6.1. Энергетика химических реакций
Химические реакции сопровождаются разнообразными энергетическими явлениями, о чем уже коротко говорилось в разделе 2.2. Во многих случаях реакции проводят специально для получения энергии: сжигание угля, газа, нефтяных продуктов, дров. Выделяющаяся при горении энергия используется как в виде теплоты (нагревание воды, отопление домов), так и в виде работы - движение транспорта, вращение электрогенераторов. Электрические батарейки, работающие в часах, фонариках, плеерах, калькуляторах, фотоаппаратах, дают энергию за счет протекания в них химических реакций. Жизнедеятельность растений и животных также осуществляется с использованием энергии, выделяющейся при окислении органических веществ.
В качестве процессов, идущих с поглощением энергии в форме теплоты, можно вспомнить растворение кристаллических веществ (с. 137). Тиосульфат натрия Na2S203 • 5Н20, применяемый в качестве закрепителя фотоизображений, растворяется со значительным понижением температуры (рис. 6.1). Стакан с только что полученным раствором снаружи запотевает. Постепенно из окружающей среды передается (поглощается) теплота, и температура повышается до исходной. Этот пример взят потому, что при обычных условиях почти нет'химических реакций, идущих с поглощением теплоты. В химии долго существовало убеждение (принцип Бертло), что выделение энергии является непременным условием протекания реакций. На самом деле направление всех процессов в конечном счете определяется возрастанием энтропии (см. ниже). При обычных условиях возрастание энтропии почти всегда происходит как результат выделения теплоты и выравнивания температуры.
Реакция называется самопроизвольной, если для ее протекания не требуется воздействия на систему, связанного с передачей ей энергии в форме работы.