Химични реакции, протичащи с отделяне на звук. Сонохимия
Газообразният метан е по-лек от въздуха, така че образуваната от него пяна лесно се издига до тавана. Е, яркото изгаряне на основния компонент на природния газ не 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, блясъкът е ясно видим за човешкото око. Червената кръвна сол тук действа като катализатор - между другото, хемоглобинът може да играе същата роля, 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 балон. Живакът обаче е толкова тежък, че дори топка, пусната от малка височина, ще го разкъса на парчета.
Източник: Отдавна няма 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 веднага ще започне. Придружава се от отделянето на молекулярен кислород, който идеално допринася за образуването на различни пени.
Източник: fishki.net
5. Желязо + меден сулфат
Една от първите реакции, изучавани в руския курс по химия: в резултат на заместване 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. Обърнете внимание на бутилката с препарат, стояща на масата: тя е тази, която помага да се появи сапунената наденица, падаща 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 колеги 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 във въглища). Отделената при това газообразна вода разпенва въглищата, благодарение на което виждаме заплашителен черен стълб.
Източник: fishki.net
9. Кварцово стъкло
За разлика от стандартното прозоречно стъкло, кварцът е по-устойчив на високи температури: няма да "тече" върху конвенционална газова горелка. Ето защо кварцовите тръби се запояват върху кислородни горелки, които осигуряват по-висока температура на пламъка.
Източник: Global Research
10. Флуоресцеин
Във воден разтвор под действието на ултравиолетовото лъчение зеленото багрило флуоресцеин излъчва светлина във видимия диапазон – това явление се нарича флуоресценция.
Източник: Thoisoi
11. Цип в цилиндъра
Реакцията между въглероден сулфид и азотен оксид (I) е не само придружена от най-ярката бяла светкавица, напомняща кълбовидна мълния, но също така се характеризира със забавен звук, благодарение на който получи популярното си име - "лаещо куче". понякога се опитват да представят това вещество за благороден метал.
Невероятни факти
Молекулярният материал в нашето ежедневие е толкова предвидим, че често забравяме какви удивителни неща могат да се случат с основните елементи.
Дори в нашето тяло протичат много невероятни химични реакции.
Ето няколко завладяващи и впечатляващи химични и физични реакции във формата на GIF, които ще ви напомнят за курс по химия.
химична реакция
1. "Змията на фараона" - разпадането на живачен тиоцианат
Изгарянето на живачен тиоцианат го кара да се разложи на три други химикала. Тези три химикала от своя страна се разлагат на още три вещества, което води до разгръщането на огромна „змия“.
2. Горящ кибрит
Кибритената глава съдържа червен фосфор, сяра и бертолетова сол. Топлината, генерирана от фосфора, разлага бертолетовата сол и освобождава кислород в процеса. Кислородът се комбинира със сярата, за да произведе краткотраен пламък, който използваме, за да запалим свещ, например.
3. Огън + водород
Водородният газ е по-лек от въздуха и може да бъде запален с пламък или искра, което води до грандиозна експлозия. Ето защо сега хелият се използва по-често от водорода за пълнене на балони.
4. Живак + алуминий
Живакът прониква в защитния оксиден слой (ръжда) на алуминия, което го кара да ръждясва много по-бързо.
Примери за химични реакции
5. Змийска отрова + кръв
Една капка отрова от усойница в петриево блюдо кръв я кара да се свие в дебела буца твърда материя. Ето какво се случва в тялото ни, когато ни ухапе отровна змия.
6. Разтвор на желязо + меден сулфат
Желязото замества медта в разтвора, превръщайки медния сулфат в железен сулфат. Чистата мед се събира върху желязо.
7. Запалване на газовия контейнер
8. Таблетка хлор + медицински спирт в затворена бутилка
Реакцията води до повишаване на налягането и завършва с разкъсване на контейнера.
9. Полимеризация на р-нитроанилин
На gif няколко капки концентрирана сярна киселина се добавят към половин чаена лъжичка р-нитроанилин или 4-нитроанилин.
10. Кръв във водороден прекис
Ензим в кръвта, наречен каталаза, превръща водородния пероксид във вода и кислород, създавайки пяна от кислородни мехурчета.
Химически опити
11. Галий в гореща вода
Галият, който се използва главно в електрониката, има точка на топене 29,4 градуса по Целзий, което означава, че ще се разтопи в ръцете ви.
12. Бавен преход от бета калай към алфа модификация
При ниски температури бета алотропът на калай (сребрист, метален) спонтанно се трансформира в алфа алотроп (сив, прахообразен).
13. Натриев полиакрилат + вода
Натриевият полиакрилат, същият материал, използван в бебешките пелени, действа като гъба, за да абсорбира влагата. Когато се смеси с вода, съединението се превръща в твърд гел, а водата вече не е течност и не може да се излее.
14. Радон 220 ще бъде инжектиран в камерата за мъгла
V-образната следа се дължи на две алфа частици (ядра хелий-4), които се освобождават, когато радонът се разпада на полоний и след това на олово.
Домашни опити по химия
15. Хидрогелни топчета и цветна вода
В този случай се извършва дифузия. Хидрогелът представлява полимерни гранули, които много добре абсорбират водата.
16. Ацетон + стиропор
Стиропорът е направен от стиропор, който, когато се разтвори в ацетон, освобождава въздух в пяната, което прави да изглежда, че разтваряте голямо количество материал в малко количество течност.
17. Сух лед + препарат за съдове
Сухият лед, поставен във вода, създава облак, докато препаратът за миене на съдове във вода задържа въглеродния диоксид и водните пари във формата на мехур.
18. Капка перилен препарат, добавен към мляко с оцветител за храна
Млякото е предимно вода, но също така съдържа витамини, минерали, протеини и малки капчици мазнина, суспендирани в разтвор.
Препаратът за миене на съдове разхлабва химическите връзки, които задържат протеините и мазнините в разтвора. Молекулите на мазнините се объркват, тъй като молекулите на сапуна започват да се втурват, за да се свържат с молекулите на мазнините, докато разтворът се смеси равномерно.
19. Паста за зъби "Слон".
Маята и топла вода се изсипват в съд с препарат, водороден прекис и хранителни оцветители. Дрождите служат като катализатор за освобождаване на кислород от водороден прекис, създавайки много мехурчета. В резултат на това се образува екзотермична реакция с образуване на пяна и отделяне на топлина.
Химически експерименти (видео)
20. Изгаряне на крушката
Волфрамовата нишка се скъсва, причинявайки електрическо късо съединение, което кара нишката да свети.
21. Ферофлуид в стъклен буркан
Ферофлуидът е течност, която става силно магнетизирана в присъствието на магнитно поле. Използва се в твърдите дискове и в машиностроенето.
Друг ферофлуид.
22. Йод + алуминий
Окисляването на фино диспергиран алуминий се извършва във вода, образувайки тъмно лилави пари.
23. Рубидий + вода
Рубидият реагира много бързо с вода, за да образува рубидиев хидроксид и водороден газ. Реакцията е толкова бърза, че ако се проведе в стъклен съд, може да се счупи.
Крайният резултат от реакциите на експлозивна трансформация обикновено се изразява чрез уравнение, свързващо химичната формула на първоначалния експлозив или неговия състав (в случай на експлозивна смес) със състава на крайните продукти на експлозията.
Познаването на уравнението на химичната трансформация по време на експлозия е от съществено значение в две отношения. От една страна, това уравнение може да се използва за изчисляване на топлината и обема на газообразните продукти от експлозия и, следователно, температурата, налягането и други параметри на експлозията. От друга страна, съставът на продуктите от експлозията е от особено значение, когато става въпрос за експлозиви, предназначени за взривяване в подземни изработки (оттук и изчисляването на вентилацията на рудите, така че количеството въглероден оксид и азотни оксиди да не надвишава определен обем) .
По време на експлозия обаче не винаги се установява химическо равновесие. В онези многобройни случаи, когато изчислението не позволява да се установи надеждно крайното равновесие на експлозивната трансформация, човек се обръща към експеримент. Но експерименталното определяне на състава на продуктите по време на експлозията също среща сериозни трудности, тъй като продуктите от експлозията при високи температури могат да съдържат атоми и свободни радикали (активни частици), които не могат да бъдат открити след охлаждане.
Органичните експлозиви като правило се състоят от въглерод, водород, кислород и азот. Следователно, продуктите на експлозията могат да съдържат следните газообразни и твърди вещества: CO 2, H 2 O, N 2, CO, O 2, H 2, CH 4 и други въглеводороди: NH 3, C 2 N 2, HCN, NO, N 2 O, C. Ако съставът на експлозивите включва сяра или хлор, тогава продуктите от експлозията могат да съдържат съответно SO 2, H 2 S, HCl и Cl 2. В случай на съдържание на метали в състава на експлозиви, например алуминий или някои соли (например амониев нитрат NH 4 NO 3, бариев нитрат Ba (NO 3) 2; хлорати - бариев хлорат Ba (ClO 3) 2, калиев хлорат KClO 3 ; перхлорати - амониев NHClO 4 и др.) в състава на продуктите на експлозията има оксиди, например Al 2 O 3, карбонати, например бариев карбонат BaCO 3, калиев карбонат K 2 CO 3 , бикарбонати (KHCO 3), цианиди (KCN), сулфати (BaSO 4, K 2 SO 4), сулфиди (NS, K 2 S), сулфити (K 2 S 2 O 3), хлориди (AlC л 3, BaCl2, KCl) и други съединения.
Наличието и количеството на определени продукти от експлозията зависи преди всичко от кислородния баланс на експлозивния състав.
Кислородният баланс характеризира съотношението между съдържанието на горими елементи и кислород във взривното вещество.
Кислородният баланс обикновено се изчислява като разликата между тегловното количество кислород, съдържащо се във взривното вещество, и количеството кислород, необходимо за пълното окисление на горимите елементи, включени в неговия състав. Изчислението се извършва за 100 g експлозив, в съответствие с което кислородният баланс се изразява в проценти. Осигуряването на състава с кислород се характеризира с кислородния баланс (KB) или кислородния коефициент a до, който в относителни стойности изразява излишъка или липсата на кислород за пълното окисление на горими елементи до по-високи оксиди, например CO 2 и Н2О.
Ако взривното вещество съдържа точно толкова кислород, колкото е необходимо за пълното окисление на съставните му горими елементи, тогава неговият кислороден баланс е равен на нула. Ако излишъкът - KB е положителен, с липса на кислород - KB е отрицателен. Балансът на експлозивите по отношение на кислорода съответства на CB - 0; а до = 1.
Ако експлозивът съдържа въглерод, водород, азот и кислород и е описан с уравнението C a H b N c O d , тогава стойностите на кислородния баланс и кислородния коефициент могат да бъдат определени по формулите
(2)
където a, b, c и d са съответно броят на атомите C, H, N и O в химичната формула на експлозива; 12, 1, 14, 16 са атомните маси на въглерода, водорода, азота и кислорода, закръглени до най-близкото цяло число; знаменателят на дробта в уравнение (1) определя молекулното тегло на експлозива: M = 12a + b + 14c + 16d.
От гледна точка на безопасността на производството и експлоатацията (съхранение, транспортиране, използване) на взривни вещества, повечето от техните състави имат отрицателен кислороден баланс.
Според кислородния баланс всички експлозиви се разделят на следните три групи:
I. Експлозиви с положителен кислороден баланс: въглеродът се окислява до CO 2, водородът до H 2 O, азотът и излишният кислород се отделят в елементарна форма.
II. Експлозиви с отрицателен кислороден баланс, когато кислородът не е достатъчен за пълното окисление на компонентите до по-високи оксиди и въглеродът се окислява частично до CO (но всички експлозиви се превръщат в газове).
III. Експлозив с отрицателен кислороден баланс, но кислородът не е достатъчен, за да превърне всички горими компоненти в газове (в продуктите на експлозията има елементарен въглерод).
4.4.1. Изчисляване на състава на продуктите от експлозивно разлагане на експлозиви
с положителен кислороден баланс (I група експлозиви)
При съставянето на уравненията за реакции на експлозия експлозивите с положителен кислороден баланс се ръководят от следните разпоредби: въглеродът се окислява до въглероден диоксид CO 2, водородът до вода H 2 O, азотът и излишният кислород се отделят в елементарна форма (N 2, O 2).
Например.
1. Напишете уравнение на реакцията (определете състава на продуктите от експлозията) на експлозивното разлагане на отделен експлозив.
Нитроглицерин: C 3 H 5 (ONO 2) 3, M = 227.
Определяме стойността на кислородния баланс за нитроглицерин:
KB > 0, записваме уравнението на реакцията:
C 3 H 5 (ONO 2) 3 \u003d 3CO 2 + 2,5 H 2 O + 0,25 O 2 + 1,5 N 2.
В допълнение към основната реакция протичат реакции на дисоциация:
2CO 2 2CO + O 2;
O 2 + N 2 2NO;
2H 2 O 2H 2 + O 2;
H 2 O + CO CO 2 + H 2.
Но тъй като KB \u003d 3,5 (много повече от нула), реакциите се изместват към образуването на CO 2, H 2 O, N 2, следователно делът на газовете CO, H 2 и NO в продуктите на експлозивно разлагане е незначителен и те могат да бъдат пренебрегнати.
2. Съставете уравнение за реакцията на експлозивно разлагане на смесени експлозиви: амонал, състоящ се от 80% амониев нитрат NH 4 NO 3 (M = 80), 15% TNT C 7 H 5 N 3 O 6 (M = 227) и 5% алуминий Al (a.m. M = 27).
Изчисляването на кислородния баланс и коефициента α към смесени взривни вещества се извършва, както следва: количеството на всеки от химичните елементи, съдържащи се в 1 kg от сместа, се изчислява и изразява в молове. След това съставят условна химическа формула за 1 kg смесен взрив, подобен на външен вид на химическата формула за отделен взрив, след което изчислението се извършва подобно на горния пример.
Ако смесеният експлозив съдържа алуминий, тогава уравненията за определяне на стойностите на CB и α трябва да имат следния вид:
,
,
където e е броят на алуминиевите атоми в условната формула.
Решение.
1. Изчисляваме елементния състав на 1 kg амонал и записваме неговата условна химична формула
%.
2. Напишете уравнението на реакцията за разлагане на амонал:
C 4,6 H 43,3 N 20 O 34 Al 1,85 \u003d 4,6 CO 2 + 21,65 H 2 O + 0,925 Al 2 O 3 + 10N 2 + 0,2 O 2.
4.4.2. Изчисляване на състава на продуктите от експлозивно разлагане на експлозиви
с отрицателен кислороден баланс (II група BB)
Както беше отбелязано по-рано, при съставянето на уравненията за реакциите на експлозивно разлагане на експлозиви от втора група трябва да се вземат предвид следните характеристики: водородът се окислява до H 2 O, въглеродът се окислява до CO, останалият кислород окислява част от CO до CO 2 и азотът се освобождава под формата на N 2.
Пример:Направете уравнение за реакцията на експлозивно разлагане на пентаеритритол тетранитрат (PETN) C (CH 2 ONO 2) 4 Mthena \u003d 316. Кислородният баланс е равен на -10,1%.
От химическата формула на нагревателния елемент може да се види, че кислородът не е достатъчен, докато водородът и въглеродът не се окислят напълно (за 8 водорода са необходими 4 кислородни атома, за да се превърнат в H 2 O \u003d 4H 2 O) (за 5 въглерода атоми, 10 кислородни атома са необходими, за да се превърне CO 2 \u003d 5CO 2) общо 4 + 10 \u003d 14 at. кислород и има само 12 атома.
1. Съставяме уравнението на реакцията за разлагане на нагревателния елемент:
C (CH 2 ONO 2) 4 \u003d 5CO + 4H 2 O + 1.5O 2 + 2N 2 \u003d 4H 2 O + 2CO + 3CO 2 + 2N 2.
За да определите стойността на коефициентите CO и CO 2:
5CO + 1.5O 2 \u003d xCO + yCO 2,
x + y \u003d n - сумата от въглеродни атоми,
x + 2y \u003d m - сумата от кислородни атоми,
X + y \u003d 5 x \u003d 5 - y
x + 2y = 8 или x = 8 - 2y
или 5 - y \u003d 8 - 2y; y \u003d 8 - 5 \u003d 3; x \u003d 5 - 3 \u003d 2.
Че. коефициент при CO x = 2; при CO 2 y \u003d 3, т.е.
5CO + 1,5 O 2 \u003d 2CO + 3CO 2.
Вторични реакции (дисоциации):
Водна пара: H 2 O + CO CO 2 + H 2;
2H 2 O 2H 2 + O 2;
Дисоциация: 2CO 2 2CO + O 2;
2. За да оценим грешката, изчисляваме състава на продуктите от реакцията на експлозивно разлагане, като вземем предвид най-значимата от вторичните реакции - реакцията на водна пара (H 2 O + CO CO 2 + H 2).
Уравнението на реакцията за експлозивно разлагане на PETN може да бъде представено като:
C (CH 2 ONO 2) 4 \u003d uH 2 O + xCO + yCO 2 + zH 2 + 2N 2.
Температурата на експлозивния разлив на нагревателния елемент е приблизително 4000 0 K.
Съответно, равновесната константа на водната пара:
.
Записваме и решаваме системата от уравнения:
,
x + y = 5 (виж по-горе) е броят на въглеродните атоми;
2z + 2у = 8 е броят на водородните атоми;
x + 2y + u = 12 е броят на кислородните атоми.
Преобразуването на системата от уравнения се свежда до получаване на квадратно уравнение:
7,15y 2 - 12,45y - 35 = 0.
(Уравнение от типа ay 2 + wy + c = 0).
Решението му изглежда така:
,
,
y = 3,248, тогава x = 1,752; z = 0,242; u = 3,758.
Така уравнението на реакцията приема формата:
C (CH 2 ONO 2) 4 \u003d 1,752 CO + 3,248 CO 2 + 3,758 H 2 O + 0,242 H 2 + 2N 2.
От полученото уравнение се вижда, че грешката при определяне на състава и количеството на продуктите от експлозивното разлагане по приблизителен метод е незначителна.
4.4.3. Съставяне на уравнения за реакциите на експлозивно разлагане на експлозиви
с отрицателен CB (група III)
При писане на уравненията за реакцията на експлозивно разлагане за третата група експлозиви е необходимо да се спазва следната последователност:
1. определя KB по химичната формула на взривните вещества;
2. окисляват водорода до H 2 O;
3. окисляват въглерода с кислородни остатъци до CO;
4. напишете останалите продукти на реакцията, по-специално C, N и т.н.;
5. Проверете коефициентите.
Пример : Напишете уравнение за експлозивното разлагане на тринитротолуен (тротил, тол) C 6 H 2 (NO 2) 3 CH 3 .
Моларна маса M = 227; KB = -74,0%.
Решение:От химическата формула виждаме, че кислородът не е достатъчен за окисляването на въглерода и водорода: за пълното окисление на водорода са необходими 2,5 кислородни атома, за непълното окисление на въглерода - 7 атома (само 9,5 в сравнение със съществуващите 6 атома ). В този случай уравнението на реакцията за разлагане на TNT има формата:
C 6 H 2 (NO 2) 3 CH 3 \u003d 2,5 H 2 O + 3,5 CO + 3,5 C + 1,5 N 2.
вторични реакции:
Н20 + СО СО2 + Н2;
Здрава химия
Звукова химия (сонохимия)- дял от химията, който изучава взаимодействието на мощни акустични вълни и произтичащите от тях химични и физико-химични ефекти. Сонохимията изследва кинетиката и механизма на сонохимичните 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 действието на звук, емулгиране и други колоидни химични процеси.
Сонохимията се фокусира върху изучаването на химични реакции, протичащи под действието на акустични вибрации - сонохимични 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 и инфразвуковия диапазон.
Звуковата химия изследва процесите на кавитация.
История на звуковата химия
За първи път влиянието на звуковите вълни върху хода на химичните процеси е открито през 1927 г. от Ричард и Лумис, които откриват, че под действието на ултразвук калиевият йодид се разлага във воден разтвор с отделяне на йод. Впоследствие бяха открити следните звукохимични реакции:
- диспропорциониране на азота във водата в амоняк и азотиста киселина
- разграждане на макромолекулите на нишестето и желатина на по-малки молекули
- верижна стереоизомеризация на малеинова киселина до фумарова киселина
- образуването на радикали при взаимодействието на вода и въглероден тетрахлорид
- димеризация и олигомеризация на органосилициеви и органокалаени съединения
Класификация на звукохимичните реакции
В зависимост от механизма на първичните и вторичните елементарни процеси звукохимичните реакции могат да бъдат разделени на следните класове:
- Редокс реакции във вода, протичащи в течната фаза между разтворени вещества и продукти на ултразвуково разделяне на водни молекули, които се появяват в кавитационен балон и преминават в разтвор (механизмът на действие на ултразвука е индиректен и в много отношения е подобен на радиолизата на водни системи).
- Реакции вътре в мехурчето между разтворени газове и вещества с високо налягане на парите (например синтез на азотни оксиди при излагане на ултразвук върху вода, в която е разтворен въздух). Механизмът на тези реакции е до голяма степен аналогичен на радиолизата в газовата фаза.
- Верижни реакции в разтвор, инициирани не от радикални продукти на разделяне на водата, а от друго вещество, което се разделя в кавитационен мехур (например реакцията на изомеризация на малеинова киселина до фумарова киселина, инициирана от бром или алкилбромиди).
- Реакции, включващи макромолекули (например разрушаване на полимерни молекули и полимеризация, инициирана от него).
- Ултразвуково иницииране на експлозия в течни или твърди експлозиви (например йоден нитрид, тетранитрометан, тринитротолуен).
- Звукохимични реакции в неводни системи. Някои от тези реакции са пиролиза и окисление на наситени въглеводороди, окисление на алифатни алдехиди и алкохоли, разцепване и димеризация на алкил халиди, реакции на халидни производни с метали (реакция на Wurtz), алкилиране на ароматни съединения, производство на тиоамиди и тиокарбамати, синтез на органометални съединения, реакция на Улман, реакции на циклоприсъединяване, реакции на халогенен обмен, получаване и реакции на перфлуороалкилови съединения, синтез на карбен, синтез на нитрили и др.
Звукови химични методи
За изследване на звукохимични реакции се използват следните методи:
- Обратен пиезоелектричен ефект и магнитострикционен ефект за генериране на високочестотни звукови вибрации в течност
- Аналитична химия за изследване на продукти от сонохимични реакции
Литература
- Маргулис М.А.Основи на звуковата химия. Химични реакции в акустични полета. - М .: Висше училище, 1984. - 272 с. – 300 бр.
Фондация Уикимедия. 2010 г.
Вижте какво е "Звукова химия" в други речници:
Съществува., брой синоними: 2 сонохимия (3) химия (43) ASIS синонимен речник. В.Н. Тришин. 2013 ... Речник на синонимите
- "Въведение в истинската физикохимия". Ръкопис на М. В. Ломоносов. 1752 Физическа химия раздел на химията ... Wikipedia
Този термин има други значения, вижте Химия (значения). Химия (от арабски کيمياء, който вероятно произлиза от египетската дума km.t (черен), откъдето идва името на Египет, черната почва и оловото „черно ... ... Wikipedia
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Химическа реакциянаречена трансформация на вещества, при които има 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 материали и реакционните продукти. Според закона за запазване на масата броят на атомите на всеки елемент в лявата и дясната страна на химичното уравнение е еднакъв. 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 в лявата и дясната част 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 комбиниране, разлагане, заместване, обмен.
Като резултат съединения реакцииот две или повече (сложни или прости) вещества се образува едно ново вещество. Като цяло уравнението за такава химична реакция ще изглежда така:
Например:
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O \u003d Ca (HCO 3) 2
SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4
2Mg + O 2 \u003d 2MgO.
2FeCl 2 + Cl 2 = 2FeCl 3
Комбинираните реакции в повечето случаи са екзотермични, т.е. поток с отделяне на топлина. Ако в реакцията участват прости вещества, тогава такива реакции най-често са редокс (ORD), т.е. възникват с промяна в степента на окисление на елементите. Невъзможно е да се каже недвусмислено дали реакцията на съединение между сложни вещества може да се припише на OVR.
Реакциите, при които няколко други нови вещества (сложни или прости) се образуват от едно сложно вещество, се класифицират като реакции на разлагане. Най-общо уравнението за реакция на химично разлагане ще изглежда така:
Например:
CaCO 3 CaO + CO 2 (1)
2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2 (2)
CuSO 4 × 5H 2 O \u003d CuSO 4 + 5H 2 O (3)
Cu (OH) 2 \u003d CuO + H 2 O (4)
H 2 SiO 3 \u003d SiO 2 + H 2 O (5)
2SO 3 \u003d 2SO 2 + O 2 (6)
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 \u003d Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O (7)
Повечето реакции на разлагане протичат с нагряване (1,4,5). Възможно е разлагане чрез 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 се отнасят за OVR. Реакциите на разлагане на OVR включват разлагане на оксиди, киселини и соли, образувани от елементи в по-високи степени на окисление (6).
Реакциите на разлагане се срещат и в органичната химия, но под други имена - крекинг (8), дехидрогениране (9):
C 18 H 38 \u003d C 9 H 18 + C 9 H 20 (8)
C 4 H 10 \u003d C 4 H 6 + 2H 2 (9)
При реакции на заместванепросто вещество взаимодейства със сложно, образувайки ново просто и ново сложно вещество. Най-общо уравнението за реакция на химично заместване ще изглежда така:
Например:
2Al + Fe 2 O 3 \u003d 2Fe + Al 2 O 3 (1)
Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 (2)
2KBr + Cl 2 \u003d 2KCl + Br 2 (3)
2KSlO 3 + l 2 = 2KlO 3 + Cl 2 (4)
CaCO 3 + SiO 2 \u003d CaSiO 3 + CO 2 (5)
Ca 3 (RO 4) 2 + ZSiO 2 = ZCaSiO 3 + P 2 O 5 (6)
CH 4 + Cl 2 = CH 3 Cl + Hcl (7)
Реакциите на заместване са предимно окислително-възстановителни реакции (1 - 4, 7). Примерите за реакции на разлагане, при които няма промяна в степента на окисление, са малко (5, 6).
Обменни реакциинаричат реакциите, протичащи между сложни вещества, при които те обменят своите съставни части. 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 \u003d CuCl 2 + H 2 O (1)
NaOH + HCl \u003d NaCl + H 2 O (2)
NaHCO 3 + HCl \u003d NaCl + H 2 O + CO 2 (3)
AgNO 3 + KBr = AgBr ↓ + KNO 3 (4)
CrCl 3 + ZNaOH = Cr(OH) 3 ↓+ ZNaCl (5)
Обменните реакции не са редокс. Специален случай на тези обменни реакции са реакциите на неутрализация (реакции на взаимодействие на киселини с 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 редокс (1, 2) и протичащи без промяна на степента на окисление (3, 4).
2Mg + CO 2 \u003d 2MgO + C (1)
Mg 0 - 2e \u003d Mg 2+ (редуктор)
C 4+ + 4e \u003d C 0 (окислител)
FeS 2 + 8HNO 3 (конц.) = Fe(NO 3) 3 + 5NO + 2H 2 SO 4 + 2H 2 O (2)
Fe 2+ -e \u003d Fe 3+ (редуктор)
N 5+ + 3e \u003d N 2+ (окислител)
AgNO 3 + HCl \u003d 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 при реакцията се отделя или поглъща топлина (енергия), всички химични реакции условно се разделят съответно на екзо - (1, 2) и ендотермични (3). Количеството топлина (енергия), освободено или погълнато по време на реакция, се нарича топлина на реакцията. Ако уравнението показва количеството освободена или абсорбирана топлина, тогава такива уравнения се наричат термохимични.
N 2 + 3H 2 = 2NH 3 +46,2 kJ (1)
2Mg + O 2 \u003d 2MgO + 602,5 kJ (2)
N 2 + O 2 \u003d 2NO - 90,4 kJ (3)
Класификация на химичните реакции според посоката на реакцията
Според посоката на реакцията биват обратими (химични процеси, чиито продукти могат да реагират помежду си при същите условия, при които се получават, с образуване на изходни вещества) и необратими (химични процеси, чиито продукти не могат да реагират помежду си с образуването на изходни 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 COOS 2 H 5 + H 2 O
Примери за необратими реакции са следните реакции:
2KSlO 3 → 2KSl + ZO 2
C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O
Доказателство за необратимостта на реакцията може да служи като реакционни продукти на газообразно вещество, утайка или ниско дисоцииращо съединение, най-често вода.
Класификация на химичните реакции по наличието на катализатор
От тази гледна точка се разграничават каталитични и некаталитични реакции.
Катализаторът е вещество, което ускорява химическа реакция. Реакциите с участието на катализатори се наричат каталитични. Някои реакции обикновено са невъзможни без наличието на катализатор:
2H 2 O 2 \u003d 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 \u003d MeF 2 + H 2 O, където Me е метал.
Примери за решаване на проблеми
ПРИМЕР 1