程。有了這個判據,我們就可對化學反應能否進行作出判斷了。像碳和水生成碳水化合物,既是吸熱過程,混亂度又減小,自然是無法進行的了。
從雞蛋變小雞看外界因素對化學反應的影響
我們已經知道,任何一個自發過程都是從能量高的狀態變化到能量低的狀態.從不穩定狀態變化到穩定狀態的。在這裡,“自發”指的是無外力乾涉的情況。那麼,一隻雞蛋會發生什麼樣的變化呢?有兩種情形。一種是把它丟棄在一邊,任其自發變化,結果它的混亂度就會增加,終致腐爛變質。另一種情形,就是在適宜的溫度條件下,將它孵化成一隻小雞。小雞當然是比雞蛋更不穩定、更複雜的形式,但在外界給它提供了能量的情況下,這個過程就能夠進行。
這就啟發我們,一個自發反應,內因是根本,但絕不能忽視外因的作用。對於有些反應,需要外界對它施加能量才能進行。自發過程儘管不能自動回到原來的狀態,但若依靠外力做功,就能改變過程的方向性。這方麵的例子比比皆是,用抽水機可以把水從低處送到高處,用致冷機能夠把熱量從低溫物體轉移給高溫物體,還可以用抽氣機把氣體從低壓處抽到高壓處。因此,自然界的運動並非隻是一個單純的從高能量到低能量,從混亂度小到混亂度增大的過程。假如真是這樣的話,這個生機勃勃的世界早已麵目全非了。
自從上世紀末人們認識到自然界自發過程的方向性以後,有些物理學家和哲學家就提出這樣—種論點:如果世界不斷地自發運動下去。宇宙的混亂度就會達到最大。那時,宇宙內部的壓力變得均勻。溫差消失,太陽和地球的溫度會達到一致,沒有熱量傳遞,我們也就無法利用它們做功,“宇宙的熱”死了,世界的末日就會來臨。這種論點被稱為“熱死論”。
“熱死論”貌似有理,實則極為荒謬。要知道,熵增加原理隻適用於—個沒有外界乾擾的孤立體係,而這個孤立體係隻是無限空間中抽象出來的一個小部分。把有限範圍的定理擴大到無限的宇宙,必然導致錯誤的結論。如果世界果真永遠從不穩定到穩定,又如何解釋我們周圍的一切複雜物質呢?尤其是那些生物體中的物質如蛋白質、脂肪、碳水化合物,以及許多人工合成的胰島素、維生素等,它們的原子排列那麼複雜而有序,並且通常都不如產生它們的較簡單的物質那麼穩定。我們從中不難看出,“造物主”的安排是極其合理的,有些物質在消亡,有些物質又在創生。這是自然以及人的力量乾預的結果。
化學反應也是如此。一個化學反應除其本身的因素外,有時通過控製外部條件也會使它的反應方向發生改變。例如氫氣和氧氣化合生成水的反應,在600~1000C的溫度範圍內是一個自發過程。因為此時儘管氫氧變成水的過程混亂度減小,但由於水的能量要遠遠低於氫分子和氧分子單獨存在時的能量,後者起了主導作用而使反應自發地向生成水的方向進行。如果我們將溫度升高到4000~5 000C時,混亂度增加的因素就占據主導地位,由此克服了能量升高的因素而使水分解成氫氣和氧氣的反應成了自發反應。此反應還可采用電解的方法,無需高溫就能將水順利地分解。
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人類控製自然的能力總在不斷地提高。用這個途徑得不到的產物,通過其他途徑就可能得到。昨天無法實現的事,今天就可能實現。今天的條件下不可能完成的反應,明天也許會發生。人類就是這樣在不斷的探索和實踐中,合成出許多過去被認為無法合成的物質,像維生素、氨基酸等有機物,塑料、橡膠、人造纖維等複雜的高分子化合物,甚至合成出具有生命活性的蛋白質,使我們的物質世界變得更加豐富多彩。
當然,人類的工作一定要在科學的指導下,克服盲目性。隻有掌握了化學反應的內在規律,人類改造自然、認識自然的能力才能產生一個極大的飛躍。
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