ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Химические связи как накопители энергии из "Химические источники энергии" Как мы уже видели, большинство наших источников энергии несет в себе энергию солнечного излучения в виде химической энергии, которая различными способами может быть превращена в форму, удобную для использования. [c.47] К исследованию химической энергии можно подойти двумя различными путями. При макроскопическом подходе достаточно ограничиться непосредственно наблюдаемыми энергетическими процессами, не принимая во внимание механизма этих процессов. Именно таким путем идет термодинамика, которая обеспечивает теоретическую основу при разработке тепловых двигателей. Для определенного уровня практических требований такой подход вполне удовлетворителен. [c.47] При образовании химических связей между атомами освобождается энергия. Эта энергия в большинстве случаев выделяется в виде тепла, но при определенных условиях можно большую часть освобождающейся химической энергии непосредственно перевести в работу. Другими словами, между атомами возникает сила химического притяжения, которая при образовании химической связи между двумя атомами, производит работу. Если, напротив, мы хотим разделить уже связанные атомы, разорвать химическую связь, то мы должны произвести работу, то есть затратить энергию. Следовательно, суммарная энергия двух отделенных друг от друга атомов больше, чем энергия двух химически связанных атомов. Разница этих энергий и есть энергия связи, эквивалентная той работе, которую нужно затратить, чтобы разорвать химическую связь между двумя атомами. [c.48] Поскольку два свободных атома могут быть связаны только в том случае, если в силу их химической природы на достаточно близком расстоянии между ними возникает химическое притяжение, которое при связывании атомов производит работу, то энергия связанного состояния каждой пары атомов меньше, чем энергия свободного состояния. В молекуле, состоящей более чем из двух атомов, энергия связи двух атомов зависит не только от свойств этих атомов, но в некоторой степени также и от свойств остальных атомов и их положения в молекуле. Два одинаковых атома в различных соединениях могут быть по-разному связаны друг с другом (например, одно-, двух- или трехвалентными связями). Так, в случае одинарной связи атомов углерода и кислорода (С—О) энергия связи Есв — 85 ккал/моль, а в случае двойной связи (С=0) — 180 ккал/моль. [c.49] Как мы уже говорили, макроскопический подход к исследованию химической энергии вполне удовлетворителен при решении большинства практических задач сегодняшнего дня. Однако для полного и глубокого изучения природы химических связей необходимо рассмотреть строение атома, поскольку именно от структурных особенностей атомов зависит, возникнет ли при их столкновении притяжение или будут преобладать силы отталкивания, и атомы разлетятся в неизмененном состоянии. Квантовая теория, изучающая строение атома, уже объяснила многие вопросы химической связи. Изложение квантовой теории выходит за рамки этой книги, поэтому мы ограничимся лишь несколькими замечаниями. [c.50] В результате образуются положительно заряженные ионы натрия и отрицательно заряженные ионы хлора. Благодаря электростатическому притяжению между ними и возникает химическая связь, соединяющая кирпичики , из которых построена поваренная соль МаС1. Однако увеличение стабильности возможно не только в случае описанного выше перехода электронов с одного атома на другой, но и в случае, когда их орбиты будут охватывать ядра обоих атомов, обеспечивая связь между ними. Электроны, которые осуществляют такую связь, принадлежат теперь обоим атомам одновременно. В этом случае мы говорим о ковалентной связи. В метане СН4, например, каждый из четырех атомов водорода связан с атомом углерода двумя общими электронами в молекуле кислорода О2 четыре общих электрона связывают оба атома кислорода. [c.51] Таким образом, химическая связь между двумя одинаковыми или различными атомами образуется в том случае, если при этом стабильность их внешних электронных оболочек увеличивается, а их энергия уменьшается. Освобождающаяся здесь энергия называется энергией химической связи. [c.52] Вопросы химической связи рассматриваются в квантовой химии, одном из разделов квантовой механики. Квантовая химия позволяет в относительно простых случаях установить, какие атомы и при каких условиях могут образовывать химическую связь, какая при этом выделяется энергия, какова структура вновь образованной молекулы, какое движение внешних электронов соответствует минимальной энергии этой молекулы и т. д. Однако в более сложных случаях образования больших молекул современная квантовая химия еще относительно беспомощна. [c.52] Вернуться к основной статье