Was sind physikalische Gründe für chemische Reaktionen? [geschlossen]

Ich weiß nicht, was die molekularen Gründe dafür sind, dass zwei Substanzen eine andere Substanz bilden.

Warum können sich Sauerstoffmoleküle zu Ozonmolekülen formen? Warum aus Wasserstoff und Sauerstoff Wasser entsteht? Was sind die physikalischen Grundlagen dafür? Kann man das mit der Quantenmechanik erklären?

BEARBEITEN: Es gibt Modelle für chemische Reaktionen im Sinne der Kontinuumsmechanik (sie heißt "Mischungstheorie"). Aber ich verstehe die Mischungstheorie nicht!

Ich kenne Grundlagen der Kontinuumsmechanik, aber KEINE Kontinuumsmechanik von Mischungen, die miteinander reagieren können. Kann mir jemand dieses pdf erklären:

http://www.mech-wilmanski.de/mixturesrome.pdf

Möchten Sie eine quantenmechanische Erklärung (falls vorhanden)? Oder würde eine Erklärung ausreichen?
@Gert Ich bin anderer Meinung - die statistische Mechanik und die Ansicht von Kollisionen, die stark genug sind, um Schwingungsmodi anzuregen, bis ihre Bindungen gebrochen sind, ist ein völlig angemessener physikalischer Standpunkt. Und das gilt auch für QM. Ich denke, das Thema ist hier vollkommen in Ordnung, aber ich habe nur nach einer Klarstellung in der letzten Zeile gesucht - ist das eine Anforderung der Antwort (um QM zu verwenden) oder ist es nur etwas, das nett wäre.
@tpg2114. Die Frage kann hier oder unter Chemie beantwortet werden. Als Chemiker habe ich hier mehrere ähnliche Fragen beantwortet. Gute Chemiker kennen sich mit MOT/VESPR und Thermochemie aus.
physical.stackexchange.com/q/35408 hat Antworten, die einen recht guten Einblick in die kovalente Bindung geben.
Ehrlich gesagt sollte jemand, der eine solche Frage stellt, nicht ins tiefe Ende des Pools geworfen werden. Die Quantenmechanik ist hier über Bord gegangen. // Grundsätzlich werden chemische Reaktionen durch Energie angetrieben. Wenn die Produkte weniger Energie enthalten als die Reaktanten, dann ist die Reaktion spontan. Wenn die Produkte mehr Energie enthalten, ist irgendeine Form von Energiezufuhr erforderlich, um die Reaktion voranzutreiben. Ozon bildet sich in der oberen Atmosphäre, weil UV-Strahlen der Sonne angeregte Sauerstoffmoleküle erzeugen. In Abwesenheit der UV-Energie werden Sauerstoffmoleküle nicht spontan Ozon erzeugen.
@MaxW - Und woher kommt die Energie, MaxW? Ehrlich gesagt ist es meiner Meinung nach Wahnsinn, heutzutage chemische Bindungen ohne QC erklären zu wollen. Und QC muss nicht sehr kompliziert sein: Es ist hauptsächlich das Brechen / Bilden von Molekülorbitalen.
@Gert - Ich bin ein professioneller Chemiker. Ich verstehe zumindest, wie man die Quantentheorie manipuliert. Wenn ich versuchen würde, die Schwerkraft einfach zu beschreiben, würde ich sagen, dass Felsen aufgrund der Schwerkraft bergab und nicht bergauf rollen. Ich würde nicht mit dem metrischen Tensor der Raumzeit beginnen.
Und ich würde sagen, das ist keine gute Art, Schwerkraft zu lehren. Jedem aber das Seine. :-)
Zum Schließen gestimmt - Diese Frage mutierte nun zu dem Wunsch nach einer Erklärung einer 124-seitigen PDF-Datei. Das Papier würde ein Verständnis der physikalischen Chemie erfordern, bevor es Sinn machen würde. Sie können p-chem nicht in ein paar Absätzen erklären.
Fragen, die auf mehr als einer Site zum Thema gehören, bleiben auf der Stelle, an der das OP sie gestellt hat (nehmen Sie immer an, dass dies eine der Stellen ist, an denen sie zum Thema gehört). Diese Fragen liegen im Bereich derjenigen, die von arbeitenden Physikern betrachtet werden, obwohl sie sicherlich im Bereich starker Überschneidungen mit der Chemie liegen.

Antworten (1)

Grundsätzlich setzt die Bildung chemischer Bindungen Energie frei. ZB schließen sich zwei Atome zusammen, um eine chemische Bindung zwischen ihnen einzugehen und Energie freizusetzen. Dadurch verbinden sich Atome/Moleküle, um die Stabilität zu erhalten (weniger die Energie, höher die Stabilität). Sie können eine einfache Berechnung durchführen, die in einem Mol Sauerstoffmoleküle gespeicherte Gesamtenergie (Bindungsenergie zwischen OO, pro Mol), zwei Mol Wasserstoffmoleküle (Bindungsenergie zwischen HH, pro zwei Mol) berechnen und dann die gespeicherte Energie ermitteln in zwei Mol Wassermolekülen (Bindungsenergie zwischen HO, pro zwei Mol). Sie werden sehen, dass die Reaktion zur Bildung von Wasser exotherm ist.

Als Zusammenfassung

bei Standardbedingungen setzt diese Reaktion 285,8 kJ Energie frei.

H2(g) + 1/2 O2 -> H2O (l), Enthalpie = -285,8 kJ pro mol

Ein negativer Wert gibt an, dass die Wärme freigesetzt wird

Aus diesem Grund wird beim Mischen von HCl und NaOH Wärme freigesetzt. Insgesamt gewinnt also das physikalische Fundament an Stabilität!

Warum wird bei manchen Reaktionen viel schneller Wärme freigesetzt als bei anderen Reaktionen?
@kryomaxim: Fragst du, warum einige Reaktionen schneller sind als andere oder warum einige exothermer sind als andere?
Ich frage mich auch, ob einige Reaktionen schneller sind als andere.
@Kosal. Aus diesem Grund wird beim Mischen von HCl und NaOH Wärme freigesetzt. Können Sie erklären, warum?
@kryomaxim - Ich frage auch, ob einige Reaktionen schneller sind als andere. Wirklich nicht einfach in wenigen Worten zu erklären. Es ist schwer, die Theorie der chemischen Kinetik in ein paar Sätzen zusammenzufassen . Alles beginnt mit der Kollisionstheorie. Reaktionen finden statt, wenn Moleküle bei ausreichend hohen Energien kollidieren. Je mehr dieser reaktiven Stöße pro Zeiteinheit, desto schneller läuft die Reaktion ab.
@Gerts, die Reaktion führt zu Wassermolekülen
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