Энергия химической связи. Энергия, выделяемая в химической реакции. Удельная теплота сгорания топлива

Почему молекула не распадается на атомы? Очевидно, существуют силы, связывающие атомы между собой. Эти силы имеют электромагнитную природу, они действуют между заряженными частицами, составляющими атомы. Таким образом, чтобы разделить молекулу на атомы, необходимо совершить внешнюю работу. Ее мы назовем энергией связи атомов в молекуле. Химия изучает процессы перекомпоновки атомов из одних молекул в другие (химические реакции). Любую реакцию можно формально рассматривать как разделение исходных молекул (реагенты) на отдельные атомы и сборку из них новых молекул (продукты реакции). Ценность понятия энергии в том, что суммарная энергия реакции может быть вычислена как сумма энергий двух этих мысленных шагов. Иначе нарушился бы закон сохранения энергии.

Рассмотрим реакцию сгорания метана,

которая на химическом языке записывается как CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O

Химическую реакцию мы можем рассматривать как разрыв четырех связей в молекуле метана и двух – в молекулах кислорода. При образовании связей в молекулах углекислого газа и воды энергия выделяется. Силы, связывающие атомы в молекулы совершают положительную работу, подобно силе тяжести, скатывающей шарик с горки. Суммарный энергетический выход в расчете на одну молекулу метана равен

DE=2E₃+4E₄ -4E₁-2E₂

если эта величина положительная, то в реакции выделяется тепло (она называется экзотермической), если отрицательная – то тепло поглощается (эндотермическая). Реакции горения топлива являются экзотермическими. Если умножить DE на число молекул в килограмме метана, то получим удельную теплоту сгорания метана – количество тепла, получаемое при полном сгорании килограмма топлива.

Q=qm