§5.3 Почему происходит химическая реакция? Реакции экзотермические и эндотермические.

Реакция метана с кислородом воздуха, как известно, сопровождается выделением большого количества тепла. Поэтому ее используют в быту для приготовления пищи, нагревания воды и отопления. Природный газ, поступающий в дома по трубам, на 98% состоит именно из метана.

Реакция оксида кальция (СаО) с водой тоже сопровождается выделением большого количества тепла.

О чем могут говорить эти факты? При образовании новых химических связей в продуктах реакции выделяется больше энергии, чем требуется на разрыв химических связей в реагентах. Избыток энергии выделяется в виде тепла, а иногда и света (смотрите опыты в этом параграфе).

СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О + энергия (свет, тепло);

СаО + Н2О = Са(ОН)2 + энергия (тепло).

Такие реакции должны протекать легко (как легко катится под гору камень).

Реакции, в которых энергия выделяется, называются ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИМИ (от латинского "экзо" – наружу).

Вулкан - разложение дихромата аммонияНапример, многие окислительно-восстановительные реакции являются экзотермическими. Одна из таких красивых реакций - внутримолекулярное окисление-восстановление, протекающее внутри одной и той же соли - дихромата аммония (NH4)2Cr2O7 (подробнее с такими реакциями мы познакомимся в §5.8.):

(NH4)2Cr2O7 = N2 + Cr2O3 + 4 H2O + энергия.

Другое дело – обратные реакции. Они аналогичны закатыванию камня в гору. Получить метан из CO2 и воды до сих пор не удается, а для получения негашеной извести СаО из гидроксида кальция Са(ОН)2 требуются сильное нагревание. Такая реакция идет только при постоянном притоке энергии извне:

Са(ОН)2 + энергия (тепло) = СаО + Н2О

Это говорит о том, что разрыв химических связей в Ca(OH)2 требует большей энергии, чем может выделиться при образовании новых химических связей в молекулах CaO и H2O.

Реакции, в которых энергия поглощается, называются ЭНДОТЕРМИЧЕСКИМИ (от "эндо" – внутрь).

Даже экзотермическая реакция не обязательно начинается сразу, как только мы смешаем реагенты. Если открыть конфорку газовой плиты, то метан немедленно входит в соприкосновение с кислородом воздуха, но не реагирует с ним (не загорается). Для того, чтобы появился постоянно горящий огонь (а это признак протекания химической реакции), к конфорке нужно поднести зажженную спичку.

Если не сделать этого сразу же, то метан будет постепенно заполнять помещение, не реагируя с кислородом. Это очень опасно. Во-первых, метаном нельзя дышать, а во-вторых, накопившийся в помещении метан (он теперь смешан с кислородом воздуха!) может взорваться от любой маленькой искры.

Искра или спичка служат инициатором реакции. Инициирование подобно небольшому усилию, которое надо приложить, чтобы столкнуть вниз находящийся на склоне горы камень. В дальнейшем энергия для вступления в реакцию все новых и новых молекул черпается из тепла, выделяемого в ходе реакции (если реакция экзотермическая).

Выделение света в химической реакцииПризнаком протекания химической реакции не обязательно являются огонь, взрыв, выделение или поглощение тепла. О протекании реакции может говорить и выделение газа, выпадение осадка, изменение цвета раствора или даже его свечение! В то же время есть много реакций, которые протекают незаметно для глаза. Однако и в них происходит исчезновение одних и возникновение других веществ.

Например, в нашем организме протекает огромное количество химических превращений. Вероятно, человеческая мысль - тоже результат сложных химических реакций. Пока вы читаете этот параграф, в вашей голове произошло несколько интересных химических превращений, обеспечивающих понимание и запоминание прочитанного. Образовались новые молекулы, которых раньше не было. В них теперь “записана” информация об экзотермических и эндотермических реакциях.

_________________