Cheminės reakcijos, vykstančios skleidžiant garsą. Sonochemija
Dujinis metanas yra lengvesnis už orą, todėl jo susidarančios putos lengvai pakyla iki lubų. Na, o ryškus pagrindinio gamtinių dujų komponento degimas nieko nestebina – tą patį galima pasakyti apie bet kurį lengvąjį angliavandenilį.
Šaltinis: Science in GIF
2. Luminolio ir kalio heksacianoferato (III) oksidacijos reakcija
Štai chemiliuminescencijos pavyzdys: luminolio transformacijos metu žmogaus akiai aiškiai matomas švytėjimas. Raudonoji kraujo druska čia veikia kaip katalizatorius – beje, hemoglobinas gali atlikti tą patį vaidmenį, dėl to aprašyta reakcija plačiai naudojama kriminologijoje kraujo pėdsakams aptikti.
Šaltinis: profesorius Nicolas Science Show
3. Gyvsidabrio pripildytas balionas (reakcija atsitrenkus į grindis)
Gyvsidabris yra vienintelis metalas, kuris normaliomis sąlygomis išlieka skystas, todėl jį galima pilti į balioną. Tačiau gyvsidabris yra toks sunkus, kad net iš mažo aukščio nukritęs rutulys jį suplėšys.
Šaltinis: Seniai be vaikų
4. Vandenilio peroksido skilimas, katalizuojamas kalio jodido
Jei nėra priemaišų, vandeninis vandenilio peroksido tirpalas yra gana stabilus, tačiau kai tik į jį bus įpilta kalio jodido, šių molekulių skilimas iškart prasidės. Jį lydi molekulinio deguonies išsiskyrimas, kuris puikiai prisideda prie įvairių putų susidarymo.
Šaltinis: fishki.net
5. Geležis + vario sulfatas
Viena iš pirmųjų reakcijų, tirtų rusų chemijos kurse: dėl pakeitimo aktyvesnis metalas (geležis) ištirpsta ir tirpsta, o mažiau aktyvus metalas (varis) nusėda spalvotų dribsnių pavidalu. Kaip jau galima spėti, animacija laikui bėgant labai pagreitėja.
Šaltinis: Trinixy
6. Vandenilio peroksidas ir kalio jodidas
Kitas vandenilio peroksido (dar žinomo kaip peroksido) skilimo reakcijos esant katalizatoriui pavyzdys. Atkreipkite dėmesį į ant stalo stovintį skalbimo priemonės buteliuką: būtent ji padeda pasirodyti ant stalo krentant muilo dešrai.
Šaltinis: Trinixy
7. Ličio deginimas
Litis yra vienas iš šarminių metalų, teisėtai laikomas aktyviausiu tarp visų kitų metalų. Jis nedega taip intensyviai kaip jo kolegos natris ir kalis, tačiau nesunku pastebėti, kad šis procesas vis tiek vyksta labai greitai.
Šaltinis: Trinixy
8. Cukraus dehidratacija sieros rūgštyje
Labai paprasta ir labai efektyvi reakcija: sieros rūgštis atima vandenį iš sacharozės molekulių, paversdama jas atomine anglimi (tiesiog anglimi). Tuo pačiu metu išsiskiriantis dujinis vanduo putoja anglį, kurios dėka matome grėsmingą juodą stulpą.
Šaltinis: fishki.net
9. Kvarcinis stiklas
Skirtingai nuo standartinio lango stiklo, kvarcas yra atsparesnis aukštai temperatūrai: jis „neužtekės“ įprastu dujiniu degikliu. Štai kodėl kvarciniai vamzdžiai yra lituojami ant deguonies degiklių, kurie užtikrina aukštesnę liepsnos temperatūrą.
Šaltinis: Global Research
10. Fluoresceinas
Vandeniniame tirpale, veikiant ultravioletinei spinduliuotei, žalias dažiklis fluoresceinas skleidžia šviesą matomame diapazone – šis reiškinys vadinamas fluorescencija.
Šaltinis: Thoisoi
11. Užtrauktukas viršutinėje kepurėje
Reakciją tarp anglies sulfido ir azoto oksido (I) ne tik lydi ryškiausia balta blykstė, primenanti kamuolinį žaibą, bet ir pasižymi juokingu garsu, dėl kurio ji gavo populiarų pavadinimą – „lojantis šuo“. kartais jie bando perduoti šią medžiagą kaip taurųjį metalą.
Neįtikėtini faktai
Molekulinė medžiaga mūsų kasdieniame gyvenime yra tokia nuspėjama, kad dažnai pamirštame, kokie nuostabūs dalykai gali nutikti su pagrindiniais elementais.
Net mūsų kūne vyksta daug nuostabių cheminių reakcijų.
Štai keletas žavių ir įspūdingų GIF formos cheminių ir fizinių reakcijų, kurios primins jums chemijos kursą.
cheminės reakcijos
1. „Faraono gyvatė“ – gyvsidabrio tiocianato irimas
Deginant gyvsidabrio tiocianatą jis suskaidomas į tris kitas chemines medžiagas. Šios trys cheminės medžiagos savo ruožtu skyla į dar tris medžiagas, dėl kurių išsiskleidžia didžiulė „gyvatė“.
2. Degantis degtukas
Degtuko galvutėje yra raudonojo fosforo, sieros ir Bertoleto druskos. Fosforo skleidžiama šiluma skaido Bertoleto druską ir procese išskiria deguonį. Deguonis jungiasi su siera ir sukuria trumpalaikę liepsną, kurią naudojame, pavyzdžiui, uždegdami žvakę.
3. Ugnis + vandenilis
Vandenilio dujos yra lengvesnės už orą ir gali užsidegti nuo liepsnos ar kibirkšties, todėl gali įvykti įspūdingas sprogimas. Štai kodėl helis dabar dažniau naudojamas balionams užpildyti nei vandenilis.
4. Gyvsidabris + aliuminis
Gyvsidabris prasiskverbia į apsauginį aliuminio oksido sluoksnį (rūdis), todėl jis rūdija daug greičiau.
Cheminių reakcijų pavyzdžiai
5. Gyvatės nuodai + kraujas
Vienas lašas angių nuodų Petri lėkštelėje priverčia jį susisukti į storą kietos medžiagos gumulą. Taip nutinka mūsų kūne, kai mus įkanda nuodinga gyvatė.
6. Geležies + vario sulfato tirpalas
Geležis pakeičia tirpale esantį varį, paversdama vario sulfatą geležies sulfatu. Grynas varis surenkamas ant geležies.
7. Dujų bako uždegimas
8. Chloro tabletė + medicininis alkoholis uždarytame buteliuke
Reakcija padidina slėgį ir baigiasi talpos plyšimu.
9. P-nitroanilino polimerizacija
Gif paveikslėlyje keli lašai koncentruotos sieros rūgšties įlašinami į pusę arbatinio šaukštelio p-nitroanilino arba 4-nitroanilino.
10. Kraujas vandenilio perokside
Kraujyje esantis fermentas, vadinamas katalaze, paverčia vandenilio peroksidą į vandenį ir deguonies dujas, sukurdamas deguonies burbuliukų putas.
Cheminiai eksperimentai
11. Galis karštame vandenyje
Galio, kuris daugiausia naudojamas elektronikoje, lydymosi temperatūra yra 29,4 laipsnio Celsijaus, tai reiškia, kad jis ištirps jūsų rankose.
12. Lėtas beta alavo perėjimas prie alfa modifikacijos
Esant žemai temperatūrai, alavo (sidabro, metalo) beta alotropas spontaniškai virsta alfa alotropu (pilka, miltelių pavidalo).
13. Natrio poliakrilatas + vanduo
Natrio poliakrilatas, ta pati medžiaga, naudojama kūdikių sauskelnėms, veikia kaip kempinė, sugerianti drėgmę. Sumaišius su vandeniu, junginys virsta kietu geliu, o vanduo nebėra skystis ir jo negalima išpilti.
14. Radono 220 dujos bus įpurškiamos į rūko kamerą
V formos pėdsakas atsiranda dėl dviejų alfa dalelių (helio-4 branduolių), kurios išsiskiria, kai radonas skyla į polonį ir šviną.
Namų chemijos eksperimentai
15. Hidrogelio rutuliukai ir spalvingas vanduo
Šiuo atveju vyksta difuzija. Hidrogelis yra polimero granulės, kurios labai gerai sugeria vandenį.
16. Acetonas + putplastis
Putų polistirenas yra pagamintas iš putų polistirolo, kuris, ištirpęs acetone, į putas išskiria orą, todėl atrodo, kad mažame skysčio kiekyje ištirpinate didelį kiekį medžiagos.
17. Sausas ledas + indų muilas
Sausas ledas, dedamas į vandenį, sukuria debesį, o indų ploviklis vandenyje sulaiko anglies dioksidą ir vandens garus burbulo pavidalu.
18. Lašas ploviklio įlašinamas į pieną su maistiniais dažais
Pienas daugiausia yra vanduo, tačiau jame taip pat yra vitaminų, mineralų, baltymų ir mažyčių riebalų lašelių, suspenduotų tirpale.
Indų ploviklis atpalaiduoja chemines jungtis, kurios sulaiko baltymus ir riebalus tirpale. Riebalų molekulės susipainioja, kai muilo molekulės pradeda veržtis aplinkui, kad susijungtų su riebalų molekulėmis, kol tirpalas tolygiai susimaišo.
19. Dramblio dantų pasta
Mielės ir šiltas vanduo supilamos į indą su plovikliu, vandenilio peroksidu ir maistiniais dažais. Mielės tarnauja kaip deguonies išsiskyrimo iš vandenilio peroksido katalizatorius, sukurdamos daug burbuliukų. Dėl to susidaro egzoterminė reakcija, kurios metu susidaro putos ir išsiskiria šiluma.
Cheminiai eksperimentai (vaizdo įrašas)
20. Lemputės perdegimas
Volframo siūlelis nutrūksta, dėl to įvyksta trumpasis jungimas, dėl kurio kaitinamasis siūlas pradeda švytėti.
21. Ferofluidas stikliniame indelyje
Ferofluidas yra skystis, kuris, esant magnetiniam laukui, labai įmagnetinamas. Jis naudojamas kietuosiuose diskuose ir mechaninėje inžinerijoje.
Kitas ferofluidas.
22. Jodas + aliuminis
Smulkiai išsklaidytas aliuminis oksiduojasi vandenyje ir susidaro tamsiai violetiniai garai.
23. Rubidis + vanduo
Rubidis labai greitai reaguoja su vandeniu, sudarydamas rubidžio hidroksidą ir vandenilio dujas. Reakcija yra tokia greita, kad jei ji atliekama stikliniame inde, ji gali sulūžti.
Galutinis sprogstamųjų transformacijos reakcijų rezultatas paprastai išreiškiamas lygtimi, susiejančia pradinio sprogmens cheminę formulę arba jo sudėtį (jei tai yra sprogus mišinys) su galutinių sprogimo produktų sudėtimi.
Žinios apie cheminės transformacijos lygtį sprogimo metu yra būtinos dviem aspektais. Viena vertus, pagal šią lygtį galima apskaičiuoti sprogimo dujinių produktų šilumą ir tūrį, taigi ir temperatūrą, slėgį ir kitus sprogimo parametrus. Kita vertus, sprogimo produktų sudėtis yra ypač svarbi, kai kalbama apie sprogmenis, skirtus sprogdinti požeminiuose įrenginiuose (todėl kasyklų ventiliacija apskaičiuota taip, kad anglies monoksido ir azoto oksidų kiekis neviršytų tam tikro tūrio) .
Tačiau sprogimo metu cheminė pusiausvyra ne visada nusistovi. Tais daugeliu atvejų, kai skaičiavimas neleidžia patikimai nustatyti galutinės sprogstamosios transformacijos pusiausvyros, pereinama prie eksperimento. Tačiau eksperimentinis produktų sudėties nustatymas sprogimo metu taip pat susiduria su rimtais sunkumais, nes sprogimo produktuose aukštoje temperatūroje gali būti atomų ir laisvųjų radikalų (aktyviųjų dalelių), kurių negalima aptikti atvėsus.
Organinės sprogstamosios medžiagos, kaip taisyklė, susideda iš anglies, vandenilio, deguonies ir azoto. Todėl sprogimo produktuose gali būti šių dujinių ir kietų medžiagų: CO 2, H 2 O, N 2, CO, O 2, H 2, CH 4 ir kitų angliavandenilių: NH 3, C 2 N 2, HCN, NO, N 2 O, C. Jei sprogmenų sudėtyje yra sieros arba chloro, tai sprogimo produktuose gali būti atitinkamai SO 2, H 2 S, HCl ir Cl 2. Jei sprogstamųjų medžiagų sudėtyje yra metalų, pavyzdžiui, aliuminio arba kai kurių druskų (pavyzdžiui, amonio nitratas NH 4 NO 3, bario nitratas Ba (NO 3) 2; chloratai - bario chloratas Ba (ClO 3) 2, kalio chloratas KClO 3; perchloratai - amonio NHClO 4 ir kt.) sprogimo produktų sudėtyje yra oksidų, pavyzdžiui, Al 2 O 3, karbonatų, pavyzdžiui, bario karbonato BaCO 3, kalio karbonato K 2 CO 3 , bikarbonatai (KHCO 3), cianidai (KCN), sulfatai (BaSO 4, K 2 SO 4), sulfidai (NS, K 2 S), sulfitai (K 2 S 2 O 3), chloridai (AlC l 3, BaCl 2, KCl) ir kiti junginiai.
Tam tikrų sprogimo produktų buvimas ir kiekis visų pirma priklauso nuo sprogstamosios kompozicijos deguonies balanso.
Deguonies balansas apibūdina santykį tarp degiųjų elementų ir deguonies kiekio sprogmenyje.
Deguonies balansas paprastai apskaičiuojamas kaip skirtumas tarp deguonies, esančio sprogmenyje, svorio ir deguonies kiekio, reikalingo visiškam jo sudėties degiųjų elementų oksidavimui. Skaičiavimas atliekamas 100 g sprogmens, pagal kurį deguonies balansas išreiškiamas procentais. Kompozicijos aprūpinimas deguonimi apibūdinamas deguonies balansu (KB) arba deguonies koeficientu a to, kuris santykiniais dydžiais išreiškia deguonies perteklių arba trūkumą, kad būtų galima visiškai oksiduoti degius elementus į aukštesnius oksidus, pavyzdžiui, CO 2. ir H2O.
Jei sprogmenyje yra tiek deguonies, kiek reikia norint visiškai oksiduotis jį sudarančių degiųjų elementų, tada jo deguonies balansas yra lygus nuliui. Jei perteklius – KB teigiamas, esant deguonies trūkumui – KB neigiamas. Sprogmenų balansas deguonies atžvilgiu atitinka CB – 0; a iki = 1.
Jei sprogmenyje yra anglies, vandenilio, azoto ir deguonies ir jis apibūdinamas lygtimi C a H b N c O d , tada deguonies balanso ir deguonies koeficiento reikšmes galima nustatyti pagal formules.
(2)
kur a, b, c ir d yra atitinkamai C, H, N ir O atomų skaičius sprogmens cheminėje formulėje; 12, 1, 14, 16 yra anglies, vandenilio, azoto ir deguonies atominės masės, suapvalintos iki artimiausio sveikojo skaičiaus; (1) lygties trupmenos vardiklis lemia sprogmens molekulinę masę: M = 12a + b + 14c + 16d.
Sprogmenų gamybos ir eksploatavimo (sandėliavimo, transportavimo, naudojimo) saugos požiūriu dauguma jų formulių turi neigiamą deguonies balansą.
Pagal deguonies balansą visi sprogmenys skirstomi į tris grupes:
I. Sprogmenys su teigiamu deguonies balansu: anglis oksiduojama iki CO 2, vandenilis iki H 2 O, azotas ir deguonies perteklius išsiskiria elementaria forma.
II. Sprogmenys su neigiamu deguonies balansu, kai deguonies nepakanka visiškam komponentų oksidavimuisi į aukštesnius oksidus, o anglis dalinai oksiduojasi iki CO (bet visos sprogstamosios medžiagos virsta dujomis).
III. Sprogstamasis su neigiamu deguonies balansu, bet deguonies neužtenka, kad visi degi komponentai virstų dujomis (sprogimo produktuose yra elementinės anglies).
4.4.1. Sprogstamųjų medžiagų sprogstamojo skilimo produktų sudėties apskaičiavimas
su teigiamu deguonies balansu (I sprogmenų grupė)
Sudarant sprogimo reakcijų lygtis, sprogmenys, turintys teigiamą deguonies balansą, vadovaujasi šiomis nuostatomis: anglis oksiduojama į anglies dioksidą CO 2, vandenilis į vandenį H 2 O, azotas ir deguonies perteklius išsiskiria elementariu pavidalu (N 2, O 2).
Pavyzdžiui.
1. Parašykite atskiro sprogmens sprogstamojo skilimo reakcijos lygtį (nustatykite sprogimo produktų sudėtį).
Nitroglicerinas: C 3 H 5 (ONO 2) 3, M = 227.
Mes nustatome nitroglicerino deguonies balanso vertę:
KB > 0, parašome reakcijos lygtį:
C 3 H 5 (ONO 2) 3 \u003d 3CO 2 + 2,5 H 2 O + 0,25 O 2 + 1,5 N 2.
Be pagrindinės reakcijos, vyksta disociacijos reakcijos:
2CO 2 2CO + O 2;
O2 + N22NO;
2H 2O 2H2 + O2;
H 2 O + CO CO 2 + H 2.
Tačiau kadangi KB \u003d 3,5 (daug daugiau nei nulis), reakcijos pasislenka į CO 2, H 2 O, N 2 susidarymą, todėl CO, H 2 ir NO dujų dalis sprogiuose skilimo produktuose yra nereikšminga. ir jų galima nepaisyti.
2. Sudarykite mišrių sprogmenų sprogstamojo skilimo reakcijos lygtį: amoninis, susidedantis iš 80% amonio nitrato NH 4 NO 3 (M = 80), 15% TNT C 7 H 5 N 3 O 6 (M = 227) ir 5 % aliuminio Al (a.m. M = 27).
Mišrių sprogmenų deguonies balansas ir koeficientas α apskaičiuojamas taip: apskaičiuojamas kiekvieno cheminio elemento kiekis, esantis 1 kg mišinio, ir išreiškiamas moliais. Tada jie sudaro sąlyginę cheminę formulę 1 kg mišraus sprogmens, savo išvaizda panašią į atskiro sprogmens cheminę formulę, o tada apskaičiavimas atliekamas panašiai kaip aukščiau pateiktame pavyzdyje.
Jei mišriame sprogmenyje yra aliuminio, CB ir α reikšmių nustatymo lygtys turi būti tokios formos:
,
,
čia e yra aliuminio atomų skaičius sąlyginėje formulėje.
Sprendimas.
1. Apskaičiuojame 1 kg amonalio elementinę sudėtį ir užrašome jo sąlyginę cheminę formulę
%.
2. Užrašykite amonialo skilimo reakcijos lygtį:
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. Sprogstamųjų medžiagų sprogstamojo skilimo produktų sudėties apskaičiavimas
su neigiamu deguonies balansu (II grupė BB)
Kaip minėta anksčiau, sudarant antrosios grupės sprogmenų sprogstamojo skilimo reakcijų lygtis, reikia atsižvelgti į šiuos požymius: vandenilis oksiduojasi iki H 2 O, anglis oksiduojasi į CO, likęs deguonis oksiduoja dalį CO į CO 2 ir azotas išsiskiria N 2 pavidalu.
Pavyzdys: Sudarykite pentaeritritolio tetranitrato (PETN) C (CH 2 ONO 2) 4 Mthena \u003d 316 sprogstamojo skilimo reakcijos lygtį. Deguonies balansas lygus -10,1%.
Iš kaitinimo elemento cheminės formulės matyti, kad deguonies nepakanka, kol visiškai oksiduojasi vandenilis ir anglis (8 vandeniliams reikia 4 deguonies atomų, kad virstų H 2 O \u003d 4H 2 O) (5 anglies). atomų, norint paversti CO 2 \u003d 5CO 2) reikia 10 deguonies atomų) iš viso 4 + 10 \u003d 14 at. deguonies, o atomų yra tik 12.
1. Sudarome kaitinimo elemento skilimo reakcijos lygtį:
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.
Norėdami nustatyti CO ir CO 2 koeficientų vertę:
5CO + 1,5O 2 \u003d xCO + yCO 2,
x + y \u003d n - anglies atomų suma,
x + 2y \u003d m - deguonies atomų suma,
X + y \u003d 5 x \u003d 5 - y
x + 2y = 8 arba x = 8 - 2y
arba 5 - y \u003d 8 - 2y; y \u003d 8 - 5 \u003d 3; x \u003d 5 - 3 \u003d 2.
Tai. koeficientas, kai CO x = 2; esant CO 2 y \u003d 3, t.y.
5CO + 1,5 O 2 \u003d 2CO + 3CO 2.
Antrinės reakcijos (disociacijos):
Vandens garai: H 2 O + CO CO 2 + H 2;
2H 2O 2H2 + O2;
Disociacija: 2CO 2 2CO + O 2;
2. Klaidai įvertinti apskaičiuojame sprogstamojo skilimo reakcijos produktų sudėtį, atsižvelgdami į reikšmingiausią iš antrinių reakcijų - vandens garų reakciją (H 2 O + CO CO 2 + H 2).
PETN sprogstamojo skilimo reakcijos lygtis gali būti pavaizduota taip:
C (CH 2 ONO 2) 4 \u003d uH 2 O + xCO + yCO 2 + zH 2 + 2N 2.
Sprogstamojo kaitinimo elemento išsiliejimo temperatūra yra maždaug 4000 0 K.
Atitinkamai, vandens garų pusiausvyros konstanta:
.
Užrašome ir išsprendžiame lygčių sistemą:
,
x + y = 5 (žr. aukščiau) yra anglies atomų skaičius;
2z + 2у = 8 yra vandenilio atomų skaičius;
x + 2y + u = 12 yra deguonies atomų skaičius.
Lygčių sistemos transformacija sumažinama iki kvadratinės lygties:
7,15 m. 2–12,45 m. – 35 = 0.
(Ay 2 + wy + c = 0 tipo lygtis).
Jo sprendimas atrodo taip:
,
,
y = 3,248, tada x = 1,752; z = 0,242; u = 3,758.
Taigi reakcijos lygtis yra tokia:
C (CH2ONO2)4 = 1,752CO + 3,248CO2 + 3,758H2O + 0,242H2 + 2N2.
Iš gautos lygties matyti, kad paklaida apytiksliu metodu nustatant sprogstamųjų skilimo produktų sudėtį ir kiekį yra nereikšminga.
4.4.3. Sprogiųjų medžiagų sprogstamojo skilimo reakcijų lygčių sudarymas
su neigiamu CB (III grupė)
Rašant sprogstamojo skilimo reakcijos lygtis trečiajai sprogmenų grupei, būtina laikytis šios sekos:
1. nustatyti jo KB pagal sprogstamųjų medžiagų cheminę formulę;
2. oksiduoja vandenilį iki H 2 O;
3. oksiduoti anglį su deguonies likučiais iki CO;
4. parašykite likusius reakcijos produktus, ypač C, N ir kt.;
5. Patikrinkite šansus.
Pavyzdys : Parašykite trinitrotolueno (trotilo, tol) C 6 H 2 (NO 2) 3 CH 3 sprogstamojo skilimo lygtį.
Molinė masė M = 227; KB = -74,0%.
Sprendimas: Iš cheminės formulės matome, kad anglies ir vandenilio oksidacijai deguonies neužtenka: pilnai vandenilio oksidacijai reikia 2,5 deguonies atomo, nepilnai anglies oksidacijai - 7 atomų (tik 9,5 lyginant su esamais 6 atomais) . Šiuo atveju TNT skilimo reakcijos lygtis yra tokia:
C6H2(NO2)3CH3 \u003d 2,5H 2O + 3,5CO + 3,5 C + 1,5N 2.
antrinės reakcijos:
H2O + CO CO 2 + H2;
Garso chemija
Garso chemija (sonochemija)– chemijos šaka, tirianti galingų akustinių bangų sąveiką ir dėl to atsirandančius cheminius bei fizikinius-cheminius efektus. Sonochemija tiria sonocheminių reakcijų, vykstančių garso lauko tūryje, kinetiką ir mechanizmą. Garso chemijos sritis taip pat apima kai kuriuos fizikinius ir cheminius garso lauke vykstančius procesus: sonoliuminescenciją, medžiagos sklaidą veikiant garsui, emulgavimą ir kitus koloidinius cheminius procesus.
Sonochemija orientuota į cheminių reakcijų, vykstančių veikiant akustiniams virpesiams – sonocheminių reakcijų – tyrimą.
Paprastai garso ir cheminiai procesai tiriami ultragarso diapazone (nuo 20 kHz iki kelių MHz). Garso virpesiai kilohercų diapazone ir infragarso diapazone tiriami daug rečiau.
Garso chemija tiria kavitacijos procesus.
Garso chemijos istorija
Pirmą kartą garso bangų poveikį cheminių procesų eigai 1927 metais atrado Richardas ir Loomisas, kurie išsiaiškino, kad veikiant ultragarsui, kalio jodidas suyra vandeniniame tirpale, išskirdamas jodą. Vėliau buvo aptiktos šios garso ir cheminės reakcijos:
- azoto disproporcija vandenyje į amoniaką ir azoto rūgštį
- krakmolo ir želatinos makromolekulių skilimas į smulkesnes molekules
- maleino rūgšties grandinės stereoizomerizacija į fumaro rūgštį
- radikalų susidarymas vandens ir anglies tetrachlorido sąveikoje
- organinių silicio ir organinių alavo junginių dimerizacija ir oligomerizacija
Garso-cheminių reakcijų klasifikacija
Priklausomai nuo pirminių ir antrinių elementarių procesų mechanizmo, garso ir cheminės reakcijos gali būti suskirstytos į šias klases:
- Redokso reakcijos vandenyje, vykstančios skystoje fazėje tarp ištirpusių medžiagų ir vandens molekulių skilimo ultragarsu produktų, kurie atsiranda kavitacijos burbule ir patenka į tirpalą (ultragarso veikimo mechanizmas yra netiesioginis ir daugeliu atžvilgių panašus į radiolizę vandeninių sistemų).
- Reakcijos burbulo viduje tarp ištirpusių dujų ir medžiagų, turinčių didelį garų slėgį (pavyzdžiui, azoto oksidų sintezė ultragarsu veikiant vandenyje, kuriame ištirpęs oras). Šių reakcijų mechanizmas iš esmės yra analogiškas radiolizei dujų fazėje.
- Tirpalo grandininės reakcijos, kurias inicijuoja ne radikalūs vandens skilimo produktai, o kita medžiaga, suskilusi kavitacijos burbule (pavyzdžiui, maleino rūgšties izomerizacijos reakcija į fumaro rūgštį, inicijuojama bromo ar alkilbromidų).
- Reakcijos, kuriose dalyvauja makromolekulės (pavyzdžiui, polimero molekulių sunaikinimas ir jo inicijuota polimerizacija).
- Ultragarsinis sprogimo inicijavimas skystuose arba kietuose sprogmenyse (pavyzdžiui, jodo nitride, tetranitrometanas, trinitrotoluenas).
- Garso ir cheminės reakcijos nevandeninėse sistemose. Kai kurios iš šių reakcijų yra sočiųjų angliavandenilių pirolizė ir oksidacija, alifatinių aldehidų ir alkoholių oksidacija, alkilhalogenidų skilimas ir dimerizacija, halogeno darinių reakcijos su metalais (Wurtz reakcija), aromatinių junginių alkilinimas, tioamidų ir tiokarbamatų, sintezinių junginių gamyba. metalo organiniai junginiai, Ulmano reakcija, cikloadidijos reakcijos, halogenų mainų reakcijos, perfluoralkilo junginių gamyba ir reakcijos, karbenų sintezė, nitrilų sintezė ir kt.
Garso chemijos metodai
Garso-cheminėms reakcijoms tirti naudojami šie metodai:
- Atvirkštinis pjezoelektrinis efektas ir magnetostrikcijos efektas, sukuriantis aukšto dažnio garso vibracijas skystyje
- Analitinė chemija, skirta sonocheminių reakcijų produktams tirti
Literatūra
- Margulis M.A. Garso chemijos pagrindai. Cheminės reakcijos akustiniuose laukuose. - M .: Aukštoji mokykla, 1984. - 272 p. – 300 egz.
Wikimedia fondas. 2010 m.
Pažiūrėkite, kas yra „Garso chemija“ kituose žodynuose:
Egzist., sinonimų skaičius: 2 sonochemija (3) chemija (43) ASIS sinonimų žodynas. V.N. Trishin. 2013... Sinonimų žodynas
– „Įvadas į tikrąją fizinę chemiją“. M. V. Lomonosovo rankraštis. 1752 Fizinės chemijos chemijos skyrius ... Vikipedija
Šis terminas turi kitas reikšmes, žr. Chemija (reikšmės). Chemija (iš arabų کيمياء, kuris tikriausiai kilo iš egiptiečių žodžio km.t (juoda), iš kur Egipto pavadinimas, juodas dirvožemis ir švinas "juoda ... ... Vikipedija
APIBRĖŽIMAS
Cheminė reakcija vadinama medžiagų transformacija, kurios metu pasikeičia jų sudėtis ir (ar) struktūra.
Dažniausiai cheminės reakcijos suprantamos kaip pradinių medžiagų (reagentų) pavertimo galutinėmis medžiagomis (produktais) procesas.
Cheminės reakcijos užrašomos naudojant chemines lygtis, kuriose yra pradinių medžiagų ir reakcijos produktų formulės. Pagal masės tvermės dėsnį kiekvieno elemento atomų skaičius kairėje ir dešinėje cheminės lygties pusėse yra vienodas. Paprastai pradinių medžiagų formulės rašomos kairėje lygties pusėje, o sandaugų formulės – dešinėje. Kiekvieno elemento atomų skaičiaus lygybė kairėje ir dešinėje lygties dalyse pasiekiama prieš medžiagų formules pateikiant sveikuosius stechiometrinius koeficientus.
Cheminėse lygtyse gali būti papildomos informacijos apie reakcijos ypatybes: temperatūrą, slėgį, spinduliuotę ir kt., kurią žymi atitinkamas simbolis virš (arba „po“) lygybės ženklo.
Visos cheminės reakcijos gali būti suskirstytos į kelias klases, kurios turi tam tikrų savybių.
Cheminių reakcijų klasifikavimas pagal pradinių ir gaunamų medžiagų skaičių ir sudėtį
Pagal šią klasifikaciją cheminės reakcijos skirstomos į derinimo, skilimo, pakeitimo, mainų reakcijas.
Kaip rezultatas sudėtinės reakcijos iš dviejų ar daugiau (sudėtinių ar paprastų) medžiagų susidaro viena nauja medžiaga. Apskritai tokios cheminės reakcijos lygtis atrodys taip:
Pavyzdžiui:
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
Derinių reakcijos dažniausiai būna egzoterminės, t.y. srautas su šilumos išsiskyrimu. Jeigu reakcijoje dalyvauja paprastos medžiagos, tai tokios reakcijos dažniausiai būna redoksinės (ORD), t.y. atsiranda keičiantis elementų oksidacijos būsenoms. Neįmanoma vienareikšmiškai pasakyti, ar junginio reakcija tarp sudėtingų medžiagų gali būti priskirta OVR.
Reakcijos, kurių metu iš vienos sudėtingos medžiagos susidaro kelios kitos naujos medžiagos (sudėtingos arba paprastos), klasifikuojamos kaip skilimo reakcijos. Apskritai cheminio skilimo reakcijos lygtis atrodys taip:
Pavyzdžiui:
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)
Dauguma skilimo reakcijų vyksta kaitinant (1,4,5). Galimas irimas veikiant elektros srovei (2). Deguonies turinčių rūgščių (1, 3, 4, 5, 7) kristalinių hidratų, rūgščių, bazių ir druskų skaidymas vyksta nekeičiant elementų oksidacijos būsenų, t.y. šios reakcijos netaikomos OVR. OVR skilimo reakcijos apima oksidų, rūgščių ir druskų, sudarytų iš aukštesnės oksidacijos būsenų elementų, skaidymą (6).
Skilimo reakcijos taip pat aptinkamos organinėje chemijoje, tačiau kitais pavadinimais - krekingas (8), dehidrogenavimas (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 pakeitimo reakcijos paprasta medžiaga sąveikauja su sudėtinga, sudarydama naują paprastą ir naują sudėtingą medžiagą. Apskritai cheminės pakeitimo reakcijos lygtis atrodys taip:
Pavyzdžiui:
2Al + Fe 2 O 3 \u003d 2Fe + Al 2 O 3 (1)
Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H2 (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)
Pakeitimo reakcijos dažniausiai yra redokso reakcijos (1–4, 7). Skilimo reakcijų, kuriose oksidacijos būsenos nesikeičia, pavyzdžių yra nedaug (5, 6).
Keitimosi reakcijos vadinamos reakcijos, vykstančios tarp sudėtingų medžiagų, kurių metu jos keičiasi savo sudedamosiomis dalimis. Paprastai šis terminas vartojamas reakcijoms, kurių metu dalyvauja jonai vandeniniame tirpale. Apskritai cheminių mainų reakcijos lygtis atrodys taip:
AB + CD = AD + CB
Pavyzdžiui:
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)
Mainų reakcijos nėra redoksinės reakcijos. Ypatingas šių mainų reakcijų atvejis yra neutralizacijos reakcijos (rūgščių sąveikos su šarmais reakcijos) (2). Mainų reakcijos vyksta ta kryptimi, kur bent viena medžiaga pašalinama iš reakcijos sferos dujinės medžiagos (3), nuosėdų (4, 5) arba mažai disocijuojamo junginio, dažniausiai vandens (1, 2).
Cheminių reakcijų klasifikavimas pagal oksidacijos būsenų pokyčius
Atsižvelgiant į reagentus ir reakcijos produktus sudarančių elementų oksidacijos būsenų pasikeitimą, visos cheminės reakcijos skirstomos į redoksines (1, 2) ir tas, kurios vyksta nekeičiant oksidacijos būsenos (3, 4).
2Mg + CO 2 \u003d 2MgO + C (1)
Mg 0 - 2e \u003d Mg 2+ (reduktorius)
C 4+ + 4e \u003d C 0 (oksidatorius)
FeS 2 + 8HNO 3 (konc.) = Fe(NO 3) 3 + 5NO + 2H 2 SO 4 + 2H 2 O (2)
Fe 2+ -e \u003d Fe 3+ (reduktorius)
N 5+ + 3e \u003d N 2+ (oksidatorius)
AgNO 3 + HCl \u003d AgCl ↓ + HNO 3 (3)
Ca(OH) 2 + H 2 SO 4 = CaSO 4 ↓ + H 2 O (4)
Cheminių reakcijų klasifikavimas pagal terminį poveikį
Priklausomai nuo to, ar reakcijos metu išsiskiria ar absorbuojama šiluma (energija), visos cheminės reakcijos sąlyginai skirstomos atitinkamai į egzo – (1, 2) ir endotermines (3). Reakcijos metu išsiskiriantis arba sugertas šilumos (energijos) kiekis vadinamas reakcijos šiluma. Jei lygtis rodo išsiskiriančios arba sugertos šilumos kiekį, tai tokios lygtys vadinamos termocheminėmis.
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)
Cheminių reakcijų klasifikavimas pagal reakcijos kryptį
Pagal reakcijos kryptį yra grįžtamieji (cheminiai procesai, kurių produktai gali reaguoti tarpusavyje tomis pačiomis sąlygomis, kokiomis jie gaunami, susidarant pradinėms medžiagoms) ir negrįžtamieji (cheminiai procesai, kurių produktai nesugeba reaguoti tarpusavyje susidarant pradinėms medžiagoms ).
Grįžtamosioms reakcijoms bendrosios formos lygtis paprastai rašoma taip:
A + B ↔ AB
Pavyzdžiui:
CH 3 COOH + C 2 H 5 OH ↔ H 3 COOS 2 H 5 + H 2 O
Negrįžtamų reakcijų pavyzdžiai yra šios reakcijos:
2KSlO 3 → 2KSl + ZO 2
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O
Reakcijos negrįžtamumo įrodymas gali būti dujinės medžiagos, nuosėdų arba mažai disociuojančio junginio, dažniausiai vandens, reakcijos produktai.
Cheminių reakcijų klasifikavimas pagal katalizatoriaus buvimą
Šiuo požiūriu skiriamos katalizinės ir nekatalitinės reakcijos.
Katalizatorius yra medžiaga, kuri pagreitina cheminę reakciją. Reakcijos, kuriose dalyvauja katalizatoriai, vadinamos katalizinėmis. Kai kurios reakcijos paprastai neįmanomos be katalizatoriaus:
2H 2 O 2 \u003d 2H 2 O + O 2 (MnO 2 katalizatorius)
Dažnai vienas iš reakcijos produktų yra katalizatorius, kuris pagreitina šią reakciją (autokatalizinės reakcijos):
MeO + 2HF \u003d MeF 2 + H 2 O, kur Me yra metalas.
Problemų sprendimo pavyzdžiai
1 PAVYZDYS