Энтропия оказалась подвержена манипуляциям

Физикам удалось добиться перемещения энтропии между газами. Статья исследователей появилась в журнале Physical Review Letters, а ее краткое изложение приводит physicsworld.com.

В рамках опыта ученые использовали смесь атомов калия и рубидия, помещенных в магнитную ловушку. На эту смесь направлялся луч лазера определенной длины волны и интенсивности. В результате в месте воздействия луча атомы калия "сжимались" в организованную структуру (то есть их энтропия, которая является мерой хаоса, уменьшалась). При этом хаотичность атомов рубидия увеличивалась.

По словам исследователей, принцип опыта легко можно понять на примере следующей термодинамической аналогии. Пусть имеется два газа в емкости с поршнем. При этом один из газов способен проходить сквозь поршень, а другой - нет. Когда смесь сжимается, то температура первого газа увеличивается. При этом часть тепла (которое в этой аналогии представляет собой энтропию) переходит во второй газ, который проникает сквозь поршень. Таким образом, количество теплоты в сжатом газе уменьшается, поскольку процесс происходит без притока или оттока тепла извне.

По словам исследователей, главной особенностью их установки является то, что энтропию можно перемещать между газами в обе стороны. Действительно, если отодвигать поршень, то первый газ будет расширяться, охлаждаться и забирать тепло у второго. Таким образом, у исследователей появляется возможность на практике исследовать многие квантовые явления, связанные с энтропией. Например, новая технология позволяет получать упорядоченную решетку атомов, позволяющую моделировать поведение частиц, например, в сверхпроводниках.

Совсем недавно ученым удалось объяснить направленность движения времени. Для этого они использовали понятие информационной энтропии. Им удалось установить, что события, уменьшающие энтропию, могут происходить, однако они не оставляют информационного следа.

Химическое равновесие - состояние системы, в котором скорость прямой реакции (V₁) равна скорости обратной реакции (V₂). При химическом равновесии концентрации веществ остаются неизменными. Химическое равновесие имеет динамический характер: прямая и обратная реакции при равновесии не прекращаются.

Состояние химического равновесия количественно характеризуется константой равновесия, представляющей собой отношение констант прямой (K₁) и обратной (K₂) реакций.

Для реакции mA + nB = pC + dD константа равновесия равна

K = K₁ / K₂ = ([C]^p • [D]^d) / ([A]^m • [B]ⁿ)

Константа равновесия зависит от температуры и природы реагирующих веществ. Чем больше константа равновесия, тем больше равновесие сдвинуто в сторону образования продуктов прямой реакции.

Способы смещения равновесия существуют для управления технологическими процессами.

* Для интенсификации технологических процессов применяют различные физические факторы воздействия, в частности акустические колебания. Изучением взаимодействия мощных акустических волн с веществом и возникающих при этом химических и физико-химических эффектов занимается звукохимия. Изначально вопросы такого рода относились к одному из разделов акустики, однако со временем данный раздел настолько разросся, что стал самостоятельной областью науки. В молекулярной акустике используют гиперзвуковые колебания с частотой выше 1 гГц, однако, в звукохимии их не применяют. Химическое действие акустических колебаний отличается большим разнообразием. Звуковые и ультразвуковые волны могут ускорять некоторые химические реакции за счет: - эмульгирования некоторых жидких компонентов; - диспергирования твердых компонентов реакции или катализаторов; - дегазации, предотвращения осаждения или коагуляции продуктов реакции; - интенсивного перемешивания и т.д. Но действие ультразвука, например, на катализаторы нельзя сводить только к тривиальному диспергированию. При определенных условиях обнаруживается повышение активности катализаторов; природа этих эффектов пока недостаточно ясна.Одной из основных задач звукохимии является исследование химических реакций, возникающих под действием акустических колебаний (звукохимических реакций), которые в отсутствии акустических волн не идут, или идут, но медленно.

Еще одним из методов повышения эффективности технологических процессов является катализ. Катализ

Химическая реакция – сложный процесс, в котором могут принимать участие не только вещества-реагенты (они входят в стехиометрическое уравнение реакции), но и другие присутствующие в системе вещества. Последние всегда имеются или в виде примесей, или в качестве растворителя, или в виде материала сосуда, ограничивающего реакционную систему, или, наконец, будучи специально введенными. Если они заметно изменяют скорость реакции, то их и называют катализаторами. Таким образом, катализ должен считаться универсальным явлением. Среди химиков ходит шутка, что все химические реакции могут быть классифицированы на каталитические и те, в которых катализ пока не обнаружен.

Роль катализатора заключается в снижении активационного барьера, в уменьшении энергии активации E _a.

Катализ принято подразделять на следующие типы:

а) гомогенный, когда реакционная смесь и катализатор находятся или в жидком, или в газообразном состоянии, в одной фазе;

б) гетерогенный, когда катализатор находится в виде твердого вещества, а реагирующие соединения в жидком растворе или газообразной смеси, – это наиболее распространенный вид катализа, осуществляемый на границе раздела фаз;

в) ферментативный, когда катализатором служат сложные белковые молекулы; он может быть как гомогенным, так и гетерогенным, но из-за специфических особенностей действия ферментов его выделяют в самостоятельный тип катализа.

Роль катализатора не сводится только к ускорению реакции. Уже неоднократно указывалось, что большинство химических реакций, особенно это относится к тем, в которых участвуют вещества сложного состава, проходит через много стадий. В реакционной смеси практически всегда идут параллельные реакции. Катализатор, снижая E_a на одном из путей, может привести к преимущественному получению определенных продуктов. Очевидно, другой катализатор при взаимодействии с теми же веществами образует другие промежуточные соединения, т.е. изменяет скорость другой реакции, в результате получаются другие продукты.

Химические превращения и ядерные процессы, в которых появление промежуточной активной частицы (свободного радикала, атома, возбужденной молекулы в химический превращениях, нейтрона - в ядерных процессах) вызывает цепь превращений исходных веществ, носят название цепных реакций. Примеры химических цепных реакций - радикальная полимеризация, окисление, пиролиз и галогенирование углеводородов и других органических соединений; ядерные цепные процессы - цепное деление атомных ядер. В ряде фотохимических реакций (например, Н₂ + + Cl₂ 2НCl, СО + Cl₂СОCl₂) один поглощенный фотон вызывает превращение сотен тысяч молекул. Видеоопыт

Дата добавления: 2014-01-15