Химични реакции, които произвеждат звук. Здрава химия

Изпратете добрата си работа в базата знания е лесно. Използвайте формата по-долу

Студенти, докторанти, млади учени, които използват базата от знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.

публикувано на http://www.allbest.ru/

• Въведение
• 1. Понятието звук. Звукови вълни
• 1.1 Област на изследване на звуковите ефекти върху химичните процеси
• 1.2 Звукови химични методи
• 2. Използване на инфразвук като метод за усилване химикотехнологични процеси
• 3. Използване на ултразвук като начин за интензифициране на химичните процеси
• Заключение
• Въведение
• Двадесет и първи век е векът на био- и нанотехнологиите, универсалната информатизация, електрониката, инфразвука и ултразвука. Ултразвукът и инфразвукът представляват вълнообразно разпространяващо се осцилаторно движение на частиците на средата и се характеризират с редица отличителни чертив сравнение с колебанията в звуковия диапазон. В ултразвуковия честотен диапазон е относително лесно да се получи насочено излъчване; Ултразвуковите вибрации се поддават добре на фокусиране, в резултат на което се увеличава интензивността на ултразвуковите вибрации в определени области на въздействие. Когато се разпространяват в газове, течности и твърди вещества, звуковите вибрации пораждат уникални явления, много от които са открити практическа употреба V различни областинауката и технологиите се появиха десетки високоефективни, пестещи ресурси звукови технологии. IN последните годиниизползването на звукови вибрации започва да играе все по-важна роля в индустрията и научно изследване. Успешно са проведени теоретични и експериментални изследвания в областта на ултразвуковата кавитация и акустичните потоци, което направи възможно разработването на нови технологични процеси, протичащи под въздействието на ултразвук в течната фаза.
• В момента се формира ново направление в химията - звукова химия, което позволява да се ускорят много химични и технологични процеси и да се получат нови вещества, наред с теоретичните и експериментални изследванияв областта на звука химична реакциямного е постигнато практическа работа. Развитието и прилагането на звукови технологии в момента отваря нови перспективи в създаването на нови вещества и материали, в даването известни материалии среди с нови свойства и следователно изисква разбиране на явленията и процесите, протичащи под въздействието на ултразвук и инфразвук, възможностите на новите технологии и перспективите за тяхното приложение.
• 1. Концепцията за звука. Звукови вълни

Звукът е физическо явление, което представлява разпространение на механични вибрации под формата на еластични вълни в твърда, течна или газообразна среда. В тесен смисъл звукът се отнася до тези вибрации, разглеждани във връзка с това как се възприемат от сетивата на животните и хората.

Както всяка вълна, звукът се характеризира с амплитуда и честотен спектър. Обикновен човекспособни да чуват звукови вибрации в честотния диапазон от 16--20 Hz до 15--20 kHz. Звук под обхвата на човешката чуваемост се нарича инфразвук; по-високи: до 1 GHz - ултразвук, от 1 GHz - хиперзвук. Силата на звука зависи по сложен начин от ефективното звуково налягане, честотата и формата на вибрациите, а височината на звука зависи не само от честотата, но и от величината на звуковото налягане.

Звуковите вълни във въздуха са редуващи се области на компресия и разреждане. Звуковите вълни могат да служат като пример за колебателен процес. Всяко колебание е свързано с нарушаване на равновесното състояние на системата и се изразява в отклонението на нейните характеристики от равновесните стойности с последващо връщане към първоначалната стойност. За звуковите вибрации тази характеристика е налягането в точка на средата, а нейното отклонение е звуковото налягане.

Ако направите рязко изместване на частици от еластична среда на едно място, например с помощта на бутало, тогава налягането на това място ще се увеличи. Благодарение на еластичните връзки на частиците, налягането се предава на съседните частици, които от своя страна действат върху следващите и площта високо кръвно наляганесякаш се движат в еластична среда. Зоната на високо налягане е последвана от зона ниско кръвно наляганеи по този начин се образуват серия от редуващи се области на компресия и разреждане, разпространяващи се в средата под формата на вълна. Всяка частица от еластичната среда в този случай ще извършва осцилаторни движения.

Фигура 1 - Движение на частици по време на разпространение на вълна а) движение на частици на средата по време на разпространение на надлъжна вълна; б) движението на частици от средата по време на разпространение на напречна вълна.

Фигура 2 - Характеристики на осцилаторния процес

В течни и газообразни среди, където няма значителни колебания в плътността, акустичните вълни са надлъжни по природа, т.е. посоката на вибрациите на частиците съвпада с посоката на движение на вълната. В твърдите тела, в допълнение към надлъжните деформации, възникват и еластични деформации на срязване, предизвикващи възбуждане на напречни (срязващи) вълни; в този случай частиците осцилират перпендикулярно на посоката на разпространение на вълната. Скоростта на разпространение на надлъжните вълни е много по-голяма от скоростта на разпространение на срязващите вълни.

1.1 Област на изследване на звуковите ефекти върху химичните процеси

Клонът на химията, който изучава взаимодействието на мощни акустични вълни и произтичащите от това химични и физико-химични ефекти, се нарича сонохимия (сонохимия). Звуковата химия изучава кинетиката и механизма на звуковите химични реакции, протичащи в обема на звуковото поле. Областта на звуковата химия включва и някои физични и химични процеси в звуково поле: сонолуминесценция, дисперсия на вещество под въздействието на звук, емулгиране и други колоидни химични процеси. Сонолуминесценцията е феноменът на светкавицата, възникваща по време на колапса на кавитационни мехурчета, генерирани в течност от мощна ултразвукова вълна. Типичен експеримент за наблюдение на сонолуминесценцията е следният: в съд с вода се поставя резонатор и в него се създава стояща сферична ултразвукова вълна. При достатъчна ултразвукова мощност в самия център на резервоара се появява ярък точков източник на синкава светлина - звукът се превръща в светлина. Сонохимията се фокусира върху изучаването на химични реакции, протичащи под въздействието на акустични вибрации - звукохимични реакции.

По правило звукохимичните процеси се изследват в ултразвуковия диапазон (от 20 kHz до няколко MHz). Много по-рядко се изследват звуковите вибрации в килохерцовия диапазон и инфразвуковия диапазон.

Звуковата химия изучава процесите на кавитация. Cavitamcia (от лат. cavita - празнота) е процесът на изпаряване и последваща кондензация на парни мехурчета в течен поток, придружен от шум и хидравлични удари, образуване на кухини в течността (кавитационни мехурчета или каверни), пълни с пара на самата течност, в която се среща. Кавитацията възниква в резултат на локално намаляване на налягането в течността, което може да възникне или с увеличаване на нейната скорост (хидродинамична кавитация), или с преминаване на акустична вълна с висок интензитет по време на полупериода на разреждане (акустична кавитация). ); има и други причини за ефекта. Движейки се по течението към област с повече високо наляганеили по време на половин цикъл на компресия, кавитационният балон се свива, излъчвайки ударна вълна.

1.2 Методи за добра химия

За изучаване на звукови химични реакции те използват следните методи: обратен пиезоелектричен ефект и магнитострикционен ефект за генериране на високочестотни звукови вибрации в течност, аналитична химия за изследване на продуктите от звуково-химични реакции, обратен пиезоелектричен ефект - появата на механични деформации под въздействието на електрическо поле (използван в акустиката излъчватели, в механични системи за движение - активатори).

Magnetostreaming е феномен, при който състоянието на магнетизация на тялото се променя, неговият обем и линейни размери се променят (използва се за генериране на ултразвук и хиперзвук).

инфразвук -- звукови вълни, с честота, по-ниска от възприеманата човешко ухо. Тъй като човешкото ухо обикновено е способно да чува звуци в честотния диапазон от 16-20 000 Hz, 16 Hz обикновено се приема като горна граница на инфразвуковия честотен диапазон.Долната граница на инфразвуковия диапазон обикновено се определя като 0,001 Hz.

Инфразвукът има редица характеристики, свързани с ниската честота на вибрациите на еластична среда: има много по-големи амплитуди на вибрации; разпространява се много по-далеч във въздуха, тъй като абсорбцията му в атмосферата е незначителна; проявява феномена на дифракция, в резултат на което лесно прониква в помещения и заобикаля препятствия, които блокират чуваемите звуци; кара големи предмети да вибрират поради резонанс.

вълна ултразвук химическа кавитация

2. Използването на инфразвука като начин за интензификация на химико-технологичните процеси

Физическо влияние върху химичните реакции в в такъв случайизвършвани в инфразвукови устройства,- устройства, в които се използват нискочестотни акустични вибрации за интензифициране на технологичните процеси в течни среди (всъщност инфразвук с честота до 20 Hz, звук с честота до 100 Hz). Вибрациите се създават директно в обработваната среда с помощта на гъвкави излъчватели с различни конфигурации и форми или твърди метални бутала, свързани към стените на технологични контейнери чрез еластични елементи (например гума). Това дава възможност да се облекчат стените на инфразвуковия апарат от вибрациите на източника, като значително се намалява тяхното ниво на вибрации и шум в производствени помещения. В инфразвуковите устройства се възбуждат вибрации с големи амплитуди (от единици до десетки mm).

Въпреки това, ниското поглъщане на инфразвука от работната среда и възможността за съгласуване с излъчвателя на трептене (избор на подходящи параметри на източника) и размера на апарата (за обработка на определени обеми течност) позволяват да се разшири нелинейната вълна ефекти, които възникват при излагане на инфразвук на големи технологични обеми. Поради това инфразвуковите устройства са коренно различни от ултразвуковите, в които течностите се обработват в малък обем.

В инфразвуковите устройства се реализират следните физични ефекти (едно или повече едновременно): кавитация, високоамплитудно променлив знак и радиация (звуково излъчване) налягане, редуващи се течни потоци, акустични потоци (звуков вятър), дегазация на течността и образуване в него от много газови мехурчета и техните равновесни слоеве, фазово изместване на трептенията между суспендираните частици и течността. Тези ефекти значително ускоряват окислително-възстановителните, електрохимичните и други реакции, интензифицирани са 2-4 пъти индустриалните процеси на смесване, филтриране, разтваряне и диспергиране на твърди материали в течности, разделяне, класифициране и дехидратиране на суспензии, както и почистване на части и механизми и др. .

Използването на инфразвук позволява няколко пъти да се намали специфичната консумация на енергия и метал и общите размери на устройствата, както и да се обработват течности директно в потока при транспортирането им през тръбопроводи, което елиминира инсталирането на миксери и други устройства.

Фигура 3 - Инфразвуков апарат за смесване на суспензии: 1 - мембранен излъчвател на вибрации; 2 - модулатор на сгъстен въздух; 3 - устройство за зареждане; 4 - компресор

Една от най-често срещаните области на приложение на инфразвука е смесването на суспензии, като се използват например тръбни инфразвукови устройства. Такава машина се състои от един или повече последователно свързани хидропневматични излъчватели и устройство за зареждане.

3. Използването на ултразвук при интензифициране на химични процеси

Ултразвук mk - звукови вълни с честота, по-висока от тази, която се възприема от човешкото ухо; обикновено ултразвукът означава честоти над 20 000 Hertz. Високочестотните вибрации, използвани в индустрията, обикновено се създават с помощта на пиезокерамични преобразуватели. В случаите, когато мощността на ултразвуковите вибрации е от първостепенно значение, се използват механични източници на ултразвук.

Въздействието на ултразвука върху химичните и физикохимичните процеси, протичащи в течности, включва: иницииране на определени химични реакции, промени в скоростта и понякога посоката на реакциите, поява на течна луминесценция (сонолуминесценция), създаване на ударни вълни в течности, емулгиране на несмесващи се вещества. течности и коалесценция (сливане). частици вътре в движеща се среда или на повърхността на тяло) емулсии, дисперсия (фино смилане на твърди вещества или течности) на твърди вещества и коагулация (комбинация на малки диспергирани частици в по-големи агрегати) на твърди частици в течност, обезгазяване на течност и др. За извършване на технологични процеси се използват ултразвукови устройства.

Ефектът на ултразвука върху различни процесисвързано с кавитация (образуване в течност по време на преминаването на акустична вълна от кухини (кавитационни мехурчета), пълни с газ, пара или смес от тях).

Химичните реакции, протичащи в течност под въздействието на ултразвук (звукохимични реакции), могат да бъдат разделени на: а) редокс реакции, реакции, протичащи в водни разтворимежду разтворени вещества и продукти на разлагане на водни молекули вътре в кавитационния мехур (H, OH,), например:

б) Реакции между разтворени газове и вещества с високо налягане на парите, разположени вътре в кавитационния мехур:

в) Верижни реакции, инициирани не от радикалните продукти на разпадане на водата, а от някакво друго вещество, дисоцииращо в кавитационния мехур, например изомеризацията на малеинова киселина във фумарова киселина под въздействието на Br, образувана в резултат на сонохимична дисоциация.

г) Реакции с участието на макромолекули. За тези реакции са важни не само кавитацията и свързаните с нея ударни вълни и кумулативни струи, но и механични сили, разграждане на молекули. Получените макрорадикали в присъствието на мономера са способни да инициират полимеризация.

д) Иницииране на експлозия в течни и твърди експлозиви.

е) Реакции в течни неводни системи, например пиролиза и окисление на въглеводороди, окисляване на алдехиди и алкохоли, алкилиране на ароматни съединения и др.

Основната енергийна характеристика на сонохимичните реакции е енергийният добив, който се изразява в броя на молекулите на продукта, образувани за сметка на 100 eV погълната енергия. Енергийният добив на продуктите на окислително-редукционните реакции обикновено не надвишава няколко единици, а за верижните реакции достига няколко хиляди.

Под въздействието на ултразвук в много реакции е възможно да се увеличи скоростта няколко пъти (например при реакции на хидрогениране, изомеризация, окисление и др.), Понякога добивът също се увеличава едновременно.

Въздействието на ултразвука е важно да се вземе предвид при разработването и провеждането на различни технологични процеси (например при излагане на вода, в която е разтворен въздух, се образуват азотни оксиди), за да се разберат процесите, съпътстващи поглъщането на звука в медии.

Заключение

В момента звуковите вибрации се използват широко в промишлеността, като обещаващ технологичен фактор, който позволява, ако е необходимо, рязко да интензифицира производствените процеси.

Използването на мощен ултразвук в технологичните процеси за производство и обработка на материали и вещества позволява:

Намаляване на разходите за процес или продукт,

Вземете нови продукти или подобрете качеството на съществуващите,

Интензифициране на традиционните технологични процеси или стимулиране внедряването на нови,

Допринасят за подобряване на екологичната ситуация чрез намаляване на агресивността на технологичните течности.

Трябва да се отбележи обаче, че ултразвукът има изключително неблагоприятно въздействие върху живите организми. За да се намалят подобни въздействия, се препоръчва ултразвуковите инсталации да се поставят в специални помещения, като се използват системи за дистанционно управление за извършване на технологични процеси върху тях. Голям ефект има автоматизацията на тези инсталации.

По-икономичен начин за защита срещу въздействието на ултразвука е използването на звукоизолиращи обвивки, които покриват ултразвуковите модули или екрани, разположени на пътя на разпространение на ултразвука. Тези екрани са изработени от листова стомана или дуралуминий, пластмаса или специална гума.

Списък на използваните източници

1. МаргулисМ.А. Основи на звуковата химия (химични реакции в акустични полета); учебник ръководство за хим. и химичен технолог. Специалности на университетите / M.A. Маргулис. М.: Висше училище, 1984. 272 ​​с.

2. Susliсk K.S. Ултразвук. Неговите химични, физични и биологични ефекти. Изд.: VCH, Ню Йорк, 336 rub.

3. Кардашев Г.А. Физични методи за интензификация на химикотехнологичните процеси. М.: Химия, 1990, 208 с.

5. Луминесценция

6. Ултразвук

Публикувано на Allbest.ru

Подобни документи

Процеси на химичната технология. Разработване на схема на химико-технологичния процес. Критерии за оптимизация. Топологичен метод и CTS. Понятия и дефиниции на теорията на графите. Параметри на технологичния режим на елементите на КТС. Изследване на стохастични процеси.

лекция, добавена на 18.02.2009 г


Теория на химичните процеси на органичния синтез. Решение: по време на алкилирането на бензен с пропилен в присъствието на каквито и да било катализатори се извършва последователно заместване на водородни атоми, за да се образува смес от продукти различни степениалкилиране.

курсова работа, добавена на 01/04/2009


Органичният синтез като клон на химията, предметът и методите на неговото изследване. Същността на процесите на алкилиране и ацилиране, характерни реакции и принципи на тяхното протичане. Описание на реакциите на кондензация. Характеристика, значение на реакциите на нитриране и халогениране.

лекция, добавена на 28.12.2009 г


Етапи на изучаване на процесите на горене и експлозия. Основните видове експлозии, тяхната класификация според вида на химичните реакции и плътността на веществото. Реакциите на разлагане, редокс, полимеризация, изомеризация и кондензация, смеси са в основата на експлозиите.

резюме, добавено на 06/06/2011


Промишлено пречистване на вода. Набор от операции, които осигуряват пречистване на водата. Хомогенни и хетерогенни некаталитични процеси в течна и газова фаза, техните закономерности и методи за интензификация. Сравнение различни видовехимически реактори.

лекция, добавена на 29.03.2009 г


Методи за получаване на багрила. Получаване на натриев сулфанилат чрез синтез. Характеристики на изходните суровини и получения продукт. Изчисляване на химико-технологични процеси и оборудване. Математическо описание химичен методполучаване на натриев сулфанилат.

дисертация, добавена на 21.10.2013 г


Понятие и изчисляване на скоростта на химичните реакции, неговото научно и практическо значение и приложение. Изявление на закона активни маси. Фактори, влияещи върху скоростта на химичните реакции. Примери за реакции, протичащи в хомогенни и хетерогенни системи.

презентация, добавена на 30.04.2012 г


Концепцията и условията за протичане на химичните реакции. Характеристики на реакциите на съединение, разлагане, заместване, обмен и тяхното приложение в промишлеността. Редокс реакциите са в основата на металургията, същността на валентността, видовете трансестерификация.

резюме, добавено на 27.01.2012 г


Значението на водата за химическата промишленост. Подготовка на вода за производствени процеси. Каталитични процеси, тяхната класификация. Влияние на катализатора върху скоростта на химико-технологичните процеси. Материален баланс на пещ за изгаряне на сяра.

тест, добавен на 18.01.2014 г


Механизми на влиянието на ултразвука върху химичните реакции. Отчитането му при разработването и провеждането на технологични процеси. Технологии, реализирани с помощта на ултразвук. Прецизно почистване и обезмасляване. Дегазиране на стопилки и заваряване на полимери и метали.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Химическа реакциясе наричат ​​трансформации на вещества, при които настъпва промяна в техния състав и (или) структура.

Най-често химичните реакции се разбират като процес на превръщане на изходните вещества (реагенти) в крайни вещества (продукти).

Химичните реакции се записват с химични уравнения, съдържащи формулите на изходните вещества и реакционните продукти. Според закона за запазване на масата, броят на атомите на всеки елемент в ляво и десни части химично уравнениесъщото. Обикновено формулите на изходните вещества се записват от лявата страна на уравнението, а формулите на продуктите отдясно. Равенството на броя на атомите на всеки елемент от лявата и дясната страна на уравнението се постига чрез поставяне на цели стехиометрични коефициенти пред формулите на веществата.

Химичните уравнения могат да съдържат допълнителна информация за характеристиките на реакцията: температура, налягане, радиация и т.н., което се обозначава със съответния символ над (или „под“) знака за равенство.

Всички химични реакции могат да бъдат групирани в няколко класа, които имат определени характеристики.

Класификация на химичните реакции според броя и състава на изходните и получените вещества

Според тази класификация химичните реакции се разделят на реакции на свързване, разлагане, заместване и обмен.

Като резултат съединения реакцииот две или повече (сложни или прости) вещества се образува едно ново вещество. IN общ изгледУравнението за такава химична реакция ще изглежда така:

Например:

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

Реакциите на съединението в повечето случаи са екзотермични, т.е. продължете с отделянето на топлина. Ако в реакцията участват прости вещества, тогава такива реакции най-често са окислително-редукционни реакции (ORR), т.е. възникват при промени в степента на окисление на елементите. Невъзможно е да се каже недвусмислено дали реакцията на съединение между сложни вещества ще бъде класифицирана като ORR.

Реакциите, които водят до образуването на няколко други нови вещества (сложни или прости) от едно сложно вещество, се класифицират като реакции на разлагане. Най-общо уравнението за химическата реакция на разлагане ще изглежда така:

Например:

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)

Повечето реакции на разлагане протичат при нагряване (1,4,5). Възможно разлагане поради експозиция електрически ток(2). Разлагането на кристални хидрати, киселини, основи и соли на кислородсъдържащи киселини (1, 3, 4, 5, 7) протича без промяна на степента на окисление на елементите, т.е. тези реакции не са свързани с ODD. Реакциите на разлагане на ORR включват разлагане на оксиди, киселини и соли, образувани от елементи в по-високи степениокисление (6).

Реакциите на разлагане се срещат и в органичната химия, но под други имена - крекинг (8), дехидрогениране (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)

При реакции на заместванепросто вещество взаимодейства със сложно вещество, образувайки ново просто и ново сложно вещество. Най-общо уравнението за реакция на химично заместване ще изглежда така:

Например:

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)

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)

Повечето реакции на заместване са редокс (1 – 4, 7). Примерите за реакции на разлагане, при които не настъпва промяна в степента на окисление, са малко (5, 6).

Обменни реакцииса реакции, протичащи между сложни вещества, при които те обменят своите компоненти. Обикновено този термин се използва за реакции, включващи йони във воден разтвор. Най-общо уравнението за реакция на химичен обмен ще изглежда така:

AB + CD = AD + CB

Например:

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)

Обменните реакции не са редокс. Специален случайтези обменни реакции са реакции на неутрализация (реакции между киселини и основи) (2). Обменните реакции протичат в посока, в която поне едно от веществата се отстранява от реакционната сфера под формата на газообразно вещество (3), утайка (4, 5) или слабо дисоцииращо съединение, най-често вода (1, 2). ).

Класификация на химичните реакции според промените в степени на окисление

В зависимост от промяната в степента на окисление на елементите, които съставляват реагентите и реакционните продукти, всички химични реакции се разделят на окислително-възстановителни реакции (1, 2) и такива, протичащи без промяна на степента на окисление (3, 4).

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

Mg 0 – 2e = Mg 2+ (редуциращ агент)

C 4+ + 4e = C 0 (окислител)

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

Fe 2+ -e = Fe 3+ (редуциращ агент)

N 5+ +3e = N 2+ (окислител)

AgNO 3 +HCl = AgCl ↓ + HNO 3 (3)

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

Класификация на химичните реакции по топлинен ефект

В зависимост от това дали по време на реакцията се отделя или поглъща топлина (енергия), всички химични реакции условно се разделят съответно на екзотермични (1, 2) и ендотермични (3). Количеството топлина (енергия), освободено или погълнато по време на реакция, се нарича топлинен ефект на реакцията. Ако уравнението показва количеството отделена или погълната топлина, тогава такива уравнения се наричат ​​термохимични.

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 kJ (3)

Класификация на химичните реакции според посоката на реакцията

Въз основа на посоката на реакцията се прави разлика между обратими (химични процеси, чиито продукти са способни да реагират един с друг при същите условия, при които са получени, за да образуват изходните вещества) и необратими (химични процеси, чиито продукти не са способни да реагират едно с друго, за да образуват изходните вещества).

За обратими реакции уравнението в общ вид обикновено се записва, както следва:

A + B ↔ AB

Например:

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

Примерите за необратими реакции включват следните реакции:

2КlО 3 → 2Кl + ЗО 2

C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O

Доказателство за необратимостта на реакцията може да бъде отделянето на газообразно вещество, утайка или слабо дисоцииращо съединение, най-често вода, като продукти на реакцията.

Класификация на химичните реакции според наличието на катализатор

От тази гледна точка се разграничават каталитични и некаталитични реакции.

Катализаторът е вещество, което ускорява хода на химична реакция. Реакциите, протичащи с участието на катализатори, се наричат ​​каталитични. Някои реакции изобщо не могат да протичат без наличието на катализатор:

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

Често един от продуктите на реакцията служи като катализатор, който ускорява тази реакция (автокаталитични реакции):

MeO+ 2HF = MeF 2 + H 2 O, където Me е метал.

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

По време на химични реакции едно вещество произвежда друго (да не се бърка с ядрените реакции, при които една химичен елементсе превръща в друга).

Всяка химична реакция се описва с химично уравнение:

Реактиви → Продукти на реакцията

Стрелката показва посоката на реакцията.

Например:

При тази реакция метанът (CH 4) реагира с кислорода (O 2), което води до образуването на въглероден диоксид (CO 2) и вода (H 2 O), или по-точно, водна пара. Точно такава реакция се случва във вашата кухня, когато запалите газова горелка. Уравнението трябва да се чете така: Една молекула газ метан реагира с две молекули газ кислород, за да произведе една молекула въглероден диоксид и две молекули вода (водна пара).

Наричат ​​се числата, поставени пред компонентите на химичната реакция коефициенти на реакция.

Случват се химични реакции ендотермичен(с абсорбция на енергия) и екзотермичен(с освобождаване на енергия). Изгарянето на метан е типичен пример за екзотермична реакция.

Има няколко вида химични реакции. Най-често:

• реакции на свързване;
• реакции на разлагане;
• реакции на единична замяна;
• реакции на двойно изместване;
• окислителни реакции;
• редокс реакции.

Реакции на съединения

При комбинирани реакции най-малко два елемента образуват един продукт:

2Na (t) + Cl 2 (g) → 2NaCl (t)- образуване на трапезна сол.

Трябва да се обърне внимание на съществен нюанс на реакциите на съединенията: в зависимост от условията на реакцията или пропорциите на реагентите, влизащи в реакцията, нейният резултат може да бъде различни продукти. Например при нормални условия на горене въглищавъглероден диоксид се произвежда:
C (t) + O 2 (g) → CO 2 (g)

Ако количеството кислород е недостатъчно, тогава се образува смъртоносен въглероден окис:
2C (t) + O 2 (g) → 2CO (g)

Реакции на разлагане

Тези реакции са по същество противоположни на реакциите на съединението. В резултат на реакцията на разлагане веществото се разпада на два (3, 4...) по-прости елемента (съединения):

• 2H 2 O (l) → 2H 2 (g) + O 2 (g)- водно разлагане
• 2H 2 O 2 (l) → 2H 2 (g) O + O 2 (g)- разлагане на водороден прекис

Реакции на единично изместване

В резултат на единични реакции на заместване по-активен елемент замества по-малко активен в съединение:

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

Цинкът в разтвор на меден сулфат измества по-малко активната мед, което води до образуването на разтвор на цинков сулфат.

Степента на активност на металите в нарастващ ред на активност:

• Най-активни са алкалните и алкалоземните метали

Йонното уравнение за горната реакция ще бъде:

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

Йонната връзка CuSO 4, когато се разтвори във вода, се разпада на меден катион (заряд 2+) и сулфатен анион (заряд 2-). В резултат на реакцията на заместване се образува цинков катион (който има същия заряд като медния катион: 2-). Моля, обърнете внимание, че сулфатният анион присъства от двете страни на уравнението, т.е. според всички правила на математиката той може да бъде редуциран. Резултатът е йонно-молекулярно уравнение:

Zn (t) + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu (t)

Реакции на двойно изместване

При реакции на двойно заместване два електрона вече са заменени. Такива реакции се наричат ​​още обменни реакции. Такива реакции протичат в разтвор с образуването на:

• неразтворимо твърдо вещество (реакция на утаяване);
• вода (реакция на неутрализация).

Реакции на утаяване

Когато разтвор на сребърен нитрат (сол) се смеси с разтвор на натриев хлорид, се образува сребърен хлорид:

Молекулно уравнение: KCl (разтвор) + AgNO 3 (p-p) → AgCl (s) + KNO 3 (p-p)

Йонно уравнение: K + + Cl - + Ag + + NO 3 - → AgCl (t) + K + + NO 3 -

Молекулярно йонно уравнение: Cl - + Ag + → AgCl (s)

Ако съединението е разтворимо, то ще присъства в разтвор в йонна форма. Ако съединението е неразтворимо, то ще се утаи, за да образува твърдо вещество.

Реакции на неутрализация

Това са реакции между киселини и основи, които водят до образуването на водни молекули.

Например, реакцията на смесване на разтвор на сярна киселина и разтвор на натриев хидроксид (луга):

Молекулно уравнение: H 2 SO 4 (p-p) + 2NaOH (p-p) → Na 2 SO 4 (p-p) + 2H 2 O (l)

Йонно уравнение: 2H + + SO 4 2- + 2Na + + 2OH - → 2Na + + SO 4 2- + 2H 2 O (l)

Молекулно йонно уравнение: 2H + + 2OH - → 2H 2 O (l) или H + + OH - → H 2 O (l)

Окислителни реакции

Това са реакции на взаимодействие на вещества с газообразен кислород във въздуха, при които, като правило, голям бройенергия под формата на топлина и светлина. Типична окислителна реакция е изгарянето. В самото начало на тази страница е реакцията между метан и кислород:

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

Метанът принадлежи към въглеводородите (съединения на въглерода и водорода). Когато въглеводородът реагира с кислорода, се освобождава много топлинна енергия.

Редокс реакции

Това са реакции, при които се обменят електрони между реагентните атоми. Обсъдените по-горе реакции също са редокс реакции:

• 2Na + Cl 2 → 2NaCl - реакция на съединение
• CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O - реакция на окисление
• Zn + CuSO 4 → ZnSO 4 + Cu - единична реакция на заместване

Редокс реакциите с голям брой примери за решаване на уравнения с помощта на метода на електронния баланс и метода на полуреакция са описани възможно най-подробно в раздела

Газът метан е по-лек от въздуха, така че пяната, която създава, лесно се издига до тавана. Е, яркото изгаряне на основния компонент природен газне трябва да изненадва никого - същото може да се каже за всеки лек въглеводород.

Източник: Science in GIFs

2. Реакция на окисление на луминол и калиев хексацианоферат(III)

Ето пример за хемилуминесценция: по време на трансформацията на луминола ясно се вижда от човешкото окосветят. Червената кръвна сол тук действа като катализатор - същата роля, между другото, може да играе и хемоглобинът, в резултат на което описаната реакция се използва широко в криминологията за откриване на следи от кръв.

Източник: Научно шоу на професор Никола

3. Балон пълен с живак (реакция при удар в пода)

Живакът е единственият метал, който остава течен при нормални условия, което позволява да бъде излят в него балон. Живакът обаче е толкова тежък, че дори топка, падаща от малка височина, ще го разкъса на парчета.

Източник: Вече не са деца

4. Разлагане на водороден пероксид, катализирано от калиев йодид

При липса на примеси водният разтвор на водороден прекис е доста стабилен, но веднага щом се добави калиев йодид към него, разлагането на тези молекули ще започне веднага. Придружава се от освобождаването на молекулярен кислород, който идеално насърчава образуването на различни пени.

Източник: Fishki.net

5. Желязо + меден сулфат

Една от първите реакции, изучавани в руски курс по химия: в резултат на заместването по-активният метал (желязото) се разтваря и преминава в разтвор, докато по-малко активният метал (мед) се утаява под формата на цветни люспи. Както можете да предположите, анимацията е значително ускорена във времето.

Източник: Trinixy

6. Водороден прекис и калиев йодид

Друг пример за реакция на разлагане на водороден пероксид (известен още като пероксид) в присъствието на катализатор. Забележете бутилката на масата перилен препарат: именно тя помага на сапунената наденица да се появи, когато падне на масата.

Източник: Trinixy

7. Изгаряне на литий

Литият е един от алкалните метали, с право считан за най-активния сред всички други метали. Той не гори толкова интензивно, колкото неговите братя натрий и калий, но е лесно да се види, че този процес все още е много бърз.

Източник: Trinixy

8. Дехидратация на захарта в сярна киселина

Много проста и много ефективна реакция: сярната киселина отнема водата от молекулите на захарозата, превръщайки ги в атомен въглерод (просто въглища). Освободената газообразна вода разпенва въглищата, което ни кара да видим заплашителна черна колона.

Източник: Fishki.net

9. Кварцово стъкло

За разлика от стандартното прозоречно стъкло, кварцът е по-устойчив на високи температури: няма да "тече" на обикновена газова горелка. Ето защо кварцовите тръби се запояват на кислородни горелки, които осигуряват повече висока температурапламък.

Източник: Global Research

10. Флуоресцеин

Във воден разтвор под влияние ултравиолетова радиацияЗеленото багрило флуоресцеин излъчва светлина във видимия диапазон – това явление се нарича флуоресценция.

Източник: Thoisoi

11. Мълния в цилиндъра

Реакцията между въглероден сулфид и азотен оксид (I) е не само придружена от ярка бяла светкавица, напомняща на кълбовидна мълния, но също така се характеризира със забавен звук, поради което получи популярното си име - „лаещо куче“. те се опитват да представят това вещество като благороден метал.

Предговор
Въведение
§ 1. Предмет на звуковата химия
§ 2. Есе за развитието на звуковата химия
§ 3. Експериментални методи на звуковата химия
Глава 1. Звуково поле и ултразвукова кавитация
§ 4. Акустично поле и величини, които го характеризират (основни понятия)
§ 5. Акустична кавитация в течности
§ 6. Кавитационни ядра в течности
§ 7. Пулсация и колапс на кавитационни мехурчета
§ 8. Динамика на развитие на кавитационния регион
Глава 2. Експериментална и теоретични изследваниязвукохимични реакции и соиолуминесценция
§ 9. Влиянието на различни фактори върху хода на звукохимичните реакции и соиолуминесценцията
§ 10. Колуминесценция в различни течности
§ единадесет. Физически процеси, водещи до възникване на сонохимични реакции и соиолуминесценция
§ 12. Спектрални изследвания на колуминесценция
§ 13. Първични и вторични елементарни процеси в кавитационен мехур
§ 14. Класификация на ултразвукови химични реакции
§ 15. За механизма на влияние на газовете и протичането на звукохимични реакции
§ 16. Акустични полета с ниски интензитети
§ 17. Нискочестотни акустични полета
Глава 3. Енергия на звуково-химични реакции и физико-химични процеси, причинени от кавитация
§ 18. Основните начини за преобразуване на енергията на акустичните вибрации
§ 19. Химико-акустичен добив на реакционни продукти (добив на енергия)
§ 20. Първоначални химико-акустични добиви на ултразвукови продукти за разделяне на вода
§ 21. Енергиен добив на соиолуминесценция
§ 22. Зависимост на скоростта на звукохимичните реакции от интензитета на ултразвуковите вълни
§ 23. Зависимостта на скоростта на физичните и химичните процеси, причинени от кавитация, от интензитета на ултразвуковите вълни
§ 24. Общи количествени закони
§ 25. За връзката между енергийните изходи на звукохимичните реакции и сонолуминесценцията
Глава 4. Кинетика на ултразвукови химични реакции
§ 26. Стационарно състояние за концентрацията на радикалите, осреднена за периода на колебание и обема (първо приближение)
§ 27. Промяна в концентрацията на радикалите, осреднени по обема (второ приближение)
§ 28. Кавитационно-дифузионен модел на пространствено-времевото разпределение на радикалите (трето приближение)
§ 29. Мястото на енергията на ултразвуковите вълни сред другите физични методивъздействие върху веществото
§ 30. Характеристики на разпространение на топлина от кавитационен мехур
Глава 5. Звукова химия на вода и водни разтвори
§ 31. Основни характеристики на получените експериментални резултати
§ 32. Сонолиза на разтвори на хлороцетна киселина. За появата на хидратирани електрони в полето на ултразвукови вълни
§ 33. Окисляване на железен (II) сулфат в полето на ултразвукови вълни
§ 34. Редукция на цериев (IV) сулфат в полето на ултразвукови вълни
§ 35. Синтез на водороден пероксид по време на сонолиза на вода и водни разтвори на формиати
§ 36. Изчисляване на стойностите на първоначалните химико-акустични изходи
§ 37. Звукохимични реакции във вода и водни разтвори в азотна атмосфера
§ 38. Иницииране чрез ултразвукови вълни верижна реакциястереоизомеризация на етилен-1,2-дикарбоксилна киселина и нейните естери
Заключение. Перспективи за използване на ултразвукови вълни в науката, технологиите и медицината
Литература
Предметен индекс