Итак, химическая энергия — это опять-таки кинетическая энергия движения, кинетическая энергия движущихся электронов. Однако в отличие от того, с чем мы сталкивались до сих пор, значение химической энергии каждого атома строго определено.
Молекула
Не столкнулись ли мы снова с парадоксальной ситуацией? Окруженные всевозможными атомами, мы тем самым окружены поистине неисчерпаемыми запасами химической энергии. Но как ее заполучить? Мы сами выяснили, что энергия атома не может оказаться меньше своего значения в основном состоянии. Но если она не может оказаться меньше, то атом не может отдать даже маленькой части своей энергии. А коли так, спрашивается, какая нам польза от того, что эти запасы существуют? Атом отдает часть энергии, переходя из возбужденного состояния в основное. Но для этого его надо сначала возбудить, т. е. затратить ровно столько энергии, сколько потом может быть получено.
Все это правильно. Атомы как таковые действительно являются кладовыми энергии, спрятанными за семью замками. Существует ли способ разомкнуть эти замки? Да, для этого нужно, чтобы атомы объединились в молекулу. Молекула — более сложное образование, чем отдельный атом. Часть электронов атомов объединяется и становится общей для всей молекулы. При этом, естественно, изменяется электронная структура и возникают новые разрешенные энергетические уровни. Возможно одно из двух: либо суммарная энергия электронов в основном состоянии молекулы будет выше, чем сумма энергий атомов, составляющих молекулу, либо, наоборот, суммарная энергия электронов в основном состоянии молекулы будет ниже, чем сумма энергий атомов, составляющих молекулу.
Объединение атомов в молекулу, которому, возможно, предшествовало разделение других молекул на атомы, называется химической реакцией. Химические реакции бывают двух типов: эндотермические и экзотермические. Эндотермические реакции протекают в том случае, если извне поступает определенное количество тепла, т. е. энергии. Образовавшиеся в результате эндотермической реакции молекулы обладают энергией основных состояний большей, чем суммарная энергия основных состояний молекул и атомов реагентов.
Экзотермические реакции протекают с выделением тепла. Количество выделенного тепла равно разности между суммарной энергией основных состояний молекул и атомов исходных веществ и энергией основного состояния молекулы продукта реакции. Смотрите, как интересно получается! Есть возможность почерпнуть не всю энергию атома, а некоторую, как правило, малую ее часть, представляющую собой разность двух значений.
Гальвани и Вольта
В конце XVIII века житель итальянского города Болонья профессор Луиджи Гальвани совершил, как потом выяснилось, огромной важности открытие, и помогла ему в этом лягушачья лапка. Чего только не рассказывают о том, как все происходило. Одни говорят, что, будучи медиком, Гальвани препарировал лягушек исключительно в целях научного познания. Согласно другой версии профессор любил суп из лягушачьих лапок и сам его стряпал. Так или иначе, но лягушачья лапа в этой истории, несомненно, присутствовала.
Дальше опять идут разночтения. Одни утверждают, что Гальвани экспериментировал с электрической машиной и заметил, что всякий раз, когда в машине проскакивает искра, лягушачья лапка подергивается. По другой версии лягушачья лапка висела на медном крючке, укрепленном на железных перилах балкона. Она покачивалась от ветра и дергалась всякий раз, когда касалась железных перил. Возможно, Гальвани наблюдал и то и другое. Но вывод он сделал определенный: существует особое, животное электричество. Оно и заставляет подергиваться лапку.
Об опытах Гальвани узнал другой итальянец — Алес-сандро Вольта. Вольта в отличие от Гальвани с восемнадцати лет изучал различные электрические явления. Гипотеза о животном электричестве показалась ему малоправдоподобной. Электричество возникает при соединении между собой двух различных металлов, утверждал Вольта. В доказательство этого утверждения Вольта построил прибор: несколько сложенных вместе медных и цинковых пластинок, между которыми проложены кусочки материи, смоченной водой. Этот прибор, его назвали Вольтов столб, позволял получать электрический ток.