הַקדָמָה
מבוא
§ 1. נושא כימיה קול
§ 2. חיבור על התפתחות כימיה קולית
§ 3. שיטות ניסוי של כימיה קול
פרק 1. שדה קול וקוויטציה קולית
§ 4. שדה אקוסטי וכמויות המאפיינות אותו (מושגי יסוד)
§ 5. קוויטציה אקוסטית בנוזלים
§ 6. גרעיני קוויטציה בנוזלים
§ 7. פעימה וקריסה של בועות קוויטציה
§ 8. דינמיקה של התפתחות אזור הקוויטציה
פרק 2. מחקרים ניסיוניים ותיאורטיים של תגובות סונוכימיות ו-soioluminescence
§ 9. השפעה גורמים שוניםוהתרחשותן של תגובות סונוכימיות ו-soioluminescence
§ 10. Co-luminescence בנוזלים שונים
§ 11. תהליכים פיזיקליים המובילים להתרחשות של תגובות קול-כימיות ו- soioluminescence
§ 12. מחקרים ספקטרליים של קו-לומינסנציה
§ 13. תהליכים אלמנטריים ראשוניים ומשניים בבועת קוויטציה
§ 14. סיווג תגובות כימיות קוליות
§ 15. על מנגנון ההשפעה של גזים והתרחשות של תגובות קול-כימיות
§ 16. שדות אקוסטיים בעוצמות נמוכות
§ 17. שדות אקוסטיים בתדר נמוך
פרק 3. אנרגיה של תגובות קול-כימיות ותהליכים פיסיקליים-כימיים הנגרמים על ידי קוויטציה
§ 18. הדרכים העיקריות להמרת האנרגיה של רעידות אקוסטיות
§ 19. תפוקה כימית-אקוסטית של תוצרי תגובה (תפוקת אנרגיה)
§ 20. תשואות כימיות-אקוסטיות ראשוניות של מוצרי פיצול מים על-קוליים
§ 21. תפוקת אנרגיה של soioluminescence
§ 22. תלות של מהירות תגובות קול-כימיות בעוצמת גלים קוליים
§ 23. תלות של מהירות התהליכים הפיזיקליים והכימיים הנגרמים על ידי קוויטציה בעוצמת גלים קוליים
§ 24. חוקים כמותיים כלליים
§ 25. על הקשר בין תפוקות האנרגיה של תגובות קול-כימיות לבין סונולומינסנציה
פרק 4. קינטיקה של תגובות כימיות על-קוליות
סעיף 26. מצב נייחעבור ריכוז הרדיקלים בממוצע לאורך תקופת התנודה ונפח (קירוב ראשון)
§ 27. שינוי בריכוז הרדיקלים בממוצע על פני הנפח (קירוב שני)
§ 28. מודל קוויטציה-דיפוזיה של ההתפלגות המרחבית-זמנית של רדיקלים (קירוב שלישי)
§ 29. מקומה של אנרגיית גל קולי בין שיטות פיזיקליות אחרות להשפעה על החומר
§ 30. תכונות של התפשטות חום מבועת קוויטציה
פרק 5. כימיה קולית של מים ותמיסות מימיות
§ 31. מאפיינים עיקריים של תוצאות הניסוי שהתקבלו
§ 32. סונוליזה של תמיסות חומצה כלורואצטית. על הופעת אלקטרונים hydrated בתחום הגלים האולטראסוניים
§ 33. חמצון של ברזל (II) סולפט בתחום הגלים האולטראסוניים
§ 34. הפחתת סריום (IV) סולפט בתחום הגלים האולטראסוניים
§ 35. סינתזה של מי חמצן במהלך סונוליזה של מים ותמיסות מימיות של פורמטים
§ 36. חישוב ערכי התפוקות הכימיות-אקוסטיות הראשוניות
§ 37. תגובות קול-כימיות במים ובתמיסות מימיות באווירת חנקן
§ 38. התחלה על ידי גלים קוליים של תגובת שרשרת של סטריאואיזומריזציה של חומצה אתילן-1,2-dicarboxylic והאסטרים שלה
סיכום. סיכויים לשימוש בגלים קוליים במדע, טכנולוגיה ורפואה
סִפְרוּת
אינדקס נושאים

שלח את העבודה הטובה שלך במאגר הידע הוא פשוט. השתמש בטופס למטה

סטודנטים, סטודנטים לתארים מתקדמים, מדענים צעירים המשתמשים בבסיס הידע בלימודיהם ובעבודתם יהיו אסירי תודה לכם מאוד.

פורסם ב http://www.allbest.ru/

• מבוא
• 1. מושג הסאונד. גלי קול
• 1.1 תחום חקר השפעות קול על תהליכים כימיים
• 1.2 שיטות כימיה קוליות
• 2. שימוש באינפראסאונד כשיטת העצמה תהליכים טכנולוגיים כימיים
• 3. שימוש באולטרסאונד כדרך להעצמת תהליכים כימיים
• סיכום
• מבוא
• המאה העשרים ואחת היא המאה של ביו- וננו-טכנולוגיות, אינפורמטיזציה אוניברסלית, אלקטרוניקה, אינפרסאונד ואולטרסאונד. אולטרסאונד ואינפראסאונד מייצגים תנועה נדנדת מתפשטת דמוית גל של חלקיקי המדיום ומאופיינים במספר של תכונות ייחודיותבהשוואה לתנודות בטווח הנשמע. בטווח התדרים האולטראסוני קל יחסית להשיג קרינה מכוונת; תנודות אולטרסאוניות מתאימות היטב להתמקדות, וכתוצאה מכך עולה עוצמת הרטטים האולטראסוניים באזורי השפעה מסוימים. כאשר מופץ בגזים, נוזלים ו מוצקיםאה, תנודות קול גורמות לתופעות ייחודיות, שרבות מהן נמצאו שימוש מעשיבתחומים שונים של מדע וטכנולוגיה, הופיעו עשרות טכנולוגיות סאונד יעילות וחסכון במשאבים. IN השנים האחרונותהשימוש ברטט קול מתחיל לשחק תפקיד חשוב יותר ויותר בתעשייה ו מחקר מדעי. מחקר תיאורטי וניסיוני בתחום של קוויטציה קוליתוזרימות אקוסטיות, שאפשרו לפתח תהליכים טכנולוגיים חדשים המתרחשים בהשפעת אולטרסאונד בשלב הנוזל.
• נכון להיום, מתגבש כיוון חדש לכימיה - כימיה קולית, המאפשרת להאיץ תהליכים כימיים-טכנולוגיים רבים ולהשיג חומרים חדשים, לצד מחקר תיאורטי וניסיוני בתחום התגובות הכימיות הקוליות, נעשה הרבה מאוד עבודה מעשית. הפיתוח והיישום של טכנולוגיות סאונד פותחות כיום אפשרויות חדשות ביצירת חומרים וחומרים חדשים, בהקניית תכונות חדשות לחומרים וסביבות ידועות ולכן דורשת הבנה של התופעות והתהליכים המתרחשים בהשפעת האולטרסאונד והאינפרסאונד. היכולות של טכנולוגיות חדשות והסיכויים ליישום שלהן.
• 1. מושג הסאונד. גלי קול

נשמע -- תופעה פיזיקלית, שהוא התפשטות בצורה של גלים אלסטיים של רעידות מכניות בתווך מוצק, נוזלי או גזי. במובן צר, צליל מתייחס לרטטים הללו, הנחשבים בקשר לאופן שבו הם נתפסים על ידי החושים של בעלי חיים ובני אדם.

כמו כל גל, צליל מאופיין באמפליטודה ובספקטרום התדרים. אדם פשוטמסוגל לשמוע רעידות קול בטווח התדרים שבין 16--20 הרץ ל-15--20 קילו-הרץ. צליל מתחת לטווח השמיעה האנושי נקרא אינפרסאונד; גבוה יותר: עד 1 GHz - אולטרסאונד, מ-1 GHz - היפרסאונד. עוצמת הקול תלויה בצורה מורכבת בלחץ הקול האפקטיבי, תדירות וצורת הרעידות, וגובה הצליל תלוי לא רק בתדירות, אלא גם בגודל לחץ הקול.

גלי קול באוויר הם אזורים מתחלפים של דחיסה ונדירות. גלי קול יכולים לשמש דוגמה לתהליך נדנוד. כל תנודה קשורה להפרה של מצב שיווי המשקל של המערכת ומתבטאת בסטייה של מאפייניה מערכי שיווי המשקל עם חזרה לאחר מכן לערך המקורי. עבור רעידות קול, מאפיין זה הוא הלחץ בנקודה במדיום, והסטייה שלו היא לחץ הקול.

אם אתה מבצע תזוזה חדה של חלקיקים של תווך אלסטי במקום אחד, למשל, באמצעות בוכנה, אז הלחץ במקום זה יגדל. הודות לקשרים האלסטיים של חלקיקים, לחץ מועבר לחלקיקים שכנים, אשר, בתורם, פועלים על הבאים, ועל האזור לחץ דם גבוהכאילו נע במדיום אלסטי. אזור של לחץ גבוה מלווה באזור של לחץ נמוך, וכך נוצרת סדרה של אזורים מתחלפים של דחיסה ונדיר, המתפשטים בתווך בצורה של גל. כל חלקיק של המדיום האלסטי במקרה זה יבצע תנועות תנודות.

איור 1 - תנועת חלקיקים במהלך התפשטות גל א) תנועה של חלקיקי התווך במהלך התפשטות גל אורכי; ב) תנועת חלקיקי התווך במהלך התפשטות גל רוחבי.

איור 2 - מאפייני תהליך התנודה

במדיה נוזלית וגזי, שבהם אין תנודות משמעותיות בצפיפות, גלים אקוסטיים הם אורכיים באופיים, כלומר, כיוון הרטט של החלקיקים עולה בקנה אחד עם כיוון התנועה של הגל. במוצקים, בנוסף לעיוותים אורכיים, מתרחשים גם עיוותי גזירה אלסטיים, הגורמים לעירור גלים רוחביים (גזירה); במקרה זה, החלקיקים מתנודדים בניצב לכיוון התפשטות הגל. מהירות ההתפשטות של גלים אורכיים גדולה בהרבה ממהירות ההתפשטות של גלי גזירה.

1.1 תחום חקר השפעות קול על תהליכים כימיים

ענף הכימיה החוקר את האינטראקציה של גלים אקוסטיים רבי עוצמה ואת ההשפעות הכימיות והפיזיקליות-כימיות הנובעות מכך נקרא סונוכימיה (סונוכימיה). כימיית הקול חוקרת את הקינטיקה והמנגנון של תגובות כימיות קוליות המתרחשות בעוצמת הקול של שדה קול. תחום כימיית הקול כולל גם כמה תהליכים פיסיקליים וכימיים בשדה קול: סונולומינסנציה, פיזור של חומר בהשפעת קול, אמולסיפיקציה ותהליכים כימיים קולואידים אחרים. Sonoluminescence היא תופעה של הבזק אור המתרחש במהלך קריסת בועות קוויטציה הנוצרות בנוזל על ידי גל קולי חזק. ניסוי טיפוסי לתצפית על סונולומינסנציה הוא כדלקמן: מהוד מונח במיכל מים ונוצר בו גל קולי כדורי עומד. עם עוצמת אולטרסאונד מספקת, מקור נקודתי בהיר של אור כחלחל מופיע ממש במרכז המיכל - צליל הופך לאור. הסונוכימיה מתמקדת בחקר תגובות כימיות המתרחשות בהשפעת תנודות אקוסטיות - תגובות קול-כימיות.

ככלל, תהליכים כימיים קוליים נלמדים בטווח האולטראסוני (מ-20 קילו-הרץ למספר מגה-הרץ). רעידות קול בטווח קילו-הרץ וטווח התת-סאונד נחקרות בתדירות נמוכה בהרבה.

כימיה קול חוקרת את תהליכי הקוויטציה. Cavitamcia (מלטינית cavita - ריק) הוא תהליך של אידוי ובעקבותיו עיבוי של בועות אדים בזרימת נוזל, המלווה ברעש וזעזועים הידראוליים, היווצרות חללים בנוזל (בועות קוויטציה, או מערות) המלאות באדים של הנוזל עצמו בו הוא מתרחש. קוויטציה מתרחשת כתוצאה מירידה מקומית בלחץ בנוזל, שיכולה להתרחש עם עלייה במהירות שלו (קאוויטציה הידרודינמית), או עם מעבר של גל אקוסטי בעוצמה גבוהה במהלך חצי התקופה הנדירה (קאוויטציה אקוסטית). ); ישנן סיבות אחרות להשפעה. מעבר עם הזרימה לאזור עם יותר לחץ גבוהאו במהלך חצי מחזור הדחיסה, בועת הקוויטציה קורסת, פולטת גל הלם.

1.2 שיטות כימיה של סאונד

כדי לחקור תגובות קול-כימיות, נעשה שימוש בשיטות הבאות: אפקט פיזואלקטרי הפוך ואפקט מגנטוסטרציה ליצירת תנודות קול בתדר גבוה בנוזל, כימיה אנליטית לחקר תוצרי תגובות קול-כימיות, אפקט פיזואלקטרי הפוך - התרחשות של עיוותים מכניים בהשפעת שדה חשמלי (בשימוש בפולטים אקוסטיים, בתנועות מכניות של מערכות - מפעילים).

Magnetostreaming היא תופעה שכאשר מצב המגנטיזציה של גוף משתנה, הנפח והממדים הליניאריים שלו משתנים (משמש ליצירת אולטרסאונד והיפרסאונד).

אינפרסאונד -- גלי קול, בעל תדירות נמוכה ממה שנתפס אוזן אנושית. מכיוון שהאוזן האנושית מסוגלת בדרך כלל לשמוע צלילים בטווח התדרים של 16-20,000 הרץ, 16 הרץ נחשב לרוב הגבול העליון של תחום התדרים התת-סאונד. הגבול התחתון של טווח התדרים מוגדר כ-0.001 הרץ.

ל-Infrasound יש מספר תכונות הקשורות לתדירות הנמוכה של רעידות של מדיום אלסטי: יש לו אמפליטודות רטט גדולות בהרבה; מתפשט הרבה יותר באוויר, שכן ספיגתו באטמוספירה זניחה; מציג את תופעת הדיפרקציה, וכתוצאה מכך הוא חודר בקלות לחדרים ומסתובב סביב מכשולים החוסמים צלילים נשמעים; גורם לעצמים גדולים לרטוט עקב תהודה.

גל אולטרסאונד כימי קוויטציה

2. שימוש באינפראסאונד כדרך להעצמת תהליכים כימיים וטכנולוגיים

השפעה פיזית על תגובות כימיות במקרה זה מתבצעת במכשירי אינפרסאונד,- מכשירים שבהם, להעצמה תהליכים טכנולוגייםבמדיה נוזלית, נעשה שימוש ברעידות אקוסטיות בתדר נמוך (למעשה אינפרא תדר צלילעד 20 הרץ, תדרי צליל עד 100 הרץ). רעידות נוצרות ישירות במדיום המעובד באמצעות פולטים גמישים של תצורות וצורות שונות או בוכנות מתכת קשיחות המחוברות לדפנות של מיכלים טכנולוגיים באמצעות אלמנטים אלסטיים (למשל, גומי). זה מאפשר להקל על דפנות המנגנון האינפרסוני מרטט של המקור, ולהפחית משמעותית את הרטט ורמת הרעש שלהם. מתחמי ייצור. במכשירי אינפרסאונד מתרגשות רעידות עם משרעות גדולות (מיחידות ועד עשרות מ"מ).

עם זאת, הקליטה הנמוכה של אינפרסאונד על ידי המדיום העובד והאפשרות להתאים אותו עם פולט התנודה (בחירת פרמטרי מקור מתאימים) וגודל המנגנון (לעיבוד נפחים נתונים של נוזל) מאפשרים להרחיב את הגל הלא ליניארי השפעות המתעוררות בעת חשיפה לאינפרסאונד לנפחים טכנולוגיים גדולים. בשל כך, מכשירי אינפרסאונד שונים באופן מהותי מאלה קוליים, שבהם מעובדים נוזלים בנפח קטן.

הדברים הבאים מיושמים במכשירי אינפרסאונד: השפעות פיזיות(אחד או יותר בו זמנית): קוויטציה, סימן מתחלף במשרעת גבוהה ולחץ קרינה (קרינת קול), זרימות נוזל מתחלפות, זרימות אקוסטיות (רוח קולית), הסרת גז של הנוזל ויצירת בועות גז רבות ושכבות שיווי המשקל שלהן בו , הסטת פאזה של תנודות בין חלקיקים מרחפים לנוזל. השפעות אלו מאיצות באופן משמעותי תגובות חיזור, אלקטרוכימיות ואחרות, מעצימות פי 2-4 את התהליכים התעשייתיים של ערבוב, סינון, המסה ופיזור של חומרים מוצקים בנוזלים, הפרדה, סיווג וייבוש תרחיפים, כמו גם ניקוי חלקים ומנגנונים וכו'. .

השימוש באינפראסאונד מאפשר להפחית את צריכת האנרגיה והמתכת הספציפית מספר פעמים ו ממדיםמכשירים, כמו גם נוזלי תהליך ישירות בזרימה בעת הובלתם דרך צינורות, מה שמבטל את התקנת מערבלים והתקנים אחרים.

איור 3 - מנגנון אינפרסאוני לערבוב מתלים: 1 - פולט רטט ממברנה; 2 - אפנן אוויר דחוס; 3 - מכשיר אתחול; 4 - מדחס

אחד מתחומי היישום הנפוצים ביותר של אינפרסאונד הוא ערבוב של מתלים באמצעות, למשל, התקני אינפרסאונד שפופרת. מכונה כזו מורכבת מפולט הידרופנאומטי אחד או יותר המחוברים בסדרה וממכשיר טעינה.

3. שימוש באולטרסאונד בהעצמת תהליכים כימיים

אולטרסאונד mk - גלי קול בעלי תדר גבוה יותר ממה שנתפס על ידי האוזן האנושית; בדרך כלל, אולטרסאונד פירושו תדרים מעל 20,000 הרץ. רעידות בתדר גבוה המשמשות בתעשייה נוצרות בדרך כלל באמצעות מתמרים פיזוקרמיים. במקרים בהם יש חשיבות עיקרית לכוחן של רעידות אולטרסאונד, נעשה שימוש במקורות מכניים של אולטרסאונד.

השפעת האולטרסאונד על תהליכים כימיים ופיסיקו-כימיים המתרחשים בנוזלים כוללת: התחלת תגובות כימיות מסוימות, שינויים במהירות ולעיתים בכיוון של תגובות, הופעת זוהר נוזלי (סונולומינסנציה), יצירת גלי הלם בנוזלים, אמולסיפיקציה של חומר שאינו מתערבב. נוזלים והתלכדות (התמזגות). חלקיקים בתוך תווך נע או על פני גוף) תחליבים, פיזור (טחינה עדינה של מוצקים או נוזלים) של מוצקים וקרישה (שילוב של חלקיקים קטנים מפוזרים לאגרגטים גדולים יותר) של חלקיקים מוצקים נוזל, ביטול גז של נוזל וכו'. מכשירים אולטראסוניים משמשים לביצוע תהליכים טכנולוגיים.

השפעת האולטרסאונד על תהליכים שונים קשורה לקוויטציה (היווצרות בנוזל במהלך מעבר של גל אקוסטי של חללים (בועות cavitation) המלאות בגז, קיטור או תערובת שלהם).

ניתן לחלק תגובות כימיות המתרחשות בנוזל בהשפעת אולטרסאונד (תגובות קול-כימיות) ל: א) תגובות חיזור המתרחשות בתמיסות מימיות בין מומסים ותוצרי פירוק של מולקולות מים בתוך בועת קוויטציה (H, OH,), למשל:

ב) תגובות בין גזים מומסים לחומרים בעלי לחץ אדים גבוה הנמצאים בתוך בועת הקוויטציה:

ג) תגובות שרשרת יזומות לא על ידי תוצרי הפירוק הרדיקליים של מים, אלא על ידי חומר אחר שמתנתק בבועת הקוויטציה, למשל, איזומריזציה של חומצה מאלאית לחומצה פומארית בהשפעת Br, שנוצרה כתוצאה מניתוק סונוכימי.

ד) תגובות המערבות מקרומולקולות. עבור תגובות אלה, חשובים לא רק הקוויטציה וגלי הלם הקשורים וסילונים מצטברים, אלא גם כוחות מכניים, פירוק מולקולות. המקרו-רדיקלים המתקבלים בנוכחות המונומר מסוגלים ליזום פילמור.

ה) ייזום פיצוץ בחומרי נפץ נוזליים ומוצקים.

ו) תגובות במערכות נוזליות שאינן מימיות, למשל פירוליזה וחמצון פחמימנים, חמצון של אלדהידים ואלכוהול, אלקילציה של תרכובות ארומטיות וכו'.

המאפיין האנרגיה העיקרי של תגובות סונוכימיות הוא תפוקת האנרגיה, המתבטאת במספר מולקולות התוצר הנוצרות על חשבון 100 eV של אנרגיה נספגת. תפוקת האנרגיה של תוצרי תגובות חיזור בדרך כלל אינה עולה על מספר יחידות, ועבור תגובות שרשרתמגיע לכמה אלפים.

בהשפעת אולטרסאונד, בתגובות רבות ניתן להגביר את המהירות פי כמה (למשל בתגובות של הידרוגנציה, איזומריזציה, חמצון וכו'), לעיתים גם התפוקה עולה במקביל.

את השפעת האולטרסאונד חשוב לקחת בחשבון בעת ​​פיתוח וביצוע תהליכים טכנולוגיים שונים (למשל, בחשיפה למים בהם מומס אוויר נוצרות תחמוצות חנקן), על מנת להבין את התהליכים הנלווים לקליטת הקול ב כְּלֵי תִקְשׁוֹרֶת.

סיכום

נכון להיום, תנודות קול נמצאות בשימוש נרחב בתעשייה, בהיותן גורם טכנולוגי מבטיח המאפשר, במידת הצורך, להעצים בחדות את תהליכי הייצור.

השימוש באולטרסאונד רב עוצמה בתהליכים טכנולוגיים לייצור ועיבוד של חומרים וחומרים מאפשר:

להפחית את העלות של תהליך או מוצר,

קבל מוצרים חדשים או שפר את האיכות של הקיימים,

להעצים תהליכים טכנולוגיים מסורתיים או לעורר יישום של תהליכים חדשים,

לתרום לשיפור המצב הסביבתי על ידי הפחתת האגרסיביות של נוזלי תהליך.

עם זאת, יש לציין שלאולטרסאונד יש השפעה שלילית ביותר על אורגניזמים חיים. על מנת לצמצם השפעות מסוג זה, מומלץ להציב מתקנים קוליים בחדרים מיוחדים תוך שימוש במערכות לביצוע תהליכים טכנולוגיים עליהם. שלט רחוק. לאוטומציה של מתקנים אלה יש השפעה רבה.

דרך חסכונית יותר להגן מפני השפעות האולטרסאונד היא להשתמש במארזים מבודדי קול המכסים יחידות אולטרסאונד, או מסכים הממוקמים בנתיב של התפשטות אולטרסאונד. מסכים אלו עשויים מפלדה או דוראלומין, פלסטיק או גומי מיוחד.

רשימת מקורות בשימוש

1. מרגוליסאִמָא. יסודות כימיה של קול (תגובות כימיות בשדות אקוסטיים); ספר לימוד מדריך לכימיה. וטכנולוג כימי. התמחויות של אוניברסיטאות / M.A. מרגוליס. מ.: בית ספר גבוה, 1984. 272 ​​עמ'.

2. Susliсk K.S. אולטרסאונד. ההשפעות הכימיות, הפיזיקליות והביולוגיות שלו. עריכה: VCH, N.Y., 336 rub.

3. קרדשב ג.א. שיטות פיזיותהעצמת תהליכים טכנולוגיים כימיים. מ.: כימיה, 1990, 208 עמ'.

5. זוהר

6. אולטרסאונד

פורסם ב- Allbest.ru

מסמכים דומים

תהליכים של טכנולוגיה כימית. פיתוח מערך תהליכים כימיים-טכנולוגיים. קריטריוני אופטימיזציה. שיטה טופולוגית ו-CTS. מושגים והגדרות של תורת הגרפים. פרמטרים של המצב הטכנולוגי של אלמנטי CTS. חקר תהליכים סטוכסטיים.

הרצאה, נוספה 18/02/2009


תיאוריה של תהליכים כימיים של סינתזה אורגנית. פתרון: במהלך אלקילציה של בנזן עם פרופילן בנוכחות זרזים כלשהם, מתרחשת החלפה רציפה של אטומי מימן ליצירת תערובת של מוצרים מעלות משתנותאלקילציה.

עבודה בקורס, נוסף 01/04/2009


סינתזה אורגניתכענף בכימיה, הנושא ושיטות המחקר שלו. המהות של תהליכי אלקילציה ואצילציה, תגובות אופייניות ועקרונות התרחשותם. תיאור תגובות עיבוי. מאפיינים, משמעות של תגובות ניטרציה והלוגנציה.

הרצאה, נוספה 28/12/2009


שלבי לימוד תהליכי בעירה ופיצוץ. סוגי הפיצוצים העיקריים, סיווגם לפי סוג התגובות הכימיות וצפיפות החומר. תגובות פירוק, חיזור, פילמור, איזומריזציה ועיבוי, תערובות הן הבסיס לפיצוצים.

תקציר, נוסף 06/06/2011


טיפול במים תעשייתיים. מערך פעולות המבטיחות טיהור מים. תהליכים לא קטליטיים הומוגניים והטרוגניים בשלבי נוזל וגזים, דפוסים ושיטות ההתעצמות שלהם. השוואה בין סוגים שונים של כורים כימיים.

הרצאה, נוספה 29/03/2009


שיטות להשגת צבעים. הכנת נתרן סולפנילט על ידי סינתזה. מאפיינים של חומרי הגלם ההתחלתיים והמוצר המתקבל. חישוב תהליכים וציוד כימי-טכנולוגי. תיאור מתמטי שיטה כימיתהשגת נתרן סולפנילט.

עבודת גמר, נוספה 21/10/2013


מושג וחישוב קצב התגובות הכימיות, משמעותו ויישומו המדעיים והמעשיים. ניסוח חוק הפעולה ההמונית. גורמים המשפיעים על קצב התגובות הכימיות. דוגמאות לתגובות המתרחשות במערכות הומוגניות והטרוגניות.

מצגת, נוספה 30/04/2012


הרעיון והתנאים למעבר של תגובות כימיות. מאפיינים של תגובות של תרכובות, פירוק, החלפה, החלפה ויישומה בתעשייה. תגובות חיזור הן הבסיס למטלורגיה, תמצית הערכיות, סוגי טרנסיפיקציה.

תקציר, נוסף 27/01/2012


חשיבות המים עבור תעשייה כימית. הכנת מים עבור תהליכי ייצור. תהליכים קטליטיים, סיווגם. השפעת זרז על מהירות תהליכים טכנולוגיים כימיים. מאזן חומרים של תנור בעירה גופרית.

מבחן, נוסף 18/01/2014


מנגנונים של השפעת אולטרסאונד על תגובות כימיות. לקחת זאת בחשבון בעת ​​פיתוח וביצוע תהליכים טכנולוגיים. טכנולוגיות המיושמות באמצעות אולטרסאונד. ניקוי והסרת שומנים מדויקים. הסרת גז של נמסים וריתוך של פולימרים ומתכות.

הַגדָרָה

תגובה כימיתנקראות טרנספורמציות של חומרים שבהן מתרחש שינוי בהרכבם ו(או) המבנה שלהם.

לרוב, תגובות כימיות מובנות כתהליך של המרת חומרי מוצא (ריאגנטים) לחומרים סופיים (מוצרים).

תגובות כימיות נכתבות באמצעות משוואות כימיות המכילות את הנוסחאות של חומרי המוצא ומוצרי התגובה. על פי חוק שימור המסה, מספר האטומים של כל יסוד בצד שמאל ו חלקים נכוניםמשוואות כימיות זהות. בדרך כלל, הנוסחאות של חומרי המוצא כתובות בצד שמאל של המשוואה, והנוסחאות של התוצרים בצד ימין. השוויון של מספר האטומים של כל יסוד בצד שמאל וימין של המשוואה מושג על ידי הצבת מקדמים סטוכיומטריים שלמים מול נוסחאות החומרים.

משוואות כימיות עשויות להכיל מידע נוסף על מאפייני התגובה: טמפרטורה, לחץ, קרינה וכו', המסומן על ידי הסמל המתאים מעל (או "מתחת") לסימן השוויון.

ניתן לקבץ את כל התגובות הכימיות למספר מחלקות, שיש להן מאפיינים מסוימים.

סיווג של תגובות כימיות לפי מספר והרכב החומרים המוצאים והנוצרים

לפי סיווג זה, תגובות כימיות מחולקות לתגובות של חיבור, פירוק, החלפה והחלפה.

כתוצאה תגובות מורכבותמשני או יותר חומרים (מורכבים או פשוטים) נוצר חומר אחד חדש. IN השקפה כלליתהמשוואה לתגובה כימית כזו תיראה כך:

לדוגמה:

CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2

SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4

2Mg + O 2 = 2MgO.

2FeCl 2 + Cl 2 = 2FeCl 3

התגובות של התרכובת הן ברוב המקרים אקסותרמיות, כלומר. להמשיך עם שחרור החום. אם התגובה כרוכה חומרים פשוטים, אז תגובות כאלה הן לרוב תגובות חיזור (ORR), כלומר. מתרחשים עם שינויים במצבי החמצון של יסודות. אי אפשר לומר באופן חד משמעי אם התגובה של תרכובת בין חומרים מורכבים תסווג כ-ORR.

תגובות המביאות להיווצרות של מספר חומרים חדשים אחרים (מורכבים או פשוטים) מחומר מורכב אחד מסווגות כ תגובות פירוק. באופן כללי, המשוואה לתגובה הכימית של פירוק תיראה כך:

לדוגמה:

CaCO 3 CaO + CO 2 (1)

2H 2 O = 2H 2 + O 2 (2)

CuSO 4 × 5H 2 O = CuSO 4 + 5H 2 O (3)

Cu(OH) 2 = CuO + H 2 O (4)

H 2 SiO 3 = SiO 2 + H 2 O (5)

2SO 3 =2SO 2 + O 2 (6)

(NH 4) 2 Cr 2 O 7 = Cr 2 O 3 + N 2 +4H 2 O (7)

רוב תגובות הפירוק מתרחשות בחימום (1,4,5). פירוק אפשרי בהשפעת זרם חשמלי (2). הפירוק של הידרטים גבישיים, חומצות, בסיסים ומלחים של חומצות המכילות חמצן (1, 3, 4, 5, 7) מתרחש מבלי לשנות את מצבי החמצון של היסודות, כלומר. תגובות אלו אינן קשורות ל-ODD. תגובות פירוק ORR כוללות פירוק של תחמוצות, חומצות ומלחים הנוצרים על ידי יסודות ב תארים גבוהים יותרחמצון (6).

תגובות פירוק נמצאות גם בכימיה אורגנית, אך בשמות אחרים - פיצוח (8), דהידרוגנציה (9):

C 18 H 38 = C 9 H 18 + C 9 H 20 (8)

C 4 H 10 = C 4 H 6 + 2H 2 (9)

בְּ תגובות החלפהחומר פשוט יוצר אינטראקציה עם חומר מורכב, ויוצר חומר פשוט חדש וחומר מורכב חדש. באופן כללי, המשוואה לתגובת החלפה כימית תיראה כך:

לדוגמה:

2Al + Fe 2 O 3 = 2Fe + Al 2 O 3 (1)

Zn + 2HCl = ZnСl 2 + H 2 (2)

2KBr + Cl 2 = 2KCl + Br 2 (3)

2KlO 3 + l 2 = 2KlO 3 + Сl 2 (4)

CaCO 3 + SiO 2 = CaSiO 3 + CO 2 (5)

Ca 3 (PO 4) 2 + 3SiO 2 = 3СаSiO 3 + P 2 O 5 (6)

CH 4 + Cl 2 = CH 3 Cl + HCl (7)

רוב תגובות ההחלפה הן חיזור (1 - 4, 7). דוגמאות לתגובות פירוק שבהן לא מתרחש שינוי במצבי החמצון הן מעטות (5, 6).

החלפת תגובותהן תגובות המתרחשות בין חומרים מורכבים שבהם הם מחליפים את שלהם רכיבים. בדרך כלל מונח זה משמש לתגובות הכוללות יונים שנמצאו ב תמיסה מימית. באופן כללי, המשוואה לתגובת החלפה כימית תיראה כך:

AB + CD = AD + CB

לדוגמה:

CuO + 2HCl = CuCl 2 + H 2 O (1)

NaOH + HCl = NaCl + H 2 O (2)

NaHCO 3 + HCl = NaCl + H 2 O + CO 2 (3)

AgNO 3 + KBr = AgBr ↓ + KNO 3 (4)

CrCl 3 + ZNaON = Cr(OH) 3 ↓+ ZNaCl (5)

תגובות החליפין אינן חיזור. מקרה מיוחדתגובות חילופין אלו הן תגובות נטרול (תגובות בין חומצות ואלקליות) (2). תגובות החליפין מתרחשות בכיוון שבו לפחות אחד מהחומרים מוסר מכדור התגובה בצורה של חומר גזי (3), משקעים (4, 5) או תרכובת מתנתקת בצורה גרועה, לרוב מים (1, 2). ).

סיווג תגובות כימיות לפי שינויים במצבי חמצון

בהתאם לשינוי במצבי החמצון של היסודות המרכיבים את הריאגנטים ותוצרי התגובה, כל התגובות הכימיות מחולקות לתגובות חיזור (1, 2) ולאלו המתרחשות ללא שינוי מצב החמצון (3, 4).

2Mg + CO 2 = 2MgO + C (1)

Mg 0 – 2e = Mg 2+ (חומר מפחית)

C 4+ + 4e = C 0 (חומר מחמצן)

FeS 2 + 8HNO 3 (קונצרן) = Fe(NO 3) 3 + 5NO + 2H 2 SO 4 + 2H 2 O (2)

Fe 2+ -e = Fe 3+ (חומר מפחית)

N 5+ +3e = N 2+ (חומר מחמצן)

AgNO 3 +HCl = AgCl ↓ + HNO 3 (3)

Ca(OH) 2 + H 2 SO 4 = CaSO 4 ↓ + H 2 O (4)

סיווג תגובות כימיות לפי השפעה תרמית

תלוי אם חום (אנרגיה) משתחרר או נספג במהלך התגובה, כל התגובות הכימיות מחולקות באופן קונבנציונלי לאקסותרמיות (1, 2) ואנדותרמיות (3), בהתאמה. כמות החום (האנרגיה) המשתחררת או נספגת במהלך תגובה נקראת ההשפעה התרמית של התגובה. אם המשוואה מציינת את כמות החום המשתחררת או נספג, אז משוואות כאלה נקראות תרמוכימיות.

N 2 + 3H 2 = 2NH 3 +46.2 kJ (1)

2Mg + O 2 = 2MgO + 602.5 kJ (2)

N 2 + O 2 = 2NO – 90.4 קילו-ג'יי (3)

סיווג תגובות כימיות לפי כיוון התגובה

על סמך כיוון התגובה, מבחינים בין הפיך (תהליכים כימיים שתוצריהם מסוגלים להגיב זה עם זה באותם תנאים בהם התקבלו ליצירת חומרי המוצא) לבין בלתי הפיך (תהליכים כימיים שתוצריהם אינם מסוגלים להגיב זה עם זה ליצירת חומרי המוצא).

עבור תגובות הפיכות, המשוואה בצורה כללית כתובה בדרך כלל כך:

A + B ↔ AB

לדוגמה:

CH 3 COOH + C 2 H 5 OH ↔ H 3 COOC 2 H 5 + H 2 O

דוגמאות לתגובות בלתי הפיכות כוללות את התגובות הבאות:

2КlО 3 → 2Кl + ЗО 2

C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O

עדות לבלתי הפיך של תגובה יכולה להיות שחרור של חומר גזי, משקעים או תרכובת מתנתקת בצורה גרועה, לרוב מים, כתוצרי תגובה.

סיווג תגובות כימיות לפי נוכחות זרז

מנקודת מבט זו, תגובות קטליטיות ולא קטליטיות מובחנות.

זרז הוא חומר שמאיץ את התקדמותה של תגובה כימית. תגובות המתרחשות בהשתתפות זרזים נקראות קטליטיות. חלק מהתגובות אינן יכולות להתרחש כלל ללא נוכחות של זרז:

2H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2 (זרז MnO 2)

לעתים קרובות אחד מתוצרי התגובה משמש כזרז שמאיץ תגובה זו (תגובות אוטוקטליטיות):

MeO+ 2HF = MeF 2 + H 2 O, כאשר Me היא מתכת.

דוגמאות לפתרון בעיות

דוגמה 1

במהלך תגובות כימיות, חומר אחד מייצר אחר (לא להתבלבל עם תגובות גרעיניות, שבהן יסוד כימיהופך לאחר).

כל תגובה כימית מתוארת על ידי משוואה כימית:

מגיבים → מוצרי תגובה

החץ מציין את כיוון התגובה.

לדוגמה:

בתגובה זו, מתאן (CH 4) מגיב עם חמצן (O 2), וכתוצאה מכך נוצרים פחמן דו חמצני (CO 2) ומים (H 2 O), או ליתר דיוק, אדי מים. זו בדיוק התגובה שקורה במטבח שלכם כשאתם מדליקים מבער גז. יש לקרוא את המשוואה כך: מולקולה אחת של גז מתאן מגיבה עם שתי מולקולות של גז חמצן לייצור מולקולה אחת של פחמן דו חמצני ושתי מולקולות מים (אדי מים).

המספרים הממוקמים לפני מרכיבי תגובה כימית נקראים מקדמי תגובה.

קורות תגובות כימיות אנדותרמי(עם ספיגת אנרגיה) ו אקסותרמי(עם שחרור אנרגיה). שריפת מתאן היא דוגמה אופיינית לתגובה אקזותרמית.

ישנם מספר סוגים של תגובות כימיות. הנפוץ ביותר:

• תגובות חיבור;
• תגובות פירוק;
• תגובות החלפה בודדות;
• תגובות עקירה כפולות;
• תגובות חמצון;
• תגובות חיזור.

תגובות מורכבות

בתגובות מורכבות, לפחות שני יסודות יוצרים תוצר אחד:

2Na (t) + Cl 2 (g) → 2NaCl (t)- היווצרות מלח שולחן.

יש לשים לב לניואנס מהותי של תגובות מורכבות: בהתאם לתנאי התגובה או הפרופורציות של הריאגנטים הנכנסים לתגובה, התוצאה שלה עשויה להיות מוצרים שונים. למשל, בתנאי בעירה רגילים של פחם מסתבר פחמן דו חמצני:
C (t) + O 2 (g) → CO 2 (g)

אם כמות החמצן אינה מספקת, נוצר פחמן חד חמצני קטלני:
2C (t) + O 2 (g) → 2CO (g)

תגובות פירוק

תגובות אלו הן, כביכול, הפוכות בעצם לתגובות התרכובת. כתוצאה מתגובת הפירוק, החומר מתפרק לשני (3, 4...) יסודות פשוטים יותר (תרכובות):

• 2H 2 O (l) → 2H 2 (g) + O 2 (g)- פירוק מים
• 2H 2 O 2 (l) → 2H 2 (g) O + O 2 (g)- פירוק מי חמצן

תגובות עקירה בודדות

כתוצאה מתגובות החלפה בודדות, יסוד פעיל יותר מחליף אחד פחות פעיל בתרכובת:

Zn (s) + CuSO 4 (פתרון) → ZnSO 4 (פתרון) + Cu (s)

אבץ בתמיסת סולפט נחושת מחליף את הנחושת הפחות פעילה, וכתוצאה מכך נוצרת תמיסת אבץ סולפט.

מידת הפעילות של מתכות בסדר פעילות הולך וגדל:

• הפעילים ביותר הם מתכות אלקליות ואדמה אלקליין

המשוואה היונית עבור התגובה לעיל תהיה:

Zn (t) + Cu 2+ + SO 4 2- → Zn 2+ + SO 4 2- + Cu (t)

הקשר היוני CuSO 4, כאשר הוא מומס במים, מתפרק לקטיון נחושת (מטען 2+) ולאניון סולפט (מטען 2-). כתוצאה מתגובת ההחלפה נוצר קטיון אבץ (שיש לו מטען זהה לקטיון הנחושת: 2-). שימו לב שהאניון הסולפט קיים משני צידי המשוואה, כלומר, לפי כל כללי המתמטיקה, ניתן להפחית אותו. התוצאה היא משוואה יון מולקולרית:

Zn (t) + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu (t)

תגובות עקירה כפולות

בתגובות החלפה כפולות, שני אלקטרונים כבר מוחלפים. תגובות כאלה נקראות גם החלפת תגובות. תגובות כאלה מתרחשות בתמיסה עם היווצרות של:

• לֹא מָסִיס מוצק(תגובות משקעים);
• מים (תגובת נטרול).

תגובות משקעים

כאשר מערבבים תמיסה של חנקתי כסף (מלח) עם תמיסה של נתרן כלורי, נוצר כסף כלורי:

משוואה מולקולרית: KCl (פתרון) + AgNO 3 (p-p) ← AgCl (s) + KNO 3 (p-p)

משוואה יונית: K + + Cl - + Ag + + NO 3 - → AgCl (t) + K + + NO 3 -

משוואה יונית מולקולרית: Cl - + Ag + → AgCl (s)

אם תרכובת מסיסה, היא תהיה קיימת בתמיסה בצורה יונית. אם התרכובת אינה מסיסה, היא תשקע ליצירת מוצק.

תגובות ניטרול

אלו הן תגובות בין חומצות לבסיסים שגורמות להיווצרות מולקולות מים.

לדוגמה, התגובה של ערבוב תמיסה של חומצה גופרתית ותמיסה של נתרן הידרוקסיד (לוב):

משוואה מולקולרית: H 2 SO 4 (p-p) + 2NaOH (p-p) → Na 2 SO 4 (p-p) + 2H 2 O (l)

משוואה יונית: 2H + + SO 4 2- + 2Na + + 2OH - → 2Na + + SO 4 2- + 2H 2 O (l)

משוואה יונית מולקולרית: 2H + + 2OH - → 2H 2 O (l) או H + + OH - → H 2 O (l)

תגובות חמצון

אלו הן תגובות של אינטראקציה של חומרים עם חמצן גזי באוויר, שבהן, ככלל, מספר גדול שלאנרגיה בצורה של חום ואור. תגובת חמצון אופיינית היא בעירה. ממש בתחילת הדף הזה היא התגובה בין מתאן וחמצן:

CH 4 (g) + 2O 2 (g) → CO 2 (g) + 2H 2 O (g)

מתאן שייך לפחמימנים (תרכובות של פחמן ומימן). כאשר פחמימן מגיב עם חמצן, משתחררת אנרגיה תרמית רבה.

תגובות חיזור

אלו הן תגובות שבהן אלקטרונים מוחלפים בין אטומים מגיבים. התגובות שנדונו לעיל הן גם תגובות חיזור:

• 2Na + Cl 2 → 2NaCl - תגובה תרכובת
• CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O - תגובת חמצון
• Zn + CuSO 4 → ZnSO 4 + Cu - תגובת החלפה יחידה

תגובות חיזור עם מספר רב של דוגמאות לפתרון משוואות בשיטת איזון האלקטרונים ושיטת חצי תגובה מתוארות בפירוט רב ככל האפשר בסעיף

שחרור קול בתגובות כימיות נצפה לרוב במהלך פיצוצים, כאשר עלייה חדה בטמפרטורה ובלחץ גורמת לרעידות באוויר. אבל אתה יכול להסתדר בלי פיצוצים. אם יוצקים מעט חומץ על סודה לשתייה, נשמע קול שריקה ומשתחרר פחמן דו חמצני: NaHCO3 + CH3COOH = CH3COONa + H2O + CO2. ברור שבחלל חסר אוויר לא יישמעו התגובה הזו ולא הפיצוץ.

דוגמה נוספת: אם יוצקים מעט חומצה גופרתית מרוכזת כבדה על תחתית גליל זכוכית, ואז יוצקים שכבה של אלכוהול קל מעל, ואז מניחים גבישים של אשלגן פרמנגנט (אשלגן פרמנגנט) על הגבול בין שני הנוזלים, ישמע צליל פצפוץ חזק למדי, וניצוצות בהירים נראים בחושך. הנה דוגמה מעניינת מאוד של "כימיה של סאונד".

כולם שמעו את הלהבה שואגת בתנור.

זמזום נשמע גם אם מציתים את המימן שיוצא מהצינור ומורידים את קצה הצינור לתוך כלי חרוטי או כדורי. תופעה זו כונתה הלהבה המזמרת.

ידועה גם התופעה ההפוכה בדיוק - השפעת צליל שריקה על להבה. הלהבה יכולה, כביכול, "לחוש" קול, לעקוב אחר שינויים בעוצמתה וליצור מעין "עותק קל" של תנודות הקול.

אז כל דבר בעולם קשור זה בזה, כולל אפילו מדעים רחוקים לכאורה כמו כימיה ואקוסטיקה.

הבה ניקח בחשבון את הסימנים האחרונים של תגובות כימיות לעיל - משקעים של משקעים מתמיסה.

IN חיי היום - יוםתגובות כאלה הן נדירות. יש גננים יודעים שאם, כדי להילחם במזיקים, מכינים את מה שנקרא נוזל בורדו (על שם העיר בצרפת בורדו, שבה רוססו בו כרמים) וכדי לעשות זאת, מערבבים תמיסה של נחושת גופרתית עם חלב סיד , ייווצר משקעים.

כיום, מעט אנשים מכינים נוזל בורדו, אבל כולם ראו את האבנית בתוך הקומקום. מסתבר שגם מדובר במשקע שנוצר במהלך תגובה כימית!

זו התגובה. יש מעט סידן ביקרבונט Ca(HCO3)2 מסיס במים. חומר זה נוצר כאשר מים תת קרקעיים, בהם מומס פחמן דו חמצני, מחלחלים דרך סלעים גירניים.

במקרה זה מתרחשת התגובה של פירוק סידן פחמתי (כלומר, ממנו עשויים אבן גיר, גיר ושיש): CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2. אם מים מתאדים כעת מהתמיסה, התגובה מתחילה ללכת בכיוון ההפוך.

מים יכולים להתאדות כאשר תמיסה של סידן ביקרבונט אוספת טיפות על תקרת מערה תת קרקעית וטיפות אלו נופלות מדי פעם למטה.

כך נולדים נטיפים וזקיפים. תְגוּבָה חֲרִיפָהמתרחש כאשר התמיסה מחוממת.

כך נוצרת אבנית בקומקום.

וככל שהיה יותר ביקרבונט במים (אז המים נקראים קשים), כך נוצר יותר אבנית. וזיהומים של ברזל ומנגן הופכים את האבנית לא לבנה, אלא צהובה או אפילו חומה.

קל לוודא שהאבנית היא אכן קרבונטית. כדי לעשות זאת, אתה צריך לטפל בו עם חומץ - פתרון של חומצה אצטית.

כתוצאה מהתגובה CaCO3 + 2CH3COOH = (CH3COO)2Ca + + H2O + CO2, ישתחררו בועות של פחמן דו חמצני, והאבנית תתחיל להתמוסס.

הסימנים הרשומים (בואו נחזור עליהם שוב: שחרור אור, חום, גז, משקעים) לא תמיד מאפשרים לנו לומר שהתגובה באמת מתרחשת.

למשל, עם מאוד טמפרטורה גבוההסידן קרבונט CaCO3 (גיר, אבן גיר, שיש) מתפרק ונוצרים תחמוצת סידן ופחמן דו חמצני: CaCO3 = CaO + CO2, ובמהלך תגובה זו לא משתחררת אנרגיה תרמית אלא נספגת ו מראה חיצוניהחומר משתנה מעט.

דוגמה אחרת. אם אתה מערבב תמיסות מדוללות של חומצה הידרוכלורית ונתרן הידרוקסיד, אז לא נצפים שינויים גלויים, אם כי מתרחשת התגובה HC1 + NaOH = NaCl + H2O. בתגובה זו חומרים קאוסטיים - חומצה ואלקלי "כיבו" זה את זה, והתוצאה הייתה נתרן כלורי (מלח שולחן) ומים לא מזיק.

אבל אם אתה מערבב תמיסות של חומצה הידרוכלורית ואשלגן חנקתי (אשלגן חנקתי), אז לא תתרחש תגובה כימית.

אז, רק על ידי סימנים חיצונייםלא תמיד ניתן לדעת אם התרחשה תגובה.

הבה ניקח בחשבון את התגובות הנפוצות ביותר באמצעות הדוגמה של חומצות, בסיסים, תחמוצות ומלחים - הקבוצות העיקריות של תרכובות אנאורגניות.