Reacții chimice care produc sunet. Chimia sunetului

Trimiteți-vă munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Utilizați formularul de mai jos

Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.

postat pe http://www.allbest.ru/

• Introducere
• 1. Conceptul de sunet. Unde sonore
• 1.1 Domeniul de studiu al efectelor sunetului asupra proceselor chimice
• 1.2 Metode de chimie sunet
• 2. Utilizarea infrasunetelor ca metodă de intensificare procese tehnologice chimice
• 3. Utilizarea ultrasunetelor ca modalitate de a intensifica procesele chimice
• Concluzie
• Introducere
• Secolul XXI este secolul bio- și nanotehnologiilor, al informatizării universale, al electronicii, al infrasunetelor și al ultrasunetelor. Ultrasunetele și infrasunetele reprezintă o mișcare oscilativă care se propagă sub formă de undă a particulelor din mediu și sunt caracterizate printr-un număr de trăsături distinctiveîn comparaţie cu fluctuaţiile în domeniul audibil. În intervalul de frecvență ultrasonică este relativ ușor să obțineți radiații direcționate; Vibrațiile ultrasonice se pretează bine la focalizare, drept urmare intensitatea vibrațiilor ultrasonice în anumite zone de influență crește. Atunci când se propagă în gaze, lichide și solide, vibrațiile sonore dau naștere unor fenomene unice, dintre care multe au fost găsite. uz practic V diverse zoneștiință și tehnologie, au apărut zeci de tehnologii de sunet extrem de eficiente, care economisesc resursele. ÎN anul trecut utilizarea vibraţiilor sonore începe să joace un rol din ce în ce mai important în industrie şi cercetare științifică. Studiile teoretice și experimentale au fost realizate cu succes în domeniul cavitației ultrasonice și al fluxurilor acustice, ceea ce a făcut posibilă dezvoltarea unor noi procese tehnologice care apar sub influența ultrasunetelor în fază lichidă.
• În prezent, se formează o nouă direcție a chimiei - chimia sonică, care face posibilă accelerarea multor procese chimice și tehnologice și obținerea de noi substanțe, alături de teoretice și studii experimentaleîn domeniul sunetului reacții chimice multe s-au realizat munca practica. Dezvoltarea și aplicarea tehnologiilor de sunet deschide în prezent noi perspective în crearea de noi substanțe și materiale, în dăruire materiale cunoscuteși medii cu proprietăți noi și, prin urmare, necesită o înțelegere a fenomenelor și proceselor care au loc sub influența ultrasunetelor și infrasunetelor, a capacităților noilor tehnologii și a perspectivelor de aplicare a acestora.
• 1. Conceptul de sunet. Unde sonore

Sunetul este un fenomen fizic care este propagarea vibrațiilor mecanice sub formă de unde elastice într-un mediu solid, lichid sau gazos. În sens restrâns, sunetul se referă la aceste vibrații, considerate în legătură cu modul în care sunt percepute de simțurile animalelor și ale oamenilor.

Ca orice undă, sunetul este caracterizat prin amplitudine și spectru de frecvență. O persoană comună capabil să audă vibrații sonore în intervalul de frecvență de la 16--20 Hz la 15--20 kHz. Sunetul sub intervalul de audibilitate umană se numește infrasunete; mai mare: până la 1 GHz - ultrasunete, de la 1 GHz - hipersunete. Volumul sunetului depinde într-un mod complex de presiunea sonoră efectivă, frecvența și forma vibrațiilor, iar înălțimea sunetului depinde nu numai de frecvență, ci și de mărimea presiunii sonore.

Undele sonore din aer sunt zone alternative de compresie și rarefacție. Undele sonore pot servi ca exemplu de proces oscilator. Orice oscilație este asociată cu o încălcare a stării de echilibru a sistemului și este exprimată prin abaterea caracteristicilor sale de la valorile de echilibru cu o revenire ulterioară la valoarea inițială. Pentru vibrațiile sonore, această caracteristică este presiunea într-un punct din mediu, iar abaterea acesteia este presiunea sonoră.

Dacă faceți o deplasare bruscă a particulelor unui mediu elastic într-un singur loc, de exemplu, folosind un piston, atunci presiunea în acest loc va crește. Datorită legăturilor elastice ale particulelor, presiunea este transmisă particulelor învecinate, care, la rândul lor, acționează asupra celor următoare și asupra zonei tensiune arterială crescută parcă se mișcă într-un mediu elastic. Zona de înaltă presiune este urmată de o zonă tensiune arterială scăzută, și astfel se formează o serie de regiuni alternante de compresie și rarefacție, care se propagă în mediu sub formă de undă. Fiecare particulă a mediului elastic în acest caz va efectua mișcări oscilatorii.

Figura 1 - Mișcarea particulelor în timpul propagării undei a) mișcarea particulelor mediului în timpul propagării unei unde longitudinale; b) mișcarea particulelor de mediu în timpul propagării unei unde transversale.

Figura 2 - Caracteristicile procesului oscilator

În mediile lichide și gazoase, unde nu există fluctuații semnificative ale densității, undele acustice sunt de natură longitudinală, adică direcția de vibrație a particulelor coincide cu direcția de mișcare a undei. La solide, pe lângă deformațiile longitudinale, apar și deformații elastice de forfecare, determinând excitarea undelor transversale (de forfecare); în acest caz, particulele oscilează perpendicular pe direcția de propagare a undei. Viteza de propagare a undelor longitudinale este mult mai mare decât viteza de propagare a undelor de forfecare.

1.1 Domeniul de studiu al efectelor sunetului asupra proceselor chimice

Ramura chimiei care studiază interacțiunea undelor acustice puternice și efectele chimice și fizico-chimice rezultate se numește sonochimie (sonochimie). Chimia sunetului studiază cinetica și mecanismul reacțiilor chimice ale sunetului care au loc în volumul unui câmp sonor. Domeniul chimiei sunetului include și unele procese fizice și chimice într-un câmp sonor: sonoluminiscența, dispersia unei substanțe sub influența sunetului, emulsificarea și alte procese chimice coloidale. Sonoluminiscența este fenomenul unui fulger de lumină care apare în timpul colapsului bulelor de cavitație generate într-un lichid de o undă ultrasonică puternică. Un experiment tipic pentru observarea sonoluminiscenței este următorul: un rezonator este plasat într-un recipient cu apă și în el este creată o undă ultrasonică sferică permanentă. Cu o putere suficientă a ultrasunetelor, în centrul rezervorului apare o sursă punctuală strălucitoare de lumină albăstruie - sunetul se transformă în lumină. Sonochimia se concentrează pe studiul reacțiilor chimice care apar sub influența vibrațiilor acustice — reacții sunet-chimice.

De regulă, procesele sonore-chimice sunt studiate în domeniul ultrasonic (de la 20 kHz la câțiva MHz). Vibrațiile sonore în intervalul kiloherți și în domeniul infrasunetelor sunt studiate mult mai rar.

Chimia sunetului studiază procesele de cavitație. Cavitamcia (din latinescul cavita - gol) este procesul de vaporizare și condensare ulterioară a bulelor de vapori într-un flux lichid, însoțit de zgomot și șocuri hidraulice, formarea de cavități în lichid (bule de cavitație sau caverne) umplute cu vapori. a lichidului propriu-zis în care apare. Cavitația apare ca urmare a unei scăderi locale a presiunii în lichid, care poate apărea fie cu creșterea vitezei acestuia (cavitație hidrodinamică), fie cu trecerea unei unde acustice de mare intensitate în timpul semiperioadei de rarefacție (cavitație acustică). ); există și alte motive pentru efect. Deplasarea cu fluxul într-o zonă cu mai multe presiune ridicata sau în timpul semiciclului de compresie, bula de cavitație se prăbușește, emițând o undă de șoc.

1.2 Metode de chimie sunet

Pentru a studia reacțiile sonoro-chimice pe care le folosesc următoarele metode: efect piezoelectric invers și efect de magnetostricție pentru generarea de vibrații sonore de înaltă frecvență într-un lichid, chimie analitică pentru studierea produselor reacțiilor suno-chimice, efect piezoelectric invers - apariția deformațiilor mecanice sub influența unui câmp electric (utilizat în acustic). emițători, în sistemele mecanice de mișcare - activatoare).

Magnetostreaming-ul este un fenomen prin care atunci când starea de magnetizare a unui corp se modifică, volumul și dimensiunile liniare ale acestuia se modifică (folosit pentru a genera ultrasunete și hipersunete).

Infrasunete -- unde sonore, având o frecvență mai mică decât cea percepută urechea umană. Deoarece urechea umană este de obicei capabilă să audă sunete în intervalul de frecvență 16-20.000 Hz, 16 Hz este de obicei luat ca limită superioară a intervalului de frecvență infrasunetelor. Limita inferioară a intervalului de infrasunete este definită în mod convențional ca 0,001 Hz.

Infrasunetele are o serie de caracteristici asociate cu frecvența scăzută a vibrațiilor unui mediu elastic: are amplitudini de vibrație mult mai mari; se răspândește mult mai mult în aer, deoarece absorbția sa în atmosferă este neglijabilă; prezintă fenomenul de difracție, în urma căruia pătrunde ușor în încăperi și ocolește obstacole care blochează sunetele audibile; face ca obiectele mari să vibreze din cauza rezonanței.

cavitație chimică cu ultrasunete unde

2. Utilizarea infrasunetelor ca modalitate de intensificare a proceselor chimice și tehnologice

Influența fizică asupra reacțiilor chimice în în acest caz, efectuate în dispozitive cu infrasunete,- aparate la care se folosesc vibratii acustice de joasa frecventa pentru intensificarea proceselor tehnologice in medii lichide (de fapt infrasunete cu o frecventa de pana la 20 Hz, sunet cu o frecventa de pana la 100 Hz). Vibrațiile sunt create direct în mediul prelucrat folosind emițători flexibili de diverse configurații și forme sau pistoane metalice rigide conectate la pereții containerelor tehnologice prin elemente elastice (de exemplu, cauciuc). Acest lucru face posibilă eliberarea pereților aparatului infrasonic de vibrațiile sursei, reducând semnificativ vibrația și nivelul de zgomot al acestora în spațiile de producție. În dispozitivele cu infrasunete, vibrațiile cu amplitudini mari (de la unități la zeci de mm) sunt excitate.

Cu toate acestea, absorbția scăzută a infrasunetelor de către mediul de lucru și posibilitatea de a se potrivi cu emițătorul de oscilație (selectarea parametrilor de sursă corespunzători) și dimensiunea aparatului (pentru procesarea unor volume date de lichid) fac posibilă extinderea undei neliniare. efecte care apar atunci când sunt expuse la infrasunete la volume tehnologice mari. Datorită acestui fapt, dispozitivele cu infrasunete sunt fundamental diferite de cele cu ultrasunete, în care lichidele sunt procesate într-un volum mic.

În aparatele cu infrasunete se realizează (unul sau mai multe simultan) următoarele efecte fizice: cavitație, semn alternant de mare amplitudine și presiune de radiație (radiația sonoră), curgeri alternante de lichid, fluxuri acustice (vânt sonic), degazarea lichidului și formarea în ea a multor bule de gaz și a straturilor lor de echilibru, schimbarea de fază a oscilațiilor între particulele în suspensie și lichid. Aceste efecte accelerează semnificativ reacțiile redox, electrochimice și de altă natură, intensifică de 2-4 ori procesele industriale de amestecare, filtrare, dizolvare și dispersare a materialelor solide în lichide, separarea, clasificarea și deshidratarea suspensiilor, precum și curățarea pieselor și mecanismelor etc. .

Utilizarea infrasunetelor face posibilă reducerea consumului specific de energie și metal și dimensiunile totale ale dispozitivelor de mai multe ori, precum și procesarea lichidelor direct în flux la transportul lor prin conducte, ceea ce elimină instalarea mixerelor și a altor dispozitive.

Figura 3 - Aparat infrasonic pentru amestecarea suspensiilor: 1 - emițător de vibrații cu membrană; 2 - modulator de aer comprimat; 3 - dispozitiv de pornire; 4 - compresor

Unul dintre cele mai comune domenii de aplicare a infrasunetelor este amestecarea suspensiilor folosind, de exemplu, dispozitive cu infrasunete tubulare. O astfel de mașină constă dintr-unul sau mai multe emițătoare hidropneumatice conectate în serie și un dispozitiv de încărcare.

3. Utilizarea ultrasunetelor în intensificarea proceselor chimice

Ecografie mk - unde sonore având o frecvență mai mare decât cea percepută de urechea umană; de obicei, ultrasunetele înseamnă frecvențe peste 20.000 Herți. Vibrațiile de înaltă frecvență utilizate în industrie sunt create de obicei folosind traductoare piezoceramice. În cazurile în care puterea vibrațiilor ultrasonice este de importanță primordială, se folosesc surse mecanice de ultrasunete.

Impactul ultrasunetelor asupra proceselor chimice și fizico-chimice care au loc în lichide include: inițierea anumitor reacții chimice, modificări ale vitezei și uneori ale direcției reacțiilor, apariția luminiscenței lichide (sonoluminiscență), crearea undelor de șoc în lichide, emulsionarea substanțelor nemiscibile. lichide și coalescență (fuziune).particule în interiorul unui mediu în mișcare sau pe suprafața unui corp) emulsii, dispersie (măcinare fină a solidelor sau lichidelor) de solide și coagulare (combinație de particule mici dispersate în agregate mai mari) de particule solide într-un lichid, degazarea unui lichid etc. Dispozitivele cu ultrasunete sunt folosite pentru a efectua procese tehnologice.

Efectul ultrasunetelor asupra diverse procese asociat cu cavitația (formarea într-un lichid în timpul trecerii unei unde acustice de cavități (bule de cavitație) umplute cu gaz, abur sau un amestec al acestora).

Reacțiile chimice care apar într-un lichid sub influența ultrasunetelor (reacții sonoro-chimice) pot fi împărțite în: a) reacții redox, reacții care apar în solutii apoaseîntre substanțe dizolvate și produșii de descompunere ai moleculelor de apă din interiorul bulei de cavitație (H, OH,), de exemplu:

b) Reacții între gazele dizolvate și substanțele cu presiune mare de vapori situate în interiorul bulei de cavitație:

c) Reacții în lanț inițiate nu de produșii de descompunere radicală ai apei, ci de o altă substanță care se disociază în bula de cavitație, de exemplu, izomerizarea acidului maleic în acid fumaric sub influența Br, formată ca urmare a disocierii sonochimice.

d) Reacții care implică macromolecule. Pentru aceste reacții, nu numai cavitația și undele de șoc asociate și jeturile cumulate sunt importante, ci și forte mecanice, descompunerea moleculelor. Macroradicalii rezultați în prezența monomerului sunt capabili să inițieze polimerizarea.

e) Initierea exploziei la explozivi lichizi si solizi.

f) Reacții în sisteme lichide neapoase, de exemplu, piroliza și oxidarea hidrocarburilor, oxidarea aldehidelor și alcoolilor, alchilarea compușilor aromatici etc.

Principala caracteristică energetică a reacțiilor sonochimice este randamentul energetic, care este exprimat prin numărul de molecule de produs formate în detrimentul a 100 eV de energie absorbită. Randamentul energetic al produselor reacțiilor redox nu depășește de obicei câteva unități, iar pentru reacțiile în lanț ajunge la câteva mii.

Sub influența ultrasunetelor, în multe reacții este posibilă creșterea vitezei de mai multe ori (de exemplu, în reacțiile de hidrogenare, izomerizare, oxidare etc.), uneori și randamentul crește simultan.

Impactul ultrasunetelor este important de luat în considerare atunci când se dezvoltă și se desfășoară diferite procese tehnologice (de exemplu, atunci când sunt expuse la apă în care aerul este dizolvat, se formează oxizi de azot), pentru a înțelege procesele care însoțesc absorbția sunetului în mass-media.

Concluzie

În prezent, vibrațiile sonore sunt utilizate pe scară largă în industrie, fiind un factor tehnologic promițător care permite, dacă este necesar, intensificarea bruscă a proceselor de producție.

Utilizarea ultrasunetelor puternice în procesele tehnologice pentru producerea și prelucrarea materialelor și substanțelor permite:

Reduceți costul unui proces sau al unui produs,

Obțineți produse noi sau îmbunătățiți calitatea celor existente,

Intensificarea proceselor tehnologice tradiționale sau stimularea implementării altora noi,

Contribuie la îmbunătățirea situației mediului prin reducerea agresivității fluidelor de proces.

Trebuie remarcat însă că ultrasunetele au un efect extrem de negativ asupra organismelor vii. Pentru a reduce astfel de impacturi se recomanda amplasarea instalatiilor cu ultrasunete in incaperi speciale, folosind sisteme de telecomanda pentru a efectua procese tehnologice asupra acestora. Automatizarea acestor instalații are un mare efect.

O modalitate mai economică de a proteja împotriva efectelor ultrasunetelor este utilizarea unor carcase fonoizolante care acoperă unitățile ultrasonice sau ecrane situate pe calea de propagare a ultrasunetelor. Aceste ecrane sunt realizate din tablă de oțel sau duraluminiu, plastic sau cauciuc special.

Lista surselor utilizate

1. Margulis M.A. Fundamente ale chimiei sunetului (reacții chimice în câmpuri acustice); manual manual pentru chimie. și tehnolog chimist. Specialitățile universităților / M.A. Margulis. M.: Școala Superioară, 1984. 272 ​​​​p.

2. Susliсk K.S. Ecografie. Efectele sale chimice, fizice și biologice. Ed.: VCH, N.Y., 336 rub.

3. Kardashev G.A. Metode fizice de intensificare a proceselor tehnologice chimice. M.: Chimie, 1990, 208 p.

5. Luminescență

6. Ultrasunete

Postat pe Allbest.ru

Documente similare

Procese ale tehnologiei chimice. Dezvoltarea unei scheme de proces chimico-tehnologic. Criterii de optimizare. Metoda topologică și CTS. Concepte și definiții ale teoriei grafurilor. Parametrii modului tehnologic al elementelor CTS. Studiul proceselor stocastice.

prelegere, adăugată 18.02.2009


Teoria proceselor chimice de sinteză organică. Soluție: în timpul alchilării benzenului cu propilenă în prezența oricăror catalizatori, are loc înlocuirea secvențială a atomilor de hidrogen pentru a forma un amestec de produse grade diferite alchilare.

lucru curs, adăugat 01/04/2009


Sinteza organică ca ramură a chimiei, subiectul și metodele de studiu ale acesteia. Esența proceselor de alchilare și acilare, reacții caracteristice și principii ale apariției lor. Descrierea reacțiilor de condensare. Caracteristicile, semnificația reacțiilor de nitrare și halogenare.

prelegere, adăugată 28.12.2009


Etapele studierii proceselor de ardere și explozie. Principalele tipuri de explozii, clasificarea lor în funcție de tipul reacțiilor chimice și densitatea substanței. Reacțiile de descompunere, redox, polimerizare, izomerizare și condensare, amestecurile stau la baza exploziilor.

rezumat, adăugat 06.06.2011


Tratarea apei industriale. Un set de operațiuni care asigură purificarea apei. Procese necatalitice omogene și eterogene în fazele lichide și gazoase, modelele lor și metodele de intensificare. Comparaţie tipuri variate reactoare chimice.

prelegere, adăugată 29.03.2009


Metode de obținere a coloranților. Prepararea sulfanilatului de sodiu prin sinteză. Caracteristicile materiilor prime inițiale și ale produsului rezultat. Calculul proceselor și echipamentelor chimico-tehnologice. Descriere matematică metoda chimica obţinerea de sulfanilat de sodiu.

teză, adăugată 21.10.2013


Conceptul și calculul vitezei reacțiilor chimice, semnificația și aplicarea ei științifică și practică. Declarație de lege mase active. Factori care influențează viteza reacțiilor chimice. Exemple de reacții care apar în sisteme omogene și eterogene.

prezentare, adaugat 30.04.2012


Conceptul și condițiile pentru trecerea reacțiilor chimice. Caracteristicile reacțiilor de compus, descompunere, substituție, schimb și aplicarea lor în industrie. Reacțiile redox sunt baza metalurgiei, esența valenței, tipurile de transesterificare.

rezumat, adăugat 27.01.2012


Importanța apei pentru industria chimică. Pregatirea apei pentru procesele de productie. Procese catalitice, clasificarea lor. Influența unui catalizator asupra vitezei proceselor tehnologice chimice. Bilanțul material al unui cuptor cu ardere a sulfului.

test, adaugat 18.01.2014


Mecanisme de influență a ultrasunetelor asupra reacțiilor chimice. Luarea în considerare la dezvoltarea și desfășurarea proceselor tehnologice. Tehnologii implementate folosind ultrasunete. Curățare și degresare de precizie. Degazarea topiturii și sudarea polimerilor și metalelor.

DEFINIȚIE

Reactie chimica se numesc transformări ale substanțelor în care are loc o modificare a compoziției și (sau) structurii acestora.

Cel mai adesea, reacțiile chimice sunt înțelese ca procesul de transformare a substanțelor inițiale (reactivi) în substanțe finale (produse).

Reacțiile chimice sunt scrise folosind ecuații chimice care conțin formulele substanțelor inițiale și ale produselor de reacție. Conform legii conservării masei, numărul de atomi ai fiecărui element din stânga și părțile potrivite ecuație chimică aceeași. De obicei, formulele substanțelor inițiale sunt scrise în partea stângă a ecuației, iar formulele produselor în dreapta. Egalitatea numărului de atomi ai fiecărui element din partea stângă și dreaptă a ecuației se realizează prin plasarea coeficienților stoichiometrici întregi în fața formulelor substanțelor.

Ecuațiile chimice pot conține informații suplimentare despre caracteristicile reacției: temperatură, presiune, radiație etc., care sunt indicate prin simbolul corespunzător deasupra (sau „dedesubt”) semnului egal.

Toate reacțiile chimice pot fi grupate în mai multe clase, care au anumite caracteristici.

Clasificarea reacțiilor chimice în funcție de numărul și compoziția substanțelor inițiale și rezultate

Conform acestei clasificări, reacțiile chimice sunt împărțite în reacții de conexiune, descompunere, substituție și schimb.

Ca urmare reacții compuse din două sau mai multe substanțe (complexe sau simple) se formează o substanță nouă. ÎN vedere generala Ecuația pentru o astfel de reacție chimică va arăta astfel:

De exemplu:

CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2

SO3 + H2O = H2SO4

2Mg + O2 = 2MgO.

2FeCl 2 + Cl 2 = 2FeCl 3

Reacțiile compusului sunt în majoritatea cazurilor exoterme, adică. se procedează cu degajarea căldurii. Dacă în reacție sunt implicate substanțe simple, atunci astfel de reacții sunt cel mai adesea reacții redox (ORR), adică. apar cu modificări ale stărilor de oxidare ale elementelor. Este imposibil să spunem fără ambiguitate dacă reacția unui compus între substanțe complexe va fi clasificată ca ORR.

Reacțiile care au ca rezultat formarea mai multor alte substanțe noi (complexe sau simple) dintr-o substanță complexă sunt clasificate ca reacții de descompunere. În general, ecuația pentru reacția chimică de descompunere va arăta astfel:

De exemplu:

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 + H2O (4)

H2SiO3 = SiO2 + H2O (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)

Majoritatea reacțiilor de descompunere au loc atunci când sunt încălzite (1,4,5). Posibilă descompunere din cauza expunerii curent electric(2). Descompunerea hidraților, acizilor, bazelor și sărurilor cristaline ale acizilor care conțin oxigen (1, 3, 4, 5, 7) are loc fără modificarea stărilor de oxidare ale elementelor, adică. aceste reacții nu sunt legate de ODD. Reacțiile de descompunere ORR includ descompunerea oxizilor, acizilor și sărurilor formate de elemente din grade superioare oxidare (6).

Reacțiile de descompunere se găsesc și în chimia organică, dar sub alte denumiri - cracare (8), dehidrogenare (9):

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

C4H10 = C4H6 + 2H2 (9)

La reacții de substituție o substanță simplă interacționează cu o substanță complexă, formând o nouă substanță simplă și o nouă substanță complexă. În general, ecuația pentru o reacție de substituție chimică va arăta astfel:

De exemplu:

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

Zn + 2HCl = ZnСl2 + H2 (2)

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

2KlO 3 + l 2 = 2KlO 3 + Сl 2 (4)

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

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

CH4 + Cl2 = CH3CI + HCI (7)

Majoritatea reacțiilor de substituție sunt redox (1 – 4, 7). Exemplele de reacții de descompunere în care nu are loc nicio modificare a stărilor de oxidare sunt puține (5, 6).

Reacții de schimb sunt reacţii care apar între substanţe complexe în care îşi schimbă componente. De obicei, acest termen este folosit pentru reacțiile care implică ioni în soluție apoasă. În general, ecuația pentru o reacție de schimb chimic va arăta astfel:

AB + CD = AD + CB

De exemplu:

CuO + 2HCl = CuCl2 + H2O (1)

NaOH + HCl = NaCl + H2O (2)

NaHCO3 + HCl = NaCl + H2O + CO2 (3)

AgNO 3 + KBr = AgBr ↓ + KNO 3 (4)

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

Reacțiile de schimb nu sunt redox. Caz special aceste reacții de schimb sunt reacții de neutralizare (reacții între acizi și alcalii) (2). Reacțiile de schimb au loc în direcția în care cel puțin una dintre substanțe este îndepărtată din sfera de reacție sub formă de substanță gazoasă (3), precipitat (4, 5) sau compus slab disociat, cel mai adesea apă (1, 2). ).

Clasificarea reacțiilor chimice în funcție de modificările stărilor de oxidare

În funcție de modificarea stărilor de oxidare a elementelor care alcătuiesc reactivii și produșii de reacție, toate reacțiile chimice se împart în reacții redox (1, 2) și cele care au loc fără modificarea stării de oxidare (3, 4).

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

Mg 0 – 2e = Mg 2+ (agent reducător)

C 4+ + 4e = C 0 (agent oxidant)

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

Fe 2+ -e = Fe 3+ (agent reducător)

N5+ +3e = N2+ (agent oxidant)

AgNO3 +HCl = AgCl ↓ + HNO3 (3)

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

Clasificarea reacțiilor chimice după efectul termic

În funcție de faptul că căldura (energia) este eliberată sau absorbită în timpul reacției, toate reacțiile chimice sunt împărțite în mod convențional în exoterme (1, 2) și respectiv endoterme (3). Cantitatea de căldură (energie) eliberată sau absorbită în timpul unei reacții se numește efect termic al reacției. Dacă ecuația indică cantitatea de căldură eliberată sau absorbită, atunci astfel de ecuații se numesc termochimice.

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

2Mg + O2 = 2MgO + 602,5 kJ (2)

N 2 + O 2 = 2NO – 90,4 kJ (3)

Clasificarea reacțiilor chimice în funcție de direcția reacției

Pe baza direcției reacției, se face o distincție între reversibile (procese chimice ale căror produse sunt capabile să reacționeze între ele în aceleași condiții în care au fost obținute pentru a forma substanțele inițiale) și ireversibile (procese chimice ale căror produse nu sunt capabile să reacționeze între ele pentru a forma substanțele inițiale). ).

Pentru reacțiile reversibile, ecuația în formă generală este de obicei scrisă după cum urmează:

A + B ↔ AB

De exemplu:

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

Exemple de reacții ireversibile includ următoarele reacții:

2КlО 3 → 2Кl + ЗО 2

C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O

Dovada ireversibilității unei reacții poate fi eliberarea unei substanțe gazoase, a unui precipitat sau a unui compus slab disociat, cel mai adesea apă, ca produse de reacție.

Clasificarea reacțiilor chimice în funcție de prezența unui catalizator

Din acest punct de vedere, se disting reacțiile catalitice și necatalitice.

Un catalizator este o substanță care accelerează progresul unei reacții chimice. Reacțiile care apar cu participarea catalizatorilor sunt numite catalitice. Unele reacții nu pot avea loc deloc fără prezența unui catalizator:

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

Adesea, unul dintre produșii de reacție servește ca catalizator care accelerează această reacție (reacții autocatalitice):

MeO+ 2HF = MeF2 + H2O, unde Me este un metal.

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

În timpul reacțiilor chimice, o substanță produce alta (a nu se confunda cu reacțiile nucleare, în care una element chimic se transformă în altul).

Orice reacție chimică este descrisă printr-o ecuație chimică:

Reactanți → Produși de reacție

Săgeata indică direcția reacției.

De exemplu:

În această reacție, metanul (CH 4 ) reacționează cu oxigenul (O 2 ), rezultând formarea de dioxid de carbon (CO 2) și apă (H 2 O), sau mai precis, vapori de apă. Aceasta este exact reacția care se întâmplă în bucătărie când aprindeți un arzător pe gaz. Ecuația ar trebui citită astfel: O moleculă de gaz metan reacționează cu două molecule de oxigen gazos pentru a produce o moleculă de dioxid de carbon și două molecule de apă (vapori de apă).

Se numesc numerele plasate înaintea componentelor unei reacții chimice coeficienții de reacție.

Au loc reacții chimice endotermic(cu absorbție de energie) și exotermic(cu eliberare de energie). Arderea metanului este un exemplu tipic de reacție exotermă.

Există mai multe tipuri de reacții chimice. Cel mai comun:

• reacții de conectare;
• reacții de descompunere;
• reacții unice de înlocuire;
• reacții de dublu deplasare;
• reacții de oxidare;
• reacții redox.

Reacții compuse

În reacțiile compuse, cel puțin două elemente formează un produs:

2Na (t) + Cl 2 (g) → 2NaCl (t)- formarea sării de masă.

Trebuie acordată atenție unei nuanțe esențiale a reacțiilor compuse: în funcție de condițiile reacției sau de proporțiile de reactivi care intră în reacție, rezultatul acesteia poate fi produse diferite. De exemplu, în condiții normale de ardere cărbune se produce dioxid de carbon:
C (t) + O 2 (g) → CO 2 (g)

Dacă cantitatea de oxigen este insuficientă, atunci se formează monoxid de carbon mortal:
2C (t) + O 2 (g) → 2CO (g)

Reacții de descompunere

Aceste reacții sunt, parcă, esențial opuse reacțiilor compusului. Ca urmare a reacției de descompunere, substanța se descompune în două (3, 4...) elemente (compuși) mai simple:

• 2H 2 O (l) → 2H 2 (g) + O 2 (g)- descompunerea apei
• 2H 2 O 2 (l) → 2H 2 (g) O + O 2 (g)- descompunerea peroxidului de hidrogen

Reacții cu o singură deplasare

Ca rezultat al reacțiilor de substituție unică, un element mai activ îl înlocuiește pe unul mai puțin activ într-un compus:

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

Zincul într-o soluție de sulfat de cupru înlocuiește cuprul mai puțin activ, ducând la formarea unei soluții de sulfat de zinc.

Gradul de activitate al metalelor în ordinea crescătoare a activității:

• Cele mai active sunt metalele alcaline și alcalino-pământoase

Ecuația ionică pentru reacția de mai sus va fi:

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

Legătura ionică CuSO4, atunci când este dizolvată în apă, se descompune într-un cation de cupru (sarcină 2+) și un anion sulfat (sarcină 2-). În urma reacției de substituție, se formează un cation de zinc (care are aceeași sarcină ca cationul de cupru: 2-). Vă rugăm să rețineți că anionul sulfat este prezent pe ambele părți ale ecuației, adică, conform tuturor regulilor matematicii, acesta poate fi redus. Rezultatul este o ecuație ion-moleculară:

Zn (t) + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu (t)

Reacții de dublu deplasare

În reacțiile de dublă substituție, doi electroni sunt deja înlocuiți. Astfel de reacții se mai numesc reacții de schimb. Astfel de reacții au loc în soluție cu formarea:

• solid insolubil (reacție de precipitare);
• apă (reacție de neutralizare).

Reacții de precipitare

Când o soluție de azotat de argint (sare) este amestecată cu o soluție de clorură de sodiu, se formează clorură de argint:

Ecuația moleculară: KCl (soluție) + AgNO 3 (p-p) → AgCl (s) + KNO 3 (p-p)

Ecuația ionică: K + + Cl - + Ag + + NO 3 - → AgCl (t) + K + + NO 3 -

Ecuația ionică moleculară: Cl - + Ag + → AgCl (s)

Dacă un compus este solubil, acesta va fi prezent în soluție sub formă ionică. Dacă compusul este insolubil, va precipita pentru a forma un solid.

Reacții de neutralizare

Acestea sunt reacții între acizi și baze care au ca rezultat formarea de molecule de apă.

De exemplu, reacția de amestecare a unei soluții de acid sulfuric și a unei soluții de hidroxid de sodiu (leșie):

Ecuația moleculară: H2SO4 (p-p) + 2NaOH (p-p) → Na2SO4 (p-p) + 2H2O (l)

Ecuația ionică: 2H + + SO 4 2- + 2Na + + 2OH - → 2Na + + SO 4 2- + 2H 2 O (l)

Ecuația ionică moleculară: 2H + + 2OH - → 2H 2 O (l) sau H + + OH - → H 2 O (l)

Reacții de oxidare

Acestea sunt reacții de interacțiune a substanțelor cu oxigenul gazos din aer, în care, de regulă, un numar mare de energie sub formă de căldură și lumină. O reacție tipică de oxidare este arderea. La începutul acestei pagini este reacția dintre metan și oxigen:

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

Metanul aparține hidrocarburilor (compuși ai carbonului și hidrogenului). Când o hidrocarbură reacţionează cu oxigenul, se eliberează multă energie termică.

Reacții redox

Acestea sunt reacții în care se fac schimb de electroni între atomi de reactanți. Reacțiile discutate mai sus sunt, de asemenea, reacții redox:

• 2Na + Cl 2 → 2NaCl - reacție compusă
• CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O - reacție de oxidare
• Zn + CuSO 4 → ZnSO 4 + Cu - reacție de substituție simplă

Reacțiile redox cu un număr mare de exemple de rezolvare a ecuațiilor folosind metoda echilibrului electronic și metoda semireacției sunt descrise cât mai detaliat posibil în secțiunea

Gazul metan este mai ușor decât aerul, astfel încât spuma pe care o creează se ridică ușor până la tavan. Ei bine, arderea luminoasă a componentei principale gaz natural nu ar trebui să surprindă pe nimeni - același lucru se poate spune despre orice hidrocarbură ușoară.

Sursa: Science in GIFs

2. Reacția de oxidare a luminolului și a hexacianoferratului de potasiu (III)

Iată un exemplu de chemiluminiscență: în timpul transformării luminolului, un vizibil clar de ochiul uman strălucire. Sarea roșie din sânge acționează aici ca un catalizator - același rol, de altfel, poate fi jucat de hemoglobină, drept urmare reacția descrisă este utilizată pe scară largă în criminologie pentru a detecta urmele de sânge.

Sursa: Profesorul Nicolas Science Show

3. Balon umplut cu mercur (reacție la lovirea podelei)

Mercurul este singurul metal care rămâne lichid în condiții normale, ceea ce permite să fie turnat în el balon. Cu toate acestea, mercurul este atât de greu încât chiar și o minge care cade de la o înălțime mică o va rupe în bucăți.

Sursa: Nu mai sunt copii

4. Descompunerea peroxidului de hidrogen catalizat de iodura de potasiu

În absența impurităților, o soluție apoasă de peroxid de hidrogen este destul de stabilă, dar de îndată ce iodură de potasiu i se adaugă, descompunerea acestor molecule va începe imediat. Este însoțită de eliberarea de oxigen molecular, care favorizează perfect formarea diferitelor spume.

Sursa: Fishki.net

5. Fier + sulfat de cupru

Una dintre primele reacții studiate într-un curs de chimie rusă: ca urmare a substituției, metalul mai activ (fierul) se dizolvă și intră în soluție, în timp ce metalul mai puțin activ (cuprul) precipită sub formă de fulgi colorați. După cum ați putea ghici, animația este foarte accelerată în timp.

Sursa: Trinixy

6. Peroxid de hidrogen și iodură de potasiu

Un alt exemplu de reacție de descompunere a peroxidului de hidrogen (aka peroxid) în prezența unui catalizator. Observați sticla de pe masă detergent: ea este cea care ajută să apară cârnatul cu săpun când acesta cade pe masă.

Sursa: Trinixy

7. Combustie cu litiu

Litiul este unul dintre metalele alcaline, considerat pe drept cel mai activ dintre toate celelalte metale. Nu arde la fel de intens ca frații săi sodiu și potasiu, dar este ușor de observat că acest proces este încă foarte rapid.

Sursa: Trinixy

8. Deshidratarea zahărului în acid sulfuric

O reacție foarte simplă și foarte eficientă: acidul sulfuric ia apa din moleculele de zaharoză, transformându-le în carbon atomic (pur și simplu cărbune). Apa gazoasă eliberată spumează cărbunele, făcându-ne să vedem o coloană neagră amenințătoare.

Sursa: Fishki.net

9. Sticlă de cuarț

Spre deosebire de sticla standard, cuarțul este mai rezistent la temperaturi ridicate: nu va „curge” pe un arzător obișnuit cu gaz. De aceea tuburile de cuarț sunt lipite pe arzătoare cu oxigen, care oferă mai mult temperatura ridicata flacără.

Sursa: Global Research

10. Fluoresceină

În soluție apoasă sub influență radiații ultraviolete Colorantul verde fluoresceina emite lumină în domeniul vizibil - acest fenomen se numește fluorescență.

Sursa: Thoisoi

11. Fulger în cilindru

Reacția dintre sulfura de carbon și oxidul de azot (I) nu este doar însoțită de un fulger alb strălucitor, care amintește de fulgerul cu minge, dar este și caracterizată printr-un sunet amuzant, datorită căruia și-a primit numele popular - „câine care lătrat”. ei încearcă să treacă această substanță drept un metal prețios.

Prefaţă
Introducere
§ 1. Subiect de chimie a sunetului
§ 2. Eseu despre dezvoltarea chimiei sunetului
§ 3. Metode experimentale de chimie a sunetului
Capitolul 1. Câmpul sonor și cavitație ultrasonică
§ 4. Câmpul acustic și mărimile care îl caracterizează (concepte de bază)
§ 5. Cavitatia acustica in lichide
§ 6. Nuclee de cavitaţie în lichide
§ 7. Pulsația și prăbușirea bulelor de cavitație
§ 8. Dinamica dezvoltării regiunii de cavitaţie
Capitolul 2. Experimental şi cercetare teoretică reacții sonoro-chimice și soioluminiscență
§ 9. Influenţa diverşilor factori asupra cursului reacţiilor sonoro-chimice şi a soioluminiscenţei
§ 10. Co-luminiscenţa în diverse lichide
§ unsprezece. Procese fizice, ducând la apariția reacțiilor sonochimice și a soioluminiscenței
§ 12. Studii spectrale ale co-luminiscenţei
§ 13. Procese elementare primare și secundare într-o bulă de cavitație
§ 14. Clasificarea reacţiilor chimice ultrasonice
§ 15. Despre mecanismul de influenţă a gazelor şi apariţia reacţiilor sonoro-chimice
§ 16. Câmpuri acustice la intensităţi scăzute
§ 17. Câmpuri acustice de joasă frecvenţă
Capitolul 3. Energia reacţiilor sonoro-chimice şi proceselor fizico-chimice cauzate de cavitaţie
§ 18. Principalele modalităţi de conversie a energiei vibraţiilor acustice
§ 19. Randamentul chimico-acustic al produselor de reactie (randament energetic)
§ 20. Randamentele chimico-acustice inițiale ale produselor ultrasonice de scindare a apei
§ 21. Randamentul energetic al soioluminiscenței
§ 22. Dependenţa vitezei reacţiilor sonoro-chimice de intensitatea undelor ultrasonice
§ 23. Dependența vitezei proceselor fizice și chimice cauzate de cavitație de intensitatea undelor ultrasonice
§ 24. Legi cantitative generale
§ 25. Despre relaţia dintre ieşirile de energie ale reacţiilor sonoro-chimice şi sonoluminiscenţa
Capitolul 4. Cinetica reacțiilor chimice ultrasonice
§ 26. Stare staționară pentru concentrația de radicali mediată pe perioada de oscilație și volum (prima aproximare)
§ 27. Modificarea concentrației de radicali în medie pe volum (a doua aproximare)
§ 28. Model de cavitație-difuzie a distribuției spațio-temporale a radicalilor (a treia aproximare)
§ 29. Locul energiei undelor ultrasonice printre altele metode fizice impact asupra substanței
§ 30. Caracteristici ale propagării căldurii dintr-o bulă de cavitație
Capitolul 5. Chimia sonoră a apei și a soluțiilor apoase
§ 31. Principalele caracteristici ale rezultatelor experimentale obţinute
§ 32. Sonoliza soluţiilor de acid cloroacetic. Despre apariția electronilor hidratați în domeniul undelor ultrasonice
§ 33. Oxidarea sulfatului de fier (II) în domeniul undelor ultrasonice
§ 34. Reducerea sulfatului de ceriu (IV) în domeniul undelor ultrasonice
§ 35. Sinteza peroxidului de hidrogen în timpul sonolizei apei și soluțiilor apoase de formiați
§ 36. Calculul valorilor ieșirilor chimico-acustice inițiale
§ 37. Reacţii sonoro-chimice în apă şi soluţii apoase în atmosferă de azot
§ 38. Iniţierea prin unde ultrasonice reacție în lanț stereoizomerizarea acidului etilen-1,2-dicarboxilic și a esterilor săi
Concluzie. Perspective pentru utilizarea undelor ultrasonice în știință, tehnologie și medicină
Literatură
Index de subiect