Πρόλογος
Εισαγωγή
§ 1. Θέμα ηχοχημείας
§ 2. Δοκίμιο για την ανάπτυξη της ηχοχημείας
§ 3. Πειραματικές μέθοδοι ηχοχημείας
Κεφάλαιο 1. Ηχητικό πεδίο και υπερηχητική σπηλαίωση
§ 4. Ακουστικό πεδίο και ποσότητες που το χαρακτηρίζουν (βασικές έννοιες)
§ 5. Ακουστική σπηλαίωση σε υγρά
§ 6. Πυρήνες σπηλαίωσης σε υγρά
§ 7. Παλμός και κατάρρευση φυσαλίδων σπηλαίωσης
§ 8. Δυναμική ανάπτυξης της περιοχής σπηλαίωσης
Κεφάλαιο 2. Πειραματικές και θεωρητικές μελέτες ηχοχημικών αντιδράσεων και ηλιοφωταύγειας
§ 9. Επίδραση διάφορων παραγόντων στην πορεία ηχοχημικών αντιδράσεων και ηχοφωταύγειας
§ 10. Συνφωταύγεια σε διάφορα υγρά
§ 11. Φυσικές διεργασίες που οδηγούν στην εμφάνιση ηχοχημικών αντιδράσεων και ηχοφωταύγειας
§ 12. Φασματικές μελέτες συνφωταύγειας
§ 13. Πρωτογενείς και δευτερογενείς στοιχειώδεις διεργασίες σε μια φυσαλίδα σπηλαίωσης
§ 14. Ταξινόμηση χημικών αντιδράσεων υπερήχων
§ 15. Για τον μηχανισμό επιρροής των αερίων και την εμφάνιση ηχοχημικών αντιδράσεων
§ 16. Ακουστικά πεδία σε χαμηλές εντάσεις
§ 17. Ακουστικά πεδία χαμηλής συχνότητας
Κεφάλαιο 3. Ενέργεια ηχοχημικών αντιδράσεων και φυσικοχημικών διεργασιών που προκαλούνται από τη σπηλαίωση
§ 18. Οι κύριοι τρόποι μετατροπής της ενέργειας των ακουστικών κραδασμών
§ 19. Χημική-ακουστική απόδοση προϊόντων αντίδρασης (ενεργειακή απόδοση)
§ 20. Αρχικές χημικές-ακουστικές αποδόσεις προϊόντων διάσπασης νερού υπερήχων
§ 21. Ενεργειακή απόδοση σοιοφωταύγειας
§ 22. Εξάρτηση της ταχύτητας των ηχοχημικών αντιδράσεων από την ένταση των υπερηχητικών κυμάτων
§ 23. Εξάρτηση της ταχύτητας των φυσικών και χημικών διεργασιών που προκαλούνται από τη σπηλαίωση από την ένταση των κυμάτων υπερήχων
§ 24. Γενικοί ποσοτικοί νόμοι
§ 25. Σχετικά με τη σχέση μεταξύ των ενεργειακών εξόδων των ηχοχημικών αντιδράσεων και της ηχοφωταύγειας
Κεφάλαιο 4. Κινητική χημικών αντιδράσεων υπερήχων
§ 26. Στατική κατάσταση για τη συγκέντρωση των ριζών που υπολογίζεται κατά μέσο όρο κατά την περίοδο και τον όγκο ταλάντωσης (πρώτη προσέγγιση)
§ 27. Μεταβολή στη συγκέντρωση των ριζών κατά μέσο όρο στον όγκο (δεύτερη προσέγγιση)
§ 28. Μοντέλο σπηλαίωσης-διάχυσης της χωροχρονικής κατανομής των ριζών (τρίτη προσέγγιση)
§ 29. Η θέση της υπερηχητικής κυματικής ενέργειας μεταξύ άλλων φυσικών μεθόδων επιρροής της ύλης
§ 30. Χαρακτηριστικά διάδοσης θερμότητας από φυσαλίδα σπηλαίωσης
Κεφάλαιο 5. Ηχοχημεία νερού και υδατικών διαλυμάτων
§ 31. Κύρια χαρακτηριστικά των πειραματικών αποτελεσμάτων που προέκυψαν
§ 32. Υπόλυση διαλυμάτων χλωροοξικού οξέος. Σχετικά με την εμφάνιση ενυδατωμένων ηλεκτρονίων στο πεδίο των υπερηχητικών κυμάτων
§ 33. Οξείδωση θειικού σιδήρου (II) στο πεδίο υπερηχητικών κυμάτων
§ 34. Αναγωγή θειικού δημητρίου (IV) στο πεδίο υπερηχητικών κυμάτων
§ 35. Σύνθεση υπεροξειδίου του υδρογόνου κατά την υπερηχόληση νερού και υδατικών διαλυμάτων μυρμηκικών
§ 36. Υπολογισμός των τιμών των αρχικών χημικών-ακουστικών εξόδων
§ 37. Ηχοχημικές αντιδράσεις σε νερό και υδατικά διαλύματα σε ατμόσφαιρα αζώτου
§ 38. Έναρξη με υπερηχητικά κύματα μιας αλυσιδωτής αντίδρασης στερεοϊσομερισμού του αιθυλενο-1,2-δικαρβοξυλικού οξέος και των εστέρων του
Συμπέρασμα. Προοπτικές χρήσης υπερηχητικών κυμάτων στην επιστήμη, την τεχνολογία και την ιατρική
Βιβλιογραφία
Ευρετήριο θεμάτων
Η ηχημεία είναι η χρήση υπερήχων σε χημικές αντιδράσεις και διεργασίες. Ο μηχανισμός που προκαλεί ηχοχημικές επιδράσεις στα υγρά είναι το φαινόμενο της ακουστικής σπηλαίωσης.
Οι εργαστηριακές και βιομηχανικές συσκευές υπερήχων της Hielscher χρησιμοποιούνται σε ένα ευρύ φάσμα ηχητικών χημικών διεργασιών.
Ηχοχημικές αντιδράσεις
Οι ακόλουθες ηχοχημικές επιδράσεις μπορούν να παρατηρηθούν σε χημικές αντιδράσεις και διεργασίες:
- Αυξημένη ταχύτητα αντίδρασης
- Αύξηση της απόδοσης της αντίδρασης
- Πιο αποτελεσματική χρήση της ενέργειας
- Ηχοχημικές μέθοδοι μετάβασης από τη μια αντίδραση στην άλλη
- Βελτίωση του καταλύτη μεταφοράς φάσης
- Εξάλειψη του καταλύτη μεταφοράς φάσης
- Χρήση μη επεξεργασμένων ή τεχνικών αντιδραστηρίων
- Ενεργοποίηση μετάλλων και στερεών
- Αύξηση της αντιδραστικότητας των αντιδραστηρίων ή των καταλυτών ()
- Βελτιωμένη σύνθεση σωματιδίων
- Επικάλυψη νανοσωματιδίων
Υπερηχητική σπηλαίωση σε υγρά
Σπηλαίωση σημαίνει «ο σχηματισμός, η ανάπτυξη και η εκρηκτική καταστροφή φυσαλίδων σε ένα υγρό. Μια έκρηξη σπηλαίωσης παράγει έντονη τοπική θέρμανση (~5000 K), υψηλή πίεση (~1000 atm) και τεράστιους ρυθμούς θέρμανσης/ψύξης (>109 K/sec) και ροές εκτόξευσης υγρού (~400 km/h).
Οι φυσαλίδες σπηλαίωσης είναι φυσαλίδες κενού. Ένα κενό δημιουργείται από μια ταχέως κινούμενη επιφάνεια στη μία πλευρά και ένα αδρανές υγρό στην άλλη. Η προκύπτουσα διαφορά πίεσης χρησιμεύει για την υπέρβαση των δυνάμεων πρόσφυσης στο ρευστό. Η σπηλαίωση μπορεί να επιτευχθεί με διάφορους τρόπους, όπως ακροφύσια Venturi, ακροφύσια υψηλής πίεσης, περιστροφή υψηλής ταχύτητας ή αισθητήρες υπερήχων. Σε όλα αυτά τα συστήματα, η εισερχόμενη ενέργεια μετατρέπεται σε τριβή, αναταράξεις, κύματα και σπηλαίωση. Το μέρος της εισερχόμενης ενέργειας που μετατρέπεται σε σπηλαίωση εξαρτάται από διάφορους παράγοντες που χαρακτηρίζουν την κίνηση του εξοπλισμού που δημιουργεί σπηλαίωση στο υγρό.
Η ένταση της επιτάχυνσης είναι ένας από τους πιο σημαντικούς παράγοντες που επηρεάζουν την αποτελεσματικότητα της μετατροπής ενέργειας σε σπηλαίωση. Η υψηλότερη επιτάχυνση δημιουργεί μεγαλύτερη πτώση πίεσης, η οποία με τη σειρά της αυξάνει την πιθανότητα δημιουργίας φυσαλίδων κενού αντί να δημιουργηθούν κύματα που διαδίδονται μέσω του υγρού. Έτσι, όσο μεγαλύτερη είναι η επιτάχυνση, τόσο μεγαλύτερη είναι η αναλογία της ενέργειας που μετατρέπεται σε σπηλαίωση. Στην περίπτωση των αισθητήρων υπερήχων, η ένταση της επιτάχυνσης χαρακτηρίζεται από το πλάτος των κραδασμών. Τα υψηλότερα πλάτη οδηγούν σε πιο αποτελεσματική δημιουργία σπηλαίωσης. Οι βιομηχανικές συσκευές της Hielscher Ultrasonics μπορούν να παράγουν πλάτη έως και 115 μm. Αυτά τα υψηλά πλάτη επιτρέπουν υψηλό λόγο μεταφοράς ισχύος, ο οποίος με τη σειρά του επιτρέπει υψηλές ενεργειακές πυκνότητες έως και 100 W/cm³.
Εκτός από την ένταση, το ρευστό πρέπει να επιταχύνεται έτσι ώστε να δημιουργεί ελάχιστες απώλειες σε στροβιλισμό, τριβή και σχηματισμό κυμάτων. Για αυτό, η βέλτιστη διαδρομή θα ήταν μια μονόδρομη κατεύθυνση κίνησης. Ο υπέρηχος χρησιμοποιείται λόγω των ακόλουθων ενεργειών του:
- παρασκευή ενεργοποιημένων μετάλλων με αναγωγή μεταλλικών αλάτων
- παραγωγή ενεργοποιημένων μετάλλων με υπερήχους
- ηχοχημική σύνθεση σωματιδίων με καθίζηση οξειδίων μετάλλων (Fe, Cr, Mn, Co), για παράδειγμα, για χρήση ως καταλύτες
- εμποτισμός μετάλλων ή αλογονιδίων μετάλλων σε υποστρώματα
- παρασκευή διαλυμάτων ενεργοποιημένων μετάλλων
- αντιδράσεις που περιλαμβάνουν μέταλλα μέσω τοπικού σχηματισμού οργανικών ουσιών
- αντιδράσεις που περιλαμβάνουν μη μεταλλικά στερεά
- κρυστάλλωση και καθίζηση μετάλλων, κραμάτων, ζεόλιθων και άλλων στερεών
- αλλαγή στη μορφολογία της επιφάνειας και στο μέγεθος των σωματιδίων ως αποτέλεσμα συγκρούσεων υψηλής ταχύτητας μεταξύ σωματιδίων
- σχηματισμός άμορφων νανοδομημένων υλικών, συμπεριλαμβανομένων μετάλλων μετάπτωσης υψηλής επιφάνειας, κραμάτων, καρβιδίων, οξειδίων και κολλοειδών
- τραχύτητα κρυστάλλου
- ισοπέδωση και αφαίρεση παθητικοποιητικών επικαλύψεων οξειδίου
- μικροχειρισμός (διαχωρισμός σε κλάσματα) μικρών σωματιδίων
- παρασκευή κολλοειδών (Ag, Au, CdS μεγέθους Q)
- συμπερίληψη φιλοξενούμενων μορίων σε στερεά με ανόργανο στρώμα
- ηχοχημεία πολυμερών
- αποικοδόμηση και τροποποίηση πολυμερών
- σύνθεση πολυμερούς
- ηχόλυση οργανικών ρύπων στο νερό
Ηχητικός χημικός εξοπλισμός
Οι περισσότερες από τις αναφερόμενες ηχοχημικές διεργασίες μπορούν να προσαρμοστούν σε λειτουργία άμεσης ροής. Θα χαρούμε να σας βοηθήσουμε στην επιλογή υπερηχοχημικού εξοπλισμού για τις ανάγκες σας. Για έρευνα και δοκιμές διεργασιών, συνιστούμε να χρησιμοποιείτε τα εργαστηριακά όργανα ή τη συσκευή μας
Το αέριο μεθάνιο είναι ελαφρύτερο από τον αέρα, επομένως ο αφρός που δημιουργεί ανεβαίνει εύκολα στην οροφή. Λοιπόν, η φωτεινή καύση του κύριου συστατικού του φυσικού αερίου δεν πρέπει να εκπλήσσει κανέναν - το ίδιο μπορεί να ειπωθεί για οποιονδήποτε ελαφρύ υδρογονάνθρακα.
Πηγή: Science in GIF
2. Αντίδραση οξείδωσης λουμινόλης και εξακυανοφερρικού καλίου (III)
Ακολουθεί ένα παράδειγμα χημειοφωταύγειας: κατά τη διάρκεια του μετασχηματισμού της λουμινόλης, παρατηρείται μια λάμψη σαφώς ορατή στο ανθρώπινο μάτι. Το κόκκινο αλάτι αίματος δρα εδώ ως καταλύτης - τον ίδιο ρόλο, παρεμπιπτόντως, μπορεί να παίξει η αιμοσφαιρίνη, ως αποτέλεσμα της οποίας η περιγραφόμενη αντίδραση χρησιμοποιείται ευρέως στην εγκληματολογία για την ανίχνευση ιχνών αίματος.
Πηγή: Professor Nicolas Science Show
3. Μπαλόνι γεμάτο με υδράργυρο (αντίδραση κατά το χτύπημα στο πάτωμα)
Ο υδράργυρος είναι το μόνο μέταλλο που παραμένει υγρό υπό κανονικές συνθήκες, επιτρέποντάς του να χυθεί σε ένα μπαλόνι. Ωστόσο, ο υδράργυρος είναι τόσο βαρύς που ακόμη και μια μπάλα που πέφτει από μικρό ύψος θα τον σκίσει σε κομμάτια.
Πηγή: Όχι πλέον παιδιά
4. Αποσύνθεση υπεροξειδίου του υδρογόνου που καταλύεται από ιωδιούχο κάλιο
Ελλείψει ακαθαρσιών, ένα υδατικό διάλυμα υπεροξειδίου του υδρογόνου είναι αρκετά σταθερό, αλλά μόλις προστεθεί ιωδιούχο κάλιο σε αυτό, η αποσύνθεση αυτών των μορίων θα ξεκινήσει αμέσως. Συνοδεύεται από την απελευθέρωση μοριακού οξυγόνου, το οποίο προάγει τέλεια τον σχηματισμό διαφόρων αφρού.
Πηγή: Fishki.net
5. Σίδηρος + θειικός χαλκός
Μία από τις πρώτες αντιδράσεις που μελετήθηκαν σε ένα μάθημα ρωσικής χημείας: ως αποτέλεσμα της υποκατάστασης, το πιο ενεργό μέταλλο (σίδηρος) διαλύεται και μεταφέρεται σε διάλυμα, ενώ το λιγότερο ενεργό μέταλλο (χαλκός) κατακρημνίζεται με τη μορφή έγχρωμων νιφάδων. Όπως μπορείτε να μαντέψετε, το animation επιταχύνεται πολύ στο χρόνο.
Πηγή: Trinixy
6. Υπεροξείδιο του υδρογόνου και ιωδιούχο κάλιο
Ένα άλλο παράδειγμα αντίδρασης αποσύνθεσης υπεροξειδίου του υδρογόνου (γνωστός και ως υπεροξείδιο) παρουσία καταλύτη. Δώστε προσοχή στο μπουκάλι του απορρυπαντικού που στέκεται στο τραπέζι: είναι αυτό που βοηθά να εμφανιστεί το λουκάνικο σαπουνιού που πέφτει στο τραπέζι.
Πηγή: Trinixy
7. Καύση λιθίου
Το λίθιο είναι ένα από τα αλκαλιμέταλλα, που δικαίως θεωρείται το πιο δραστικό μεταξύ όλων των άλλων μετάλλων. Δεν καίγεται τόσο έντονα όσο τα αδέρφια του το νάτριο και το κάλιο, αλλά είναι εύκολο να δούμε ότι αυτή η διαδικασία είναι ακόμα πολύ γρήγορη.
Πηγή: Trinixy
8. Αφυδάτωση ζάχαρης σε θειικό οξύ
Μια πολύ απλή και πολύ αποτελεσματική αντίδραση: το θειικό οξύ αφαιρεί το νερό από τα μόρια σακχαρόζης, μετατρέποντάς τα σε ατομικό άνθρακα (απλά άνθρακα). Το αέριο νερό που απελευθερώνεται αφρίζει τον άνθρακα, με αποτέλεσμα να δούμε μια απειλητική μαύρη στήλη.
Πηγή: Fishki.net
9. Γυαλί χαλαζία
Σε αντίθεση με το τυπικό γυαλί παραθύρων, ο χαλαζίας είναι πιο ανθεκτικός στις υψηλές θερμοκρασίες: δεν θα "ρέει" σε έναν κανονικό καυστήρα αερίου. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι σωλήνες χαλαζία συγκολλούνται σε καυστήρες οξυγόνου, οι οποίοι παρέχουν υψηλότερη θερμοκρασία φλόγας.
Πηγή: Global Research
10. Φλουορεσκεΐνη
Σε ένα υδατικό διάλυμα, όταν εκτίθεται σε υπεριώδη ακτινοβολία, η πράσινη χρωστική φλουορεσκεΐνη εκπέμπει φως στο ορατό εύρος - αυτό το φαινόμενο ονομάζεται φθορισμός.
Πηγή: Thoisoi
11. Κεραυνός στον κύλινδρο
Η αντίδραση μεταξύ θειούχου άνθρακα και οξειδίου του αζώτου (Ι) δεν συνοδεύεται μόνο από μια φωτεινή λευκή λάμψη, που θυμίζει κεραυνό μπάλας, αλλά χαρακτηρίζεται επίσης από έναν αστείο ήχο, λόγω του οποίου έλαβε το δημοφιλές του όνομα - "γαβγίζει σκύλος". προσπαθούν να περάσουν αυτή την ουσία ως πολύτιμο μέταλλο.
Το τελικό αποτέλεσμα των αντιδράσεων εκρηκτικού μετασχηματισμού εκφράζεται συνήθως με μια εξίσωση που συνδέει τον χημικό τύπο της αρχικής εκρηκτικής ύλης ή τη σύνθεσή της (στην περίπτωση ενός εκρηκτικού μείγματος) με τη σύνθεση των τελικών προϊόντων της έκρηξης.
Η γνώση της εξίσωσης του χημικού μετασχηματισμού κατά τη διάρκεια μιας έκρηξης είναι σημαντική από δύο απόψεις. Από τη μία πλευρά, χρησιμοποιώντας αυτή την εξίσωση είναι δυνατός ο υπολογισμός της θερμότητας και του όγκου των αερίων προϊόντων της έκρηξης, και επομένως της θερμοκρασίας, της πίεσης και άλλων παραμέτρων. Από την άλλη πλευρά, η σύνθεση των προϊόντων έκρηξης έχει ιδιαίτερη σημασία όταν πρόκειται για εκρηκτικά που προορίζονται για ανατίναξη σε υπόγεια ορυχεία (εξ ου και ο υπολογισμός του αερισμού του ορυχείου έτσι ώστε η ποσότητα του μονοξειδίου του άνθρακα και των οξειδίων του αζώτου να μην υπερβαίνει έναν ορισμένο όγκο).
Ωστόσο, κατά τη διάρκεια μιας έκρηξης, η χημική ισορροπία δεν επιτυγχάνεται πάντα. Σε αυτές τις πολυάριθμες περιπτώσεις που ο υπολογισμός δεν επιτρέπει σε κάποιον να καθορίσει αξιόπιστα την τελική ισορροπία ενός εκρηκτικού μετασχηματισμού, στρέφεται στο πείραμα. Όμως ο πειραματικός προσδιορισμός της σύνθεσης των προϊόντων τη στιγμή της έκρηξης αντιμετωπίζει επίσης σοβαρές δυσκολίες, καθώς τα προϊόντα έκρηξης σε υψηλές θερμοκρασίες μπορεί να περιέχουν άτομα και ελεύθερες ρίζες (ενεργά σωματίδια), τα οποία δεν μπορούν να ανιχνευθούν μετά την ψύξη.
Τα οργανικά εκρηκτικά αποτελούνται συνήθως από άνθρακα, υδρογόνο, οξυγόνο και άζωτο. Κατά συνέπεια, τα προϊόντα έκρηξης μπορεί να περιέχουν τις ακόλουθες αέριες και στερεές ουσίες: CO 2, H 2 O, N 2, CO, O 2, H 2, CH 4 και άλλους υδρογονάνθρακες: NH 3, C 2 N 2, HCN, NO, N 2 O, C. Εάν το εκρηκτικό περιέχει θείο ή χλώριο, τότε τα προϊόντα έκρηξης μπορεί να περιέχουν SO 2, H 2 S, HCl και Cl 2, αντίστοιχα. Εάν η εκρηκτική σύνθεση περιέχει μέταλλα, για παράδειγμα, αλουμίνιο ή ορισμένα άλατα (για παράδειγμα, νιτρικό αμμώνιο NH 4 NO 3, νιτρικό βάριο Ba(NO 3) 2, χλωρικά άλατα - χλωρικό βάριο Ba(ClO 3) 2, χλωρικό κάλιο KClO 3. υπερχλωρικά - αμμώνιο NHClO 4, κ.λπ.) τα προϊόντα έκρηξης περιέχουν οξείδια, για παράδειγμα Al 2 O 3, ανθρακικά, για παράδειγμα, ανθρακικό βάριο BaCO 3, ανθρακικό κάλιο K 2 CO 3, διττανθρακικά (KHCO 3), κυανίδια (KCN), θειικά (BaSO 4, K 2 SO 4), σουλφίδια (NS, K 2 S), θειώδη (K 2 S 2 O 3), χλωρίδια (AlC μεγάλο 3, BaCl 2, KCl) και άλλες ενώσεις.
Η παρουσία και η ποσότητα ορισμένων προϊόντων έκρηξης εξαρτάται κυρίως από την ισορροπία οξυγόνου της εκρηκτικής σύνθεσης.
Το ισοζύγιο οξυγόνου χαρακτηρίζει τη σχέση μεταξύ της περιεκτικότητας των εύφλεκτων στοιχείων και του οξυγόνου σε ένα εκρηκτικό.
Το ισοζύγιο οξυγόνου συνήθως υπολογίζεται ως η διαφορά μεταξύ της ποσότητας βάρους του οξυγόνου που περιέχεται στο εκρηκτικό και της ποσότητας οξυγόνου που απαιτείται για την πλήρη οξείδωση των εύφλεκτων στοιχείων που περιλαμβάνονται στη σύνθεσή του. Ο υπολογισμός πραγματοποιείται ανά 100 g εκρηκτικών, σύμφωνα με τον οποίο το ισοζύγιο οξυγόνου εκφράζεται ως ποσοστό. Η παροχή οξυγόνου σε μια σύνθεση χαρακτηρίζεται από το ισοζύγιο οξυγόνου (OB) ή τον συντελεστή οξυγόνου a k, που εκφράζουν σε σχετικούς όρους την περίσσεια ή την έλλειψη οξυγόνου για την πλήρη οξείδωση καύσιμων στοιχείων σε ανώτερα οξείδια, για παράδειγμα, CO 2 και H 2 Ο.
Εάν ένα εκρηκτικό περιέχει αρκετό οξυγόνο για να οξειδώσει πλήρως τα εύφλεκτα στοιχεία του, τότε το ισοζύγιο οξυγόνου του είναι μηδέν. Εάν υπάρχει περίσσεια, το CB είναι θετικό, εάν υπάρχει έλλειψη οξυγόνου, το CB είναι αρνητικό. Το ισοζύγιο οξυγόνου των εκρηκτικών αντιστοιχεί σε CB – 0. a k = 1.
Εάν το εκρηκτικό περιέχει άνθρακα, υδρογόνο, άζωτο και οξυγόνο και περιγράφεται από την εξίσωση C a H b N c O d, τότε οι τιμές του ισοζυγίου οξυγόνου και του συντελεστή οξυγόνου μπορούν να προσδιοριστούν από τους τύπους
(2)
όπου a, b, c και d είναι ο αριθμός των ατόμων, αντίστοιχα, C, H, N και O στον χημικό τύπο των εκρηκτικών. 12, 1, 14, 16 – ατομικές μάζες άνθρακα, υδρογόνου, αζώτου και οξυγόνου, στρογγυλεμένες στον πλησιέστερο ακέραιο αριθμό. ο παρονομαστής του κλάσματος της εξίσωσης (1) καθορίζει το μοριακό βάρος της εκρηκτικής ύλης: M = 12a + b + 14c + 16d.
Από την άποψη της ασφάλειας παραγωγής και λειτουργίας (αποθήκευση, μεταφορά, χρήση) εκρηκτικών, τα περισσότερα σκευάσματα έχουν αρνητικό ισοζύγιο οξυγόνου.
Σύμφωνα με το ισοζύγιο οξυγόνου, όλα τα εκρηκτικά χωρίζονται στις ακόλουθες τρεις ομάδες:
I. Εκρηκτικά με θετικό ισοζύγιο οξυγόνου: ο άνθρακας οξειδώνεται σε CO 2, το υδρογόνο σε H 2 O, το άζωτο και η περίσσεια οξυγόνου απελευθερώνονται σε στοιχειακή μορφή.
II. Εκρηκτικά με αρνητικό ισοζύγιο οξυγόνου, όταν το οξυγόνο δεν επαρκεί για την πλήρη οξείδωση των συστατικών σε ανώτερα οξείδια και ο άνθρακας οξειδώνεται μερικώς σε CO (αλλά όλα τα εκρηκτικά μετατρέπονται σε αέρια).
III. Εκρηκτικά με αρνητικό ισοζύγιο οξυγόνου, αλλά δεν υπάρχει αρκετό οξυγόνο για τη μετατροπή όλων των εύφλεκτων συστατικών σε αέρια (τα προϊόντα έκρηξης περιέχουν στοιχειακό άνθρακα).
4.4.1. Υπολογισμός της σύστασης εκρηκτικών προϊόντων αποσύνθεσης εκρηκτικών
με θετικό ισοζύγιο οξυγόνου (Ι ομάδα ΒΒ)
Κατά τη σύνταξη εξισώσεων για τις αντιδράσεις έκρηξης εκρηκτικών με θετικό ισοζύγιο οξυγόνου, καθοδηγούνται οι ακόλουθες αρχές: ο άνθρακας οξειδώνεται σε διοξείδιο του άνθρακα CO 2, υδρογόνο σε νερό H 2 O, άζωτο και περίσσεια οξυγόνου απελευθερώνονται σε στοιχειακή μορφή (Ν 2, Ο 2).
Για παράδειγμα.
1. Να συντάξετε μια εξίσωση αντίδρασης (προσδιορίστε τη σύσταση των προϊόντων έκρηξης) για την εκρηκτική αποσύνθεση ενός μεμονωμένου εκρηκτικού.
Νιτρογλυκερίνη: C 3 H 5 (ONO 2) 3, Μ = 227.
Καθορίζουμε το ισοζύγιο οξυγόνου για τη νιτρογλυκερίνη:
KB > 0, γράφουμε την εξίσωση αντίδρασης:
C 3 H 5 (ONO 2) 3 = 3CO 2 + 2,5 H 2 O + 0,25 O 2 + 1,5 N 2.
Εκτός από την κύρια αντίδραση, εμφανίζονται αντιδράσεις διάσπασης:
2CO 2 2CO + O 2;
O 2 + N 2 2NO;
2Η 2 Ο 2Η 2 + Ο 2;
H 2 O + CO CO 2 + H 2 .
Αλλά επειδή KB = 3,5 (πολύ περισσότερο από το μηδέν), οι αντιδράσεις μετατοπίζονται προς το σχηματισμό CO 2, H 2 O, N 2, επομένως η αναλογία των αερίων CO, H 2 και NO στα εκρηκτικά προϊόντα αποσύνθεσης είναι ασήμαντη και μπορεί να παραμεληθεί.
2. Δημιουργήστε μια εξίσωση για την αντίδραση εκρηκτικής αποσύνθεσης μιας μικτής εκρηκτικής ύλης: αμμωνιακή, που αποτελείται από 80% νιτρικό αμμώνιο NH 4 NO 3 (M = 80), 15% TNT C 7 H 5 N 3 O 6 (M = 227) και 5% αλουμίνιο Al (π.μ. M = 27).
Ο υπολογισμός του ισοζυγίου οξυγόνου και του συντελεστή α σε ανάμεικτα εκρηκτικά πραγματοποιείται ως εξής: υπολογίστε την ποσότητα καθενός από τα χημικά στοιχεία που περιέχονται σε 1 kg του μείγματος και εκφράστε την σε mol. Στη συνέχεια δημιουργούν έναν συμβατικό χημικό τύπο για 1 κιλό μικτής εκρηκτικής ύλης, παρόμοιο σε εμφάνιση με τον χημικό τύπο για ένα μεμονωμένο εκρηκτικό, και στη συνέχεια πραγματοποιούν τον υπολογισμό με παρόμοιο τρόπο με το παραπάνω παράδειγμα.
Εάν το ανάμεικτο εκρηκτικό περιέχει αλουμίνιο, τότε οι εξισώσεις για τον προσδιορισμό των τιμών των KB και α k έχουν την ακόλουθη μορφή:
,
,
όπου e είναι ο αριθμός των ατόμων αλουμινίου στον υπό συνθήκη τύπο.
Λύση.
1. Υπολογίστε τη στοιχειακή σύνθεση 1 κιλού αμμωνίου και γράψτε τον συμβατικό χημικό τύπο του
%.
2. Γράφουμε την εξίσωση αντίδρασης για την αποσύνθεση αμμωνίου:
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. Υπολογισμός της σύστασης εκρηκτικών προϊόντων αποσύνθεσης εκρηκτικών
με αρνητικό ισοζύγιο οξυγόνου (II ομάδα ΒΒ)
Όπως σημειώθηκε προηγουμένως, κατά τη σύνταξη εξισώσεων αντίδρασης για την εκρηκτική αποσύνθεση των εκρηκτικών της δεύτερης ομάδας, είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: το υδρογόνο οξειδώνεται σε H 2 O, ο άνθρακας οξειδώνεται σε CO, το υπόλοιπο οξυγόνο οξειδώνεται μέρος του CO σε CO 2 και το άζωτο απελευθερώνεται με τη μορφή N 2.
Παράδειγμα:Να δημιουργήσετε μια εξίσωση για την αντίδραση εκρηκτικής αποσύνθεσης τετρανιτρικής πενταερυθριτόλης (PETN) C(CH 2 ONO 2) 4 Mthena = 316. Το ισοζύγιο οξυγόνου είναι –10,1%.
Από τον χημικό τύπο του PETN είναι σαφές ότι δεν υπάρχει αρκετό οξυγόνο μέχρι την πλήρη οξείδωση του υδρογόνου και του άνθρακα (για 8 υδρογόνα, χρειάζονται 4 at. οξυγόνο για να μετατραπούν σε H 2 O = 4H 2 O) (για 5 at. άνθρακα, 10 at. σε CO 2 = 5CO 2) απαιτούνται συνολικά 4 + 10 = 14 at. οξυγόνο, και υπάρχουν μόνο 12 άτομα.
1. Συνθέτουμε την εξίσωση αντίδρασης για την αποσύνθεση του PETN:
C(CH 2 ONO 2) 4 = 5CO + 4H 2 O + 1,5O 2 + 2N 2 = 4H 2 O + 2CO + 3CO 2 + 2N 2.
Για να προσδιορίσετε την τιμή των συντελεστών CO και CO 2:
5CO + 1,5O 2 = xCO + yCO 2,
x + y = n – άθροισμα ατόμων άνθρακα,
x + 2у = m – άθροισμα ατόμων οξυγόνου,
X + y = 5 x = 5 – y
x + 2y = 8 ή x = 8 – 2y
ή 5 – y = 8 – 2y; y = 8 – 5 = 3; x = 5 – 3 = 2.
Οτι. συντελεστής για CO x = 2; σε CO 2 y = 3, δηλ.
5CO + 1,5 O 2 = 2CO + 3CO 2.
Δευτερεύουσες αντιδράσεις (διασπάσεις):
Υδρατμοί: H 2 O + CO CO 2 + H 2;
2Η 2 Ο 2Η 2 + Ο 2;
Διάσταση: 2CO 2 2CO + O 2 ;
2. Για να εκτιμήσουμε το σφάλμα, υπολογίζουμε τη σύνθεση των προϊόντων της αντίδρασης εκρηκτικής αποσύνθεσης, λαμβάνοντας υπόψη τις πιο σημαντικές από τις δευτερεύουσες αντιδράσεις - την αντίδραση των υδρατμών (H 2 O + CO CO 2 + H 2).
Ας παρουσιάσουμε την εξίσωση αντίδρασης για την εκρηκτική αποσύνθεση του PETN με τη μορφή:
C(CH 2 ONO 2) 4 = uH 2 O + xCO + yCO 2 + zH 2 + 2N 2.
Η θερμοκρασία διαρροής εκρηκτικού στοιχείου θέρμανσης είναι περίπου 4000 0 Κ.
Συνεπώς, η σταθερά ισορροπίας των υδρατμών είναι:
.
Γράφουμε και λύνουμε το σύστημα των εξισώσεων:
,
x + y = 5 (βλ. παραπάνω) – αριθμός ατόμων άνθρακα.
2z + 2у = 8 – αριθμός ατόμων υδρογόνου.
x + 2y + u = 12 – αριθμός ατόμων οξυγόνου.
Ο μετασχηματισμός του συστήματος εξισώσεων ανάγεται σε μια τετραγωνική εξίσωση:
7,15y 2 – 12,45y – 35 = 0.
(Εξίσωση τύπου ay 2 + y + c = 0).
Η λύση του μοιάζει με:
,
,
y = 3,248, μετά x = 1,752; z = 0,242; u = 3.758.
Έτσι, η εξίσωση αντίδρασης παίρνει τη μορφή:
C(CH 2 ONO 2) 4 = 1,752CO + 3,248CO 2 + 3,758H 2 O + 0,242H 2 + 2N 2.
Από την προκύπτουσα εξίσωση είναι σαφές ότι το σφάλμα στον προσδιορισμό της σύνθεσης και της ποσότητας των εκρηκτικών προϊόντων αποσύνθεσης χρησιμοποιώντας μια κατά προσέγγιση μέθοδο είναι ασήμαντο.
4.4.3. Σύνταξη εξισώσεων αντίδρασης για εκρηκτική αποσύνθεση εκρηκτικών
με αρνητικό CB (ομάδα III)
Όταν γράφετε τις εξισώσεις αντίδρασης για την αποσύνθεση εκρηκτικών για την τρίτη ομάδα εκρηκτικών, πρέπει να τηρείτε την ακόλουθη σειρά:
1. Προσδιορίστε το CB του με τον χημικό τύπο μιας εκρηκτικής ύλης.
2. οξειδώνει το υδρογόνο σε Η2Ο.
3. Οξείδωση άνθρακα με υπολείμματα οξυγόνου σε CO.
4. Γράψτε τα υπόλοιπα προϊόντα της αντίδρασης, ιδίως C, N, κ.λπ.
5. ελέγξτε τις πιθανότητες.
Παράδειγμα : Να δημιουργήσετε μια εξίσωση για την αντίδραση της εκρηκτικής αποσύνθεσης τρινιτροτολουολίου (TNT, tol) C 6 H 2 (NO 2) 3 CH 3.
Μοριακή μάζα Μ = 227; KB = -74,0%.
Λύση:Από τον χημικό τύπο βλέπουμε ότι το οξυγόνο δεν επαρκεί για την οξείδωση του άνθρακα και του υδρογόνου: η πλήρης οξείδωση του υδρογόνου απαιτεί 2,5 άτομα οξυγόνου, η ατελής οξείδωση του άνθρακα απαιτεί 7 άτομα (μόνο 9,5 σε σύγκριση με τα υπάρχοντα 6 άτομα). Σε αυτή την περίπτωση, η εξίσωση αντίδρασης για την αποσύνθεση TNT έχει τη μορφή:
C 6 H 2 (NO 2) 3 CH 3 = 2,5 H 2 O + 3,5 CO + 3,5 C + 1,5 N 2.
Δευτερεύουσες αντιδράσεις:
H 2 O + CO CO 2 + H 2;
Απίστευτα γεγονότα
Το μοριακό υλικό είναι τόσο προβλέψιμο στην καθημερινότητά μας που συχνά ξεχνάμε τι εκπληκτικά πράγματα μπορούν να συμβούν με βασικά στοιχεία.
Ακόμη και μέσα στο σώμα μας, συμβαίνουν πολλές εκπληκτικές χημικές αντιδράσεις.
Ακολουθούν μερικές διασκεδαστικές και εντυπωσιακές χημικές και φυσικές αντιδράσεις σε μορφή GIF που θα σας θυμίσουν το μάθημα της χημείας σας.
Χημικές αντιδράσεις
1. «Φίδι του Φαραώ» - αποσύνθεση θειοκυανικού υδραργύρου
Η καύση του θειοκυανικού υδραργύρου προκαλεί την αποσύνθεσή του σε τρεις άλλες χημικές ουσίες. Αυτές οι τρεις χημικές ουσίες με τη σειρά τους διασπώνται σε τρεις ακόμη ουσίες, με αποτέλεσμα να ξεδιπλωθεί το τεράστιο «φίδι».
2. Καίγοντας σπίρτο
Η κεφαλή του σπίρτου περιέχει κόκκινο φώσφορο, θείο και αλάτι βερθολίτη. Η θερμότητα που παράγεται από τον φώσφορο αποσυνθέτει το άλας βερθολίτη και απελευθερώνει οξυγόνο στη διαδικασία. Το οξυγόνο συνδυάζεται με το θείο για να παράγει τη βραχύβια φλόγα που χρησιμοποιούμε για να ανάψουμε ένα κερί, για παράδειγμα.
3. Φωτιά + υδρογόνο
Το αέριο υδρογόνο είναι ελαφρύτερο από τον αέρα και μπορεί να αναφλεγεί από φλόγα ή σπινθήρα, με αποτέλεσμα μια θεαματική έκρηξη. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το ήλιο χρησιμοποιείται τώρα πιο συχνά αντί για υδρογόνο για την πλήρωση μπαλονιών.
4. Υδράργυρος + αλουμίνιο
Ο υδράργυρος διεισδύει στο προστατευτικό στρώμα οξειδίου (σκουριά) του αλουμινίου, με αποτέλεσμα να σκουριάζει πολύ πιο γρήγορα.
Παραδείγματα χημικών αντιδράσεων
5. Δηλητήριο φιδιού + αίμα
Μια σταγόνα δηλητηρίου οχιάς που πέφτει σε ένα τρυβλίο Petri με αίμα το κάνει να κουλουριαστεί σε ένα παχύ κομμάτι στερεής ύλης. Αυτό συμβαίνει στο σώμα μας όταν μας δαγκώνει ένα δηλητηριώδες φίδι.
6. Διάλυμα σιδήρου + θειικού χαλκού
Ο σίδηρος αντικαθιστά τον χαλκό στο διάλυμα, μετατρέποντας τον θειικό χαλκό σε θειικό σίδηρο. Ο καθαρός χαλκός συλλέγεται στο σίδηρο.
7. Ανάφλεξη δοχείου αερίου
8. Δισκίο χλωρίου + οινόπνευμα εντριβής σε κλειστό μπουκάλι
Η αντίδραση οδηγεί σε αύξηση της πίεσης και καταλήγει σε ρήξη του δοχείου.
9. Πολυμερισμός π-νιτροανιλίνης
Στο gifka, μερικές σταγόνες πυκνού θειικού οξέος προστίθενται σε μισό κουταλάκι του γλυκού π-νιτροανιλίνη ή 4-νιτροανιλίνη.
10. Αίμα σε υπεροξείδιο του υδρογόνου
Ένα ένζυμο στο αίμα που ονομάζεται καταλάση μετατρέπει το υπεροξείδιο του υδρογόνου σε νερό και αέριο οξυγόνο, δημιουργώντας έναν αφρό από φυσαλίδες οξυγόνου.
Χημικά πειράματα
11. Γάλλιο σε ζεστό νερό
Το γάλλιο, το οποίο χρησιμοποιείται κυρίως στα ηλεκτρονικά, έχει σημείο τήξης 29,4 βαθμούς Κελσίου, που σημαίνει ότι θα λιώσει στα χέρια σας.
12. Αργή μετάβαση του βήτα κασσίτερου σε τροποποίηση άλφα
Σε χαμηλές θερμοκρασίες, το βήτα αλλοτρόπο του κασσίτερου (ασημί, μεταλλικό) μετατρέπεται αυθόρμητα σε άλφα αλλοτρόπο (γκρι, σκόνη).
13. Πολυακρυλικό νάτριο + νερό
Το πολυακρυλικό νάτριο, το ίδιο υλικό που χρησιμοποιείται στις βρεφικές πάνες, λειτουργεί σαν σφουγγάρι για να απορροφά την υγρασία. Όταν αναμιγνύεται με νερό, η ένωση μετατρέπεται σε στερεό πήκτωμα και το νερό δεν είναι πλέον υγρό και δεν μπορεί να χυθεί έξω.
14. Το αέριο ραδόνιο 220 εγχέεται στον θάλαμο ομίχλης
Τα μονοπάτια σε σχήμα V προκαλούνται από δύο σωματίδια άλφα (πυρήνες ηλίου-4) που απελευθερώνονται όταν το ραδόνιο διασπάται σε πολώνιο και στη συνέχεια μόλυβδο.
Πειράματα χημικών στο σπίτι
15. Μπάλες υδρογέλης και πολύχρωμο νερό
Σε αυτή την περίπτωση, η διάχυση λειτουργεί. Το Hydrogel είναι ένας κόκκος πολυμερούς που απορροφά πολύ καλά το νερό.
16. Ακετόνη + αφρός πολυστερίνης
Το φελιζόλ είναι κατασκευασμένο από διογκωμένο πολυστυρένιο, το οποίο όταν διαλυθεί σε ακετόνη απελευθερώνει αέρα στον αφρό, κάνοντάς τον να μοιάζει σαν να διαλύετε μεγάλη ποσότητα υλικού σε μικρή ποσότητα υγρού.
17. Ξηρός πάγος + σαπούνι πιάτων
Ο ξηρός πάγος που τοποθετείται στο νερό δημιουργεί ένα σύννεφο και το σαπούνι πιάτων στο νερό παγιδεύει διοξείδιο του άνθρακα και υδρατμούς με τη μορφή φυσαλίδας.
18. Μια σταγόνα απορρυπαντικού που προστίθεται στο γάλα με χρωστική τροφίμων
Το γάλα είναι κυρίως νερό, αλλά περιέχει επίσης βιταμίνες, μέταλλα, πρωτεΐνες και μικροσκοπικά σταγονίδια λίπους αιωρούμενα σε διάλυμα.
Το σαπούνι πιάτων αποδυναμώνει τους χημικούς δεσμούς που συγκρατούν τις πρωτεΐνες και τα λίπη σε διάλυμα. Τα μόρια λίπους μπερδεύονται καθώς τα μόρια του σαπουνιού τρέχουν να ενωθούν με τα μόρια λίπους μέχρι να αναμιχθεί ομοιόμορφα το διάλυμα.
19. «Οδοντόκρεμα ελέφαντα»
Η μαγιά και το ζεστό νερό χύνονται σε ένα δοχείο με απορρυπαντικό, υπεροξείδιο του υδρογόνου και χρωστικές τροφίμων. Η μαγιά δρα ως καταλύτης για την απελευθέρωση οξυγόνου από το υπεροξείδιο του υδρογόνου, δημιουργώντας πολλές φυσαλίδες. Το αποτέλεσμα είναι μια εξώθερμη αντίδραση, με το σχηματισμό αφρού και την απελευθέρωση θερμότητας.
Χημικά πειράματα (βίντεο)
20. Η λάμπα καίγεται
Το νήμα βολφραμίου σπάει, προκαλώντας ηλεκτρικό βραχυκύκλωμα που κάνει το νήμα να λάμπει.
21. Σιδηρομαγνητικό υγρό σε γυάλινο βάζο
Σιδηρομαγνητικό ρευστό είναι ένα ρευστό που μαγνητίζεται σε μεγάλο βαθμό παρουσία μαγνητικού πεδίου. Χρησιμοποιείται σε σκληρούς δίσκους και στη μηχανολογία.
Άλλο ένα σιδηρομαγνητικό ρευστό.
22. Ιώδιο + αλουμίνιο
Η οξείδωση του λεπτώς διαιρεμένου αλουμινίου συμβαίνει στο νερό, σχηματίζοντας σκούρο μοβ ατμούς.
23. Ρουβίδιο + νερό
Το ρουβίδιο αντιδρά πολύ γρήγορα με το νερό για να σχηματίσει υδροξείδιο του ρουβιδίου και αέριο υδρογόνο. Η αντίδραση είναι τόσο γρήγορη που αν γινόταν σε γυάλινο δοχείο, μπορεί να σπάσει.