What triggers a chemical reaction? - Kareem Jarrah

Переводчик: Andrey Zaytsev Редактор: Irina Zhandarova

You know how sometimes you go to bake a cake

Бывает, что, задумав приготовить торт,

but your bananas have all gone rotten,

ты обнаруживаешь, что все бананы испортились,

your utensils have rusted,

вся утварь заржавела,

you trip and pour all of your baking soda into the vinegar jug,

ты споткнулся и высыпал всю пищевую соду в горшок с уксусом,

and then your oven explodes?

а после этого ещё и твоя печка взорвалась.

My friend, you and your chemical reactions have fallen victim to enthalpy and entropy

Дружище, ты и твои химические реакции стали жертвами энтальпии и энтропии.

and, boy, are they forces to be reckoned with.

И поверь, с ними надо считаться.

Now, your reactants are all products.

Теперь твои реагенты превратились в продукты.

So, what are these "E" words, and what's their big idea?

Что же это за слова, начинающиеся с "Э"? И в чём их смысл?

Let's start with enthalpy,

Давай начнём с энтальпии.

an increase or decrease of energy during a chemical reaction.

Это увеличение или уменьшение энергии во время химической реакции.

Молекулы обладают определённым количеством потенциальной химической энергии,

Every molecule has a certain amount of chemical potential energy

stored within the bonds between its atoms.

заключённой в связях между атомами.

Chemicals with more energy are less stable,

Реагирующие вещества с большим количеством энергии менее стабильны,

and thus, more likely to react.

следовательно, они легче вступают в реакции.

Let's visualize the energy flow in a reaction,

Давайте представим поток энергии

the combustion of hydrogen and oxygen, by playing a round of crazy golf.

во время реакции горения водорода и кислорода, играя в мини-гольф.

Our goal is to get a ball, the reactant, up a small rise

Наша цель — направить мячик, реагирующее вещество, вверх по небольшому подъёму

and down the other much steeper slope.

и затем вниз по более крутому склону.

Where the hill goes up, we need to add energy to the ball,

При подъёме по холму нам надо придать энергию мячику,

and where it goes down, the ball releases energy into its surroundings.

а при скатывании вниз мячик высвобождает энергию в окружающую среду.

The hole represents the product, or result of the reaction.

Дыра представляет из себя продукт, или результат, реакции.

When the reaction period ends, the ball is inside the hole,

Когда реакция останавливается, мячик находится в дыре,

and we have our product: water.

и мы получаем наш продукт — воду.

This, like when our oven exploded, is an exothermic reaction,

Как и в случае со взорвавшейся печкой, это — экзотермическая реакция,

meaning that the chemical's final energy is less than its starting energy,

когда конечная энергия вещества меньше его изначальной энергии

and the difference has been added to the surrounding environment

и разница между ними отдаётся окружающей среде

as light and heat.

в форме света и тепла.

We can also play out the opposite type of reaction,

Также мы можем воспроизвести противоположный тип реакции —

an endothermic reaction,

эндотермическую реакцию,

where the final energy is greater than the starting energy.

когда конечная энергия больше изначальной.

That's what we were trying to achieve by baking our cake.

Именно этого мы старались достичь, пытаясь испечь наш торт.

The added heat from the oven would change the chemical structure

Внешнее тепло от печки изменит химическую структуру

of the proteins in the eggs and various compounds in the butter.

яичных белков и разных веществ в масле.

So that's enthalpy.

Вот что такое энтальпия.

As you might suspect,

Как вы догадываетесь,

exothermic reactions are more likely to happen than endothermic ones

вероятность экзотермических реакций выше, чем эндотермических,

because they require less energy to occur.

поскольку они требуют меньше энергетических затрат.

But there's another independent factor that can make reactions happen:

Но существует другой независимый фактор, который помогает реакциям:

entropy.

энтропия.

Entropy measures a chemical's randomness.

Энтропия — это мера химической непредсказуемости.

Here's an enormous pyramid of golf balls.

Вот, например, огромная пирамида, сделанная из мячиков для гольфа.

Its ordered structure means it has low entropy.

Упорядоченная структура пирамиды означает, что у неё низкая энтропия.

However, when it collapses, we have chaos everywhere,

Если пирамида развалится, то будет настоящий хаос,

balls bouncing high and wide.

повсюду запрыгают мячики,

So much so that some even go over the hill.

да так, что некоторым удастся перепрыгнуть через холм.

This shift to instability, or higher entropy,

Этот сдвиг к нестабильности, или к большей энтропии,

can allow reactions to happen.

способствует возникновению реакций.

As with the golf balls, in actual chemicals

Как и с мячиками для гольфа,

this transition from structure to disorder gets some reactants past the hump

этот переход позволяет некоторым реагирующим веществам

and lets them start a reaction.

перепрыгнуть барьер и начать реакцию.

You can see both enthalpy and entropy at play

Действие энтальпии и энтропии можно наблюдать в походе

when you go to light a campfire to cook dinner.

при разжигании костра для приготовления обеда.

Your match adds enough energy

Спичка даёт достаточно энергии

to activate the exothermic reaction of combustion,

для активации экзотермической реакции горения,

converting the high-energy combustible material in the wood

превращая высокоэнергетический материал древесины

to lower energy carbon dioxide and water.

в углекислый газ и воду, обладающие меньшей энергией.

Entropy also increases and helps the reaction along

Энтропия также помогает реакции и ускоряет её протекание,

because the neat, organized log of wood

так как аккуратно сложенные полена

is now converted into randomly moving water vapor and carbon dioxide.

превращаются в беспорядочно движущиеся водяной пар и углекислый газ.

The energy shed by this exothermic reaction

Энергия, выделяемая этой экзотермический реакцией,

powers the endothermic reaction of cooking your dinner.

тратится на эндотермическую реакцию приготовления обеда.

Bon appétit!

Приятного аппетита!