Kokios yra sunkios cheminių reakcijų sąlygos? Cheminių reakcijų požymiai ir sąlygos

Pramonėje sąlygos parenkamos taip, kad vyktų reikiamos reakcijos, o kenksmingos sulėtintų.

CHEMINIŲ REAKCIJŲ RŪŠYS

12 lentelėje pateikiami pagrindiniai cheminių reakcijų tipai pagal jose dalyvaujančių dalelių skaičių. Pateikiami vadovėliuose dažnai aprašomų reakcijų brėžiniai ir lygtys. skilimas, jungtys, pakeitimas Ir mainai.

Lentelės viršuje pateikiami skilimo reakcijos vanduo ir natrio bikarbonatas. Pavaizduotas įrenginys, skirtas nuolatinei elektros srovei praleisti per vandenį. Katodas ir anodas yra metalinės plokštės, panardintos į vandenį ir prijungtos prie elektros srovės šaltinio. Dėl Tyras vanduo praktiškai nevykdo elektros, į jį įdedama nedidelis kiekis sodos (Na 2 CO 3) arba sieros rūgšties (H 2 SO 4). Kai srovė praeina per abu elektrodus, išsiskiria dujų burbuliukai. Vamzdyje, kuriame surenkamas vandenilis, tūris pasirodo dvigubai didesnis nei vamzdžio, kuriame surenkamas deguonis (jo buvimą galima patikrinti rūkstančios atplaišos pagalba). Modelio diagramoje pavaizduota vandens skilimo reakcija. Vandens molekulėse sunaikinami cheminiai (kovalentiniai) ryšiai tarp atomų, o iš išsiskyrusių atomų susidaro vandenilio ir deguonies molekulės.

Modelio schema ryšio reakcijos metalinė geležis ir molekulinė siera S 8 rodo, kad dėl atomų persitvarkymo reakcijos metu susidaro geležies sulfidas. Tokiu atveju cheminiai ryšiai geležies kristale (metalinis ryšys) ir sieros molekulėje (kovalentinis ryšys) sunaikinami, o išsiskyrę atomai susijungia ir susidaro joninės jungtysį druskos kristalą.

Kita junginio reakcija yra kalkių gesinimas CaO su vandeniu, kad susidarytų kalcio hidroksidas. Tuo pačiu metu pradeda kaisti degintos (negesintos) kalkės ir susidaro birūs gesintos kalkių milteliai.

KAM pakeitimo reakcijos reiškia metalo sąveiką su rūgštimi arba druska. Kai pakankamai aktyvus metalas panardinamas į stiprią (bet ne azoto) rūgštį, išsiskiria vandenilio burbuliukai. Daugiau aktyvus metalas išstumia iš tirpalo mažiau aktyvią druską.

Tipiškas mainų reakcijos yra neutralizacijos reakcija ir reakcija tarp dviejų druskų tirpalų. Paveikslėlyje parodytas bario sulfato nuosėdų paruošimas. Neutralizacijos reakcijos eiga stebima naudojant fenolftaleino indikatorių (raudona spalva išnyksta).

12 lentelė

Cheminių reakcijų rūšys

ORO. DEGUONIS. DEGIMO

Deguonis yra labiausiai paplitęs cheminis elementas ant žemės. Jo turinys yra Žemės pluta ir hidrosfera pateikti 2 lentelėje „Cheminių elementų atsiradimas“. Deguonis sudaro maždaug pusę (47%) litosferos masės. Tai vyraujantis cheminis hidrosferos elementas. Žemės plutoje deguonies yra tik surišto pavidalo (oksidai, druskos). Hidrosferą taip pat daugiausia reprezentuoja surištas deguonis (dalis molekulinio deguonies ištirpsta vandenyje).

Atmosferoje yra 20,9% laisvo deguonies pagal tūrį. Oras yra sudėtingas dujų mišinys. Sausą orą sudaro 99,9% azoto (78,1%), deguonies (20,9%) ir argono (0,9%). Šių dujų kiekis ore yra beveik pastovus. Sausos sudėtis atmosferos oras taip pat apima anglies dioksidą, neoną, helią, metaną, kriptoną, vandenilį, azoto oksidą (I) (diazoto oksidas, azoto hemioksidas - N 2 O), ozoną, sieros dioksidą, anglies monoksidą, ksenoną, azoto oksidą (IV) (azoto dioksidą – NE 2).

Oro sudėtį XVIII amžiaus pabaigoje nustatė prancūzų chemikas Antoine'as Laurent'as Lavoisier (13 lentelė). Jis įrodė deguonies kiekį ore ir pavadino jį „gyvybės oru“. Norėdami tai padaryti, jis gyvsidabrį kaitino ant viryklės stiklinėje retortoje, kurios plonoji dalis buvo dedama po stikliniu dangteliu, nuleistu į vandens vonia. Oras po gaubtu pasirodė uždaras. Kaitinamas, gyvsidabris susijungia su deguonimi ir virsta raudonuoju gyvsidabrio oksidu. „Ore“, likusiame stikliniame varpe po gyvsidabrio kaitinimo, deguonies nebuvo. Pelė, padėta po gaubtu, dūsavo. Kalcinavęs gyvsidabrio oksidą, Lavoisier vėl išskyrė iš jo deguonį ir vėl gavo gryną gyvsidabrį.

Deguonies kiekis atmosferoje pradėjo pastebimai didėti maždaug prieš 2 milijardus metų. Dėl reakcijos fotosintezė buvo absorbuojamas tam tikras tūris anglies dioksidas ir išsiskyrė toks pat kiekis deguonies. Lentelės paveikslėlyje schematiškai parodytas deguonies susidarymas fotosintezės metu. Fotosintezės metu žalių augalų lapuose, kuriuose yra chlorofilas, po absorbcijos saulės energija vanduo ir anglies dioksidas paverčiami angliavandenių(cukrus) ir deguonies. Gliukozės ir deguonies susidarymo reakcija žalieji augalai galima įrašyti sekančią formą:

6H 2 O + 6CO 2 = C 6 H 12 O 6 + 6O 2.

Gauta gliukozė tampa netirpi vandenyje krakmolo, kuris kaupiasi augaluose.

13 lentelė

Oras. Deguonis. Degimas

Fotosintezė yra sudėtingas cheminis procesas, apimantis kelis etapus: saulės energijos absorbciją ir transportavimą, saulės energijos panaudojimą fotocheminėms redokso reakcijoms inicijuoti, anglies dioksido mažinimą ir angliavandenių susidarymą.

saulės šviesa– Tai skirtingo bangos ilgio elektromagnetinė spinduliuotė. Chlorofilo molekulėje, kai absorbuojama matoma šviesa (raudona ir violetinė), elektronai pereina iš vienos energijos būsenos į kitą. Tik nedidelė saulės energijos dalis (0,03%), pasiekianti Žemės paviršių, sunaudojama fotosintezei.

Visas Žemėje esantis anglies dioksidas fotosintezės ciklą praeina vidutiniškai per 300 metų, deguonis – per 2000 metų, o vandenyno vanduo – per 2 mln. Šiuo metu atmosferoje yra pastovus deguonies kiekis. Jis beveik visiškai išleidžiamas kvėpavimui, degimui ir organinių medžiagų skilimui.

Deguonis yra viena iš aktyviausių medžiagų. Procesai, kuriuose dalyvauja deguonis, vadinami oksidacijos reakcijomis. Tai apima degimą, kvėpavimą, puvimą ir daugelį kitų. Lentelėje parodytas alyvos degimas, vykstantis išsiskiriant šilumai ir šviesai.

Degimo reakcijos gali atnešti ne tik naudos, bet ir žalos. Degimą galima sustabdyti putomis, smėliu ar antklode nutraukiant oro (oksidatoriaus) patekimą į degantį objektą.

Putų gesintuvai užpildomi koncentruotu kepimo sodos tirpalu. Kai jis liečiasi su koncentruota sieros rūgštimi, esančia stiklinėje ampulėje gesintuvo viršuje, susidaro anglies dioksido putos. Norėdami įjungti gesintuvą, apverskite jį ir metaliniu kaiščiu smogkite į grindis. Tokiu atveju ampulė su sieros rūgštimi lūžta ir anglies dioksidas, susidaręs rūgščiai reaguojant su natrio bikarbonatu, suputoja skystį ir stipria srove išmeta jį iš gesintuvo. Putojantis skystis ir anglies dioksidas, apgaubiantis degantį objektą, išstumia orą ir užgesina liepsną.

Visą gyvenimą nuolat susiduriame su fiziniais ir cheminiais reiškiniais. Natūralus fizikiniai reiškiniai yra mums tokie pažįstami, kad jau seniai nustojome juos duoti ypatingą reikšmę. Mūsų kūne nuolat vyksta cheminės reakcijos. Cheminių reakcijų metu išsiskirianti energija nuolat naudojama kasdieniame gyvenime, gamyboje, paleidžiant erdvėlaivius. Daugelis medžiagų, iš kurių gaminami mus supantys daiktai, nėra paimtos iš gamtos gatavu pavidalu, o pagamintos naudojant chemines reakcijas. Kasdieniame gyvenime mums nėra prasmės išsiaiškinti, kas atsitiko. Tačiau studijuodami fiziką ir chemiją pakankamu lygiu, jūs negalite išsiversti be šių žinių. Kaip atskirti fizikinius reiškinius nuo cheminių? Ar yra kokių nors ženklų, kurie gali padėti tai padaryti?

Vykstant cheminėms reakcijoms iš kai kurių medžiagų susidaro naujos, kitokios nei pirminės medžiagos. Išnykus pirmųjų požymiams ir atsiradus antrųjų požymiams, taip pat išsilaisvinus ar įsisavinus energiją, darome išvadą, kad įvyko cheminė reakcija.

Jei kaitinate varinę plokštę, ant jos paviršiaus atsiranda juoda danga; pučiant anglies dioksidą kalkių vanduo atsiranda baltos nuosėdos; degant medžiui ant šaltų indo sienelių atsiranda vandens lašai, kai dega magnis, gaunami balti milteliai.

Pasirodo, cheminės reakcijos požymiai yra spalvos, kvapo pokyčiai, nuosėdų susidarymas, dujų atsiradimas.

Svarstant apie chemines reakcijas, būtina atkreipti dėmesį ne tik į tai, kaip jos vyksta, bet ir į sąlygas, kurios turi būti įvykdytos, kad reakcija prasidėtų ir vyktų.

Taigi, kokios sąlygos turi būti įvykdytos, kad prasidėtų cheminė reakcija?

Norėdami tai padaryti, pirmiausia reikia sulieti reaguojančias medžiagas (sujungti, sumaišyti). Kuo medžiagos labiau susmulkintos, tuo didesnis jų sąlyčio paviršius, tuo greitesnė ir aktyvesnė reakcija tarp jų vyksta. Pavyzdžiui, gabalėlį cukraus sunku padegti, tačiau susmulkintas ir papurkštas ore jis sudega per kelias sekundes, sudarydamas savotišką sprogimą.

Tirpinimo pagalba mes galime susmulkinti medžiagą į mažas daleles. Kartais tai palengvina išankstinis pradinių medžiagų ištirpinimas cheminė reakcija tarp medžiagų.

Kai kuriais atvejais medžiagų, pavyzdžiui, geležies, sąlytis su drėgnas oras, pakanka reakcijai įvykti. Tačiau dažniausiai tam neužtenka vien medžiagų sąlyčio: turi būti įvykdytos kai kurios kitos sąlygos.

Taigi varis nereaguoja su oro deguonimi esant žemai temperatūrai apie 20˚-25˚С. Norint sukelti vario ir deguonies reakciją, būtina naudoti šilumą.

Šildymas įvairiai veikia cheminių reakcijų atsiradimą. Kai kurias reakcijas reikia nuolat kaitinti. Kai kaitinimas sustoja, cheminė reakcija sustoja. Pavyzdžiui, cukrui skaidyti reikalinga nuolatinė šiluma.

Kitais atvejais kaitinti reikia tik tam, kad įvyktų reakcija, tai suteikia impulsą, o tada reakcija vyksta nekaitinant. Pavyzdžiui, tokį kaitinimą stebime degant magniui, medienai ir kitoms degioms medžiagoms.

svetainėje, kopijuojant visą medžiagą ar jos dalį, būtina nuoroda į pirminį šaltinį.

I. Cheminių reakcijų požymiai ir sąlygos

Jūs jau žinote daugybę medžiagų, stebėjote jų transformacijas ir šias transformacijas lydinčias transformacijas. ženklai.

Labiausiai Pagrindinis bruožas Cheminė reakcija yra naujų medžiagų susidarymas. Tačiau kai kurie tai taip pat gali įvertinti išoriniai ženklai reakcijų eiga.

Išoriniai vykstančių cheminių reakcijų požymiai:

• kritulių
• spalvos pasikeitimas
• išleidžiant dujas
• kvapo išvaizda
• energijos (šilumos, elektros, šviesos) sugėrimas ir išleidimas

Tai akivaizdu Cheminėms reakcijoms atsirasti ir eigai būtinos tam tikros sąlygos:

• pradinių medžiagų (reagentų) sąlytis
• kaitinimas iki tam tikros temperatūros
• chemines reakcijas greitinančių medžiagų (katalizatorių) naudojimas

II. Cheminės reakcijos terminis poveikis

DI. Mendelejevas atkreipė dėmesį: svarbiausia visų cheminių reakcijų ypatybė yra energijos pokytis joms vykstant.

Kiekviena medžiaga kaupia tam tikrą energijos kiekį. Su šia medžiagų savybe susiduriame jau per pusryčius, pietus ar vakarienę, nes maistas leidžia mūsų organizmui panaudoti įvairiausių medžiagų energiją. cheminiai junginiai esančios maiste. Kūne ši energija paverčiama judesiu, darbu, naudojama pastoviai (ir gana aukštai!) kūno temperatūrai palaikyti.

Šilumos išsiskyrimas arba absorbcija vykstant cheminėms reakcijoms atsiranda dėl to, kad energija eikvojama kai kurių medžiagų naikinimo procesui (ryšių tarp atomų ir molekulių sunaikinimas) ir išsiskiria formuojantis kitoms medžiagoms (susidaro ryšiai tarp atomų). ir molekules).

Energijos pokyčiai pasireiškia arba šilumos išsiskyrimu, arba sugėrimu.

Reakcijos, atsirandančios išsiskiriant šilumai, vadinamos egzoterminis (iš graikų kalbos „exo“ - išeinantis).

Reakcijos, kurios vyksta absorbuojant energiją, vadinamosendoterminė (iš lotynų kalbos „endo“ – viduje).

Dažniausiai energija išsiskiria arba absorbuojama šilumos pavidalu (rečiau – šviesos ar mechaninės energijos pavidalu). Šią šilumą galima išmatuoti. Matavimo rezultatas išreiškiamas kilodžauliais (kJ) vienam MOLE reagento arba (rečiau) vienam moliui reakcijos produkto. Cheminės reakcijos metu išsiskiriantis arba sugertas šilumos kiekis vadinamas terminis reakcijos poveikis(Q).

Egzoterminė reakcija:

Pradinės medžiagos → reakcijos produktai + Q kJ

Endoterminė reakcija:

Pradinės medžiagos → reakcijos produktai - Q kJ

Cheminių reakcijų šiluminis poveikis reikalingas daugeliui techninių skaičiavimų. Įsivaizduokite save kaip galingos raketos, galinčios pakilti į orbitą, konstruktorių erdvėlaivių ir kiti naudingi kroviniai.

Tarkime, kad žinote, kokį darbą (kJ) reikės atlikti norint iš Žemės paviršiaus į orbitą nugabenti raketą su kroviniu, taip pat žinote, kaip įveikti oro pasipriešinimą ir kitas energijos sąnaudas skrydžio metu. Kaip apskaičiuoti reikiamą vandenilio ir deguonies tiekimą, kurie (suskystintoje būsenoje) naudojami šioje raketoje kaip kuras ir oksidatorius?

Be vandens susidarymo iš vandenilio ir deguonies reakcijos terminio efekto tai padaryti sunku. Juk šiluminis efektas yra ta energija, kuri turėtų paleisti raketą į orbitą. Raketos degimo kamerose ši šiluma paverčiama karštų dujų (garų) molekulių kinetine energija, kuri išeina iš purkštukų ir sukuria srovės trauką.

IN chemijos pramonėšiluminiai efektai reikalingi norint apskaičiuoti šilumos kiekį šildyti reaktorius, kuriuose vyksta endoterminės reakcijos. Energetikos sektoriuje šiluminės energijos gamyba apskaičiuojama naudojant kuro degimo šilumą.

Dietologai naudoja terminį oksidacijos poveikį maisto produktai organizme sukurti tinkamas dietas ne tik pacientams, bet ir sveikų žmonių- sportininkai, įvairių profesijų darbuotojai. Tradiciškai čia skaičiuojant naudojami ne džauliai, o kiti energijos vienetai – kalorijos (1 cal = 4,1868 J). Maisto energetinė vertė reiškia bet kokią maisto produktų masę: 1 g, 100 g ar net standartinę produkto pakuotę. Pavyzdžiui, ant kondensuoto pieno indelio etiketės galite perskaityti tokį užrašą: „kalorijų kiekis 320 kcal/100 g“.

Chemijos sritis, nagrinėjanti terminį poveikį ir chemines reakcijas, vadinama termochemija.

Vadinamos cheminių reakcijų lygtys, kuriose nurodomas šiluminis efektas termocheminis.

5.2 skyriuje sužinojome apie pagrindinius cheminių reakcijų principus. Jie sudaro teoriją elementarios sąveikos.

§ 5.3.1 Elementariųjų sąveikų teorija

Išvardinta žemiau pagrindinės nuostatos TEV atsakyk į klausimą:

Ko reikia, kad vyktų cheminės reakcijos?

1. Cheminę reakciją inicijuoja aktyvios reagento dalelės, išskyrus sočiąsias molekules: radikalai, jonai, koordinatyviai nesotieji junginiai. Pradinių medžiagų reaktyvumą lemia šių aktyvių dalelių buvimas jų sudėtyje.

Chemija nustato tris pagrindinius veiksnius, turinčius įtakos cheminei reakcijai:

• temperatūra;
• katalizatorius (jei reikia);
• reaguojančių medžiagų pobūdis.

Iš jų svarbiausias yra paskutinis. Būtent medžiagos prigimtis lemia jos gebėjimą formuoti tam tikras aktyvias daleles. O paskatos tik padeda šiam procesui vykti.

2. Aktyvios dalelės yra termodinaminėje pusiausvyroje su pradinėmis sočiosiomis molekulėmis.

3. Aktyvios dalelės sąveikauja su pradinėmis molekulėmis per grandinės mechanizmą.

4. Sąveika tarp aktyviosios dalelės ir reagento molekulės vyksta trimis etapais: asociacija, elektroninė izomerizacija ir disociacija.

Pirmajame cheminės reakcijos etape, asociacijos etape, aktyvioji dalelė prisijungia prie prisotintos kito reagento molekulės, naudodama cheminius ryšius, kurie yra silpnesni nei kovalentiniai. Asocijuotas ryšys gali būti sudarytas naudojant van der Waals, vandenilio, donoro-akceptoriaus ir dinamines jungtis.

Antrajame cheminės reakcijos etape - elektroninės izomerizacijos stadijoje - vyksta pats svarbiausias procesas - stiprus kovalentinis ryšys pradinėje reagento molekulėje virsta silpnesne: vandenilio, donoro-akceptoriaus, dinamine ar net van der. Waalsas.

5. Trečiasis aktyviosios dalelės ir reagento molekulės sąveikos etapas – izomerizuoto junginio disociacija su galutinio reakcijos produkto susidarymu – yra ribojantis ir lėčiausias viso proceso etapas.

Didysis cheminės medžiagų prigimties „gudrumas“.

Būtent šis etapas lemia bendras energijos sąnaudas visam trijų pakopų cheminės reakcijos procesui. Ir čia slypi didžioji „gudrybė“ cheminė prigimtis medžiagų. Daugiausiai energijos reikalaujantis procesas – kovalentinio ryšio nutraukimas reagente – įvyko lengvai ir grakščiai, beveik nepastebimai laike, lyginant su trečiąja, ribojančia reakcijos stadija. Mūsų pavyzdyje jungtis vandenilio molekulėje, kurios energija yra 430 kJ/mol, buvo taip lengvai ir natūraliai transformuota į van der Waals ryšį, kurios energija 20 kJ/mol. Ir visos reakcijos energijos sąnaudos buvo sumažintos iki šio silpno van der Waalso ryšio nutraukimo. Štai kodėl energijos sąnaudos, reikalingos kovalentiniam ryšiui chemiškai nutraukti, yra žymiai mažesnės nei šios jungties terminio sunaikinimo sąnaudos.

Taigi elementariosios sąveikos teorija suteikia griežtą fizinę reikšmę„aktyvinimo energijos“ sąvoka. Tai energija, reikalinga atitinkamam cheminiam ryšiui nutraukti asocijuotoje medžiagoje, kuri susiformuoja prieš gaminant galutinį cheminės reakcijos produktą.

Dar kartą pabrėžiame cheminės medžiagos prigimties vienovę. Jis gali reaguoti tik vienu atveju: kai atsiranda aktyvi dalelė. Ir temperatūra, katalizatorius ir kiti veiksniai, nepaisant visų fizinių skirtumų, atlieka tą patį vaidmenį: iniciatoriaus.

1. Nurodykite, ar paveiksluose pavaizduoti reiškiniai yra fiziniai ar cheminiai.

2. Rungtynės.

Cheminių reakcijų pavyzdžiai:
I. marmuro sąveika su druskos rūgštimi;
II. geležies sąveika su siera;
III. vandenilio peroksido skilimas;
IV. anglies dioksido sąveika su kalkių vandeniu.

Cheminių reakcijų atsiradimo sąlygos:
a) medžiagų sąlytis;
b) šildymas;
c) katalizatoriaus naudojimas.

Atsakymas: I - a; II - a, b; III - į; IV - a.

3. Užpildykite 2 diagramą.

4. „Kryžiažodis – atvirkščiai“. Visi kryžiažodžio žodžiai jau įvesti. Kiek įmanoma tiksliau apibrėžkite kiekvieną žodį.

„Raktinis žodis“ yra pirmoji cheminė reakcija, su kuria susipažino žmogus.

1. Vienas iš keturių agregacijos būsenos medžiagų.
2. Kietosios medžiagos susidarymas tirpale vykstant cheminei reakcijai.
3. Dviejų ar daugiau kūnų, daiktų, medžiagų padėtis.
4. Nešiojamas arba mobilus prietaisas gaisrams gesinti.
5. Procesui būdingas temperatūros padidėjimas.
6. Cheminė medžiaga, kuri pagreitina reakciją, bet nėra reakcijos produktų dalis.
7. Daiktų poveikis vienas kitam.