Reakcje chemiczne przemian wybuchowych. Klasyfikacja reakcji chemicznych Wzory reakcji chemicznych z dźwiękiem

Podczas reakcji chemicznych jedna substancja zamienia się w drugą (nie mylić z reakcjami jądrowymi, podczas których jeden pierwiastek chemiczny przekształca się w inny).

Każdą reakcję chemiczną opisuje równanie chemiczne:

Reagenty → Produkty reakcji

Strzałka wskazuje kierunek reakcji.

Na przykład:

W tej reakcji metan (CH 4) reaguje z tlenem (O 2), w wyniku czego powstaje dwutlenek węgla (CO 2) i woda (H 2 O), a dokładniej para wodna. Dokładnie taka jest reakcja w Twojej kuchni, gdy zapalisz palnik gazowy. Równanie należy czytać w następujący sposób: Jedna cząsteczka metanu reaguje z dwiema cząsteczkami gazowego tlenu, tworząc jedną cząsteczkę dwutlenku węgla i dwie cząsteczki wody (pary wodnej).

Liczby umieszczone przed składnikami reakcji chemicznej nazywane są współczynniki reakcji.

Zachodzą reakcje chemiczne endotermiczny(z absorpcją energii) i egzotermiczny(z uwolnieniem energii). Spalanie metanu jest typowym przykładem reakcji egzotermicznej.

Istnieje kilka rodzajów reakcji chemicznych. Najpopularniejszy:

• reakcje połączeń;
• reakcje rozkładu;
• reakcje pojedynczej wymiany;
• reakcje podwójnego przemieszczenia;
• reakcje utleniania;
• reakcje redoks.

Reakcje złożone

W reakcjach złożonych co najmniej dwa pierwiastki tworzą jeden produkt:

2Na (t) + Cl 2 (g) → 2NaCl (t)- powstawanie soli kuchennej.

Należy zwrócić uwagę na istotny niuans reakcji złożonych: w zależności od warunków reakcji lub proporcji odczynników wchodzących do reakcji, jej wynikiem mogą być różne produkty. Na przykład w normalnych warunkach spalania węgla powstaje dwutlenek węgla:
C (t) + O 2 (g) → CO 2 (g)

Jeśli ilość tlenu jest niewystarczająca, powstaje śmiercionośny tlenek węgla:
2C (t) + O 2 (g) → 2CO (g)

Reakcje rozkładu

Reakcje te są w pewnym sensie zasadniczo odwrotne do reakcji związku. W wyniku reakcji rozkładu substancja rozkłada się na dwa (3, 4...) prostsze pierwiastki (związki):

• 2H 2 O (l) → 2H 2 (g) + O 2 (g)- rozkład wody
• 2H 2 O 2 (l) → 2H 2 (g) O + O 2 (g)- rozkład nadtlenku wodoru

Reakcje pojedynczego przemieszczenia

W wyniku reakcji pojedynczego podstawienia bardziej aktywny pierwiastek zastępuje w związku mniej aktywny:

Zn (s) + CuSO 4 (roztwór) → ZnSO 4 (roztwór) + Cu (s)

Cynk w roztworze siarczanu miedzi wypiera mniej aktywną miedź, w wyniku czego powstaje roztwór siarczanu cynku.

Stopień aktywności metali według rosnącej aktywności:

• Najbardziej aktywne są metale alkaliczne i metale ziem alkalicznych

Równanie jonowe powyższej reakcji będzie wyglądało następująco:

Zn (t) + Cu 2+ + SO 4 2- → Zn 2+ + SO 4 2- + Cu (t)

Wiązanie jonowe CuSO 4 po rozpuszczeniu w wodzie rozpada się na kation miedzi (ładunek 2+) i anion siarczanowy (ładunek 2-). W wyniku reakcji podstawienia powstaje kation cynku (który ma taki sam ładunek jak kation miedzi: 2-). Należy pamiętać, że anion siarczanowy występuje po obu stronach równania, czyli zgodnie ze wszystkimi zasadami matematyki można go zredukować. Rezultatem jest równanie jonowo-molekularne:

Zn (t) + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu (t)

Reakcje podwójnego przemieszczenia

W reakcjach podwójnego podstawienia dwa elektrony są już zastąpione. Takie reakcje są również nazywane reakcje wymiany. Takie reakcje zachodzą w roztworze, tworząc:

• nierozpuszczalne ciało stałe (reakcja strącania);
• woda (reakcja neutralizacji).

Reakcje strącania

Kiedy roztwór azotanu srebra (soli) miesza się z roztworem chlorku sodu, powstaje chlorek srebra:

Równanie molekularne: KCl (roztwór) + AgNO 3 (p-p) → AgCl (s) + KNO 3 (p-p)

Równanie jonowe: K + + Cl - + Ag + + NO 3 - → AgCl (t) + K + + NO 3 -

Molekularne równanie jonowe: Cl - + Ag + → AgCl (s)

Jeśli związek jest rozpuszczalny, będzie obecny w roztworze w postaci jonowej. Jeśli związek jest nierozpuszczalny, wytrąci się, tworząc substancję stałą.

Reakcje neutralizacji

Są to reakcje pomiędzy kwasami i zasadami, w wyniku których powstają cząsteczki wody.

Na przykład reakcja zmieszania roztworu kwasu siarkowego i roztworu wodorotlenku sodu (ługu):

Równanie molekularne: H 2 SO 4 (p-p) + 2NaOH (p-p) → Na 2 SO 4 (p-p) + 2H 2 O (l)

Równanie jonowe: 2H + + SO 4 2- + 2Na + + 2OH - → 2Na + + SO 4 2- + 2H 2O (l)

Molekularne równanie jonowe: 2H + + 2OH - → 2H 2 O (l) lub H + + OH - → H 2 O (l)

Reakcje utleniania

Są to reakcje oddziaływania substancji z gazowym tlenem zawartym w powietrzu, podczas których z reguły uwalniana jest duża ilość energii w postaci ciepła i światła. Typową reakcją utleniania jest spalanie. Na samym początku tej strony jest reakcja pomiędzy metanem i tlenem:

CH 4 (g) + 2O 2 (g) → CO 2 (g) + 2H 2 O (g)

Metan należy do węglowodorów (związków węgla i wodoru). Kiedy węglowodór reaguje z tlenem, uwalniana jest duża ilość energii cieplnej.

Reakcje redoks

Są to reakcje, w których dochodzi do wymiany elektronów pomiędzy atomami reagentów. Reakcje omówione powyżej są również reakcjami redoks:

• 2Na + Cl 2 → 2NaCl - reakcja złożona
• CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O - reakcja utleniania
• Zn + CuSO 4 → ZnSO 4 + Cu - reakcja pojedynczego podstawienia

Reakcje redoks z dużą liczbą przykładów rozwiązywania równań metodą równowagi elektronowej i metodą półreakcji opisano możliwie szczegółowo w rozdziale

Wyzwolenie dźwięku w reakcjach chemicznych najczęściej obserwuje się podczas eksplozji, gdy gwałtowny wzrost temperatury i ciśnienia powoduje drgania powietrza. Ale da się obejść bez eksplozji. Jeśli do sody oczyszczonej dodasz odrobinę octu, usłyszysz syczący dźwięk i uwolni się dwutlenek węgla: NaHCO3 + CH3COOH = CH3COONa + H2O + CO2. Oczywiste jest, że w pozbawionej powietrza przestrzeni nie będzie słychać ani tej reakcji, ani eksplozji.

Inny przykład: jeśli na dno szklanego cylindra wylejemy odrobinę ciężkiego stężonego kwasu siarkowego, następnie wylejemy na wierzch warstwę lekkiego alkoholu, a następnie na granicy obu cieczy umieścimy kryształki nadmanganianu potasu (nadmanganianu potasu). usłyszysz dość głośny trzask, a w ciemności widoczne będą jasne iskry. Oto bardzo ciekawy przykład „chemii dźwięku”.

Wszyscy słyszeli trzaskający płomień w piecu.

Brzęczenie słychać również po zapaleniu wodoru wydobywającego się z rurki i opuszczeniu końca rurki do stożkowego lub kulistego naczynia. Zjawisko to nazwano śpiewającym płomieniem.

Znane jest również zjawisko dokładnie odwrotne - wpływ dźwięku gwizdka na płomień. Płomień może niejako „odczuwać” dźwięk, monitorować zmiany jego natężenia i tworzyć swego rodzaju „świetlną kopię” wibracji dźwiękowych.

Wszystko na świecie jest więc ze sobą powiązane, łącznie z naukami tak pozornie odległymi, jak chemia i akustyka.

Rozważmy ostatni z powyższych znaków reakcji chemicznych - wytrącanie osadu z roztworu.

W życiu codziennym takie reakcje są rzadkie. Niektórzy ogrodnicy wiedzą, że jeśli do zwalczania szkodników przygotuje się tzw. Płyn Bordeaux (nazwany tak od miasta we Francji Bordeaux, gdzie spryskano nim winnice) i w tym celu zmiesza się roztwór siarczanu miedzi z mlekiem wapiennym , utworzy się osad.

Obecnie niewiele osób przygotowuje płyn Bordeaux, ale każdy widział kamień wewnątrz czajnika. Okazuje się, że jest to również osad powstający podczas reakcji chemicznej!

To jest reakcja. W wodzie znajduje się pewna ilość rozpuszczalnego wodorowęglanu wapnia Ca(HCO3)2. Substancja ta powstaje, gdy woda podziemna, w której rozpuszczony jest dwutlenek węgla, przedostaje się przez skały wapienne.

W tym przypadku zachodzi reakcja rozpuszczania węglanu wapnia (mianowicie składa się z niego wapień, kreda i marmur): CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2. Jeśli teraz z roztworu wyparuje woda, reakcja zacznie przebiegać w przeciwnym kierunku.

Woda może wyparować, gdy roztwór wodorowęglanu wapnia zbierze krople na suficie podziemnej jaskini, które czasami spadają.

Tak powstają stalaktyty i stalagmity. Odwrotna reakcja zachodzi również po podgrzaniu roztworu.

Tak powstaje kamień w czajniku.

Im więcej wodorowęglanów było w wodzie (wtedy wodę nazywa się twardą), tym więcej kamienia się tworzy. A zanieczyszczenia żelaza i manganu sprawiają, że łuska nie jest biała, ale żółta, a nawet brązowa.

Łatwo jest sprawdzić, czy kamień rzeczywiście jest węglanowy. Aby to zrobić, należy potraktować go octem - roztworem kwasu octowego.

W wyniku reakcji CaCO3 + 2CH3COOH = (CH3COO)2Ca + + H2O + CO2 uwolnią się pęcherzyki dwutlenku węgla i kamień zacznie się rozpuszczać.

Wymienione znaki (powtórzmy je jeszcze raz: wyzwolenie światła, ciepła, gazu, osadu) nie zawsze pozwalają stwierdzić, że reakcja rzeczywiście zachodzi.

Przykładowo w bardzo wysokiej temperaturze węglan wapnia CaCO3 (kreda, wapień, marmur) ulega rozpadowi i powstaje tlenek wapnia oraz dwutlenek węgla: CaCO3 = CaO + CO2 i podczas tej reakcji energia cieplna nie jest uwalniana, lecz jest absorbowana i wygląd substancji niewiele się zmienia.

Inny przykład. Jeśli zmieszamy rozcieńczone roztwory kwasu chlorowodorowego i wodorotlenku sodu, nie zaobserwujemy żadnych widocznych zmian, chociaż zachodzi reakcja HC1 + NaOH = NaCl + H2O. W tej reakcji substancje żrące – kwas i zasada „wygasiły” się nawzajem, w wyniku czego powstał nieszkodliwy chlorek sodu (sól kuchenna) i woda.

Ale jeśli zmieszasz roztwory kwasu solnego i azotanu potasu (azotan potasu), wówczas nie nastąpi żadna reakcja chemiczna.

Oznacza to, że nie zawsze można stwierdzić, czy nastąpiła reakcja, wyłącznie na podstawie zewnętrznych znaków.

Rozważmy najczęstsze reakcje na przykładzie kwasów, zasad, tlenków i soli - głównych klas związków nieorganicznych.

Przedmowa
Wstęp
§ 1. Przedmiot chemii dźwięku
§ 2. Rozprawa o rozwoju chemii dźwiękowej
§ 3. Metody doświadczalne chemii zdrowej
Rozdział 1. Pole akustyczne i kawitacja ultradźwiękowa
§ 4. Pole akustyczne i wielkości je charakteryzujące (podstawowe pojęcia)
§ 5. Kawitacja akustyczna w cieczach
§ 6. Jądra kawitacyjne w cieczach
§ 7. Pulsacja i zapadanie się pęcherzyków kawitacyjnych
§ 8. Dynamika rozwoju obszaru kawitacyjnego
Rozdział 2. Badania eksperymentalne i teoretyczne reakcji sonochemicznych i soioluminescencji
§ 9. Wpływ różnych czynników na przebieg reakcji dźwiękowo-chemicznych i soioluminescencji
§ 10. Współluminescencja w różnych cieczach
§ 11. Procesy fizyczne prowadzące do wystąpienia reakcji dźwiękowo-chemicznych i soioluminescencji
§ 12. Badania spektralne koluminescencji
§ 13. Pierwotne i wtórne procesy elementarne w pęcherzyku kawitacyjnym
§ 14. Klasyfikacja ultradźwiękowych reakcji chemicznych
§ 15. O mechanizmie działania gazów i powstawaniu reakcji dźwiękowo-chemicznych
§ 16. Pola akustyczne o małych natężeniach
§ 17. Pola akustyczne niskiej częstotliwości
Rozdział 3. Energia reakcji dźwiękowo-chemicznych i procesów fizyczno-chemicznych wywołanych kawitacją
§ 18. Główne sposoby przetwarzania energii drgań akustycznych
§ 19. Wydajność chemiczno-akustyczna produktów reakcji (uzysk energetyczny)
§ 20. Początkowe wydajności chemiczno-akustyczne produktów ultradźwiękowego rozszczepiania wody
§ 21. Uzysk energetyczny soioluminescencji
§ 22. Zależność szybkości reakcji dźwiękowo-chemicznych od natężenia fal ultradźwiękowych
§ 23. Zależność szybkości procesów fizykochemicznych wywołanych kawitacją od natężenia fal ultradźwiękowych
§ 24. Ogólne prawa ilościowe
§ 25. O zależności pomiędzy mocami energetycznymi reakcji dźwiękowo-chemicznych i sonoluminescencją
Rozdział 4. Kinetyka ultradźwiękowych reakcji chemicznych
§ 26. Stan stacjonarny stężenia rodników uśrednionego dla okresu oscylacji i objętości (pierwsze przybliżenie)
§ 27. Zmiana stężenia rodników uśredniona objętościowo (drugie przybliżenie)
§ 28. Kawitacyjno-dyfuzyjny model czasoprzestrzennego rozkładu rodników (trzecie przybliżenie)
§ 29. Miejsce energii fal ultradźwiękowych wśród innych fizycznych metod oddziaływania na materię
§ 30. Cechy propagacji ciepła z pęcherzyka kawitacyjnego
Rozdział 5. Zdrowa chemia wody i roztworów wodnych
§ 31. Główne cechy uzyskanych wyników eksperymentalnych
§ 32. Sonoliza roztworów kwasu chlorooctowego. O pojawieniu się uwodnionych elektronów w polu fal ultradźwiękowych
§ 33. Utlenianie siarczanu żelaza(II) w polu fal ultradźwiękowych
§ 34. Redukcja siarczanu ceru(IV) w polu fal ultradźwiękowych
§ 35. Synteza nadtlenku wodoru podczas sonolizy wody i wodnych roztworów mrówczanów
§ 36. Obliczanie wartości początkowych mocy chemiczno-akustycznych
§ 37. Reakcje dźwiękowo-chemiczne w wodzie i roztworach wodnych w atmosferze azotu
§ 38. Zainicjowanie falami ultradźwiękowymi reakcji łańcuchowej stereoizomeryzacji kwasu etyleno-1,2-dikarboksylowego i jego estrów
Wniosek. Perspektywy wykorzystania fal ultradźwiękowych w nauce, technologii i medycynie
Literatura
Indeks tematyczny

Niesamowite fakty

Materiał molekularny jest tak przewidywalny w naszym codziennym życiu, że często zapominamy, jakie niesamowite rzeczy mogą się wydarzyć z podstawowymi elementami.

Nawet w naszych ciałach zachodzi wiele niesamowitych reakcji chemicznych.

Oto kilka zabawnych i imponujących reakcji chemicznych i fizycznych w formie GIF, które przypomną Ci o lekcjach chemii.

Reakcje chemiczne

1. „Wąż faraona” – rozkład tiocyjanianu rtęci

Spalanie tiocyjanianu rtęci powoduje jego rozkład na trzy inne substancje chemiczne. Te trzy substancje chemiczne z kolei rozkładają się na trzy kolejne substancje, powodując rozwinięcie się ogromnego „węża”.

2. Płonąca zapałka

Główka zapałki zawiera czerwony fosfor, siarkę i sól bertolitową. Ciepło wytwarzane przez fosfor rozkłada sól bertolitu i uwalnia w tym procesie tlen. Tlen łączy się z siarką, tworząc krótkotrwały płomień, którego używamy na przykład do zapalenia świecy.

3. Ogień + wodór

Gazowy wodór jest lżejszy od powietrza i może zapalić się od płomienia lub iskry, powodując spektakularną eksplozję. Dlatego do napełniania balonów częściej niż wodór używa się obecnie helu.

4. Rtęć + aluminium

Rtęć przenika przez ochronną warstwę tlenku (rdzy) aluminium, powodując jego rdzewienie znacznie szybciej.

Przykłady reakcji chemicznych

5. Jad węża + krew

Jedna kropla jadu żmii upuszczona na szalkę Petriego z krwią powoduje, że zwija się on w grubą bryłę ciała stałego. To właśnie dzieje się w naszym organizmie, gdy ukąsi nas jadowity wąż.

6. Roztwór żelaza + siarczanu miedzi

Żelazo zastępuje miedź w roztworze, zamieniając siarczan miedzi w siarczan żelaza. Czysta miedź jest zbierana na żelazie.

7. Zapłon butli z gazem

8. Chlor w tabletce + alkohol do nacierania w zamkniętej butelce

Reakcja prowadzi do wzrostu ciśnienia i kończy się rozerwaniem pojemnika.

9. Polimeryzacja p-nitroaniliny

Na gifce kilka kropli stężonego kwasu siarkowego dodaje się do połowy łyżeczki p-nitroaniliny lub 4-nitroaniliny.

10. Krew w nadtlenku wodoru

Enzym we krwi zwany katalazą przekształca nadtlenek wodoru w wodę i gazowy tlen, tworząc pianę z pęcherzyków tlenu.

Eksperymenty chemiczne

11. Gal w gorącej wodzie

Gal, który jest stosowany głównie w elektronice, ma temperaturę topnienia 29,4 stopnia Celsjusza, co oznacza, że ​​topi się w dłoniach.

12. Powolne przejście beta cyny do modyfikacji alfa

W niskich temperaturach beta alotrop cyny (srebrny, metaliczny) spontanicznie zamienia się w alotrop alfa (szary, pudrowy).

13. Poliakrylan sodu + woda

Poliakrylan sodu, ten sam materiał, który jest używany w pieluszkach dla dzieci, działa jak gąbka i pochłania wilgoć. Po zmieszaniu z wodą masa zamienia się w stały żel, a woda nie jest już cieczą i nie można jej wylać.

14. Do komory mgłowej wtryskiwany jest gaz Radon 220

Ślady w kształcie litery V powstają w wyniku działania dwóch cząstek alfa (jądra helu-4), które uwalniają się, gdy radon rozpada się na polon, a następnie ołów.

Domowe eksperymenty chemiczne

15. Kulki hydrożelowe i kolorowa woda

W tym przypadku dyfuzja ma miejsce. Hydrożel to granulat polimerowy, który bardzo dobrze wchłania wodę.

16. Aceton + styropian

Styropian produkowany jest ze spienionego polistyrenu, który po rozpuszczeniu w acetonie uwalnia powietrze do pianki, sprawiając wrażenie, jakbyś rozpuścił dużą ilość materiału w małej ilości cieczy.

17. Suchy lód + płyn do mycia naczyń

Suchy lód umieszczony w wodzie tworzy chmurę, a płyn do mycia naczyń w wodzie zatrzymuje dwutlenek węgla i parę wodną w postaci bąbelków.

18. Kropla detergentu dodana do mleka z barwnikiem spożywczym

Mleko składa się głównie z wody, ale zawiera także witaminy, minerały, białka i maleńkie kropelki tłuszczu zawieszone w roztworze.

Mydło do naczyń osłabia wiązania chemiczne utrzymujące białka i tłuszcze w roztworze. Cząsteczki tłuszczu zostają zdezorientowane, gdy cząsteczki mydła mieszają się z cząsteczkami tłuszczu, aż roztwór zostanie równomiernie wymieszany.

19. „Pasta do zębów słonia”

Drożdże i ciepłą wodę wlewa się do pojemnika z detergentem, nadtlenkiem wodoru i barwnikiem spożywczym. Drożdże działają jak katalizator uwalniania tlenu z nadtlenku wodoru, tworząc wiele pęcherzyków. Rezultatem jest reakcja egzotermiczna, podczas której tworzy się piana i wydziela się ciepło.

Eksperymenty chemiczne (wideo)

20. Przepala się żarówka

Włókno wolframowe pęka, powodując zwarcie elektryczne, które powoduje żarzenie się żarnika.

21. Ciecz ferromagnetyczna w szklanym słoju

Płyn ferromagnetyczny to płyn, który ulega silnemu namagnesowaniu w obecności pola magnetycznego. Jest stosowany w dyskach twardych i inżynierii mechanicznej.

Kolejny płyn ferromagnetyczny.

22. Jod + aluminium

Utlenianie drobno rozdrobnionego aluminium zachodzi w wodzie, tworząc ciemnopurpurowe opary.

23. Rubid + woda

Rubid bardzo szybko reaguje z wodą, tworząc wodorotlenek rubidu i gazowy wodór. Reakcja jest tak szybka, że ​​gdyby była prowadzona w szklanym naczyniu, mogłaby pęknąć.