💡 вопрос, страница 85 - гдз по химии 7 класс учебник Еремин, Дроздов

Вопросы по тексту. §12. Превращения веществ - химические реакции. Глава 1. От атома до вещества - страница 85.

Почему происходят химические реакции?

Химические реакции происходят по двум фундаментальным причинам, которые описываются разделами химии — термодинамикой и кинетикой. Термодинамика отвечает на вопрос «может ли реакция произойти?», а кинетика — на вопрос «как быстро она произойдет?». Для того чтобы реакция свершилась, необходимы как термодинамическая возможность, так и достаточная скорость протекания.

Термодинамические причины: стремление к стабильности

Основной движущей силой химических реакций является стремление системы (реагирующих веществ) перейти в более устойчивое, энергетически выгодное состояние. Это стремление определяется двумя конкурирующими факторами:

1. Энергетический (энтальпийный) фактор: Системы стремятся к состоянию с минимальной энергией. Большинство самопроизвольно протекающих реакций являются экзотермическими, то есть протекают с выделением теплоты. В таких реакциях продукты обладают меньшей энергией (энтальпией), чем исходные реагенты. Изменение энтальпии для них отрицательно ($ \Delta H < 0 $).
2. Фактор беспорядка (энтропийный): Системы стремятся к состоянию с максимальным беспорядком (энтропией). Реакции, в ходе которых увеличивается число молекул (особенно газообразных) или вещество переходит в менее упорядоченное состояние (например, из твердого в жидкое), сопровождаются ростом энтропии ($ \Delta S > 0 $).

Эти два фактора объединяются в единую величину — энергию Гиббса ($ G $). Именно ее изменение ($ \Delta G $) является главным критерием возможности протекания реакции при постоянной температуре и давлении. Связь между этими величинами описывается уравнением:

$ \Delta G = \Delta H - T \Delta S $

где $ T $ — абсолютная температура в Кельвинах.

Реакция может протекать самопроизвольно только в том случае, если энергия Гиббса системы уменьшается, то есть $ \Delta G < 0 $. Если $ \Delta G > 0 $, реакция самопроизвольно не идет, а если $ \Delta G = 0 $, система находится в состоянии химического равновесия.

Ответ: С точки зрения термодинамики, химические реакции происходят потому, что продукты реакции находятся в более стабильном состоянии (обладают меньшей энергией Гиббса), чем исходные вещества. Это достигается за счет выделения тепла ($ \Delta H < 0 $) и/или увеличения беспорядка в системе ($ \Delta S > 0 $).

Кинетические условия: необходимость преодолеть барьер

Даже если реакция термодинамически выгодна ($ \Delta G < 0 $), она может не начаться. Например, бумага не загорается сама по себе на воздухе, хотя реакция горения очень выгодна. Причина в том, что для запуска реакции необходимо преодолеть так называемый энергетический барьер, или энергию активации ($ E_a $).

Энергия активации — это минимальная энергия, которую нужно сообщить молекулам реагентов, чтобы разорвать существующие в них химические связи и запустить процесс образования новых. Чтобы реакция произошла, частицы реагентов должны:

1. Столкнуться друг с другом.
2. Иметь достаточную кинетическую энергию, чтобы при столкновении преодолеть энергию активации.
3. Быть правильно сориентированными в пространстве в момент столкновения.

Чем выше энергия активации, тем медленнее протекает реакция, так как лишь небольшая доля молекул обладает достаточной энергией для эффективного столкновения. Скорость реакции можно увеличить, например, нагревая систему (чтобы больше молекул имели энергию $ \geq E_a $) или используя катализатор, который предлагает альтернативный путь реакции с более низкой энергией активации.

Ответ: С точки зрения кинетики, химические реакции происходят тогда, когда реагирующие частицы обладают достаточной энергией (равной или большей энергии активации $ E_a $) для разрыва старых связей и сталкиваются с необходимой пространственной ориентацией, что позволяет им преодолеть энергетический барьер и превратиться в продукты.