Kemijske reakcije koje proizvode zvuk. Zvučna kemija

Pošaljite svoj dobar rad u bazu znanja jednostavno je. Koristite obrazac u nastavku

Studenti, diplomanti, mladi znanstvenici koji koriste bazu znanja u svom studiju i radu bit će vam vrlo zahvalni.

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

• Uvod
• 1. Pojam zvuka. Zvučni valovi
• 1.1 Područje proučavanja utjecaja zvuka na kemijske procese
• 1.2 Metode zvučne kemije
• 2. Korištenje infrazvuka kao metode pojačavanja procesi kemijske tehnologije
• 3. Korištenje ultrazvuka kao načina intenziviranja kemijskih procesa
• Zaključak
• Uvod
• Dvadeset i prvo stoljeće je stoljeće bio- i nanotehnologija, univerzalne informatizacije, elektronike, infrazvuka i ultrazvuka. Ultrazvuk i infrazvuk predstavljaju valno propagirajuće oscilatorno kretanje čestica medija i karakterizirani su nizom razlikovna obilježja u usporedbi s fluktuacijama u čujnom rasponu. U ultrazvučnom frekvencijskom području relativno je lako dobiti usmjereno zračenje; Ultrazvučne vibracije dobro se fokusiraju, zbog čega se povećava intenzitet ultrazvučnih vibracija u određenim područjima utjecaja. Kada se šire u plinovima, tekućinama i čvrstim tijelima, zvučne vibracije dovode do jedinstvenih pojava, od kojih su mnoge otkrivene praktičnu upotrebu V razna područja znanosti i tehnologije pojavili su se deseci vrlo učinkovitih zvučnih tehnologija koje štede resurse. U posljednjih godina uporaba zvučnih vibracija počinje igrati sve važniju ulogu u industriji i znanstveno istraživanje. Uspješno su provedena teorijska i eksperimentalna istraživanja u području ultrazvučne kavitacije i akustičkih strujanja, što je omogućilo razvoj novih tehnoloških procesa koji se odvijaju pod utjecajem ultrazvuka u tekućoj fazi.
• Trenutno se formira novi smjer kemije - zvučna kemija, koja omogućuje ubrzanje mnogih kemijskih i tehnoloških procesa i dobivanje novih tvari, uz teorijske i eksperimentalne studije u polju zvuka kemijske reakcije puno je postignuto praktični rad. Razvoj i primjena zvučnih tehnologija trenutno otvara nove mogućnosti u stvaranju novih tvari i materijala, u davanju poznatih materijala i okoliša s novim svojstvima te stoga zahtijeva razumijevanje pojava i procesa koji se odvijaju pod utjecajem ultrazvuka i infrazvuka, mogućnosti novih tehnologija i perspektive njihove primjene.
• 1. Pojam zvuka. Zvučni valovi

Zvuk je fizikalna pojava koja predstavlja širenje mehaničkih vibracija u obliku elastičnih valova u čvrstom, tekućem ili plinovitom mediju. U užem smislu, zvuk se odnosi na te vibracije, razmatrane u vezi s načinom na koji ih percipiraju osjetila životinja i ljudi.

Kao i svaki val, zvuk karakterizira amplituda i frekvencijski spektar. Obična osoba sposoban čuti zvučne vibracije u frekvencijskom području od 16--20 Hz do 15--20 kHz. Zvuk ispod raspona ljudske čujnosti naziva se infrazvuk; viši: do 1 GHz - ultrazvuk, od 1 GHz - hiperzvuk. Jačina zvuka na složen način ovisi o efektivnom zvučnom tlaku, frekvenciji i obliku vibracija, a visina zvuka ne ovisi samo o frekvenciji, već i o veličini zvučnog tlaka.

Zvučni valovi u zraku izmjenična su područja kompresije i razrjeđivanja. Zvučni valovi mogu poslužiti kao primjer oscilatornog procesa. Svaka oscilacija povezana je s kršenjem ravnotežnog stanja sustava i izražava se u odstupanju njegovih karakteristika od ravnotežnih vrijednosti s naknadnim povratkom na izvornu vrijednost. Za zvučne vibracije ova karakteristika je tlak u nekoj točki medija, a njegovo odstupanje je zvučni tlak.

Ako napravite oštar pomak čestica elastičnog medija na jednom mjestu, na primjer, pomoću klipa, tada će se pritisak na ovom mjestu povećati. Zahvaljujući elastičnim vezama čestica, pritisak se prenosi na susjedne čestice, koje pak djeluju na sljedeće, a područje visoki krvni tlak kao da se kreće u elastičnom mediju. Nakon područja visokog tlaka slijedi područje niski krvni tlak, i tako nastaje niz izmjeničnih područja kompresije i razrjeđivanja, koja se šire u mediju u obliku vala. Svaka čestica elastičnog medija će u ovom slučaju vršiti oscilatorna gibanja.

Slika 1 - Gibanje čestica tijekom širenja vala a) gibanje čestica medija tijekom širenja uzdužnog vala; b) kretanje čestica medija tijekom širenja transverzalnog vala.

Slika 2 - Karakteristike oscilatornog procesa

U tekućim i plinovitim medijima, gdje nema značajnih fluktuacija gustoće, akustični valovi su longitudinalne prirode, odnosno smjer titranja čestica poklapa se sa smjerom gibanja vala. U krutim tijelima, osim uzdužnih, dolazi i do elastičnih posmičnih deformacija, koje uzrokuju pobudu transverzalnih (posmičnih) valova; u tom slučaju čestice osciliraju okomito na smjer širenja vala. Brzina širenja longitudinalnih valova mnogo je veća od brzine širenja posmičnih valova.

1.1 Područje proučavanja utjecaja zvuka na kemijske procese

Grana kemije koja proučava međudjelovanje snažnih akustičnih valova i rezultirajuće kemijske i fizikalno-kemijske učinke naziva se sonokemija (sonokemija). Kemija zvuka proučava kinetiku i mehanizam zvučnih kemijskih reakcija koje se odvijaju u volumenu zvučnog polja. Područje zvučne kemije također uključuje neke fizikalne i kemijske procese u zvučnom polju: sonoluminiscenciju, disperziju tvari pod utjecajem zvuka, emulgiranje i druge koloidne kemijske procese. Sonoluminiscencija je fenomen bljeska svjetlosti koji se javlja tijekom kolapsa kavitacijskih mjehurića generiranih u tekućini snažnim ultrazvučnim valom. Tipičan eksperiment za promatranje sonoluminiscencije je sljedeći: rezonator se stavi u posudu s vodom iu njemu se stvara stojeći sferni ultrazvučni val. S dovoljnom snagom ultrazvuka, svijetli točkasti izvor plavičastog svjetla pojavljuje se u samom središtu spremnika - zvuk se pretvara u svjetlost. Sonokemija se usredotočuje na proučavanje kemijskih reakcija koje se odvijaju pod utjecajem akustičnih vibracija—zvučno-kemijske reakcije.

U pravilu se proučavaju zvučno-kemijski procesi u ultrazvučnom području (od 20 kHz do nekoliko MHz). Zvučne vibracije u području kiloherca i području infrazvuka proučavaju se znatno rjeđe.

Zvučna kemija proučava procese kavitacije. Kavitamcija (od latinskog cavita - praznina) je proces isparavanja i naknadne kondenzacije mjehurića pare u toku tekućine, popraćen bukom i hidrauličkim udarima, stvaranjem šupljina u tekućini (kavitacijski mjehurići ili kaverne) ispunjenih parom same tekućine u kojoj se pojavljuje. Kavitacija nastaje kao rezultat lokalnog pada tlaka u tekućini, što se može dogoditi ili povećanjem njezine brzine (hidrodinamička kavitacija), ili prolaskom akustičnog vala visokog intenziteta tijekom poluperiode razrjeđenja (akustična kavitacija). ); postoje i drugi razlozi za učinak. Kretanje s protokom prema području s više visokotlačni ili tijekom poluciklusa kompresije, kavitacijski mjehurić kolabira, emitirajući udarni val.

1.2 Ispravne kemijske metode

Za proučavanje zvučno-kemijskih reakcija koriste se sljedeće metode: inverzni piezoelektrični efekt i magnetostrikcijski efekt za generiranje visokofrekventnih zvučnih vibracija u tekućini, analitička kemija za proučavanje produkata zvučno-kemijskih reakcija, inverzni piezoelektrični efekt - pojava mehaničkih deformacija pod utjecajem električnog polja (koristi se u akustici emiteri, u mehaničkim sustavima kretanja - aktivatori).

Magnetostreaming je fenomen da kada se promijeni stanje magnetizacije tijela, mijenjaju se njegov volumen i linearne dimenzije (koristi se za generiranje ultrazvuka i hiperzvuka).

Infrazvuk -- zvučni valovi, s frekvencijom nižom od percipirane ljudsko uho. Budući da je ljudsko uho obično sposobno čuti zvukove u frekvencijskom rasponu od 16-20 000 Hz, 16 Hz se obično uzima kao gornja granica frekvencijskog raspona infrazvuka. Donja granica raspona infrazvuka je konvencionalno definirana kao 0,001 Hz.

Infrazvuk ima niz značajki povezanih s niskom frekvencijom vibracija elastičnog medija: ima mnogo veće amplitude vibracija; širi se mnogo dalje u zraku, jer je njegova apsorpcija u atmosferi zanemariva; pokazuje fenomen difrakcije, zbog čega lako prodire u prostorije i obilazi prepreke koje blokiraju zvučne zvukove; uzrokuje vibriranje velikih predmeta zbog rezonancije.

val ultrazvuk chemical cavitation

2. Korištenje infrazvuka kao načina intenziviranja kemijskih i tehnoloških procesa

Fizički utjecaj na kemijske reakcije u u ovom slučaju provodi se u infrazvučnim uređajima,- uređaji u kojima se niskofrekventne akustične vibracije koriste za intenziviranje tehnoloških procesa u tekućim medijima (zapravo infrazvuk frekvencije do 20 Hz, zvuk frekvencije do 100 Hz). Vibracije se stvaraju izravno u obrađenom mediju pomoću fleksibilnih emitera različitih konfiguracija i oblika ili krutih metalnih klipova povezanih sa stijenkama tehnoloških spremnika preko elastičnih elemenata (na primjer, gume). Time je moguće rasteretiti stijenke infrazvučnog aparata od vibracija izvora, značajno smanjujući njihovu razinu vibracija i buke u proizvodni prostori. U infrazvučnim uređajima pobuđuju se vibracije velikih amplituda (od jedinica do desetaka mm).

Međutim, niska apsorpcija infrazvuka od strane radnog medija i mogućnost njegovog usklađivanja s odašiljačem oscilacija (odabir odgovarajućih parametara izvora) i veličina aparata (za obradu zadanih volumena tekućine) omogućuju proširenje nelinearnog vala na učinci koji nastaju pri izlaganju infrazvuku velikim tehnološkim volumenima. Zbog toga se infrazvučni uređaji bitno razlikuju od ultrazvučnih, u kojima se tekućine obrađuju u malom volumenu.

U infrazvučnim uređajima ostvaruju se sljedeći fizički učinci (jedan ili više istovremeno): kavitacija, izmjenični predznak i zračenje velike amplitude (zvučno zračenje) tlak, izmjenična strujanja tekućine, akustična strujanja (zvučni vjetar), otplinjavanje tekućine i formiranje u njemu mnogo mjehurića plina i njihovih ravnotežnih slojeva, fazni pomak oscilacija između suspendiranih čestica i tekućine. Ovi učinci značajno ubrzavaju redoks, elektrokemijske i druge reakcije, intenziviraju 2-4 puta industrijske procese miješanja, filtriranja, otapanja i dispergiranja čvrstih materijala u tekućinama, odvajanja, klasificiranja i dehidriranja suspenzija, kao i čišćenja dijelova i mehanizama itd. .

Korištenje infrazvuka omogućuje višestruko smanjenje specifične potrošnje energije i metala te ukupnih dimenzija uređaja, kao i obradu tekućina izravno u protoku prilikom transporta kroz cjevovode, što eliminira ugradnju miješalica i drugih uređaja.

Slika 3 - Infrazvučni aparat za miješanje suspenzija: 1 - membranski emiter vibracija; 2 - modulator komprimiranog zraka; 3 - uređaj za pokretanje; 4 - kompresor

Jedno od najčešćih područja primjene infrazvuka je miješanje suspenzija pomoću, primjerice, cijevnih infrazvučnih uređaja. Takav se stroj sastoji od jednog ili više serijski spojenih hidropneumatskih emitera i uređaja za punjenje.

3. Primjena ultrazvuka u intenzifikaciji kemijskih procesa

Ultrazvuk mk - zvučni valovi koji imaju frekvenciju veću od one koju percipira ljudsko uho; obično se pod ultrazvukom podrazumijevaju frekvencije iznad 20 000 Hertza. Visokofrekventne vibracije koje se koriste u industriji obično se stvaraju pomoću piezokeramičkih pretvarača. U slučajevima kada je snaga ultrazvučnih vibracija od primarne važnosti, koriste se mehanički izvori ultrazvuka.

Utjecaj ultrazvuka na kemijske i fizikalno-kemijske procese koji se odvijaju u tekućinama uključuje: inicijaciju određenih kemijskih reakcija, promjene brzine, a ponekad i smjera reakcija, pojavu luminiscencije tekućina (sonoluminiscencija), stvaranje udarnih valova u tekućinama, emulgiranje tvari koje se ne miješaju. tekućine i koalescencija (spajanje). čestice unutar pokretnog medija ili na površini tijela) emulzije, disperzija (fino mljevenje krutina ili tekućina) krutina i koagulacija (spajanje malih raspršenih čestica u veće nakupine) krutih čestica u tekućina, otplinjavanje tekućine itd. Za izvođenje tehnoloških procesa koriste se ultrazvučni uređaji.

Učinak ultrazvuka na razne procese povezana s kavitacijom (stvaranje u tekućini tijekom prolaska akustičnog vala šupljina (kavitacijskih mjehurića) ispunjenih plinom, parom ili njihovom mješavinom).

Kemijske reakcije koje se odvijaju u tekućini pod utjecajem ultrazvuka (zvučno-kemijske reakcije) mogu se podijeliti na: a) redoks reakcije, reakcije koje se odvijaju u vodene otopine između otopljenih tvari i proizvoda razgradnje molekula vode unutar kavitacijskog mjehurića (H, OH,), na primjer:

b) Reakcije između otopljenih plinova i tvari s visokim tlakom pare koje se nalaze unutar kavitacijskog mjehurića:

c) Lančane reakcije koje ne pokreću produkti razgradnje radikala vode, već neke druge tvari koje disociraju u kavitacijskom mjehuru, na primjer, izomerizacija maleinske kiseline u fumarnu kiselinu pod utjecajem Br, koja nastaje kao rezultat sonokemijske disocijacije.

d) Reakcije koje uključuju makromolekule. Za te reakcije nije važna samo kavitacija i s njom povezani udarni valovi i kumulativni mlazevi, nego također mehaničke sile, razlažući molekule. Rezultirajući makroradikali u prisutnosti monomera sposobni su inicirati polimerizaciju.

e) Pokretanje eksplozije u tekućim i krutim eksplozivima.

f) Reakcije u tekućim nevodenim sustavima, na primjer, piroliza i oksidacija ugljikovodika, oksidacija aldehida i alkohola, alkilacija aromatskih spojeva itd.

Glavna energetska karakteristika sonokemijskih reakcija je energetski prinos, koji se izražava brojem molekula produkta nastalih na račun 100 eV apsorbirane energije. Energetski prinos proizvoda redoks reakcija obično ne prelazi nekoliko jedinica, a za lančane reakcije doseže nekoliko tisuća.

Pod utjecajem ultrazvuka, u mnogim reakcijama moguće je nekoliko puta povećati brzinu (na primjer, u reakcijama hidrogenacije, izomerizacije, oksidacije itd.), Ponekad se istodobno povećava i prinos.

Utjecaj ultrazvuka važno je uzeti u obzir pri razvoju i provođenju različitih tehnoloških procesa (primjerice, pri izlaganju vodi u kojoj je otopljen zrak nastaju dušikovi oksidi), kako bi se razumjeli procesi koji prate apsorpciju zvuka u medijima.

Zaključak

Trenutačno se zvučne vibracije naširoko koriste u industriji, budući da su obećavajući tehnološki čimbenik koji omogućuje, ako je potrebno, oštro intenziviranje proizvodnih procesa.

Primjena snažnog ultrazvuka u tehnološkim procesima proizvodnje i obrade materijala i tvari omogućuje:

Smanjite troškove procesa ili proizvoda,

Nabavite nove proizvode ili poboljšajte kvalitetu postojećih,

Intenzivirati tradicionalne tehnološke procese ili poticati uvođenje novih,

Doprinijeti poboljšanju stanja okoliša smanjenjem agresivnosti procesnih tekućina.

Treba, međutim, napomenuti da ultrazvuk ima izrazito nepovoljan učinak na žive organizme. Kako bi se smanjili takvi utjecaji, preporuča se postavljanje ultrazvučnih instalacija u posebne prostorije, uz korištenje sustava daljinskog upravljanja za provođenje tehnoloških procesa. Automatizacija ovih instalacija ima veliki učinak.

Ekonomičniji način zaštite od utjecaja ultrazvuka je korištenje zvučno izolacijskih kućišta koja pokrivaju ultrazvučne jedinice, odnosno zaslona koji se nalaze na putu širenja ultrazvuka. Ovi zasloni izrađeni su od čeličnog lima ili duraluminija, plastike ili posebne gume.

Popis korištenih izvora

1. Margulis M.A. Osnove kemije zvuka (kemijske reakcije u akustičkim poljima); udžbenik priručnik za kem. i kemijski tehnolog. Specijalnosti sveučilišta / M.A. Margulis. M.: Viša škola, 1984. 272 ​​​​str.

2. Suslisk K.S. Ultrazvuk. Njegovi kemijski, fizički i biološki učinci. Izd.: VCH, N.Y., 336 rub.

3. Kardashev G.A. Fizikalne metode za intenziviranje kemijsko-tehnoloških procesa. M.: Kemija, 1990, 208 str.

5. Luminescencija

6. Ultrazvuk

Objavljeno na Allbest.ru

Slični dokumenti

Procesi kemijske tehnologije. Izrada sheme kemijsko-tehnološkog procesa. Kriteriji optimizacije. Topološka metoda i CTS. Pojmovi i definicije teorije grafova. Parametri tehnološkog načina rada CTS elemenata. Proučavanje stohastičkih procesa.

predavanje, dodano 18.02.2009


Teorija kemijskih procesa organske sinteze. Rješenje: tijekom alkilacije benzena s propilenom u prisutnosti bilo kojeg katalizatora dolazi do sekvencijalne zamjene vodikovih atoma kako bi nastala smjesa produkata različitim stupnjevima alkilacija.

kolegij, dodan 01.04.2009


Organska sinteza kao grana kemije, predmet i metode njezina proučavanja. Bit procesa alkiliranja i aciliranja, karakteristične reakcije i principi njihova odvijanja. Opis reakcija kondenzacije. Osobine, značaj reakcija nitriranja i halogeniranja.

predavanje, dodano 28.12.2009


Faze proučavanja procesa izgaranja i eksplozije. Glavne vrste eksplozija, njihova klasifikacija prema vrsti kemijskih reakcija i gustoći tvari. Reakcije razgradnje, redoks, polimerizacija, izomerizacija i kondenzacija, smjese su osnova eksplozija.

sažetak, dodan 06.06.2011


Industrijska obrada vode. Skup operacija koje osiguravaju pročišćavanje vode. Homogeni i heterogeni nekatalitički procesi u tekućoj i plinovitoj fazi, njihovi obrasci i metode intenzifikacije. Usporedba različite vrste kemijski reaktori.

predavanje, dodano 29.03.2009


Metode dobivanja bojila. Dobivanje natrijevog sulfanilata sintezom. Značajke polaznih sirovina i dobivenog proizvoda. Proračun kemijsko-tehnoloških procesa i opreme. Matematički opis kemijska metoda dobivanje natrijevog sulfanilata.

diplomski rad, dodan 21.10.2013


Pojam i proračun brzine kemijskih reakcija, njegov znanstveni i praktični značaj i primjena. Izjava zakona aktivne mase. Čimbenici koji utječu na brzinu kemijskih reakcija. Primjeri reakcija koje se odvijaju u homogenim i heterogenim sustavima.

prezentacija, dodano 30.04.2012


Pojam i uvjeti odvijanja kemijskih reakcija. Značajke reakcija spoja, razgradnje, supstitucije, izmjene i njihova primjena u industriji. Redoks reakcije su osnova metalurgije, bit valencije, vrste transesterifikacije.

sažetak, dodan 27.01.2012


Važnost vode za kemijsku industriju. Priprema vode za proizvodne procese. Katalitički procesi, njihova klasifikacija. Utjecaj katalizatora na brzinu kemijsko-tehnoloških procesa. Materijalna bilanca peći za izgaranje sumpora.

test, dodan 18.01.2014


Mehanizmi utjecaja ultrazvuka na kemijske reakcije. Uzimajući ga u obzir pri razvoju i izvođenju tehnoloških procesa. Tehnologije implementirane pomoću ultrazvuka. Precizno čišćenje i odmašćivanje. Otplinjavanje talina i zavarivanje polimera i metala.

DEFINICIJA

Kemijska reakcija nazivaju se transformacije tvari u kojima dolazi do promjene njihova sastava i (ili) strukture.

Najčešće se pod kemijskim reakcijama podrazumijevaju procesi pretvaranja polaznih tvari (reagensa) u konačne tvari (produkte).

Kemijske reakcije zapisuju se pomoću kemijskih jednadžbi koje sadrže formule polaznih tvari i reakcijskih produkata. Prema zakonu održanja mase, broj atoma svakog elementa u lijevom i desni dijelovi kemijska jednadžba isto. Obično se formule polaznih tvari pišu na lijevoj strani jednadžbe, a formule proizvoda na desnoj. Jednakost broja atoma svakog elementa na lijevoj i desnoj strani jednadžbe postiže se stavljanjem cjelobrojnih stehiometrijskih koeficijenata ispred formula tvari.

Kemijske jednadžbe mogu sadržavati dodatne informacije o karakteristikama reakcije: temperatura, tlak, zračenje itd., što je označeno odgovarajućim simbolom iznad (ili "ispod") znaka jednakosti.

Sve kemijske reakcije mogu se grupirati u nekoliko klasa, koje imaju određene karakteristike.

Podjela kemijskih reakcija prema broju i sastavu polaznih i nastalih tvari

Prema ovoj klasifikaciji kemijske reakcije dijele se na reakcije spajanja, razgradnje, supstitucije i izmjene.

Kao rezultat reakcije spojeva od dvije ili više (složenih ili jednostavnih) tvari nastaje jedna nova tvar. U opći pogled Jednadžba za takvu kemijsku reakciju izgledat će ovako:

Na primjer:

CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3) 2

SO3 + H2O = H2SO4

2Mg + O 2 = 2MgO.

2FeCl 2 + Cl 2 = 2FeCl 3

Reakcije spoja su u većini slučajeva egzotermne, tj. nastaviti s oslobađanjem topline. Ako u reakciji sudjeluju jednostavne tvari, onda su takve reakcije najčešće redoks reakcije (ORR), tj. nastaju s promjenama oksidacijskih stanja elemenata. Nemoguće je jednoznačno reći hoće li se reakcija spoja između složenih tvari klasificirati kao ORR.

Reakcije koje rezultiraju stvaranjem nekoliko drugih novih tvari (složenih ili jednostavnih) iz jedne složene tvari klasificiraju se kao reakcije razgradnje. Općenito, jednadžba za kemijsku reakciju razgradnje izgledat će ovako:

Na primjer:

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)

Većina reakcija razgradnje događa se zagrijavanjem (1,4,5). Moguće raspadanje uslijed izlaganja električna struja(2). Razgradnja kristalnih hidrata, kiselina, baza i soli kiselina koje sadrže kisik (1, 3, 4, 5, 7) odvija se bez promjene oksidacijskih stanja elemenata, tj. ove reakcije nisu povezane s ODD. ORR reakcije razgradnje uključuju razgradnju oksida, kiselina i soli koje tvore elementi u više stupnjeve oksidacija (6).

Reakcije razgradnje također se nalaze u organskoj kemiji, ali pod drugim nazivima - krekiranje (8), dehidrogenacija (9):

C18H38 = C9H18 + C9H20 (8)

C4H10 = C4H6 + 2H2 (9)

Na supstitucijske reakcije jednostavna tvar međudjeluje sa složenom tvari, tvoreći novu jednostavnu i novu složenu tvar. Općenito, jednadžba za reakciju kemijske supstitucije izgledat će ovako:

Na primjer:

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

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

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

2KlO 3 + l 2 = 2KlO 3 + Sl 2 (4)

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

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

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

Većina reakcija supstitucije su redoks (1 – 4, 7). Malo je primjera reakcija razgradnje u kojima ne dolazi do promjene oksidacijskih stanja (5, 6).

Reakcije razmjene su reakcije koje se događaju između složenih tvari u kojima one izmjenjuju svoje komponente. Tipično se ovaj izraz koristi za reakcije koje uključuju ione u vodenoj otopini. Općenito, jednadžba za reakciju kemijske izmjene izgledat će ovako:

AB + CD = AD + CB

Na primjer:

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)

Reakcije izmjene nisu redoks. Poseban slučaj te reakcije izmjene su reakcije neutralizacije (reakcije između kiselina i lužina) (2). Reakcije izmjene odvijaju se u smjeru gdje se barem jedna od tvari uklanja iz reakcijske sfere u obliku plinovite tvari (3), taloga (4, 5) ili slabo disocirajućeg spoja, najčešće vode (1, 2). ).

Klasifikacija kemijskih reakcija prema promjenama oksidacijskih stanja

Ovisno o promjeni oksidacijskih stanja elemenata koji čine reagense i produkte reakcije, sve kemijske reakcije dijele se na redoks reakcije (1, 2) i one koje se odvijaju bez promjene oksidacijskog stanja (3, 4).

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

Mg 0 – 2e = Mg 2+ (redukcijsko sredstvo)

C 4+ + 4e = C 0 (oksidacijsko sredstvo)

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

Fe 2+ -e = Fe 3+ (redukcijsko sredstvo)

N 5+ +3e = N 2+ (oksidacijsko sredstvo)

AgNO 3 +HCl = AgCl ↓ + HNO 3 (3)

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

Klasifikacija kemijskih reakcija prema toplinskom učinku

Ovisno o tome oslobađa li se ili apsorbira toplina (energija) tijekom reakcije, sve kemijske reakcije se konvencionalno dijele na egzotermne (1, 2) i endotermne (3). Količina topline (energije) oslobođena ili apsorbirana tijekom reakcije naziva se toplinski učinak reakcije. Ako jednadžba pokazuje količinu oslobođene ili apsorbirane topline, onda se takve jednadžbe nazivaju termokemijskim.

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)

Podjela kemijskih reakcija prema smjeru reakcije

Na temelju smjera reakcije razlikuju se reverzibilni (kemijski procesi čiji produkti mogu međusobno reagirati pod istim uvjetima u kojima su dobiveni da bi se dobile polazne tvari) i ireverzibilni (kemijski procesi čiji produkti nisu sposobni međusobno reagirati stvarajući početne tvari).

Za reverzibilne reakcije, jednadžba se u općem obliku obično piše na sljedeći način:

A + B ↔ AB

Na primjer:

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

Primjeri ireverzibilnih reakcija uključuju sljedeće reakcije:

2KlO 3 → 2Kl + ZO 2

C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 → 6CO 2 + 6 H 2 O

Dokaz ireverzibilnosti reakcije može biti oslobađanje plinovite tvari, taloga ili slabo disocirajućeg spoja, najčešće vode, kao produkta reakcije.

Podjela kemijskih reakcija prema prisutnosti katalizatora

S tog gledišta razlikuju se katalitičke i nekatalitičke reakcije.

Katalizator je tvar koja ubrzava odvijanje kemijske reakcije. Reakcije koje se odvijaju uz sudjelovanje katalizatora nazivaju se katalitičke. Neke se reakcije uopće ne mogu odvijati bez prisutnosti katalizatora:

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

Često jedan od produkata reakcije služi kao katalizator koji ubrzava tu reakciju (autokatalitičke reakcije):

MeO+ 2HF = MeF 2 + H 2 O, gdje je Me metal.

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

Tijekom kemijskih reakcija, jedna tvar proizvodi drugu (ne treba je brkati s nuklearnim reakcijama, u kojima jedna kemijski element pretvara u drugu).

Svaka kemijska reakcija opisana je kemijskom jednadžbom:

Reaktanti → produkti reakcije

Strelica pokazuje smjer reakcije.

Na primjer:

U ovoj reakciji metan (CH 4) reagira s kisikom (O 2) pri čemu nastaju ugljikov dioksid (CO 2) i voda (H 2 O), točnije vodena para. Upravo se takva reakcija događa u vašoj kuhinji kada zapalite plinski plamenik. Jednadžbu treba čitati ovako: Jedna molekula plinovitog metana reagira s dvije molekule plinovitog kisika i proizvodi jednu molekulu ugljičnog dioksida i dvije molekule vode (vodene pare).

Nazivaju se brojevi ispred komponenti kemijske reakcije koeficijenti reakcije.

Događaju se kemijske reakcije endotermički(s apsorpcijom energije) i egzotermna(s oslobađanjem energije). Izgaranje metana tipičan je primjer egzotermne reakcije.

Postoji nekoliko vrsta kemijskih reakcija. Najčešći:

• reakcije povezivanja;
• reakcije razgradnje;
• pojedinačne reakcije zamjene;
• dvostruke reakcije istiskivanja;
• reakcije oksidacije;
• redoks reakcije.

Reakcije spojeva

U reakcijama spojeva najmanje dva elementa tvore jedan produkt:

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

Treba obratiti pozornost na bitnu nijansu reakcija spojeva: ovisno o uvjetima reakcije ili omjerima reagensa koji ulaze u reakciju, njezin rezultat može biti različite proizvode. Na primjer, u normalnim uvjetima izgaranja ugljen ugljikov dioksid nastaje:
C (t) + O 2 (g) → CO 2 (g)

Ako je količina kisika nedovoljna, tada nastaje smrtonosni ugljikov monoksid:
2C (t) + O 2 (g) → 2CO (g)

Reakcije razgradnje

Ove reakcije su, takoreći, u biti suprotne reakcijama spoja. Kao rezultat reakcije razgradnje tvar se raspada na dva (3, 4...) jednostavnija elementa (spoja):

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

Reakcije pojedinačnog istiskivanja

Kao rezultat pojedinačnih reakcija supstitucije, aktivniji element zamjenjuje manje aktivan u spoju:

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

Cink u otopini bakrenog sulfata istiskuje manje aktivni bakar, što rezultira stvaranjem otopine cinkovog sulfata.

Stupanj aktivnosti metala u rastućem redoslijedu aktivnosti:

• Najaktivniji su alkalijski i zemnoalkalijski metali

Ionska jednadžba za gornju reakciju bit će:

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

Ionska veza CuSO 4, kada se otopi u vodi, raspada se na kation bakra (naboj 2+) i sulfatni anion (naboj 2-). Kao rezultat reakcije supstitucije nastaje kation cinka (koji ima isti naboj kao i kation bakra: 2-). Imajte na umu da je sulfatni anion prisutan na obje strane jednadžbe, tj. prema svim pravilima matematike može se reducirati. Rezultat je ionsko-molekularna jednadžba:

Zn (t) + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu (t)

Reakcije dvostrukog pomaka

U reakcijama dvostruke supstitucije dva elektrona su već zamijenjena. Takve se reakcije također nazivaju reakcije razmjene. Takve se reakcije odvijaju u otopini uz stvaranje:

• netopljiva krutina (reakcija taloženja);
• voda (reakcija neutralizacije).

Reakcije taloženja

Kada se otopina srebrnog nitrata (soli) pomiješa s otopinom natrijeva klorida, nastaje srebrni klorid:

Molekularna jednadžba: KCl (otopina) + AgNO 3 (p-p) → AgCl (s) + KNO 3 (p-p)

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

Molekularna ionska jednadžba: Cl - + Ag + → AgCl (s)

Ako je spoj topiv, bit će prisutan u otopini u ionskom obliku. Ako je spoj netopljiv, taložit će se i formirati krutinu.

Reakcije neutralizacije

To su reakcije između kiselina i baza koje rezultiraju stvaranjem molekula vode.

Na primjer, reakcija miješanja otopine sumporne kiseline i otopine natrijevog hidroksida (lužine):

Molekularna jednadžba: H 2 SO 4 (p-p) + 2NaOH (p-p) → Na 2 SO 4 (p-p) + 2H 2 O (l)

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

Molekularna ionska jednadžba: 2H + + 2OH - → 2H 2 O (l) ili H + + OH - → H 2 O (l)

Reakcije oksidacije

To su reakcije međudjelovanja tvari s plinovitim kisikom u zraku, pri čemu se u pravilu veliki broj energije u obliku topline i svjetlosti. Tipična reakcija oksidacije je izgaranje. Na samom početku ove stranice je reakcija između metana i kisika:

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

Metan spada u ugljikovodike (spojevi ugljika i vodika). Kada ugljikovodik reagira s kisikom, oslobađa se mnogo toplinske energije.

Redoks reakcije

To su reakcije u kojima se elektroni izmjenjuju između atoma reaktanata. Gore spomenute reakcije su također redoks reakcije:

• 2Na + Cl 2 → 2NaCl - reakcija spoja
• CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O - reakcija oksidacije
• Zn + CuSO 4 → ZnSO 4 + Cu - reakcija jednostruke supstitucije

Redoks reakcije s velikim brojem primjera rješavanja jednadžbi metodom ravnoteže elektrona i metodom polureakcije opisane su što detaljnije u odjeljku

Metan je lakši od zraka, pa se pjena koju stvara lako diže do stropa. Pa, svijetlo gorenje glavne komponente prirodni gas Ovo ne treba nikoga iznenaditi - isto se može reći za bilo koji laki ugljikovodik.

Izvor: Znanost u GIF-ovima

2. Reakcija oksidacije luminola i kalijevog heksacijanoferata(III)

Evo primjera kemiluminiscencije: tijekom transformacije luminola, jasno vidljiva ljudskim okom sjaj. Crvena krvna sol ovdje djeluje kao katalizator - istu ulogu, usput, može igrati i hemoglobin, zbog čega se opisana reakcija naširoko koristi u kriminologiji za otkrivanje tragova krvi.

Izvor: Znanstveni show profesora Nicolasa

3. Balon napunjen živom (reakcija pri udarcu o pod)

Živa je jedini metal koji u normalnim uvjetima ostaje tekući, što omogućuje njeno ulijevanje balon. Međutim, živa je toliko teška da će je čak i lopta koja padne s male visine raskomadati.

Izvor: Nema više djece

4. Razgradnja vodikovog peroksida katalizirana kalijevim jodidom

U nedostatku nečistoća, vodena otopina vodikovog peroksida prilično je stabilna, ali čim se u nju doda kalijev jodid, odmah će započeti razgradnja ovih molekula. Prati ga oslobađanje molekularnog kisika, koji savršeno potiče stvaranje raznih pjena.

Izvor: Fishki.net

5. Željezo + bakar sulfat

Jedna od prvih reakcija koja se proučava na tečaju ruske kemije: kao rezultat supstitucije, aktivniji metal (željezo) se otapa i prelazi u otopinu, dok se manje aktivni metal (bakar) taloži u obliku obojenih pahuljica. Kao što možda pretpostavljate, animacija je uvelike ubrzana u vremenu.

Izvor: Trinixy

6. Vodikov peroksid i kalijev jodid

Još jedan primjer reakcije razgradnje vodikovog peroksida (aka peroksid) u prisutnosti katalizatora. Obratite pozornost na bocu na stolu deterdžent: ona je ta koja pomaže da se sapunasta kobasica pojavi kada padne na stol.

Izvor: Trinixy

7. Izgaranje litija

Litij je jedan od alkalnih metala, s pravom se smatra najaktivnijim od svih ostalih metala. On ne gori tako intenzivno kao njegova braća natrij i kalij, ali je lako vidjeti da je taj proces ipak vrlo brz.

Izvor: Trinixy

8. Dehidracija šećera u sumpornoj kiselini

Vrlo jednostavna i vrlo učinkovita reakcija: sumporna kiselina oduzima vodu iz molekula saharoze, pretvarajući ih u atomski ugljik (jednostavno ugljen). Plinovita voda koja se oslobađa pjeni ugljen, uzrokujući da vidimo prijeteći crni stup.

Izvor: Fishki.net

9. Kvarcno staklo

Za razliku od standardnog prozorskog stakla, kvarc je otporniji na visoke temperature: neće "teći" na običnom plinskom plameniku. Zato su kvarcne cijevi lemljene na plamenike za kisik koji daju više visoka temperatura plamen.

Izvor: Global Research

10. Fluorescein

U vodenoj otopini pod utjecajem ultraljubičasto zračenje Zelena boja fluorescein emitira svjetlost u vidljivom području - ova pojava se naziva fluorescencija.

Izvor: Thoisoi

11. Munja u cilindru

Reakcija između ugljičnog sulfida i dušikovog oksida (I) nije samo popraćena svijetlim bijelim bljeskom, koji podsjeća na kuglastu munju, već je karakterizirana i smiješnim zvukom, zbog kojeg je dobila svoj popularni naziv - "lajanje psa". Ponekad ovu tvar pokušavaju predstaviti kao plemeniti metal.

Predgovor
Uvod
§ 1. Predmet zvučne kemije
§ 2. Esej o razvoju zvučne kemije
§ 3. Eksperimentalne metode zvučne kemije
Poglavlje 1. Zvučno polje i ultrazvučna kavitacija
§ 4. Akustičko polje i veličine koje ga karakteriziraju (osnovni pojmovi)
§ 5. Akustična kavitacija u tekućinama
§ 6. Jezgre kavitacije u tekućinama
§ 7. Pulsiranje i kolaps kavitacijskih mjehurića
§ 8. Dinamika razvoja kavitacijske regije
Poglavlje 2. Eksperimentalni i teorijsko istraživanje zvučno-kemijske reakcije i soioluminiscencija
§ 9. Utjecaj različitih čimbenika na tijek zvučno-kemijskih reakcija i soioluminiscencije
§ 10. Koluminiscencija u raznim tekućinama
§ jedanaest. Fizikalni procesi, što dovodi do pojave sonokemijskih reakcija i soioluminiscencije
§ 12. Spektralna istraživanja koluminiscencije
§ 13. Primarni i sekundarni elementarni procesi u kavitacijskom mjehuru
§ 14. Klasifikacija ultrazvučnih kemijskih reakcija
§ 15. O mehanizmu utjecaja plinova i nastanku zvučno-kemijskih reakcija
§ 16. Akustična polja niskih intenziteta
§ 17. Niskofrekventna akustička polja
Poglavlje 3. Energija zvučno-kemijskih reakcija i fizikalno-kemijskih procesa uzrokovanih kavitacijom
§ 18. Glavni načini pretvorbe energije akustičnih vibracija
§ 19. Kemijsko-akustički prinos produkata reakcije (energijski prinos)
§ 20. Početni kemijsko-akustički prinosi proizvoda ultrazvučnog cijepanja vode
§ 21. Energetski prinos soioluminiscencije
§ 22. Ovisnost brzine zvučno-kemijskih reakcija o intenzitetu ultrazvučnih valova
§ 23. Ovisnost brzine fizikalnih i kemijskih procesa uzrokovanih kavitacijom o intenzitetu ultrazvučnih valova
§ 24. Opći kvantitativni zakoni
§ 25. O odnosu između energetskih izlaza zvučno-kemijskih reakcija i sonoluminiscencije
Poglavlje 4. Kinetika ultrazvučnih kemijskih reakcija
§ 26. Stacionarno stanje za koncentraciju radikala u prosjeku za period oscilacije i volumen (prva aproksimacija)
§ 27. Promjena koncentracije radikala u prosjeku po volumenu (druga aproksimacija)
§ 28. Kavitacijsko-difuzijski model prostorno-vremenske raspodjele radikala (treća aproksimacija)
§ 29. Mjesto energije ultrazvučnih valova među ostalima fizikalne metode utjecaj na tvar
§ 30. Značajke širenja topline iz kavitacijskog mjehurića
Poglavlje 5. Zdrava kemija vode i vodenih otopina
§ 31. Glavne značajke dobivenih eksperimentalnih rezultata
§ 32. Sonoliza otopina klorooctene kiseline. O nastanku hidratiziranih elektrona u polju ultrazvučnih valova
§ 33. Oksidacija željezovog (II) sulfata u polju ultrazvučnih valova
§ 34. Redukcija cerijevog (IV) sulfata u polju ultrazvučnih valova
§ 35. Sinteza vodikovog peroksida tijekom sonolize vode i vodenih otopina formata
§ 36. Izračun vrijednosti početnih kemijsko-akustičkih izlaza
§ 37. Zvučno-kemijske reakcije u vodi i vodenim otopinama u atmosferi dušika
§ 38. Inicijacija ultrazvučnim valovima lančana reakcija stereoizomerizacija etilen-1,2-dikarboksilne kiseline i njezinih estera
Zaključak. Perspektive uporabe ultrazvučnih valova u znanosti, tehnologiji i medicini
Književnost
Indeks predmeta