Πρόλογος
Εισαγωγή
§ 1. Το μάθημα της 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. Μικρόβια σπηλαίωσης σε υγρά
§ 7. Παλμός και κατάρρευση φυσαλίδων σπηλαίωσης
§ 8. Δυναμική ανάπτυξης της περιοχής σπηλαίωσης
Κεφάλαιο 2. Πειραματικές και θεωρητικές μελέτες ηχοχημικών αντιδράσεων και συνοφωταύγειας
§ 9. Επίδραση διαφόρων παραγόντων στην πορεία των ηχοχημικών αντιδράσεων και της συνοφωταύγειας
§ 10. Σοιοφωταύγεια 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 επίδρασης των αερίων στην πορεία των ηχοχημικών αντιδράσεων
§ 16. Ακουστικά πεδία σε χαμηλές εντάσεις
§ 17. Ακουστικά πεδία χαμηλής συχνότητας
κεφάλαιο 3
§ 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 συνφωταύγειας
§ 22. Εξάρτηση του ρυθμού ηχητικών-χημικών αντιδράσεων από την ένταση των υπερηχητικών κυμάτων
§ 23. Εξάρτηση του ρυθμού των φυσικοχημικών διεργασιών που προκαλούνται από τη σπηλαίωση από την ένταση των υπερηχητικών κυμάτων
§ 24. Γενικά ποσοτικά πρότυπα
§ 25. Σχετικά με τη σχέση μεταξύ των ενεργειακών αποδόσεων των ηχοχημικών αντιδράσεων και της ηχοφωταύγειας
Κεφάλαιο 4. Κινητική των χημικών αντιδράσεων με υπερήχους
§ 26. Στατική κατάσταση για τη συγκέντρωση ριζών, κατά μέσο όρο κατά την περίοδο ταλάντωσης και όγκου (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 ενέργειας των υπερηχητικών κυμάτων μεταξύ άλλων φυσικών μεθόδων επιρροής μιας ουσίας
§ 30. Χαρακτηριστικά της διάδοσης της θερμότητας από μια φυσαλίδα σπηλαίωσης
Κεφάλαιο 5
§ 31. Κύρια χαρακτηριστικά των ληφθέντων πειραματικών αποτελεσμάτων
§ 32. Υπόλυση διαλυμάτων χλωροοξικού οξέος. Σχετικά με την εμφάνιση ένυδρων ηλεκτρονίων στο πεδίο των υπερηχητικών κυμάτων
§ 33. Οξείδωση θειικού σιδήρου (II) στον τομέα των υπερηχητικών κυμάτων
§ 34. Ανάκτηση θειικού δημητρίου (IV) στον τομέα των 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 ηχοχημεία είναι η εφαρμογή υπερήχων σε χημικές αντιδράσεις και διεργασίες. Ο μηχανισμός που προκαλεί ηχοχημικές επιδράσεις στα υγρά είναι το φαινόμενο της ακουστικής σπηλαίωσης.
Το εργαστήριο υπερήχων και οι βιομηχανικές συσκευές της Hielscher χρησιμοποιούνται σε ένα ευρύ φάσμα ηχητικών-χημικών διεργασιών.
Ηχητικές χημικές αντιδράσεις
Οι ακόλουθες ηχοχημικές επιδράσεις μπορούν να παρατηρηθούν σε χημικές αντιδράσεις και διεργασίες:
- Αύξηση του ρυθμού αντίδρασης
- Αύξηση της απόδοσης της αντίδρασης
- Πιο αποτελεσματική χρήση της ενέργειας
- Ηχοχημικές μέθοδοι για τη μετάβαση από τη μια αντίδραση στην άλλη
- Βελτίωση του καταλύτη διεπιφανειακής μεταφοράς
- Εξαίρεση του καταλύτη μεταφοράς φάσης
- Χρήση ακατέργαστων ή τεχνικών αντιδραστηρίων
- Ενεργοποίηση μετάλλων και στερεών
- Αύξηση της αντιδραστικότητας των αντιδραστηρίων ή των καταλυτών ()
- Βελτίωση σύνθεσης σωματιδίων
- Επικάλυψη νανοσωματιδίων
Υπερηχητική σπηλαίωση σε υγρά
Σπηλαίωση σημαίνει «ο σχηματισμός, ανάπτυξη και εκρηκτική καταστροφή φυσαλίδων σε ένα υγρό. Η έκρηξη σπηλαίωσης παράγει έντονη τοπική θέρμανση (~5000 K), υψηλή πίεση (~1000 atm.) και τεράστιους ρυθμούς θέρμανσης/ψύξης (>109 K/s) και ροές πίδακα υγρού (~400 km/h)».
Οι φυσαλίδες σπηλαίωσης είναι φυσαλίδες κενού. Το 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 συνοχής στο ρευστό επίσης. 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 αρκετούς παράγοντες που χαρακτηρίζουν την κίνηση του εξοπλισμού που δημιουργεί σπηλαίωση στο υγρό.
Η ένταση της επιτάχυνσης είναι ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες που επηρεάζουν την αποτελεσματικότητα της μετατροπής της ενέργειας σε σπηλαίωση. Η υψηλότερη επιτάχυνση δημιουργεί μεγαλύτερη πτώση πίεσης, η οποία με τη σειρά της αυξάνει την πιθανότητα δημιουργίας φυσαλίδων κενού αντί των κυμάτων 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 ταλαντώσεων. 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 πυκνότητες ενέργειας έως 100 W/cm³.
Εκτός από την ένταση, το ρευστό πρέπει να επιταχύνεται με τέτοιο τρόπο ώστε να δημιουργεί ελάχιστες απώλειες σε στροβιλισμό, τριβή και σχηματισμό κυμάτων. Για αυτό, ο καλύτερος τρόπος θα ήταν μια μονόδρομη κατεύθυνση κίνησης. Ο υπέρηχος χρησιμοποιείται χάρη στις ακόλουθες δράσεις του:
- παρασκευή ενεργοποιημένων μετάλλων με αναγωγή μεταλλικών αλάτων
- παραγωγή ενεργοποιημένων μετάλλων με υπερήχους
- ηχητική-χημική σύνθεση σωματιδίων με καθίζηση οξειδίων μετάλλων (Fe, Cr, Mn, Co) π.χ. για χρήση ως καταλύτες
- εμποτισμός μετάλλων ή αλογονιδίων μετάλλων σε υποστρώματα
- παρασκευή διαλυμάτων ενεργοποιημένων μετάλλων
- αντιδράσεις που περιλαμβάνουν μέταλλα μέσω του 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
- μεγέθυνση κρυστάλλου
- ισοπέδωση και αφαίρεση παθητικοποιητικών επικαλύψεων οξειδίου
- μικροχειρισμός (κλασματοποίηση) μικρών σωματιδίων
- παρασκευή κολλοειδών (Ag, Au, CdS μεγέθους Q)
- ενσωμάτωση φιλοξενούμενων μορίων σε στερεά με ανόργανο στρώμα
- ηχοχημεία πολυμερών
- αποικοδόμηση και τροποποίηση πολυμερών
- σύνθεση πολυμερούς
- ηχόλυση οργανικών ρύπων στο νερό
Ηχοχημικός εξοπλισμός
Οι περισσότερες από τις ηχητικές-χημικές διεργασίες που αναφέρονται μπορούν να προσαρμοστούν σε λειτουργία άμεσης ροής. Θα χαρούμε να σας βοηθήσουμε στην επιλογή υγιούς χημικού 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 σχηματίζεται από αυτό 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, μια λάμψη είναι καθαρά ορατή στο ανθρώπινο μάτι. Το κόκκινο αλάτι αίματος δρα εδώ ως καταλύτης - παρεμπιπτόντως, η αιμοσφαιρίνη μπορεί να παίξει τον ίδιο ρόλο, 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 πέσει από μικρό ύψος θα τον σκίσει σε κομμάτια.
Πηγή: Πολύ καιρό χωρίς 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 συμβάλλει τέλεια στο σχηματισμό διαφόρων αφρού.
Πηγή: fishki.net
5. Σίδηρος + θειικός χαλκός
Μία από τις πρώτες αντιδράσεις που μελετήθηκαν στο μάθημα της 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 αυτή 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 το αντίστοιχο νάτριο και κάλιο, αλλά είναι εύκολο να διαπιστωθεί ότι αυτή η διαδικασία εξακολουθεί να είναι 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 σε άνθρακα). Το αέριο νερό που απελευθερώνεται ταυτόχρονα αφρίζει τον άνθρακα, χάρη στον οποίο βλέπουμε μια απειλητική μαύρη κολόνα.
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 συμβατικό 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, υπό τη δράση της υπεριώδους ακτινοβολίας, η πράσινη χρωστική φλουορεσκεΐνη εκπέμπει φως στο ορατό εύρος - αυτό το φαινόμενο ονομάζεται φθορισμός.
Πηγή: Thoisoi
11. Φερμουάρ στο πάνω καπέλο
Η αντίδραση μεταξύ θειούχου άνθρακα και μονοξειδίου του αζώτου (I) δεν συνοδεύεται μόνο από την πιο φωτεινή λευκή λάμψη, που θυμίζει κεραυνό μπάλας, αλλά χαρακτηρίζεται επίσης από έναν αστείο ήχο, χάρη στον οποίο πήρε το δημοφιλές του όνομα - "γαβγίζει σκύλος". μερικές φορές προσπαθούν να περάσουν αυτή την ουσία ως πολύτιμο μέταλλο.
Το τελικό αποτέλεσμα των αντιδράσεων εκρηκτικού μετασχηματισμού εκφράζεται συνήθως με μια εξίσωση που συσχετίζει τον χημικό τύπο του αρχικού εκρηκτικού ή τη σύνθεσή του (στην περίπτωση ενός εκρηκτικού μείγματος) με τη σύνθεση των τελικών προϊόντων έκρηξης.
Η γνώση της εξίσωσης του χημικού μετασχηματισμού κατά τη διάρκεια μιας έκρηξης είναι απαραίτητη από δύο απόψεις. Από τη μία πλευρά, αυτή η εξίσωση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό της θερμότητας και του όγκου των αερίων προϊόντων μιας έκρηξης και, κατά συνέπεια, της θερμοκρασίας, της πίεσης και άλλων παραμέτρων της έκρηξης. Από την άλλη πλευρά, η σύνθεση των προϊόντων έκρηξης έχει ιδιαίτερη σημασία όταν πρόκειται για εκρηκτικά που προορίζονται για ανατίναξη σε υπόγειες εργασίες (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 όπου ο υπολογισμός δεν επιτρέπει σε κάποιον να καθορίσει αξιόπιστα την τελική ισορροπία του εκρηκτικού μετασχηματισμού, στρέφεται στο πείραμα. Όμως ο πειραματικός προσδιορισμός της σύστασης των προϊόντων τη στιγμή της έκρηξης συναντά επίσης σοβαρές δυσκολίες, καθώς τα προϊόντα της 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 κατά κανόνα από άνθρακα, υδρογόνο, οξυγόνο και άζωτο. Επομένως, 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 η σύνθεση των εκρηκτικών περιλαμβάνει θείο ή χλώριο, τότε τα προϊόντα της έκρηξης μπορεί να περιέχουν SO 2 , H 2 S, HCl και Cl 2, αντίστοιχα. Στην περίπτωση της περιεκτικότητας σε μέταλλα στη σύνθεση εκρηκτικών, 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.) στη σύνθεση των προϊόντων έκρηξης υπάρχουν 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, BaCl2, KCl) και άλλες ενώσεις.
Η παρουσία και η ποσότητα ορισμένων προϊόντων έκρηξης εξαρτώνται κυρίως από την ισορροπία οξυγόνου της εκρηκτικής σύνθεσης.
Το ισοζύγιο οξυγόνου χαρακτηρίζει την αναλογία μεταξύ της περιεκτικότητας σε εύφλεκτα στοιχεία και του οξυγόνου στο 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 στη σύνθεσή του. Ο υπολογισμός πραγματοποιείται για 100 g εκρηκτικής ύλης, σύμφωνα με την οποία το ισοζύγιο οξυγόνου εκφράζεται ως ποσοστό. Η παροχή της σύνθεσης με οξυγόνο χαρακτηρίζεται από το ισοζύγιο οξυγόνου (KB) ή τον συντελεστή οξυγόνου a to, που εκφράζουν σε σχετικούς όρους την περίσσεια ή την έλλειψη οξυγόνου για την πλήρη οξείδωση των καύσιμων στοιχείων σε ανώτερα οξείδια, για παράδειγμα, CO 2 και H2O.
Εάν ένα εκρηκτικό περιέχει τόσο οξυγόνο όσο είναι απαραίτητο για την πλήρη οξείδωση των εύφλεκτων στοιχείων που το αποτελούν, τότε το ισοζύγιο οξυγόνου του είναι ίσο με μηδέν. Εάν η περίσσεια - KB είναι θετική, με έλλειψη οξυγόνου - KB είναι αρνητική. Το ισοζύγιο των εκρηκτικών ως προς το οξυγόνο αντιστοιχεί σε CB - 0. α έως = 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 C, H, N και O, αντίστοιχα, στον χημικό τύπο του εκρηκτικού. 12, 1, 14, 16 είναι οι 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. Ένα εκρηκτικό με αρνητικό ισοζύγιο οξυγόνου, αλλά το οξυγόνο δεν επαρκεί για να μετατρέψει όλα τα εύφλεκτα συστατικά σε αέρια (υπάρχει στοιχειακός άνθρακας στα προϊόντα έκρηξης).
4.4.1. Υπολογισμός σύστασης προϊόντων εκρηκτικής αποσύνθεσης εκρηκτικών
με θετικό ισοζύγιο οξυγόνου (ομάδα I εκρηκτικών)
Κατά τη σύνταξη των εξισώσεων για τις αντιδράσεις έκρηξης, τα εκρηκτικά με θετικό ισοζύγιο οξυγόνου καθοδηγούνται από τις ακόλουθες διατάξεις: ο άνθρακας οξειδώνεται σε διοξείδιο του άνθρακα CO 2, υδρογόνο σε νερό H 2 O, άζωτο και περίσσεια οξυγόνου απελευθερώνονται σε στοιχειακή μορφή (N 2, Ο 2).
Για παράδειγμα.
1. Γράψτε μια εξίσωση αντίδρασης (προσδιορίστε τη σύσταση των προϊόντων έκρηξης) της εκρηκτικής αποσύνθεσης μιας μεμονωμένης εκρηκτικής ύλης.
Νιτρογλυκερίνη: C 3 H 5 (ONO 2) 3, Μ = 227.
Καθορίζουμε την τιμή του ισοζυγίου οξυγόνου για τη νιτρογλυκερίνη:
KB > 0, γράφουμε την εξίσωση αντίδρασης:
C 3 H 5 (ONO 2) 3 \u003d 3CO 2 + 2,5H 2 O + 0,25O 2 + 1,5N 2.
Εκτός από την κύρια αντίδραση, οι αντιδράσεις διάστασης προχωρούν:
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 \u003d 3,5 (πολύ περισσότερο από το μηδέν), οι αντιδράσεις μετατοπίζονται προς το σχηματισμό CO 2, H 2 O, N 2, επομένως, η αναλογία αερίων CO, H 2 και NO στα εκρηκτικά προϊόντα αποσύνθεσης είναι ασήμαντη και μπορούν να παραμεληθούν.
2. Να συνθέσετε μια εξίσωση για την αντίδραση της εκρηκτικής αποσύνθεσης μικτών εκρηκτικών: αμμωνιακή, αποτελούμενη 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 (α.μ. Μ = 27).
Ο υπολογισμός του ισοζυγίου οξυγόνου και του συντελεστή α σε ανάμεικτα εκρηκτικά πραγματοποιείται ως εξής: η ποσότητα καθενός από τα χημικά στοιχεία που περιέχονται σε 1 kg του μείγματος υπολογίζεται και εκφράζεται σε mol. Στη συνέχεια συνθέτουν έναν υπό όρους χημικό τύπο για 1 κιλό μικτής εκρηκτικής ύλης, παρόμοιο σε εμφάνιση με τον χημικό τύπο για ένα μεμονωμένο εκρηκτικό, και στη συνέχεια ο υπολογισμός πραγματοποιείται όπως στο παραπάνω παράδειγμα.
Εάν το ανάμεικτο εκρηκτικό περιέχει αλουμίνιο, τότε οι εξισώσεις για τον προσδιορισμό των τιμών CB και α έχουν την ακόλουθη μορφή:
,
,
όπου e είναι ο αριθμός των ατόμων αλουμινίου στον υπό συνθήκη τύπο.
Λύση.
1. Υπολογίζουμε τη στοιχειακή σύσταση 1 κιλού αμμωνίου και γράφουμε τον υπό όρους χημικό τύπο του
%.
2. Γράψτε την εξίσωση αντίδρασης για την αποσύνθεση αμμωνίου:
C 4,6 H 43,3 N 20 O 34 Al 1,85 \u003d 4,6CO 2 + 21,65H 2 O + 0,925Al 2 O 3 + 10N 2 + 0,2O 2.
4.4.2. Υπολογισμός σύστασης προϊόντων εκρηκτικής αποσύνθεσης εκρηκτικών
με αρνητικό ισοζύγιο οξυγόνου (II ομάδα ΒΒ)
Όπως σημειώθηκε προηγουμένως, κατά τη σύνταξη των εξισώσεων για τις αντιδράσεις εκρηκτικής αποσύνθεσης των εκρηκτικών της δεύτερης ομάδας, πρέπει να ληφθούν υπόψη τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: το υδρογόνο οξειδώνεται σε H 2 O, ο άνθρακας οξειδώνεται σε CO, το υπόλοιπο οξυγόνο οξειδώνει μέρος του CO σε CO 2 και το άζωτο απελευθερώνεται με τη μορφή N 2.
Παράδειγμα:Να συνθέσετε μια εξίσωση για την αντίδραση της εκρηκτικής αποσύνθεσης της τετρανιτρικής πενταερυθριτόλης (PETN) C (CH 2 ONO 2) 4 Mthena \u003d 316. Το ισοζύγιο οξυγόνου είναι ίσο με -10,1%.
Μπορεί να φανεί από τον χημικό τύπο του θερμαντικού στοιχείου ότι το οξυγόνο δεν είναι αρκετό έως ότου το υδρογόνο και ο άνθρακας οξειδωθούν πλήρως (για 8 υδρογόνα, χρειάζονται 4 άτομα οξυγόνου για να μετατραπούν σε H 2 O \u003d 4H 2 O) (για 5 άνθρακα άτομα, χρειάζονται 10 άτομα οξυγόνου για να μετατραπεί σε CO 2 \u003d 5CO 2) συνολικά 4 + 10 \u003d 14 at. οξυγόνο, και υπάρχουν μόνο 12 άτομα.
1. Συνθέτουμε την εξίσωση αντίδρασης για την αποσύνθεση του θερμαντικού στοιχείου:
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.
Για να προσδιορίσετε την τιμή των συντελεστών CO και CO 2:
5CO + 1,5O 2 \u003d xCO + yCO 2,
x + y \u003d n - το άθροισμα των ατόμων άνθρακα,
x + 2y \u003d m - το άθροισμα των ατόμων οξυγόνου,
X + y \u003d 5 x \u003d 5 - y
x + 2y = 8 ή x = 8 - 2y
ή 5 - y \u003d 8 - 2y; y \u003d 8 - 5 \u003d 3; x \u003d 5 - 3 \u003d 2.
Οτι. συντελεστής σε CO x = 2; σε CO 2 y \u003d 3, δηλ.
5CO + 1,5 O 2 \u003d 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 υδρατμών (H 2 O + CO CO 2 + H 2).
Η εξίσωση αντίδρασης για την εκρηκτική αποσύνθεση του PETN μπορεί να αναπαρασταθεί ως:
C (CH 2 ONO 2) 4 \u003d uH 2 O + xCO + yCO 2 + zH 2 + 2N 2.
Η θερμοκρασία της εκρηκτικής διαρροής του θερμαντικού στοιχείου είναι περίπου 4000 0 Κ.
Συνεπώς, η σταθερά ισορροπίας των υδρατμών:
.
Καταγράφουμε και λύνουμε το σύστημα των εξισώσεων:
,
x + y = 5 (βλ. παραπάνω) είναι ο αριθμός των ατόμων άνθρακα.
2z + 2у = 8 είναι ο αριθμός των ατόμων υδρογόνου.
x + 2y + u = 12 είναι ο αριθμός των ατόμων οξυγόνου.
Ο μετασχηματισμός του συστήματος εξισώσεων ανάγεται στη λήψη μιας τετραγωνικής εξίσωσης:
7,15 ε 2 - 12,45 ε - 35 = 0.
(Μια εξίσωση του τύπου ay 2 + wy + 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 \u003d 1,752CO + 3,248CO 2 + 3,758H 2 O + 0,242H 2 + 2N 2.
Μπορεί να φανεί από την εξίσωση που προκύπτει ότι το σφάλμα στον προσδιορισμό της σύνθεσης και της ποσότητας των εκρηκτικών προϊόντων αποσύνθεσης με μια κατά προσέγγιση μέθοδο είναι ασήμαντο.
4.4.3. Σύνταξη εξισώσεων για τις αντιδράσεις εκρηκτικής αποσύνθεσης εκρηκτικών
με αρνητικό CB (ομάδα III)
Όταν γράφετε τις εξισώσεις για την αντίδραση αποσύνθεσης εκρηκτικών για την τρίτη ομάδα εκρηκτικών, είναι απαραίτητο να τηρείτε την ακόλουθη σειρά:
1. Προσδιορίστε το KB του με τον χημικό τύπο των εκρηκτικών.
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 γράψετε μια εξίσωση για την εκρηκτική αποσύνθεση τρινιτροτολουολίου (τροτυλ, τολ) 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: για την πλήρη οξείδωση του υδρογόνου χρειάζονται 2,5 άτομα οξυγόνου, για την ατελή οξείδωση του άνθρακα - 7 άτομα (μόνο 9,5 σε σύγκριση με τα υπάρχοντα 6 άτομα) . Σε αυτή την περίπτωση, η εξίσωση αντίδρασης για την αποσύνθεση του TNT έχει τη μορφή:
C 6 H 2 (NO 2) 3 CH 3 \u003d 2,5H 2 O + 3,5CO + 3,5 C + 1,5N 2.
δευτερογενείς αντιδράσεις:
H 2 O + CO CO 2 + H 2;
Απίστευτα γεγονότα
Το μοριακό υλικό στην καθημερινή μας ζωή είναι τόσο προβλέψιμο που συχνά ξεχνάμε τι καταπληκτικά πράγματα μπορεί να συμβούν στα βασικά στοιχεία.
Ακόμη και μέσα στο σώμα μας, λαμβάνουν χώρα πολλές εκπληκτικές χημικές αντιδράσεις.
Εδώ είναι μερικές συναρπαστικές και εντυπωσιακές χημικές και φυσικές αντιδράσεις σε σχήμα GIF που θα σας θυμίσουν ένα μάθημα χημείας.
χημικές αντιδράσεις
1. "Το φίδι του Φαραώ" - η αποσύνθεση του 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 αποσυντίθενται σε τρεις ακόμη ουσίες, γεγονός που οδηγεί στην ανάπτυξη ενός τεράστιου «φιδιού».
2. Καίγοντας σπίρτο
Η κεφαλή του σπίρτου περιέχει κόκκινο φώσφορο, θείο και αλάτι Bertolet. Η θερμότητα που παράγεται από τον φώσφορο αποσυνθέτει το άλας Bertolet και απελευθερώνει οξυγόνο στη διαδικασία. Το οξυγόνο συνδυάζεται με το θείο για να παράγει μια 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 με φλόγα ή σπινθήρα, με αποτέλεσμα μια θεαματική έκρηξη. Γι' αυτό το ήλιο χρησιμοποιείται πλέον πιο συχνά από το 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 σε ένα τρυβλίο 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 σε διάλυμα, μετατρέποντας το θειικό χαλκό σε θειικό σίδηρο. Ο καθαρός χαλκός συλλέγεται στο σίδηρο.
7. Ανάφλεξη του δοχείου αερίου
8. Δισκίο χλωρίου + ιατρική αλκοόλη σε κλειστό μπουκάλι
Η αντίδραση οδηγεί σε αύξηση της πίεσης και τελειώνει με τη ρήξη του δοχείου.
9. Πολυμερισμός π-νιτροανιλίνης
Σε ένα gif, 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 στο 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. Αέριο ραδονίου 220 θα εγχυθεί στον θάλαμο ομίχλης
Το μονοπάτι σε σχήμα V οφείλεται σε δύο σωματίδια άλφα (πυρήνες ηλίου-4) που απελευθερώνονται όταν το ραδόνιο διασπάται σε πολώνιο και στη συνέχεια σε μόλυβδο.
Πειράματα οικιακής χημείας
15. Μπάλες υδρογέλης και πολύχρωμο νερό
Σε αυτή την περίπτωση, λαμβάνει χώρα διάχυση. Το Hydrogel είναι ένα πολυμερές κόκκο που απορροφά πολύ καλά το νερό.
16. Ακετόνη + φελιζόλ
Το φελιζόλ είναι κατασκευασμένο από φελιζόλ, το οποίο, όταν διαλυθεί σε ασετόν, απελευθερώνει αέρα στον αφρό, με αποτέλεσμα 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, ενώ το απορρυπαντικό πιάτων στο νερό συγκρατεί το διοξείδιο του άνθρακα και τους υδρατμούς σε σχήμα 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 απορρυπαντικό πιάτων χαλαρώνει τους χημικούς δεσμούς που συγκρατούν τις πρωτεΐνες και τα λίπη σε διάλυμα. Τα μόρια λίπους μπερδεύονται καθώς τα μόρια του σαπουνιού αρχίζουν να βιάζονται για να συνδεθούν 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 χρησιμεύει ως καταλύτης για την απελευθέρωση οξυγόνου από το υπεροξείδιο του υδρογόνου, δημιουργώντας πολλές φυσαλίδες. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται μια εξώθερμη αντίδραση, με το σχηματισμό αφρού και την απελευθέρωση θερμότητας.
Χημικά πειράματα (βίντεο)
20. Bulb Burnout
Το νήμα βολφραμίου σπάει, προκαλώντας ηλεκτρικό βραχυκύκλωμα που κάνει το νήμα να λάμπει.
21. Ferrofluid σε γυάλινο βάζο
Ένα σιδηρορευστό είναι ένα υγρό που μαγνητίζεται σε μεγάλο βαθμό παρουσία μαγνητικού πεδίου. Χρησιμοποιείται σε σκληρούς δίσκους και στη μηχανολογία.
Ένα άλλο φερρορευστό.
22. Ιώδιο + αλουμίνιο
Η οξείδωση του λεπτώς διασκορπισμένου 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 πραγματοποιηθεί σε γυάλινο δοχείο, θα μπορούσε να σπάσει.