>

Näited heliga toimuvatest keemilistest reaktsioonidest. Kõige uskumatumad keemilised reaktsioonid (gifid)

Saada oma head tööd teadmistebaasi on lihtne. Kasutage allolevat vormi

Üliõpilased, magistrandid, noored teadlased, kes kasutavad teadmistebaasi oma õpingutes ja töös, on teile väga tänulikud.

postitatud http://www.allbest.ru/

  • Sissejuhatus
    • 1. Heli mõiste. Helilained
      • 1.1 Keemiliste protsesside heliefektide uurimisvaldkond
      • 1.2 Helikeemia meetodid
    • 2. Infraheli kasutamine intensiivistamise meetodina keemiatehnoloogia protsessid
    • 3. Ultraheli kasutamine keemiliste protsesside intensiivistamiseks
    • Järeldus
    • Sissejuhatus
    • Kahekümne esimene sajand on bio- ja nanotehnoloogia, universaalse informatiseerimise, elektroonika, infraheli ja ultraheli sajand. Ultraheli ja infraheli kujutavad keskkonna osakeste lainetaolist levivat võnkuvat liikumist ja neid iseloomustavad mitmed iseloomulikud tunnused võrreldes kuuldava vahemiku vibratsiooniga. Ultraheli sagedusalas on suhteliselt lihtne saada suunatud kiirgust; Ultraheli vibratsioon sobib hästi fokusseerimiseks, mille tulemusena suureneb ultraheli vibratsiooni intensiivsus teatud mõjupiirkondades. Gaasides, vedelikes ja tahketes ainetes levides tekitavad helivibratsioonid ainulaadseid nähtusi, millest paljud on leidnud praktilist rakendust erinevates teaduse ja tehnika valdkondades, on ilmunud kümneid ülitõhusaid, ressursse säästvaid helitehnoloogiaid. Viimastel aastatel on helivibratsiooni kasutamine tööstuses ja teadusuuringutes hakanud mängima üha olulisemat rolli. Ultraheli kavitatsiooni ja akustiliste voogude valdkonnas on edukalt läbi viidud teoreetilised ja eksperimentaalsed uuringud, mis võimaldasid välja töötada uusi tehnoloogilisi protsesse, mis toimuvad ultraheli mõjul vedelas faasis.
    • Praegu on kujunemas uus keemia suund - helikeemia, mis võimaldab kiirendada paljusid keemilis-tehnoloogilisi protsesse ja saada uusi aineid, koos teoreetiliste ja eksperimentaalsete uuringutega sonokeemiliste reaktsioonide vallas on tehtud palju praktilisi töid. välja. Helitehnoloogiate arendamine ja rakendamine avab praegu uusi väljavaateid uute ainete ja materjalide loomisel, uute omaduste andmisel tuntud materjalidele ja keskkondadele ning nõuab seetõttu arusaamist ultraheli ja infraheli mõjul toimuvatest nähtustest ja protsessidest, uute tehnoloogiate võimalused ja nende rakendamise väljavaated.
    • 1. Heli mõiste. Helilained

Heli on füüsikaline nähtus, mis seisneb mehaaniliste vibratsioonide levimises elastsete lainete kujul tahkes, vedelas või gaasilises keskkonnas. Kitsas tähenduses viitab heli neile vibratsioonidele, mis on seotud sellega, kuidas neid loomade ja inimeste meeled tajuvad.

Nagu iga laine, iseloomustab heli amplituud ja sagedusspekter. Tavainimene on võimeline kuulma helivibratsioone sagedusvahemikus 16-20 Hz kuni 15-20 kHz. Heli, mis jääb alla inimese kuuldavuse ulatuse, nimetatakse infraheliks; kõrgem: kuni 1 GHz - ultraheli, alates 1 GHz - hüperheli. Heli tugevus sõltub kompleksselt efektiivsest helirõhust, vibratsiooni sagedusest ja kujust ning helikõrgus ei sõltu mitte ainult sagedusest, vaid ka helirõhu suurusest.

Õhus esinevad helilained on vahelduvad kokkusurumise ja harvendamise piirkonnad. Helilained võivad olla võnkeprotsessi näited. Igasugune võnkumine on seotud süsteemi tasakaaluseisundi rikkumisega ja väljendub selle omaduste kõrvalekaldes tasakaaluväärtustest koos järgneva naasmisega algse väärtuse juurde. Helivibratsiooni puhul on selleks karakteristikuks rõhk keskkonna punktis ja selle kõrvalekalle on helirõhk.

Kui teete elastse keskkonna osakesi ühes kohas järsult, näiteks kolvi abil, siis rõhk selles kohas suureneb. Tänu osakeste elastsetele sidemetele kandub rõhk üle naaberosakestele, mis omakorda mõjuvad järgmistele ning suurenenud rõhuala näib liikuvat elastses keskkonnas. Kõrgrõhualale järgneb madalrõhu piirkond ja seega moodustub rida vahelduvaid kokkusurumise ja harvendamise piirkondi, mis levivad keskkonnas laine kujul. Iga elastse keskkonna osake teeb sel juhul võnkuvaid liigutusi.

Joonis 1 - Osakeste liikumine laine levimisel a) keskkonna osakeste liikumine pikilaine levimisel; b) keskkonna osakeste liikumine põiklaine levimisel.

Joonis 2 – võnkeprotsessi tunnused

Vedelas ja gaasilises keskkonnas, kus tiheduses olulisi kõikumisi ei esine, on akustilised lained olemuselt pikisuunalised, st osakeste vibratsiooni suund ühtib laine liikumise suunaga. Tahketes ainetes tekivad lisaks pikisuunalistele deformatsioonidele ka elastsed nihkedeformatsioonid, mis põhjustavad põik- (nihke)lainete ergastamist; sel juhul võnguvad osakesed laine levimise suunaga risti. Pikisuunaliste lainete levimiskiirus on palju suurem kui nihkelainete levimiskiirus.

1.1 Keemiliste protsesside heliefektide uurimisvaldkond

Keemiaharu, mis uurib võimsate akustiliste lainete vastasmõju ning sellest tulenevaid keemilisi ja füüsikalis-keemilisi mõjusid, nimetatakse sonokeemiaks (sonokeemia). Helikeemia uurib helivälja helitugevuses toimuvate helikeemiliste reaktsioonide kineetikat ja mehhanismi. Helikeemia valdkonda kuuluvad ka mõned füüsikalised ja keemilised protsessid heliväljas: sonoluminestsents, aine hajumine heli mõjul, emulgeerimine ja muud kolloidsed keemilised protsessid. Sonoluminestsents on valgussähvatuse nähtus, mis tekib vedelikus võimsa ultrahelilaine poolt tekitatud kavitatsioonimullide kokkuvarisemise ajal. Tüüpiline katse sonoluminestsentsi vaatlemiseks on järgmine: veenõusse asetatakse resonaator ja selles tekitatakse seisev sfääriline ultrahelilaine. Piisava ultrahelivõimsuse korral ilmub paagi keskele hele punkt-sinakas valgus – heli muutub valguseks. Sonokeemia keskendub akustiliste vibratsioonide mõjul toimuvate keemiliste reaktsioonide – heli-keemiliste reaktsioonide – uurimisele.

Helikeemilisi protsesse uuritakse reeglina ultrahelivahemikus (20 kHz kuni mitu MHz). Märksa harvemini uuritakse helivibratsioone kilohertsivahemikus ja infrahelivahemikus.

Helikeemia uurib kavitatsiooniprotsesse. Cavitamcia (ladina keelest cavita - tühjus) on aurumullide aurustumisprotsess ja sellele järgnev kondenseerumine vedelikuvoolus, millega kaasnevad müra ja hüdraulilised šokid, õõnsuste moodustumine auruga täidetud vedelikus (kavitatsioonimullid või koopad). vedelikust endast, milles see esineb. Kavitatsioon tekib vedeliku rõhu lokaalse languse tagajärjel, mis võib toimuda kas selle kiiruse suurenemisega (hüdrodünaamiline kavitatsioon) või suure intensiivsusega akustilise laine läbimisega harvendamise poolperioodi jooksul (akustiline kavitatsioon). ); mõjul on ka muid põhjuseid. Liikudes koos vooluga kõrgema rõhuga piirkonda või kokkusurumise pooltsükli jooksul, kukub kavitatsioonimull kokku, kiirgades lööklaine.

1.2 Helikeemia meetodid

Helikeemiliste reaktsioonide uurimiseks kasutatakse järgmisi meetodeid: pöördpiesoelektriline efekt ja magnetostriktsiooniefekt kõrgsageduslike helivibratsioonide tekitamiseks vedelikus, analüütiline keemia heli-keemiliste reaktsioonide produktide uurimiseks, pöördpiesoelektriline efekt - mehaaniliste deformatsioonide esinemine elektrivälja mõjul (kasutatakse akustilistes emitterites, süsteemides mehaanilised liikumised - aktivaatorid).

Magnetoojandamine on nähtus, mille käigus keha magnetiseerumisoleku muutumisel muutuvad selle maht ja lineaarmõõtmed (kasutatakse ultraheli ja hüperheli tekitamiseks).

Infraheli on helilained, mille sagedus on madalam kui inimkõrva tajutav. Kuna inimese kõrv on tavaliselt võimeline kuulma helisid sagedusvahemikus 16-20 000 Hz, siis infraheli sagedusvahemiku ülemiseks piiriks võetakse tavaliselt 16 Hz. Infraheli vahemiku alumine piir on tinglikult defineeritud kui 0,001 Hz.

Infrahelil on mitmeid omadusi, mis on seotud elastse keskkonna madala vibratsioonisagedusega: sellel on palju suuremad vibratsiooni amplituudid; levib õhus palju kaugemale, kuna selle neeldumine atmosfääris on tühine; eksponeerib difraktsiooni nähtust, mille tulemusena tungib see kergesti ruumidesse ja läheb ümber takistustest, mis blokeerivad kuuldavaid helisid; põhjustab suurte objektide vibratsiooni resonantsi tõttu.

laine ultraheli keemiline kavitatsioon

2. Infraheli kasutamine keemiliste ja tehnoloogiliste protsesside intensiivistamiseks

Füüsiline mõju keemilistele reaktsioonidele toimub sel juhul infraheliseadmetes,- seadmed, milles kasutatakse vedelas keskkonnas tehnoloogiliste protsesside intensiivistamiseks madala sagedusega akustilist vibratsiooni (tegelikult infraheli sagedusega kuni 20 Hz, heli sagedusega kuni 100 Hz). Vibratsioonid tekitatakse otse töödeldud keskkonnas, kasutades erineva konfiguratsiooni ja kujuga painduvaid emittereid või jäikade metallkolbide abil, mis on elastsete elementide (näiteks kummi) kaudu ühendatud tehnoloogiliste mahutite seintega. See võimaldab vabastada infraheliseadme seinu allika vibratsioonist, vähendades oluliselt nende vibratsiooni ja mürataset tootmisruumides. Infraheliseadmetes ergastatakse suure amplituudiga vibratsioone (ühikutest kümnete mmdeni).

Infraheli vähene neeldumine töökeskkonnas ja võimalus seda sobitada võnkekiirguriga (sobivate allikaparameetrite valik) ja aparaadi suurus (antud vedelikukoguste töötlemiseks) võimaldavad aga mittelineaarset lainet pikendada. mõjud, mis tekivad infraheliga kokkupuutel suurte tehnoloogiliste mahtudega. Tänu sellele erinevad infraheliseadmed põhimõtteliselt ultraheliseadmetest, milles vedelikke töödeldakse väikeses mahus.

Infraheliseadmetes realiseeritakse järgmised füüsikalised efektid (üks või mitu samaaegselt): kavitatsioon, suure amplituudiga vahelduv märk ja kiirguse (helikiirgus) rõhk, vahelduvad vedelikuvoolud, akustilised voolud (helituul), vedeliku degaseerimine ja moodustumine. selles paljudest gaasimullidest ja nende tasakaalukihtidest, hõljuvate osakeste ja vedeliku vaheliste võnkumiste faasinihe. Need efektid kiirendavad oluliselt redoks-, elektrokeemilisi ja muid reaktsioone, intensiivistavad 2-4 korda tööstuslikke protsesse tahkete ainete vedelikes segamisel, filtreerimisel, lahustamisel ja dispergeerimisel, suspensioonide eraldamisel, klassifitseerimisel ja dehüdratsioonil, samuti osade ja mehhanismide puhastamisel jne. .

Infraheli kasutamine võimaldab mitu korda vähendada seadmete energia- ja metallikulu ning üldmõõtmeid, samuti töödelda torustike transportimisel vedelikke otse voolus, mis välistab segistite ja muude seadmete paigaldamise.

Joonis 3 - Infraheliseade suspensioonide segamiseks: 1 - membraani vibratsiooniemiter; 2 - suruõhu modulaator; 3 - alglaadimisseade; 4 - kompressor

Üks levinumaid infraheli kasutusvaldkondi on suspensioonide segamine, kasutades näiteks toru infraheliseadmeid. Selline masin koosneb ühest või mitmest järjestikku ühendatud hüdropneumaatilisest emitterist ja laadimisseadmest.

3. Ultraheli kasutamine keemiliste protsesside intensiivistamisel

Ultraheli mk - helilained, mille sagedus on kõrgem kui see, mida inimkõrv tajub; tavaliselt tähendab ultraheli sagedusi üle 20 000 hertsi. Tööstuses kasutatavad kõrgsageduslikud vibratsioonid tekitatakse tavaliselt piesokeraamiliste andurite abil. Juhtudel, kui ultraheli vibratsiooni tugevus on esmatähtis, kasutatakse ultraheli mehaanilisi allikaid.

Ultraheli mõju vedelikes toimuvatele keemilistele ja füüsikalis-keemilistele protsessidele hõlmab: teatud keemiliste reaktsioonide käivitamist, reaktsioonide kiiruse ja mõnikord suuna muutusi, vedeliku luminestsentsi (sonoluminestsentsi) ilmnemist, lööklainete teket vedelikes, segunematute emulgeerimist. vedelikud ja ühinemine (liitmine). osakesed liikuvas keskkonnas või keha pinnal) emulsioonid, tahkete ainete dispersioon (tahkete või vedelike peenjahvatamine) ja tahkete osakeste koagulatsioon (väikeste hajutatud osakeste ühendamine suuremateks agregaatideks) vedelik, vedeliku degaseerimine jne. Tehnoloogiliste protsesside läbiviimiseks kasutatakse ultraheliseadmeid.

Ultraheli mõju erinevatele protsessidele on seotud kavitatsiooniga (gaasi, auru või nende seguga täidetud õõnsuste (kavitatsioonimullide) akustilise laine läbimisel vedelikus).

Ultraheli mõjul vedelikus toimuvad keemilised reaktsioonid (heli-keemilised reaktsioonid) võib jagada: a) vesilahustes toimuvateks redoksreaktsioonideks kavitatsioonimulli sees olevate lahustunud ainete ja veemolekulide lagunemissaaduste vahel (H, OH,); näiteks :

b) Reaktsioonid lahustunud gaaside ja kavitatsioonimulli sees asuvate kõrge aururõhuga ainete vahel:

c) Ahelreaktsioonid, mille algatavad mitte vee radikaalsed lagunemissaadused, vaid mingi muu kavitatsioonimullis dissotsieerunud aine, näiteks sonokeemilise dissotsiatsiooni tulemusena tekkinud Br mõjul malehappe isomerisatsioon fumaarhappeks.

d) makromolekulidega seotud reaktsioonid. Nende reaktsioonide jaoks pole olulised mitte ainult kavitatsioon ja sellega seotud lööklained ja kumulatiivsed joad, vaid ka mehaanilised jõud, mis molekule lõhestavad. Saadud makroradikaalid monomeeri juuresolekul on võimelised algatama polümerisatsiooni.

e) Plahvatuse tekitamine vedelates ja tahkes lõhkeainetes.

f) Reaktsioonid vedelates mittevesisüsteemides, näiteks süsivesinike pürolüüs ja oksüdatsioon, aldehüüdide ja alkoholide oksüdatsioon, aromaatsete ühendite alküülimine jne.

Sonokeemiliste reaktsioonide peamine energiaomadus on energiasaagis, mida väljendatakse 100 eV neeldunud energia arvelt moodustuvate produktimolekulide arvuga. Redoksreaktsioonide produktide energiasaagis ei ületa tavaliselt mitut ühikut ja ahelreaktsioonide puhul ulatub mitme tuhandeni.

Ultraheli mõjul on paljudes reaktsioonides võimalik kiirust mitu korda suurendada (näiteks hüdrogeenimis-, isomeerimis-, oksüdatsioonireaktsioonides jne), mõnikord suureneb samaaegselt ka saagis.

Ultraheli mõju on oluline arvestada erinevate tehnoloogiliste protsesside väljatöötamisel ja läbiviimisel (näiteks kokkupuutel veega, milles õhk lahustub, tekivad lämmastikoksiidid), et mõista heli neeldumisega kaasnevaid protsesse. meedia.

Järeldus

Praegu on helivibratsioon tööstuses laialdaselt kasutusel, olles paljulubav tehnoloogiline tegur, mis võimaldab vajadusel tootmisprotsesse järsult intensiivistada.

Võimsa ultraheli kasutamine materjalide ja ainete tootmise ja töötlemise tehnoloogilistes protsessides võimaldab:

Protsessi või toote maksumuse vähendamine,

Hankige uusi tooteid või parandage olemasolevate kvaliteeti,

intensiivistada traditsioonilisi tehnoloogilisi protsesse või stimuleerida uute rakendamist,

Aidake kaasa keskkonnaseisundi parandamisele, vähendades protsessivedelike agressiivsust.

Tuleb aga märkida, et ultrahelil on elusorganismidele äärmiselt kahjulik mõju. Selliste mõjude vähendamiseks on soovitatav paigutada ultrahelipaigaldised spetsiaalsetesse ruumidesse, kasutades nendes tehnoloogiliste protsesside läbiviimiseks kaugjuhtimissüsteeme. Nende paigaldiste automatiseerimisel on suur mõju.

Säästlikum viis kaitsta ultraheli mõju eest on kasutada ultraheliseadmeid katvaid heliisoleerivaid korpuseid või ultraheli levimise teel asuvaid ekraane. Need ekraanid on valmistatud lehtterasest või duralumiiniumist, plastikust või spetsiaalsest kummist.

Kasutatud allikate loetelu

1. Margulis M.A. Helikeemia alused (keemilised reaktsioonid akustilistes väljades); õpik keemia käsiraamat. ja keemiatehnoloog. Ülikoolide erialad / M.A. Margulis. M.: Kõrgkool, 1984. 272 ​​lk.

2. Susliсk K.S. Ultraheli. Selle keemilised, füüsikalised ja bioloogilised mõjud. Toim.: VCH, N.Y., 336 hõõruda.

3. Kardašev G.A. Füüsikalised meetodid keemiatehnoloogia protsesside intensiivistamiseks. M.: Keemia, 1990, 208 lk.

5. Luminestsents

6. Ultraheli

Postitatud saidile Allbest.ru

Sarnased dokumendid

    Keemiatehnoloogia protsessid. Keemilis-tehnoloogilise protsessi skeemi väljatöötamine. Optimeerimise kriteeriumid. Topoloogiline meetod ja CTS. Graafiteooria mõisted ja definitsioonid. CTS-i elementide tehnoloogilise režiimi parameetrid. Stohhastiliste protsesside uurimine.

    loeng, lisatud 18.02.2009

    Orgaanilise sünteesi keemiliste protsesside teooria. Lahendus: benseeni alküülimisel propüleeniga mis tahes katalüsaatorite juuresolekul toimub vesinikuaatomite järjestikune asendamine, moodustades erineva alküülimisastmega saaduste segu.

    kursusetöö, lisatud 01.04.2009

    Orgaaniline süntees kui keemia haru, selle uurimise teema ja meetodid. Alküleerimis- ja atsüülimisprotsesside olemus, iseloomulikud reaktsioonid ja nende toimumise põhimõtted. Kondensatsioonireaktsioonide kirjeldus. Nitreerimis- ja halogeenimisreaktsioonide omadused, tähendus.

    loeng, lisatud 28.12.2009

    Põlemis- ja plahvatusprotsesside uurimise etapid. Plahvatuste peamised liigid, nende klassifikatsioon keemiliste reaktsioonide tüübi ja aine tiheduse järgi. Lagunemisreaktsioonid, redoks, polümerisatsioon, isomerisatsioon ja kondenseerumine, segud on plahvatuste aluseks.

    abstraktne, lisatud 06.06.2011

    Tööstuslik veetöötlus. Toimingute komplekt, mis tagab vee puhastamise. Homogeensed ja heterogeensed mittekatalüütilised protsessid vedelas ja gaasifaasis, nende mustrid ja intensiivistamise meetodid. Erinevat tüüpi keemiliste reaktorite võrdlus.

    loeng, lisatud 29.03.2009

    Värvainete saamise meetodid. Naatriumsulfanilaadi valmistamine sünteesi teel. Lähtetooraine ja saadud toote omadused. Keemilis-tehnoloogiliste protsesside ja seadmete arvestus. Naatriumsulfanilaadi tootmise keemilise meetodi matemaatiline kirjeldus.

    lõputöö, lisatud 21.10.2013

    Keemiliste reaktsioonide kiiruse mõiste ja arvutamine, selle teaduslik ja praktiline tähendus ning rakendus. Massitegevuse seaduse sõnastamine. Keemiliste reaktsioonide kiirust mõjutavad tegurid. Näited reaktsioonidest, mis toimuvad homogeensetes ja heterogeensetes süsteemides.

    esitlus, lisatud 30.04.2012

    Keemiliste reaktsioonide läbimise mõiste ja tingimused. Ühendi-, lagunemis-, asendus-, vahetusreaktsioonide tunnused ja nende rakendamine tööstuses. Redoksreaktsioonid on metallurgia alus, valentsuse olemus, ümberesterdamise tüübid.

    abstraktne, lisatud 27.01.2012

    Vee tähtsus keemiatööstusele. Vee ettevalmistamine tootmisprotsessideks. Katalüütilised protsessid, nende klassifikatsioon. Katalüsaatori mõju keemiliste tehnoloogiliste protsesside kiirusele. Väävlipõletusahju materjalibilanss.

    test, lisatud 18.01.2014

    Ultraheli mõju mehhanismid keemilistele reaktsioonidele. Selle arvestamine tehnoloogiliste protsesside väljatöötamisel ja läbiviimisel. Ultraheli abil rakendatud tehnoloogiad. Täpne puhastus ja rasvaärastus. Sulandite degaseerimine ning polümeeride ja metallide keevitamine.

Heli keemia

Helikeemia (sonokeemia)- keemia haru, mis uurib võimsate akustiliste lainete vastasmõju ning sellest tulenevaid keemilisi ja füüsikalis-keemilisi mõjusid. Helikeemia uurib helivälja helitugevuses toimuvate helikeemiliste reaktsioonide kineetikat ja mehhanismi. Helikeemia valdkonda kuuluvad ka mõned füüsikalised ja keemilised protsessid heliväljas: sonoluminestsents, aine hajumine heli mõjul, emulgeerimine ja muud kolloidsed keemilised protsessid.

Sonokeemia keskendub akustiliste vibratsioonide mõjul toimuvate keemiliste reaktsioonide – sonokeemiliste reaktsioonide – uurimisele.

Helikeemilisi protsesse uuritakse reeglina ultrahelivahemikus (20 kHz kuni mitu MHz). Märksa harvemini uuritakse helivibratsioone kilohertsivahemikus ja infrahelivahemikus.

Helikeemia uurib kavitatsiooniprotsesse.

Sonokeemia ajalugu

Helilainete mõju keemiliste protsesside kulgemisele avastasid 1927. aastal esmakordselt Richard ja Loomis, kes avastasid, et ultraheli mõjul laguneb kaaliumjodiid vesilahuses koos joodi vabanemisega. Seejärel avastati järgmised sonokeemilised reaktsioonid:

  • lämmastiku disproportsioon vees ammoniaagiks ja lämmastikhappeks
  • tärklise ja želatiini makromolekulide lagunemine väiksemateks molekulideks
  • malehappe ahela stereoisomerisatsioon fumaarhappeks
  • radikaalide moodustumine vee ja süsiniktetrakloriidi koosmõjul
  • räniorgaaniliste ja tinaorgaaniliste ühendite dimerisatsioon ja oligomerisatsioon

Heli-keemiliste reaktsioonide klassifikatsioon

Sõltuvalt primaarsete ja sekundaarsete elementaarprotsesside mehhanismist võib heli-keemilised reaktsioonid jagada järgmistesse klassidesse:

  1. Redoksreaktsioonid vees, mis toimuvad vedelas faasis lahustunud ainete ja veemolekulide ultraheli jagamise produktide vahel, mis tekivad kavitatsioonimullis ja lähevad lahusesse (ultraheli toimemehhanism on kaudne ja paljuski sarnane vesisüsteemide radiolüüs).
  2. Reaktsioonid mulli sees lahustunud gaaside ja kõrge aururõhuga ainete vahel (näiteks lämmastikoksiidide süntees kokkupuutel ultraheliga vees, milles õhk on lahustunud). Nende reaktsioonide mehhanism on paljuski sarnane gaasifaasis toimuva radiolüüsiga.
  3. Ahelreaktsioonid lahuses, mis ei alga mitte vee lõhenemise radikaalsete saadustega, vaid mõne teise aine lõhenemisega kavitatsioonimullis (näiteks malehappe isomerisatsioonireaktsioon fumaarhappeks, mille käivitavad broom või alküülbromiid).
  4. Reaktsioonid, mis hõlmavad makromolekule (näiteks polümeeri molekulide hävimine ja selle poolt algatatud polümerisatsioon).
  5. Plahvatuse tekitamine ultraheliga vedelates või tahkes lõhkeainetes (näiteks joodnitriid, tetranitrometaan, trinitrotolueen).
  6. Heli-keemilised reaktsioonid mittevesisüsteemides. Mõned neist reaktsioonidest on: küllastunud süsivesinike pürolüüs ja oksüdatsioon, alifaatsete aldehüüdide ja alkoholide oksüdatsioon, alküülhalogeniidide lõhustamine ja dimerisatsioon, halogeeni derivaatide reaktsioonid metallidega (Wurtzi reaktsioon), aromaatsete ühendite alküülimine, tioamiidide ja tiokarbamaatide valmistamine, metallorgaaniliste ühendite, Ullmanni reaktsioon, tsükloliitumisreaktsioonid, halogeenivahetusreaktsioonid, perfluoroalküülühendite valmistamine ja reaktsioonid, karbeenide sünteesid, nitriilide süntees jne.

Helikeemia meetodid

Helikeemiliste reaktsioonide uurimiseks kasutatakse järgmisi meetodeid:

  • Pöördvõrdeline piesoelektriline efekt ja magnetostriktsiooniefekt tekitavad vedelikus kõrgsageduslikke helivibratsioone
  • Analüütiline keemia sonokeemiliste reaktsioonide produktide uurimiseks

Kirjandus

  • Margulis M.A. Helikeemia alused. Keemilised reaktsioonid akustilistes väljades. - M.: Kõrgkool, 1984. - 272 lk. - 300 eksemplari.

Wikimedia sihtasutus. 2010. aasta.

Vaadake, mis on "Sound Chemistry" teistes sõnaraamatutes:

    Nimisõna, sünonüümide arv: 2 sonochemistry (3) chemistry (43) ASIS Dictionary of Synonyms. V.N. Trishin. 2013… Sünonüümide sõnastik

    - "Sissejuhatus tõelisse füüsikalisse keemiasse." M. V. Lomonosovi käsikiri. 1752 Füüsikalise keemia keemiaosakond ... Wikipedia

    Sellel terminil on ka teisi tähendusi, vt Keemia (tähendused). Keemia (araabia keelest کيمياء‎‎, tuletatud arvatavasti egiptuse sõnast km.t (must), millest on pärit ka Egiptuse nimi, tšernozem ja plii "must"... ... Wikipedia

MÄÄRATLUS

Keemiline reaktsioon nimetatakse ainete transformatsioonideks, mille käigus toimub muutus nende koostises ja (või) struktuuris.

Kõige sagedamini mõistetakse keemiliste reaktsioonide all lähteainete (reaktiivide) muundamise protsessi lõppaineteks (produktideks).

Keemilised reaktsioonid kirjutatakse keemiliste võrrandite abil, mis sisaldavad lähteainete ja reaktsioonisaaduste valemeid. Massi jäävuse seaduse kohaselt on iga elemendi aatomite arv keemilise võrrandi vasakul ja paremal küljel sama. Tavaliselt on lähteainete valemid kirjutatud võrrandi vasakule küljele ja saaduste valemid paremale. Iga elemendi aatomite arvu võrdsus võrrandi vasakul ja paremal küljel saavutatakse täisarvuliste stöhhiomeetriliste koefitsientide asetamisega ainete valemite ette.

Keemilised võrrandid võivad sisaldada lisateavet reaktsiooni tunnuste kohta: temperatuur, rõhk, kiirgus jne, mida tähistab vastav sümbol võrdusmärgi kohal (või “all”).

Kõik keemilised reaktsioonid võib rühmitada mitmesse klassi, millel on teatud omadused.

Keemiliste reaktsioonide klassifikatsioon lähte- ja tekkivate ainete arvu ja koostise järgi

Selle klassifikatsiooni järgi jagunevad keemilised reaktsioonid ühendus-, lagunemis-, asendus- ja vahetusreaktsioonideks.

Tulemusena liitreaktsioonid kahest või enamast (keerulisest või lihtsast) ainest moodustub üks uus aine. Üldiselt näeb sellise keemilise reaktsiooni võrrand välja järgmine:

Näiteks:

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

SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4

2Mg + O 2 = 2MgO.

2FeCl 2 + Cl 2 = 2FeCl 3

Ühendi reaktsioonid on enamasti eksotermilised, s.t. jätkake soojuse vabastamisega. Kui reaktsioonis osalevad lihtained, siis on sellisteks reaktsioonideks enamasti redoksreaktsioonid (ORR), s.o. tekivad koos elementide oksüdatsiooniastmete muutumisega. On võimatu ühemõtteliselt öelda, kas ühendi reaktsioon kompleksainete vahel liigitatakse ORR-iks.

Reaktsioonid, mille tulemusena moodustub ühest kompleksainest mitu uut ainet (keeruline või lihtne), klassifitseeritakse järgmiselt lagunemisreaktsioonid. Üldiselt näeb lagunemisreaktsiooni võrrand välja selline:

Näiteks:

CaCO 3 CaO + CO 2 (1)

2H 2O = 2H2 + O 2 (2)

CuSO 4 × 5H 2 O = CuSO 4 + 5H 2 O (3)

Cu(OH)2 = CuO + H2O (4)

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

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

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

Enamik lagunemisreaktsioone toimub kuumutamisel (1,4,5). Võimalik lagunemine elektrivoolu mõjul (2). Kristalliliste hüdraatide, hapete, aluste ja hapnikku sisaldavate hapete soolade (1, 3, 4, 5, 7) lagunemine toimub ilma elementide oksüdatsiooniastmeid muutmata, s.t. need reaktsioonid ei ole seotud ODD-ga. ORR-i lagunemisreaktsioonid hõlmavad oksiidide, hapete ja soolade lagunemist, mis on moodustunud kõrgema oksüdatsiooniastmega elementide poolt (6).

Lagunemisreaktsioone leidub ka orgaanilises keemias, kuid muude nimetuste all - krakkimine (8), dehüdrogeenimine (9):

C18H38 = C9H18 + C9H20 (8)

C4H10 = C4H6 + 2H2 (9)

Kell asendusreaktsioonid lihtaine interakteerub kompleksainega, moodustades uue lihtaine ja uue kompleksaine. Üldiselt näeb keemilise asendusreaktsiooni võrrand välja järgmine:

Näiteks:

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

Zn + 2HCl = ZnСl 2 + H2 (2)

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

2КlO 3 + l 2 = 2KlO 3 + Сl 2 (4)

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

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

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

Enamik asendusreaktsioone on redoksreaktsioonid (1–4, 7). Näiteid lagunemisreaktsioonidest, mille käigus oksüdatsiooniastmed ei muutu, on vähe (5, 6).

Vahetusreaktsioonid on reaktsioonid, mis toimuvad keeruliste ainete vahel, mille käigus nad vahetavad oma koostisosi. Tavaliselt kasutatakse seda terminit reaktsioonide kohta, mis hõlmavad ioone vesilahuses. Üldiselt näeb keemilise vahetuse reaktsiooni võrrand välja järgmine:

AB + CD = AD + CB

Näiteks:

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

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

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

AgNO 3 + KBr = AgBr ↓ + KNO 3 (4)

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

Vahetusreaktsioonid ei ole redoksreaktsioonid. Nende vahetusreaktsioonide erijuht on neutraliseerimisreaktsioon (hapete reaktsioon leelistega) (2). Vahetusreaktsioonid kulgevad suunas, kus vähemalt üks ainetest eemaldatakse reaktsioonisfäärist gaasilise aine (3), sademe (4, 5) või halvasti dissotsieeruva ühendi, kõige sagedamini vee (1, 2) kujul. ).

Keemiliste reaktsioonide klassifikatsioon oksüdatsiooniastmete muutuste järgi

Olenevalt reaktiive ja reaktsiooniprodukte moodustavate elementide oksüdatsiooniastmete muutumisest jagatakse kõik keemilised reaktsioonid redoksreaktsioonideks (1, 2) ja oksüdatsiooniastet muutmata toimuvateks (3, 4).

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

Mg 0–2e = Mg 2+ (redutseerija)

C 4+ + 4e = C 0 (oksüdeeriv aine)

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

Fe 2+ -e = Fe 3+ (redutseerija)

N 5+ +3e = N 2+ (oksüdeeriv aine)

AgNO 3 + HCl = AgCl ↓ + HNO 3 (3)

Ca(OH) 2 + H 2 SO 4 = CaSO 4 ↓ + H 2 O (4)

Keemiliste reaktsioonide klassifitseerimine termilise efekti järgi

Olenevalt sellest, kas reaktsiooni käigus eraldub või neeldub soojust (energiat), jagunevad kõik keemilised reaktsioonid tinglikult vastavalt eksotermilisteks (1, 2) ja endotermilisteks (3). Reaktsiooni käigus vabanenud või neeldunud soojuse (energia) hulka nimetatakse reaktsiooni termiliseks efektiks. Kui võrrand näitab eralduva või neelduva soojuse hulka, siis nimetatakse selliseid võrrandeid termokeemilisteks.

N2 + 3H2 = 2NH3 +46,2 kJ (1)

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

N 2 + O 2 = 2NO – 90,4 kJ (3)

Keemiliste reaktsioonide klassifikatsioon reaktsiooni suuna järgi

Reaktsiooni suuna alusel eristatakse pöörduvaid (keemilised protsessid, mille produktid on võimelised üksteisega reageerima samadel tingimustel, milles need saadi, moodustades lähteaineid) ja pöördumatuid (keemilised protsessid, mille saadused ei ole suudavad üksteisega reageerida, moodustades lähteaineid).

Pööratavate reaktsioonide korral kirjutatakse võrrand üldkujul tavaliselt järgmiselt:

A + B ↔ AB

Näiteks:

CH 3 COOH + C 2 H 5 OH ↔ H 3 COOC 2 H 5 + H 2 O

Pöördumatute reaktsioonide näideteks on järgmised reaktsioonid:

2КlО 3 → 2Кl + ЗО 2

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O

Reaktsiooni pöördumatuse tõendiks võib olla gaasilise aine, sademe või halvasti dissotsieeruva ühendi, enamasti vee, vabanemine reaktsiooniproduktina.

Keemiliste reaktsioonide klassifitseerimine katalüsaatori olemasolu järgi

Sellest vaatenurgast eristatakse katalüütilisi ja mittekatalüütilisi reaktsioone.

Katalüsaator on aine, mis kiirendab keemilise reaktsiooni kulgu. Katalüsaatorite osalusel toimuvaid reaktsioone nimetatakse katalüütilisteks. Mõned reaktsioonid ei saa üldse toimuda ilma katalüsaatorita:

2H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2 (MnO 2 katalüsaator)

Sageli toimib üks reaktsiooniproduktidest katalüsaatorina, mis seda reaktsiooni kiirendab (autokatalüütilised reaktsioonid):

MeO+ 2HF = MeF 2 + H 2 O, kus Me on metall.

Näited probleemide lahendamisest

NÄIDE 1

Eessõna
Sissejuhatus
§ 1. Helikeemia aine
§ 2. Essee helikeemia arengust
§ 3. Helikeemia katsemeetodid
Peatükk 1. Heliväli ja ultraheli kavitatsioon
§ 4. Akustiline väli ja seda iseloomustavad suurused (põhimõisted)
§ 5. Akustiline kavitatsioon vedelikes
§ 6. Kavitatsiooni tuumad vedelikes
§ 7. Kavitatsioonimullide pulsatsioon ja kollaps
§ 8. Kavitatsioonipiirkonna arengu dünaamika
2. peatükk. Sonokeemiliste reaktsioonide ja soioluminestsentsi eksperimentaalsed ja teoreetilised uuringud
§ 9. Erinevate tegurite mõju heli-keemiliste reaktsioonide ja soioluminestsentsi kulgemisele
§ 10. Kaasluminestsents erinevates vedelikes
§ 11. Füüsikalised protsessid, mis põhjustavad heli-keemilisi reaktsioone ja soioluminestsentsi
§ 12. Kaasluminestsentsi spektraaluuringud
§ 13. Esmased ja sekundaarsed elementaarprotsessid kavitatsioonimullis
§ 14. Ultraheli keemiliste reaktsioonide klassifikatsioon
§ 15. Gaaside mõjumehhanismi ja heli-keemiliste reaktsioonide toimumise kohta
§ 16. Madala intensiivsusega akustilised väljad
§ 17. Madalsageduslikud akustilised väljad
Peatükk 3. Kavitatsioonist põhjustatud heli-keemiliste reaktsioonide ja füüsikalis-keemiliste protsesside energia
§ 18. Akustiliste võngete energia muundamise peamised viisid
§ 19. Reaktsiooniproduktide keemilis-akustiline saagis (energiasaagis)
§ 20. Ultraheli vett lõhustavate toodete esialgsed keemilis-akustilised saagised
§ 21. Soioluminestsentsi energiasaagis
§ 22. Helikeemiliste reaktsioonide kiiruse sõltuvus ultrahelilainete intensiivsusest
§ 23. Kavitatsioonist põhjustatud füüsikaliste ja keemiliste protsesside kiiruse sõltuvus ultrahelilainete intensiivsusest
§ 24. Üldised koguselised seadused
§ 25. Helikeemiliste reaktsioonide energiaväljundite ja sonoluminestsentsi vahekorrast
Peatükk 4. Ultraheli keemiliste reaktsioonide kineetika
§ 26. Statsionaarne olek võnkeperioodi ja ruumala keskmistatud radikaalide kontsentratsioonile (esimene lähendus)
§ 27. Radikaalide kontsentratsiooni muutus ruumala keskmisena (teine ​​lähendus)
§ 28. Radikaalide ruumilis-ajalise jaotuse kavitatsiooni-difusioonimudel (kolmas lähendus)
§ 29. Ultraheli laineenergia koht muude füüsikaliste aine mõjutamisviiside hulgas
§ 30. Kavitatsioonimullist soojuse levimise tunnused
Peatükk 5. Vee ja vesilahuste helikeemia
§ 31. Saadud katsetulemuste põhijooned
§ 32. Kloroäädikhappe lahuste sonolüüs. Hüdreeritud elektronide tekkimisest ultrahelilainete valdkonnas
§ 33. Raud(II)sulfaadi oksüdeerimine ultrahelilainete alal
§ 34. Tseerium(IV)sulfaadi redutseerimine ultrahelilainete alal
§ 35. Vesinikperoksiidi süntees vee ja formiaatide vesilahuste sonolüüsil
§ 36. Keemilis-akustiliste algväljundite väärtuste arvutamine
§ 37. Heli-keemilised reaktsioonid vees ja vesilahustes lämmastikuatmosfääris
§ 38. Etüleen-1,2-dikarboksüülhappe ja selle estrite stereoisomerisatsiooni ahelreaktsiooni algatamine ultrahelilainete abil
Järeldus. Ultrahelilainete kasutamise väljavaated teaduses, tehnoloogias ja meditsiinis
Kirjandus
Õppeaine register

Heli eraldumist keemilistes reaktsioonides täheldatakse kõige sagedamini plahvatuste ajal, kui temperatuuri ja rõhu järsk tõus põhjustab õhus vibratsiooni. Kuid saate ilma plahvatusteta hakkama. Kui valada söögisoodale veidi äädikat, kostab susisevat heli ja eraldub süsihappegaasi: NaHCO3 + CH3COOH = CH3COONa + H2O + CO2. On selge, et õhuvabas ruumis ei kosta ei seda reaktsiooni ega plahvatust.

Teine näide: kui valate klaassilindri põhjale veidi rasket kontsentreeritud väävelhapet, seejärel valate selle peale kihi lahjat alkoholi ja asetate seejärel kaaliumpermanganaadi (kaaliumpermanganaadi) kristallid kahe vedeliku piirile, kuuleb üsna valju praksuvat heli ja pimedas on näha eredaid sädemeid. Siin on väga huvitav näide "helikeemiast".

Kõik kuulsid ahjus leegi möirgamist.

Üminat kostab ka siis, kui süütate torust väljuva vesiniku ja langetate toru otsa koonus- või kerakujulisse anumasse. Seda nähtust nimetati laulvaks leegiks.

Tuntud on ka täpselt vastupidine nähtus – vilehelina mõju leegile. Leek võib justkui "tunnetada" heli, jälgida selle intensiivsuse muutusi ja luua omamoodi helivibratsioonide "kerge koopia".

Seega on kõik maailmas omavahel seotud, sealhulgas isegi sellised näiliselt kauged teadused nagu keemia ja akustika.

Vaatleme viimast ülaltoodud keemiliste reaktsioonide tunnust - sademe sadestumist lahusest.

Igapäevaelus on sellised reaktsioonid haruldased. Mõned aednikud teavad, et kui valmistate kahjurite vastu võitlemiseks nn Bordeaux'i vedelikku (nimetatud Prantsusmaal asuva Bordeaux' linna järgi, kus sellega pritsiti viinamarjaistandusi) ja segage selleks vasksulfaadi lahust lubjapiimaga. , tekib sade.

Tänapäeval valmistavad vähesed inimesed Bordeaux'i vedelikku, kuid kõik on näinud veekeetja sees olevat katlakivi. Selgub, et ka see on keemilise reaktsiooni käigus tekkinud sade!

See on reaktsioon. Vees on veidi lahustuvat kaltsiumvesinikkarbonaati Ca(HCO3)2. See aine tekib siis, kui maa-alune vesi, milles süsihappegaas on lahustunud, imbub läbi lubjarikaste kivimite.

Sel juhul toimub kaltsiumkarbonaadi lahustumisreaktsioon (nimelt tehakse sellest lubjakivi, kriit ja marmor): CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2. Kui vesi nüüd lahusest aurustub, hakkab reaktsioon kulgema vastupidises suunas.

Vesi võib aurustuda, kui kaltsiumvesinikkarbonaadi lahus kogub maa-aluse koopa lakke tilgad ja need tilgad kukuvad aeg-ajalt alla.

Nii sünnivad stalaktiidid ja stalagmiidid. Vastupidine reaktsioon toimub ka lahuse kuumutamisel.

Nii tekib katlasse katlakivi.

Ja mida rohkem oli vees vesinikkarbonaati (siis nimetatakse vett kõvaks), seda rohkem tekib katlakivi. Ja raua ja mangaani lisandid muudavad skaala mitte valgeks, vaid kollaseks või isegi pruuniks.

Lihtne on kontrollida, kas katlakivi on tõepoolest karbonaatne. Selleks peate seda töötlema äädika - äädikhappe lahusega.

Reaktsiooni CaCO3 + 2CH3COOH = (CH3COO)2Ca + + H2O + CO2 tulemusena eralduvad süsinikdioksiidi mullid ja katlakivi hakkab lahustuma.

Loetletud märgid (kordame neid veel kord: valguse, soojuse, gaasi, setete eraldumine) ei võimalda alati väita, et reaktsioon tõesti toimub.

Näiteks laguneb väga kõrgel temperatuuril kaltsiumkarbonaat CaCO3 (kriit, lubjakivi, marmor) ning tekib kaltsiumoksiid ja süsinikdioksiid: CaCO3 = CaO + CO2 ning selle reaktsiooni käigus soojusenergiat ei eraldu, vaid see neeldub ja aine välimus muutub vähe.

Veel üks näide. Kui segate vesinikkloriidhappe ja naatriumhüdroksiidi lahjendatud lahuseid, siis nähtavaid muutusi ei täheldata, kuigi toimub reaktsioon HC1 + NaOH = NaCl + H2O. Selles reaktsioonis "kustusid" söövitavad ained - hape ja leelis üksteist ning tulemuseks oli kahjutu naatriumkloriid (lauasool) ja vesi.

Kuid kui segate vesinikkloriidhappe ja kaaliumnitraadi (kaaliumnitraadi) lahuseid, siis keemilist reaktsiooni ei toimu.

See tähendab, et ainult väliste märkide järgi ei ole alati võimalik öelda, kas reaktsioon on toimunud.

Vaatleme kõige levinumaid reaktsioone hapete, aluste, oksiidide ja soolade näitel - peamised anorgaaniliste ühendite klassid.