Predgovor
Uvod
§ 1. Predmet zvočne kemije
§ 2. Esej o razvoju zvočne kemije
§ 3. Eksperimentalne metode zvočne kemije
Poglavje 1. Zvočno polje in ultrazvočna kavitacija
§ 4. Akustično polje in količine, ki ga označujejo (osnovni pojmi)
§ 5. Akustična kavitacija v tekočinah
§ 6. Začetki kavitacije v tekočinah
§ 7. Pulzacija in kolaps kavitacijskih mehurčkov
§ 8. Dinamika razvoja kavitacijskega območja
Poglavje 2. Eksperimentalne in teoretične študije sonokemijskih reakcij in koioluminiscence
§ 9. Vpliv različni dejavniki in potek zvočno-kemijskih reakcij in ko-ioluminiscence
§ 10. Soioluminiscenca v različnih tekočinah
§ 11. Fizikalni procesi, ki vodijo do pojava zvočno-kemijskih reakcij in soioluminiscence
§ 12. Spektralne študije koioluminiscence
§ 13. Primarni in sekundarni elementarni procesi v kavitacijskem mehurčku
§ 14. Razvrstitev ultrazvočnih kemijskih reakcij
§ 15. O mehanizmu vpliva plinov na potek zvočno-kemijskih reakcij
§ 16. Akustična polja pri nizkih intenzitetah
§ 17. Nizkofrekvenčna akustična polja
3. poglavje
§ 18. Glavni načini pretvorbe energije zvočnih vibracij
§ 19. Kemijsko-akustični izkoristek reakcijskih produktov (izkoristek energije)
§ 20. Začetni kemijsko-akustični izkoristki ultrazvočnih produktov cepitve vode
§ 21. Energijski izkoristek koioluminiscence
§ 22. Odvisnost hitrosti zvočno-kemijskih reakcij od intenzivnosti ultrazvočnih valov
§ 23. Odvisnost hitrosti fizikalno-kemijskih procesov, ki jih povzroča kavitacija, od intenzivnosti ultrazvočnih valov
§ 24. Splošni kvantitativni vzorci
§ 25. O razmerju med energijskimi donosi sonokemijskih reakcij in sonoluminiscenco
Poglavje 4. Kinetika ultrazvočnih kemijskih reakcij
Oddelek 26. Stacionarno stanje za povprečno koncentracijo radikalov v obdobju nihanja in prostornini (prvi približek)
§ 27. Sprememba koncentracije radikalov, povprečno glede na prostornino (drugi približek)
§ 28. Kavitacijsko-difuzijski model prostorsko-časovne porazdelitve radikalov (tretji približek)
§ 29. Mesto energije ultrazvočnih valov med drugimi fizikalnimi metodami vplivanja na snov
§ 30. Značilnosti širjenja toplote iz kavitacijskega mehurčka
5. poglavje
§ 31. Glavne značilnosti dobljenih eksperimentalnih rezultatov
§ 32. Sonoliza raztopin kloroocetne kisline. O pojavu hidriranih elektronov v polju ultrazvočnih valov
§ 33. Oksidacija železovega sulfata (II) v polju ultrazvočnih valov
§ 34. Pridobivanje cerijevega sulfata (IV) v polju ultrazvočnih valov
§ 35. Sinteza vodikovega peroksida med sonolizo vode in vodnih raztopin formatov
§ 36. Izračun vrednosti začetnih kemično-akustičnih izhodov
§ 37. Zvočno-kemijske reakcije v vodi in vodnih raztopinah v atmosferi dušika
§ 38. Začetek verižne reakcije stereoizomerizacije etilen-1,2-dikarboksilne kisline in njenih estrov z ultrazvočnimi valovi
Zaključek. Možnosti uporabe ultrazvočnih valov v znanosti, tehnologiji in medicini
Literatura
Predmetno kazalo

Pošljite svoje dobro delo v bazo znanja je preprosto. Uporabite spodnji obrazec

Študenti, podiplomski študenti, mladi znanstveniki, ki bazo znanja uporabljajo pri študiju in delu, vam bodo zelo hvaležni.

Objavljeno na http://www.allbest.ru/

• Uvod
• 1. Koncept zvoka. zvočni valovi
• 1.1 Področje preučevanja zvočnih učinkov na kemične procese
• 1.2 Zvočne kemijske metode
• 2. Uporaba infrazvoka kot metode intenzifikacije procesi kemijske tehnologije
• 3. Uporaba ultrazvoka kot načina za pospeševanje kemičnih procesov
• Zaključek
• Uvod
• Enaindvajseto stoletje je stoletje bio- in nanotehnologij, univerzalne informatizacije, elektronike, infrazvoka in ultrazvoka. Ultrazvok in infrazvok sta valovno širjenje nihajnega gibanja delcev medija in zanj je značilno več značilne značilnosti v primerjavi z zvočnim obsegom. V ultrazvočnem frekvenčnem območju je razmeroma enostavno dobiti usmerjeno sevanje; ultrazvočne vibracije so primerne za fokusiranje, zaradi česar se intenzivnost ultrazvočnih vibracij v določenih conah vpliva poveča. Pri razmnoževanju v plinih, tekočinah in trdne snovi ah, zvočne vibracije povzročajo edinstvene pojave, od katerih so mnoge odkrili praktično uporabo na različnih področjih znanosti in tehnologije se je pojavilo na desetine visoko učinkovitih zvočnih tehnologij, ki varčujejo z viri. IN Zadnja leta uporaba zvočnih vibracij začne igrati vedno večjo vlogo v industriji in znanstvena raziskava. Teoretične in eksperimentalne študije na področju ultrazvočna kavitacija in akustični tokovi, kar je omogočilo razvoj novih tehnoloških procesov, ki potekajo pod vplivom ultrazvoka v tekoči fazi.
• Trenutno se oblikuje nova smer v kemiji - zvočna kemija, ki omogoča pospešitev številnih kemijsko-tehnoloških procesov in pridobivanje novih snovi, poleg teoretičnih in eksperimentalnih študij na področju zvočno-kemijskih reakcij pa je bilo veliko Končano. praktično delo. Razvoj in uporaba zvočnih tehnologij trenutno odpira nove možnosti pri ustvarjanju novih snovi in ​​materialov, pri dajanju novih lastnosti znanim materialom in medijem, zato zahteva razumevanje pojavov in procesov, ki se odvijajo pod delovanjem ultrazvoka in infrazvoka, možnosti novih tehnologij in perspektive njihove uporabe.
• 1. Pojem zvoka. zvočni valovi

Zvok -- fizikalni pojav, ki je širjenje mehanskih vibracij v obliki elastičnih valov v trdnem, tekočem ali plinastem mediju. V ožjem smislu se zvok nanaša na te vibracije, obravnavane v povezavi s tem, kako jih zaznavajo čutila živali in ljudi.

Kot vsako valovanje je tudi za zvok značilna amplituda in frekvenčni spekter. Navaden človek sposobni slišati zvočne vibracije v frekvenčnem območju od 16-20 Hz do 15-20 kHz. Zvok pod obsegom človeškega sluha se imenuje infrazvok; višje: do 1 GHz - z ultrazvokom, od 1 GHz - s hiperzvokom. Glasnost zvoka je kompleksno odvisna od efektivnega zvočnega tlaka, frekvence in načina nihanja, višina zvoka pa ni odvisna le od frekvence, ampak tudi od velikosti zvočnega tlaka.

Zvočni valovi v zraku so izmenična območja stiskanja in redčenja. Zvočni valovi so lahko primer nihajnega procesa. Vsako nihanje je povezano s kršitvijo ravnotežnega stanja sistema in se izraža v odstopanju njegovih značilnosti od ravnotežnih vrednosti z naknadno vrnitvijo na prvotno vrednost. Pri zvočnih nihanjih je taka značilnost tlak v točki medija, njegovo odstopanje pa zvočni tlak.

Če naredite oster premik delcev elastičnega medija na enem mestu, na primer z batom, se bo tlak na tem mestu povečal. Zaradi elastičnih vezi delcev se pritisk prenaša na sosednje delce, ti pa delujejo na naslednje, in območje visok krvni pritisk kot bi se gibal v prožnem mediju. Območju visokega tlaka sledi območje nizkega tlaka in tako nastane niz izmenjujočih se območij stiskanja in redčenja, ki se v mediju širijo v obliki valov. Vsak delec elastičnega medija bo v tem primeru nihal.

Slika 1 - Gibanje delcev med širjenjem valovanja a) gibanje delcev medija med širjenjem vzdolžnega vala; b) gibanje delcev medija med širjenjem prečnega valovanja.

Slika 2 - Značilnosti nihajnega procesa

V tekočih in plinastih medijih, kjer ni bistvenih nihanj gostote, so zvočni valovi longitudinalne narave, to pomeni, da smer nihanja delcev sovpada s smerjo gibanja valov. V trdnih telesih poleg vzdolžnih nastajajo tudi elastične strižne deformacije, ki povzročajo vzbujanje prečnih (strižnih) valov; v tem primeru delci nihajo pravokotno na smer širjenja valov. Hitrost širjenja longitudinalnih valov je veliko večja od hitrosti širjenja strižnih valov.

1.1 Področje preučevanja zvočnih učinkov na kemične procese

Veja kemije, ki preučuje interakcijo močnih zvočnih valov in posledične kemične in fizikalno-kemijske učinke, se imenuje sonokemija (sonokemija). Sonokemija raziskuje kinetiko in mehanizem sonokemijskih reakcij, ki se pojavljajo v volumnu zvočnega polja. Področje zvočne kemije vključuje tudi nekatere fizikalne in kemijske procese v zvočnem polju: sonoluminiscenco, disperzijo snovi pod vplivom zvoka, emulgiranje in druge koloidne kemijske procese. Sonoluminiscenca je pojav pojava bliska svetlobe med kolapsom kavitacijskih mehurčkov, ki jih v tekočini ustvari močan ultrazvočni val. Tipična izkušnja za opazovanje sonoluminiscence je naslednja: resonator postavimo v posodo z vodo in v njem ustvarimo stoječe sferično ultrazvočno valovanje. Z zadostno močjo ultrazvoka se v samem središču rezervoarja pojavi svetel točkovni vir modrikaste svetlobe - zvok se spremeni v svetlobo. Sonokemija posveča glavno pozornost preučevanju kemijskih reakcij, ki nastanejo pod vplivom akustičnih vibracij - sonokemičnih reakcij.

Zvočno-kemijske procese praviloma proučujemo v ultrazvočnem območju (od 20 kHz do nekaj MHz). Zvočne vibracije v kiloherčnem in infrazvočnem območju se preučujejo veliko manj pogosto.

Zvočna kemija raziskuje procese kavitacije. Kavitacija (iz latinščine cavita - praznina) je proces izhlapevanja in poznejša kondenzacija parnih mehurčkov v toku tekočine, ki ga spremlja hrup in hidravlični udari, nastanek votlin v tekočini (kavitacijski mehurčki ali kaverne), napolnjene s hlapi tekočine. sama tekočina, v kateri se pojavi. Kavitacija nastane kot posledica lokalnega znižanja tlaka v tekočini, ki se lahko pojavi s povečanjem njene hitrosti (hidrodinamična kavitacija) ali s prehodom akustičnega valovanja visoke intenzivnosti med polciklom redčenja (akustična kavitacija). ), obstajajo drugi razlogi za učinek. Premikanje s tokom na območje z več visok pritisk ali med kompresijskim polciklom se kavitacijski mehurček zruši in pri tem oddaja udarni val.

1.2 Zdrave kemijske metode

Za preučevanje zvočno-kemijskih reakcij se uporabljajo naslednje metode: inverzni piezoelektrični učinek in magnetostrikcijski učinek za generiranje visokofrekvenčnih zvočnih nihanja v tekočini, analitična kemija za preučevanje produktov zvočno-kemijskih reakcij, inverzni piezoelektrični učinek - pojav mehanskih deformacij pod vplivom električnega polja (uporabljajo se pri mehanskih gibih - aktivatorjih).

Magnetostrimcija je pojav, ki sestoji iz dejstva, da se ob spremembi stanja magnetizacije telesa spremeni njegov volumen in linearne dimenzije (uporabljajo se za ustvarjanje ultrazvoka in hiperzvoka).

Infrazvok -- zvočni valovi ki ima frekvenco pod zaznano človeško uho. Ker človeško uho običajno sliši zvoke v frekvenčnem območju 16-20 "000 Hz, se kot zgornja meja infrazvočnega frekvenčnega območja običajno vzame 16 Hz. Spodnja meja infrazvočnega območja je pogojno opredeljena kot 0,001 Hz. .

Infrazvok ima številne značilnosti, povezane z nizko frekvenco nihanj elastičnega medija: ima veliko večje amplitude nihanja; širi se veliko dlje v zraku, saj je njegova absorpcija v ozračju zanemarljiva; ima pojav difrakcije, zaradi česar zlahka prodre v prostore in obide ovire, ki zadržujejo slišne zvoke; povzroči vibriranje velikih predmetov zaradi resonance.

val ultrazvok kemična kavitacija

2. Uporaba infrazvoka kot načina intenzifikacije kemijsko-tehnoloških procesov

Fizični vpliv na kemične reakcije se v tem primeru izvaja v infrazvočnih napravah,- naprave, v katerih za intenz tehnološki procesi v tekočih medijih se uporabljajo nizkofrekvenčna akustična nihanja (pravzaprav infra frekvenca zvoka do 20 Hz, zvočna frekvenca do 100 Hz). Nihanja se ustvarjajo neposredno v obdelovanem mediju s pomočjo prožnih oddajnikov različnih konfiguracij in oblik ali togih kovinskih batov, povezanih s stenami tehnoloških posod preko elastičnih elementov (npr. Gume). To omogoča razbremenitev sten infrazvočne naprave pred vibracijami vira, znatno zmanjša njihovo vibracijo in raven hrupa v industrijski prostori. V infrazvočnih napravah se vzbujajo nihanja z velikimi amplitudami (od enot do desetine mm).

Vendar pa nizka absorpcija infrazvoka v delovnem mediju in možnost njegovega ujemanja z oddajnikom nihanj (izbira ustreznih parametrov vira) in velikost aparata (za obdelavo danih količin tekočine) omogočata razširitev brez - linearni valovni učinki, ki nastanejo pod vplivom infrazvoka na velike tehnološke količine. Zaradi tega se infrazvočne naprave bistveno razlikujejo od ultrazvočnih, v katerih se tekočine obdelujejo v majhni prostornini.

V infrazvočnih napravah se izvajajo: fizični učinki(eden ali več hkrati): kavitacija, visokoamplitudni izmenični in sevalni (zvočno sevanje) tlaki, izmenični tokovi tekočine, akustični tokovi (zvočni veter), razplinjevanje tekočine in nastanek številnih plinskih mehurčkov in njihovih ravnotežnih plasti v njej, fazni zamik nihanja med suspendiranimi delci in tekočino. Ti učinki znatno pospešijo redoks, elektrokemične in druge reakcije, intenzivirajo za 2-4 krat industrijske procese mešanja, filtriranja, raztapljanja in dispergiranja trdnih snovi v tekočinah, ločevanja, razvrščanja in dehidracije suspenzij, kot tudi čiščenja delov in mehanizmov itd. .

Uporaba infrazvoka omogoča večkratno zmanjšanje specifične porabe energije in kovine dimenzije naprave, kot tudi obdelujejo tekočine neposredno v toku med transportom po cevovodih, kar odpravlja namestitev mešalnikov in drugih naprav.

Slika 3 - Infrazvočni aparat za mešanje suspenzij: 1 - membranski oddajnik vibracij; 2 - modulator stisnjenega zraka; 3 - zagonska naprava; 4 - kompresor

Ena najpogostejših uporab infrazvoka je mešanje suspenzij s pomočjo na primer cevnih infrazvočnih aparatov. Tak stroj je sestavljen iz enega ali več zaporedno povezanih hidropnevmatskih sevalnikov in nakladalne naprave.

3. Uporaba ultrazvoka pri intenzifikaciji kemijskih procesov

Ultrazvok mikroni - zvočni valovi, katerih frekvenca je višja od frekvence, ki jo zazna človeško uho, običajno ultrazvok pomeni frekvence nad 20.000 Hertzov. Visokofrekvenčne vibracije, ki se uporabljajo v industriji, so običajno ustvarjene z uporabo piezokeramičnih pretvornikov. V primerih, ko je moč ultrazvočnih vibracij primarno pomembna, se uporabljajo mehanski viri ultrazvoka.

Vpliv ultrazvoka na kemijske in fizikalno-kemijske procese, ki potekajo v tekočini, vključuje: začetek nekaterih kemijskih reakcij, spremembo hitrosti in včasih smeri reakcij, pojav sijaja tekočine (sonoluminiscenca), ustvarjanje udarnih valov v tekočini. emulgiranje nemešljivih tekočin in koalescenca delcev v gibljivem mediju ali na površini telesa) emulzije, disperzija (fino mletje trdnih snovi ali tekočin) trdnih snovi in ​​koagulacija (združevanje majhnih razpršenih delcev v večje agregate) trdnih delcev v tekočini , razplinjevanje tekočine itd. Za izvajanje tehnoloških procesov se uporabljajo ultrazvočne naprave.

Vpliv ultrazvoka na različne procese je povezan s kavitacijo (nastanek v tekočini med prehodom akustičnega vala votlin (kavitacijskih mehurčkov), napolnjenih s plinom, paro ali njuno mešanico).

Kemijske reakcije, ki potekajo v tekočini pod vplivom ultrazvoka (zvočno-kemijske reakcije), lahko pogojno razdelimo na: a) redoks reakcije, ki potekajo v vodnih raztopinah med raztopljenimi snovmi in produkti razgradnje molekul vode znotraj kavitacijskega mehurčka (H, OH, ), na primer:

b) Reakcije med raztopljenimi plini in snovmi z visokim parnim tlakom znotraj kavitacijskega mehurčka:

c) Verižne reakcije, ki jih ne sprožijo radikalni produkti razgradnje vode, ampak neka druga snov, ki disociira v kavitacijskem mehurčku, na primer izomerizacija maleinske kisline v fumarno kislino pod delovanjem Br, ki nastane kot posledica sonokemijske disociacije.

d) Reakcije, ki vključujejo makromolekule. Za te reakcije niso pomembni samo kavitacija in z njo povezani udarni valovi ter kumulativni curki, ampak tudi mehanske sile cepitvene molekule. Nastali makroradikali v prisotnosti monomera so sposobni sprožiti polimerizacijo.

e) Sprožitev eksplozije v tekočih in trdnih eksplozivih.

f) Reakcije v tekočih nevodnih sistemih, na primer piroliza in oksidacija ogljikovodikov, oksidacija aldehidov in alkoholov, alkilacija aromatskih spojin itd.

Glavna energetska značilnost sonokemičnih reakcij je izkoristek energije, ki je izražen s številom molekul produkta, ki nastanejo na račun 100 eV absorbirane energije. Energijski izkoristek produktov redoks reakcij običajno ne presega več enot in za verižne reakcije doseže več tisoč.

Pod vplivom ultrazvoka v mnogih reakcijah je možno povečati hitrost za večkrat (na primer v reakcijah hidrogeniranja, izomerizacije, oksidacije itd.), Včasih se hkrati poveča tudi izkoristek.

Pomembno je upoštevati vpliv ultrazvoka pri razvoju in izvajanju različnih tehnoloških procesov (na primer pri izpostavljenosti vodi, v kateri je raztopljen zrak, nastajajo dušikovi oksidi in ), da bi razumeli procese, ki spremljajo absorpcija zvoka v medijih.

Zaključek

Trenutno se zvočne vibracije pogosto uporabljajo v industriji, saj so obetaven tehnološki dejavnik, ki omogoča, če je potrebno, močno intenziviranje proizvodnih procesov.

Uporaba močnega ultrazvoka v tehnoloških procesih proizvodnje in predelave materialov in snovi omogoča:

Zmanjšajte stroške postopka ali izdelka,

Prejmite nove izdelke ali izboljšajte kakovost obstoječih,

Intenzivirati tradicionalne tehnološke postopke ali spodbujati uvajanje novih,

Prispevati k izboljšanju okoljske situacije z zmanjšanjem agresivnosti procesnih tekočin.

Vendar je treba opozoriti, da ultrazvok izjemno škodljivo vpliva na žive organizme. Da bi zmanjšali takšne vplive, je priporočljivo, da se ultrazvočne naprave postavijo v posebne prostore z uporabo sistemov za vodenje tehnoloških procesov na njih. daljinec. Avtomatizacija teh naprav ima velik učinek.

Bolj ekonomičen način zaščite pred učinki ultrazvoka je uporaba zvočno izoliranih ohišij, ki zapirajo ultrazvočne instalacije, ali zaslonov, ki se nahajajo na poti ultrazvoka. Ti zasloni so izdelani iz jeklene pločevine ali duraluminija, plastike ali posebne gume.

Seznam uporabljenih virov

1. Margulis M.A. Osnove zvočne kemije (kemijske reakcije v akustičnih poljih); učbenik dodatek za kem. in kemijski tehnolog. Specialnosti univerz / M.A. Margulis. M.: Višja šola, 1984. 272 ​​​​str.

2. Suslik K.S. Ultrazvok. Njeni kemični, fizikalni in biološki učinki. Izd.: VCH, N. Y., 336 str.

3. Kardashev G.A. Fizikalne metode intenzifikacija procesov kemijske tehnologije. Moskva: Kemija, 1990, 208 str.

5. Luminescenca

6. Ultrazvok

Gostuje na Allbest.ru

Podobni dokumenti

Postopki kemijske tehnologije. Razvoj sheme kemijsko-tehnološkega procesa. Kriteriji optimizacije. Topološka metoda in HTS. Koncepti in definicije teorije grafov. Parametri tehnološkega načina elementov CTS. Študij stohastičnih procesov.

predavanje, dodano 18.02.2009


Teorija kemijskih procesov organske sinteze. Rešitev: ko benzen alkiliramo s propilenom v prisotnosti katerega koli katalizatorja, pride do zaporedne substitucije vodikovih atomov s tvorbo mešanice produktov različne stopnje alkiliranje.

seminarska naloga, dodana 01.04.2009


organska sinteza kot del kemije, predmet in metode njegovega študija. Bistvo procesov alkiliranja in aciliranja, značilne reakcije in principi poteka. Opis kondenzacijskih reakcij. Značilnosti, pomen nitriranja, reakcije halogeniranja.

predavanje, dodano 28.12.2009


Faze preučevanja procesov zgorevanja in eksplozij. Glavne vrste eksplozij, njihova razvrstitev glede na vrsto kemičnih reakcij in gostoto snovi. Reakcije razgradnje, redoks, polimerizacija, izomerizacija in kondenzacija, mešanice v osnovi eksplozij.

povzetek, dodan 06.06.2011


Industrijska obdelava vode. Niz operacij, ki zagotavljajo čiščenje vode. Homogeni in heterogeni nekatalitski procesi v tekoči in plinski fazi, njihove zakonitosti in načini intenzifikacije. Primerjava različnih tipov kemičnih reaktorjev.

predavanje, dodano 29.03.2009


Metode pridobivanja barvil. Pridobivanje natrijevega sulfanilata s sintezo. Značilnosti surovine in nastalega produkta. Izračun kemijsko-tehnoloških procesov in opreme. Matematični opis kemična metoda pridobivanje natrijevega sulfonata.

diplomsko delo, dodano 21.10.2013


Koncept in izračun hitrosti kemijskih reakcij, njegov znanstveni in praktični pomen ter uporaba. Oblikovanje zakona množičnega delovanja. Dejavniki, ki vplivajo na hitrost kemičnih reakcij. Primeri reakcij, ki potekajo v homogenih in heterogenih sistemih.

predstavitev, dodana 30. 4. 2012


Pojem in pogoji za potek kemijskih reakcij. Karakterizacija reakcij povezovanja, razgradnje, substitucije, izmenjave in njihova uporaba v industriji. Redoks reakcije v središču metalurgije, bistvo valence, vrste transesterifikacije.

povzetek, dodan 27.01.2012


Vrednost vode za kemična industrija. Priprava vode za proizvodnih procesov. Katalitski procesi, njihova klasifikacija. Vpliv katalizatorja na hitrost kemijsko-tehnoloških procesov. Materialna bilanca peči za žganje žvepla.

test, dodan 18.01.2014


Mehanizmi vpliva ultrazvoka na kemijske reakcije. Upoštevanje le-tega pri razvoju in izvajanju tehnoloških procesov. Tehnologije, uresničene s pomočjo ultrazvoka. Natančno čiščenje in razmaščevanje. Razplinjevanje talin in varjenje polimerov in kovin.

OPREDELITEV

Kemijska reakcija imenujemo pretvorba snovi, pri kateri pride do spremembe njihove sestave in (ali) strukture.

Najpogosteje kemijske reakcije razumemo kot proces pretvorbe začetnih snovi (reagentov) v končne snovi (produkte).

Kemijske reakcije so zapisane s pomočjo kemijskih enačb, ki vsebujejo formule izhodnih snovi in ​​reakcijskih produktov. V skladu z zakonom o ohranitvi mase se število atomov vsakega elementa na levi in desni deli kemijska enačba je enaka. Običajno so na levi strani enačbe zapisane formule izhodnih snovi, na desni pa formule produktov. Enakost števila atomov posameznega elementa v levem in desnem delu enačbe dosežemo tako, da pred formulami snovi postavimo cele stehiometrične koeficiente.

Kemijske enačbe lahko vsebujejo dodatne informacije o značilnostih reakcije: temperatura, tlak, sevanje itd., kar je označeno z ustreznim simbolom nad (ali "pod") znakom enačaja.

Vse kemijske reakcije lahko združimo v več razredov, ki imajo določene značilnosti.

Razvrstitev kemijskih reakcij glede na število in sestavo začetnih in nastalih snovi

Po tej klasifikaciji so kemijske reakcije razdeljene na reakcije združevanja, razgradnje, substitucije, izmenjave.

Kot rezultat reakcije spojin iz dveh ali več (kompleksnih ali enostavnih) snovi nastane ena nova snov. IN splošni pogled Enačba za takšno kemično reakcijo bo videti takole:

Na primer:

CaCO 3 + CO 2 + H 2 O \u003d Ca (HCO 3) 2

SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4

2Mg + O 2 \u003d 2MgO.

2FeCl 2 + Cl 2 = 2FeCl 3

Kombinacijske reakcije so v večini primerov eksotermne, tj. pretok s sproščanjem toplote. Če reakcija vključuje preproste snovi, potem so takšne reakcije največkrat redoks (ORD), tj. nastanejo s spremembo oksidacijskih stanj elementov. Nemogoče je nedvoumno reči, ali lahko reakcijo spojine med kompleksnimi snovmi pripišemo OVR.

Reakcije, pri katerih iz ene kompleksne snovi nastane več drugih novih snovi (kompleksnih ali enostavnih), uvrščamo med reakcije razgradnje. Na splošno bo enačba za reakcijo kemične razgradnje videti takole:

Na primer:

CaCO 3 CaO + CO 2 (1)

2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2 (2)

CuSO 4 × 5H 2 O \u003d CuSO 4 + 5H 2 O (3)

Cu (OH) 2 \u003d CuO + H 2 O (4)

H 2 SiO 3 \u003d SiO 2 + H 2 O (5)

2SO 3 \u003d 2SO 2 + O 2 (6)

(NH 4) 2 Cr 2 O 7 \u003d Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O (7)

Večina reakcij razgradnje poteka s segrevanjem (1,4,5). Možna je razgradnja z električnim tokom (2). Razgradnja kristaliničnih hidratov, kislin, baz in soli kislin, ki vsebujejo kisik (1, 3, 4, 5, 7), poteka brez spreminjanja oksidacijskih stanj elementov, tj. te reakcije ne veljajo za OVR. Reakcije razgradnje OVR vključujejo razgradnjo oksidov, kislin in soli, ki jih tvorijo elementi v višje stopnje oksidacija (6).

Reakcije razgradnje najdemo tudi v organski kemiji, vendar pod drugimi imeni - krekiranje (8), dehidrogenacija (9):

C 18 H 38 \u003d C 9 H 18 + C 9 H 20 (8)

C 4 H 10 \u003d C 4 H 6 + 2H 2 (9)

pri substitucijske reakcije enostavna snov medsebojno deluje s kompleksno in tvorita novo preprosto in novo kompleksno snov. Na splošno bo enačba za kemično substitucijsko reakcijo videti takole:

Na primer:

2Al + Fe 2 O 3 \u003d 2Fe + Al 2 O 3 (1)

Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 (2)

2KBr + Cl 2 \u003d 2KCl + Br 2 (3)

2KSlO 3 + l 2 = 2KlO 3 + Cl 2 (4)

CaCO 3 + SiO 2 \u003d CaSiO 3 + CO 2 (5)

Ca 3 (RO 4) 2 + ZSiO 2 = ZCaSiO 3 + P 2 O 5 (6)

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

Substitucijske reakcije so večinoma redoks reakcije (1 - 4, 7). Primerov reakcij razgradnje, pri katerih ni sprememb v oksidacijskih stopnjah, je malo (5, 6).

Reakcije izmenjave imenujemo reakcije, ki nastanejo med kompleksnimi snovmi, pri katerih si izmenjujejo svoje sestavnih delov. Običajno se ta izraz uporablja za reakcije, ki vključujejo ione, ki se nahajajo v vodna raztopina. Na splošno bo enačba za reakcijo kemične izmenjave videti takole:

AB + CD = AD + CB

Na primer:

CuO + 2HCl \u003d CuCl 2 + H 2 O (1)

NaOH + HCl \u003d NaCl + H 2 O (2)

NaHCO 3 + HCl \u003d NaCl + H 2 O + CO 2 (3)

AgNO 3 + KBr = AgBr ↓ + KNO 3 (4)

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

Reakcije izmenjave niso redoks. poseben primer te izmenjevalne reakcije so nevtralizacijske reakcije (reakcije interakcije kislin z alkalijami) (2). Reakcije izmenjave potekajo v smeri, ko se vsaj ena od snovi odstrani iz reakcijske krogle v obliki plinaste snovi (3), oborine (4, 5) ali nizko disociacijske spojine, najpogosteje vode (1, 2).

Razvrstitev kemijskih reakcij glede na spremembe oksidacijskih stanj

Glede na spremembo oksidacijskih stanj elementov, ki sestavljajo reaktante in reakcijske produkte, so vse kemijske reakcije razdeljene na redoks (1, 2) in tiste, ki potekajo brez spremembe oksidacijskega stanja (3, 4).

2Mg + CO 2 \u003d 2MgO + C (1)

Mg 0 - 2e \u003d Mg 2+ (reducent)

C 4+ + 4e \u003d C 0 (oksidant)

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

Fe 2+ -e \u003d Fe 3+ (reducent)

N 5+ + 3e \u003d N 2+ (oksidant)

AgNO 3 + HCl \u003d AgCl ↓ + HNO 3 (3)

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

Razvrstitev kemijskih reakcij po toplotnem učinku

Glede na to, ali se med reakcijo sprosti ali absorbira toplota (energija), vse kemijske reakcije pogojno delimo na ekso - (1, 2) oziroma endotermne (3). Količina toplote (energije), ki se sprosti ali absorbira med reakcijo, se imenuje toplota reakcije. Če enačba kaže količino sproščene ali absorbirane toplote, potem se takšne enačbe imenujejo termokemične.

N 2 + 3H 2 = 2NH 3 +46,2 kJ (1)

2Mg + O 2 \u003d 2MgO + 602,5 kJ (2)

N 2 + O 2 \u003d 2NO - 90,4 kJ (3)

Razvrstitev kemijskih reakcij glede na smer reakcije

Glede na smer reakcije ločimo reverzibilne (kemični procesi, katerih produkti lahko reagirajo med seboj pod enakimi pogoji, v katerih nastanejo, s tvorbo izhodnih snovi) in ireverzibilne (kemični procesi, katerih produkti ne morejo med seboj reagirati s tvorbo izhodnih snovi).

Za reverzibilne reakcije je enačba v splošni obliki običajno zapisana takole:

A + B ↔ AB

Na primer:

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

Primeri ireverzibilnih reakcij so naslednje reakcije:

2KSlO 3 → 2KSl + ZO 2

C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O

Dokaz o nepovratnosti reakcije so lahko reakcijski produkti plinaste snovi, oborine ali nizko disociacijske spojine, najpogosteje vode.

Razvrstitev kemijskih reakcij glede na prisotnost katalizatorja

S tega vidika ločimo katalitične in nekatalitske reakcije.

Katalizator je snov, ki pospeši kemično reakcijo. Reakcije, ki vključujejo katalizatorje, imenujemo katalitične. Nekatere reakcije so na splošno nemogoče brez prisotnosti katalizatorja:

2H 2 O 2 \u003d 2H 2 O + O 2 (katalizator MnO 2)

Pogosto eden od produktov reakcije služi kot katalizator, ki to reakcijo pospeši (avtokatalitične reakcije):

MeO + 2HF \u003d MeF 2 + H 2 O, kjer je Me kovina.

Primeri reševanja problemov

PRIMER 1

Med kemijskimi reakcijami se iz ene snovi pridobijo druge snovi (ne smemo zamenjevati z jedrskimi reakcijami, pri katerih ena kemični element spremeni v drugo).

Vsaka kemijska reakcija je opisana s kemijsko enačbo:

Reagenti → Reakcijski produkti

Puščica označuje smer reakcije.

Na primer:

Pri tej reakciji metan (CH 4) reagira s kisikom (O 2), pri čemer nastaneta ogljikov dioksid (CO 2) in voda (H 2 O) oziroma vodna para. Točno takšna reakcija se zgodi v vaši kuhinji, ko prižgete plinski gorilnik. Enačbo je treba brati takole: ena molekula plina metana reagira z dvema molekulama plina kisika, kar ima za posledico eno molekulo ogljikovega dioksida in dve molekuli vode (pare).

Številke pred komponentami kemijske reakcije imenujemo reakcijski koeficienti.

Kemijske reakcije so endotermna(z absorpcijo energije) in eksotermna(s sproščanjem energije). Izgorevanje metana je tipičen primer eksotermne reakcije.

Poznamo več vrst kemijskih reakcij. Najpogostejši:

• reakcije spojin;
• reakcije razgradnje;
• posamezne substitucijske reakcije;
• dvojne substitucijske reakcije;
• oksidacijske reakcije;
• redoks reakcije.

Reakcije na povezavo

V sestavljeni reakciji najmanj dva elementa tvorita en produkt:

2Na (t) + Cl 2 (g) → 2NaCl (t)- nastajanje soli.

Pozornost je treba posvetiti bistvenemu odtenku reakcij spojine: odvisno od pogojev reakcije ali deležev reagentov, ki sodelujejo v reakciji, je lahko njen rezultat različne izdelke. Na primer, pri normalnih pogojih zgorevanja premoga se izkaže ogljikov dioksid:
C (t) + O 2 (g) → CO 2 (g)

Če ni dovolj kisika, nastane smrtonosni ogljikov monoksid:
2C (t) + O 2 (g) → 2CO (g)

Reakcije razgradnje

Te reakcije so tako rekoč v bistvu nasprotne reakcijam spojine. Zaradi reakcije razgradnje snov razpade na dva (3, 4...) enostavnejša elementa (spojine):

• 2H 2 O (g) → 2H 2 (g) + O 2 (g)- razgradnja vode
• 2H 2 O 2 (g) → 2H 2 (g) O + O 2 (g)- razgradnja vodikovega peroksida

Posamezne substitucijske reakcije

Kot rezultat posameznih substitucijskih reakcij bolj aktiven element nadomesti manj aktiven element v spojini:

Zn (t) + CuSO 4 (raztopina) → ZnSO 4 (raztopina) + Cu (t)

Cink v raztopini bakrovega sulfata izpodriva manj aktivni baker, kar povzroči raztopino cinkovega sulfata.

Stopnja aktivnosti kovin v naraščajočem vrstnem redu aktivnosti:

• Najbolj aktivne so alkalijske in zemeljskoalkalijske kovine.

Ionska enačba za zgornjo reakcijo bo:

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

Ionska vez CuSO 4, ko se raztopi v vodi, razpade na bakrov kation (naboj 2+) in anion sulfat (naboj 2-). Kot rezultat substitucijske reakcije nastane cinkov kation (ki ima enak naboj kot bakrov kation: 2-). Upoštevajte, da je sulfatni anion prisoten na obeh straneh enačbe, kar pomeni, da ga je po vseh matematičnih pravilih mogoče zmanjšati. Rezultat je ionsko-molekularna enačba:

Zn (t) + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu (t)

Dvojne substitucijske reakcije

Pri dvojnih substitucijskih reakcijah sta dva elektrona že zamenjana. Takšne reakcije imenujemo tudi reakcije izmenjave. Te reakcije potekajo v raztopini in tvorijo:

• nerešljiv trdna(obarjanske reakcije);
• voda (reakcije nevtralizacije).

Precipitacijske reakcije

Pri mešanju raztopine srebrovega nitrata (soli) z raztopino natrijevega klorida nastane srebrov klorid:

Molekulska enačba: KCl (raztopina) + AgNO 3 (p-p) → AgCl (t) + KNO 3 (p-p)

Ionska enačba: K + + Cl - + Ag + + NO 3 - → AgCl (t) + K + + NO 3 -

Molekularno-ionska enačba: Cl - + Ag + → AgCl (t)

Če je spojina topna, bo v raztopini v ionski obliki. Če je spojina netopna, se bo oborila in tvorila trdno snov.

Reakcije nevtralizacije

Gre za reakcije med kislinami in bazami, zaradi katerih nastanejo molekule vode.

Na primer, reakcija mešanja raztopine žveplove kisline in raztopine natrijevega hidroksida (lug):

Molekulska enačba: H 2 SO 4 (p-p) + 2NaOH (p-p) → Na 2 SO 4 (p-p) + 2H 2 O (l)

Ionska enačba: 2H + + SO 4 2- + 2Na + + 2OH - → 2Na + + SO 4 2- + 2H 2 O (l)

Molekularno-ionska enačba: 2H + + 2OH - → 2H 2 O (g) ali H + + OH - → H 2 O (g)

Oksidacijske reakcije

To so reakcije medsebojnega delovanja snovi s plinastim kisikom v zraku, pri katerih se praviloma veliko število energijo v obliki toplote in svetlobe. Tipična oksidacijska reakcija je zgorevanje. Na samem začetku te strani je podana reakcija interakcije metana s kisikom:

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

Metan se nanaša na ogljikovodike (spojine ogljika in vodika). Ko ogljikovodik reagira s kisikom, se sprosti veliko toplotne energije.

Redoks reakcije

To so reakcije, pri katerih se izmenjujejo elektroni med atomi reaktantov. Zgoraj obravnavane reakcije so tudi redoks reakcije:

• 2Na + Cl 2 → 2NaCl - reakcija spojine
• CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O - reakcija oksidacije
• Zn + CuSO 4 → ZnSO 4 + Cu - enojna substitucijska reakcija

Najbolj podrobne redoks reakcije z velikim številom primerov reševanja enačb z metodo elektronske bilance in metodo polovične reakcije so opisane v poglavju

Sprostitev zvoka pri kemijskih reakcijah najpogosteje opazimo med eksplozijami, ko močno povečanje temperature in tlaka povzroči vibracije v zraku. Lahko pa tudi brez eksplozij. Če na sodo bikarbono vlijete malo kisa, se zasliši sikanje in sprosti se ogljikov dioksid: NaHCO3 + CH3COOH \u003d CH3COONa + H2O + CO2. Jasno je, da v vakuumu ne bo slišati niti te reakcije niti eksplozije.

Drug primer: če na dno steklenega valja vlijemo malo težke koncentrirane žveplove kisline, nato na vrh vlijemo plast lahkega alkohola, nato pa na mejo med dvema tekočinama postavimo kristale kalijevega permanganata (kalijevega permanganata), slišati bo precej glasno prasketanje, v temi pa so vidne svetle iskre. In tukaj je zelo zanimiv primer "zvočne kemije".

Vsi so slišali brnenje plamena v peči.

Brnenje se sliši tudi, če vodik, ki uhaja iz cevi, zažgemo in konec cevi spustimo v posodo stožčaste ali kroglaste oblike. Ta pojav so poimenovali pojoči plamen.

Znan je tudi nasprotni pojav - učinek zvoka piščalke na plamen. Plamen lahko tako rekoč "začuti" zvok, sledi spremembam njegove jakosti, ustvari nekakšno "svetlobno kopijo" zvočnih tresljajev.

Torej je vse na svetu medsebojno povezano, vključno s tako na videz oddaljenimi znanostmi, kot sta kemija in akustika.

Razmislite o zadnjem od zgornjih znakov kemijskih reakcij - obarjanju oborine iz raztopine.

IN Vsakdanje življenje takšne reakcije so redke. Nekateri vrtnarji vedo, da če pripravite tako imenovano bordojsko tekočino za zatiranje škodljivcev (imenovano po mestu Bordeaux v Franciji, kjer so z njo škropili vinograde) in za to zmešate raztopino bakrovega sulfata z apnenim mlekom, potem nastane oborina. bo nastala.

Zdaj le redkokdo pripravlja bordojsko tekočino, vendar so vsi videli vodni kamen v kotličku. Izkazalo se je, da je tudi to oborina, ki se obori med kemično reakcijo!

Ta reakcija je taka. V vodi je nekaj topnega kalcijevega bikarbonata Ca(HCO3)2. Ta snov nastane, ko podtalnica, v kateri je raztopljen ogljikov dioksid, pronica skozi apnenčaste kamnine.

V tem primeru pride do reakcije raztapljanja kalcijevega karbonata (in sicer iz apnenca, krede, marmorja): CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3) 2. Če zdaj voda izhlapi iz raztopine, začne reakcija potekati v nasprotni smeri.

Voda lahko izhlapi, ko se raztopina kalcijevega bikarbonata po kapljicah zbira na stropu podzemne jame in te kapljice občasno padejo dol.

Tako se rodijo stalaktiti in stalagmiti. Povratne informacije nastane pri segrevanju raztopine.

Tako nastane vodni kamen v kotličku.

In več kot je bikarbonata v vodi (potem se voda imenuje trda), več vodnega kamna nastane. Zaradi nečistoč železa in mangana lestvica ni bela, ampak rumena ali celo rjava.

Preprosto je preveriti, da je lestvica res karbonatna. Če želite to narediti, morate nanj delovati s kisom - raztopino ocetne kisline.

Zaradi reakcije CaCO3 + 2CH3COOH = (CH3COO)2Ca + + H2O + CO2 se bodo sprostili mehurčki ogljikovega dioksida in vodni kamen se bo začel raztapljati.

Našteti znaki (še enkrat jih ponavljamo: sproščanje svetlobe, toplote, plina, usedline) ne omogočajo vedno reči, da reakcija res poteka.

Na primer, pri zelo visoka temperatura kalcijev karbonat CaCO3 (kreda, apnenec, marmor) razpade in nastaneta kalcijev oksid in ogljikov dioksid: CaCO3 \u003d CaO + CO2, med to reakcijo pa se toplotna energija ne sprosti, ampak absorbira in videz zadeva se malo spreminja.

Še en primer. Če zmešate razredčene raztopine klorovodikove kisline in natrijevega hidroksida, potem ni opaziti nobenih vidnih sprememb, čeprav je reakcija HC1 + NaOH = NaCl + H2O. Pri tej reakciji so se jedke snovi - kislina in alkalije "ugasnile", rezultat pa je bil neškodljiv natrijev klorid (kuhinjska sol) in voda.

Če pa zmešate raztopine klorovodikove kisline in kalijevega nitrata (kalijev nitrat), potem ne bo prišlo do kemične reakcije.

Torej samo za zunanji znaki ni vedno mogoče ugotoviti, ali je prišlo do reakcije.

Razmislite o najpogostejših reakcijah na primeru kislin, baz, oksidov in soli - glavnih razredov anorganskih spojin.