АТОМНАЯ ЭНЕРГИЯ

ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ И СВЯЗАННАЯ С НИМИ ЭНЕРГИЯ

Познакомимся теперь с химическими реакциями и с освобождаемой при них энергией. Это поможет нам лучше понять ядерные реакции, которые служат источником атомной энергии.

Соединяясь друг с другом, атомы образуют мельчай­шие частицы более сложных веществ — молекулы. На­пример, молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Так как водород принято обо­значать буквой Н, а кислород — буквой О, то молекулу воды обозначают так: Н20.

Соединение атомов в молекулы и является одним из видов химических реакций. При химических реак­циях атомы либо объединяются в молекулы, либо выходят из состава молекул.

Возьмём пример горения угля. Уголь состоит из атомов углерода. При горении угля каждый атом углерода сое­диняется с двумя атомами кислорода; в результате обра­зуется молекула углекислого газа. Пользуясь условными обозначениями атомов, можно записать эту реакцию сле­дующим образом:

С 02 = С02.

Углерод кислород углекислый газ

Но образование углекислого газа — не единственный результат этой реакции. При горении угля выделяется большое количество теплоты. Сжигая 1 килограмм са­мого высококачественного угля, можно получить около 8000 больших калорий теплоты [2]). Таким количеством теп­лоты можно нагреть 80 литров воды от нуля градусов до кипения.

Откуда же берётся эта теплота?

Каждый знает, что для того чтобы поднять камень на некоторую высоту, необходимо затратить какое-то количе­ство энергии, так как камень притягивается к Земле. На преодоление этого притяжения и расходуется энергия. При падении камня энергия выделяется; при этом камень производит работу, например разбивает лежащее на земле стекло.

Если бы Земля не притягивала, а отталкивала камень, то картина была бы обратной: приближение камня к Земле требовало бы расхода энергии, а при удалении камня от Земли происходило бы выделение энергии.

Такая же картина наблюдается при движении любых тел, на которые действуют силы притяжения или отталки­вания, независимо от природы этих сил. Сближение притягивающихся тел всегда сопровож­дается выделением энергии, а удаление их друг от друга — затратой энергии. Сближение же тел, которые отталкивают друг друга, сопровождается затратой энергии, а удаление таких тел друг от друга — выделением энергии.

Атомы углерода и кислорода объединяются в моле­кулы углекислого газа под влиянием действующих между ними химических сил притяжения. Те же силы удержи­вают атомы в молекулах. Мы уже знаем, что при сближе­нии притягивающихся тел должна выделяться энергия. Поэтому образование молекул углекислого газа сопро­вождается освобождением энергии; эта энергия и является источником теплоты, выделяемой горящим углем.

Если бы при столкновении атомов углерода и кисло­рода не выделялась энергия, столкнувшиеся атомы в лю­бую минуту могли бы вновь разойтись. Отдав же некото­рое количество энергии в окружающую среду, атомы угле­рода и кислорода оказываются связанными в молекулы и уже не могут сами разлететься в разные стороны. Для того чтобы разделить молекулу углекислого газа на атомы, надо вернуть ей утраченную энергию. При этом атомы снова окажутся свободными. Чем больше энергии освобождается при образовании молекул, тем прочнее бу­дут связаны в них атомы и тем больше энергии придётся израсходовать для освобождения этих атомов из молекул. Так, для получения одного килограмма углерода (угля) из углекислого газа надо израсходовать около 8000 боль­ших калорий теплоты, то-есть вернуть теплоту, выделив­шуюся при сгорании такого же количества угля.

Образование молекул углекислого газа из атомов угле­рода и кислорода происходит путём объединения их внеш­них электронов. Не только при горении, но и в других хи­мических реакциях участвуют только наиболее далёкие от ядра электроны. Что же касается атомных ядер, то они никакого участия в химических реакциях не принимают.

Оторвать электрон от атома сравнительно легко. До­статочно нагреть вещество до 2000—3000 градусов, чтобы его атомы начали терять свои внешние электроны. Ока­зать же какое-либо воздействие на атомные ядра чрезвы­чайно трудно. Атомные ядра значительно прочнее элек­тронных оболочек атомов. Они также имеют сложное строение.