Hemijske reakcije koje se odvijaju s oslobađanjem zvuka. Sonochemistry
Plinoviti metan je lakši od zraka, pa se pjena koja se njime stvara lako diže do stropa. Pa, sjajno sagorijevanje glavne komponente prirodnog plina ne bi trebalo nikoga iznenaditi - isto se može reći za bilo koji lagani ugljovodonik.
Izvor: Nauka u GIF-ovima
2. Reakcija oksidacije luminola i kalijum heksacijanoferata(III)
Evo primjera hemiluminiscencije: tokom transformacije luminola, ljudskom oku jasno je vidljiv sjaj. Crvena krvna sol ovdje djeluje kao katalizator - usput, hemoglobin može igrati istu ulogu, zbog čega se opisana reakcija naširoko koristi u kriminologiji za otkrivanje tragova krvi.
Izvor: Profesor Nicolas Science Show
3. Balon napunjen živom (reakcija pri udaru o pod)
Živa je jedini metal koji ostaje tečan u normalnim uslovima, što omogućava da se sipa u balon. Međutim, živa je toliko teška da će je čak i loptica ispuštena sa male visine rastrgati na komadiće.
Izvor: Dugo bez djece
4. Razgradnja vodikovog peroksida katalizirana kalijum jodidom
U nedostatku nečistoća, vodena otopina vodikovog peroksida je prilično stabilna, ali čim joj se doda kalijev jodid, odmah će početi raspadanje ovih molekula. Prati ga oslobađanje molekularnog kisika, što savršeno doprinosi stvaranju raznih pjena.
Izvor: fishki.net
5. Gvožđe + bakar sulfat
Jedna od prvih reakcija proučavanih na ruskom kursu hemije: kao rezultat supstitucije, aktivniji metal (gvožđe) se rastvara i prelazi u rastvor, dok se manje aktivni metal (bakar) taloži u obliku obojenih ljuskica. Kao što možete pretpostaviti, animacija je znatno ubrzana u vremenu.
Izvor: Trinixy
6. Vodonik peroksid i kalijum jodid
Još jedan primjer reakcije razgradnje vodikovog peroksida (poznatog kao peroksid) u prisustvu katalizatora. Obratite pažnju na bocu deterdženta koja stoji na stolu: ona pomaže da se pojavi sapunska kobasica koja pada na stol.
Izvor: Trinixy
7. Sagorevanje litijuma
Litijum je jedan od alkalnih metala, koji se s pravom smatra najaktivnijim među svim ostalim metalima. Ne gori tako intenzivno kao njegovi kolege natrijum i kalijum, ali je lako videti da je ovaj proces i dalje veoma brz.
Izvor: Trinixy
8. Dehidracija šećera u sumpornoj kiselini
Vrlo jednostavna i vrlo efikasna reakcija: sumporna kiselina oduzima vodu od molekula saharoze, pretvarajući ih u atomski ugljik (jednostavno u ugalj). Otpuštena plinovita voda istovremeno pjeni ugalj, zahvaljujući čemu 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 konvencionalnom plinskom plameniku. Zbog toga se kvarcne cijevi lemljuju na gorionike kisika, koji osiguravaju veću temperaturu plamena.
Izvor: Global Research
10. Fluorescein
U vodenom rastvoru, pod dejstvom ultraljubičastog zračenja, zelena boja fluorescein emituje svetlost u vidljivom opsegu - ovaj fenomen se naziva fluorescencija.
Izvor: Thoisoi
11. patent zatvarač u cilindru
Reakcija između ugljičnog sulfida i dušikovog oksida (I) ne samo da je praćena najsjajnijim bijelim bljeskom, koji podsjeća na kugličnu munju, već je karakterizira i smiješan zvuk, zahvaljujući čemu je i dobio svoje popularno ime - "pas koji laje". ponekad pokušavaju da ovu supstancu odaju kao plemeniti metal .
Nevjerovatne činjenice
Molekularni materijal u našem svakodnevnom životu je toliko predvidljiv da često zaboravljamo koje se nevjerovatne stvari mogu dogoditi osnovnim elementima.
Čak se i unutar našeg tijela odvijaju mnoge nevjerovatne hemijske reakcije.
Evo nekoliko fascinantnih i impresivnih kemijskih i fizičkih reakcija u obliku GIF-a koje će vas podsjetiti na kurs hemije.
hemijske reakcije
1. "Faraonova zmija" - raspadanje živinog tiocijanata
Sagorijevanje živinog tiocijanata uzrokuje njegovo raspadanje na tri druge kemikalije. Ove tri hemikalije se zauzvrat razlažu na još tri supstance, što dovodi do razvoja ogromne "zmije".
2. Gori šibica
Glava šibice sadrži crveni fosfor, sumpor i Bertoletovu so. Toplina koju stvara fosfor razgrađuje Bertoletovu sol i oslobađa kisik u procesu. Kiseonik se kombinuje sa sumporom da bi se dobio kratkotrajni plamen koji koristimo za paljenje svijeće, na primjer.
3. Vatra + vodonik
Plin vodonik je lakši od zraka i može se zapaliti plamenom ili iskrom, što rezultira spektakularnom eksplozijom. Zato se helijum sada češće koristi od vodonika za punjenje balona.
4. Živa + aluminijum
Živa prodire u zaštitni oksidni sloj (rđu) aluminijuma, uzrokujući da on mnogo brže rđa.
Primjeri hemijskih reakcija
5. Zmijski otrov + krv
Jedna kap zmijinog otrova u petrijevoj zdjelici krvi uzrokuje da se sklupča u gustu grudu čvrste tvari. To se dešava u našem tijelu kada nas ugrize zmija otrovnica.
6. Rastvor gvožđa + bakar sulfata
Gvožđe zamenjuje bakar u rastvoru, pretvarajući bakar sulfat u gvožđe sulfat. Čisti bakar se sakuplja na gvožđu.
7. Paljenje posude za gas
8. Tableta hlora + medicinski alkohol u zatvorenoj boci
Reakcija dovodi do povećanja pritiska i završava se rupturom posude.
9. Polimerizacija p-nitroanilina
Na gifu se nekoliko kapi koncentrirane sumporne kiseline dodaje u pola čajne žličice p-nitroanilina ili 4-nitroanilina.
10. Krv u vodikovom peroksidu
Enzim u krvi zvan katalaza pretvara vodikov peroksid u vodu i plin kisika, stvarajući pjenu od mjehurića kisika.
Hemijski eksperimenti
11. Galijum u vrućoj vodi
Galijum, koji se uglavnom koristi u elektronici, ima tačku topljenja od 29,4 stepena Celzijusa, što znači da će se otopiti u vašim rukama.
12. Spora tranzicija beta kalaja u alfa modifikaciju
Na niskim temperaturama, beta alotrop kalaja (srebro, metalik) spontano se transformiše u alfa alotrop (sivi, praškasti).
13. Natrijum poliakrilat + voda
Natrijum poliakrilat, isti materijal koji se koristi u pelenama za bebe, djeluje poput sunđera da upija vlagu. Kada se pomiješa s vodom, spoj se pretvara u čvrsti gel, a voda više nije tekućina i ne može se izliti.
14. Gas Radon 220 će se ubrizgati u komoru za maglu
Trag u obliku slova V nastaje zbog dvije alfa čestice (jezgra helijuma-4) koje se oslobađaju kada se radon razgradi u polonij, a zatim olovo.
Eksperimenti kućne hemije
15. Hidrogel kuglice i šarena voda
U ovom slučaju dolazi do difuzije. Hidrogel je polimerne granule koje vrlo dobro upijaju vodu.
16. Aceton + stiropor
Stiropor je napravljen od stiropora koji, kada se rastvori u acetonu, ispušta vazduh u penu, zbog čega izgleda kao da rastvarate veliku količinu materijala u maloj količini tečnosti.
17. Suhi led + sapun za suđe
Suhi led stavljen u vodu stvara oblak, dok deterdžent za pranje posuđa u vodi zadržava ugljični dioksid i vodenu paru u obliku mjehurića.
18. Kap deterdženta dodata u mleko sa prehrambenim bojama
Mlijeko je uglavnom voda, ali sadrži i vitamine, minerale, proteine i sitne kapljice masti suspendirane u otopini.
Deterdžent za pranje posuđa labavi hemijske veze koje drže proteine i masti u rastvoru. Molekuli masti se zbunjuju dok molekuli sapuna počinju juriti okolo da se povežu s molekulima masti dok se otopina ne pomiješa ravnomjerno.
19. Slonova pasta za zube
Kvasac i topla voda se sipaju u posudu sa deterdžentom, vodikovim peroksidom i bojom za hranu. Kvasac služi kao katalizator za oslobađanje kisika iz vodikovog peroksida, stvarajući mnoge mjehuriće. Kao rezultat, nastaje egzotermna reakcija, sa stvaranjem pjene i oslobađanjem topline.
Hemijski eksperimenti (video)
20. Pregorevanje žarulje
Volframova nit se lomi, uzrokujući električni kratki spoj koji uzrokuje da žarna nit svijetli.
21. Ferofluid u staklenoj posudi
Ferofluid je tečnost koja postaje visoko magnetizirana u prisustvu magnetnog polja. Koristi se u tvrdim diskovima i u mašinstvu.
Još jedan ferofluid.
22. Jod + aluminijum
Oksidacija fino dispergovanog aluminijuma se dešava u vodi, formirajući tamnoljubičaste pare.
23. Rubidijum + voda
Rubidijum vrlo brzo reaguje sa vodom i formira rubidijum hidroksid i gas vodonik. Reakcija je toliko brza da bi se mogla slomiti ako se izvede u staklenoj posudi.
Konačni rezultat reakcija transformacije eksploziva obično se izražava jednadžbom koja povezuje hemijsku formulu početnog eksploziva ili njegov sastav (u slučaju eksplozivne smjese) sa sastavom konačnih produkata eksplozije.
Poznavanje jednačine hemijske transformacije tokom eksplozije je neophodno sa dva aspekta. S jedne strane, ova jednadžba se može koristiti za izračunavanje topline i volumena plinovitih produkata eksplozije, a samim tim i temperature, tlaka i drugih parametara eksplozije. S druge strane, sastav produkata eksplozije je od posebnog značaja kada su u pitanju eksplozivi namijenjeni miniranju u podzemnim radovima (dakle i proračun ventilacije rudnika tako da količina ugljičnog monoksida i dušikovih oksida ne prelazi određenu zapreminu) .
Međutim, tokom eksplozije, hemijska ravnoteža nije uvijek uspostavljena. U onim brojnim slučajevima kada proračun ne dozvoljava da se pouzdano uspostavi konačna ravnoteža eksplozivne transformacije, okreće se eksperimentu. Ali eksperimentalno određivanje sastava proizvoda u trenutku eksplozije također nailazi na ozbiljne poteškoće, budući da proizvodi eksplozije na visokim temperaturama mogu sadržavati atome i slobodne radikale (aktivne čestice), koji se nakon hlađenja ne mogu detektirati.
Organski eksplozivi se u pravilu sastoje od ugljika, vodika, kisika i dušika. Stoga proizvodi eksplozije mogu sadržavati sljedeće plinovite i čvrste tvari: CO 2, H 2 O, N 2, CO, O 2, H 2, CH 4 i druge ugljovodonike: NH 3, C 2 N 2, HCN, NO, N 2 O, C. Ako sastav eksploziva uključuje sumpor ili hlor, onda proizvodi eksplozije mogu sadržavati SO 2 , H 2 S, HCl i Cl 2, respektivno. U slučaju sadržaja metala u sastavu eksploziva, na primjer, aluminija ili nekih soli (na primjer, amonijum nitrat NH 4 NO 3, barijum nitrat Ba (NO 3) 2; klorati - barijum hlorat Ba (ClO 3) 2, kalijum hlorat KClO 3; perklorati - amonijum NHClO 4, itd.) u sastavu produkata eksplozije postoje oksidi, na primer Al 2 O 3, karbonati, na primer, barijev karbonat BaCO 3, kalijum karbonat K 2 CO 3 , bikarbonati (KHCO 3), cijanidi (KCN), sulfati (BaSO 4, K 2 SO 4), sulfidi (NS, K 2 S), sulfiti (K 2 S 2 O 3), hloridi (AlC l 3 , BaCl 2 , KCl) i druga jedinjenja.
Prisustvo i količina određenih produkata eksplozije prvenstveno zavise od ravnoteže kiseonika u eksplozivnoj kompoziciji.
Balans kiseonika karakteriše odnos između sadržaja zapaljivih elemenata i kiseonika u eksplozivu.
Balans kiseonika se obično izračunava kao razlika između masene količine kiseonika sadržanog u eksplozivu i količine kiseonika potrebnog za potpunu oksidaciju zapaljivih elemenata u njegovom sastavu. Proračun se vrši za 100 g eksploziva, u skladu sa kojim se balans kiseonika izražava u procentima. Snabdijevanje sastava kisikom karakterizira ravnoteža kisika (KB) ili koeficijent kisika a to, koji u relativnom smislu izražava višak ili nedostatak kisika za potpunu oksidaciju zapaljivih elemenata u više okside, na primjer, CO 2 i H 2 O.
Ako eksploziv sadrži onoliko kisika koliko je potrebno za potpunu oksidaciju njegovih sastavnih zapaljivih elemenata, tada je njegov balans kisika jednak nuli. Ako je višak - KB pozitivan, uz nedostatak kisika - KB je negativan. Bilans eksploziva u smislu kiseonika odgovara CB - 0; a do = 1.
Ako eksploziv sadrži ugljik, vodik, dušik i kisik i opisan je jednadžbom C a H b N c O d , tada se vrijednosti ravnoteže kisika i koeficijenta kisika mogu odrediti formulama
(2)
gdje su a, b, c i d broj atoma C, H, N i O u hemijskoj formuli eksploziva; 12, 1, 14, 16 su atomske mase ugljika, vodika, dušika i kisika zaokružene na najbliži cijeli broj; imenilac razlomka u jednačini (1) određuje molekulsku težinu eksploziva: M = 12a + b + 14c + 16d.
Sa stanovišta sigurnosti proizvodnje i rada (skladištenja, transporta, upotrebe) eksploziva, većina njihovih formulacija ima negativan balans kisika.
Prema balansu kiseonika, svi eksplozivi se dele u sledeće tri grupe:
I. Eksplozivi sa pozitivnim balansom kiseonika: ugljenik se oksidira u CO 2 , vodonik u H 2 O, azot i višak kiseonika se oslobađaju u elementarnom obliku.
II. Eksplozivi s negativnim balansom kisika, kada kisik nije dovoljan za potpunu oksidaciju komponenti do viših oksida i ugljik se djelomično oksidira u CO (ali se svi eksplozivi pretvaraju u plinove).
III. Eksploziv sa negativnim balansom kiseonika, ali kiseonik nije dovoljan da pretvori sve zapaljive komponente u gasove (u produktima eksplozije ima elementarnog ugljenika).
4.4.1. Proračun sastava produkata eksplozivnog raspadanja eksploziva
sa pozitivnim balansom kiseonika (I grupa eksploziva)
Prilikom sastavljanja jednadžbi za reakcije eksplozije, eksplozivi s pozitivnim balansom kisika se rukovode sljedećim odredbama: ugljik se oksidira do ugljičnog dioksida CO 2, vodika do vode H 2 O, azot i višak kisika se oslobađaju u elementarnom obliku (N 2, O 2).
Na primjer.
1. Napišite jednačinu reakcije (odredite sastav produkata eksplozije) eksplozivnog raspadanja pojedinačnog eksploziva.
Nitroglicerin: C 3 H 5 (ONO 2) 3, M = 227.
Određujemo vrijednost ravnoteže kisika za nitroglicerin:
KB > 0, pišemo jednačinu reakcije:
C 3 H 5 (ONO 2) 3 = 3CO 2 + 2,5H 2 O + 0,25O 2 + 1,5N 2.
Pored glavne reakcije, odvijaju se i reakcije disocijacije:
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.
Ali budući da je KB = 3,5 (mnogo više od nule), reakcije se pomjeraju prema stvaranju CO 2, H 2 O, N 2, stoga je udio plinova CO, H 2 i NO u eksplozivnim produktima raspadanja beznačajan a mogu se zanemariti.
2. Sastaviti jednačinu za reakciju eksplozivnog raspada mešovitih eksploziva: amonal, koji se sastoji od 80% amonijum nitrata NH 4 NO 3 (M = 80), 15% TNT C 7 H 5 N 3 O 6 (M = 227) i 5% aluminijum Al (a.m. M = 27).
Proračun ravnoteže kisika i koeficijenta α za miješane eksplozive vrši se na sljedeći način: izračunava se količina svakog od kemijskih elemenata sadržanih u 1 kg mješavine i izražava u molovima. Zatim sačinjavaju uslovnu hemijsku formulu za 1 kg mješovitog eksploziva, po izgledu slična kemijskoj formuli za pojedinačni eksploziv, a zatim se proračun vrši slično kao u gornjem primjeru.
Ako mješoviti eksploziv sadrži aluminij, tada jednačine za određivanje vrijednosti CB i α imaju sljedeći oblik:
,
,
gdje je e broj atoma aluminija u uvjetnoj formuli.
Rješenje.
1. Izračunamo elementarni sastav 1 kg amonala i zapišemo njegovu uslovnu hemijsku formulu
%.
2. Zapišite jednadžbu reakcije za razgradnju amonala:
C 4,6 H 43,3 N 20 O 34 Al 1,85 \u003d 4,6CO 2 + 21,65H 2 O + 0,925Al 2 O 3 + 10N 2 + 0,2O 2.
4.4.2. Proračun sastava produkata eksplozivnog raspadanja eksploziva
sa negativnim balansom kiseonika (II grupa BB)
Kao što je ranije napomenuto, prilikom sastavljanja jednadžbi za reakcije eksplozivnog raspadanja eksploziva druge grupe, moraju se uzeti u obzir sljedeće karakteristike: vodik se oksidira u H 2 O, ugljik oksidira u CO, preostali kisik oksidira dio CO u CO 2 i dušik se oslobađa u obliku N 2.
primjer: Napravite jednadžbu za reakciju eksplozivnog razlaganja pentaeritritol tetranitrata (PETN) C (CH 2 ONO 2) 4 Mthena = 316. Balans kiseonika je jednak -10,1%.
Iz kemijske formule grijaćeg elementa može se vidjeti da kisik nije dovoljan dok se vodik i ugljik potpuno ne oksidiraju (za 8 vodonika potrebna su 4 atoma kisika da se pretvore u H 2 O \u003d 4H 2 O) (za 5 ugljika atoma, potrebno je 10 atoma kisika da se pretvori u CO 2 = 5CO 2) ukupno 4 + 10 = 14 at. kiseonik, a ima samo 12 atoma.
1. Sastavljamo jednadžbu reakcije za razgradnju grijaćeg elementa:
C (CH 2 ONO 2) 4 = 5CO + 4H 2 O + 1,5O 2 + 2N 2 \u003d 4H 2 O + 2CO + 3CO 2 + 2N 2.
Za određivanje vrijednosti CO i CO 2 koeficijenata:
5CO + 1,5O 2 \u003d xCO + yCO 2,
x + y \u003d n - zbir atoma ugljika,
x + 2y \u003d m - zbir atoma kiseonika,
X + y \u003d 5 x \u003d 5 - y
x + 2y = 8 ili x = 8 - 2y
ili 5 - y \u003d 8 - 2y; y \u003d 8 - 5 \u003d 3; x \u003d 5 - 3 = 2.
To. koeficijent pri CO x = 2; kod CO 2 y = 3, tj.
5CO + 1,5 O 2 \u003d 2CO + 3CO 2.
Sekundarne reakcije (disocijacije):
Vodena para: H 2 O + CO CO 2 + H 2;
2H 2 O 2H 2 + O 2;
Disocijacija: 2CO 2 2CO + O 2;
2. Za procjenu greške izračunavamo sastav proizvoda eksplozivne reakcije raspadanja, uzimajući u obzir najznačajniju od sekundarnih reakcija – reakciju vodene pare (H 2 O + CO CO 2 + H 2).
Jednačina reakcije za eksplozivnu razgradnju PETN-a može se predstaviti kao:
C (CH 2 ONO 2) 4 \u003d uH 2 O + xCO + yCO 2 + zH 2 + 2N 2.
Temperatura eksplozivnog izlivanja grijaćeg elementa je približno 4000 0 K.
Prema tome, konstanta ravnoteže vodene pare:
.
Zapisujemo i rješavamo sistem jednačina:
,
x + y = 5 (vidi gore) je broj atoma ugljika;
2z + 2u = 8 je broj atoma vodika;
x + 2y + u = 12 je broj atoma kiseonika.
Transformacija sistema jednačina se svodi na dobijanje kvadratne jednačine:
7,15 g 2 - 12,45 g - 35 = 0.
(Jednačina tipa ay 2 + wy + c = 0).
Njegovo rješenje izgleda ovako:
,
,
y = 3,248, zatim x = 1,752; z = 0,242; u = 3,758.
Dakle, jednadžba reakcije ima oblik:
C (CH 2 ONO 2) 4 = 1,752CO + 3,248CO 2 + 3,758H 2 O + 0,242H 2 + 2N 2.
Iz rezultirajuće jednačine se vidi da je greška u određivanju sastava i količine eksplozivnih produkata raspadanja aproksimativnom metodom neznatna.
4.4.3. Sastavljanje jednadžbi za reakcije eksplozivnog raspadanja eksploziva
sa negativnim CB (grupa III)
Prilikom pisanja jednadžbi za reakciju raspadanja eksploziva za treću grupu eksploziva, potrebno je pridržavati se sljedećeg redoslijeda:
1. odrediti njegov KB po hemijskoj formuli eksploziva;
2. oksidirati vodonik u H 2 O;
3. oksidirati ugljenik ostacima kisika u CO;
4. upisati ostatak produkta reakcije, posebno C, N, itd.;
5. Provjerite kvote.
Primjer : Napišite jednačinu za eksplozivnu razgradnju trinitrotoluena (trotil, tol) C 6 H 2 (NO 2) 3 CH 3 .
Molarna masa M = 227; KB = -74,0%.
Rješenje: Iz hemijske formule vidimo da kiseonik nije dovoljan za oksidaciju ugljika i vodonika: za potpunu oksidaciju vodonika potrebno je 2,5 atoma kiseonika, za nepotpunu oksidaciju ugljika - 7 atoma (samo 9,5 u odnosu na postojećih 6 atoma) . U ovom slučaju, jednadžba reakcije za razgradnju TNT-a ima oblik:
C 6 H 2 (NO 2) 3 CH 3 = 2,5H 2 O + 3,5CO + 3,5 C + 1,5N 2.
sekundarne reakcije:
H 2 O + CO CO 2 + H 2;
Hemija zvuka
Hemija zvuka (sonohemija)- grana hemije koja proučava interakciju snažnih akustičnih talasa i nastalih hemijskih i fizičko-hemijskih efekata. Sonohemija istražuje kinetiku i mehanizam sonohemijskih reakcija koje se javljaju u volumenu zvučnog polja. Područje hemije zvuka uključuje i neke fizičke i hemijske procese u zvučnom polju: sonoluminiscenciju, disperziju supstance pod dejstvom zvuka, emulzifikaciju i druge koloidne hemijske procese.
Sonohemija se fokusira na proučavanje hemijskih reakcija koje nastaju pod dejstvom akustičnih vibracija – sonohemijske reakcije.
U pravilu se zvučno-hemijski procesi proučavaju u ultrazvučnom opsegu (od 20 kHz do nekoliko MHz). Zvučne vibracije u opsegu kiloherca i infrazvuku se proučavaju mnogo rjeđe.
Hemija zvuka istražuje procese kavitacije.
Istorija hemije zvuka
Po prvi put su uticaj zvučnih talasa na tok hemijskih procesa otkrili 1927. Richard i Loomis, koji su otkrili da se pod dejstvom ultrazvuka kalijum jodid razlaže u vodenom rastvoru uz oslobađanje joda. Nakon toga su otkrivene sljedeće zvučno-hemijske reakcije:
- disproporcija dušika u vodi u amonijak i dušičnu kiselinu
- razlaganje makromolekula skroba i želatine na manje molekule
- lančana stereoizomerizacija maleinske kiseline u fumarnu kiselinu
- formiranje radikala u interakciji vode i tetraklorida ugljika
- dimerizacija i oligomerizacija organosilicijuma i organokalajnih jedinjenja
Klasifikacija zvučno-hemijskih reakcija
U zavisnosti od mehanizma primarnih i sekundarnih elementarnih procesa, zvučno-hemijske reakcije se mogu podeliti u sledeće klase:
- Redoks reakcije u vodi koje se odvijaju u tekućoj fazi između otopljenih supstanci i produkata ultrazvučnog cijepanja molekula vode koje se javljaju u kavitacijskom mjehuru i prelaze u otopinu (mehanizam djelovanja ultrazvuka je indirektan, a po mnogo čemu sličan je radiolizi vodenih sistema).
- Reakcije unutar mjehurića između otopljenih plinova i tvari s visokim tlakom pare (na primjer, sinteza dušikovih oksida kada su izloženi ultrazvuku na vodi u kojoj je otopljen zrak). Mehanizam ovih reakcija je uglavnom analogan radiolizi u gasnoj fazi.
- Lančane reakcije u otopini pokrenute ne radikalnim produktima cijepanja vode, već cijepanjem druge tvari u kavitacijskom mjehuru (na primjer, reakcija izomerizacije maleinske kiseline u fumarnu kiselinu, koju započinju brom ili alkil bromidi).
- Reakcije koje uključuju makromolekule (na primjer, uništavanje molekula polimera i polimerizacija koju on pokreće).
- Ultrazvučno iniciranje eksplozije u tečnim ili čvrstim eksplozivima (na primjer, jod nitrid, tetranitrometan, trinitrotoluen).
- Zvučno-hemijske reakcije u nevodenim sistemima. Neke od ovih reakcija su piroliza i oksidacija zasićenih ugljovodonika, oksidacija alifatskih aldehida i alkohola, cijepanje i dimerizacija alkil halogenida, reakcije halogenih derivata s metalima (Wurtzova reakcija), alkilacija aromatskih jedinjenja, proizvodnja tioamida i tiokarbama organometalna jedinjenja, Ullmannova reakcija, reakcije cikloadicije, reakcije razmene halogena, proizvodnja i reakcije perfluoralkilnih jedinjenja, sinteze karbena, sinteza nitrila itd.
Metode zvučne hemije
Za proučavanje zvučno-hemijskih reakcija koriste se sljedeće metode:
- Inverzni piezoelektrični efekat i efekat magnetostrikcije za generisanje visokofrekventnih zvučnih vibracija u tečnosti
- Analitička hemija za proučavanje proizvoda sonohemijskih reakcija
Književnost
- Margulis M.A. Osnove hemije zvuka. Hemijske reakcije u akustičnim poljima. - M.: Viša škola, 1984. - 272 str. - 300 primeraka.
Wikimedia fondacija. 2010 .
Pogledajte šta je "Hemija zvuka" u drugim rječnicima:
Postoji., broj sinonima: 2 sonohemija (3) hemija (43) ASIS rečnik sinonima. V.N. Trishin. 2013 ... Rečnik sinonima
- "Uvod u pravu fizičku hemiju". Rukopis M. V. Lomonosova. 1752 Odsjek fizičke hemije hemije ... Wikipedia
Ovaj izraz ima druga značenja, pogledajte Hemija (značenja). Hemija (od arapskog کيمياء, za koju se pretpostavlja da je nastala od egipatske riječi km.t (crno), odakle je naziv Egipat, crna zemlja i olovo "crno ... ... Wikipedia
DEFINICIJA
Hemijska reakcija naziva se transformacija supstanci u kojoj dolazi do promjene njihovog sastava i (ili) strukture.
Najčešće se pod kemijskim reakcijama podrazumijeva proces transformacije početnih tvari (reagensa) u finalne tvari (proizvode).
Hemijske reakcije se pišu pomoću kemijskih jednadžbi koje sadrže formule polaznih materijala i produkta reakcije. Prema zakonu održanja mase, broj atoma svakog elementa u lijevoj i desnoj strani hemijske jednačine je isti. Obično su formule polaznih supstanci napisane na lijevoj strani jednadžbe, a formule proizvoda na desnoj. Jednakost broja atoma svakog elementa u lijevom i desnom dijelu jednačine postiže se postavljanjem cjelobrojnih stehiometrijskih koeficijenata ispred formula supstanci.
Hemijske jednadžbe mogu sadržavati dodatne informacije o karakteristikama reakcije: temperatura, pritisak, zračenje, itd., što je označeno odgovarajućim simbolom iznad (ili "ispod") znaka jednakosti.
Sve hemijske reakcije mogu se grupisati u nekoliko klasa, koje imaju određene karakteristike.
Klasifikacija hemijskih reakcija prema broju i sastavu početnih i rezultirajućih supstanci
Prema ovoj klasifikaciji, hemijske reakcije se dele na reakcije kombinacije, razlaganja, supstitucije, razmene.
Kao rezultat složene reakcije od dvije ili više (složenih ili jednostavnih) supstanci nastaje jedna nova supstanca. Općenito, jednadžba za takvu hemijsku reakciju će izgledati ovako:
Na primjer:
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
Kombinovane reakcije su u većini slučajeva egzotermne, tj. teče sa oslobađanjem toplote. Ako su u reakciji uključene jednostavne tvari, onda su takve reakcije najčešće redoks (ORD), tj. nastaju s promjenom oksidacijskih stanja elemenata. Nemoguće je jednoznačno reći da li se reakcija spoja između složenih supstanci može pripisati OVR-u.
Reakcije u kojima iz jedne složene supstance nastaje nekoliko drugih novih supstanci (složenih ili jednostavnih) se klasifikuju kao reakcije raspadanja. Općenito, jednadžba za reakciju kemijske razgradnje će izgledati ovako:
Na primjer:
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)
Većina reakcija raspadanja odvija se zagrijavanjem (1,4,5). Moguća je razgradnja električnom strujom (2). Razgradnja kristalnih hidrata, kiselina, baza i soli kiselina koje sadrže kiseonik (1, 3, 4, 5, 7) odvija se bez promene oksidacionih stanja elemenata, tj. ove reakcije se ne odnose na OVR. Reakcije razgradnje OVR uključuju razgradnju oksida, kiselina i soli koje formiraju elementi u višim oksidacijskim stanjima (6).
Reakcije razgradnje nalaze se i u organskoj hemiji, ali pod drugim nazivima - kreking (8), dehidrogenacija (9):
C 18 H 38 \u003d C 9 H 18 + C 9 H 20 (8)
C 4 H 10 \u003d C 4 H 6 + 2H 2 (9)
At supstitucijske reakcije jednostavna supstanca stupa u interakciju sa složenom, formirajući novu jednostavnu i novu složenu supstancu. Općenito, jednadžba za reakciju kemijske supstitucije će izgledati ovako:
Na primjer:
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)
Reakcije supstitucije su uglavnom redoks reakcije (1 - 4, 7). Malo je primjera reakcija raspadanja u kojima nema promjene oksidacijskih stanja (5, 6).
Reakcije razmjene nazivaju se reakcije koje se javljaju između složenih supstanci, u kojima one razmjenjuju svoje sastavne dijelove. Obično se ovaj izraz koristi za reakcije koje uključuju ione u vodenoj otopini. Općenito, jednadžba za reakciju kemijske izmjene će izgledati ovako:
AB + CD = AD + CB
Na primjer:
CuO + 2HCl \u003d CuCl 2 + H 2 O (1)
NaOH + HCl \u003d NaCl + H 2 O (2)
NaHCO 3 + HCl \u003d NaCl + H 2 O + CO 2 (3)
AgNO 3 + KBr = AgBr ↓ + KNO 3 (4)
CrCl 3 + ZNaOH = Cr(OH) 3 ↓+ ZNaCl (5)
Reakcije razmjene nisu redoks. Poseban slučaj ovih reakcija izmjene su reakcije neutralizacije (reakcije interakcije kiselina sa alkalijama) (2). Reakcije razmjene se odvijaju u smjeru gdje se barem jedna od supstanci uklanja iz reakcione sfere u obliku plinovite tvari (3), taloga (4, 5) ili jedinjenja s malom disocijacijom, najčešće vode (1, 2).
Klasifikacija hemijskih reakcija prema promenama oksidacionih stanja
U zavisnosti od promene oksidacionih stanja elemenata koji čine reaktante i produkte reakcije, sve hemijske reakcije se dele na redoks (1, 2) i one koje se odvijaju bez promene oksidacionog stanja (3, 4).
2Mg + CO 2 \u003d 2MgO + C (1)
Mg 0 - 2e \u003d Mg 2+ (redukant)
C 4+ + 4e \u003d C 0 (oksidant)
FeS 2 + 8HNO 3 (konc) = Fe(NO 3) 3 + 5NO + 2H 2 SO 4 + 2H 2 O (2)
Fe 2+ -e \u003d Fe 3+ (reduktor)
N 5+ + 3e \u003d N 2+ (oksidacijsko sredstvo)
AgNO 3 + HCl \u003d AgCl ↓ + HNO 3 (3)
Ca(OH) 2 + H 2 SO 4 = CaSO 4 ↓ + H 2 O (4)
Klasifikacija hemijskih reakcija prema termičkom efektu
U zavisnosti od toga da li se tokom reakcije oslobađa ili apsorbuje toplota (energija), sve hemijske reakcije se uslovno dele na egzo - (1, 2) i endotermne (3), respektivno. Količina toplote (energije) koja se oslobađa ili apsorbuje tokom reakcije naziva se toplota reakcije. Ako jednadžba pokazuje količinu oslobođene ili apsorbirane topline, tada se takve jednadžbe nazivaju termohemijske.
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)
Klasifikacija hemijskih reakcija prema smjeru reakcije
Prema smjeru reakcije razlikuju se reverzibilni (hemijski procesi čiji proizvodi mogu međusobno reagirati pod istim uvjetima u kojima su nastali, uz nastanak polaznih supstanci) i nepovratni (hemijski procesi čiji proizvodi nisu u stanju da međusobno reaguju stvaranjem polaznih supstanci).
Za reverzibilne reakcije, jednadžba se u opštem obliku obično piše na sljedeći način:
A + B ↔ AB
Na primjer:
CH 3 COOH + C 2 H 5 OH ↔ H 3 COOS 2 H 5 + H 2 O
Primjeri ireverzibilnih reakcija su sljedeće reakcije:
2KSlO 3 → 2KSl + ZO 2
C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O
Dokaz ireverzibilnosti reakcije mogu poslužiti kao produkti reakcije gasovite supstance, taloga ili slabo disocirajućeg jedinjenja, najčešće vode.
Klasifikacija hemijskih reakcija prema prisustvu katalizatora
Sa ove tačke gledišta, razlikuju se katalitičke i nekatalitičke reakcije.
Katalizator je supstanca koja ubrzava hemijsku reakciju. Reakcije koje uključuju katalizatore nazivaju se katalitičkim. Neke reakcije su općenito nemoguće bez prisustva katalizatora:
2H 2 O 2 \u003d 2H 2 O + O 2 (MnO 2 katalizator)
Često jedan od produkta reakcije služi kao katalizator koji ubrzava ovu reakciju (autokatalitičke reakcije):
MeO + 2HF \u003d MeF 2 + H 2 O, gdje je Me metal.
Primjeri rješavanja problema
PRIMJER 1