Реклама на портале

Твердое исходное вещество. Исходные вещества активированный комплекс продукты реакции

Для образования активного комплекса нужно преодолеть некоторый энергетический барьер, затратив энергию Е А. Эта энергия и есть энергия активации – некоторая избыточная энергия, по сравнению со средней при данной температуре энергией, которой должны обладать молекулы для того, чтобы их столкновения были эффективными.

В общем случае для химической реакции А + В = С +Д переход от исходных веществ А и В к продуктам реакции С и Д через состояние активного комплекса А + В = А¼В = С + D схематически можно представить в виде энергетических диаграмм (рис. 6.2).


Энергия активации Е А – один из основных параметров, который характеризует скорость химического взаимодействия. Она зависит от природы реагирующих веществ. Чем больше Е А, тем меньше (при прочих равных условиях) скорость реакции. При повышении температуры число активных частиц сильно возрастает, благодаря чему резко увеличивается скорость реакции.

Обычно реакции между веществами с прочными ковалентными связями характеризуются большими значениями Е А и идут медленно, например:

Низкими значениями Е А и очень большими скоростями характеризуются ионные взаимодействия в растворах электролитов. Например:

Ca +2 + SO = CaSO 4 .

Объясняется это тем, что разноименно заряженные ионы притягиваются друг к другу и не требуется затрат энергии на преодоление сил отталкивания взаимодействующих частиц.

Влияние катализатора

Изменение скорости реакции под воздействием малых добавок особых веществ, количество которых в ходе процесса не меняется, называется катализом.

Вещества, изменяющие скорость химической реакции, называются катализаторами (вещества, изменяющие скорость химических процессов в живых организмах – ферменты). Катализатор в реакциях не расходуется и в состав конечных продуктов не входит.

Химические реакции, протекающие в присутствии катализатора, называются каталитическими. Различают положительный катализ – в присутствии катализатора скорость химической реакции возрастает - и отрицательный катализ (ингибирование) – в присутствии катализатора (ингибитора) скорость химической реакции замедляется.



1. Окисление сернистого ангидрида в присутствии платинового катализатора:

2SO 2 + O 2 = 2SO 3 – положительный катализ.

2. Замедление процесса образования хлороводорода в присутствии кислорода:

H 2 + Cl 2 = 2HCl – отрицательный катализ.

Различают: а) гомогенный катализ – реагирующие вещества и катализатор образуют однофазную систему; б) гетерогенный катализ – реагирующие вещества и катализатор образуют систему из разных фаз.

Механизм действия катализатора. Механизм действия положительных катализаторов сводится к уменьшению энергии активации реакции. При этом образуется активный комплекс с более низким уровнем энергии и скорость химической реакции сильно возрастает. На рис. 6.3 представлена энергетическая диаграмма химической реакции, протекающей в отсутствие (1) и в присутствии (2) катализатора.

Если медленно протекающую реакцию А + В = АВ вести в присутствии катализатора К, то катализатор вступает в химическое взаимодействие с одним из исходных веществ, образуя непрочное промежуточное соединение: А + К = АК.

Энергия активации этого процесса мала. Промежуточное соединение АК – реакционноспособно, оно реагирует с другим исходным веществом, при этом катализатор высвобождается и выходит из зоны реакции:

АК +В = АВ + К.

Суммируя оба процесса, получаем уравнение быстро протекающей реакции: А + В + (К) = АВ + (К).

Пример. Окисление сернистого ангидрида с участием катализатора NO: 2SO 2 + O 2 = 2SO 3 – медленная реакция;

При введении катализатора – NO – образуется промежуточное соединение: 2NO + O 2 = 2NO 2 .

В гетерогенном катализе ускоряющее действие связано с адсорбцией. Адсорбция – явление поглощения газов, паров, растворенных веществ поверхностью твердого тела. Поверхность катализатора неоднородна. На ней имеются так называемые активные центры, на которых происходит адсорбция реагирующих веществ, что увеличивает их концентрацию.

Есть и такие вещества, которые усиливают действие катализатора, хотя сами катализаторами не являются. Эти вещества называются промоторами.


ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ

Из неочищенной нефти, добываемой из недр земли, получают путем перегонки различные нефтяные и воскообразные продукты. В косметике используют, прежде всего, жидкое текучее парафиновое (или белое) масло, вязкий плотный вазелин, твердый, воскообразный горный воск (или озокерит) и более чистый парафин.

Парафиновое масло - прозрачное маслообразное вещество без запаха и вкуса, которое может быть различной плотности.

Вазелин представляет собой белое, вязкое, липкое маслообразное вещество, не имеющее запаха. В таком виде его применяют в качестве мази для массажа, а также в качестве основы для приготовления различных лекарственных мазей.

Озокерит и парафин - твердые переменной плотности белые вещества.

Все эти сырьевые продукты, получаемые из нефти, находят широкое применение в косметической промышленности благодаря их дешевой цене и хорошей устойчивости при хранении. Они не могут с легкостью впитываться в кожу, но являются прекрасным исходным материалом для изготовления, например, геля и косметического молочка, а также и для декоративной косметики.

Природные масла благодаря наличию в них ненасыщенных связей менее вязки и более текучи, чем жиры. И масла, и жиры - это сложные эфиры жирных кислот и глицерина; в природе они всегда встречаются в виде различных смесей. Природные жиры быстро портятся из-за своей химической ненасыщенности. Поэтому их часто гидрируют, присоединяя по ненасыщенным связям атомы водорода. В таком виде жир становится твердым и лучше сохраняется, зато одновременно становится менее пригодным для использования в косметике Вилламо Х. Косметическая химия. - М.: Мир, 1990..

Жиры растительного и животного происхождения еще используются для изготовления косметических веществ, хотя по вышеупомянутым причинам они все более уступают место синтетическим веществам, жирным кислотам, жирным спиртам и др. Важнейшими растительными и животными маслами и жирами являются следующие (табл.1) Химия в быту и в производстве. / Под ред. Селиванова М.И. - М.: Химия, 2000..

Таблица 1 Растительные и животные масла и жиры

Помимо приведенных выше находят применение также и некоторые другие природные масла, поскольку в них содержатся определенные дополнительные вещества. В качестве примера можно привести следующие.

Черепаховое масло в сыром виде желтого цвета и имеет очень неприятный запах (его получают путем экстрагирования из половых органов и мышц одного из видов черепах). В нем содержатся, в частности, витамины А, О, К и Н, а также линолевая и линоленовая кислоты. После очистки оно становится пригодным к употреблению косметическим сырьем.

Норковое масло, подобно предыдущему, является животным маслом, насыщенным витаминами (его получают из мышц норки).

В масле из проросших пшеничных семян помимо масел всегда содержится еще 2-12% жирных кислот. Оно хорошо сохраняется и богато, в частности, витамином Е, каротином, линолевой и линоленовой кислотами, эргостерином, а также содержит в небольшом количестве витамин К.

Важнейшим натуральным воском, применяемым в изготовлении гелей, является пчелиный воск. Это твердое желтое или (будучи отбеленным) белое вязкое вещество. В пчелином воске содержится 72% различных натуральных восков (восковых эфиров), около 14% свободных высокомолекулярных жирных кислот, свободных жирных спиртов и др.

Карнаубский воск получают из листьев карнаубской пальмы. Это самый твердый из натуральных восков. Он хорошо смешивается со многими жирами, маслами, восками и т. п., повышая их температуру плавления и увеличивая твердость композиции.

Шерстяной жир - это жироподобное вещество, получаемое из овечьей шерсти в результате ее мытья. Когда к шерстяному жиру добавляют 25% воды, то получают вещество, называемое ланолином. Сырой ланолин по цвету желто-коричневый, а в очищенном виде почти белый. В нем содержится большое количество холестерина (в значительной мере этерифицированного различными жирными кислотами), различных восков, а также свободных высокомолекулярных жирных кислот и жирных спиртов.

Таким образом, очищенный ланолин вполне пригоден в качестве исходного сырья. Кроме того, из него изготавливают для различных целей всевозможные продукты, как, например, ланолиновое масло, разнообразные фракции ланолина.

Все природные жиры и масла являются триглицеридами, т. е. эфирами трехосновного спирта глицерина. В природе нет жиров и масел, в которых глицерин был бы этерифицирован только одной жирной кислотой; природные жиры всегда являются эфирами двух или нескольких жирных кислот.

Животные жиры (такие, как сало) и растительные жиры можно при высокой температуре и давлении гидролизовать с помощью воды на жирные кислоты и глицерин. В результате этого получают главным образом стеариновую кислоту, пальмитиновую кислоту и миристиновую кислоту. Все три кислоты - твердые воскообразные вещества без цвета и запаха. В таком виде они представляют собой прекрасное сырье для приготовления кремов, гелей и различных эмульсий.

В натуральных маслах, помимо приведенных выше кислот, содержатся также ненасыщенные жирные кислоты, такие, например, как олеиновая кислота с одной двойной связью, линолевая кислота с двумя двойными связями и линоленовая кислота с тремя двойными связями. Ненасыщенные жирные кислоты и их эфиры являются жидкими при комнатной температуре. Благодаря наличию в них двойных связей они весьма чувствительны к реакциям разложения, например, к действию микробов, и легко распадаются на более мелкие молекулы, имеющие зачастую неприятный запах. Таким образом, они быстро портятся. Поэтому их обычно гидрируют по двойным связям, и из всех трех вышеназванных ненасыщенных жирных кислот образуется стеариновая кислота; одновременно все они становятся твердыми, почему этот метод и называется отверждением жиров.

Воск образуется из эфира низкомолекулярной карбоновой кислоты, например уксусной, и макромолекулярного так называемого жирного спирта; жирные спирты получают, в частности, путем разложения натуральных восков. Для приготовления гелей важнейшими сырьевыми веществами являются стеариновый спирт и цетиловый спирт.

Эти сравнительно высокомолекулярные соединения, получаемые в результате переработки натуральных жиров и восков, широко используются в косметике. Они представляют собой воскообразные или жироподобные вещества, хорошо ложащиеся на кожу. Они легко смешиваются с кожным салом и создают прекрасное дополнение к основе кремов, гелей и других средств, улучшая их свойства.

Как было отмечено ранее, натуральные жиры, масла и воски всегда представляют собой смеси, содержащие большое количество различных органических соединений. Поэтому в зависимости от места происхождения и других факторов среды они различаются по своему составу и свойствам. Современная промышленность стремится, однако, производить косметические изделия постоянного качества, поэтому устойчивые синтетические вещества заметно потеснили собственно натуральные продукты.

Путем переработки натуральных жиров и восков получают, как было изложено выше, необходимые для промышленного производства жирные кислоты, жирные спирты и, конечно, глицерин. Соединяя их вновь синтетическим способом, получают чистые и с устойчивыми характеристиками жиры и воски. В соответствии с происхождением и способом изготовления их называют полусинтетическими продуктами.

Из синтетических восков можно назвать эфиры стеариновой, пальмитиновой и миристиновой кислот, получаемые в большом количестве из природных веществ. Вторым компонентом в них является чаще всего изопропиловый спирт.

Силиконы представляют собой весьма важную группу синтетических жировых и воскообразных сырьевых веществ. Эти вещества имеют в своей основе цепь чередующихся атомов кремния и кислорода, к которой присоединены боковые органические группы. В качестве примера силиконов можно привести силиконовое масло, являющееся относительно низкомолекулярным производным метилсилоксана.

Говоря о свойствах силиконов, необходимо отметить, что они устойчивы при хранении и, кроме того, отлично переносятся организмом. Они не размягчаются с ростом температуры (это очень важно для использования их в качестве жидкого компонента плотной косметики), хорошо смешиваются с кожным салом и при обильном употреблении образуют водоотталкивающую пленку.

Полиспирт (полиол) - это органическое соединение, в молекуле которого содержится более одной гидроксильной группы ОН. Этиленгликоль и глицерин, имеющие соответственно две и три группы ОН, являются самыми простыми полиспиртами. К этой группе относятся также и все сахара и различные производные гликоля, такие, как, полиэтиленгликоли, которые уже рассматривались выше. В гелях полиспирты используются в качестве увлажнителей; в этом смысле наиболее важными являются глицерин, пропиленгликоль, сорбит и фруктоза.

К коллоидам можно отнести разнообразные вещества растительного и животного происхождения, которые образуют с водой коллоидные растворы; многие из них являются полисахаридами. Из коллоидов, имеющих полисахаридную основу, можно упомянуть следующие (табл. 2).

Таблица 2 Коллоиды, имеющие полисахаридную основу

Клеи являются обычно продуктами растительного происхождения. Здесь указана лишь незначительная часть растительных клеев. Хорошо известен агар-агар, относящийся к группе альгинатов; его получают из морских водорослей и используют для производства сладостей мармеладного типа.

Декстран изготовляется с помощью некоторых микроорганизмов из тростникового сахара. Это полимер, молекулярная масса которого колеблется между 75 000 и 1 000 000. Помимо того, что он используется в качестве заменителя плазмы крови, его можно применять, например, для регулирования вязкости растворов.

Целлюлозы представляют собой широко употребляемую и довольно разнообразную группу веществ, из которой выше приведены лишь три примера. Из многообразных форм применения для целей косметики важны их функции регулятора вязкости растворов и стабилизатора эмульсий.

Коллоидами, имеющими белковую основу, являются, в частности, желатин, получаемый из костей и кож, соевые и кукурузные белки, казеин - белковое вещество молока, а также альбумин, который получают из яичного белка.

Для коллоидов характерно то, что они пригодны для образования гелей и увеличения вязкости растворов и эмульсий.

В современной эмульсионной технике используют различные типы целлюлозы, главным образом в качестве стабилизаторов. Их применяют также в качестве основного компонента масок для лица, а также в различных препаратах для ухода за волосами.

Помимо того, белковые коллоиды применяются в препаратах для ухода за кожей, поскольку они построены из аминокислотных цепей различной длины и, в зависимости от способа обработки, могут также содержать свободные аминокислоты; таким образом, их вполне можно сравнивать с белковыми гидролизатами Химия для косметической продукции. / Под ред. Ованесяна П.Ю. - Красноярск: Марта, 2001. .

Твердые исходные вещества могут вступать в реакцию друг с другом и при пространственном их разделении. В связи с этим в отличие от обычных твердофазных реакций не обязательно использовать исходные вещества в стехиометрических количествах. Конечный продукт независимо от соотношения исходных веществ будет обладать стехиометрическим составом.
Твердые исходные вещества и продукты реакции не влияют на смещение гетерогенного химического равновесия.
Твердые исходные вещества могут вступать в реакцию друг с другом и при пространственном их разделении. В связи с этим в отлич. Конечный продукт независимо от соотношения исходных веществ будет обладать стехиометрическим составом.
Реакции между твердыми исходными веществами могут быть ускорены благодаря тому, что твердые вещества связываются друг с другом за счет транспортной реакции. Можно предвидеть, что этот принцип будет перенесен на многочисленные реакции между твердыми веществами. Вместе с тем особенно благоприятно то, что можно подобрать соответствующие транспортные реакции, исходя из простых теоретических представлений.
Гранулометрический состав загружаемых частиц твердого исходного вещества и гидродинамический режим процесса не изменяются.
В химической реакции участвуют только те молекулы твердого исходного вещества AI, которые входят в заполненные веществом AZ адсорбционные центры.
Таким образом, состав расплава при непрерывном поступлении твердых исходных веществ определяется соотношением PiSy / p2sH, и при различных размерах кусков извести и углерода мы получим разный состав расплава.
Для получения водной вытяжки 50 - 80 мг твердого исходного вещества кипятят в течение нескольких минут с 3 мл воды, которая пополняется по каплям по мере упаривания раствора. Водная вытяжка, имеющая нейтральную реакцию (нейтральная водная вытяжка), может содержать мешающие катионы, которые нужно удалить содой так, как это делают в случае, если исследуемый объект - жидкость (см. стр. В результате нейтрализации щелочной (после действия содой) жидкости и отделения осадка получают приготовленный раствор.
Кривые скорости-время для разложения оксалата серебра. Г110 С. точками обозначены результаты опытов без перерывов, кружками - опыт с перерывами в 60 мин. (/ и 30 мин. (/ /. Такие опыты показывают в то же время, что простого смешения твердого исходного вещества с твердым продуктом может быть недостаточно для обнаружения автокаталитического действия последнего.
Химико-технологический процесс, при котором газообразные исходные вещества продувают через отверстия снизу аппарата, а находящиеся в нем твердые исходные вещества при этом как бы кипят, находясь все время во взвешенном состоянии. При этом реакции протекают в самом кипящем слое.
Химика технологический процесс, при котором газообразные исходные вещества продувают через отверстия снизу аппарата, а находящиеся в нем твердые исходные вещества при этом как бы кипят, находясь все время во взвешенном состоянии. При этом реакции протекают в самом кипящем слое.
Типичные кривые а f (т процесса термической диссоциации твердых тел. Объяснения даны в тексте. При описании хода термической диссоциации скорость реакции чаще всего ставится в зависимость от состава твердой фазы, выраженного степенью превращения (распада) а твердого исходного вещества. На рис. VIII-12 представлены наиболее характерные зависимости а от времени реакции.
В табл. 22 сведены данные, которые касаются возможности нахождения анионов в охарактеризованных выше аналитических фракциях, получающихся в результате приготовления раствора из подлежащего анализу твердого исходного вещества.

В исследованной с точки зрения теории Фольмера дегидратации дигидрата окса-лата марганца , для которой рентгенографически было доказано образование аморфного продукта и его последующая кристаллизация, рост ядер твердого, аморфного продукта наблюдался и до образования кристалллического продукта, что доказывает особые каталитические свойства поверхности раздела: твердое исходное вещество / твердый продукт и для рентгенографически аморфного состояния. Кристаллизация аморфного продукта может иметь, однако, значение для объяснения зависимости скорости от упругости пара при разложении кристаллогидратов. В этих случаях образование труднопроницаемого для молекул воды слоя аморфного продукта может вести к снижению скорости реакции.
Фт - поток твердого вещества, поступающего в аппарат, кг / час; Фг (0) - поток газообразного вещества, поступающего в аппарат, кг / час; Фг - поток газообразного вещества, вступающего в химическое взаимодействие, кг / час; Fr - объем, занимаемый газовой фазой в реакционном объеме аппарата, м3; GT - вес твердого исходного вещества в реакционном объеме аппарата, кг; GT - вес газообразного исходного вещества в реакционном объеме аппарата, кг; с кв - эквивалентная концентрация газообразного исходного вещества в реакционном объеме аппарата, кг / м8; а - стехиометрический коэффициент перехода от потока вещества Фт к потоку Фг; & г, / сг - коэффициенты выгрузки твердой и газообразной фазы, l / час; К - константа скорости реакции; F (п) - функция, отражающая порядок реакции; X - выходная координата (температура); Та - постоянная времени тепловой модели реакционного объема аппарата; К7 - коэффициент усиления тепловой модели реакционного объема аппарата.
Смесь 5 1 г циклопентадиенилмарганецтрикарбонила, 13 7 г треххло-ристого фосфора, 4 25 г хлористого алюминия и 15 мл изопентана при интенсивном перемешивании нагрета и выдержана при температуре 45 - 50 С в течение 3 час. До нагревания смесь представляет собой суспензию твердых исходных веществ в растворе желтого цвета.
Важно установить, какие ионы в пробе отсутствуют. Предварительные испытания) в основном проводят с твердыми исходными веществами, растворы выпаривают.
Очень часто скорость растворения исходного материала так незначительна или продукт реакции так мало растворим, что новая фаза плотно осаждается на первоначальной и благодаря этому ее внешняя форма повторяет форму исходного вещества. Такие превращения, которые происходят на поверхности раздела твердого исходного вещества и ведут к получению твердых конечных продуктов, называются топохилшческими реакциями в узком смысле слова. В противоположность реакциям, протекающим в объеме раствора, степень дисперсности продуктов реакции в этом случае подобна дисперсности исходных веществ. Топохимический способ рассмотрения поэтому особен -, но применим при описании катализаторов, электролитическом выделении металлов и в вопросах коррозии.
Если давление пара способствует реакции между твердыми веществами, то надо ожидать подобного и от химических транспортных реакций. Какие же возможности предоставляют транспортные реакции как средство взаимодействия между твердыми исходными веществами.
В твердофазных реакциях превращение может начинаться только в объеме фазы, а затем развиваться на границе раздела между новой и старой фазами. Такие реакции, где зона или фронт превращения проходит по поверхности раздела твердое исходное вещество - твердый продукт, называются топохимическими. Примером таких реакций является выветривание кристаллогидратов. Еще Фа-радей заметил, что хорошо ограненные прозрачные кристаллы Cu2SO4 - 5H2O не теряют воду в сухом воздухе в течение длительного времени. Если же на их поверхность нанести царапину или сделать надлом, то сразу начинается быстрая дегидратация кристалла, которая всегда распространяется от поврежденного места.
То обстоятельство, что многие анионы могут быть обнаружены дробным путем, еще не означает, что обнаружение анионов является более легкой задачей, чем открытие катионов. Даже при том ограниченном числе анионов, которое изучается в данном учебнике, анализ представляет большие трудности, если для исследования дано твердое исходное вещество, нерастворимое в воде. Такое вещество подлежит обработке содой (содовая вытяжка), что связана с рядом осложнений в работе.
При написании реакций между растворами электролитов всякий раз надо представить себе, нет ли какой-нибудь причины, мешающей реальному протеканию той или иной реакции. Например, если раствор электролита взаимодействует с твердым веществам и при этом один из продуктов малорастворим, то реакция может быстро прекратиться за счет того, что на поверхности твердого исходного вещества образуется слой тоже твердого продукта реакции, препятствующего дальнейшему ее протеканию. Именно поэтому для получения углекислого газа действием кислоты на мрамор берут соляную, а не серную кислоту, так как в случае серной кислоты мрамор быстро покрывается слоем гипса (CaSO4 - 2H2O) и реакция практически не идет.
Для взаимодействия висмута с фтором используют реактор с кипящим слоем. Заимствованная из техники методика синтеза в кипящем слое имеет следующие преимущества: быстрое установление теплового равновесия в реакционной смеси, отсутствие спекания твердых продуктов реакции, хороший тепловой обмен со стенками трубки, большая поверхность твердых исходных веществ и поэтому быстрое превращение.
Для системы г - т увеличение поверхности соприкосновения фаз достигается измельчением твердой фазы. Газообразное вещество приводят в соприкосновение с измельченным исходным веществом самыми разнообразными способами, например, твердые частицы вещества располагают на полках реактора, а поток газа движется над полками. В других случаях тонко измельченное твердое исходное вещество распыляют в потоке газообразного исходного вещества в полом объеме; таким образом сжигают пылевидное топливо в топках паровых котлов.
В быстро идущих промышленных процессах реакции в смесях твердых веществ протекают обычно со скоростями в тысячи раз большими, чем это было бы возможно при непосредственном взаимодействии твердых фаз. Толщина слоя образующегося продукта практически одинакова по всей поверхности покрываемого им зерна. Это объясняется тем, что реакции, идущие между твердыми исходными веществами, на самом деле протекают с участием газообразных или жидких фаз.
В развитии химии твердофазных реакций часто поднимались дискуссии по вопросу о том, могут ли реагировать между собой твердые вещества без участия жидкости или газа. Этот вопрос сегодня решен в пользу существования чисто твердофазных реакций. Интересно, однако, что можно показать на целом ряде превращений с твердыми исходными веществами, что все-таки какая-либо жидкая или газообразная фаза участвует в качестве посредника реакции. Однако следует избегать обобщений в этой области - напротив того, необходимо экспериментально исследовать состояние системы в каждом отдельном случае. Будников и Гинстлинг особенно детально занимались подобными исследованиями.
Если проблема исходного вещества для нефтегазообразования в целом может считаться решенной, то проблема механизма нефтегазообразования, являющаяся ключевой, в деталях еще требует своего решения. Общность состава органического вещества, осадочных пород и углеводородов (УВ) является важным аргументом в пользу биосферного источника нефти и газа. Очевидна и роль тепловой энергии (прогрева) для получения жидких и газовых УВ из твердого исходного вещества. Эти обстоятельства позволили создать концепцию об очагах генерации УВ и сформулировать представления о главных фазах газо - и нефтеобразования, получивших распространение во всем мире.

Скорость реакций, протекающих без участия газообразных и жидких фаз, столь мала, что они не могут иметь большого практического значения в быстро идущих промышленных процессах. Но на практике реакции в смесях твердых веществ идут обычно со скоростями в тысячи раз большими, чем это было бы возможно при непосредственном взаимодействии твердых веществ. Толщина слоя образующегося продукта практически одинакова по всей поверхности покрываемого им зерна. Это объясняется тем, что реакции, идущие между твердыми исходными веществами, на самом деле протекают с участием газообразных или жидких фаз.
Скорость таких реакций, протекающих без участия газообразных и жидких фаз, столь мала, что они не могут иметь большого практического значения в быстро идущих промышленных процессах, осуществляемых, в частности, в производстве солей. Реакции в смесях твердых веществ на практике идут обычно со скоростями в тысячи раз большими, чем это было бы возможно при непосредственном взаимодействии твердых веществ. Толщина слоя образующегося продукта практически одинакова по всей поверхности покрываемого им зерна. Это объясняется тем, что реакции, идущие между твердыми исходными веществами, на самом деле протекают с участием газообразных или жидких фаз.
Скорость реакций, протекающих без участия газообразных и жидких фаз, столь мала, что они не могут иметь большого практического значения в быстро идущих промышленных процессах. Но на практике реакции в смесях твердых веществ идут обычно со скоростями в тысячи раз большими, или, чем это было бы возможно при непосредственном взаимодействии твердых веществ. Толщина слоя образующегося продукта практически одинакова по всей поверхности покрываемого им зерна. Это объясняется тем, что реакции, идущие между твердыми исходными веществами, на самом деле протекают с участием газообразных или жидких фаз.
Невероятно, чтобы эти напряжения сжатия, по отношению к которому твердые тела являются более прочными, чем по отношению к растяжению, достигли величины, необходимой для разрушения микроскопических кристаллов. Прямые опыты по исследованию зависимости скорости разложения перманганата калия от величины поверхности, которая обратно пропо. Это показывает, что дробление само по себе не всегда является причиной наблюдаемого ускорения реакции. Объяснение ускорения реакции твердых веществ существованием цепных разветвленных реакций наталкивается также на некоторые трудности. Условия в твердой фазе существенно отличаются от условий в газовой или жидкой фазе своей гетерогенностью. Если цепной механизм и существует, то такая реакция все равно ограничивается поверхностью раздела твердого исходного вещества и продукта реакции. Следовательно, и при наличии цепного механизма возникает вопрос о причинах особых свойств поверхности раздела: исходное твердое вещество / твердый продукт.

Химические свойства веществ выявляются в разнообразных химических реакциях.

Превращения веществ, сопровождающиеся изменением их состава и (или) строения, называются химическими реакциями . Часто встречается и такое определение: химической реакцией называется процесс превращения исходных веществ (реагентов) в конечные вещества (продукты).

Химические реакции записываются посредством химических уравнений и схем, содержащих формулы исходных веществ и продуктов реакции. В химических уравнениях, в отличие от схем, число атомов каждого элемента одинаково в левой и правой частях, что отражает закон сохранения массы.

В левой части уравнения пишутся формулы исходных веществ (реагентов), в правой части — веществ, получаемых в результате протекания химической реакции (продуктов реакции, конечных веществ). Знак равенства, связывающий левую и правую часть, указывает, что общее количество атомов веществ, участвующих в реакции, остается постоянным. Это достигается расстановкой перед формулами целочисленных стехиометрических коэффициентов, показывающих количественные соотношения между реагентами и продуктами реакции.

Химические уравнения могут содержать дополнительные сведения об особенностях протекания реакции. Если химическая реакция протекает под влиянием внешних воздействий (температура, давление, излучение и т.д.), это указывается соответствующим символом, как правило, над (или «под») знаком равенства.

Огромное число химических реакций может быть сгруппировано в несколько типов реакций, которым присущи вполне определенные признаки.

В качестве классификационных признаков могут быть выбраны следующие:

1. Число и состав исходных веществ и продуктов реакции.

2. Агрегатное состояние реагентов и продуктов реакции.

3. Число фаз, в которых находятся участники реакции.

4. Природа переносимых частиц.

5. Возможность протекания реакции в прямом и обратном направлении.

6. Знак теплового эффекта разделяет все реакции на: экзотермические реакции, протекающие с экзо -эффектом — выделение энергии в форме теплоты (Q>0, ∆H <0):

С +О 2 = СО 2 + Q

и эндотермические реакции, протекающие с эндо -эффектом — поглощением энергии в форме теплоты (Q<0, ∆H >0):

N 2 +О 2 = 2NО — Q.

Такие реакции относят к термохимическим .

Рассмотрим более подробно каждый из типов реакций.

Классификация по числу и составу реагентов и конечных веществ

1. Реакции соединения

При реакциях соединения из нескольких реагирующих веществ относительно простого состава получается одно вещество более сложного состава:

Как правило, эти реакции сопровождаются выделением тепла, т.е. приводят к образованию более устойчивых и менее богатых энергией соединений.

Реакции соединения простых веществ всегда носят окислительно-восстановительный характер. Реакции соединения, протекающие между сложными веществами, могут происходить как без изменения валентности:

СаСО 3 + СО 2 + Н 2 О = Са(НСО 3) 2 ,

так и относиться к числу окислительно-восстановительных:

2FеСl 2 + Сl 2 = 2FеСl 3 .

2. Реакции разложения

Реакции разложения приводят к образованию нескольких соединений из одного сложного вещества:

А = В + С + D.

Продуктами разложения сложного вещества могут быть как простые, так и сложные вещества.

Из реакций разложения, протекающих без изменения валентных состояний, следует отметить разложение кристаллогидратов, оснований, кислот и солей кислородсодержащих кислот:

t o
4HNO 3 = 2H 2 O + 4NO 2 O + O 2 O.

2AgNO 3 = 2Ag + 2NO 2 + O 2 ,
(NH 4)2Cr 2 O 7 = Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O.

Особенно характерны окислительно-восстановительные реакции разложения для солей азотной кислоты.

Реакции разложения в органической химии носят название крекинга :

С 18 H 38 = С 9 H 18 + С 9 H 20 ,

или дегидрирования

C 4 H 10 = C 4 H 6 + 2H 2 .

3. Реакции замещения

При реакциях замещения обычно простое вещество взаимодействует со сложным, образуя другое простое вещество и другое сложное:

А + ВС = АВ + С.

Эти реакции в подавляющем большинстве принадлежат к окислительно-восстановительным:

2Аl + Fe 2 O 3 = 2Fе + Аl 2 О 3 ,

Zn + 2НСl = ZnСl 2 + Н 2 ,

2КВr + Сl 2 = 2КСl + Вr 2 ,

2КСlO 3 + l 2 = 2KlO 3 + Сl 2 .

Примеры реакций замещения, не сопровождающихся изменением валентных состояний атомов, крайне немногочисленны. Следует отметить реакцию двуокиси кремния с солями кислородсодержащих кислот, которым отвечают газообразные или летучие ангидриды:

СаСО 3 + SiO 2 = СаSiO 3 + СО 2 ,

Са 3 (РО 4) 2 + ЗSiO 2 = ЗСаSiO 3 + Р 2 О 5 ,

Иногда эти реакции рассматривают как реакции обмена :

СН 4 + Сl 2 = СН 3 Сl + НСl.

4. Реакции обмена

Реакциями обмена называют реакции между двумя соединениями, которые обмениваются между собой своими составными частями:

АВ + СD = АD + СВ.

Если при реакциях замещения протекают окислительно-восстановительные процессы, то реакции обмена всегда происходят без изменения валентного состояния атомов. Это наиболее распространенная группа реакций между сложными веществами — оксидами, основаниями, кислотами и солями:

ZnO + Н 2 SО 4 = ZnSО 4 + Н 2 О,

AgNО 3 + КВr = АgВr + КNО 3 ,

СrСl 3 + ЗNаОН = Сr(ОН) 3 + ЗNаСl.

Частный случай этих реакций обмена — реакции нейтрализации :

НСl + КОН = КСl + Н 2 О.

Обычно эти реакции подчиняются законам химического равновесия и протекают в том направлении, где хотя бы одно из веществ удаляется из сферы реакции в виде газообразного, летучего вещества, осадка или малодиссоциирующего (для растворов) соединения:

NаНСО 3 + НСl = NаСl + Н 2 О + СО 2 ,

Са(НСО 3) 2 + Са(ОН) 2 = 2СаСО 3 ↓ + 2Н 2 О,

СН 3 СООNа + Н 3 РО 4 = СН 3 СООН + NаН 2 РО 4 .

5. Реакции переноса.

При реакциях переноса атом или группа атомов переходит от одной структурной единицы к другой:

АВ + ВС = А + В 2 С,

А 2 В + 2СВ 2 = АСВ 2 +АСВ 3 .

Например:

2AgCl + SnCl 2 = 2Ag + SnCl 4 ,

H 2 O + 2NO 2 = HNO 2 + HNO 3 .

Классификация реакций по фазовым признакам

В зависимости от агрегатного состояния реагирующих веществ различают следующие реакции:

1. Газовые реакции

H 2 + Cl 2 2HCl.

2. Реакции в растворах

NaОН(р-р) + НСl(p-p) = NaСl(p-p) + Н 2 О(ж)

3. Реакции между твердыми веществами

t o
СаО(тв) +SiO 2 (тв) = СаSiO 3 (тв)

Классификация реакций по числу фаз.

Под фазой понимают совокупность однородных частей системы с одинаковыми физическими и химическими свойствами и отделенных друг от друга поверхностью раздела.

Все многообразие реакций с этой точки зрения можно разделить на два класса:

1.Гомогенные (однофазные) реакции. К ним относят реакции, протекающие в газовой фазе, и целый ряд реакций, протекающих в растворах.

2.Гетерогенные (многофазные) реакции. К ним относят реакции, в которых реагенты и продукты реакции находятся в разных фазах. Например:

газожидкофазные реакции

CO 2 (г) + NaOH(p-p) = NaHCO 3 (p-p).

газотвердофазные реакции

СO 2 (г) + СаО(тв) = СаСO 3 (тв).

жидкотвердофазные реакции

Na 2 SO 4 (р-р) + ВаСl 3 (р-р) = ВаSО 4 (тв)↓ + 2NaСl(p-p).

жидкогазотвердофазные реакции

Са(НСО 3) 2 (р-р) + Н 2 SО 4 (р-р) = СО 2 (r) +Н 2 О(ж) + СаSО 4 (тв)↓.

Классификация реакций по типу переносимых частиц

1. Протолитические реакции.

К протолитическим реакциям относят химические процессы, суть которых заключается в переносе протона от одних реагирующих веществ к другим.

В основе этой классификации лежит протолитическая теория кислот и оснований, в соответствии с которой кислотой считают любое вещество, отдающее протон, а основанием — вещество, способное присоединять протон, например:

К протолитическим реакциям относят реакции нейтрализации и гидролиза.

2. Окислительно-восстановительные реакции.

К таковым относят реакции, в которых реагирующие вещества обмениваются электронами, изменяя при этом степени окисления атомов элементов, входящих в состав реагирующих веществ. Например:

Zn + 2H + → Zn 2 + + H 2 ,

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

Подавляющее большинство химических реакций относятся к окислительно-восстановительным, они играют исключительно важную роль.

3. Лиганднообменные реакции.

К таковым относят реакции, в ходе которых происходит перенос электронной пары с образованием ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму. Например:

Cu(NO 3) 2 + 4NH 3 = (NO 3) 2 ,

Fe + 5CO = ,

Al(OH) 3 + NaOH = .

Характерной особенностью лиганднообменных реакций является то, что образование новых соединений, называемых комплексными, происходит без изменения степени окисления.

4. Реакции атомно-молекулярного обмена.

К данному типу реакций относятся многие из изучаемых в органической химии реакций замещения, протекающие по радикальному, электрофильному или нуклеофильному механизму.

Обратимые и необратимые химические реакции

Обратимыми называют такие химические процессы, продукты которых способны реагировать друг с другом в тех же условиях, в которых они получены, с образованием исходных веществ.

Для обратимых реакций уравнение принято записывать следующим образом:

Две противоположно направленные стрелки указывают на то, что при одних и тех же условиях одновременно протекает как прямая, так и обратная реакция, например:

СН 3 СООН + С 2 Н 5 ОН СН 3 СООС 2 Н 5 + Н 2 О.

Необратимыми называют такие химические процессы, продукты которых не способны реагировать друг с другом с образованием исходных веществ. Примерами необратимых реакций может служить разложение бертолетовой соли при нагревании:

2КСlО 3 → 2КСl + ЗО 2 ,

или окисление глюкозы кислородом воздуха:

С 6 Н 12 О 6 + 6О 2 → 6СО 2 + 6Н 2 О.

Химические реакции, их свойства, типы, условия протекания и прочая, являются одним из краеугольных столпов интересной науки под названием химия. Попробуем же разобрать что такое химическая реакция, и какова ее роль. Итак, химической реакцией в химии принято считать превращение одного либо нескольких веществ, в другие вещества. При этом ядра у них не меняются (в отличие от реакций ядерных), зато происходит перераспределение электронов и ядер, и, разумеется, появляются новые химические элементы.

Химические реакции в природе и быту

Мы с вами окружены химическими реакциями, более того мы сами их регулярно осуществляем различными бытовыми действиями, когда например, зажигаем спичку. Особенно много химических реакций сами того не подозревая (а может и подозревая) делают повара, когда готовят еду.

Разумеется, и в природных условиях проходит множество химических реакций: извержение вулкана, листвы и деревьев, да что там говорить, практически любой биологический процесс можно отнести к примерам химических реакций.

Типы химических реакций

Все химические реакции можно условно разделить на простые и сложные. Простые химические реакции, в свою очередь, разделяются на:

  • реакции соединения,
  • реакции разложения,
  • реакции замещения,
  • реакции обмена.

Химическая реакция соединения

По весьма меткому определению великого химика Д. И. Менделеева реакция соединения имеет место быть когда «их двух веществ происходит одно». Примером химической реакции соединения может быть нагревание порошков железа и серы, при которой из них образуется сульфид железа — Fe+S=FeS. Другим ярким примеров этой реакции является горение простых веществ, таких как сера или фосфор на воздухе (пожалуй, подобную реакцию можно также назвать тепловой химической реакцией).

Химическая реакция разложения

Тут все просто, реакция разложения является противоположностью реакции соединения. При ней из одного вещества получается два или более веществ. Простым примером химической реакции разложения может быть реакция разложение мела, в ходе которой из собственно мела образуется негашеная известь и углекислый газ.

Химическая реакция замещения

Реакция замещения осуществляется при взаимодействии простого вещества со сложным. Приведем пример химической реакции замещения: если опустить стальной гвоздь в раствор с медным купоросом, то в ходе этого простого химического опыта мы получим железный купорос (железо вытеснит медь из соли). Уравнение такой химической реакции будет выглядеть так:

Fe+CuSO 4 → FeSO 4 +Cu

Химическая реакция обмена

Реакции обмена проходят исключительно между сложными химическими веществами, в ходе которых они меняются своими частями. Очень много таких реакций имеют место быть в различных растворах. Нейтрализация кислоты желчью – вот хороший пример химической реакции обмена.

NaOH+HCl→ NaCl+Н 2 О

Так выглядит химическое уравнение этой реакции, при ней ион водорода из соединения HCl обменивается ионом натрия из соединения NaOH. Следствием этой химической реакции является образование раствора поваренной соли.

Признаки химических реакций

По признакам протекания химических реакций можно судить прошла ли химическая реакция между реагентами или нет. Приведем примеры признаков химических реакций:

  • Изменение цвета (светлое железо, к примеру, во влажном воздухе покрывается бурым налетом, как результат химической реакции взаимодействия железа и ).
  • Выпадение осадка (если вдруг через известковый раствор пропустить углекислый газ, то получим выпадение белого нерастворимого осадка карбоната кальция).
  • Выделение газа (если Вы капнете на пищевую соду лимонной кислотой, то получите выделение углекислого газа).
  • Образование слабодиссоциированных веществ (все реакции, в результате которых образуется вода).
  • Свечение раствора (примером тут могут служить реакции, происходящие с раствором люминола, излучающего при химических реакциях свет).

В целом, трудно выделить какие признаки химических реакций являются основными, для разных веществ и разных реакций характерны свои признаки.

Как определить признак химической реакции

Определить признак химической реакции можно визуально (при изменении цвета, свечении), или по результатам этой самой реакции.

Скорость химической реакции

Под скоростью химической реакции обычно понимают изменение количества одного из реагирующих веществ за единицу времени. Притом, скорость химической реакции всегда положительная величина. В 1865 году химиком Н. Н. Бекетовым был сформулирован закон действия масс гласящий, что «скорость химической реакции в каждый момент времени пропорциональна концентрациям реагентов, возведенным в степени, равные их стехиометрическим коэффициентам».

К факторам скорости химической реакции можно отнести:

  • природу реагирующих веществ,
  • наличие катализатора,
  • температуру,
  • давление,
  • площадь поверхности реагирующих веществ.

Все они имеют самое прямое влияние на скорость протекания химической реакции.

Равновесие химической реакции

Химическим равновесием называют такое состояние химической системы, при котором протекает несколько химических реакций и скорости в каждой паре прямой и обратной реакции равны между собой. Таким образом, выделяется константа равновесия химической реакции – это та величина, которая определяет для данной химической реакции соотношение между термодинамическими активностями исходных веществ и продуктов в состоянии химического равновесия. Зная константу равновесия можно определить направление протекания химической реакции.

Условия возникновения химических реакций

Чтобы положить начало химических реакций, необходимо для этого создать соответствующие условия:

  • приведение веществ в тесное соприкосновение.
  • нагревание веществ до определенной температуры (температура химической реакции должна быть подходящей).

Тепловой эффект химической реакции

Так называют изменение внутренней энергии системы как результат протекания химической реакции и превращения исходных веществ (реактантов) в продукты реакции в количествах, соответствующих уравнению химической реакции при следующих условиях:

  • единственно возможной работой при этом есть только лишь работа против внешнего давления.
  • исходные вещества и продукты, полученные в результате химической реакции, имеют одинаковую температуру.

Химические реакции, видео

И в завершение интересно видео про самые удивительные химические реакции.