Имеют ли химические связи массу?

При экзотермической реакции энергия химических связей реагентов частично передается химическим связям продуктов. Оставшаяся энергия выделяется в виде тепла.

Например:

Н 2 + 3 ЧАС 2 → 2 Н ЧАС 3 Δ г ∘ "=" − 32,96 к Дж / м о л

Следовательно, когда 1 м о л азота реагирует с 3 м о л водорода (при стандартных условиях) получаем 32,96 к Дж тепла.

Теперь, применяя Е "=" м с 2 , это получается

м "=" 32,96 × ( 3 × 10 − 8 ) 2 "=" 2,96 × 10 − 14 к г или 29,6 п г

Сохраняется ли эта связь? Действительно ли продукты экзотермической реакции весят немного меньше, чем реагенты?

В более общем смысле, уменьшает ли удаление энергии из системы ее массу (или наоборот )?

Вы понимаете, что очень трудно измерить разницу в 30 пг, когда масса объекта составляет 34 г; разница величин в 1 000 000 000 000 раз. На самом деле ошибка в числе Авогадро допускает точность только 1 из 1 000 000. Итак, пройдет некоторое время, прежде чем кто-либо сможет доказать ваше утверждение.
Абсолютно - это (по крайней мере, с современными технологиями) невозможно измерить. Меня больше интересует, что может сказать об этом наше нынешнее понимание физики.
@LDC3: точность, с которой мы знаем число Авогадро, не имеет значения. Нет причин использовать единицы молей в любом таком эксперименте.
Вопрос, кажется, поставлен с точки зрения пассивной гравитационной массы, в отличие от инертной массы или активной гравитационной массы. Если мы предположим, что принцип эквивалентности выполняется, то его можно проверить, используя вместо этого тест, который исследует инертную массу или активную гравитационную массу. С другой стороны, если гипотеза состоит в том, что эквивалентность массы и энергии неверна для химических реакций для одного типа массы, но не для других, то я думаю, что это исключается существующими высокоточными тестами принципа эквивалентности.
Экзотермическая химическая реакция, подобная этой, превращает энергию электрических полей в тепло. Если бы эквивалентность массы и энергии не удалась для любого из этих двух типов энергии, то, я думаю, мы бы уже увидели это в различных экспериментальных проверках ОТО, таких как Kreuzer, Phys. Ред. 169 (1968) 1007.
@BenCrowell Итак, вы думаете, что считать молекулы проще?
@ user4552 Это неверно: «химическая реакция ... превращает энергию электрических полей в тепло». Энергия связи состоит в основном из электроядерной потенциальной энергии, электрон-электронной, кинетической энергии электрона. Этому нас учит квантовая химия.

Ответы (4)

Что касается теории, вы абсолютно правы, (отрицательная) энергия связи между атомами в молекуле вносит вклад в общую массу этой молекулы, поэтому стабильная молекула менее массивна, чем сумма масс составляющих ее атомов.

Однако (как вы сами подсчитали) разница в массе совсем мизерная, и, насколько я знаю, никогда не измерялась. Но принцип ничем не отличается от дефицита массы, который возникает в ядерных реакциях и который, в свою очередь, легко поддается измерению. Рассмотрим атомную массу дейтерия ( 2.01410178 ты ) против гелия ( 4.002602 ты ), что примерно 0,64 % меньше массы двух атомов дейтерия. Разница заключается в энергии, которая выделяется при реакции синтеза.

Так что да, в целом удаление энергии из системы уменьшает ее массу, и наоборот, добавление энергии в систему увеличивает ее массу. Самым крайним примером, возможно, были бы протоны и нейтроны: примерно 99 % их масс исходит из (положительной) энергии связи между составляющими их кварками, и только около 1 % приписывается массам покоя кварков.

Другой пример, где вы действительно можете увидеть это в экспериментально измеренных значениях, — ионизация атома водорода. Посмотрите на массу протона, электрона и атома Н, и вы сможете (примерно с точностью до 2-3 сиг, если мне не изменяет память) вычислить энергию ионизации.
2-3 о возможный? Энергия ионизации H равна 2.18 × 10 − 18 J, что эквивалентно 2,42 × 10 − 35 кг массы. Масса протона 1.67262178 × 10 − 27 кг; электрон, 9.10938291 × 10 − 31 кг. Всего 1.67353271 × 10 − 27 кг. Энергия ионизации находится в 8-й значащей цифре. Лучшее значение, которое я могу найти для массы атома H, составляет 1,007825 u; всего 7 цифр. Умножение на 1 u = 1.660538921 × 10 − 27 кг и вычитание из объединенной массы p+, e- дает 8 × 10 − 35 кг. Приблизительно правильно, но дальше последней значащей цифры.
Я помню, как делал это несколько месяцев назад и получил результат примерно с точностью до 1 эВ. Я поищу и посмотрю, смогу ли я найти, какие значения я использовал.
Не могли бы вы предоставить ссылку на последний бит? ... Что большая часть массы протонов и нейтронов находится в их энергии связи. Я много слышал об этом, но мне интересно узнать о некоторых надежных источниках.
Поищите массы верхнего и нижнего кварков, например, в Википедии (u: 2,3, d: 4,8 МэВ). Протон uud, поэтому массы покоя кварка составляют 9,1 МэВ из его массы 938,3 МэВ; нейтрон - это удд, поэтому 12,1 из 939,6 МэВ. Так 0,96% и 1,29% соответственно. Остальное — энергия связи. С планками погрешностей 0,96 ± 0,19 % и 1,29 ± 0,13 % соответственно, при условии, что я правильно использовал свой калькулятор.
Насколько значительно это изменение по сравнению с разницей в массе из-за ядерной (отрицательной) энергии связи?

Да, облигации имеют массу, как и любой другой вид энергии.

Это может быть значительным; если бы у вас был глюбол (гипотетическая частица, состоящая из безмассовых глюонов), у него была бы масса, и вся масса была бы от энергии связи! То же самое произошло бы, если бы вам каким-то образом удалось связать фотоны вместе.

Поскольку при образовании связи выделяется энергия, не будет ли поэтому глюбол иметь отрицательную массу? Просто это кажется странным...
Вы не можете приписать массу «связи», если не оговорите, что каждая связь на самом деле является частицей. Что это не так.
@steverrill Да, это отрицательно. На самом деле вы смотрите на массу всей системы (например, молекулы воды) и вычитаете массу составляющих ее атомов. Если атомы имеют меньшую массу, чем молекула, «масса связи» фактически положительна, и разрыв молекулы высвобождает энергию. Если они имеют большую массу, чем молекула, «масса связи» отрицательна, и для разрушения молекулы требуется затрата энергии. Причина, по которой масса (и энергия) может быть отрицательной, заключается в том, что мы рассматриваем массу относительно системы без связи.
@Luaan Я не говорил о молекуле, в которой атомы компонентов имеют массу, я говорил о «гипотетической частице, состоящей из безмассовых глюонов», как упоминалось в этом ответе.
@steverrill А, верно. В этом случае вы упустили очевидное - поскольку у глюбола больше энергии (и массы), чем у отдельных глюонов (насколько мы вообще можем говорить об отдельных глюонах: D), это пример связи, для образования которой требуется энергия . (что также означает, что он по своей природе нестабилен - пока существует более низкое энергетическое состояние, в которое он может трансформироваться, я не уверен, применимо ли это к глюонам). Это похоже на экзотермическое образование воды из водорода и кислорода, но образование диоксида азота из азота и кислорода эндотермическое.
Вам даже не нужно смотреть на что-то столь экзотическое, как глюбол, чтобы увидеть случай, когда доминирует «связывающая энергетическая масса». Возьмите простой нейтрон или протон. Кумулятивная масса покоя трех кварков u/d практически ничтожна по сравнению с общей массой составного объекта. Также обратите внимание, что в похожем ключе, когда люди говорят, что поле Хиггса — это то, что «придает массу» частицам, они говорят ТОЛЬКО о массах покоя. Таким образом, на самом деле большая часть массы протона (и, соответственно, большая часть массы во Вселенной) является следствием НЕ поля Хиггса, а энергии связи.

Я понимаю, что это не главное в вашем вопросе, но, кажется, стоит упомянуть, что изменение свободной энергии Гиббса Δ г ∘ не является мерой количества энергии, выделяющейся в реакции. Это абстрактная величина, связанная с изменением энтропии во Вселенной. Соответствующее количество высвобождаемой энергии, которое вы использовали бы при расчете изменения массы, - это изменение «внутренней энергии», которое для реакции при постоянном объеме и давлении эквивалентно изменению энтальпии. Δ ЧАС . В вашем случае, когда количество молей газа уменьшается, нам потребуется больше информации о том, остаются ли постоянными давление, объем или ни то, ни другое.

Я знаю, что слишком поздно для этого вопроса, но я не мог удержаться от ответа.

Я не думаю, что химические связи хранят энергию . Поэтому утверждение об энергии химических связей может ввести в заблуждение.

Облигации - это не батареи . Энергия скорее хранится в атомах.

Посмотрите, когда два атома объединяются, они выделяют энергию, и эта энергия может быть любой формы. Он может даже поглощаться окружающими атомами или испускаться в виде фотонов . Эти энергии не хранятся в облигациях. Облигации не имеют физического облика. Таким образом, чтобы разрушить (или разделить) химическое вещество на составляющие его атомы, вам нужно дать энергию, и эта энергия затем поглощается этими атомами, и они (атомы, которые образовали связь ранее) просто расходятся.

Кроме того, чтобы произошла экзотермическая реакция, прежде всего вам необходимо разрушить химическое вещество (и необходимая энергия называется энергией активации ), а затем эти атомы рекомбинируют и снова высвобождают энергию, и количество этой высвобождаемой энергии зависит от модели перегруппировки. эти свободные атомы.

Поэтому энергия реакции определяется как изменение энергии образования продуктов и реагентов .

В зависимости от количества энергии, необходимой реагентам для разделения, и энергии, выделяемой разделенными атомами при образовании нового соединения , мы классифицируем реакции как экзотермические и эндотермические.

А теперь к вашему вопросу:

Так как энергия высвобождается атомами, то теперь они имеют меньшую массу, чем та, что была, когда они были отдельными. И это можно рассчитать по известному уравнению:

Е "=" м с 2

Надеюсь, это поможет 🙂.

Имеют ли химические связи массу?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v