Сколько будет 2+2?

Схожую картину, заставляющую нас обращаться к куда более широкой действительности, нежели подлежащие непосредственному сложению величины, наблюдается и в химическом синтезе.

Так, например, в химии различают эндо – и экзотермические реакции. Эндотермическая (от греческого endon – внутри и therme – тепло) – это химическая реакция, при которой реагирующая система поглощает тепло из окружающей среды. В свою очередь, экзотермическая (от греч. exo – вне, снаружи и therme – тепло) представляет реакцию (например, горение), при которой, напротив, тепло выделяется из реагирующей системы в окружающую среду.

Существо этих реакций может быть понято из первого начала термодинамики. Первое начало, как известно, по существу выражает закон сохранения энергии. Поэтому для системы, окруженной замкнутой границей, через которую не происходит переноса вещества, справедливо соотношение:

U2

– U1 = Q – W,

где U1

и U2 – энергии системы в состояниях 1 и 2; Q – теплота, полученная от внешних источников; W – работа, совершенная системой над внешними телами в процессе, посредством которого система переходит из состояния 1 в состояние 2.

Если процесс – химическая реакция, то обычно ее проводят в таких условиях, чтобы можно было отделить энергию химического превращения от энергии, связанной с одновременными изменениями температуры или давления. Поэтому энергию (теплоту) химической реакции обычно определяют в условиях, в которых продукты находятся при тех же температуре и давлении, что и реагенты. Энергия химической реакции тогда определяется теплотой Q, полученной от окружающей cреды или переданной ей. Измерение Q может быть проведено с помощью калориметра подходящего типа или проведения в сосуде химической реакции, теплота которой известна.

Как показывает приведенное нами уравнение, внутренняя энергия реагирующей системы определяется не только количеством высвобожденной или поглощенной теплоты. Она также зависит от того, сколько энергии система затрачивает или приобретает посредством произведенной работы. При этом работа может совершаться как самой системой, так и над системой. (Кстати, о работе, которая производится самой системой, имеет вполне достаточное представление любой, кому доводилось разбавлять спирт до привычной русскому национальному вкусу концентрации: та теплая гадость, которая получается сразу после смешения – это именно ее результат.) Понятно, что термодинамика процессов в этих случаях будет существенно отличаться, и в первую очередь – знаком величин.

Даже там, где единая реакция распадается на несколько различных стадий, общая энергетика химического процесса обязана сойтись до «последней калории». Этот вывод был сделан Германом Ивановичем Гессом (1802–1850), российским химиком, одним из основоположников термохимии, в 1840 году на основе экспериментальных фактов еще до классических опытов Джоуля, которые продемонстрировали эквивалентность теплоты и других форм энергии. Г.И.Гесс доказал, что теплота химической реакции, протекающей через несколько последовательных стадий, равна алгебраической сумме теплот отдельных промежуточных реакций. Закон Гесса, как отметил Герман Л.Ф.Гельмгольц (1821–1894), великий немецкий ученый, который впервые в 1847 математически обосновал закон сохранения энергии и показал его всеобщий характер, служит прямым экспериментальным подтверждением применимости закона сохранения энергии к энергетике химических реакций.

Словом, и в рядовом химическом синтезе мы замечаем, что в этом мире взаимосвязано все. Ничто не может существовать само по себе, и если наше исследование ограничивается исключительно тем, что происходит за стеклом пробирки, мы рискуем упустить из виду едва ли не самое главное. Перед нами раскроется лишь то, что лежит на самой поверхности, подлинное же содержание предмета ускользнет, оставив нам лишь одну иллюзию знания. Поэтому абсолютно невозможно достичь полного понимания существа изучаемого нами без обращения к каким-то общим представлениям о строении материи, без учета полной суммы тех сложных взаимодействий, в которые их вплетает всеобщая связь и взаимозависимость явлений. Другими словами, и здесь мы наблюдаем, что подлинное существо самой операции сложения никогда не сводится лишь к непосредственному контакту слагаемых; своеобразное «эхо» этого сложения отдается и в большой отдаленности от них. Отсюда и сам итог – это не просто механический результат контакта, но и полная сумма всех его раскатов. Только с их учетом «два плюс два» и в самом деле оказывается равным «четырем».