Метастабильное состояние

Если атомам водорода так энергетически выгодно слиться в атом гелия, почему они этого не делают? Например, в воздухе, которым мы дышим, полно молекул водорода, так чего бы атомам, составляющим их, всем не слиться друг с другом, образовав маленькое Солнце? Конечно, атомы водорода могут занять более энергетически выгодное положение, выделив при этом кучу энергии, но для этого им сначала нужно эту энергию… где-то занять! Ведь чтобы один атом водорода сблизился с другим настолько близко, что протоны стали бы сливаться друг с другом, необходимо сначала преодолеть силу отталкивания электронных оболочек, затем преодолеть силу отталкивания между протонами, и вот только потом… Внутри Солнца так и происходит – гравитационное сжатие дает необходимую энергию, сдавливая атомы водорода вместе.

Такое состояние, при котором объект мог бы занять более энергетически выгодное положение, если бы он сначала занял бы где-то энергию, называется «метастабильным состоянием». Метастабильное состояние можно охарактеризовать так: «есть куда падать, но где бы найти энергии, чтобы добежать до края». В жизни мы сплошь и рядом сталкиваемся с метастабильными состояниями. Например, вода в чашке. Если бы чашка исчезла, вода немедленно вылилась бы на пол, но при существующей чашке она сделать этого не может. Чтобы это произошло, сначала кто-то должен дотащить воду до края чашки. Или еще один пример с нашим воздухом: в воздухе есть молекулы водорода кислорода. Водород и кислород не соединяются друг с другом при комнатной температуре, хотя если бы они это сделали, то при таком соединении выделилось бы огромное количество тепла (что и означает, что это соединение для них энергетически выгодно) – взрыв такой смеси (она называется «гремучий газ») приводит к появлению воды. Но смесь водорода и кислорода – метастабильна, так как оба газа состоят из двухатомных молекул: H₂ и O₂, а формула воды: H₂O. Для того, чтобы молекулы водорода и кислорода соединились, предварительно молекула кислорода должна расщепиться на два атома. Энергия, которая необходима для такого расщепления, называется «энергией активации». Если нагреть воздух, то энергия активации может быть получена из энергии теплового движения молекул воздуха.

Энергия активации обычно в несколько раз меньше, чем энергия, высвобождающаяся в процессе протекания реакции разрушения метастабильного состояния. Энергия активации слияния ядер атомов водорода измеряется миллиардами градусов (при высоком давлении, существующем внутри Солнца, достаточно всего лишь десятков миллионов градусов), поэтому Земля и не превращается в маленький термоядерный котел.

Поиск по сайту: