¿Qué impulsa una molécula / átomo hacia la estabilidad?

Question

Estoy muy familiarizado con el concepto de que las reacciones químicas se producen debido a que los reactivos de un estado de estabilidad a través de la reacción. Es una muy satisfactorio y el cumplimiento de la declaración. Pero mi pregunta siempre ha sido: "Cómo hacer que las moléculas sabe qué hacer? Tienen una cierta cantidad de inteligencia? ¿Viven?" Realmente lo siento que la pregunta no es debidamente enmarcadas, porque este tema es un desastre dentro de mi mente.

Es como los reactivos ya sabe qué hacer con el fin de alcanzar la estabilidad.

La pregunta surge porque nos enseña la química de una manera fácil identificarse con los valores morales y las acciones de los seres humanos realizan en virtud de una circunstancia dada. Así que es ser mal visto - la forma en que se nos enseña, o la falta de comprensión en los estudiantes?

Gracias por ir a través del lío :)

Answer 1

Todo se reduce a la termodinámica. No, las moléculas de no poseer inteligencia. Pero el respeto a las leyes de la termodinámica, que en un aspecto general del estado:

1. La energía de un sistema cerrado es constante.
2. La entropía del universo siempre aumenta.
3. Usted no puede llegar al cero absoluto de temperatura! (Ok, esta es menos importante para este análisis)

La segunda ley es la clave: con el fin de aumentar la entropía del universo a una cierta transformación puede hacer una de dos cosas: aumentar su entropía o la entropía de los alrededores. El último puede ser alcanzado por la liberación de calor, que es algo reacciones exotérmicas hacer. La suma de estos efectos es descrito por el sistema de la energía libre de Gibbs:

$$G = H - TS$$

Para una reacción química que ocurre a una temperatura constante y presión, $G$ a disminuir y se convierte en minimizada en equilibrio. Se dice entonces que el sistema es (termodinámicamente) "estable". Así que cuando usted oye a alguien decir: "reacciones químicas minimizar su energía", sería mejor que se habla como "... minimizar su libre la energía".

Ahora usted podría preguntarse por qué la segunda ley es la verdad. ¿Por qué la entropía debe aumentar? ¿Por qué la energía libre tiene que ser minimizado? Ciertamente no desea .

La verdad reside en la interpretación molecular de la entropía: mide la cantidad de micro-estados en los que el sistema puede ser encontrado. Poner juntos un montón de bolas de color azul con otro montón de bolas de color rojo en una caja, lo mezclamos bien y mira como terminan. Ellos seguramente no se encuentran en lados separados de la caja, lo van a mezclar! El escenario donde se separan corresponde a una muy baja entropía estado: usted puede pensar de los rojos a un lado o viceversa: no se que muchas posibilidades de acuerdos. La mezcla de estado, aunque tiene una mucho mayor entropía: pensar en cómo muchos arreglos son posibles mediante el intercambio de las posiciones de las bolas rojas y azules!

Dado que las moléculas en un sistema cerrado son muy, muy mucho, como pequeñas bolas de ser sacudido dentro de una caja, no por un mecánico de origen, sino por su propia energía térmica -, su comportamiento con respecto a la entropía es el mismo. De nuevo, no se que quieren aumentar la entropía del universo, no sólo es una mayor probabilidad de que lo hagan, en lugar de no. Dado que por lo general somos los sistemas de observación de sextillion moléculas o más de las estadísticas de tiros y nos dicen probabilidades significar más o menos certeza: estamos bastante seguros de que las reacciones químicas seguirá tratando de maximizar la entropía del universo.