Здрава химия. Звукова химия Реакция на бертолетова сол и сладкиши

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Химическа реакциясе наричат ​​трансформации на вещества, при които настъпва 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).

Химични реакциисе записват с химични уравнения, съдържащи формулите на изходните вещества и реакционните продукти. Според закона за запазване на масата броят на атомите на всеки елемент от 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 от лявата и дясната страна 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 и обмен.

В резултат на това съединения реакцииот две или повече (сложни или прости) вещества се образува едно ново вещество. IN общ изгледУравнението за такава химична реакция ще изглежда така:

Например:

CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2

SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4

2Mg + O 2 = 2MgO.

2FeCl 2 + Cl 2 = 2FeCl 3

Реакциите на съединението в повечето случаи са екзотермични, т.е. продължете с отделянето на топлина. Ако в реакцията участват прости вещества, тогава такива реакции най-често са окислително-редукционни реакции (ORR), т.е. възникват при промени в степента на окисление на елементите. Невъзможно е да се каже недвусмислено дали реакцията на съединение между сложни вещества ще бъде класифицирана като ORR.

Реакциите, които водят до образуването на няколко други нови вещества (сложни или прости) от едно сложно вещество, се класифицират като реакции на разлагане. Най-общо уравнението за химическата реакция на разлагане ще изглежда така:

Например:

CaCO 3 CaO + CO 2 (1)

2H 2 O = 2H 2 + O 2 (2)

CuSO 4 × 5H 2 O = CuSO 4 + 5H 2 O (3)

Cu(OH) 2 = CuO + H 2 O (4)

H 2 SiO 3 = SiO 2 + H 2 O (5)

2SO 3 =2SO 2 + O 2 (6)

(NH 4) 2 Cr 2 O 7 = Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O (7)

Повечето реакции на разлагане протичат при нагряване (1,4,5). Възможно разлагане поради експозиция 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 са свързани с ODD. Реакциите на разлагане на ORR включват разлагане на оксиди, киселини и соли, образувани от елементи в по-високи степени на окисление (6).

Реакциите на разлагане протичат и в органична химия, но под други имена - крекинг (8), дехидрогениране (9):

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

C 4 H 10 = C 4 H 6 + 2H 2 (9)

При реакции на заместванепросто вещество взаимодейства със сложно вещество, образувайки ново просто и ново сложно вещество. Най-общо уравнението за реакция на химично заместване ще изглежда така:

Например:

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

Zn + 2HCl = ZnСl 2 + H 2 (2)

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

2КlO 3 + l 2 = 2KlO 3 + Сl 2 (4)

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

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

CH 4 + Cl 2 = CH 3 Cl + HCl (7)

Повечето реакции на заместване са редокс (1 – 4, 7). Примерите за реакции на разлагане, при които не настъпва промяна в степента на окисление, са малко (5, 6).

Обменни реакцииса реакции, протичащи между сложни вещества, при които те обменят своите съставни части. Обикновено този термин се използва за реакции, включващи йони, открити в воден разтвор. Най-общо уравнението за реакция на химичен обмен ще изглежда така:

AB + CD = AD + CB

Например:

CuO + 2HCl = CuCl 2 + H 2 O (1)

NaOH + HCl = NaCl + H 2 O (2)

NaHCO 3 + HCl = NaCl + H 2 O + CO 2 (3)

AgNO 3 + KBr = AgBr ↓ + KNO 3 (4)

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

Обменните реакции не са редокс. Специален случай на тези обменни реакции е реакцията на неутрализация (реакцията 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 степента на окисление

В зависимост от промяната в степента на окисление на елементите, които съставляват реагентите и реакционните продукти, всички химични реакции се разделят на окислително-възстановителни реакции (1, 2) и такива, протичащи без промяна на степента на окисление (3, 4).

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

Mg 0 – 2e = Mg 2+ (редуциращ агент)

C 4+ + 4e = C 0 (окислител)

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

Fe 2+ -e = Fe 3+ (редуциращ агент)

N 5+ +3e = N 2+ (окислител)

AgNO 3 +HCl = 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 по време на реакцията се отделя или поглъща топлина (енергия), всички химични реакции условно се разделят съответно на екзотермични (1, 2) и ендотермични (3). Количеството топлина (енергия), освободено или погълнато по време на реакция, се нарича топлинен ефект на реакцията. Ако уравнението показва количеството отделена или погълната топлина, тогава такива уравнения се наричат ​​термохимични.

N 2 + 3H 2 = 2NH 3 +46,2 kJ (1)

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

N 2 + O 2 = 2NO – 90,4 kJ (3)

Класификация на химичните реакции според посоката на реакцията

Въз основа на посоката на реакцията се прави разлика между обратими (химични процеси, чиито продукти са способни да реагират един с друг при същите условия, при които са получени, за да образуват изходните вещества) и необратими (химични процеси, чиито продукти не са способни да реагират едно с друго, за да образуват изходните 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 COOC 2 H 5 + H 2 O

Примерите за необратими реакции включват следните реакции:

2КlО 3 → 2Кl + ЗО 2

C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O

Доказателство за необратимостта на реакцията може да бъде отделянето на газообразно вещество, утайка или слабо дисоцииращо съединение, най-често вода, като продукти на реакцията.

Класификация на химичните реакции според наличието на катализатор

От тази гледна точка се разграничават каталитични и некаталитични реакции.

Катализаторът е вещество, което ускорява хода на химична реакция. Реакциите, протичащи с участието на катализатори, се наричат ​​каталитични. Някои реакции изобщо не могат да протичат без наличието на катализатор:

2H 2 O 2 = 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 = MeF 2 + H 2 O, където Me е метал.

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

Газът метан е по-лек от въздуха, така че пяната, която създава, 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 ясно се вижда от човешкото окосветят. Червената кръвна сол тук действа като катализатор - същата роля, между другото, може да играе и хемоглобинът, в резултат на което описаната реакция се използва широко в криминологията за откриване на следи от кръв.

Източник: Научно шоу на професор Николас

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, падаща от малка височина, ще го разкъса на парчета.

Източник: Вече не са 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 ще започне веднага. Придружава се от освобождаването на молекулярен кислород, който идеално насърчава образуването на различни пени.

Източник: Fishki.net

5. Желязо + меден сулфат

Една от първите реакции, изучавани в руски курс по химия: в резултат на заместването 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: именно тя помага да се появи сапунената наденица, когато падне на масата.

Източник: Trinixy

7. Изгаряне на литий

Литият е един от алкалните метали, с право считан за най-активен сред всички други метали. Той не гори толкова интензивно, колкото неговите братя 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 въглища). Освободената газообразна вода разпенва въглищата, което ни кара да видим заплашителна черна колона.

Източник: Fishki.net

9. Кварцово стъкло

За разлика от стандартното прозоречно стъкло, кварцът е по-устойчив на високи температури: няма да "тече" на обикновена газова горелка. Ето защо кварцовите тръби се запояват на кислородни горелки, които осигуряват повече висока температурапламък.

Източник: Global Research

10. Флуоресцеин

Във воден разтвор, когато е изложен на ултравиолетово лъчение, зеленото багрило флуоресцеин излъчва светлина във видимия диапазон - това явление се нарича флуоресценция.

Източник: Thoisoi

11. Мълния в цилиндъра

Реакцията между въглероден сулфид и азотен оксид (I) е не само придружена от ярка бяла светкавица, напомняща кълбовидна мълния, но също така се характеризира със забавен звук, поради който получи популярното си име - „лаещо куче“. те се опитват да представят това вещество като благороден метал.

Предговор
Въведение
§ 1. Предмет на звуковата химия
§ 2. Есе за развитието на звуковата химия
§ 3. Експериментални методи на звуковата химия
Глава 1. Звуково поле и ултразвукова кавитация
§ 4. Акустично поле и величини, които го характеризират (основни понятия)
§ 5. Акустична кавитация в течности
§ 6. Кавитационни ядра в течности
§ 7. Пулсация и колапс на кавитационни мехурчета
§ 8. Динамика на развитие на кавитационния регион
Глава 2. Експериментални и теоретични изследвания на сонохимични реакции и соиолуминесценция
§ 9. Влияние на различни фактори върху хода на звукохимичните реакции и соиолуминесценцията
§ 10. Колуминесценция в различни течности
§ 11. Физични процеси, водещи до възникване на звукохимични реакции и соиолуминесценция
§ 12. Спектрални изследвания на колуминесценция
§ 13. Първични и вторични елементарни процеси в кавитационен мехур
§ 14. Класификация на ултразвукови химични реакции
§ 15. За механизма на влияние на газовете и протичането на звукохимични реакции
§ 16. Акустични полета с ниски интензитети
§ 17. Нискочестотни акустични полета
Глава 3. Енергия на звуково-химични реакции и физико-химични процеси, причинени от кавитация
§ 18. Основните начини за преобразуване на енергията на акустичните вибрации
§ 19. Химико-акустичен добив на реакционни продукти (добив на енергия)
§ 20. Първоначални химико-акустични добиви на ултразвукови продукти за разделяне на вода
§ 21. Енергиен добив на соиолуминесценция
§ 22. Зависимост на скоростта на звукохимичните реакции от интензивността на ултра звукови вълни
§ 23. Зависимостта на скоростта на физичните и химичните процеси, причинени от кавитация, от интензитета на ултразвуковите вълни
§ 24. Общи количествени закони
§ 25. За връзката между енергийните изходи на звукохимичните реакции и сонолуминесценцията
Глава 4. Кинетика на ултразвукови химични реакции
§ 26. Стационарно състояние за концентрацията на радикалите, осреднена за периода на колебание и обема (първо приближение)
§ 27. Промяна в концентрацията на радикали, осреднени по обем (второ приближение)
§ 28. Кавитационно-дифузионен модел на пространствено-времевото разпределение на радикалите (трето приближение)
§ 29. Мястото на енергията на ултразвуковата вълна сред другите физически методи за въздействие върху материята
§ 30. Характеристики на разпространение на топлина от кавитационен мехур
Глава 5. Звукова химия на вода и водни разтвори
§ 31. Основни характеристики на получените експериментални резултати
§ 32. Сонолиза на разтвори на хлороцетна киселина. За появата на хидратирани електрони в полето на ултразвукови вълни
§ 33. Окисляване на железен (II) сулфат в полето на ултразвукови вълни
§ 34. Редукция на цериев (IV) сулфат в полето на ултразвукови вълни
§ 35. Синтез на водороден пероксид по време на сонолиза на вода и водни разтвори на формиати
§ 36. Изчисляване на началните химико-акустични мощности
§ 37. Звукохимични реакции във вода и водни разтвори в азотна атмосфера
§ 38. Иницииране чрез ултразвукови вълни на верижна реакция на стереоизомеризация на етилен-1,2-дикарбоксилна киселина и нейните естери
Заключение. Перспективи за използване на ултразвукови вълни в науката, технологиите и медицината
Литература
Предметен индекс

Здрава химия

Звукова химия (сонохимия)- дял от химията, който изучава взаимодействието на мощни акустични вълни и произтичащите от тях химични и физикохимични ефекти. Звуковата химия изучава кинетиката и механизма на звуковите химични 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 въздействието на звук, емулгиране и други колоидни химични процеси.

Сонохимията се фокусира върху изучаването на химични реакции, протичащи под въздействието 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 диапазон и инфразвуковия диапазон.

Звуковата химия изучава процесите на кавитация.

История на сонохимията

Влиянието на звуковите вълни върху хода на химичните процеси е открито за първи път през 1927 г. от Ричард и Лумис, които откриват, че под въздействието на ултразвук калиевият йодид се разлага във воден разтвор с отделяне на йод. Впоследствие бяха открити следните сонохимични 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
• образуване на радикали по време на взаимодействието на вода и въглероден тетрахлорид
• димеризация и олигомеризация на органосилициеви и органокалаени съединения

Класификация на звукохимичните реакции

В зависимост от механизма на първични и вторични елементарни процеси, звуково-химичните реакции могат да бъдат разделени на следните класове:

1. Редокс реакции във вода, които се случват в течната фаза между разтворени вещества и продукти от ултразвуково разделяне на водни молекули, които възникват в кавитационен балон и преминават в разтвор (механизмът на действие на ултразвука е индиректен и в много отношения е подобен на радиолиза на водни системи).
2. Реакции вътре в мехур 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 в много отношения подобен на радиолизата в газовата фаза.
3. Верижни реакции в разтвор, инициирани не от радикални продукти на разделяне на водата, а от друго вещество, разделящо се в кавитационен мехур (например реакцията на изомеризация на малеинова киселина във фумарова киселина, инициирана от бром или алкилбромиди).
4. Реакции, включващи макромолекули (например разрушаване на полимерни молекули и полимеризация, инициирана от тях).
5. Иницииране на експлозия чрез ултразвук в течни или твърди експлозиви (например йоден нитрид, тетранитрометан, тринитротолуен).
6. Звукохимични реакции в неводни системи. Някои от тези реакции са: пиролиза и окисление на наситени въглеводороди, окисляване на алифатни алдехиди и алкохоли, разцепване и димеризация на алкил халогениди, реакции на халогенни производни с метали (реакция на Wurtz), алкилиране на ароматни съединения, получаване на тиоамиди и тиокарбамати, синтез на органометални съединения, реакция на Улман, реакции на циклоприсъединяване, реакции на халогенен обмен, получаване и реакции на перфлуороалкилови съединения, синтези на карбени, синтези 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: Съществително име, брой синоними: 2 сонохимия (3) химия (43) ASIS Речник на синонимите. 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, вероятно произлизаща от египетската дума km.t (черен), от която произлиза и името на Египет, черноземът и оловото „черно“... ... Wikipedia

Невероятни факти Молекулярен материал в нашияежедневието

толкова предсказуеми, че често забравяме какви удивителни неща могат да се случат с основните елементи.

Дори в телата ни протичат много удивителни химични реакции.

Химични реакции

Ето няколко забавни и впечатляващи химични и физични реакции под формата на GIF, които ще ви напомнят за вашия час по химия.

1. "Змията на фараона" - разлагане на живачен тиоцианат Изгарянето на живачен тиоцианат води до неговото разлагане на три другихимикали

. 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 бертолитова сол. Топлината, генерирана от фосфора, разлага бертолитовата сол и освобождава кислород в процеса. Кислородът се комбинира със сярата, за да произведе краткотрайния пламък, който използваме, за да запалим свещ, например.

Водородният газ е по-лек от въздуха и може да се възпламени от пламък или искра, което води до грандиозна експлозия. Ето защо хелий сега се използва по-често, отколкото водород за пълнене на балони.

4. Живак + алуминий

Живакът прониква защитен слойоксид (ръжда) на алуминия, което го кара да ръждясва много по-бързо.

Примери за химични реакции

5. Змийска отрова + кръв

Една капка отрова от усойница, капната в петриево блюдо с 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 разтвор, превръщайки се меден сулфатв железен сулфат. Чистата мед се събира върху желязо.

7. Запалване на газов съд

8. Таблетка хлор + спирт в затворена бутилка

Реакцията води до повишаване на налягането и завършва с разкъсване на контейнера.

9. Полимеризация на р-нитроанилин

На гифката добавете няколко капки концентрирана сярна киселина 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 превръща 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. Газ радон 220 се инжектира в камерата за мъгла

V-образните следи се причиняват от две алфа частици (ядра хелий-4), които се освобождават, когато радонът се разпада на полоний и след това на олово.

Домашни химически опити

15. Хидрогелни топчета и цветна вода

IN в този случайдейства дифузия. Хидрогелът е полимерна гранула, която много добре абсорбира водата.

16. Ацетон + пенополистирол

Пяната е направена от експандиран полистирол, който, когато се разтвори в ацетон, освобождава въздух в пяната, което прави да изглежда така, сякаш разтваряте голям бройматериал в малко количество течност.

17. Сух лед + препарат за съдове

Сухият лед, поставен във вода, създава облак, а препаратът за съдове във водата улавя въглеродния диоксид и водните пари под 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.

Сапунът за съдове отслабва химическите връзки, които държат протеините и мазнините в разтвор. Молекулите на мазнините се объркват, докато молекулите на сапуна се втурват, за да се комбинират с молекулите на мазнините, докато разтворът се смеси равномерно.

19. "Паста за зъби на слон"

Мая и топла водаизсипва се в съд с перилен препарат, водороден прекис и хранителни оцветители. Маята действа като катализатор за освобождаването на кислород от водородния прекис, създавайки много мехурчета. Резултатът е екзотермична реакция с образуване на пяна и отделяне на топлина.

Химически експерименти (видео)

20. Изгаря крушка

Волфрамовата нишка се скъсва, причинявайки електрическо късо съединение, което кара нишката да свети.

21. Феромагнитна течност в стъклен буркан

Феромагнитна течност е течност, която става силно магнетизирана в присъствието на магнитно поле. Използва се в твърдите дискове и машиностроенето.

Друга феромагнитна течност.

22. Йод + алуминий

Окисляването на фино раздробен 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, той може да се счупи.