1) Стремление системы атомов самопроизвольно переходить из более упорядоченного состояния в менее упорядоченное (закон возрастания энтропии);

2) стремление системы видоизменяться самопроизвольно в состояние с меньшей энергией.

Примеры: 1. Реакция образования воды 2H₂ + O₂  2H₂O. Молекула воды более упорядочена, чем разрозненные атомы водорода и кислорода. С этой точки зрения реакция самопроизвольно протекать не может. Но в результате выделяется большое количество энергии и этот фактор оказывается более весомым, что и обеспечивает независимость этой реакции.

2. Реакция разложения водорода H₂  2H. Хотя в данном случае происходит разупорядочение системы, для разложения молекул водорода нужно тратить энергию. Так как энергетический фактор оказывается главным, реакция самопроизвольно протекать не будет.

Химические реакции протекают с выделением или с поглощением энергии обычно в виде теплоты. Самой распространенной реакцией с выделением тепла является реакция горения. При этом внутренняя энергия системы уменьшается и ее избыток выделяется в виде тепла. В 1840 г. в результате анализа многочисленных экспериментов петербургский академик Г. Гесс (1802-1850) сформулировал правило (закон Гесса), согласно которому при химическом процессе выделяется всегда одно и то же количество тепла вне зависимости от того, протекает ли процесс за одну стадию или две и больше стадий. Это количество тепла зависит только от начального и конечного состояния системы (вещества). Например, углекислый газ можно получить двумя путями: 1) прямым сжиганием графита; 2) сначала получить угарный газ, а затем его сжечь. Этот закон нашел широкое применение.

Суть реакционной способности веществ можно понять с точки зрения активности химических элементов. Выделяются неметаллы с минимальной атомной массой, а также те, которые имеют на внешней оболочке 6 или 7 электронов. Например, в кислороде горит даже железо. Реакционная способность элементов проявляется и в скорости протекания химических реакций, которая зависит также от концентрации веществ и температуры. Скорость реакции тем больше, чем больше концентрация реагирующих веществ и чем выше температура.

4.5. Законы сохранения энергии в макроскопических процессах. Принцип возрастания энтропии

Вещество может находиться в трех агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом. Учение о строении и свойствах вещества, основанное на представлениях об атомах и молекулах, называется молекулярно-кинетической теорией (МКТ).

Основу МКТ составляют три положения:

1. Вещество состоит из атомов и молекул.

2. Атомы и молекулы находятся в хаотическом (тепловом) движении.

3. Между атомами и молекулами действуют силы взаимного притяжения и взаимного отталкивания.

Перемещения вещества из одного агрегатного состояния в другое называются фазовыми переходами первого рода. Агрегатное состояние тела, а, следовательно, и фазовые переходы, определяются внешними условиями (температурой и давлением). При высокой температуре и низком давлении вещество находится в газообразном состоянии; при низкой температуре и высоком давлении – в твердом состоянии. Промежуточные условия соответствуют жидкому состоянию.

Переход вещества из жидкого состояния в газообразное называется испарением, обратный процесс – конденсацией. Перемещение вещества из твердого состояния в газообразное называется сублимацией или возгонкой. Переход вещества из твердого состояния в жидкое– плавлением, обратный переход – кристаллизацией.

При испарении жидкости из нее наружу – в пар – вылетают наиболее быстрые молекулы, энергия которых достаточна, для того, чтобы преодолеть силы притяжения со стороны молекул жидкости. В результате жидкость «обедняется» молекулами с большой кинетической энергией, т.е. ее внутренняя энергия уменьшается. Значит, испарение приводит к охлаждению жидкости. Чтобы этот процесс происходил при постоянной температуре, к жидкости необходимо подводить тепло.

Процесс перехода молекул пара в жидкость есть конденсация. Испарение и конденсация идут одновременно. Из рассмотренного выше следует, что объекты и явления микро- и макромира связаны между собой и образуют единое целое. Оказывается, фундаментальные законы природы проявляются как диалектическое единство необходимого и случайного, дискретного и непрерывного, упорядоченного и неупорядоченного, симметричного и асимметричного. Обратимся к подробному рассмотрению этих явлений.