Chemische Reaktionen, die mit der Freisetzung von Schall ablaufen. Sonochemie
Gasförmiges Methan ist leichter als Luft, daher steigt der von ihm gebildete Schaum leicht zur Decke. Nun, die helle Verbrennung des Hauptbestandteils von Erdgas sollte niemanden überraschen - das Gleiche gilt für jeden leichten Kohlenwasserstoff.
Quelle: Wissenschaft in GIFs
2. Oxidationsreaktion von Luminol und Kaliumhexacyanoferrat(III)
Hier ein Beispiel für Chemilumineszenz: Während der Umwandlung von Luminol ist ein Leuchten für das menschliche Auge deutlich sichtbar. Rotes Blutsalz wirkt hier als Katalysator – Hämoglobin kann übrigens die gleiche Rolle spielen, weshalb die beschriebene Reaktion in der Kriminologie weit verbreitet ist, um Blutspuren nachzuweisen.
Quelle: Professor Nicolas Science Show
3. Mit Quecksilber gefüllter Ballon (Reaktion beim Aufprall auf den Boden)
Quecksilber ist das einzige Metall, das unter normalen Bedingungen flüssig bleibt, sodass es in einen Ballon gegossen werden kann. Quecksilber ist jedoch so schwer, dass selbst eine Kugel, die aus geringer Höhe fallen gelassen wird, es in Stücke reißen wird.
Quelle: Lange keine Kinder
4. Durch Kaliumiodid katalysierte Zersetzung von Wasserstoffperoxid
In Abwesenheit von Verunreinigungen ist eine wässrige Lösung von Wasserstoffperoxid ziemlich stabil, aber sobald Kaliumiodid hinzugefügt wird, beginnt die Zersetzung dieser Moleküle sofort. Es wird von der Freisetzung von molekularem Sauerstoff begleitet, der perfekt zur Bildung verschiedener Schäume beiträgt.
Quelle: fishki.net
5. Eisen + Kupfersulfat
Eine der ersten im russischen Chemiekurs untersuchten Reaktionen: Durch Substitution löst sich das aktivere Metall (Eisen) und geht in Lösung, während das weniger aktive Metall (Kupfer) in Form von farbigen Flocken ausfällt. Wie Sie sich vorstellen können, wird die Animation zeitlich stark beschleunigt.
Quelle: Trinixy
6. Wasserstoffperoxid und Kaliumiodid
Ein weiteres Beispiel für die Zersetzungsreaktion von Wasserstoffperoxid (auch bekannt als Peroxid) in Gegenwart eines Katalysators. Achten Sie auf die Waschmittelflasche, die auf dem Tisch steht: Sie hilft dabei, dass die Seifenwurst auf den Tisch fällt.
Quelle: Trinixy
7. Lithiumverbrennung
Lithium ist eines der Alkalimetalle, das zu Recht als das aktivste unter allen anderen Metallen gilt. Es brennt nicht so intensiv wie seine Pendants Natrium und Kalium, aber es ist leicht zu erkennen, dass dieser Prozess immer noch sehr schnell ist.
Quelle: Trinixy
8. Dehydratisierung von Zucker in Schwefelsäure
Eine sehr einfache und sehr effektive Reaktion: Schwefelsäure entzieht den Saccharosemolekülen Wasser und verwandelt sie in atomaren Kohlenstoff (einfach in Kohle). Das dabei freigesetzte gasförmige Wasser schäumt die Kohle auf, wodurch wir eine bedrohliche schwarze Säule sehen.
Quelle: fishki.net
9. Quarzglas
Im Gegensatz zu herkömmlichem Fensterglas ist Quarz widerstandsfähiger gegen hohe Temperaturen: Auf einem herkömmlichen Gasbrenner „fließt“ es nicht. Deshalb werden Quarzrohre an Sauerstoffbrenner gelötet, die für eine höhere Flammentemperatur sorgen.
Quelle: Global Research
10. Fluorescein
Der grüne Farbstoff Fluorescein emittiert in wässriger Lösung unter Einwirkung von ultravioletter Strahlung Licht im sichtbaren Bereich – dieses Phänomen nennt man Fluoreszenz.
Quelle: Thoisoi
11. Reißverschluss im Zylinder
Die Reaktion zwischen Schwefelkohlenstoff und Stickoxid (I) wird nicht nur von dem hellsten weißen Blitz begleitet, der an Kugelblitze erinnert, sondern zeichnet sich auch durch ein lustiges Geräusch aus, dank dem es seinen populären Namen erhielt - "bellender Hund". manchmal versuchen sie, diese Substanz als Edelmetall auszugeben.
Unglaubliche Fakten
Das molekulare Material in unserem täglichen Leben ist so vorhersehbar, dass wir oft vergessen, was für erstaunliche Dinge mit den Grundelementen passieren können.
Auch in unserem Körper finden viele erstaunliche chemische Reaktionen statt.
Hier sind einige faszinierende und beeindruckende chemische und physikalische Reaktionen in GIF-Form, die Sie an einen Chemiekurs erinnern werden.
chemische Reaktionen
1. "Pharao's Snake" - der Zerfall von Quecksilberthiocyanat
Das Verbrennen von Quecksilberthiocyanat bewirkt, dass es sich in drei andere Chemikalien zersetzt. Diese drei Chemikalien zerfallen wiederum in drei weitere Substanzen, was zum Einsatz einer riesigen „Schlange“ führt.
2. Brennendes Streichholz
Der Streichholzkopf enthält roten Phosphor, Schwefel und Bertolet-Salz. Die vom Phosphor erzeugte Wärme zersetzt Bertolet-Salz und setzt dabei Sauerstoff frei. Sauerstoff verbindet sich mit Schwefel zu einer kurzlebigen Flamme, mit der wir zum Beispiel eine Kerze anzünden.
3. Feuer + Wasserstoff
Wasserstoffgas ist leichter als Luft und kann mit einer Flamme oder einem Funken entzündet werden, was zu einer spektakulären Explosion führt. Aus diesem Grund wird Helium heute häufiger als Wasserstoff zum Befüllen von Ballons verwendet.
4. Quecksilber + Aluminium
Das Quecksilber durchdringt die schützende Oxidschicht (Rost) des Aluminiums, wodurch dieses viel schneller rostet.
Beispiele für chemische Reaktionen
5. Schlangengift + Blut
Ein Tropfen Viperngift in einer Petrischale mit Blut bewirkt, dass es sich zu einem dicken Klumpen fester Materie zusammenrollt. Das passiert in unserem Körper, wenn wir von einer Giftschlange gebissen werden.
6. Eisen + Kupfersulfatlösung
Das Eisen ersetzt das Kupfer in Lösung und verwandelt das Kupfersulfat in Eisensulfat. Reines Kupfer wird auf Eisen gesammelt.
7. Zündung des Gasbehälters
8. Chlortablette + medizinischer Alkohol in einer geschlossenen Flasche
Die Reaktion führt zu einem Druckanstieg und endet mit dem Bersten des Behälters.
9. Polymerisation von p-Nitroanilin
Auf einem Gif werden ein paar Tropfen konzentrierte Schwefelsäure zu einem halben Teelöffel p-Nitroanilin oder 4-Nitroanilin hinzugefügt.
10. Blut in Wasserstoffperoxid
Ein Enzym im Blut namens Katalase wandelt Wasserstoffperoxid in Wasser und Sauerstoffgas um und erzeugt einen Schaum aus Sauerstoffbläschen.
Chemische Experimente
11. Gallium in heißem Wasser
Gallium, das hauptsächlich in der Elektronik verwendet wird, hat einen Schmelzpunkt von 29,4 Grad Celsius, was bedeutet, dass es in Ihren Händen schmilzt.
12. Langsamer Übergang von Beta-Zinn zu Alpha-Modifikation
Bei kalten Temperaturen wandelt sich das Beta-Allotrop von Zinn (silber, metallisch) spontan in das Alpha-Allotrop (grau, pudrig) um.
13. Natriumpolyacrylat + Wasser
Natriumpolyacrylat, das gleiche Material, das in Babywindeln verwendet wird, wirkt wie ein Schwamm, um Feuchtigkeit aufzunehmen. Beim Mischen mit Wasser verwandelt sich die Masse in ein festes Gel, und das Wasser ist keine Flüssigkeit mehr und kann nicht ausgegossen werden.
14. Radon 220-Gas wird in die Nebelkammer eingespritzt
Die V-förmige Spur ist auf zwei Alphateilchen (Helium-4-Kerne) zurückzuführen, die freigesetzt werden, wenn Radon in Polonium und dann in Blei zerfällt.
Chemieexperimente für zu Hause
15. Hydrogelkugeln und buntes Wasser
In diesem Fall findet eine Diffusion statt. Hydrogel ist ein Polymergranulat, das Wasser sehr gut aufnimmt.
16. Aceton + Styropor
Styropor besteht aus Styropor, das beim Auflösen in Aceton Luft in den Schaum freisetzt, wodurch es so aussieht, als würde man eine große Menge Material in einer kleinen Menge Flüssigkeit auflösen.
17. Trockeneis + Spülmittel
Trockeneis in Wasser erzeugt eine Wolke, während Geschirrspülmittel in Wasser Kohlendioxid und Wasserdampf in Blasenform hält.
18. Ein Tropfen Waschmittel in Milch mit Lebensmittelfarbe
Milch besteht hauptsächlich aus Wasser, enthält aber auch Vitamine, Mineralien, Proteine und winzige Fetttröpfchen, die in Lösung suspendiert sind.
Geschirrspülmittel löst die chemischen Bindungen, die Proteine und Fette in Lösung halten. Die Fettmoleküle werden verwirrt, wenn die Seifenmoleküle herumfliegen, um sich mit den Fettmolekülen zu verbinden, bis die Lösung gleichmäßig gemischt ist.
19. Elefantenzahnpasta
Hefe und warmes Wasser werden in einen Behälter mit Waschmittel, Wasserstoffperoxid und Lebensmittelfarbe gegossen. Hefe dient als Katalysator für die Freisetzung von Sauerstoff aus Wasserstoffperoxid, wodurch viele Blasen entstehen. Dadurch entsteht eine exotherme Reaktion mit Schaumbildung und Wärmefreisetzung.
Chemische Experimente (Video)
20. Glühlampe durchgebrannt
Das Wolframfilament bricht und verursacht einen elektrischen Kurzschluss, der das Filament zum Glühen bringt.
21. Ferrofluid in einem Glasgefäß
Ein Ferrofluid ist eine Flüssigkeit, die in Gegenwart eines Magnetfelds stark magnetisiert wird. Es wird in Festplatten und im Maschinenbau eingesetzt.
Noch ein Ferrofluid.
22. Jod + Aluminium
Die Oxidation von fein verteiltem Aluminium erfolgt in Wasser unter Bildung von dunkelvioletten Dämpfen.
23. Rubidium + Wasser
Rubidium reagiert sehr schnell mit Wasser unter Bildung von Rubidiumhydroxid und Wasserstoffgas. Die Reaktion ist so schnell, dass sie zerbrechen könnte, wenn sie in einem Glasgefäß durchgeführt wird.
Das Endergebnis explosiver Umwandlungsreaktionen wird normalerweise durch eine Gleichung ausgedrückt, die die chemische Formel des anfänglichen Explosivstoffs oder seiner Zusammensetzung (im Fall eines explosiven Gemischs) mit der Zusammensetzung der endgültigen Explosionsprodukte in Beziehung setzt.
Die Kenntnis der chemischen Umwandlungsgleichung während einer Explosion ist in zweierlei Hinsicht unerlässlich. Mit dieser Gleichung können einerseits Wärme und Volumen der gasförmigen Explosionsprodukte und damit Temperatur, Druck und andere Parameter der Explosion berechnet werden. Andererseits ist die Zusammensetzung der Explosionsprodukte von besonderer Bedeutung, wenn es sich um Sprengstoffe handelt, die zum Sprengen in Untertagebauen bestimmt sind (daher die Berechnung der Grubenbelüftung, damit die Menge an Kohlenmonoxid und Stickoxiden ein bestimmtes Volumen nicht überschreitet). .
Während einer Explosion wird jedoch nicht immer ein chemisches Gleichgewicht hergestellt. In den zahlreichen Fällen, in denen die Berechnung es nicht erlaubt, das endgültige Gleichgewicht der explosiven Umwandlung zuverlässig herzustellen, greift man zum Experiment. Aber auch die experimentelle Bestimmung der Zusammensetzung der Produkte zum Zeitpunkt der Explosion stößt auf große Schwierigkeiten, da die Explosionsprodukte bei hohen Temperaturen Atome und freie Radikale (aktive Teilchen) enthalten können, die nach dem Abkühlen nicht mehr nachweisbar sind.
Organische Sprengstoffe bestehen in der Regel aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff. Daher können die Explosionsprodukte folgende gasförmige und feste Stoffe enthalten: CO 2, H 2 O, N 2, CO, O 2, H 2, CH 4 und andere Kohlenwasserstoffe: NH 3, C 2 N 2, HCN, NO, N 2 O, C. Wenn die Zusammensetzung von Sprengstoffen Schwefel oder Chlor enthält, können die Explosionsprodukte SO 2 , H 2 S, HCl bzw. Cl 2 enthalten. Im Falle des Gehalts an Metallen in der Zusammensetzung von Sprengstoffen, beispielsweise Aluminium oder einigen Salzen (z. B. Ammoniumnitrat NH 4 NO 3, Bariumnitrat Ba (NO 3) 2; Chlorate - Bariumchlorat Ba (ClO 3) 2, Kaliumchlorat KClO 3 ; Perchlorate - Ammonium NHClO 4 usw.) in der Zusammensetzung der Explosionsprodukte gibt es Oxide, zum Beispiel Al 2 O 3, Carbonate, zum Beispiel Bariumcarbonat BaCO 3, Kaliumcarbonat K 2 CO 3 , Bicarbonate (KHCO 3), Cyanide (KCN), Sulfate (BaSO 4, K 2 SO 4), Sulfide (NS, K 2 S), Sulfite (K 2 S 2 O 3), Chloride (AlC l 3 , BaCl 2 , KCl) und andere Verbindungen.
Das Vorhandensein und die Menge bestimmter Explosionsprodukte hängen hauptsächlich von der Sauerstoffbilanz der explosiven Zusammensetzung ab.
Die Sauerstoffbilanz charakterisiert das Verhältnis zwischen dem Gehalt an brennbaren Elementen und Sauerstoff im Sprengstoff.
Die Sauerstoffbilanz wird üblicherweise als Differenz zwischen der im Sprengstoff enthaltenen Gewichtsmenge an Sauerstoff und der für die vollständige Oxidation der brennbaren Elemente in seiner Zusammensetzung erforderlichen Sauerstoffmenge berechnet. Die Berechnung erfolgt für 100 g Sprengstoff, wonach die Sauerstoffbilanz in Prozent ausgedrückt wird. Die Versorgung der Zusammensetzung mit Sauerstoff wird durch die Sauerstoffbilanz (KB) bzw. den Sauerstoffkoeffizienten a to charakterisiert, die relativ den Über- oder Unterschuss an Sauerstoff für die vollständige Oxidation brennbarer Elemente zu höheren Oxiden, beispielsweise CO 2 , ausdrücken und H2O.
Wenn ein Explosivstoff gerade so viel Sauerstoff enthält, wie für die vollständige Oxidation seiner brennbaren Bestandteile erforderlich ist, dann ist seine Sauerstoffbilanz gleich Null. Ist der Überschuss – KB positiv, ist bei Sauerstoffmangel – KB negativ. Das Gleichgewicht der Sprengstoffe in Bezug auf Sauerstoff entspricht CB - 0; a bis = 1.
Wenn der Sprengstoff Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff und Sauerstoff enthält und durch die Gleichung C a H b N c O d beschrieben wird, können die Werte der Sauerstoffbilanz und des Sauerstoffkoeffizienten durch die Formeln bestimmt werden
(2)
wobei a, b, c und d die Anzahl der C-, H-, N- bzw. O-Atome in der chemischen Formel des Sprengstoffs sind; 12, 1, 14, 16 sind die auf die nächste ganze Zahl gerundeten Atommassen von Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff und Sauerstoff; der Nenner des Bruchs in Gleichung (1) bestimmt das Molekulargewicht des Sprengstoffs: M = 12a + b + 14c + 16d.
Aus Sicht der Sicherheit bei Herstellung und Betrieb (Lagerung, Transport, Verwendung) von Sprengstoffen weisen die meisten ihrer Formulierungen eine negative Sauerstoffbilanz auf.
Alle Sprengstoffe werden nach der Sauerstoffbilanz in die folgenden drei Gruppen eingeteilt:
I. Sprengstoffe mit positiver Sauerstoffbilanz: Kohlenstoff wird zu CO 2 oxidiert, Wasserstoff zu H 2 O, Stickstoff und überschüssiger Sauerstoff werden elementar freigesetzt.
II. Sprengstoffe mit negativer Sauerstoffbilanz, wenn Sauerstoff für die vollständige Oxidation von Bestandteilen zu höheren Oxiden nicht ausreicht und Kohlenstoff teilweise zu CO oxidiert wird (aber alle Sprengstoffe werden gasförmig).
III. Ein Sprengstoff mit negativer Sauerstoffbilanz, aber Sauerstoff reicht nicht aus, um alle brennbaren Bestandteile in Gase umzuwandeln (in den Explosionsprodukten ist elementarer Kohlenstoff enthalten).
4.4.1. Berechnung der Zusammensetzung von Produkten der explosiven Zersetzung von Sprengstoffen
mit positiver Sauerstoffbilanz (Sprengstoffgruppe I)
Bei der Aufstellung der Gleichungen für Explosionsreaktionen orientieren sich Sprengstoffe mit positiver Sauerstoffbilanz an folgenden Vorgaben: Kohlenstoff wird zu Kohlendioxid CO 2 oxidiert, Wasserstoff zu Wasser H 2 O, Stickstoff und überschüssiger Sauerstoff werden in elementarer Form freigesetzt (N 2, O 2).
Zum Beispiel.
1. Schreiben Sie eine Reaktionsgleichung (Zusammensetzung der Explosionsprodukte bestimmen) der explosionsartigen Zersetzung eines einzelnen Sprengstoffs.
Nitroglycerin: C 3 H 5 (ONO 2) 3, M = 227.
Wir bestimmen den Wert der Sauerstoffbilanz für Nitroglycerin:
KB > 0 schreiben wir die Reaktionsgleichung:
C 3 H 5 (ONO 2) 3 \u003d 3 CO 2 + 2,5 H 2 O + 0,25 O 2 + 1,5 N 2.
Neben der Hauptreaktion laufen Dissoziationsreaktionen ab:
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.
Da jedoch KB \u003d 3,5 (viel mehr als Null) die Reaktionen in Richtung der Bildung von CO 2, H 2 O, N 2 verschieben, ist der Anteil der Gase CO, H 2 und NO in den explosiven Zersetzungsprodukten unbedeutend und sie können vernachlässigt werden.
2. Stellen Sie eine Gleichung für die Reaktion der explosiven Zersetzung gemischter Sprengstoffe auf: Ammoniumal, bestehend aus 80 % Ammoniumnitrat NH 4 NO 3 (M = 80), 15 % TNT C 7 H 5 N 3 O 6 (M = 227) und 5 % Aluminium Al (ob M = 27).
Die Berechnung der Sauerstoffbilanz und des Koeffizienten α für gemischte Sprengstoffe wird wie folgt durchgeführt: Die Menge jedes der in 1 kg der Mischung enthaltenen chemischen Elemente wird berechnet und in Mol ausgedrückt. Dann bilden sie eine bedingte chemische Formel für 1 kg eines gemischten Sprengstoffs, ähnlich wie die chemische Formel für einen einzelnen Sprengstoff, und dann wird die Berechnung ähnlich wie im obigen Beispiel durchgeführt.
Wenn der gemischte Sprengstoff Aluminium enthält, haben die Gleichungen zur Bestimmung der Werte von CB und α die folgende Form:
,
,
wobei e die Anzahl der Aluminiumatome in der Bedingungsformel ist.
Lösung.
1. Wir berechnen die elementare Zusammensetzung von 1 kg Ammonal und schreiben seine bedingte chemische Formel auf
%.
2. Schreiben Sie die Reaktionsgleichung für die Zersetzung von Ammonal auf:
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 + 10 N 2 + 0,2 O 2.
4.4.2. Berechnung der Zusammensetzung von Produkten der explosiven Zersetzung von Sprengstoffen
mit negativer Sauerstoffbilanz (II Gruppe BB)
Wie bereits erwähnt, müssen bei der Erstellung der Gleichungen für die Reaktionen der explosiven Zersetzung von Sprengstoffen der zweiten Gruppe die folgenden Merkmale berücksichtigt werden: Wasserstoff wird zu H 2 O oxidiert, Kohlenstoff wird zu CO oxidiert, der verbleibende Sauerstoff oxidiert einen Teil davon CO zu CO 2 und Stickstoff wird in Form von N 2 freigesetzt.
Beispiel: Stellen Sie eine Gleichung für die Reaktion der explosiven Zersetzung von Pentaerythritoltetranitrat (PETN) C (CH 2 ONO 2) 4 Mthena \u003d 316 auf. Die Sauerstoffbilanz beträgt -10,1%.
Aus der chemischen Formel des Heizelements ist ersichtlich, dass Sauerstoff nicht ausreicht, bis Wasserstoff und Kohlenstoff vollständig oxidiert sind (für 8 Wasserstoffe werden 4 Sauerstoffatome benötigt, um sich in H 2 O \u003d 4H 2 O umzuwandeln) (für 5 Kohlenstoff Atome, 10 Sauerstoffatome werden benötigt, um CO 2 \u003d 5CO 2) abzugeben, insgesamt 4 + 10 \u003d 14 at. Sauerstoff, und es gibt nur 12 Atome.
1. Wir stellen die Reaktionsgleichung für die Zersetzung des Heizelements auf:
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.
So bestimmen Sie den Wert der CO- und CO 2 -Koeffizienten:
5CO + 1,5O 2 \u003d xCO + yCO 2,
x + y \u003d n - die Summe der Kohlenstoffatome,
x + 2y \u003d m - die Summe der Sauerstoffatome,
X + y \u003d 5 x \u003d 5 - y
x + 2y = 8 oder x = 8 - 2y
oder 5 - y \u003d 8 - 2y; y \u003d 8 - 5 \u003d 3; x \u003d 5 - 3 \u003d 2.
Dass. Koeffizient bei CO x = 2; bei CO 2 y \u003d 3, d.h.
5 CO + 1,5 O 2 \u003d 2 CO + 3 CO 2.
Nebenreaktionen (Dissoziationen):
Wasserdampf: H 2 O + CO CO 2 + H 2;
2H 2 O 2H 2 + O 2;
Dissoziation: 2CO 2 2CO + O 2;
2. Um den Fehler abzuschätzen, berechnen wir die Zusammensetzung der Produkte der explosiven Zersetzungsreaktion unter Berücksichtigung der wichtigsten Nebenreaktionen - der Reaktion von Wasserdampf (H 2 O + CO CO 2 + H 2).
Die Reaktionsgleichung für die explosionsartige Zersetzung von PETN kann wie folgt dargestellt werden:
C (CH 2 ONO 2) 4 \u003d uH 2 O + xCO + yCO 2 + zH 2 + 2N 2.
Die Temperatur des Sprengstoffaustritts des Heizelements beträgt ca. 4000 0 K.
Dementsprechend ist die Gleichgewichtskonstante von Wasserdampf:
.
Wir schreiben das Gleichungssystem auf und lösen es:
,
x + y = 5 (siehe oben) ist die Anzahl der Kohlenstoffatome;
2z + 2у = 8 ist die Anzahl der Wasserstoffatome;
x + 2y + u = 12 ist die Anzahl der Sauerstoffatome.
Die Transformation des Gleichungssystems reduziert sich auf eine quadratische Gleichung:
7,15 Jahre 2 - 12,45 Jahre - 35 = 0.
(Eine Gleichung vom Typ ay 2 + wy + c = 0).
Seine Lösung sieht so aus:
,
,
y = 3,248, dann x = 1,752; z = 0,242; u = 3,758.
Somit hat die Reaktionsgleichung die Form:
C (CH 2 ONO 2) 4 \u003d 1,752 CO + 3,248 CO 2 + 3,758 H 2 O + 0,242 H 2 + 2 N 2.
Aus der resultierenden Gleichung ist ersichtlich, dass der Fehler bei der Bestimmung der Zusammensetzung und Menge explosiver Zersetzungsprodukte durch ein Näherungsverfahren unbedeutend ist.
4.4.3. Aufstellen von Gleichungen für die Reaktionen der explosiven Zersetzung von Sprengstoffen
mit negativem CB (Gruppe III)
Beim Schreiben der Gleichungen für die Reaktion der explosiven Zersetzung für die dritte Gruppe von Explosivstoffen muss die folgende Reihenfolge eingehalten werden:
1. bestimmen Sie seinen KB durch die chemische Formel von Sprengstoffen;
2. Wasserstoff zu H 2 O oxidieren;
3. Kohlenstoff mit Sauerstoffresten zu CO oxidieren;
4. Schreibe die restlichen Reaktionsprodukte, insbesondere C, N usw.;
5. Überprüfen Sie die Quoten.
Beispiel : Schreiben Sie eine Gleichung für die explosionsartige Zersetzung von Trinitrotoluol (Trotyl, Tol) C 6 H 2 (NO 2) 3 CH 3 .
Molmasse M = 227; KB = -74,0 %.
Lösung: Aus der chemischen Formel sehen wir, dass Sauerstoff für die Oxidation von Kohlenstoff und Wasserstoff nicht ausreicht: Für die vollständige Oxidation von Wasserstoff werden 2,5 Sauerstoffatome benötigt, für eine unvollständige Oxidation von Kohlenstoff - 7 Atome (nur 9,5 im Vergleich zu den vorhandenen 6 Atomen) . In diesem Fall hat die Reaktionsgleichung für die Zersetzung von TNT die Form:
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.
Nebenreaktionen:
H 2 O + CO CO 2 + H 2;
Gesunde Chemie
Klangchemie (Sonochemie)- ein Zweig der Chemie, der die Wechselwirkung starker akustischer Wellen und die daraus resultierenden chemischen und physikalisch-chemischen Effekte untersucht. Die Sonochemie untersucht die Kinetik und den Mechanismus sonochemischer Reaktionen, die im Volumen eines Schallfelds ablaufen. Das Gebiet der Schallchemie umfasst auch einige physikalische und chemische Prozesse in einem Schallfeld: Sonolumineszenz, Dispersion einer Substanz unter Schalleinwirkung, Emulgierung und andere kolloidale chemische Prozesse.
Die Sonochemie konzentriert sich auf die Untersuchung chemischer Reaktionen, die unter Einwirkung akustischer Schwingungen ablaufen - sonochemische Reaktionen.
Schallchemische Prozesse werden in der Regel im Ultraschallbereich (von 20 kHz bis einige MHz) untersucht. Schallschwingungen im Kilohertzbereich und im Infraschallbereich werden wesentlich seltener untersucht.
Die Schallchemie untersucht die Prozesse der Kavitation.
Geschichte der gesunden Chemie
Die Wirkung von Schallwellen auf den Ablauf chemischer Prozesse wurde erstmals 1927 von Richard und Loomis entdeckt, die feststellten, dass sich Kaliumjodid unter Einwirkung von Ultraschall in wässriger Lösung unter Freisetzung von Jod zersetzt. Anschließend wurden folgende schallchemische Reaktionen entdeckt:
- Disproportionierung von Stickstoff in Wasser zu Ammoniak und salpetriger Säure
- Zersetzung von Stärke- und Gelatine-Makromolekülen in kleinere Moleküle
- Kettenstereoisomerisierung von Maleinsäure zu Fumarsäure
- die Bildung von Radikalen bei der Wechselwirkung von Wasser und Tetrachlorkohlenstoff
- Dimerisierung und Oligomerisierung von Organosilicium- und Organozinnverbindungen
Klassifikation schallchemischer Reaktionen
Je nach Mechanismus primärer und sekundärer Elementarprozesse lassen sich schallchemische Reaktionen in folgende Klassen einteilen:
- In der flüssigen Phase ablaufende Redoxreaktionen in Wasser zwischen gelösten Stoffen und Produkten der Ultraschallspaltung von Wassermolekülen, die in einer Kavitationsblase entstehen und in Lösung übergehen (der Wirkungsmechanismus des Ultraschalls ist indirekt und in vielerlei Hinsicht der Radiolyse ähnlich von wässrigen Systemen).
- Reaktionen innerhalb der Blase zwischen gelösten Gasen und Substanzen mit hohem Dampfdruck (z. B. die Synthese von Stickoxiden bei Ultraschalleinwirkung auf Wasser, in dem Luft gelöst ist). Der Mechanismus dieser Reaktionen ist weitgehend analog zur Radiolyse in der Gasphase.
- Kettenreaktionen in Lösung, die nicht durch Radikalprodukte der Wasserspaltung ausgelöst werden, sondern durch eine andere Stoffspaltung in einer Kavitationsblase (z. B. die Reaktion der Isomerisierung von Maleinsäure zu Fumarsäure, initiiert durch Brom oder Alkylbromide).
- Reaktionen, an denen Makromoleküle beteiligt sind (z. B. die Zerstörung von Polymermolekülen und die dadurch initiierte Polymerisation).
- Ultraschallinitiierung einer Explosion in flüssigen oder festen Sprengstoffen (z. B. Jodnitrid, Tetranitromethan, Trinitrotoluol).
- Schallchemische Reaktionen in nichtwässrigen Systemen. Einige dieser Reaktionen sind Pyrolyse und Oxidation gesättigter Kohlenwasserstoffe, Oxidation aliphatischer Aldehyde und Alkohole, Spaltung und Dimerisierung von Alkylhalogeniden, Reaktionen von Halogenderivaten mit Metallen (Wurtz-Reaktion), Alkylierung aromatischer Verbindungen, Herstellung von Thioamiden und Thiocarbamaten, Synthese von metallorganische Verbindungen, Ullmann-Reaktion, Cycloadditionsreaktionen, Halogenaustauschreaktionen, Herstellung und Umsetzung von Perfluoralkylverbindungen, Carbensynthesen, Synthese von Nitrilen etc.
Methoden der soliden Chemie
Die folgenden Methoden werden verwendet, um schallchemische Reaktionen zu untersuchen:
- Inverser piezoelektrischer Effekt und Magnetostriktionseffekt zur Erzeugung hochfrequenter Schallschwingungen in Flüssigkeiten
- Analytische Chemie zur Untersuchung von Produkten sonochemischer Reaktionen
Literatur
- Margulis M.A. Grundlagen der gesunden Chemie. Chemische Reaktionen in akustischen Feldern. - M .: Höhere Schule, 1984. - 272 p. - 300 Exemplare.
Wikimedia-Stiftung. 2010 .
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DEFINITION
Chemische Reaktion bezeichnet die Umwandlung von Stoffen, bei der sich ihre Zusammensetzung und (oder) Struktur ändert.
Unter chemischen Reaktionen wird meist der Prozess der Umwandlung von Ausgangsstoffen (Reagenzien) in Endstoffe (Produkte) verstanden.
Chemische Reaktionen werden unter Verwendung chemischer Gleichungen geschrieben, die die Formeln der Ausgangsmaterialien und Reaktionsprodukte enthalten. Nach dem Massenerhaltungssatz ist die Anzahl der Atome jedes Elements auf der linken und rechten Seite der chemischen Gleichung gleich. Üblicherweise stehen die Formeln der Ausgangsstoffe auf der linken Seite der Gleichung und die Formeln der Produkte auf der rechten Seite. Die Gleichheit der Anzahl der Atome jedes Elements im linken und rechten Teil der Gleichung wird erreicht, indem den Stoffformeln ganzzahlige stöchiometrische Koeffizienten vorangestellt werden.
Chemische Gleichungen können zusätzliche Informationen über die Merkmale der Reaktion enthalten: Temperatur, Druck, Strahlung usw., was durch das entsprechende Symbol über (oder "unter") dem Gleichheitszeichen angezeigt wird.
Alle chemischen Reaktionen lassen sich in mehrere Klassen einteilen, die bestimmte Eigenschaften haben.
Einteilung chemischer Reaktionen nach Anzahl und Zusammensetzung der Ausgangs- und Folgestoffe
Gemäß dieser Einteilung werden chemische Reaktionen in Kombinations-, Zersetzungs-, Substitutions-, Austauschreaktionen unterteilt.
Ergebend zusammengesetzte Reaktionen aus zwei oder mehr (komplexen oder einfachen) Stoffen entsteht ein neuer Stoff. Im Allgemeinen sieht die Gleichung für eine solche chemische Reaktion so aus:
Zum Beispiel:
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
Kombinationsreaktionen sind in den meisten Fällen exotherm, d.h. fließen unter Wärmeabgabe. Wenn an der Reaktion einfache Substanzen beteiligt sind, dann sind solche Reaktionen meistens Redox (ORD), d.h. treten bei einer Änderung der Oxidationsstufen der Elemente auf. Ob die Reaktion einer Verbindung zwischen komplexen Substanzen auf OVR zurückzuführen ist, lässt sich nicht eindeutig sagen.
Reaktionen, bei denen mehrere andere neue Substanzen (komplex oder einfach) aus einer komplexen Substanz gebildet werden, werden klassifiziert als Zersetzungsreaktionen. Im Allgemeinen sieht die Gleichung für eine chemische Zersetzungsreaktion so aus:
Zum Beispiel:
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)
Die meisten Zersetzungsreaktionen laufen unter Erhitzen ab (1,4,5). Zersetzung durch elektrischen Strom ist möglich (2). Die Zersetzung von kristallinen Hydraten, Säuren, Basen und Salzen sauerstoffhaltiger Säuren (1, 3, 4, 5, 7) verläuft ohne Änderung der Oxidationsstufen der Elemente, d.h. diese Reaktionen gelten nicht für OVR. OVR-Zersetzungsreaktionen umfassen die Zersetzung von Oxiden, Säuren und Salzen, die von Elementen in höheren Oxidationsstufen gebildet werden (6).
Zersetzungsreaktionen finden sich auch in der organischen Chemie, jedoch unter anderen Namen - Cracken (8), Dehydrierung (9):
C 18 H 38 \u003d C 9 H 18 + C 9 H 20 (8)
C4H10 \u003d C4H6 + 2H2 (9)
Bei Substitutionsreaktionen eine einfache Substanz interagiert mit einer komplexen und bildet eine neue einfache und eine neue komplexe Substanz. Im Allgemeinen sieht die Gleichung für eine chemische Substitutionsreaktion wie folgt aus:
Zum Beispiel:
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)
Substitutionsreaktionen sind meist Redoxreaktionen (1 - 4, 7). Beispiele für Zersetzungsreaktionen, bei denen es zu keiner Änderung der Oxidationsstufen kommt, gibt es nur wenige (5, 6).
Austauschreaktionen bezeichnet die Reaktionen, die zwischen komplexen Substanzen auftreten, bei denen sie ihre Bestandteile austauschen. Normalerweise wird dieser Begriff für Reaktionen verwendet, an denen Ionen in wässriger Lösung beteiligt sind. Im Allgemeinen sieht die Gleichung für eine chemische Austauschreaktion wie folgt aus:
AB + CD = AD + CB
Zum Beispiel:
CuO + 2 HCl \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)
Austauschreaktionen sind keine Redoxreaktionen. Ein Sonderfall dieser Austauschreaktionen sind Neutralisationsreaktionen (Wechselwirkungsreaktionen von Säuren mit Laugen) (2). Austauschreaktionen verlaufen in der Richtung, dass mindestens einer der Stoffe in Form eines gasförmigen Stoffes (3), eines Niederschlags (4, 5) oder einer schwer dissoziierenden Verbindung, meist Wasser (1, 2).
Klassifizierung chemischer Reaktionen nach Änderungen der Oxidationsstufen
Abhängig von der Änderung der Oxidationsstufen der Elemente, aus denen die Edukte und Reaktionsprodukte bestehen, werden alle chemischen Reaktionen in Redox (1, 2) und solche ohne Änderung der Oxidationsstufe (3, 4) unterteilt.
2Mg + CO 2 \u003d 2MgO + C (1)
Mg 0 - 2e \u003d Mg 2+ (Reduktionsmittel)
C 4+ + 4e \u003d C 0 (Oxidationsmittel)
FeS 2 + 8HNO 3 (konz.) = Fe(NO 3) 3 + 5NO + 2H 2 SO 4 + 2H 2 O (2)
Fe 2+ -e \u003d Fe 3+ (Reduktionsmittel)
N 5+ + 3e \u003d N 2+ (Oxidationsmittel)
AgNO 3 + HCl \u003d AgCl ↓ + HNO 3 (3)
Ca(OH) 2 + H 2 SO 4 = CaSO 4 ↓ + H 2 O (4)
Klassifizierung chemischer Reaktionen nach thermischer Wirkung
Je nachdem, ob bei der Reaktion Wärme (Energie) freigesetzt oder aufgenommen wird, werden alle chemischen Reaktionen bedingt in exo- (1, 2) bzw. endotherme (3) unterteilt. Die bei einer Reaktion freigesetzte oder aufgenommene Wärmemenge (Energie) wird als Reaktionswärme bezeichnet. Wenn die Gleichung die Menge der freigesetzten oder absorbierten Wärme angibt, werden solche Gleichungen als thermochemisch bezeichnet.
N2 + 3H2 = 2NH3 +46,2 kJ (1)
2Mg + O 2 \u003d 2MgO + 602,5 kJ (2)
N 2 + O 2 \u003d 2NO - 90,4 kJ (3)
Einteilung chemischer Reaktionen nach der Richtung der Reaktion
Je nach Reaktionsrichtung gibt es reversible (chemische Prozesse, deren Produkte unter den gleichen Bedingungen, unter denen sie entstehen, unter Bildung von Ausgangsstoffen miteinander reagieren können) und irreversible (chemische Prozesse, deren Produkte nicht in der Lage sind, unter Bildung von Ausgangsstoffen miteinander zu reagieren).
Für reversible Reaktionen wird die Gleichung in allgemeiner Form normalerweise wie folgt geschrieben:
A + B ↔ AB
Zum Beispiel:
CH 3 COOH + C 2 H 5 OH ↔ H 3 COOS 2 H 5 + H 2 O
Beispiele für irreversible Reaktionen sind die folgenden Reaktionen:
2KSlO 3 → 2KSl + ZO 2
C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 → 6 CO 2 + 6 H 2 O
Als Beweis für die Irreversibilität der Reaktion können die Reaktionsprodukte einer gasförmigen Substanz, eines Niederschlags oder einer schwer dissoziierenden Verbindung, meistens Wasser, dienen.
Klassifizierung chemischer Reaktionen durch Anwesenheit eines Katalysators
Unter diesem Gesichtspunkt werden katalytische und nichtkatalytische Reaktionen unterschieden.
Ein Katalysator ist eine Substanz, die eine chemische Reaktion beschleunigt. Reaktionen, an denen Katalysatoren beteiligt sind, werden als katalytisch bezeichnet. Einige Reaktionen sind im Allgemeinen ohne die Anwesenheit eines Katalysators unmöglich:
2H 2 O 2 \u003d 2H 2 O + O 2 (MnO 2 -Katalysator)
Oft dient eines der Reaktionsprodukte als Katalysator, der diese Reaktion beschleunigt (autokatalytische Reaktionen):
MeO + 2HF \u003d MeF 2 + H 2 O, wobei Me ein Metall ist.
Beispiele für Problemlösungen
BEISPIEL 1