρώματος. Αυτή η θεώρηση ισχύει αναμφίβολα για όλα τα στρώματα παλλόμενου ρευστού. Εάν λάβουμε υπόψη την ικανότητα του εναιωρήματος της κατακρημνιζόμενης πενταβρομακετόνης να απορροφά επιλεκτικά και να διατηρεί τη μειωμένη κόκκινη μορφή του δείκτη για μεγάλο χρονικό διάστημα, τότε το κόκκινο χρώμα της πενταβρομακετόνης θα σταθεροποιηθεί στο στρώμα. Δεν παραβιάζεται ακόμη και με επακόλουθη αλλαγή στο δυναμικό οξειδοαναγωγής του περιβάλλοντος. Ως αποτέλεσμα, όλο το υγρό στο δοχείο μετά από κάποιο χρονικό διάστημα διαποτίζεται από οριζόντια κόκκινα στρώματα.
Πρέπει να σημειωθεί ότι η εισαγωγή ενός άλλου ζεύγους οξειδοαναγωγής στο σύστημά μας: Fe 2+ + Fe 3+ - δεν μπορεί, φυσικά, να μην επηρεάσει το πρώτο.
Σε αυτή την περίπτωση, σημειώνεται ταχύτερη απελευθέρωση πενταβρωμιδίου ακετόνης και, κατά συνέπεια, ταχύτερη ολοκλήρωση ολόκληρης της διαδικασίας.
ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ
Ανακαλύφθηκε μια περιοδική, μακράς διαρκείας (παλμική) αντίδραση.
Με βάση την παρατήρηση του τρόπου αντίδρασης και την ανάλυση πραγματικού υλικού, προτείνονται σκέψεις σχετικά με τα βασικά σημεία του μηχανισμού δράσης του.
1951-1957
Το αδιάφορο στυλό του κριτικού
Πολύ λίγοι, ακόμη και μεταξύ των χημικών, μπορούν να καυχηθούν ότι είχαν την ευκαιρία να διαβάσουν αυτό το άρθρο. Η μοίρα της μοναδικής δημοσίως διαβασμένης δημοσίευσης του Boris Pavlovich Belousov είναι εξίσου ασυνήθιστη με τη μοίρα του συγγραφέα της, του βραβευμένου με το βραβείο Λένιν του 1980. Η αναγνώριση των προσόντων αυτού του αξιοσημείωτου επιστήμονα δεν τον βρήκε ζωντανό - ο Belousov πέθανε το 1970, σε ηλικία 77 ετών.Λένε ότι μόνο οι νέοι μπορούν να κάνουν ανακαλύψεις επαναστατικής σημασίας για την επιστήμη - και ο Boris Pavlovich ανακάλυψε την πρώτη ταλαντευτική αντίδραση σε ηλικία 57 ετών. Αλλά το ανακάλυψε όχι τυχαία, αλλά εντελώς σκόπιμα, προσπαθώντας να δημιουργήσει ένα απλό χημικό μοντέλο ορισμένων σταδίων του κύκλου του Krebs*. Έμπειρος ερευνητής, εκτίμησε αμέσως τη σημασία των παρατηρήσεών του. Ο Μπελούσοφ τόνισε επανειλημμένα ότι η αντίδραση που ανακάλυψε έχει άμεσες αναλογίες με τις διαδικασίες που συμβαίνουν σε ένα ζωντανό κύτταρο.
* Ο κύκλος του Krebs είναι ένα σύστημα βασικών βιοχημικών μετασχηματισμών των καρβοξυλικών οξέων στο κύτταρο.Το 1951, αποφασίζοντας ότι ολοκληρώθηκε το πρώτο στάδιο της έρευνας, ο Belousov προσπάθησε να δημοσιεύσει μια αναφορά σχετικά με αυτήν την αντίδραση σε ένα από τα χημικά περιοδικά. Ωστόσο, το άρθρο δεν έγινε αποδεκτό επειδή έλαβε αρνητικά σχόλια από τον κριτικό. Η ανασκόπηση ανέφερε ότι δεν έπρεπε να δημοσιευθεί επειδή η αντίδραση που περιγράφεται σε αυτήν ήταν αδύνατη.Αν ήξερε μόνο αυτός ο κριτικός ότι η ύπαρξη ταλαντωτικών αντιδράσεων είχε προβλεφθεί το 1910 από τον A. Lotka, ότι από τότε υπάρχει μια μαθηματική θεωρία αυτού του είδους περιοδικών διεργασιών. Και δεν ήταν απαραίτητο να γνωρίζουμε αυτές τις περιπλοκές - ο χημικός κριτής θα μπορούσε, τελικά, να πάρει έναν δοκιμαστικό σωλήνα και να αναμίξει μέσα του τα απλά συστατικά που περιγράφονται στο άρθρο. Ωστόσο, η συνήθεια της επαλήθευσης των μηνυμάτων των συναδέλφων με πείραμα έχει ξεχαστεί εδώ και καιρό - όπως και (δυστυχώς!) η συνήθεια να εμπιστεύονται την επιστημονική τους ακεραιότητα. Απλώς δεν πίστευαν τον Μπελούσοφ και ήταν πολύ προσβεβλημένος από αυτό. Ο κριτικός έγραψε ότι ένα μήνυμα σχετικά με ένα φαινόμενο «υποτίθεται ότι ανακαλύφθηκε» θα μπορούσε να δημοσιευτεί μόνο εάν είχε μια θεωρητική εξήγηση. Υπονοήθηκε ότι μια τέτοια εξήγηση ήταν αδύνατη. Και ακριβώς εκείνη την εποχή, στα έργα των A. Lotka και V. Volterra, οι οποίοι ανέπτυξαν τη θεωρία του Lotka σε σχέση με τις βιολογικές διεργασίες (το μοντέλο «αρπακτικού-θηράματος» με αμετάβλητες διακυμάνσεις στον αριθμό των ειδών), στο πειραματικό και θεωρητικό μελέτες του Δ.Α. Ο Frank-Kamenetsky (1940) συμπληρώθηκε από το έργο του I. Christiansen, ο οποίος ζήτησε ευθέως την αναζήτηση περιοδικών χημικών αντιδράσεων εν όψει της πλήρους επιστημονικής τους πιθανότητας.
Παρά την άρνησή του να δημοσιεύσει το έργο, ο Belousov συνέχισε να μελετά την περιοδική αντίδραση. Κάπως έτσι εμφανίστηκε το κομμάτι του άρθρου του που χρησιμοποιεί παλμογράφο με βρόχο. Καταγράφηκαν αλλαγές στο emf του συστήματος κατά τη διάρκεια του κύκλου αντίδρασης και ανακαλύφθηκαν γρήγορες περιοδικές διεργασίες που συνέβησαν στο φόντο πιο αργών που παρατηρήθηκαν με γυμνό μάτι.
Μια δεύτερη προσπάθεια δημοσίευσης ενός άρθρου σχετικά με αυτά τα φαινόμενα έγινε το 1957. Και πάλι ο κριτικός - αυτή τη φορά από άλλο χημικό περιοδικό - απέρριψε το άρθρο. Αυτή τη φορά η αδιάφορη πένα του κριτικού έδωσε αφορμή για την παρακάτω εκδοχή. Το σχήμα αντίδρασης, ανέφερε η ανασκόπηση, δεν επιβεβαιώθηκε από κινητικούς υπολογισμούς. Μπορεί να δημοσιευθεί, αλλά μόνο εάν μειωθεί στο μήκος μιας επιστολής προς τον εκδότη.
Και οι δύο απαιτήσεις δεν ήταν ρεαλιστικές. Η τεκμηρίωση του κινητικού σχήματος της διαδικασίας απαίτησε στη συνέχεια δέκα χρόνια δουλειάς από πολλούς ερευνητές. Το να μειωθεί το άρθρο σε 1-2 δακτυλόγραφες σελίδες σήμαινε ότι το έκανε απλά ακατανόητο.
Η δεύτερη κριτική οδήγησε τον Belousov σε μια ζοφερή διάθεση. Αποφάσισε να μην δημοσιεύσει καθόλου την ανακάλυψή του. Υπήρχε λοιπόν μια παράδοξη κατάσταση. Η ανακάλυψη έγινε, αόριστες φήμες κυκλοφόρησαν μεταξύ των χημικών της Μόσχας, αλλά κανείς δεν ήξερε τι ήταν ή ποιος την έκανε.
Ένας από εμάς έπρεπε να ξεκινήσει ένα ανθρωποκυνηγητό του «Σέρλοκ Χολμς». Για μεγάλο χρονικό διάστημα, οι αναζητήσεις ήταν άκαρπες, έως ότου σε ένα από τα επιστημονικά σεμινάρια κατέστη δυνατό να διαπιστωθεί ότι ο συγγραφέας του έργου που αναζητήθηκε ήταν ο Belousov. Μόνο μετά από αυτό άνοιξε η ευκαιρία να επικοινωνήσει με τον Boris Pavlovich και να αρχίσει να τον πείθει να δημοσιεύσει τις παρατηρήσεις του με κάποια μορφή. Μετά από πολλή πειθώ, ήταν τελικά δυνατό να αναγκαστεί ο Boris Pavlovich να δημοσιεύσει μια σύντομη έκδοση του άρθρου στη «Συλλογή Περιλήψεων για την Ιατρική Ακτινοβολίας», που δημοσιεύτηκε από το Ινστιτούτο Βιοφυσικής του Υπουργείου Υγείας της ΕΣΣΔ. Το άρθρο δημοσιεύτηκε το 1959, αλλά η μικρή κυκλοφορία της συλλογής και η χαμηλή της επικράτηση την έκανε σχεδόν απρόσιτη στους συναδέλφους.
Εν τω μεταξύ, οι περιοδικές αντιδράσεις μελετήθηκαν εντατικά. Η εργασία αφορούσε το Τμήμα Βιοφυσικής της Φυσικής Σχολής του Κρατικού Πανεπιστημίου της Μόσχας και στη συνέχεια το Εργαστήριο Φυσικής Βιοχημείας στο Ινστιτούτο Βιοφυσικής της Ακαδημίας Επιστημών της ΕΣΣΔ στο Pushchino. Σημαντική πρόοδος στην κατανόηση του μηχανισμού αντίδρασης ξεκίνησε με την εμφάνιση των έργων του Α.Μ. Γιαμποτίνσκι. Ωστόσο, το γεγονός ότι το μήνυμα του Μπελούσοφ δημοσιεύτηκε σε περικομμένη μορφή εμπόδισε την πρόοδο της έρευνας σε κάποιο βαθμό. Οι οπαδοί του έπρεπε μερικές φορές να ανακαλύψουν ξανά πολλές λεπτομέρειες του πειράματος. Αυτό συνέβη, για παράδειγμα, με τον δείκτη - ένα σύμπλεγμα σιδήρου με φαινανθρολίνη, που παρέμεινε ξεχασμένο μέχρι το 1968, καθώς και με «κύματα» χρώματος.
ΕΙΜΑΙ. Ο Zhabotinsky έδειξε ότι το βρώμιο δεν σχηματίζεται σε αξιοσημείωτες ποσότητες στην ταλαντωτική αντίδραση και καθιέρωσε τον βασικό ρόλο του ιόντος βρωμιδίου, το οποίο παρέχει «ανάδραση» σε αυτό το σύστημα. Αυτός και οι συνεργάτες του βρήκαν οκτώ διαφορετικούς αναγωγικούς παράγοντες ικανούς να υποστηρίξουν μια ταλαντωτική αντίδραση, καθώς και τρεις καταλύτες. Η κινητική ορισμένων σταδίων που μαζί συνθέτουν αυτήν την πολύ περίπλοκη διαδικασία, η οποία είναι ακόμη ασαφής στις λεπτομέρειες μέχρι σήμερα, μελετήθηκε λεπτομερώς.
Κατά το παρελθόν από την ανακάλυψη του B.P. Belousov 30 χρόνια, ανακαλύφθηκε μια μεγάλη κατηγορία ταλαντωτικών αντιδράσεων οξείδωσης οργανικών ουσιών με βρωμικό. Σε γενικές γραμμές, ο μηχανισμός τους περιγράφεται ως εξής.
Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης, το βρωμικό οξειδώνει τον αναγωγικό παράγοντα (ο B.P. Belousov χρησιμοποίησε κιτρικό οξύ ως αναγωγικό παράγοντα). Ωστόσο, αυτό δεν συμβαίνει άμεσα, αλλά με τη βοήθεια ενός καταλύτη (ο B.P. Belousov χρησιμοποίησε δημήτριο). Σε αυτήν την περίπτωση, δύο κύριες διαδικασίες συμβαίνουν στο σύστημα:
1) οξείδωση της ανηγμένης μορφής του καταλύτη με βρωμικό:
HBrO 3 + Cat n+ ® Cat (n+1)+ + ...
2) αναγωγή της οξειδωμένης μορφής του καταλύτη με αναγωγικό παράγοντα:
Γάτα (n+1)+ + Red ® Cat"+ Cat n+ + Br - + ...
Κατά τη δεύτερη διεργασία, απελευθερώνεται βρωμίδιο (από τον αρχικό αναγωγικό παράγοντα ή από τα παράγωγά του βρωμίου που σχηματίζονται στο σύστημα). Το βρωμίδιο είναι ένας αναστολέας της πρώτης διαδικασίας. Έτσι, το σύστημα έχει ανάδραση και τη δυνατότητα καθιέρωσης ενός καθεστώτος στο οποίο η συγκέντρωση καθενός από τους σχηματισμούς καταλύτη κυμαίνεται περιοδικά. Επί του παρόντος, είναι γνωστοί περίπου δέκα καταλύτες και περισσότεροι από είκοσι αναγωγικοί παράγοντες που μπορούν να υποστηρίξουν μια ταλαντωτική αντίδραση. Μεταξύ των τελευταίων, τα πιο δημοφιλή είναι τα μηλονικό και βρωμομαλονικό οξύ.
Κατά τη μελέτη της αντίδρασης Belousov, ανακαλύφθηκαν πολύπλοκα περιοδικά καθεστώτα και καθεστώτα κοντά στο στοχαστικό.
Όταν διεξάγεται αυτή η αντίδραση σε ένα λεπτό στρώμα χωρίς ανάδευση, ο Α.Ν. Zaikin και A.M. Ο Ζαμποτίνσκι ανακάλυψε καθεστώτα αυτοκυμάτων με πηγές όπως το κορυφαίο κέντρο και τον αντηχητή (βλ. «Χημεία και Ζωή», 1980, Νο. 4). Έχει επιτευχθεί μια αρκετά πλήρης κατανόηση της διαδικασίας οξείδωσης του καταλύτη με βρωμικό άλας. Αυτό που φαίνεται λιγότερο σαφές τώρα είναι ο μηχανισμός παραγωγής βρωμιδίου και ανάδρασης.
Τα τελευταία χρόνια, εκτός από την ανακάλυψη νέων αναγωγικών παραγόντων για δονητικές αντιδράσεις, ανακαλύφθηκε μια νέα ενδιαφέρουσα κατηγορία δονήσεων που δεν περιέχουν ιόντα μετάλλων μετάπτωσης ως καταλύτη. Ο μηχανισμός αυτών των αντιδράσεων θεωρείται ότι είναι παρόμοιος με αυτόν που περιγράφηκε παραπάνω. Σε αυτή την περίπτωση, πιστεύεται ότι μία από τις ενδιάμεσες ενώσεις δρα ως καταλύτης. Σε αυτά τα συστήματα έχουν επίσης ανακαλυφθεί συστήματα Autowave.
Η κατηγορία των αντιδράσεων Belousov είναι ενδιαφέρουσα όχι μόνο επειδή αντιπροσωπεύει ένα μη τετριμμένο χημικό φαινόμενο, αλλά και επειδή χρησιμεύει ως ένα βολικό μοντέλο για τη μελέτη των διεργασιών δόνησης και κυμάτων σε ενεργά μέσα. Αυτές περιλαμβάνουν περιοδικές διεργασίες κυτταρικού μεταβολισμού. κύματα δραστηριότητας στον καρδιακό ιστό και στον εγκεφαλικό ιστό. διεργασίες που συμβαίνουν σε επίπεδο μορφογένεσης και σε επίπεδο οικολογικών συστημάτων.
Ο αριθμός των δημοσιεύσεων που είναι αφιερωμένες στις αντιδράσεις Belousov-Zhabotinsky (αυτή είναι η πλέον γενικά αποδεκτή ονομασία για αυτήν την κατηγορία χημικών διεργασιών δόνησης) ανέρχεται σε εκατοντάδες, και ένα σημαντικό μέρος αποτελείται από μονογραφίες και θεμελιώδεις θεωρητικές μελέτες. Το λογικό αποτέλεσμα αυτής της ιστορίας ήταν η βράβευση του Β.Π. Belousov, G.R. Ivanitsky, V.I. Krinsky, Α.Μ. Zhabotinsky και A.N. Βραβείο Ζαϊκίν Λένιν.
Εν κατακλείδι, δεν μπορούμε παρά να πούμε λίγα λόγια για την υπεύθυνη δουλειά των κριτικών. Κανείς δεν αμφισβητεί ότι οι αναφορές για την ανακάλυψη θεμελιωδώς νέων, άγνωστων προηγουμένως φαινομένων πρέπει να αντιμετωπίζονται με προσοχή. Αλλά είναι δυνατόν, στον πυρετό του «αγώνα ενάντια στην ψευδοεπιστήμη», να πάμε στο άλλο άκρο: χωρίς να δίνουμε στον εαυτό μας τον κόπο να ελέγξει ένα ασυνήθιστο μήνυμα με καλή πίστη, αλλά, καθοδηγούμενος μόνο από τη διαίσθηση και την προκατάληψη, να το απορρίψει κατηγορηματικά ? Μια τέτοια βιασύνη κριτής δεν επιβραδύνει την ανάπτυξη της επιστήμης; Είναι προφανώς απαραίτητο να αντιδράσουμε με μεγαλύτερη προσοχή και διακριτικότητα σε αναφορές για «περίεργα» αλλά όχι πειραματικά και θεωρητικά διαψευσμένα φαινόμενα.
Διδάκτωρ Βιολογικών Επιστημών Σ.Ε. Shnol,
Υποψήφιος Χημικών Επιστημών B.R. Smirnov,
Υποψήφιος Φυσικομαθηματικών Επιστημών Γ.Ι. Ζαντόνσκι,
Υποψήφιος Φυσικομαθηματικών Επιστημών Α.Β. Ροβίνσκι
ΤΙ ΝΑ ΔΙΑΒΑΣΕΤΕ ΓΙΑ ΤΙΣ ΔΟΝΗΣΤΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ
A. M. Zhabotinsky.Περιοδική πορεία οξείδωσης μηλονικού οξέος σε διάλυμα (Μελέτη της αντίδρασης Belousov). - Βιοφυσική, 1964, τ. 9, τεύχος. 3, σελ. 306-311. ΕΝΑ. Zaikin, Α.Μ. Ζαμποτίνσκι.Διάδοση Συγκεντρωτικών Κυμάτων σε Δισδιάστατο Αυτοταλαντούμενο σύστημα υγρής φάσης. - Nature, 1970, v. 225, σελ. 535-537. ΕΙΜΑΙ. Γιαμποτίνσκι.Αυτοταλαντώσεις συγκέντρωσης. Μ., «Επιστήμη», 1974. G.R. Ivanitsky, V.I. Krinsky, E.E. Selkov.Μαθηματική βιοφυσική κυττάρων. Μ., «Επιστήμη», 1977. R.M. Οχι Ναι.Ταλαντώσεις σε Ομογενή Συστήματα. - Μπερ. Μπουνσενγκ. Phys. Chem., 1980, V. 84, S. 295-303. ΕΙΜΑΙ. Ζαμποτίνσκι.Οξειδωτικές αντιδράσεις ταλαντευόμενων βρωμικών. - Προσφέρω. S. 303-308.