Pratarmė
Įvadas
§ 1. Garso chemijos dalykas
§ 2. Esė apie garso chemijos raidą
§ 3. Eksperimentiniai garso chemijos metodai
1 skyrius. Garso laukas ir ultragarsinė kavitacija
§ 4. Akustinis laukas ir jį apibūdinantys dydžiai (pagrindinės sąvokos)
§ 5. Akustinė kavitacija skysčiuose
§ 6. Kavitacijos branduoliai skysčiuose
§ 7. Kavitacijos burbuliukų pulsavimas ir kolapsas
§ 8. Kavitacijos srities vystymosi dinamika
2 skyrius. Eksperimentiniai ir teoriniai sonocheminių reakcijų ir soioliuminescencijos tyrimai
§ 9. Įtaka įvairių veiksnių o sonocheminių reakcijų ir soioliuminescencijos atsiradimas
§ 10. Koliuminescencija įvairiuose skysčiuose
§ 11. Fiziniai procesai, sukeliantys garso chemines reakcijas ir soioliuminescenciją
§ 12. Spektriniai koliuminescencijos tyrimai
§ 13. Pirminiai ir antriniai elementarieji procesai kavitacijos burbule
§ 14. Ultragarsinių cheminių reakcijų klasifikacija
§ 15. Dėl dujų įtakos mechanizmo ir garso-cheminių reakcijų atsiradimo
§ 16. Mažo intensyvumo akustiniai laukai
§ 17. Žemo dažnio akustiniai laukai
3 skyrius. Garso-cheminių reakcijų ir kavitacijos sukeliamų fizikinių-cheminių procesų energija
§ 18. Pagrindiniai akustinių virpesių energijos pavertimo būdai
§ 19. Cheminė-akustinė reakcijos produktų išeiga (energijos išeiga)
§ 20. Ultragarsinio vandens skaidymo produktų pradinė cheminė-akustinė išeiga
§ 21. Soioliuminescencijos energijos išeiga
§ 22. Garso cheminių reakcijų greičio priklausomybė nuo ultragarso bangų intensyvumo
§ 23. Fizinių ir cheminių procesų, kuriuos sukelia kavitacija, greičio priklausomybė nuo ultragarso bangų intensyvumo
§ 24. Bendrieji kiekybiniai dėsniai
§ 25. Dėl garso-cheminių reakcijų energijos išėjimų ir sonoliuminescencijos ryšio
4 skyrius. Ultragarsinių cheminių reakcijų kinetika
§ 26. Stacionari būklė radikalų koncentracijai, apskaičiuotai per virpesių laikotarpį ir tūrį (pirmas apytikslis apskaičiavimas)
§ 27. Radikalų koncentracijos pokytis, apskaičiuotas per tūrį (antras aproksimacija)
§ 28. Radikalų erdvinio ir laiko pasiskirstymo kavitacijos-difuzijos modelis (trečias aproksimacija)
§ 29. Ultragarso bangų energijos vieta tarp kitų fizikinių medžiagų įtakos metodų
§ 30. Šilumos sklidimo iš kavitacijos burbulo ypatumai
5 skyrius. Vandens ir vandeninių tirpalų garso chemija
§ 31. Pagrindiniai gautų eksperimentinių rezultatų bruožai
§ 32. Chloracto rūgšties tirpalų sonolizė. Apie hidratuotų elektronų atsiradimą ultragarso bangų srityje
§ 33. Geležies (II) sulfato oksidacija ultragarso bangų srityje
§ 34. Cerio (IV) sulfato redukcija ultragarso bangų srityje
§ 35. Vandenilio peroksido sintezė vandens ir formiatų vandeninių tirpalų sonolizės metu
§ 36. Pradinių cheminių-akustinių išėjimų verčių apskaičiavimas
§ 37. Garso ir cheminės reakcijos vandenyje ir vandeniniuose tirpaluose azoto atmosferoje
§ 38. Etileno-1,2-dikarboksirūgšties ir jos esterių stereoizomerizacijos grandininės reakcijos inicijavimas ultragarso bangomis
Išvada. Ultragarso bangų panaudojimo moksle, technikoje ir medicinoje perspektyvos
Literatūra
Dalyko rodyklė

Siųsti savo gerą darbą žinių bazėje yra paprasta. Naudokite žemiau esančią formą

Studentai, magistrantai, jaunieji mokslininkai, kurie naudojasi žinių baze savo studijose ir darbe, bus jums labai dėkingi.

Paskelbta http://www.allbest.ru/

• Įvadas
• 1. Garso samprata. Garso bangos
• 1.1 Garso poveikio cheminiams procesams tyrimo sritis
• 1.2 Garso chemijos metodai
• 2. Infragarso naudojimas kaip stiprinimo būdas cheminių technologijų procesai
• 3. Ultragarso naudojimas kaip būdas sustiprinti cheminius procesus
• Išvada
• Įvadas
• Dvidešimt pirmas amžius – bio- ir nanotechnologijų, universalios informatizacijos, elektronikos, infragarso ir ultragarso amžius. Ultragarsas ir infragarsas yra bangos pavidalo sklindantis terpės dalelių svyruojantis judėjimas, kuriam būdinga daugybė skiriamieji bruožai lyginant su garso diapazono svyravimais. Ultragarso dažnių diapazone gana lengva gauti nukreiptą spinduliuotę; Ultragarsiniai virpesiai puikiai tinka fokusuoti, todėl tam tikrose įtakos srityse padidėja ultragarso virpesių intensyvumas. Pasiskirstant dujose, skysčiuose ir kietosios medžiagos Ak, garso vibracijos sukelia unikalius reiškinius, kurių daugelis buvo rasta praktinis naudojimasĮvairiose mokslo ir technologijų srityse atsirado dešimtys itin efektyvių, išteklius taupančių garso technologijų. IN pastaraisiais metais garso virpesių panaudojimas pradeda vaidinti vis svarbesnį vaidmenį pramonėje ir moksliniai tyrimai. Teoriniai ir eksperimentiniai tyrimai šioje srityje ultragarsinė kavitacija ir akustinius srautus, kurie leido sukurti naujus technologinius procesus, vykstančius veikiant ultragarsui skystoje fazėje.
• Šiuo metu formuojasi nauja chemijos kryptis - garsinė chemija, kuri leidžia pagreitinti daugelį cheminių-technologinių procesų ir gauti naujų medžiagų, kartu su teoriniais ir eksperimentiniais tyrimais garsinių cheminių reakcijų srityje, daug nuveikta. praktinis darbas. Garso technologijų kūrimas ir taikymas šiuo metu atveria naujas perspektyvas kuriant naujas medžiagas, suteikiant žinomoms medžiagoms ir aplinkai naujų savybių, todėl reikia suprasti reiškinius ir procesus, vykstančius veikiant ultragarsui ir infragarsui, naujų technologijų galimybes ir jų taikymo perspektyvas.
• 1. Garso samprata. Garso bangos

Garsas -- fizinis reiškinys, tai yra mechaninių virpesių sklidimas elastingų bangų pavidalu kietoje, skystoje ar dujinėje terpėje. Siaurąja prasme garsas reiškia šiuos virpesius, atsižvelgiant į tai, kaip juos suvokia gyvūnų ir žmonių pojūčiai.

Kaip ir bet kuriai bangai, garsui būdingas amplitudė ir dažnių spektras. Dažnas žmogus gali išgirsti garso virpesius dažnių diapazone nuo 16--20 Hz iki 15--20 kHz. Garsas, esantis žemiau žmogaus girdimo diapazono, vadinamas infragarsu; didesnis: iki 1 GHz - ultragarsas, nuo 1 GHz - hipergarsas. Garso stiprumas kompleksiškai priklauso nuo efektyvaus garso slėgio, virpesių dažnio ir formos, o garso aukštis – ne tik nuo dažnio, bet ir nuo garso slėgio dydžio.

Garso bangos ore yra kintamos suspaudimo ir retėjimo sritys. Garso bangos gali būti virpesių proceso pavyzdys. Bet koks svyravimas yra susijęs su sistemos pusiausvyros būsenos pažeidimu ir išreiškiamas jo charakteristikų nukrypimu nuo pusiausvyros verčių, o vėliau grįžus prie pradinės vertės. Garso virpesiams ši charakteristika yra slėgis terpės taške, o jo nuokrypis – garso slėgis.

Jei vienoje vietoje staigiai išstumsite elastingos terpės daleles, pavyzdžiui, naudodami stūmoklį, slėgis šioje vietoje padidės. Dėl elastingų dalelių ryšių slėgis perduodamas kaimyninėms dalelėms, kurios savo ruožtu veikia kitas, o plotas aukštas kraujo spaudimas tarsi judėtų elastingoje terpėje. Po aukšto slėgio srities seka žemo slėgio sritis, todėl susidaro eilė kintamų suspaudimo ir retėjimo sričių, sklindančių terpėje bangos pavidalu. Kiekviena elastingos terpės dalelė tokiu atveju atliks svyruojančius judesius.

1 pav. Dalelių judėjimas bangos sklidimo metu a) terpės dalelių judėjimas sklindant išilginei bangai; b) terpės dalelių judėjimas sklindant skersinei bangai.

2 pav. – Virpesių proceso charakteristikos

Skystose ir dujinėse terpėse, kur nėra didelių tankio svyravimų, akustinės bangos yra išilginės, tai yra, dalelių vibracijos kryptis sutampa su bangos judėjimo kryptimi. Kietosiose medžiagose, be išilginių deformacijų, atsiranda ir tamprios šlyties deformacijos, sukeliančios skersinių (šlyties) bangų sužadinimą; šiuo atveju dalelės svyruoja statmenai bangos sklidimo krypčiai. Išilginių bangų sklidimo greitis yra daug didesnis nei šlyties bangų sklidimo greitis.

1.1 Garso poveikio cheminiams procesams tyrimo sritis

Chemijos šaka, tirianti galingų akustinių bangų sąveiką ir atsirandančius cheminius bei fizikinius-cheminius efektus, vadinama sonochemija (sonochemija). Garso chemija tiria garsių cheminių reakcijų, vykstančių garso lauko tūryje, kinetiką ir mechanizmą. Garso chemijos sričiai taip pat priklauso kai kurie fizikiniai ir cheminiai garso lauke vykstantys procesai: sonoliuminescencija, medžiagos sklaida veikiant garsui, emulsinimas ir kiti koloidiniai cheminiai procesai. Sonoliuminescencija yra šviesos blyksnio reiškinys, atsirandantis kavitacijos burbuliukų, susidarančių skystyje dėl galingos ultragarso bangos, žlugimo. Tipiškas sonoliuminescencijos stebėjimo eksperimentas yra toks: į indą su vandeniu įdedamas rezonatorius ir jame sukuriama stovi sferinė ultragarso banga. Esant pakankamai ultragarso galiai, pačiame bako centre atsiranda ryškus taškinis melsvos šviesos šaltinis – garsas virsta šviesa. Sonochemija daugiausia dėmesio skiria cheminių reakcijų, vykstančių akustinių virpesių įtakoje – garso ir cheminių reakcijų – tyrimui.

Paprastai garso ir cheminiai procesai tiriami ultragarso diapazone (nuo 20 kHz iki kelių MHz). Garso virpesiai kilohercų diapazone ir infragarso diapazone tiriami daug rečiau.

Garso chemija tiria kavitacijos procesus. Cavitamcia (iš lotynų kalbos cavita - tuštuma) yra garų burbuliukų garavimo ir vėlesnio kondensacijos procesas skysčio sraute, lydimas triukšmo ir hidraulinių smūgių, ertmių susidarymas skystyje (kavitacijos burbuliukai arba urvai), užpildyti garais. paties skysčio, kuriame jis atsiranda. Kavitacija atsiranda dėl vietinio skysčio slėgio sumažėjimo, kuris gali atsirasti padidėjus jo greičiui (hidrodinaminė kavitacija), arba prasidėjus didelio intensyvumo akustinei bangai retėjimo pusės periodo metu (akustinė kavitacija). ); yra ir kitų poveikio priežasčių. Judėjimas su srautu į sritį, kurioje yra daugiau aukštas spaudimas arba per pusę suspaudimo ciklo kavitacijos burbulas subyra, skleisdamas smūginę bangą.

1.2 Garso chemijos metodai

Garso cheminėms reakcijoms tirti naudojami šie metodai: atvirkštinis pjezoelektrinis efektas ir magnetostrikcijos efektas aukšto dažnio garso virpesiams skystyje generuoti, analitinė chemija garso ir cheminių reakcijų produktams tirti, atvirkštinis pjezoelektrinis efektas – mechaninių deformacijų atsiradimas veikiant elektriniam laukui (naudojami akustiniuose emiteriuose, sistemose mechaniniai judesiai - aktyvatoriai).

Magneto srautas – tai reiškinys, kai keičiasi kūno įmagnetinimo būsena, keičiasi jo tūris ir linijiniai matmenys (naudojamas ultragarsui ir hipergarsui generuoti).

Infragarsas - garso bangos, kurių dažnis yra mažesnis nei suvokiamas žmogaus ausis. Kadangi žmogaus ausis paprastai gali girdėti 16–20 000 Hz dažnių diapazono garsus, viršutine infragarso dažnių diapazono riba paprastai laikoma 16 Hz. Apatinė infragarso diapazono riba sutartinai apibrėžiama kaip 0,001 Hz.

Infragarsas turi nemažai savybių, susijusių su žemu elastingos terpės virpesių dažniu: jis turi daug didesnes virpesių amplitudes; plinta daug toliau ore, nes jo absorbcija atmosferoje yra nereikšminga; demonstruoja difrakcijos reiškinį, dėl kurio lengvai prasiskverbia į patalpas ir apeina girdimus garsus blokuojančias kliūtis; sukelia didelių objektų vibraciją dėl rezonanso.

bangų ultragarso cheminė kavitacija

2. Infragarso, kaip būdo suintensyvinti cheminius ir technologinius procesus, panaudojimas

Fizinis poveikis cheminėms reakcijoms šiuo atveju atliekamas infragarsiniuose įrenginiuose,- prietaisai, kuriuose, intensyvinimui technologiniai procesai skystose terpėse naudojamos žemo dažnio akustinės vibracijos (iš tikrųjų infra garso dažnis iki 20 Hz, garso dažniai iki 100 Hz). Vibracijos sukuriamos tiesiogiai apdirbamoje terpėje, naudojant lanksčius įvairios konfigūracijos ir formų emiterius arba standžius metalinius stūmoklius, sujungtus su technologinių konteinerių sienelėmis per tamprius elementus (pavyzdžiui, gumą). Tai leidžia atlaisvinti infragarso aparato sienas nuo šaltinio vibracijos, žymiai sumažinant jų vibraciją ir triukšmo lygį gamybinės patalpos. Infragarso įrenginiuose sužadinami didelės amplitudės (nuo vienetų iki dešimčių mm) vibracijos.

Tačiau maža infragarso sugertis darbinėje terpėje ir galimybė jį suderinti su virpesių spinduliuote (atitinkamų šaltinio parametrų pasirinkimas) ir aparato dydis (apdoroti tam tikrus skysčio tūrius) leidžia išplėsti netiesinę bangą. poveikis, atsirandantis veikiant infragarsui dideliais technologiniais kiekiais. Dėl to infragarsiniai prietaisai iš esmės skiriasi nuo ultragarsinių, kuriuose skysčiai apdorojami nedideliu kiekiu.

Infragarso įrenginiuose įdiegta: fizinis poveikis(vienas ar keli vienu metu): kavitacija, didelės amplitudės kintamasis ženklas ir spinduliuotės (garso spinduliuotės) slėgis, kintantys skysčio srautai, akustiniai srautai (garsinis vėjas), skysčio degazavimas ir daugybės dujų burbuliukų susidarymas jame ir jų pusiausvyros sluoksniai. , fazinis virpesių poslinkis tarp suspenduotų dalelių ir skysčio. Šie efektai žymiai pagreitina redokso, elektrochemines ir kitas reakcijas, 2-4 kartus suintensyvina pramoninius kietųjų medžiagų maišymo, filtravimo, tirpinimo ir dispergavimo skysčiuose, suspensijų atskyrimo, klasifikavimo ir dehidratavimo procesus, taip pat dalių ir mechanizmų valymo ir kt. .

Infragarso naudojimas leidžia kelis kartus sumažinti savitąsias energijos ir metalo sąnaudas ir matmenysįrenginius, taip pat skysčius tiesiogiai sraute transportuojant vamzdynais, todėl nereikia montuoti maišytuvų ir kitų įrenginių.

3 pav. Infragarsinis aparatas suspensijoms maišyti: 1 - membranos vibracijos skleidėjas; 2 - suspausto oro moduliatorius; 3 - įkrovos įrenginys; 4 - kompresorius

Viena iš labiausiai paplitusių infragarso taikymo sričių yra suspensijų maišymas naudojant, pavyzdžiui, vamzdinius infragarso prietaisus. Tokia mašina susideda iš vieno ar kelių nuosekliai sujungtų hidropneumatinių emiterių ir pakrovimo įtaiso.

3. Ultragarso panaudojimas intensyvinant cheminius procesus

Ultragarsas mk - garso bangos, kurių dažnis yra didesnis nei suvokiamas žmogaus ausyje; paprastai ultragarsas reiškia dažnius, viršijančius 20 000 hercų. Pramonėje naudojamos aukšto dažnio vibracijos dažniausiai sukuriamos naudojant pjezokeraminius keitiklius. Tais atvejais, kai ultragarso virpesių galia yra itin svarbi, naudojami mechaniniai ultragarso šaltiniai.

Ultragarso įtaka skysčiuose vykstantiems cheminiams ir fizikiniams bei cheminiams procesams apima: tam tikrų cheminių reakcijų pradžią, reakcijų greičio ir kartais krypties pokyčius, skysčio liuminescencijos (sonoliuminescencijos) atsiradimą, smūginių bangų susidarymą skysčiuose, nesimaišančių medžiagų emulsinimą. skysčiai ir susiliejimas (susiliejimas). dalelės judančioje terpėje arba kūno paviršiuje) emulsijos, kietųjų dalelių dispersija (smulkus kietųjų medžiagų arba skysčių malimas) ir kietųjų dalelių koaguliacija (mažų dispersinių dalelių jungimas į didesnius agregatus) skystis, skysčio degazavimas ir kt. Ultragarsiniai prietaisai naudojami technologiniams procesams atlikti.

Ultragarso įtaka įvairiems procesams yra susijusi su kavitacija (skystyje susidaro akustinei ertmių (kavitacijos burbuliukų), užpildytų dujomis, garais ar jų mišiniu, banga).

Cheminės reakcijos, vykstančios skystyje veikiant ultragarsui (garso cheminės reakcijos), gali būti skirstomos į: a) redokso reakcijas, vykstančias vandeniniuose tirpaluose tarp tirpių medžiagų ir vandens molekulių skilimo produktų kavitacijos burbulo viduje (H, OH,); pavyzdžiui :

b) Reakcijos tarp ištirpusių dujų ir medžiagų, turinčių didelį garų slėgį, esančių kavitacijos burbulo viduje:

c) Grandininės reakcijos, kurias inicijuoja ne radikalūs vandens skilimo produktai, o kavitacijos burbule disocijuojanti kokia nors kita medžiaga, pavyzdžiui, maleino rūgšties izomerizacija į fumaro rūgštį, veikiant Br, susidariusią dėl sonocheminės disociacijos.

d) Reakcijos, kuriose dalyvauja makromolekulės. Šioms reakcijoms svarbi ne tik kavitacija ir su ja susijusios smūginės bangos bei kumuliacinės srovės, bet ir mechaninės jėgos, ardo molekules. Susidarę makroradikalai, esant monomerui, gali inicijuoti polimerizaciją.

e) Skystų ir kietų sprogmenų sprogimo sukėlimas.

f) Reakcijos skystose nevandeninėse sistemose, pavyzdžiui, angliavandenilių pirolizė ir oksidacija, aldehidų ir alkoholių oksidacija, aromatinių junginių alkilinimas ir kt.

Pagrindinė sonocheminių reakcijų energetinė charakteristika yra energijos išeiga, kuri išreiškiama produktų molekulių, susidariusių 100 eV sugertos energijos sąskaita, skaičiumi. Redokso reakcijų produktų energijos išeiga paprastai neviršija kelių vienetų, o už grandininės reakcijos siekia kelis tūkstančius.

Ultragarso įtakoje daugelyje reakcijų greitį galima padidinti kelis kartus (pavyzdžiui, hidrinimo, izomerizacijos, oksidacijos ir kt. reakcijose), kartais kartu didėja ir išeiga.

Į ultragarso poveikį svarbu atsižvelgti kuriant ir vykdant įvairius technologinius procesus (pavyzdžiui, veikiant vandeniui, kuriame ištirpsta oras, susidaro azoto oksidai), siekiant suprasti garso sugertį lydinčius procesus. žiniasklaida.

Išvada

Šiuo metu garso vibracijos plačiai naudojamos pramonėje, nes yra perspektyvus technologinis veiksnys, leidžiantis prireikus smarkiai suintensyvinti gamybos procesus.

Galingo ultragarso naudojimas medžiagų ir medžiagų gamybos ir perdirbimo technologiniuose procesuose leidžia:

Sumažinti proceso ar produkto kainą,

Gaukite naujų produktų arba pagerinkite esamų kokybę,

Intensyvinti tradicinius technologinius procesus arba skatinti diegti naujus,

Prisidėti prie aplinkos padėties gerinimo mažinant proceso skysčių agresyvumą.

Tačiau reikia pažymėti, kad ultragarsas daro itin neigiamą poveikį gyviems organizmams. Siekiant sumažinti tokį poveikį, ultragarso įrenginius rekomenduojama statyti specialiose patalpose, naudojant jose technologinių procesų vykdymo sistemas. nuotolinio valdymo pultas. Šių įrenginių automatizavimas turi puikų efektą.

Ekonomiškesnis būdas apsisaugoti nuo ultragarso poveikio – naudoti garsą izoliuojančius korpusus, dengiančius ultragarso įrenginius, arba ekranus, esančius ultragarso sklidimo kelyje. Šie ekranai gaminami iš lakštinio plieno arba duraliuminio, plastiko arba specialios gumos.

Naudotų šaltinių sąrašas

1. Margulis M.A. Garso chemijos pagrindai (cheminės reakcijos akustiniuose laukuose); vadovėlis chemijos vadovas. ir chemijos technologas. Universitetų specialybės / M.A. Margulis. M.: Aukštoji mokykla, 1984. 272 ​​p.

2. Susliсk K.S. Ultragarsas. Jo cheminis, fizinis ir biologinis poveikis. Red.: VCH, N.Y., 336 rub.

3. Kardaševas G.A. Fiziniai metodai cheminių technologijų procesų intensyvinimas. M.: Chemija, 1990, 208 p.

5. Liuminescencija

6. Ultragarsas

Paskelbta Allbest.ru

Panašūs dokumentai

Cheminės technologijos procesai. Cheminio-technologinio proceso schemos sukūrimas. Optimizavimo kriterijai. Topologinis metodas ir CTS. Grafų teorijos sampratos ir apibrėžimai. CTS elementų technologinio režimo parametrai. Stochastinių procesų tyrimas.

paskaita, pridėta 2009-02-18


Organinės sintezės cheminių procesų teorija. Sprendimas: alkilinant benzeną propilenu, esant bet kokiems katalizatoriams, nuosekliai keičiami vandenilio atomai ir susidaro produktų mišinys. įvairaus laipsnio alkilinimas.

kursinis darbas, pridėtas 2009-01-04


Organinė sintezė kaip chemijos šaka, jos tyrimo dalykas ir metodai. Alkilinimo ir acilinimo procesų esmė, būdingos reakcijos ir jų atsiradimo principai. Kondensacijos reakcijų aprašymas. Nitrinimo ir halogeninimo reakcijų charakteristikos, reikšmė.

paskaita, pridėta 2009-12-28


Degimo ir sprogimo procesų tyrimo etapai. Pagrindiniai sprogimų tipai, jų klasifikacija pagal cheminių reakcijų tipą ir medžiagos tankį. Skilimo reakcijos, redoksas, polimerizacija, izomerizacija ir kondensacija, mišiniai yra sprogimų pagrindas.

santrauka, pridėta 2011-06-06


Pramoninis vandens valymas. Veiksmų rinkinys, užtikrinantis vandens valymą. Homogeniniai ir heterogeniniai nekataliziniai procesai skystoje ir dujinėje fazėse, jų dėsniai ir intensyvinimo būdai. Įvairių tipų cheminių reaktorių palyginimas.

paskaita, pridėta 2009-03-29


Dažų gavimo būdai. Natrio sulfanilato gavimas sintezės būdu. Pradinių žaliavų ir gauto produkto charakteristikos. Cheminių-technologinių procesų ir įrangos skaičiavimas. Matematinis aprašymas cheminis metodas gauti natrio sulfanilatą.

baigiamasis darbas, pridėtas 2013-10-21


Cheminių reakcijų greičio samprata ir skaičiavimas, mokslinė ir praktinė reikšmė ir taikymas. Masinio veikimo dėsnio formulavimas. Veiksniai, įtakojantys cheminių reakcijų greitį. Homogeninėse ir nevienalytėse sistemose vykstančių reakcijų pavyzdžiai.

pristatymas, pridėtas 2012-04-30


Cheminių reakcijų samprata ir sąlygos. Junginio, skilimo, pakeitimo, mainų reakcijų charakteristikos ir jų taikymas pramonėje. Redokso reakcijos yra metalurgijos pagrindas, valentingumo esmė, peresterifikavimo tipai.

santrauka, pridėta 2012-01-27


Vandens svarba chemijos pramonė. Vandens paruošimas gamybos procesai. Kataliziniai procesai, jų klasifikacija. Katalizatoriaus įtaka cheminių technologinių procesų greičiui. Sieros deginimo krosnies medžiagų balansas.

testas, pridėtas 2014-01-18


Ultragarso įtakos cheminėms reakcijoms mechanizmai. Atsižvelgiant į tai kuriant ir vykdant technologinius procesus. Technologijos, įdiegtos naudojant ultragarsą. Tikslus valymas ir riebalų šalinimas. Lydalų degazavimas ir polimerų bei metalų suvirinimas.

APIBRĖŽIMAS

Cheminė reakcija vadinamos medžiagų transformacijomis, kurių metu pasikeičia jų sudėtis ir (ar) struktūra.

Dažniausiai cheminės reakcijos suprantamos kaip pradinių medžiagų (reagentų) pavertimo galutinėmis medžiagomis (produktais) procesas.

Cheminės reakcijos rašomos naudojant chemines lygtis, kuriose yra pradinių medžiagų ir reakcijos produktų formulės. Pagal masės tvermės dėsnį kiekvieno elemento atomų skaičius kairėje ir teisingos dalys Cheminės lygtys yra vienodos. Paprastai pradinių medžiagų formulės rašomos kairėje lygties pusėje, o produktų formulės – dešinėje. Kiekvieno elemento atomų skaičiaus lygybė kairėje ir dešinėje lygties pusėse pasiekiama prieš medžiagų formules pateikiant sveikuosius stechiometrinius koeficientus.

Cheminėse lygtyse gali būti papildomos informacijos apie reakcijos ypatybes: temperatūrą, slėgį, spinduliuotę ir kt., kuri nurodoma atitinkamu simboliu virš (arba „žemiau“) lygybės ženklo.

Visos cheminės reakcijos gali būti suskirstytos į kelias klases, kurios turi tam tikrų savybių.

Cheminių reakcijų klasifikavimas pagal pradinių ir gaunamų medžiagų skaičių ir sudėtį

Pagal šią klasifikaciją cheminės reakcijos skirstomos į jungimosi, skilimo, pakeitimo ir mainų reakcijas.

Kaip rezultatas sudėtinės reakcijos iš dviejų ar daugiau (sudėtinių ar paprastų) medžiagų susidaro viena nauja medžiaga. IN bendras vaizdas Tokios cheminės reakcijos lygtis atrodys taip:

Pavyzdžiui:

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

Junginio reakcijos daugeliu atvejų būna egzoterminės, t.y. tęskite šilumos išleidimą. Jei reakcija apima paprastos medžiagos, tuomet tokios reakcijos dažniausiai būna redokso reakcijos (ORR), t.y. atsiranda keičiantis elementų oksidacijos būsenoms. Neįmanoma vienareikšmiškai pasakyti, ar junginio reakcija tarp sudėtingų medžiagų bus klasifikuojama kaip ORR.

Reakcijos, kurių metu iš vienos sudėtingos medžiagos susidaro kelios kitos naujos medžiagos (sudėtingos arba paprastos), klasifikuojamos kaip skilimo reakcijos. Apskritai cheminės skilimo reakcijos lygtis atrodys taip:

Pavyzdžiui:

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)

Dauguma skilimo reakcijų vyksta kaitinant (1,4,5). Galimas skilimas veikiant elektros srovei (2). Deguonies turinčių rūgščių (1, 3, 4, 5, 7) kristalinių hidratų, rūgščių, bazių ir druskų skilimas vyksta nekeičiant elementų oksidacijos būsenų, t.y. šios reakcijos nėra susijusios su ODD. ORR skilimo reakcijos apima oksidų, rūgščių ir druskų, susidarančių iš elementų, skilimą aukštesni laipsniai oksidacija (6).

Skilimo reakcijos taip pat aptinkamos organinėje chemijoje, tačiau kitais pavadinimais - krekingas (8), dehidrogenavimas (9):

C18H38 = C9H18 + C9H20 (8)

C4H10 = C4H6 + 2H2 (9)

At pakeitimo reakcijos paprasta medžiaga sąveikauja su sudėtinga medžiaga, sudarydama naują paprastą ir naują sudėtingą medžiagą. Apskritai cheminės pakeitimo reakcijos lygtis atrodys taip:

Pavyzdžiui:

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

Zn + 2HCl = ZnСl 2 + H2 (2)

2KBr + Cl2 = 2KCl + Br 2 (3)

2КlO 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)

Dauguma pakeitimo reakcijų yra redokso (1 – 4, 7). Skilimo reakcijų, kuriose oksidacijos būsenos nesikeičia, pavyzdžių yra nedaug (5, 6).

Keitimosi reakcijos yra reakcijos, vykstančios tarp sudėtingų medžiagų, kurių metu jos keičiasi komponentai. Paprastai šis terminas vartojamas reakcijoms, kuriose dalyvauja jonai, randami vandeninis tirpalas. Apskritai cheminių mainų reakcijos lygtis atrodys taip:

AB + CD = AD + CB

Pavyzdžiui:

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)

Mainų reakcijos nėra redoksinės reakcijos. Ypatinga bylašios mainų reakcijos yra neutralizacijos reakcijos (reakcijos tarp rūgščių ir šarmų) (2). Mainų reakcijos vyksta ta kryptimi, kur bent viena medžiaga pašalinama iš reakcijos sferos dujinės medžiagos (3), nuosėdų (4, 5) arba blogai disocijuojamo junginio, dažniausiai vandens (1, 2) pavidalu. ).

Cheminių reakcijų klasifikavimas pagal oksidacijos būsenų pokyčius

Priklausomai nuo elementų, sudarančių reagentus ir reakcijos produktus, oksidacijos būsenų kitimo, visos cheminės reakcijos skirstomos į redokso reakcijas (1, 2) ir tas, kurios vyksta nekeičiant oksidacijos būsenos (3, 4).

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

Mg 0 – 2e = Mg 2+ (reduktorius)

C 4+ + 4e = C 0 (oksidatorius)

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

Fe 2+ -e = Fe 3+ (reduktorius)

N 5+ +3e = N 2+ (oksidatorius)

AgNO 3 + HCl = AgCl ↓ + HNO 3 (3)

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

Cheminių reakcijų klasifikavimas pagal terminį poveikį

Priklausomai nuo to, ar reakcijos metu išsiskiria šiluma (energija), ar absorbuojama, visos cheminės reakcijos sutartinai skirstomos atitinkamai į egzotermines (1, 2) ir endotermines (3). Reakcijos metu išsiskiriantis arba sugertas šilumos (energijos) kiekis vadinamas terminiu reakcijos efektu. Jei lygtis rodo išsiskiriančios arba sugertos šilumos kiekį, tai tokios lygtys vadinamos termocheminėmis.

N2 + 3H2 = 2NH3 +46,2 kJ (1)

2Mg + O 2 = 2MgO + 602,5 kJ (2)

N 2 + O 2 = 2NO – 90,4 kJ (3)

Cheminių reakcijų klasifikavimas pagal reakcijos kryptį

Atsižvelgiant į reakcijos kryptį, skiriami grįžtamieji (cheminiai procesai, kurių produktai gali reaguoti vienas su kitu tomis pačiomis sąlygomis, kokiomis buvo gauti, sudarydami pradines medžiagas) ir negrįžtamuosius (cheminius procesus, kurių produktai nėra galintys reaguoti tarpusavyje ir sudaryti pradines medžiagas).

Grįžtamosioms reakcijoms bendrosios formos lygtis paprastai rašoma taip:

A + B ↔ AB

Pavyzdžiui:

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

Negrįžtamų reakcijų pavyzdžiai yra šios:

2КlО 3 → 2Кl + ЗО 2

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O

Reakcijos negrįžtamumo įrodymas gali būti dujinės medžiagos, nuosėdų arba prastai disocijuojančio junginio, dažniausiai vandens, išsiskyrimas kaip reakcijos produktai.

Cheminių reakcijų klasifikavimas pagal katalizatoriaus buvimą

Šiuo požiūriu skiriamos katalizinės ir nekatalitinės reakcijos.

Katalizatorius yra medžiaga, kuri pagreitina cheminės reakcijos eigą. Reakcijos, kurios vyksta dalyvaujant katalizatoriams, vadinamos katalizinėmis. Kai kurios reakcijos negali vykti be katalizatoriaus:

2H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2 (MnO 2 katalizatorius)

Dažnai vienas iš reakcijos produktų yra katalizatorius, pagreitinantis šią reakciją (autokatalitinės reakcijos):

MeO+ 2HF = MeF 2 + H 2 O, kur Me yra metalas.

Problemų sprendimo pavyzdžiai

1 PAVYZDYS

Vykstant cheminėms reakcijoms viena medžiaga gamina kitą (nepainioti su branduolinėmis reakcijomis, kuriose viena cheminis elementas virsta kitu).

Bet kuri cheminė reakcija apibūdinama chemine lygtimi:

Reagentai → Reakcijos produktai

Rodyklė rodo reakcijos kryptį.

Pavyzdžiui:

Šioje reakcijoje metanas (CH 4) reaguoja su deguonimi (O 2), todėl susidaro anglies dioksidas (CO 2) ir vanduo (H 2 O), tiksliau – vandens garai. Būtent tokia reakcija vyksta jūsų virtuvėje, kai uždegate dujinį degiklį. Lygtis turėtų būti skaitoma taip: Viena metano dujų molekulė reaguoja su dviem deguonies dujų molekulėmis ir susidaro viena anglies dioksido molekulė ir dvi vandens (vandens garų) molekulės.

Skaičiai, esantys prieš cheminės reakcijos komponentus, vadinami reakcijos koeficientai.

Vyksta cheminės reakcijos endoterminė(su energijos absorbcija) ir egzoterminis(su energijos išleidimu). Metano deginimas yra tipiškas egzoterminės reakcijos pavyzdys.

Yra keletas cheminių reakcijų tipų. Dažniausiai:

• prisijungimo reakcijos;
• skilimo reakcijos;
• vienkartinės pakeitimo reakcijos;
• dvigubo poslinkio reakcijos;
• oksidacijos reakcijos;
• redokso reakcijos.

Sudėtinės reakcijos

Sudėtinėse reakcijose mažiausiai du elementai sudaro vieną produktą:

2Na (t) + Cl2 (g) → 2NaCl (t)- valgomosios druskos susidarymas.

Reikėtų atkreipti dėmesį į esminį junginių reakcijų niuansą: priklausomai nuo reakcijos sąlygų ar į reakciją patenkančių reagentų proporcijų, jos rezultatas gali būti skirtingi produktai. Pavyzdžiui, įprastomis anglies degimo sąlygomis pasirodo anglies dioksidas:
C (t) + O 2 (g) → CO 2 (g)

Jei deguonies kiekis yra nepakankamas, susidaro mirtinas anglies monoksidas:
2C (t) + O 2 (g) → 2CO (g)

Skilimo reakcijos

Šios reakcijos iš esmės yra priešingos junginio reakcijoms. Dėl skilimo reakcijos medžiaga skyla į du (3, 4...) paprastesnius elementus (junginius):

• 2H 2O (l) → 2H 2 (g) + O 2 (g)- vandens skilimas
• 2H 2 O 2 (l) → 2H 2 (g) O + O 2 (g)- vandenilio peroksido skilimas

Vienkartinės poslinkio reakcijos

Dėl vienos pakeitimo reakcijų aktyvesnis elementas pakeičia mažiau aktyvų junginyje:

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

Cinkas vario sulfato tirpale išstumia mažiau aktyvų varį, todėl susidaro cinko sulfato tirpalas.

Metalų aktyvumo laipsnis didėjančia aktyvumo tvarka:

• Aktyviausi yra šarminiai ir šarminių žemių metalai

Aukščiau pateiktos reakcijos joninė lygtis bus tokia:

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

Joninė jungtis CuSO 4, ištirpusi vandenyje, suyra į vario katijoną (krūvis 2+) ir sulfatinį anijoną (krūvis 2-). Dėl pakeitimo reakcijos susidaro cinko katijonas (kuris turi tokį patį krūvį kaip ir vario katijonas: 2-). Atkreipkite dėmesį, kad sulfato anijonas yra abiejose lygties pusėse, tai yra, pagal visas matematikos taisykles, jį galima sumažinti. Rezultatas yra jonų molekulinė lygtis:

Zn (t) + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu (t)

Dvigubo poslinkio reakcijos

Dvigubo pakeitimo reakcijose du elektronai jau yra pakeisti. Tokios reakcijos dar vadinamos mainų reakcijos. Tokios reakcijos vyksta tirpale ir susidaro:

• netirpios kietas(kritulių reakcijos);
• vanduo (neutralizacijos reakcija).

Kritulių reakcijos

Sumaišius sidabro nitrato (druskos) tirpalą su natrio chlorido tirpalu, susidaro sidabro chloridas:

Molekulinė lygtis: KCl (tirpalas) + AgNO 3 (p-p) → AgCl (s) + KNO 3 (p-p)

Joninė lygtis: K + + Cl - + Ag + + NO 3 - → AgCl (t) + K + + NO 3 -

Molekulinė joninė lygtis: Cl - + Ag + → AgCl (s)

Jei junginys yra tirpus, jis bus tirpale jonine forma. Jei junginys netirpus, jis nusodins ir sudarys kietą medžiagą.

Neutralizacijos reakcijos

Tai reakcijos tarp rūgščių ir bazių, dėl kurių susidaro vandens molekulės.

Pavyzdžiui, sieros rūgšties tirpalo ir natrio hidroksido (šarmo) tirpalo maišymo reakcija:

Molekulinė lygtis: H 2 SO 4 (p-p) + 2NaOH (p-p) → Na 2 SO 4 (p-p) + 2H 2 O (l)

Joninė lygtis: 2H + + SO 4 2- + 2Na + + 2OH - → 2Na + + SO 4 2- + 2H 2 O (l)

Molekulinė joninė lygtis: 2H + + 2OH - → 2H 2 O (l) arba H + + OH - → H 2 O (l)

Oksidacijos reakcijos

Tai yra medžiagų sąveikos su ore esančiu dujiniu deguonimi reakcijos, kurių metu, kaip taisyklė, didelis skaičius energijos šilumos ir šviesos pavidalu. Tipiška oksidacijos reakcija yra degimas. Pačioje šio puslapio pradžioje yra reakcija tarp metano ir deguonies:

CH4 (g) + 2O 2 (g) → CO 2 (g) + 2H 2 O (g)

Metanas priklauso angliavandeniliams (anglies ir vandenilio junginiams). Kai angliavandenilis reaguoja su deguonimi, išsiskiria daug šiluminės energijos.

Redokso reakcijos

Tai reakcijos, kurių metu elektronai keičiasi tarp reaguojančių atomų. Pirmiau aptartos reakcijos taip pat yra redokso reakcijos:

• 2Na + Cl 2 → 2NaCl - junginio reakcija
• CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O - oksidacijos reakcija
• Zn + CuSO 4 → ZnSO 4 + Cu – vienkartinė pakeitimo reakcija

Redokso reakcijos su daugybe lygčių sprendimo elektronų balanso metodu ir pusinės reakcijos metodu pavyzdžių yra kuo išsamiau aprašytos skyriuje

Garso išsiskyrimas vykstant cheminėms reakcijoms dažniausiai pastebimas sprogimų metu, kai staigus temperatūros ir slėgio padidėjimas sukelia oro vibracijas. Bet jūs galite apsieiti be sprogimų. Jei ant kepimo sodos užpilate šiek tiek acto, pasigirsta šnypštimas ir išsiskiria anglies dioksidas: NaHCO3 + CH3COOH = CH3COONa + H2O + CO2. Aišku, kad beorėje erdvėje nei šios reakcijos, nei sprogimo nesigirdi.

Kitas pavyzdys: jei į stiklinio cilindro dugną įpilate šiek tiek sunkios koncentruotos sieros rūgšties, tada ant viršaus užpilate lengvo alkoholio sluoksnį ir ant dviejų skysčių ribos padėkite kalio permanganato (kalio permanganato) kristalus, išgirs gana stiprų traškėjimą, o tamsoje matomos ryškios kibirkštys. Čia yra labai įdomus „garso chemijos“ pavyzdys.

Visi girdėjo, kaip krosnyje ūžia liepsna.

Dumbojimas taip pat girdimas, jei uždegate iš vamzdelio išeinantį vandenilį ir nuleidžiate vamzdelio galą į kūginį arba sferinį indą. Šis reiškinys buvo vadinamas dainuojančia liepsna.

Žinomas ir visiškai priešingas reiškinys – švilpuko garso poveikis liepsnai. Liepsna gali tarsi „jausti“ garsą, stebėti jo intensyvumo pokyčius ir sukurti savotišką garso virpesių „lengvą kopiją“.

Taigi viskas pasaulyje yra tarpusavyje susiję, įskaitant net tokius, atrodytų, tolimus mokslus kaip chemija ir akustika.

Panagrinėkime paskutinį iš minėtų cheminių reakcijų požymių – nuosėdų nusodinimą iš tirpalo.

IN Kasdienybė Tokios reakcijos yra retos. Kai kurie sodininkai žino, kad jei kovodami su kenkėjais ruošiate vadinamąjį Bordo skystį (pavadintą Prancūzijos miesto Bordo vardu, kuriame juo buvo purškiami vynuogynai) ir tam sumaišykite vario sulfato tirpalą su kalkių pienu. , susidarys nuosėdos.

Šiais laikais mažai kas ruošia Bordo skystį, bet visi matė virdulio viduje esančias apnašas. Pasirodo, tai irgi cheminės reakcijos metu susidariusios nuosėdos!

Tokia reakcija. Vandenyje yra šiek tiek tirpaus kalcio bikarbonato Ca(HCO3)2. Ši medžiaga susidaro, kai požeminis vanduo, kuriame ištirpęs anglies dioksidas, prasiskverbia pro kalkingas uolienas.

Šiuo atveju vyksta kalcio karbonato tirpimo reakcija (būtent iš jo gaminamas kalkakmenis, kreida, marmuras): CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2. Jei vanduo dabar išgaruoja iš tirpalo, reakcija pradeda vykti priešinga kryptimi.

Vanduo gali išgaruoti, kai kalcio bikarbonato tirpalas surenka lašus ant požeminio urvo lubų ir šie lašai retkarčiais nukrenta žemyn.

Taip gimsta stalaktitai ir stalagmitai. Atsparumas atsiranda kai tirpalas kaitinamas.

Taip virdulyje susidaro nuosėdos.

Ir kuo daugiau vandenyje buvo bikarbonato (tada vanduo vadinamas kietu), tuo daugiau susidaro apnašų. O dėl geležies ir mangano priemaišų apnašos tampa ne baltos, o geltonos ar net rudos.

Nesunku patikrinti, ar svarstyklės iš tiesų yra karbonatinės. Norėdami tai padaryti, turite jį apdoroti actu - acto rūgšties tirpalu.

Dėl reakcijos CaCO3 + 2CH3COOH = (CH3COO)2Ca + + H2O + CO2 išsiskirs anglies dioksido burbuliukai, o apnašos pradės tirpti.

Išvardinti požymiai (pakartokime juos dar kartą: šviesos, šilumos, dujų, nuosėdų išsiskyrimas) ne visada leidžia teigti, kad reakcija tikrai vyksta.

Pavyzdžiui, su labai aukštos temperatūros kalcio karbonatas CaCO3 (kreida, kalkakmenis, marmuras) suyra ir susidaro kalcio oksidas bei anglies dioksidas: CaCO3 = CaO + CO2, o šios reakcijos metu šiluminė energija neišsiskiria, o absorbuojama ir išvaizda medžiaga mažai keičiasi.

Kitas pavyzdys. Jei sumaišysite praskiestus druskos rūgšties ir natrio hidroksido tirpalus, matomų pokyčių nepastebėsite, nors įvyksta reakcija HC1 + NaOH = NaCl + H2O. Šioje reakcijoje šarminės medžiagos – rūgštis ir šarmas „užgesino“ viena kitą, o rezultatas buvo nekenksmingas natrio chloridas (valgomoji druska) ir vanduo.

Bet jei sumaišysite druskos rūgšties ir kalio nitrato (kalio nitrato) tirpalus, cheminė reakcija neįvyks.

Taigi, tik iki išoriniai ženklai Ne visada įmanoma pasakyti, ar įvyko reakcija.

Panagrinėkime dažniausiai pasitaikančias reakcijas, naudodamiesi rūgščių, bazių, oksidų ir druskų pavyzdžiu - pagrindinėmis neorganinių junginių klasėmis.