Σε όλη τη ζωή ερχόμαστε συνεχώς αντιμέτωποι με φυσικά και χημικά φαινόμενα. Φυσικός φυσικά φαινόμεναείναι τόσο οικεία σε εμάς που δεν τους δίνουμε πλέον μεγάλη σημασία. Στο σώμα μας γίνονται συνεχώς χημικές αντιδράσεις. Η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τις χημικές αντιδράσεις χρησιμοποιείται συνεχώς στην καθημερινή ζωή, στην παραγωγή και κατά την εκτόξευση διαστημικών σκαφών. Πολλά από τα υλικά από τα οποία κατασκευάζονται τα πράγματα γύρω μας δεν λαμβάνονται στη φύση σε τελική μορφή, αλλά κατασκευάζονται με χημικές αντιδράσεις. Στην καθημερινότητα δεν έχει και πολύ νόημα να καταλάβουμε τι συνέβη. Αλλά όταν μελετάτε τη φυσική και τη χημεία σε επαρκές επίπεδο, αυτή η γνώση είναι απαραίτητη. Πώς να ξεχωρίσετε τα φυσικά φαινόμενα από τα χημικά; Υπάρχουν κάποια σημάδια που μπορούν να βοηθήσουν σε αυτό;
Στις χημικές αντιδράσεις, από ορισμένες ουσίες σχηματίζονται νέες ουσίες, οι οποίες είναι διαφορετικές από τις αρχικές. Με την εξαφάνιση των σημείων του πρώτου και την εμφάνιση σημαδιών του δεύτερου, καθώς και με την απελευθέρωση ή την απορρόφηση ενέργειας, συμπεραίνουμε ότι έχει συμβεί μια χημική αντίδραση.
Εάν μια πλάκα χαλκού είναι φρύξη, εμφανίζεται μια μαύρη επίστρωση στην επιφάνειά της. Η εμφύσηση διοξειδίου του άνθρακα μέσω ασβεστόνερου παράγει ένα λευκό ίζημα. όταν καίγεται το ξύλο, στα κρύα τοιχώματα του δοχείου εμφανίζονται σταγόνες νερού· όταν καίγεται μαγνήσιο, λαμβάνεται μια λευκή σκόνη.
Αποδεικνύεται ότι τα σημάδια των χημικών αντιδράσεων είναι η αλλαγή στο χρώμα, η οσμή, ο σχηματισμός ιζήματος, η εμφάνιση αερίου.
Όταν εξετάζουμε τις χημικές αντιδράσεις, είναι απαραίτητο να δίνουμε προσοχή όχι μόνο στο πώς εξελίσσονται, αλλά και στις προϋποθέσεις που πρέπει να πληρούνται για να ξεκινήσει και να προχωρήσει η αντίδραση.
Λοιπόν, ποιες προϋποθέσεις πρέπει να πληρούνται για να ξεκινήσει μια χημική αντίδραση;
Για αυτό, πρώτα απ 'όλα, είναι απαραίτητο να έρθουν σε επαφή οι αντιδρώντες ουσίες (συνδυάστε, ανακατέψτε τις). Όσο πιο θρυμματισμένες είναι οι ουσίες, όσο μεγαλύτερη είναι η επιφάνεια επαφής τους, τόσο πιο γρήγορα και πιο ενεργά προχωρά η μεταξύ τους αντίδραση. Για παράδειγμα, η άχνη ζάχαρη αναφλέγεται δύσκολα, αλλά συνθλίβεται και ψεκάζεται στον αέρα, καίγεται σε κλάσματα του δευτερολέπτου, σχηματίζοντας ένα είδος έκρηξης.
Με τη βοήθεια της διάλυσης, μπορούμε να σπάσουμε την ουσία σε μικροσκοπικά σωματίδια. Μερικές φορές η προκαταρκτική διάλυση των αρχικών ουσιών διευκολύνει τη χημική αντίδραση μεταξύ των ουσιών.
Σε ορισμένες περιπτώσεις, η επαφή ουσιών, όπως ο σίδηρος με υγρό αέρα, είναι αρκετή για να εμφανιστεί αντίδραση. Αλλά τις περισσότερες φορές, μια επαφή ουσιών δεν αρκεί για αυτό: πρέπει να πληρούνται κάποιες άλλες προϋποθέσεις.
Έτσι, ο χαλκός δεν αντιδρά με το ατμοσφαιρικό οξυγόνο σε χαμηλή θερμοκρασία περίπου 20˚-25˚С. Για να προκληθεί η αντίδραση του συνδυασμού χαλκού με οξυγόνο, είναι απαραίτητο να καταφύγουμε στη θέρμανση.
Η θέρμανση επηρεάζει την εμφάνιση χημικών αντιδράσεων με διάφορους τρόπους. Ορισμένες αντιδράσεις απαιτούν συνεχή θέρμανση. Η θέρμανση σταματά - η χημική αντίδραση σταματά. Για παράδειγμα, η συνεχής θέρμανση είναι απαραίτητη για την αποσύνθεση της ζάχαρης.
Σε άλλες περιπτώσεις απαιτείται θέρμανση μόνο για να συμβεί η αντίδραση, δίνει ώθηση και μετά η αντίδραση προχωρά χωρίς θέρμανση. Για παράδειγμα, παρατηρούμε τέτοια θέρμανση κατά την καύση μαγνησίου, ξύλου και άλλων εύφλεκτων ουσιών.
blog.site, με πλήρη ή μερική αντιγραφή του υλικού, απαιτείται σύνδεσμος προς την πηγή.
§ 1 Σημάδια χημικών αντιδράσεων
Στις χημικές αντιδράσεις, οι αρχικές ουσίες μετατρέπονται σε άλλες ουσίες με διαφορετικές ιδιότητες. Αυτό μπορεί να κριθεί από τα εξωτερικά σημάδια των χημικών αντιδράσεων: ο σχηματισμός μιας αέριας ή αδιάλυτης ουσίας, η απελευθέρωση ή η απορρόφηση ενέργειας, η αλλαγή στο χρώμα μιας ουσίας.
Ζεσταίνουμε ένα κομμάτι χάλκινο σύρμα στη φλόγα μιας λάμπας αλκοόλης. Θα δούμε ότι το τμήμα του σύρματος που ήταν στη φλόγα έγινε μαύρο.
Ρίξτε 1-2 ml διαλύματος οξικού οξέος σε σκόνη μαγειρικής σόδας. Παρατηρούμε την εμφάνιση φυσαλίδων αερίου και την εξαφάνιση της σόδας.
Ρίξτε 3-4 ml διαλύματος χλωριούχου χαλκού σε διάλυμα καυστικής σόδας. Σε αυτή την περίπτωση, το μπλε διαφανές διάλυμα θα μετατραπεί σε ένα φωτεινό μπλε ίζημα.
Σε 2 ml διαλύματος αμύλου προσθέστε 1-2 σταγόνες διαλύματος ιωδίου. Και το ημιδιαφανές λευκό υγρό θα γίνει αδιαφανές σκούρο μπλε.
Το πιο σημαντικό σημάδι μιας χημικής αντίδρασης είναι ο σχηματισμός νέων ουσιών.
Αλλά αυτό μπορεί επίσης να κριθεί από ορισμένα εξωτερικά σημάδια της πορείας των αντιδράσεων:
κατακρήμνιση;
Αλλαγή χρώματος.
Απελευθέρωση αερίου;
Η εμφάνιση μιας μυρωδιάς.
Η απελευθέρωση ή η απορρόφηση ενέργειας με τη μορφή θερμότητας, ηλεκτρισμού ή φωτός.
Για παράδειγμα, εάν ένα αναμμένο θραύσμα φέρει σε ένα μείγμα υδρογόνου και οξυγόνου ή μια ηλεκτρική εκκένωση περάσει μέσα από αυτό το μείγμα, θα συμβεί μια εκκωφαντική έκρηξη και μια νέα ουσία, το νερό, θα σχηματιστεί στα τοιχώματα του δοχείου. Υπήρξε μια αντίδραση σχηματισμού μορίων νερού από άτομα υδρογόνου και οξυγόνου με την απελευθέρωση θερμότητας.
Αντίθετα, η αποσύνθεση του νερού σε οξυγόνο και υδρογόνο απαιτεί ηλεκτρική ενέργεια.
§ 2 Προϋποθέσεις για την εκδήλωση μιας χημικής αντίδρασης
Ωστόσο, ορισμένες συνθήκες είναι απαραίτητες για να συμβεί μια χημική αντίδραση.
Εξετάστε την αντίδραση καύσης της αιθυλικής αλκοόλης.
Εμφανίζεται όταν το αλκοόλ αλληλεπιδρά με το οξυγόνο του αέρα· για να ξεκινήσει η αντίδραση, είναι απαραίτητη η επαφή αλκοόλης και μορίων οξυγόνου. Αλλά αν ανοίξουμε το καπάκι του αλκοολούχου λαμπτήρα, τότε όταν οι αρχικές ουσίες - αλκοόλ και οξυγόνο έρχονται σε επαφή, η αντίδραση δεν συμβαίνει. Ας φέρουμε ένα αναμμένο σπίρτο. Το οινόπνευμα στο φυτίλι της λυχνίας λυχνίας θερμαίνεται και ανάβει, αρχίζει η αντίδραση καύσης. Η απαραίτητη προϋπόθεση για την εκδήλωση της αντίδρασης εδώ είναι η αρχική θέρμανση.
Ρίξτε ένα διάλυμα 3% υπεροξειδίου του υδρογόνου σε ένα δοκιμαστικό σωλήνα. Αν αφήσουμε τον δοκιμαστικό σωλήνα ανοιχτό, τότε το υπεροξείδιο του υδρογόνου θα αποσυντεθεί αργά σε νερό και οξυγόνο. Σε αυτή την περίπτωση, ο ρυθμός αντίδρασης θα είναι τόσο χαμηλός που δεν θα δούμε σημάδια έκλυσης αερίων. Ας προσθέσουμε λίγη σκόνη οξειδίου μαύρου μαγγανίου (IV). Παρατηρούμε μια γρήγορη απελευθέρωση αερίου. Αυτό είναι το οξυγόνο, το οποίο σχηματίστηκε κατά την αποσύνθεση του υπεροξειδίου του υδρογόνου.
Απαραίτητη προϋπόθεση για την έναρξη αυτής της αντίδρασης ήταν η προσθήκη μιας ουσίας που δεν συμμετέχει στην αντίδραση, αλλά την επιταχύνει.
Αυτή η ουσία ονομάζεται καταλύτης.
Προφανώς, για την εμφάνιση και την εξέλιξη των χημικών αντιδράσεων απαιτούνται ορισμένες προϋποθέσεις και συγκεκριμένα:
Επαφή αρχικών ουσιών (αντιδραστήρια),
θερμάνοντάς τα σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία,
Η χρήση καταλυτών.
§ 3 Χαρακτηριστικά των χημικών αντιδράσεων
Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα των χημικών αντιδράσεων είναι ότι συχνά συνοδεύονται από απορρόφηση ή απελευθέρωση ενέργειας.
Ο Dmitri Ivanovich Mendeleev επεσήμανε ότι το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό όλων των χημικών αντιδράσεων είναι η αλλαγή της ενέργειας κατά τη διάρκεια της πορείας τους.
Η απελευθέρωση ή η απορρόφηση θερμότητας κατά τη διαδικασία των χημικών αντιδράσεων οφείλεται στο γεγονός ότι η ενέργεια δαπανάται για τη διαδικασία καταστροφής ορισμένων ουσιών (καταστροφή δεσμών μεταξύ ατόμων και μορίων) και απελευθερώνεται κατά το σχηματισμό άλλων ουσιών (σχηματισμός δεσμούς μεταξύ ατόμων και μορίων).
Οι ενεργειακές αλλαγές εκδηλώνονται είτε με την απελευθέρωση είτε με την απορρόφηση της θερμότητας. Οι αντιδράσεις που απελευθερώνουν θερμότητα ονομάζονται εξώθερμες.
Οι αντιδράσεις που απορροφούν θερμότητα ονομάζονται ενδόθερμες.
Η ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται ή απορροφάται ονομάζεται θερμότητα της αντίδρασης.
Η θερμική επίδραση συνήθως συμβολίζεται με το λατινικό γράμμα Q και το αντίστοιχο πρόσημο: +Q για εξώθερμες αντιδράσεις και -Q για ενδόθερμες αντιδράσεις.
Το πεδίο της χημείας που μελετά τις θερμικές επιδράσεις των χημικών αντιδράσεων ονομάζεται θερμοχημεία. Οι πρώτες μελέτες θερμοχημικών φαινομένων ανήκουν στον επιστήμονα Nikolai Nikolaevich Beketov.
Η τιμή της θερμικής επίδρασης σχετίζεται με 1 mol μιας ουσίας και εκφράζεται σε kilojoules (kJ).
Οι περισσότερες από τις χημικές διεργασίες που πραγματοποιούνται στη φύση, το εργαστήριο και τη βιομηχανία είναι εξώθερμες. Αυτές περιλαμβάνουν όλες τις αντιδράσεις καύσης, οξείδωσης, ενώσεις μετάλλων με άλλα στοιχεία και άλλα.
Ωστόσο, υπάρχουν και ενδόθερμες διεργασίες, για παράδειγμα, η αποσύνθεση του νερού υπό τη δράση ενός ηλεκτρικού ρεύματος.
Τα θερμικά αποτελέσματα των χημικών αντιδράσεων ποικίλλουν ευρέως από 4 έως 500 kJ/mol. Το θερμικό αποτέλεσμα είναι πιο σημαντικό στις αντιδράσεις καύσης.
Ας προσπαθήσουμε να εξηγήσουμε ποια είναι η ουσία των συνεχιζόμενων μετασχηματισμών των ουσιών και τι συμβαίνει με τα άτομα των ουσιών που αντιδρούν. Σύμφωνα με το ατομικό-μοριακό δόγμα, όλες οι ουσίες αποτελούνται από άτομα συνδεδεμένα μεταξύ τους σε μόρια ή άλλα σωματίδια. Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης συμβαίνει η καταστροφή των αρχικών ουσιών (αντιδραστήρια) και ο σχηματισμός νέων ουσιών (προϊόντα αντίδρασης). Έτσι, όλες οι αντιδράσεις μειώνονται στο σχηματισμό νέων ουσιών από τα άτομα που αποτελούν τις αρχικές ουσίες.
Επομένως, η ουσία μιας χημικής αντίδρασης είναι η αναδιάταξη των ατόμων, ως αποτέλεσμα της οποίας λαμβάνονται νέα μόρια (ή άλλες μορφές ύλης) από μόρια (ή άλλα σωματίδια).
Λίστα χρησιμοποιημένης βιβλιογραφίας:
- ΔΕΝ. Κουζνέτσοβα. Χημεία. 8η τάξη. Εγχειρίδιο για εκπαιδευτικά ιδρύματα. – M. Ventana-Graf, 2012.
Ο ρυθμός μιας χημικής αντίδρασηςείναι η μεταβολή στην ποσότητα του αντιδραστηρίου ή του προϊόντος αντίδρασης ανά μονάδα χρόνου ανά μονάδα όγκου (για ομοιογενή αντίδραση) ή ανά μονάδα διαχωριστικής επιφάνειας (για ετερογενή αντίδραση).
Νόμος των ενεργών μαζών: εξάρτηση του ρυθμού αντίδρασης από τη συγκέντρωση των αντιδρώντων. Όσο μεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση, τόσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των μορίων που περιέχονται στον όγκο. Κατά συνέπεια, ο αριθμός των συγκρούσεων αυξάνεται, γεγονός που οδηγεί σε αύξηση της ταχύτητας της διαδικασίας.
Κινητική εξίσωση– εξάρτηση του ρυθμού αντίδρασης από τη συγκέντρωση.
Τα άκαμπτα σώματα είναι 0
Μοριακότητα αντίδρασηςείναι ο ελάχιστος αριθμός μορίων που εμπλέκονται σε μια στοιχειώδη χημική διεργασία. Κατά μοριακότητα, οι στοιχειώδεις χημικές αντιδράσεις χωρίζονται σε μοριακές (A →) και διμοριακές (A + B →). οι τριμοριακές αντιδράσεις είναι εξαιρετικά σπάνιες.
Γενική εντολή αντίδρασηςείναι το άθροισμα των εκθετών των βαθμών συγκέντρωσης στην κινητική εξίσωση.
Σταθερός ρυθμός αντίδρασης- συντελεστής αναλογικότητας στην κινητική εξίσωση.
Ο κανόνας του Van't Hoff:Για κάθε 10 μοίρες αύξηση της θερμοκρασίας, η σταθερά ταχύτητας μιας ομοιογενούς στοιχειώδους αντίδρασης αυξάνεται δύο έως τέσσερις φορές.
Θεωρία ενεργών συγκρούσεων(TAC), υπάρχουν τρεις απαραίτητες προϋποθέσεις για να συμβεί μια αντίδραση:
Τα μόρια πρέπει να συγκρούονται. Αυτή είναι μια σημαντική συνθήκη, αλλά δεν αρκεί, αφού δεν θα συμβεί απαραίτητα αντίδραση κατά τη διάρκεια μιας σύγκρουσης.
Τα μόρια πρέπει να έχουν την απαραίτητη ενέργεια (ενέργεια ενεργοποίησης).
Τα μόρια πρέπει να είναι σωστά προσανατολισμένα μεταξύ τους.
Ενέργεια ενεργοποίησηςείναι η ελάχιστη ποσότητα ενέργειας που πρέπει να παρέχεται στο σύστημα για να συμβεί μια αντίδραση.
Εξίσωση Arrheniusκαθορίζει την εξάρτηση της σταθεράς ταχύτητας μιας χημικής αντίδρασης από τη θερμοκρασία
Α - χαρακτηρίζει τη συχνότητα των συγκρούσεων των αντιδρώντων μορίων
R είναι η καθολική σταθερά αερίου.
Επίδραση των καταλυτών στον ρυθμό αντίδρασης.
Ο καταλύτης είναι μια ουσία που αλλάζει τον ρυθμό μιας χημικής αντίδρασης, αλλά δεν καταναλώνεται η ίδια στην αντίδραση και δεν περιλαμβάνεται στα τελικά προϊόντα.
Σε αυτή την περίπτωση, η αλλαγή στον ρυθμό αντίδρασης συμβαίνει λόγω μιας αλλαγής στην ενέργεια ενεργοποίησης και ο καταλύτης με τα αντιδραστήρια σχηματίζει ένα ενεργοποιημένο σύμπλοκο.
Κατάλυση -ένα χημικό φαινόμενο, η ουσία του οποίου είναι η αλλαγή των ρυθμών των χημικών αντιδράσεων υπό τη δράση ορισμένων ουσιών (ονομάζονται καταλύτες).
Ετερογενής κατάλυση -το αντιδραστήριο και ο καταλύτης βρίσκονται σε διαφορετικές φάσεις - αέρια και στερεά.
Ομοιογενής κατάλυση -τα αντιδραστήρια (αντιδραστήρια) και ο καταλύτης βρίσκονται στην ίδια φάση - για παράδειγμα, και τα δύο είναι αέρια ή και τα δύο είναι διαλυμένα σε κάποιο διαλύτη.
Συνθήκες χημικής ισορροπίας
η κατάσταση της χημικής ισορροπίας διατηρείται όσο οι συνθήκες της αντίδρασης παραμένουν αμετάβλητες: συγκέντρωση, θερμοκρασία και πίεση.
Η αρχή του Le Chatelier:Εάν ασκηθεί οποιαδήποτε εξωτερική επιρροή σε ένα σύστημα σε ισορροπία, τότε η ισορροπία θα μετατοπιστεί προς την κατεύθυνση της αντίδρασης που αυτή η δράση θα εξασθενήσει.
Σταθερά ισορροπίας -Αυτό είναι ένα μέτρο της πληρότητας της αντίδρασης, όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή της σταθεράς ισορροπίας, τόσο υψηλότερος είναι ο βαθμός μετατροπής των πρώτων υλών σε προϊόντα αντίδρασης.
|
K p \u003d C pr \ C αναφ |
ΔG<0 К р >1 C pr > C αναφ
ΔG>0 K σελ<1 С пр <С исх
Στη βιομηχανία, τέτοιες συνθήκες επιλέγονται έτσι ώστε να πραγματοποιούνται οι απαραίτητες αντιδράσεις και να επιβραδύνονται οι επιβλαβείς.
ΕΙΔΗ ΧΗΜΙΚΩΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΩΝ
Ο Πίνακας 12 δείχνει τους κύριους τύπους χημικών αντιδράσεων ανάλογα με τον αριθμό των σωματιδίων που εμπλέκονται σε αυτές. Δίνονται σχέδια και εξισώσεις αντιδράσεων που περιγράφονται συχνά σε σχολικά βιβλία. αποσύνθεση, συνδέσεις, υποκατάστασηκαι ανταλλαγή.
Στην κορυφή του πίνακα βρίσκονται αντιδράσεις αποσύνθεσηςνερό και διττανθρακικό νάτριο. Εμφανίζεται μια συσκευή για τη διέλευση συνεχούς ηλεκτρικού ρεύματος μέσω του νερού. Η κάθοδος και η άνοδος είναι μεταλλικές πλάκες βυθισμένες στο νερό και συνδεδεμένες με μια πηγή ηλεκτρικού ρεύματος. Λόγω του γεγονότος ότι το καθαρό νερό πρακτικά δεν μεταφέρει ηλεκτρισμό, προστίθεται σε αυτό μικρή ποσότητα σόδας (Na 2 CO 3) ή θειικού οξέος (H 2 SO 4). Όταν το ρεύμα διέρχεται και από τα δύο ηλεκτρόδια, απελευθερώνονται φυσαλίδες αερίου. Στο σωλήνα όπου συλλέγεται το υδρογόνο, ο όγκος είναι διπλάσιος από τον σωλήνα όπου συλλέγεται το οξυγόνο (μπορείτε να επαληθεύσετε την παρουσία του με τη βοήθεια ενός σιγαστήρα που σιγοκαίει). Το σχήμα του μοντέλου δείχνει την αντίδραση της αποσύνθεσης του νερού. Οι χημικοί (ομοιοπολικοί) δεσμοί μεταξύ των ατόμων στα μόρια του νερού καταστρέφονται και σχηματίζονται μόρια υδρογόνου και οξυγόνου από τα απελευθερωμένα άτομα.
Πρότυπο σχήμα σύνθετες αντιδράσειςΟ μεταλλικός σίδηρος και το μοριακό θείο S 8 δείχνει ότι ως αποτέλεσμα της αναδιάταξης των ατόμων κατά τη διάρκεια της αντίδρασης, σχηματίζεται θειούχος σίδηρος. Σε αυτή την περίπτωση, οι χημικοί δεσμοί στον κρύσταλλο του σιδήρου (μεταλλικός δεσμός) και στο μόριο του θείου (ομοιοπολικός δεσμός) καταστρέφονται και τα απελευθερωμένα άτομα συνδυάζονται για να σχηματίσουν ιοντικούς δεσμούς σε κρύσταλλο άλατος.
Μια άλλη αντίδραση της ένωσης είναι η σβέση του ασβέστη CaO με νερό για να σχηματιστεί υδροξείδιο του ασβεστίου. Ταυτόχρονα, ο καμένος (ταχυάσβεστος) ασβέστης αρχίζει να ζεσταίνεται και σχηματίζεται μια χαλαρή σκόνη σβησμένου ασβέστη.
Προς την αντιδράσεις υποκατάστασηςαναφέρεται στην αλληλεπίδραση ενός μετάλλου με ένα οξύ ή άλας. Όταν ένα επαρκώς ενεργό μέταλλο βυθιστεί σε ένα ισχυρό (αλλά όχι νιτρικό) οξύ, απελευθερώνονται φυσαλίδες υδρογόνου. Το πιο ενεργό μέταλλο εκτοπίζει το λιγότερο ενεργό μέταλλο από το διάλυμα άλατος του.
τυπικός αντιδράσεις ανταλλαγήςείναι μια αντίδραση εξουδετέρωσης και μια αντίδραση μεταξύ διαλυμάτων δύο αλάτων. Το σχήμα δείχνει την παρασκευή του ιζήματος θειικού βαρίου. Η πορεία της αντίδρασης εξουδετέρωσης παρακολουθείται χρησιμοποιώντας τον δείκτη φαινολοφθαλεΐνης (εξαφανίζεται το βυσσινί χρώμα).
Πίνακας 12
Τύποι χημικών αντιδράσεων
ΑΕΡΑΣ. ΟΞΥΓΟΝΟ. ΚΑΥΣΗ
Το οξυγόνο είναι το πιο κοινό χημικό στοιχείο στη Γη. Η περιεκτικότητά του στον φλοιό της γης και στην υδρόσφαιρα παρουσιάζεται στον Πίνακα 2 «Η επικράτηση των χημικών στοιχείων». Το οξυγόνο αντιπροσωπεύει περίπου το μισό (47%) της μάζας της λιθόσφαιρας. Είναι το κυρίαρχο χημικό στοιχείο στην υδρόσφαιρα. Στον φλοιό της γης, το οξυγόνο υπάρχει μόνο σε δεσμευμένη μορφή (οξείδια, άλατα). Η υδρόσφαιρα αντιπροσωπεύεται επίσης κυρίως από δεσμευμένο οξυγόνο (μέρος του μοριακού οξυγόνου διαλύεται στο νερό).
Η ατμόσφαιρα του ελεύθερου οξυγόνου περιέχει 20,9% κατ' όγκο. Ο αέρας είναι ένα πολύπλοκο μείγμα αερίων. Ο ξηρός αέρας είναι 99,9% άζωτο (78,1%), οξυγόνο (20,9%) και αργό (0,9%). Η περιεκτικότητα αυτών των αερίων στον αέρα είναι σχεδόν σταθερή. Η σύνθεση του ξηρού ατμοσφαιρικού αέρα περιλαμβάνει επίσης διοξείδιο του άνθρακα, νέον, ήλιο, μεθάνιο, κρυπτόν, υδρογόνο, μονοξείδιο του αζώτου (Ι) (οξείδιο διαζώτου, ημιοξείδιο του αζώτου - N 2 O), όζον, διοξείδιο του θείου, μονοξείδιο του άνθρακα, ξένο, οξείδιο του αζώτου (IV) (διοξείδιο του αζώτου - ΝΟ 2).
Η σύνθεση του αέρα καθορίστηκε από τον Γάλλο χημικό Antoine Laurent Lavoisier στα τέλη του 18ου αιώνα (Πίνακας 13). Απέδειξε την περιεκτικότητα του αέρα σε οξυγόνο και τον ονόμασε «ζωτικό αέρα». Για να γίνει αυτό, θέρμανε υδράργυρο σε έναν κλίβανο σε ένα γυάλινο θάλαμο, το λεπτό μέρος του οποίου τοποθετήθηκε κάτω από ένα γυάλινο καπάκι, χαμηλωμένο σε ένα λουτρό νερού. Ο αέρας κάτω από το καπάκι αποδείχθηκε κλειστός. Όταν θερμαίνεται, ο υδράργυρος ενώνεται με το οξυγόνο, μετατρέπεται σε κόκκινο οξείδιο του υδραργύρου. Ο «αέρας» που παρέμενε στο γυάλινο καπάκι μετά τη θέρμανση του υδραργύρου δεν περιείχε οξυγόνο. Το ποντίκι, τοποθετημένο κάτω από το καπάκι, πνίγηκε. Έχοντας φρυγμένο οξείδιο του υδραργύρου, ο Lavoisier απομόνωσε και πάλι οξυγόνο από αυτό και έλαβε και πάλι καθαρό υδράργυρο.
Η περιεκτικότητα σε οξυγόνο στην ατμόσφαιρα άρχισε να αυξάνεται αισθητά πριν από περίπου 2 δισεκατομμύρια χρόνια. Ως αποτέλεσμα της αντίδρασης φωτοσύνθεσηαπορροφήθηκε ένας ορισμένος όγκος διοξειδίου του άνθρακα και απελευθερώθηκε ο ίδιος όγκος οξυγόνου. Το σχήμα στον πίνακα δείχνει σχηματικά τον σχηματισμό οξυγόνου κατά τη φωτοσύνθεση. Κατά τη φωτοσύνθεση στα φύλλα των πράσινων φυτών που περιέχουν χλωροφύλλη, όταν η ηλιακή ενέργεια απορροφάται, το νερό και το διοξείδιο του άνθρακα μετατρέπονται σε υδατάνθρακες(ζάχαρη) και οξυγόνο. Η αντίδραση του σχηματισμού γλυκόζης και οξυγόνου στα πράσινα φυτά μπορεί να γραφτεί ως εξής:
6H 2 O + 6CO 2 \u003d C 6 H 12 O 6 + 6O 2.
Η προκύπτουσα γλυκόζη γίνεται αδιάλυτη στο νερό. άμυλοπου συσσωρεύεται στα φυτά.
Πίνακας 13
Αέρας. Οξυγόνο. Καύση
Η φωτοσύνθεση είναι μια πολύπλοκη χημική διαδικασία που περιλαμβάνει πολλά στάδια: την απορρόφηση και μεταφορά της ηλιακής ενέργειας, τη χρήση της ενέργειας του ηλιακού φωτός για την έναρξη φωτοχημικών αντιδράσεων οξειδοαναγωγής, τη μείωση του διοξειδίου του άνθρακα και το σχηματισμό υδατανθράκων.
Το ηλιακό φως είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία διαφορετικών μηκών κύματος. Στο μόριο της χλωροφύλλης, όταν απορροφάται το ορατό φως (κόκκινο και ιώδες), τα ηλεκτρόνια μεταβαίνουν από τη μια ενεργειακή κατάσταση στην άλλη. Η φωτοσύνθεση καταναλώνει μόνο ένα μικρό μέρος της ηλιακής ενέργειας (0,03%) που φτάνει στην επιφάνεια της Γης.
Όλο το διοξείδιο του άνθρακα που είναι διαθέσιμο στη Γη περνά από τον κύκλο της φωτοσύνθεσης κατά μέσο όρο σε 300 χρόνια, το οξυγόνο - σε 2000 χρόνια, το νερό των ωκεανών - σε 2 εκατομμύρια χρόνια. Επί του παρόντος, μια σταθερή περιεκτικότητα σε οξυγόνο έχει καθιερωθεί στην ατμόσφαιρα. Ξοδεύεται σχεδόν εξ ολοκλήρου για την αναπνοή, την καύση και την αποσύνθεση της οργανικής ύλης.
Το οξυγόνο είναι μια από τις πιο δραστικές ουσίες. Οι διεργασίες που περιλαμβάνουν οξυγόνο ονομάζονται αντιδράσεις οξείδωσης. Αυτά περιλαμβάνουν την καύση, την αναπνοή, την αποσύνθεση και πολλά άλλα. Ο πίνακας δείχνει την καύση του λαδιού, η οποία συνοδεύεται από την απελευθέρωση θερμότητας και φωτός.
Οι αντιδράσεις καύσης μπορούν να φέρουν όχι μόνο οφέλη, αλλά και βλάβες. Η καύση μπορεί να σταματήσει εμποδίζοντας τον αέρα (οξειδωτικό μέσο) να φτάσει στο αντικείμενο που καίγεται με αφρό, άμμο ή μια κουβέρτα.
Οι πυροσβεστήρες αφρού γεμίζονται με συμπυκνωμένο διάλυμα μαγειρικής σόδας. Όταν έρχεται σε επαφή με πυκνό θειικό οξύ, το οποίο βρίσκεται σε γυάλινη αμπούλα στο επάνω μέρος του πυροσβεστήρα, σχηματίζεται αφρός διοξειδίου του άνθρακα. Για να ενεργοποιήσετε τον πυροσβεστήρα, αναποδογυρίστε και χτυπήστε το πάτωμα με μια μεταλλική καρφίτσα. Ταυτόχρονα, η αμπούλα με θειικό οξύ σπάει και το διοξείδιο του άνθρακα που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της αντίδρασης του οξέος με διττανθρακικό νάτριο αφρίζει το υγρό και το πετάει έξω από τον πυροσβεστήρα με ισχυρό πίδακα. Το αφρώδες υγρό και το διοξείδιο του άνθρακα, που περιβάλλουν το αντικείμενο που καίγεται, σπρώχνουν τον αέρα και σβήνουν τη φλόγα.
Στο κεφάλαιο 5.2 γνωρίσαμε τις βασικές αρχές της ροής των χημικών αντιδράσεων. Αποτελούν τη θεωρία των στοιχειωδών αλληλεπιδράσεων.
§ 5.3.1 Θεωρία στοιχειωδών αλληλεπιδράσεων
Παρατίθενται παρακάτω κύρια σημεία TEVαπάντησε την ερώτηση:
Τι χρειάζεται για να πραγματοποιηθούν χημικές αντιδράσεις;
1.
Μια χημική αντίδραση ξεκινά από ενεργά σωματίδια αντιδραστηρίων εκτός από κορεσμένα μόρια: ρίζες, ιόντα, συντονιστικά ακόρεστες ενώσεις. Η αντιδραστικότητα των αρχικών ουσιών καθορίζεται από την παρουσία αυτών των ενεργών σωματιδίων στη σύνθεσή τους.
Η Χημεία προσδιορίζει τρεις κύριους παράγοντες που επηρεάζουν μια χημική αντίδραση:
- θερμοκρασία;
- καταλύτης (αν χρειάζεται).
- τη φύση των αντιδρώντων.
Από αυτά, το τελευταίο είναι το πιο σημαντικό. Είναι η φύση της ουσίας που καθορίζει την ικανότητά της να σχηματίζει ορισμένα ενεργά σωματίδια. Και τα κίνητρα βοηθούν μόνο στην πραγματοποίηση αυτής της διαδικασίας.
2. Τα ενεργά σωματίδια βρίσκονται σε θερμοδυναμική ισορροπία με τα αρχικά κορεσμένα μόρια.
3. Τα ενεργά σωματίδια αλληλεπιδρούν με τα αρχικά μόρια μέσω ενός μηχανισμού αλυσίδας.
4. Η αλληλεπίδραση μεταξύ του ενεργού σωματιδίου και του μορίου του αντιδραστηρίου συμβαίνει σε τρία στάδια: σύνδεση, ηλεκτρονικός ισομερισμός και διάσταση.
Στο πρώτο στάδιο μιας χημικής αντίδρασης, το στάδιο σύνδεσης, ένα ενεργό σωματίδιο συνδέεται με ένα κορεσμένο μόριο άλλου αντιδραστηρίου χρησιμοποιώντας χημικούς δεσμούς που είναι ασθενέστεροι από τους ομοιοπολικούς. Ένας συνεργάτης μπορεί να σχηματιστεί χρησιμοποιώντας van der Waals, υδρογόνο, δότη-δέκτη και δυναμικούς δεσμούς.
Στο δεύτερο στάδιο της πορείας μιας χημικής αντίδρασης - το στάδιο του ηλεκτρονικού ισομερισμού, συμβαίνει η πιο σημαντική διαδικασία - ο μετασχηματισμός ενός ισχυρού ομοιοπολικού δεσμού στο αρχικό μόριο του αντιδραστηρίου σε ασθενέστερο: υδρογόνο, δότης-δέκτης, δυναμικός και ακόμα και ο βαν ντερ Βαλς.
5. Το τρίτο στάδιο της αλληλεπίδρασης μεταξύ του ενεργού σωματιδίου και του μορίου του αντιδραστηρίου - η διάσταση του ισομερισμένου συσχετισμού με τον σχηματισμό του τελικού προϊόντος αντίδρασης - είναι το περιοριστικό και πιο αργό στάδιο της όλης διαδικασίας.
Το μεγάλο «κόλπο» της χημικής φύσης των ουσιών
Αυτό το στάδιο είναι που καθορίζει το συνολικό κόστος ενέργειας για ολόκληρη τη διαδικασία τριών σταδίων μιας χημικής αντίδρασης. Και εδώ έγκειται η μεγάλη «πονηριά» της χημικής φύσης των ουσιών. Η πιο ενεργοβόρα διαδικασία - το σπάσιμο του ομοιοπολικού δεσμού στο αντιδραστήριο - συνέβη εύκολα και χαριτωμένα, σχεδόν ανεπαίσθητα στο χρόνο σε σύγκριση με το τρίτο στάδιο της αντίδρασης που περιορίζει τον ρυθμό. Στο παράδειγμά μας, ο δεσμός σε ένα μόριο υδρογόνου με ενέργεια 430 kJ/mol μετατράπηκε τόσο εύκολα και φυσικά σε δεσμό van der Waals με ενέργεια 20 kJ/mol. Και όλη η κατανάλωση ενέργειας της αντίδρασης μειώθηκε στο σπάσιμο αυτού του αδύναμου δεσμού van der Waals. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το ενεργειακό κόστος που απαιτείται για τη χημική διάσπαση ενός ομοιοπολικού δεσμού είναι πολύ μικρότερο από το κόστος της θερμικής καταστροφής αυτού του δεσμού.
Έτσι, η θεωρία των στοιχειωδών αλληλεπιδράσεων προικίζει την έννοια της «ενέργειας ενεργοποίησης» με ένα αυστηρό φυσικό νόημα. Αυτή είναι η ενέργεια που απαιτείται για να σπάσει ο αντίστοιχος χημικός δεσμός στο συσχετισμό, ο σχηματισμός του οποίου προηγείται του τελικού προϊόντος της χημικής αντίδρασης.
Τονίζουμε για άλλη μια φορά την ενότητα της χημικής φύσης της ύλης. Μπορεί να εισέλθει σε αντίδραση μόνο σε μία περίπτωση: όταν εμφανιστεί ένα ενεργό σωματίδιο. Και η θερμοκρασία, ο καταλύτης και άλλοι παράγοντες, με όλες τις φυσικές τους διαφορές, παίζουν τον ίδιο ρόλο: τον εκκινητή.
