Predgovor
Uvod
§ 1. Predmet hemije zvuka
§ 2. Esej o razvoju hemije zvuka
§ 3. Eksperimentalne metode hemije zvuka
Poglavlje 1. Zvučno polje i ultrazvučna kavitacija
§ 4. Akustičko polje i veličine koje ga karakterišu (osnovni pojmovi)
§ 5. Akustična kavitacija u tečnostima
§ 6. Jezgra kavitacije u tečnostima
§ 7. Pulsiranje i kolaps kavitacionih mehurića
§ 8. Dinamika razvoja kavitacionog područja
Poglavlje 2. Eksperimentalna i teorijska proučavanja sonohemijskih reakcija i soioluminiscencije
§ 9. Uticaj različitih faktora na tok zvučno-hemijskih reakcija i soioluminiscencije
§ 10. Koluminiscencija u raznim tečnostima
§ 11. Fizički procesi koji dovode do pojave zvučno-hemijskih reakcija i soioluminiscencije
§ 12. Spektralne studije koluminiscencije
§ 13. Primarni i sekundarni elementarni procesi u kavitacionom mehuru
§ 14. Klasifikacija ultrazvučnih hemijskih reakcija
§ 15. O mehanizmu uticaja gasova i nastanku zvučno-hemijskih reakcija
§ 16. Akustična polja niskog intenziteta
§ 17. Niskofrekventna akustična polja
Poglavlje 3. Energija zvučno-hemijskih reakcija i fizičko-hemijskih procesa uzrokovanih kavitacijom
§ 18. Glavni načini pretvaranja energije akustičnih vibracija
§ 19. Hemijsko-akustički prinos produkta reakcije (energetski prinos)
§ 20. Početni hemijsko-akustički prinosi proizvoda ultrazvučnog cijepanja vode
§ 21. Energetski prinos soioluminiscencije
§ 22. Zavisnost brzine zvučno-hemijskih reakcija od intenziteta ultrazvučnih talasa
§ 23. Zavisnost brzine fizičkih i hemijskih procesa uzrokovanih kavitacijom od intenziteta ultrazvučnih talasa
§ 24. Opšti kvantitativni zakoni
§ 25. O odnosu između izlazne energije zvučno-hemijskih reakcija i sonoluminiscencije
Poglavlje 4. Kinetika ultrazvučnih hemijskih reakcija
§ 26. Stacionarno stanje za koncentraciju radikala usrednjenu za period oscilovanja i zapreminu (prva aproksimacija)
§ 27. Promjena koncentracije radikala u prosjeku po zapremini (druga aproksimacija)
§ 28. Kavitaciono-difuzijski model prostorno-vremenske raspodjele radikala (treća aproksimacija)
§ 29. Mesto energije ultrazvučnog talasa među ostalim fizičkim metodama uticaja na materiju
§ 30. Osobine širenja toplote iz kavitacionog mjehura
Poglavlje 5. Zvučna hemija vode i vodenih rastvora
§ 31. Glavne karakteristike dobijenih eksperimentalnih rezultata
§ 32. Sonoliza rastvora hlorsirćetne kiseline. O nastanku hidratiziranih elektrona u polju ultrazvučnih valova
§ 33. Oksidacija gvožđe(II) sulfata u polju ultrazvučnih talasa
§ 34. Redukcija cerijum (IV) sulfata u polju ultrazvučnih talasa
§ 35. Sinteza vodonik peroksida pri sonolizi vode i vodenih rastvora formata
§ 36. Proračun vrijednosti početnih hemijsko-akustičkih izlaza
§ 37. Zvučno-hemijske reakcije u vodi i vodenim rastvorima u atmosferi azota
§ 38. Pokretanje ultrazvučnim talasima lančane reakcije stereoizomerizacije etilen-1,2-dikarboksilne kiseline i njenih estera
Zaključak. Izgledi za upotrebu ultrazvučnih talasa u nauci, tehnologiji i medicini
Književnost
Predmetni indeks
Sonohemija je upotreba ultrazvuka u hemijskim reakcijama i procesima. Mehanizam koji izaziva zvučno-hemijske efekte u tečnostima je fenomen akustične kavitacije.
Ultrazvučni laboratorijski i industrijski uređaji iz Hielschera koriste se u širokom spektru zvučnih kemijskih procesa.
Zvučno-hemijske reakcije
Sljedeći sonohemijski efekti se mogu uočiti u hemijskim reakcijama i procesima:
- Povećana brzina reakcije
- Povećanje prinosa reakcije
- Efikasnije korišćenje energije
- Zvučno-hemijske metode za prelazak s jedne reakcije na drugu
- Poboljšanje katalizatora faznog prijenosa
- Eliminacija katalizatora faznog prijenosa
- Upotreba nerafiniranih ili tehničkih reagensa
- Aktivacija metala i čvrstih materija
- Povećanje reaktivnosti reagensa ili katalizatora ()
- Poboljšana sinteza čestica
- Oblaganje nanočestica
Ultrazvučna kavitacija u tečnostima
Kavitacija znači „formiranje, rast i eksplozivno uništavanje mjehurića u tekućini. Kavitacijska eksplozija proizvodi intenzivno lokalno zagrijavanje (~5000 K), visoki pritisak (~1000 atm) i enormne brzine grijanja/hlađenja (>109 K/sec) i strujanja mlaza tekućine (~400 km/h).“
Kavitacijski mjehurići su vakuumski mjehurići. Vakuum se stvara brzom površinom s jedne strane i inertnom tekućinom s druge strane. Rezultirajuća razlika pritiska služi za prevazilaženje adhezionih sila u fluidu. Kavitacija se može postići na različite načine, kao što su Venturi mlaznice, mlaznice visokog pritiska, velike brzine rotacije ili ultrazvučni senzori. U svim ovim sistemima ulazna energija se pretvara u trenje, turbulenciju, talase i kavitaciju. Dio dolazne energije koji se pretvara u kavitaciju ovisi o nekoliko faktora koji karakteriziraju kretanje opreme koja stvara kavitaciju u tekućini.
Intenzitet ubrzanja je jedan od najvažnijih faktora koji utiče na efikasnost transformacije energije u kavitaciju. Veće ubrzanje stvara veći pad pritiska, što zauzvrat povećava vjerovatnoću stvaranja vakuumskih mjehurića umjesto stvaranja valova koji se šire kroz tekućinu. Dakle, što je veće ubrzanje, veći je udio energije koja se pretvara u kavitaciju. U slučaju ultrazvučnih senzora, intenzitet ubrzanja karakterizira amplituda vibracija. Veće amplitude rezultiraju efikasnijim stvaranjem kavitacije. Industrijski uređaji kompanije Hielscher Ultrasonics mogu proizvesti amplitude do 115 µm. Ove velike amplitude omogućavaju visok omjer prijenosa snage, što zauzvrat omogućava veliku gustoću energije do 100 W/cm³.
Osim intenziteta, fluid mora biti ubrzan kako bi se stvorili minimalni gubici u smislu turbulencije, trenja i formiranja valova. Za to bi optimalna ruta bila jednosmjerni smjer kretanja. Ultrazvuk se koristi zbog svojih sljedećih djelovanja:
- priprema aktiviranih metala redukcijom soli metala
- stvaranje aktiviranih metala ultrazvukom
- sonohemijska sinteza čestica taloženjem metalnih oksida (Fe, Cr, Mn, Co), na primjer, za upotrebu kao katalizatori
- impregnacija metala ili metalnih halogenida na podloge
- priprema rastvora aktivnih metala
- reakcije koje uključuju metale kroz lokalno stvaranje organskih tvari
- reakcije koje uključuju nemetalne čvrste tvari
- kristalizacija i taloženje metala, legura, zeolita i drugih čvrstih materija
- promjena u površinskoj morfologiji i veličini čestica kao rezultat sudara velikih brzina između čestica
- formiranje amorfnih nanostrukturiranih materijala, uključujući prelazne metale velike površine, legure, karbide, okside i koloide
- grublje kristala
- izravnavanje i uklanjanje pasivizirajućih oksidnih premaza
- mikromanipulacija (razdvajanje na frakcije) malih čestica
- priprema koloida (Ag, Au, CdS veličine Q)
- uključivanje molekula gostiju u čvrste materije sa anorganskim slojem
- sonohemija polimera
- degradacija i modifikacija polimera
- sinteza polimera
- sonoliza organskih zagađivača u vodi
Zvučna hemijska oprema
Većina spomenutih sonohemijskih procesa može se prilagoditi direktnom toku. Rado ćemo vam pomoći u odabiru sonohemijske opreme za vaše potrebe. Za istraživanje i ispitivanje procesa preporučujemo korištenje naših laboratorijskih instrumenata ili uređaja
Gas metan je lakši od zraka, pa se pjena koju stvara lako diže do plafona. 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, uočava se sjaj jasno vidljiv ljudskom oku. Crvena krvna sol ovdje djeluje kao katalizator - istu ulogu, inače, može odigrati hemoglobin, 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 koja padne s male visine rastrgati na komadiće.
Izvor: Nisu više djeca
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, koji savršeno potiče stvaranje 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 pahuljica. 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: upravo to pomaže da se sapunska kobasica pojavi na stolu.
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 njegova braća natrijum i kalijum, ali je lako uočiti 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 ugalj). Otpuštena gasovita voda pjeni ugalj, zbog čega 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 običnom plinskom plameniku. Zbog toga se kvarcne cijevi lemljuju na gorionike kisika, koji osiguravaju veću temperaturu plamena.
Izvor: Global Research
10. Fluorescein
U vodenom rastvoru, kada je izložena ultraljubičastom zračenju, zelena boja fluorescein emituje svetlost u vidljivom opsegu - ovaj fenomen se naziva fluorescencija.
Izvor: Thoisoi
11. Munja u cilindru
Reakcija između ugljičnog sulfida i dušikovog oksida (I) ne samo da je praćena blistavim bijelim bljeskom, koji podsjeća na kugličnu munju, već je karakterizira i smiješan zvuk, zbog čega je i dobio svoj popularni naziv - "pas koji laje". oni pokušavaju da odaju ovu supstancu kao plemeniti metal .
Konačni rezultat reakcija transformacije eksploziva obično se izražava jednadžbom koja povezuje kemijsku formulu početnog eksploziva ili njegov sastav (u slučaju eksplozivne smjese) sa sastavom konačnih produkata eksplozije.
Poznavanje jednačine hemijske transformacije tokom eksplozije je važno sa dva aspekta. S jedne strane, pomoću ove jednadžbe moguće je izračunati toplinu i volumen plinovitih produkata eksplozije, a samim tim i temperaturu, tlak i druge parametre. S druge strane, sastav produkata eksplozije je od posebnog značaja kada su u pitanju eksplozivi namijenjeni miniranju u podzemnim rudnicima (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, jer produkti eksplozije na visokim temperaturama mogu sadržavati atome i slobodne radikale (aktivne čestice), koji se nakon hlađenja ne mogu otkriti.
Organski eksplozivi se obično sastoje od ugljika, vodika, kisika i dušika. Shodno tome, 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 eksploziv sadrži sumpor ili hlor, onda proizvodi eksplozije mogu sadržavati SO 2, H 2 S, HCl i Cl 2, respektivno. Ako eksplozivni sastav sadrži metale, na primjer, aluminijum ili neke soli (na primjer, amonijum nitrat NH 4 NO 3, barijum nitrat Ba(NO 3) 2; hlorati - barijum hlorat Ba(ClO 3) 2, kalijum hlorat KClO 3 ; perhlorati - amonijum NHClO 4 itd.) proizvodi eksplozije sadrže okside, na primer Al 2 O 3, karbonate, na primer, barijum karbonat BaCO 3, kalijum karbonat K 2 CO 3, bikarbonate (KHCO 3), cijanide (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 zavisi od ravnoteže kiseonika u eksplozivnoj kompoziciji.
Balans kisika karakterizira odnos između sadržaja zapaljivih elemenata i kisika u eksplozivu.
Balans kisika se obično izračunava kao razlika između masene količine kisika sadržanog u eksplozivu i količine kisika potrebne za potpunu oksidaciju zapaljivih elemenata uključenih u njegov sastav. Obračun se vrši na 100 g eksploziva, prema kojem se balans kisika izražava u postocima. Snabdijevanje sastava kisikom karakterizira ravnoteža kisika (OB) ili koeficijent kisika a k, 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 dovoljno kisika da potpuno oksidira njegove sastavne zapaljive elemente, tada je njegov balans kisika nula. Ako postoji višak, CB je pozitivan; ako postoji nedostatak kiseonika, CB je negativan. Balans kiseonika eksploziva odgovara CB – 0; a k = 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, redom, C, H, N i O u hemijskoj formuli eksploziva; 12, 1, 14, 16 – atomske mase ugljika, vodonika, 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 da potpuno oksidira komponente do viših oksida i ugljik se djelomično oksidira u CO (ali svi eksplozivi se pretvaraju u plinove).
III. Eksplozivi sa negativnim balansom kiseonika, ali nema dovoljno kiseonika za pretvaranje svih zapaljivih komponenti u gasove (proizvodi eksplozije sadrže elementarni ugljenik).
4.4.1. Proračun sastava eksplozivnih produkata raspadanja eksploziva
sa pozitivnim balansom kiseonika (I grupa BB)
Prilikom sastavljanja jednadžbi za reakcije eksplozije eksploziva s pozitivnim balansom kisika, rukovode se sljedećim principima: ugljik se oksidira u ugljični dioksid CO 2, vodik u vodu H 2 O, dušik i višak kisika se oslobađaju u elementarnom obliku (N 2, O 2).
Na primjer.
1. Sastaviti jednačinu reakcije (odrediti sastav produkata eksplozije) za eksplozivnu razgradnju pojedinačnog eksploziva.
Nitroglicerin: C 3 H 5 (ONO 2) 3, M = 227.
Određujemo ravnotežu kisika za nitroglicerin:
KB > 0, pišemo jednačinu reakcije:
C 3 H 5 (ONO 2) 3 = 3CO 2 + 2,5 H 2 O + 0,25 O 2 + 1,5 N 2.
Pored glavne reakcije javljaju 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 pošto je KB = 3,5 (mnogo više od nule), reakcije se pomeraju ka stvaranju CO 2, H 2 O, N 2, pa je udeo gasova CO, H 2 i NO u eksplozivnim produktima raspadanja beznačajan i može biti zanemaren.
2. Napravite jednačinu za reakciju eksplozivnog raspadanja miješanog 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: izračunati količinu svakog od kemijskih elemenata sadržanih u 1 kg smjese i izraziti je u molovima. Zatim kreiraju konvencionalnu hemijsku formulu za 1 kg miješanog eksploziva, po izgledu slična kemijskoj formuli za pojedinačni eksploziv, a zatim izvode proračun na sličan način kao u gornjem primjeru.
Ako mješoviti eksploziv sadrži aluminij, tada jednačine za određivanje vrijednosti KB i α k imaju sljedeći oblik:
,
,
gdje je e broj atoma aluminija u uvjetnoj formuli.
Rješenje.
1. Izračunajte elementarni sastav 1 kg amonala i zapišite njegovu konvencionalnu hemijsku formulu
%.
2. Zapisujemo jednačinu reakcije za razgradnju amonala:
C 4,6 H 43,3 N 20 O 34 Al 1,85 = 4,6CO 2 + 21,65H 2 O + 0,925Al 2 O 3 + 10N 2 + 0,2O 2.
4.4.2. Proračun sastava eksplozivnih produkata raspadanja eksploziva
sa negativnim balansom kiseonika (II grupa BB)
Kao što je ranije napomenuto, pri sastavljanju reakcijskih jednačina za eksplozivnu razgradnju eksploziva druge grupe potrebno je uzeti u obzir sljedeće karakteristike: vodik se oksidira u H 2 O, ugljik se oksidira u CO, preostali kisik oksidira dio od CO u CO 2 i dušik se oslobađa u obliku N 2.
primjer: Napravite jednačinu za reakciju eksplozivne razgradnje pentaeritritol tetranitrata (PETN) C(CH 2 ONO 2) 4 Mthena = 316. Balans kiseonika je –10,1%.
Iz hemijske formule PETN-a jasno je da nema dovoljno kiseonika do potpune oksidacije vodonika i ugljenika (za 8 vodonika potrebno je 4 at. kiseonika da se pretvori u H 2 O = 4H 2 O) (za 5 at. ugljenik, 10 at. u CO 2 = 5CO 2) ukupno potrebno 4 + 10 = 14 at. kiseonik, a ima samo 12 atoma.
1. Sastavljamo jednačinu reakcije za razgradnju PETN-a:
C(CH 2 ONO 2) 4 = 5CO + 4H 2 O + 1,5O 2 + 2N 2 = 4H 2 O + 2CO + 3CO 2 + 2N 2.
Za određivanje vrijednosti koeficijenata CO i CO 2:
5CO + 1,5O 2 = xCO + yCO 2,
x + y = n – zbir atoma ugljika,
x + 2u = m – zbir atoma kiseonika,
X + y = 5 x = 5 – y
x + 2y = 8 ili x = 8 – 2y
ili 5 – y = 8 – 2y; y = 8 – 5 = 3; x = 5 – 3 = 2.
To. koeficijent za CO x = 2; kod CO 2 y = 3, tj.
5CO + 1,5 O 2 = 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).
Predstavimo jednadžbu reakcije za eksplozivnu razgradnju PETN-a u obliku:
C(CH 2 ONO 2) 4 = uH 2 O + xCO + yCO 2 + zH 2 + 2N 2.
Eksplozivna temperatura grijaćeg elementa je približno 4000 0 K.
Prema tome, konstanta ravnoteže vodene pare je:
.
Pišemo i rješavamo sistem jednačina:
,
x + y = 5 (vidi gore) – broj atoma ugljika;
2z + 2u = 8 – broj atoma vodonika;
x + 2y + u = 12 – 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 + y + 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 je jasno da je greška u određivanju sastava i količine eksplozivnih produkata raspadanja aproksimativnom metodom beznačajna.
4.4.3. Izrada jednadžbi reakcija za eksplozivnu razgradnju eksploziva
sa negativnim CB (grupa III)
Prilikom pisanja jednadžbi reakcije za razgradnju eksploziva za treću grupu eksploziva, morate se pridržavati sljedećeg redoslijeda:
1. odredi svoj CB po hemijskoj formuli eksploziva;
2. oksidirati vodonik u H 2 O;
3. oksidirati ugljenik ostacima kisika u CO;
4. upisati preostale produkte reakcije, posebno C, N, itd.;
5. provjerite kvote.
Primjer : Napravite jednačinu za reakciju eksplozivnog raspada trinitrotoluena (TNT, 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 ugljenika i vodonika: za potpunu oksidaciju vodonika potrebno je 2,5 atoma kiseonika, za nepotpunu oksidaciju ugljenika potrebno je 7 atoma (samo 9,5 u poređenju sa postojećih 6 atoma). U ovom slučaju, jednadžba reakcije za razgradnju TNT-a ima oblik:
C 6 H 2 (NO 2) 3 CH 3 = 2,5 H 2 O + 3,5 CO + 3,5 C + 1,5 N 2.
Sekundarne reakcije:
H 2 O + CO CO 2 + H 2;
Nevjerovatne činjenice
Molekularni materijal je toliko predvidljiv u našem svakodnevnom životu da često zaboravljamo koje se nevjerovatne stvari mogu dogoditi s osnovnim elementima.
Čak iu našim tijelima dešavaju se mnoge nevjerovatne kemijske reakcije.
Evo nekoliko zabavnih i impresivnih kemijskih i fizičkih reakcija u GIF obliku koje će vas podsjetiti na vaš čas hemije.
Hemijske reakcije
1. "Faraonova zmija" - razgradnja živinog tiocijanata
Spaljivanje živinog tiocijanata uzrokuje njegovo razlaganje na tri druge kemikalije. Ove tri hemikalije se zauzvrat raspadaju u još tri supstance, uzrokujući da se ogromna "zmija" razvije.
2. Gori šibica
Glava šibice sadrži crveni fosfor, sumpor i so bertolita. Toplina koju stvara fosfor razgrađuje so bertolita i pri tom oslobađa kisik. 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. Zbog toga se sada češće koristi helijum nego vodonik 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 ispuštena u petrijevu posudu s krvlju uzrokuje da se ona sklupča u gustu grudu čvrste materije. 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 plinske posude
8. Tableta hlora + alkohol za trljanje u zatvorenoj boci
Reakcija dovodi do povećanja tlaka i završava pucanjem posude.
9. Polimerizacija p-nitroanilina
Na gifku se dodaje nekoliko kapi koncentrirane sumporne kiseline u pola kašičice 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 pretvara 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 se ubrizgava u komoru za maglu
Tragove u obliku slova V uzrokuju dvije alfa čestice (jezgra helijuma-4) koje se oslobađaju kada se radon raspadne u polonij, a zatim olovo.
Kućni hemijski eksperimenti
15. Hidrogel kuglice i šarena voda
U ovom slučaju, difuzija je na djelu. Hidrogel je polimerna granula koja odlično upija vodu.
16. Aceton + polistirenska pjena
Stiropor je napravljen od ekspandiranog polistirena, koji kada se otopi u acetonu ispušta zrak u pjenu, zbog čega izgleda kao da otapate veliku količinu materijala u maloj količini tekućine.
17. Suhi led + sapun za suđe
Suhi led stavljen u vodu stvara oblak, a sapun 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.
Sapun za pranje posuđa slabi hemijske veze koje drže proteine i masti u rastvoru. Molekuli masti postaju zbunjeni dok molekuli sapuna jure okolo da se sjedine 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 djeluje kao katalizator za oslobađanje kisika iz vodikovog peroksida, stvarajući mnoge mjehuriće. Rezultat je egzotermna reakcija, sa stvaranjem pjene i oslobađanjem topline.
Hemijski eksperimenti (video)
20. Sijalica je pregorela
Volframova nit se lomi, uzrokujući električni kratki spoj koji uzrokuje da žarna nit svijetli.
21. Feromagnetna tečnost u staklenoj posudi
Feromagnetni fluid je fluid koji postaje visoko magnetiziran u prisustvu magnetnog polja. Koristi se u hard diskovima i mašinstvu.
Još jedna feromagnetna tečnost.
22. Jod + aluminijum
Oksidacija fino usitnjenog aluminija događa se u vodi, stvarajući 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 odvija u staklenoj posudi.