Kemialliset reaktiot tulee erottaa ydinreaktioista. Kemiallisten reaktioiden seurauksena kunkin kemiallisen alkuaineen atomien kokonaismäärä ja sen isotooppinen koostumus eivät muutu. Ydinreaktiot ovat toinen asia - atomiytimien muutosprosessit niiden vuorovaikutuksen seurauksena muiden ytimien tai alkuainehiukkasten kanssa, esimerkiksi alumiinin muuttuminen magnesiumiksi:
27 13 Al + 1 1 H \u003d 24 12 Mg + 4 2 He
Kemiallisten reaktioiden luokitus on monitahoinen, eli se voi perustua erilaisiin merkkeihin. Mutta minkä tahansa näistä merkeistä voidaan katsoa johtuvan sekä epäorgaanisten että orgaanisten aineiden välisistä reaktioista.
Harkitse kemiallisten reaktioiden luokittelua eri kriteerien mukaan.
I. Reagenssien lukumäärän ja koostumuksen mukaan
Reaktiot, jotka tapahtuvat muuttamatta aineiden koostumusta.
Epäorgaanisessa kemiassa tällaisiin reaktioihin kuuluvat prosessit, joilla saadaan allotrooppisia modifikaatioita yhdestä kemiallisesta alkuaineesta, esimerkiksi:
C (grafiitti) ↔ C (timantti)
S (rombinen) ↔ S (monokliininen)
R (valkoinen) ↔ R (punainen)
Sn (valkoinen tina) ↔ Sn (harmaa tina)
3O 2 (happi) ↔ 2O 3 (otsoni)
Orgaanisessa kemiassa tämän tyyppiset reaktiot voivat sisältää isomerointireaktioita, jotka tapahtuvat muuttamatta paitsi aineiden molekyylien kvalitatiivista, myös kvantitatiivista koostumusta, esimerkiksi:
1. Alkaanien isomerointi.
Alkaanien isomeroitumisreaktiolla on suuri käytännön merkitys, koska isorakenteen hiilivedyillä on pienempi räjähdyskyky.
2. Alkeenien isomerointi.
3. Alkyenien isomerointi (A. E. Favorskyn reaktio).
CH 3 - CH 2 - C \u003d - CH ↔ CH 3 - C \u003d - C- CH 3
etyyliasetyleenidimetyyliasetyleeni
4. Halogeenialkaanien isomerointi (A.E. Favorsky, 1907).
5. Ammoniumsyaniitin isomeroituminen kuumentamalla.
F. Wehler syntetisoi urean ensimmäisen kerran vuonna 1828 isomeroimalla ammoniumsyanaattia kuumennettaessa.
Reaktiot, jotka liittyvät aineen koostumuksen muutokseen
Tällaisia reaktioita on neljää tyyppiä: yhdisteet, hajoamiset, substituutiot ja vaihdot.
1. Kytkentäreaktiot ovat sellaisia reaktioita, joissa kahdesta tai useammasta aineesta muodostuu yksi monimutkainen aine
Epäorgaanisessa kemiassa voidaan tarkastella kaikkia erilaisia yhdistereaktioita, esimerkiksi käyttämällä esimerkkiä reaktioista rikkihapon saamiseksi rikistä:
1. Rikkioksidin (IV) saaminen:
S + O 2 \u003d SO - yksi monimutkainen aine muodostuu kahdesta yksinkertaisesta aineesta.
2. Rikkioksidin (VI) saaminen:
SO 2 + 0 2 → 2SO 3 - yksi monimutkainen aine muodostuu yksinkertaisesta ja monimutkaisesta aineesta.
3. Rikkihapon saaminen:
SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4 - yksi kompleksi muodostuu kahdesta monimutkaisesta aineesta.
Esimerkki yhdistereaktiosta, jossa yksi monimutkainen aine muodostuu useammasta kuin kahdesta lähtöaineesta, on typpihapon valmistuksen viimeinen vaihe:
4NO 2 + O 2 + 2H 2 O \u003d 4HNO 3
Orgaanisessa kemiassa yhdistereaktioita kutsutaan yleisesti "lisäysreaktioksi". Tällaisten reaktioiden koko valikoima voidaan tarkastella esimerkissä reaktiolohkosta, joka luonnehtii tyydyttymättömien aineiden, esimerkiksi eteenin, ominaisuuksia:
1. Hydrausreaktio - vedyn lisäys:
CH2 \u003d CH2 + H2 → H3-CH3
eteeni → etaani
2. Hydratointireaktio - veden lisääminen.
3. Polymerointireaktio.
2. Hajoamisreaktiot ovat sellaisia reaktioita, joissa yhdestä monimutkaisesta aineesta muodostuu useita uusia aineita.
Epäorgaanisessa kemiassa monenlaisia tällaisia reaktioita voidaan tarkastella reaktiolohkossa hapen saamiseksi laboratoriomenetelmillä:
1. Elohopea(II)oksidin hajoaminen - yhdestä monimutkaisesta aineesta muodostuu kaksi yksinkertaista.
2. Kaliumnitraatin hajoaminen - yhdestä monimutkaisesta aineesta muodostuu yksi yksinkertainen ja yksi kompleksi.
3. Kaliumpermanganaatin hajoaminen - yhdestä monimutkaisesta aineesta muodostuu kaksi monimutkaista ja yksi yksinkertainen, eli kolme uutta ainetta.
Orgaanisessa kemiassa hajoamisreaktiot voidaan ottaa huomioon eteenin tuotannon laboratoriossa ja teollisuudessa:
1. Etanolin dehydraatioreaktio (veden pilkkominen):
C 2 H 5OH → CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O
2. Etaanin dehydrausreaktio (vedyn halkaisu):
CH3-CH3 → CH2 \u003d CH2 + H2
tai CH3-CH3 → 2C + ZH2
3. Propaanin krakkausreaktio (halkeaminen):
CH3-CH2-CH3 → CH2 \u003d CH2 + CH4
3. Substituutioreaktiot ovat sellaisia reaktioita, joiden seurauksena yksinkertaisen aineen atomit korvaavat monimutkaisen aineen alkuaineen atomit.
Epäorgaanisessa kemiassa esimerkki tällaisista prosesseista on reaktiolohko, joka luonnehtii esimerkiksi metallien ominaisuuksia:
1. Alkali- tai maa-alkalimetallien vuorovaikutus veden kanssa:
2Na + 2H 2O \u003d 2NaOH + H2
2. Metallien vuorovaikutus liuoksessa olevien happojen kanssa:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2
3. Metallien vuorovaikutus liuoksessa olevien suolojen kanssa:
Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu
4. Metallilämpö:
2Al + Cr 2 O 3 → Al 2 O 3 + 2Cr
Orgaanisen kemian tutkimuksen kohteena eivät ole yksinkertaiset aineet, vaan vain yhdisteet. Siksi esimerkkinä substituutioreaktiosta annamme tyydyttyneiden yhdisteiden, erityisesti metaanin, tyypillisimmän ominaisuuden, sen vetyatomien kyvyn korvata halogeeniatomeilla. Toinen esimerkki on aromaattisen yhdisteen (bentseeni, tolueeni, aniliini) bromaus.
C6H6 + Br2 → C6H5Br + HBr
bentseeni → bromibentseeni
Kiinnittäkäämme huomiota orgaanisten aineiden substituutioreaktion erikoisuuteen: tällaisten reaktioiden seurauksena ei muodostu yksinkertaista ja monimutkaista ainetta, kuten epäorgaanisessa kemiassa, vaan kaksi monimutkaista ainetta.
Orgaanisessa kemiassa substituutioreaktioihin sisältyy myös joitain kahden monimutkaisen aineen välisiä reaktioita, esimerkiksi bentseenin nitraus. Se on muodollisesti vaihtoreaktio. Se, että tämä on substituutioreaktio, käy selväksi vasta kun tarkastellaan sen mekanismia.
4. Vaihtoreaktiot ovat sellaisia reaktioita, joissa kaksi monimutkaista ainetta vaihtavat aineosaan
Nämä reaktiot karakterisoivat elektrolyyttien ominaisuuksia ja etenevät liuoksissa Berthollet-säännön mukaisesti, eli vain jos seurauksena muodostuu sakka, kaasu tai vähän dissosioituva aine (esim. H 2 O).
Epäorgaanisessa kemiassa tämä voi olla reaktiolohko, joka luonnehtii esimerkiksi alkalien ominaisuuksia:
1. Neutralointireaktio, joka liittyy suolan ja veden muodostumiseen.
2. Alkalin ja suolan välinen reaktio, joka liittyy kaasun muodostumiseen.
3. Alkalin ja suolan välinen reaktio, joka liittyy sakan muodostumiseen:
СuSO 4 + 2KOH \u003d Cu (OH) 2 + K 2 SO 4
tai ionisessa muodossa:
Cu 2+ + 2OH - \u003d Cu (OH) 2
Orgaanisessa kemiassa voidaan harkita reaktiolohkoa, joka luonnehtii esimerkiksi etikkahapon ominaisuuksia:
1. Reaktio, jossa muodostuu heikko elektrolyytti - H 2 O:
CH 3COOH + NaOH → Na (CH3COO) + H 2 O
2. Reaktio, joka tapahtuu kaasun muodostumisen kanssa:
2CH 3 COOH + CaCO 3 → 2CH 3 COO + Ca 2+ + CO 2 + H 2 O
3. Reaktio, joka etenee sakan muodostuessa:
2CH 3COOH + K 2 SO 3 → 2K (CH 3 COO) + H 2 SO 3
2CH 3 COOH + SiO → 2CH 3 COO + H 2 SiO 3
II. Muuttamalla aineita muodostavien kemiallisten alkuaineiden hapetusasteita
Tämän perusteella erotetaan seuraavat reaktiot:
1. Reaktiot, jotka tapahtuvat alkuaineiden hapetusasteiden muuttuessa tai redox-reaktiot.
Näihin kuuluvat monet reaktiot, mukaan lukien kaikki substituutioreaktiot, sekä ne yhdistelmä- ja hajoamisreaktiot, joihin osallistuu ainakin yksi yksinkertainen aine, esimerkiksi:
1. Mg 0 + H + 2 SO 4 \u003d Mg + 2 SO 4 + H 2
2. 2Mg0 + 002 = Mg +20-2
Monimutkaiset redox-reaktiot kootaan elektronitasapainomenetelmällä.
2KMn +704 + 16HCl - \u003d 2KCl - + 2Mn +2Cl-2 + 5Cl02 + 8H2O
Orgaanisessa kemiassa aldehydien ominaisuudet voivat toimia silmiinpistävänä esimerkkinä redox-reaktioista.
1. Ne pelkistetään vastaaviksi alkoholeiksi:
Aldesidit hapetetaan vastaaviksi hapoiksi:
2. Reaktiot, jotka tapahtuvat muuttamatta kemiallisten alkuaineiden hapetusasteita.
Näitä ovat esimerkiksi kaikki ioninvaihtoreaktiot, samoin kuin monet yhdistereaktiot, monet hajoamisreaktiot, esteröintireaktiot:
HCOOH + CHgOH = HSOCH 3 + H 2 O
III. Lämpövaikutuksella
Lämpövaikutuksen mukaan reaktiot jaetaan eksotermisiin ja endotermisiin.
1. Eksotermiset reaktiot etenevät energian vapautuessa.
Näitä ovat lähes kaikki yhdistereaktiot. Harvinainen poikkeus ovat typpioksidin (II) synteesin endotermiset reaktiot typestä ja hapesta sekä kaasumaisen vedyn reaktio kiinteän jodin kanssa.
Eksotermisiä reaktioita, jotka etenevät valon vapautuessa, kutsutaan palamisreaktioksi. Eteenin hydraus on esimerkki eksotermisestä reaktiosta. Se toimii huoneenlämmössä.
2. Endotermiset reaktiot etenevät energian absorptiolla.
Ilmeisesti melkein kaikki hajoamisreaktiot koskevat niitä, esimerkiksi:
1. Kalkkikiven kalsinointi
2. Butaanihalkeilu
Reaktion seurauksena vapautuvaa tai absorboitunutta energiaa kutsutaan reaktion lämpövaikutukseksi, ja tätä vaikutusta osoittavaa kemiallisen reaktion yhtälöä kutsutaan termokemialliseksi yhtälöksi:
H 2 (g) + C 12 (g) \u003d 2HC 1 (g) + 92,3 kJ
N 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2NO (g) - 90,4 kJ
IV. Reagoivien aineiden aggregaatiotilan mukaan (faasikoostumus)
Reagoivien aineiden aggregaatiotilan mukaan on:
1. Heterogeeniset reaktiot - reaktiot, joissa lähtöaineet ja reaktiotuotteet ovat eri aggregaatiotilassa (eri vaiheissa).
2. Homogeeniset reaktiot - reaktiot, joissa lähtöaineet ja reaktiotuotteet ovat samassa aggregaatiotilassa (yhdessä faasissa).
V. Katalyytin osallistumisen mukaan
Katalyytin osallistumisen mukaan on:
1. Ei-katalyyttiset reaktiot, jotka tapahtuvat ilman katalyytin osallistumista.
2. Katalyyttiset reaktiot, jotka tapahtuvat katalyytin mukana. Koska kaikki elävien organismien soluissa tapahtuvat biokemialliset reaktiot tapahtuvat erityisten proteiiniluonteisten biologisten katalyyttien - entsyymien - osallistumisen kautta, ne kaikki kuuluvat katalyyttisiin tai tarkemmin sanottuna entsymaattisiin. On huomattava, että yli 70 % kemianteollisuudesta käyttää katalyyttejä.
VI. Kohti
Suunnan mukaan on:
1. Irreversiibelit reaktiot etenevät tietyissä olosuhteissa vain yhteen suuntaan. Näitä ovat kaikki vaihtoreaktiot, joihin liittyy sakan, kaasun tai vähän dissosioituvan aineen (veden) muodostuminen, sekä kaikki palamisreaktiot.
2. Reversiibelit reaktiot näissä olosuhteissa etenevät samanaikaisesti kahteen vastakkaiseen suuntaan. Suurin osa näistä reaktioista on.
Orgaanisessa kemiassa kääntyvyyden merkki heijastuu prosessien nimissä - antonyymeissä:
Hydraus - dehydraus,
Nesteytys - kuivuminen,
Polymerointi - depolymerointi.
Kaikki esteröintireaktiot ovat palautuvia (vastakohtaista prosessia, kuten tiedätte, kutsutaan hydrolyysiksi) ja proteiinien, esterien, hiilihydraattien, polynukleotidien hydrolyysi. Näiden prosessien palautuvuus on elävän organismin tärkeimmän ominaisuuden - aineenvaihdunnan - taustalla.
VII. Virtausmekanismin mukaan on:
1. Reaktion aikana muodostuneiden radikaalien ja molekyylien välillä tapahtuu radikaalireaktioita.
Kuten jo tiedät, kaikissa reaktioissa vanhat kemialliset sidokset katkeavat ja uusia kemiallisia sidoksia muodostuu. Menetelmä, jolla sidos katkaistaan lähtöaineen molekyyleissä, määrittää reaktion mekanismin (polun). Jos aine muodostuu kovalenttisesta sidoksesta, tämän sidoksen katkaisemiseen voi olla kaksi tapaa: hemolyyttinen ja heterolyyttinen. Esimerkiksi Cl 2:n, CH 4:n jne. molekyyleille toteutuu sidosten hemolyyttinen repeämä, joka johtaa hiukkasten muodostumiseen parittomien elektronien kanssa, toisin sanoen vapaita radikaaleja.
Radikaalit muodostuvat useimmiten katketessa sidoksia, joissa jaetut elektroniparit jakautuvat suunnilleen tasaisesti atomien kesken (ei-polaarinen kovalenttinen sidos), mutta monet polaariset sidokset voivat myös katketa samalla tavalla, erityisesti kun reaktio tapahtuu kaasufaasissa ja valon vaikutuksesta, kuten esimerkiksi edellä käsiteltyjen prosessien tapauksessa - C12:n ja CH4:n vuorovaikutus. Radikaalit ovat erittäin reaktiivisia, koska niillä on taipumus täydentää elektronikerrosta ottamalla elektroni toisesta atomista tai molekyylistä. Esimerkiksi kun klooriradikaali törmää vetymolekyyliin, se rikkoo jaetun elektroniparin, joka sitoo vetyatomit ja muodostaa kovalenttisen sidoksen yhden vetyatomin kanssa. Toisesta vetyatomista tulee radikaali, ja se muodostaa yhteisen elektroniparin romahtavan Cl2-molekyylin klooriatomin parittoman elektronin kanssa, mikä johtaa klooriradikaaliin, joka hyökkää uuteen vetymolekyyliin jne.
Reaktioita, jotka ovat peräkkäisten muunnosten ketju, kutsutaan ketjureaktioksi. Ketjureaktioteorian kehittämisestä kaksi erinomaista kemistiä - maanmiehimme N. N. Semenov ja englantilainen S. A. Hinshelwood saivat Nobel-palkinnon.
Kloorin ja metaanin välinen substituutioreaktio etenee samalla tavalla:
Suurin osa orgaanisten ja epäorgaanisten aineiden palamisreaktioista, veden, ammoniakin synteesi, eteenin, vinyylikloridin jne. polymeroituminen etenee radikaalimekanismin mukaan.
2. Ionireaktiot tapahtuvat jo olemassa olevien tai reaktion aikana muodostuneiden ionien välillä.
Tyypilliset ionireaktiot ovat liuoksessa olevien elektrolyyttien välisiä vuorovaikutuksia. Ioneja ei muodostu vain elektrolyyttien dissosioitumisen aikana liuoksissa, vaan myös sähköpurkausten, lämmityksen tai säteilyn vaikutuksesta. Esimerkiksi y-säteet muuttavat vesi- ja metaanimolekyylejä molekyyli-ioneiksi.
Toisen ionimekanismin mukaan tapahtuu reaktioita vetyhalogenidien, vedyn, halogeenien lisäämisestä alkeeneihin, alkoholien hapettumiseen ja dehydraatioon, alkoholihydroksyylin korvaamiseen halogeenilla; aldehydien ja happojen ominaisuuksia kuvaavat reaktiot. Ionit muodostuvat tässä tapauksessa kovalenttisten polaaristen sidosten heterolyyttisellä katkeamisella.
VIII. Energiatyypin mukaan
reaktion aloittaessa on:
1. Fotokemialliset reaktiot. Ne saavat alkunsa valoenergiasta. Edellä mainittujen HCl-synteesin valokemiallisten prosessien tai metaanin reaktion kloorin lisäksi ne sisältävät otsonin muodostumisen troposfäärissä toissijaisena ilmansaasteena. Tässä tapauksessa typpioksidi (IV) toimii ensisijaisena, joka muodostaa happiradikaaleja valon vaikutuksesta. Nämä radikaalit ovat vuorovaikutuksessa happimolekyylien kanssa, mikä johtaa otsonia.
Otsonin muodostuminen jatkuu niin kauan kuin valoa on riittävästi, koska NO voi olla vuorovaikutuksessa happimolekyylien kanssa muodostaen saman NO 2:n. Otsonin ja muiden ilman epäpuhtauksien kerääntyminen voi johtaa valokemialliseen savusumuun.
Tämäntyyppinen reaktio sisältää myös tärkeimmän kasvisoluissa tapahtuvan prosessin - fotosynteesin, jonka nimi puhuu puolestaan.
2. Säteilyreaktiot. Ne alkavat korkeaenergisesta säteilystä - röntgensäteistä, ydinsäteilystä (γ-säteet, a-hiukkaset - He 2+ jne.). Säteilyreaktioiden avulla suoritetaan erittäin nopea radiopolymerointi, radiolyysi (säteilyn hajoaminen) jne.
Esimerkiksi fenolin kaksivaiheisen tuotannon sijaan bentseenistä se voidaan saada bentseenin vuorovaikutuksella veden kanssa säteilyn vaikutuksesta. Tässä tapauksessa vesimolekyyleistä muodostuu radikaaleja [OH] ja [H], joiden kanssa bentseeni reagoi muodostaen fenolia:
C6H6 + 2 [OH] → C6H5OH + H2O
Kumin vulkanointi voidaan suorittaa ilman rikkiä käyttämällä radiovulkanointia, ja tuloksena oleva kumi ei ole huonompi kuin perinteinen kumi.
3. Sähkökemialliset reaktiot. Ne käynnistyvät sähkövirralla. Tunnettujen elektrolyysireaktioiden lisäksi esittelemme myös sähkösynteesin reaktiot, esimerkiksi epäorgaanisten hapettimien teollisen tuotannon reaktiot.
4. Termokemialliset reaktiot. Ne käynnistyvät lämpöenergialla. Näihin kuuluvat kaikki endotermiset reaktiot ja monet eksotermiset reaktiot, jotka vaativat alkulämmön syöttöä eli prosessin käynnistämistä.
Yllä oleva kemiallisten reaktioiden luokittelu näkyy kaaviossa.
Kemiallisten reaktioiden luokitus, kuten kaikki muutkin luokitukset, on ehdollinen. Tutkijat sopivat jakavansa reaktiot tiettyihin tyyppeihin tunnistamiensa merkkien mukaan. Mutta useimmat kemialliset muutokset voidaan johtua eri tyypeistä. Kuvataanpa esimerkiksi ammoniakin synteesiprosessia.
Tämä on yhdistereaktio, redox, eksoterminen, palautuva, katalyyttinen, heterogeeninen (tarkemmin heterogeeninen katalyytti), joka etenee järjestelmän paineen laskulla. Prosessin hallitsemiseksi onnistuneesti kaikki yllä olevat tiedot on otettava huomioon. Tietty kemiallinen reaktio on aina monilaatuinen, sille on ominaista erilaiset ominaisuudet.
Teollisuuden kemiallisteknisten prosessien taustalla olevien kemiallisten reaktioiden luokittelu
KEMIALLIS-TEKNOLOGINEN PROSESSI JA SEN SISÄLTÖ
Kemiallistekninen prosessi on joukko toimintoja, jotka mahdollistavat kohdetuotteen saamisen raaka-aineesta. Kaikki nämä toiminnot ovat osa kolmea päävaihetta, jotka ovat ominaisia lähes jokaiselle kemiallis-teknologiselle prosessille.
Ensimmäisessä vaiheessa suoritetaan tarvittavat toimenpiteet kemiallisen reaktion alkureagenssien valmistamiseksi. Reagenssit siirretään erityisesti reaktiivisimpaan tilaan. Esimerkiksi tiedetään, että kemiallisten reaktioiden nopeus riippuu voimakkaasti lämpötilasta, joten usein reagenssit kuumennetaan ennen reaktiota. Kaasumaiset raaka-aineet puristetaan tiettyyn paineeseen prosessin tehokkuuden lisäämiseksi ja laitteiston koon pienentämiseksi. Sivuvaikutusten eliminoimiseksi ja korkealaatuisen tuotteen saamiseksi raaka-aine puhdistetaan epäpuhtauksista fysikaalisten ominaisuuksien (liukoisuus eri liuottimiin, tiheys, kondensaatio- ja kiteytyslämpötilat jne.) eroihin perustuvilla menetelmillä. Raaka-aineiden ja reaktioseosten puhdistuksessa käytetään laajalti lämmön ja massansiirron ilmiöitä, hydromekaanisia prosesseja. Voidaan käyttää myös kemiallisia puhdistusmenetelmiä, jotka perustuvat kemiallisiin reaktioihin, joiden seurauksena tarpeettomat epäpuhtaudet muuttuvat helposti erotettaviksi aineiksi.
Seuraavassa vaiheessa asianmukaisesti valmistetut reagenssit altistetaan kemialliselle vuorovaikutukselle, joka voi koostua useista vaiheista. Näiden vaiheiden välissä on joskus tarpeen käyttää uudelleen lämpöä ja massansiirtoa sekä muita fysikaalisia prosesseja. Esimerkiksi rikkihapon valmistuksessa rikkidioksidi hapetetaan osittain trioksidiksi, sitten reaktioseos jäähdytetään, rikkitrioksidi uutetaan siitä absorptiolla ja ohjataan jälleen hapetukseen.
Kemiallisten reaktioiden seurauksena syntyy tuotteiden (kohde, sivutuotteet, sivutuotteet) ja reagoimattomien reagenssien seos. Viimeisen vaiheen viimeiset toiminnot liittyvät tämän seoksen erottamiseen, johon taas käytetään hydromekaanisia, lämpö- ja massasiirtoprosesseja, esimerkiksi: suodatus, sentrifugointi, rektifiointi, absorptio, uutto jne. Reaktiotuotteet lähetetään valmiiden tuotteiden varastoon tai jatkojalostukseen; Reagoimattomia raaka-aineita käytetään prosessissa uudelleen ja järjestävät sen kierrätyksen.
Kaikissa vaiheissa, ja erityisesti loppuvaiheessa, suoritetaan myös sekundääristen materiaali- ja energiaresurssien talteenotto. Ympäristöön joutuvat kaasumaiset ja nestemäiset aineet puhdistetaan ja neutraloidaan vaarallisista epäpuhtauksista. Kiinteä jäte joko lähetetään jatkokäsittelyyn tai varastoidaan ympäristöystävällisiin olosuhteisiin.
Siten kemiallis-teknologinen prosessi kokonaisuudessaan on monimutkainen järjestelmä, joka koostuu yksittäisistä toisiinsa liittyvistä prosesseista (elementeistä) ja on vuorovaikutuksessa ympäristön kanssa.
Kemiallisteknologisen järjestelmän elementtejä ovat edellä mainitut lämmön- ja massansiirtoprosessit, hydromekaaniset, kemialliset jne. Niitä pidetään kemiallisen tekniikan yksittäisinä prosesseina.
Monimutkaisen kemiallisteknologisen prosessin tärkeä osajärjestelmä on kemiallinen prosessi.
Kemiallinen prosessi on yksi tai useampi kemiallinen reaktio, johon liittyy lämmön, massan ja liikemäärän siirtymäilmiöitä, jotka vaikuttavat sekä toisiinsa että kemiallisen reaktion kulkuun.
Yksittäisten prosessien ja niiden keskinäisen vaikutuksen analysointi antaa meille mahdollisuuden kehittää teknologinen järjestelmä.
Teknologinen järjestelmä on joukko teknisiä parametreja (lämpötila, paine, reagenssien pitoisuudet jne.), jotka määrittävät laitteen tai laitejärjestelmän toimintaolosuhteet (tekninen kaavio).
Optimaaliset prosessiolosuhteet ovat pääparametrien (lämpötila, paine, alkuperäisen reaktioseoksen koostumus jne.) yhdistelmä, joka mahdollistaa suurimman tuotteen saannon suurella nopeudella tai alhaisimmat kustannukset edellyttäen, että raaka-aineiden ja energian järkevän käytön edellytykset ja mahdollisten ympäristöhaittojen minimoiminen ympäristö.
Yksittäisiä prosesseja tapahtuu erilaisissa laitteissa - kemiallisissa reaktoreissa, absorptio- ja tislauskolonnissa, lämmönvaihtimissa jne. Erilliset laitteet yhdistetään prosessin vuokaavioon.
Teknologinen järjestelmä on rationaalisesti rakennettu järjestelmä yksittäisistä laitteista, jotka on yhdistetty erityyppisillä liitännöillä (suora, käänteinen, sarja, rinnakkais), jonka avulla voidaan saada tietty tuote, jolla on tietty laatu luonnollisista raaka-aineista tai puolivalmisteista.
Tekniset järjestelmät ovat avoimia ja suljettuja, voivat sisältää ohitusvirtoja ja kierrätyksiä, mikä mahdollistaa kemiallis-teknologisen järjestelmän tehokkuuden lisäämisen kokonaisuutena.
Järkevän teknologisen suunnitelman kehittäminen ja rakentaminen on kemiantekniikan tärkeä tehtävä.
Teollisuuden kemiallisteknisten prosessien taustalla olevien kemiallisten reaktioiden luokittelu
Nykyaikaisessa kemiassa tunnetaan suuri määrä erilaisia kemiallisia reaktioita. Monet niistä suoritetaan teollisissa kemiallisissa reaktoreissa, ja siksi niistä tulee kemiantekniikan tutkimuskohde.
Luonnossa läheisten ilmiöiden tutkimisen helpottamiseksi tieteessä on tapana luokitella ne yhteisten piirteiden mukaan. Riippuen siitä, mitkä merkit otetaan perustana, on olemassa useita kemiallisten reaktioiden luokittelutyyppejä.
Tärkeä luokittelutyyppi on luokitus reaktion mekanismi. On olemassa yksinkertaisia (yksivaiheisia) ja monimutkaisia (monivaiheisia) reaktioita, erityisesti rinnakkaisia, peräkkäisiä ja sarja-rinnakkaisreaktioita.
Kutsutaan yksinkertaisia reaktioita, joiden toteuttamiseen tarvitaan vain yksi energiaeste (yksi vaihe).
Monimutkaiset reaktiot sisältävät useita rinnakkaisia tai peräkkäisiä vaiheita (yksinkertaiset reaktiot).
Todelliset yksivaiheiset reaktiot ovat erittäin harvinaisia. Joitakin monimutkaisia reaktioita, jotka kulkevat läpi sarjan välivaiheita, voidaan kuitenkin kätevästi pitää muodollisesti yksinkertaisina. Tämä on mahdollista tapauksissa, joissa reaktiovälituotteita ei havaita tarkasteltavan ongelman olosuhteissa.
Reaktion luokitus molekulaarisuuden mukaan ottaa huomioon, kuinka monta molekyyliä osallistuu reaktion perustoimintoon; erottaa mono-, bi- ja trimolekylaariset reaktiot.
Kineettisen yhtälön muoto (reaktionopeuden riippuvuus reagenssien pitoisuuksista) mahdollistaa luokittelun reaktion järjestyksessä. Reaktiojärjestys on reaktanttien pitoisuuksien eksponentien summa kineettisessä yhtälössä. On ensimmäisen, toisen, kolmannen, murto-osan reaktioita.
Myös kemialliset reaktiot ovat lämpövaikutuksella. Kun tapahtuu eksotermisiä reaktioita, joihin liittyy lämmön vapautumista ( K> 0), reaktiojärjestelmän entalpia pienenee ( ∆H < 0); при протекании эндотермических реакций, сопровождающихся поглощением теплоты (K< 0), reaktiojärjestelmän entalpia kasvaa ( ∆H> 0).
Se on olennaista valittaessa kemiallisen reaktorin suunnittelua ja prosessin kulkua ohjaavia menetelmiä faasikoostumus reaktiojärjestelmä.
Riippuen siitä, kuinka monta (yksi tai useampi) faasia muodostaa alkuperäiset reagenssit ja reaktiotuotteet, kemialliset reaktiot jaetaan homofaasisiin ja heterofaasisiin.
Homofaasiset reaktiot ovat reaktioita, joissa reagoivat aineet, stabiilit välituotteet ja reaktiotuotteet ovat kaikki samassa faasissa.
Heterofaasisiksi kutsutaan reaktioita, joissa lähtöreagenssit, stabiilit välituotteet ja reaktiotuotteet muodostavat useamman kuin yhden faasin.
Riippuen vuotoalueet Reaktiot jaetaan homogeenisiin ja heterogeenisiin reaktioihin.
Käsitteet "homogeeniset" ja "heterogeeniset" reaktiot eivät ole samat käsitteiden "homofaasi" ja "heterofaasinen" kanssa. Reaktion homogeenisuus ja heterogeenisyys heijastelee jossain määrin sen mekanismia: tapahtuuko reaktio yksittäisfaasin tilavuudessa vai faasirajapinnassa. Prosessin homofaasinen ja heterofaasinen luonne mahdollistaa vain reaktion osallistujien faasikoostumuksen arvioimisen.
Homogeenisten reaktioiden tapauksessa lähtöaineet ja tuotteet ovat samassa faasissa (nestemäisessä tai kaasumaisessa) ja reaktio etenee tämän faasin tilavuudessa. Esimerkiksi typpioksidin hapetus ilmakehän hapella typpihapon valmistuksessa on kaasufaasireaktio, kun taas esteröintireaktiot (estereiden saaminen orgaanisista hapoista ja alkoholeista) ovat nestefaasia.
Heterogeenisten reaktioiden tapahtuessa vähintään yksi reaktanteista tai tuotteista on faasitilassa, joka poikkeaa muiden osallistujien faasitilasta ja faasirajapinta on otettava huomioon analysoitaessa. Esimerkiksi hapon neutralointi alkalilla on homofaasinen homogeeninen prosessi. Ammoniakin katalyyttinen synteesi on homofaasinen heterogeeninen prosessi. Hiilivetyjen hapetus nestefaasissa kaasumaisella hapella on heterofaasinen prosessi, mutta käynnissä oleva kemiallinen reaktio on homogeeninen. Kalkin sammutus CaO + H 2 O Ca (OH) 2, jossa kaikki kolme reaktion osallistujaa muodostavat erilliset faasit ja reaktio etenee veden ja kalsiumoksidin rajapinnalla, on heterofaasinen heterogeeninen prosessi.
Sen mukaan, käytetäänkö erityisiä aineita, katalyyttejä muuttamaan reaktionopeutta, ne erotetaan toisistaan katalyyttinen ja ei-katalyyttinen reaktiot ja vastaavasti kemiallis-teknologiset prosessit. Suurin osa kemiallisista reaktioista, joihin teolliset kemiallis-teknologiset prosessit perustuvat, ovat katalyyttisiä reaktioita.
Tähän mennessä ei ole olemassa vakiintunutta luokitusta kemiallisia prosesseja teknologiaa. Käytännössä on tarkoituksenmukaista yhdistää ne prosessien kulkua kuvaavien päämallien mukaan seuraavat ryhmät:
hydrodynaamiset prosessit; sisältää nesteiden liikkeen, suspensioiden erottamisen, sekoittamisen. Nestemäisten reagenssien ja välituotteiden siirtämiseen käytetään erilaisia pumppuja: mäntä-, keskipako-, suihkupumppu jne. Suspensiot erotetaan laskeuttamalla, suodattamalla.
2 lämpöprosessit; termodynaamisen järjestelmän makroskooppisen tilan muutos.
3 diffuusioprosessit; termodynaamisen järjestelmän makroskooppisen tilan muutos.
Järjestelmää, jossa lämpöprosessi tapahtuu, kutsutaan työnesteeksi.
Lämpöprosessit voidaan jakaa tasapainoisiin ja epätasapainoisiin. Tasapaino on prosessi, jossa kaikki tilat, joiden kautta järjestelmä kulkee, ovat tasapainotiloja.
Lämpöprosessit voidaan jakaa palautuviin ja irreversiibeliin. Prosessia kutsutaan reversiibeliksi, jos se voidaan suorittaa vastakkaiseen suuntaan kaikkien samojen välitilojen kautta.
jäähdytysprosessit; tarjota jatkuvaa taidetta, jäähdytys hajoaa. in-in (rungot) poistamalla niistä lämpöä. luonnollinen jäähdytys kylmällä vedellä tai ilmalla mahdollistaa jäähtymisen jäähdytysaineen lämpötilaan, eikä se vaadi energiansyöttöä. Taiteessa tapahtuu jäähdytystä alhaisempiin lämpötiloihin. kylmät ympäristöt, joiden luominen kuluttaa konetta, lämpöä tai kemikaalia. energiaa
kiinteiden aineiden käsittelyyn liittyvät mekaaniset prosessit;
kemialliset prosessit, jotka liittyvät käsiteltyjen materiaalien kemiallisiin muutoksiin.
Prosessit jaettu myös:
kausijulkaisu,
jatkuva,
yhdistetty.
eräprosessi Sille on ominaista sen paikan yhtenäisyys, jossa sen yksittäiset vaiheet esiintyvät, ja epävakaa tila ajassa. Jaksottaiset prosessit suoritetaan jaksollisen toiminnan laitteissa, joista lopputuote puretaan kokonaan tai osittain tietyin väliajoin. Laitteen purkamisen jälkeen siihen ladataan uusi erä raaka-aineita ja tuotantosykli toistetaan uudelleen. Jaksottaisen prosessin epävakaasta tilasta johtuen missä tahansa käsiteltävän materiaalin massan kohdassa tai missä tahansa laitteen osassa yksittäiset fysikaaliset suureet tai parametrit (esim. lämpötila, paine, pitoisuus, lämpökapasiteetti, nopeus jne. .) prosessin karakterisointi ja prosessoitavien aineiden tila muuttuvat prosessin aikana.
Jatkuva prosessi jolle on ominaista kaikkien sen vaiheiden kulun ajan yhtenäisyys, vakaa tila ja jatkuva lopputuotteen valinta. Jatkuvat prosessit suoritetaan jatkuvatoimisissa laitteissa. Johtuen vakaasta tilasta missä tahansa käsiteltävän materiaalin massan kohdassa tai missä tahansa jatkuvasti toimivan laitteen osassa, fysikaaliset suureet tai parametrit pysyvät käytännössä muuttumattomina koko prosessin ajan.
Yhdistetty prosessi on joko jatkuva prosessi, jonka yksittäiset vaiheet suoritetaan jaksottaisesti, tai sellainen jaksollinen prosessi, jonka yksi tai useampi vaihe suoritetaan jatkuvasti. Jatkuvat prosessit niillä on useita merkittäviä etuja jaksollisiin ja yhdistettyihin verrattuna. Näitä etuja ovat ensisijaisesti:
mahdollisuus täydelliseen mekanisointiin ja automatisointiin, mikä vähentää manuaalisen työn käyttöä minimiin;
saatujen tuotteiden homogeenisuus ja mahdollisuus parantaa niiden laatua;
prosessin toteuttamiseen tarvittavien laitteiden kompaktisuus, mikä vähentää sekä pääoma- että korjauskustannuksia.
Siksi tällä hetkellä kaikilla tekniikan aloilla ne pyrkivät siirtymään jaksollisista jatkuvat tuotantoprosessit.
26. Yleinen menetelmä primaariselkeytyssäiliöiden teknologiseen laskemiseen koostuu tyypin ja tarvittavan määrän valinnasta tyypillisiä rakenteita, jotka tuottavat vaaditun selkeytysvaikutuksen.
On olemassa monia vaakasuuntaisten laskeutussäiliöiden teknologiset laskentamenetelmät, jotka perustuvat empiirisiin riippuvuuksiin ja kokeellisesti saatuihin kertoimiin. Nämä kaavat perustuvat suhteeseen laskeutumisajan, joka vaaditaan halutun jäteveden selkeytymisen vaikutuksen saavuttamiseksi, ja niiden hiukkasten laskeutumisnopeuden (ilmenemisnopeuden) välillä, jotka on säilytettävä kaivossa.
Suuresta määrästä Tätä varten ehdotetuissa laskentakaavoissa niistä vain ne ovat progressiivisia, jotka mahdollistavat todellisten laskeumaolosuhteiden ja päälaskentaparametrien välisen suhteen mahdollisimman täydellisen huomioimisen. Tämä vaatimus täytetään kaavoilla, jotka kuvaavat laskeutumisaikaa, joka vaaditaan halutun jäteveden kirkastumisvaikutuksen saavuttamiseksi, sekä niiden hiukkasten laskeutumisnopeuden, jotka on säilytettävä kaivossa.
Suuresta määrästä sedimentointisäiliöiden teknologiset laskentamenetelmät ja tähän tarkoitukseen ehdotetut laskentakaavat, niistä vain ne ovat progressiivisia, jotka mahdollistavat todellisten laskeuman olosuhteiden ja tärkeimpien laskentaparametrien välisen suhteen mahdollisimman täydellisen tarkastelun. Tämä vaatimus täytetään kaavoilla, jotka kuvaavat laskeutumisaikaa, joka vaaditaan halutun jäteveden kirkastumisvaikutuksen saavuttamiseksi, sekä niiden hiukkasten hydraulisen koon, jotka on säilytettävä kaivossa.
27. Ensimmäisessä approksimaatiossa lämpötilan vaikutus reaktionopeuteen määräytyy van't Hoff -säännön avulla. Lämpötila-alueella 0 °C - 100 °C, lämpötilan noustessa joka 10 astetta, nopeus kemiallinen reaktio kasvaa 2-4 kertaa:
Van't Hoffin sääntö- empiirinen sääntö, jonka avulla voidaan ensimmäisenä likiarvona arvioida lämpötilan vaikutus kemiallisen reaktion nopeuteen pienellä lämpötila-alueella (yleensä 0 °C - 100 °C). J. H. van't Hoff muotoili monien kokeiden perusteella seuraavan säännön:
Tätä sääntöä kuvaava yhtälö on seuraava:
missä on reaktionopeus lämpötilassa, on reaktionopeus lämpötilassa, on reaktion lämpötilakerroin (jos se on esimerkiksi 2, niin reaktionopeus kasvaa 2 kertaa lämpötilan noustessa 10 astetta).
On muistettava, että Van't Hoff -sääntö pätee vain reaktioihin, joiden aktivointienergia on 60-120 kJ/mol lämpötila-alueella 10-400 o C. Van't Hoff -sääntö ei myöskään noudata reaktioita mitkä suuret molekyylit osallistuvat, esimerkiksi proteiinit biologisissa systeemeissä. Reaktionopeuden lämpötilariippuvuutta kuvaa paremmin Arrhenius-yhtälö. määrittää kemiallisen reaktion nopeusvakion riippuvuuden lämpötilasta Yksinkertaisen törmäysmallin mukaan kemiallinen reaktio kahden lähtöaineen välillä voi tapahtua vain näiden aineiden molekyylien törmäyksen seurauksena. Mutta jokainen törmäys ei johda kemialliseen reaktioon. On tarpeen voittaa tietty energiaeste, jotta molekyylit alkavat reagoida toistensa kanssa. Eli molekyyleillä on oltava tietty vähimmäisenergia (aktivointienergia) tämän esteen voittamiseksi. Molekyylien kineettisen energian Boltzmann-jakaumat Tiedetään, että energiaa sisältävien molekyylien lukumäärä on verrannollinen 
. Tämän seurauksena kemiallisen reaktion nopeutta edustaa yhtälö, jonka ruotsalainen kemisti Svante Arrhenius sai termodynaamisista näkökohdista:
Tässä luonnehtii reagoivien molekyylien törmäysten taajuutta, on yleinen kaasuvakio.
Uutto(alkaen lat. extraho - uute) - menetelmä aineen uuttamiseksi liuoksesta tai kuivaseoksesta käyttämällä sopivaa liuotinta ( uuttoaine). Liuoksista uuttamiseen käytetään liuottimia, jotka eivät sekoitu tähän liuokseen, mutta joihin aine liukenee paremmin kuin ensimmäisessä liuottimessa.
Poisto voi olla yksittäinen (yksi tai useita) tai jatkuva ( perkolaatio).
Yksinkertaisin menetelmä liuoksesta uuttamiseen on yksi- tai moninkertainen pesu uuttoaineella erotussuppilossa Erotussuppilo on astia, jossa on tulppa ja hana alemman nestekerroksen tyhjentämiseksi. Jatkuvaan uuttoon käytetään erityisiä laitteita - uuttimia tai perkolaattoreita.
Yksittäisen aineen tai tietyn seoksen (uutteen) uuttamiseen kuivista tuotteista laboratorioissa käytetään laajasti jatkuvaa Soxhlet-uuttoa.
Kemiallisen synteesin laboratoriokäytännössä uuttamista voidaan käyttää puhtaan aineen eristämiseen reaktioseoksesta tai jonkin reaktiotuotteen jatkuvaan poistamiseen reaktioseoksesta synteesin aikana.
Uutta käytetään kemian-, öljynjalostus-, elintarvike-, metallurgiassa, lääketeollisuudessa ja muilla aloilla, analyyttisessä kemiassa ja kemiallisessa synteesissä.
29. Teknologinen prosessi- tämä on osa tuotantoprosessia, joka sisältää määrätietoisia toimia työkohteen tilan muuttamiseksi ja (tai) määrittämiseksi. Työkohteita ovat aihiot ja tuotteet.
Aineiden kemialliset ominaisuudet paljastuvat erilaisissa kemiallisissa reaktioissa.
Aineiden muunnoksia, joihin liittyy muutos niiden koostumuksessa ja (tai) rakenteessa, kutsutaan kemialliset reaktiot. Usein löytyy seuraava määritelmä: kemiallinen reaktio Alkuperäisten aineiden (reagenssien) muuttamisprosessia lopullisiksi aineiksi (tuotteiksi) kutsutaan.
Kemialliset reaktiot kirjoitetaan käyttämällä kemiallisia yhtälöitä ja kaavioita, jotka sisältävät lähtöaineiden ja reaktiotuotteiden kaavat. Kemiallisissa yhtälöissä, toisin kuin kaavioissa, kunkin alkuaineen atomien lukumäärä on sama vasemmalla ja oikealla puolella, mikä heijastaa massan säilymislakia.
Yhtälön vasemmalle puolelle on kirjoitettu lähtöaineiden (reagenssien) kaavat, oikealle - kemiallisen reaktion tuloksena saadut aineet (reaktiotuotteet, loppuaineet). Vasemman ja oikean puolen yhdistävä yhtäläisyysmerkki osoittaa, että reaktioon osallistuvien aineiden atomien kokonaismäärä pysyy vakiona. Tämä saavutetaan asettamalla kaavojen eteen kokonaislukuiset stoikiometriset kertoimet, jotka osoittavat reaktanttien ja reaktiotuotteiden kvantitatiiviset suhteet.
Kemialliset yhtälöt voivat sisältää lisätietoja reaktion ominaisuuksista. Jos kemiallinen reaktio etenee ulkoisten vaikutusten (lämpötila, paine, säteily jne.) vaikutuksesta, se osoitetaan sopivalla symbolilla, yleensä yhtäläisyysmerkin yläpuolella (tai "alla").
Valtava määrä kemiallisia reaktioita voidaan ryhmitellä useisiin reaktiotyyppeihin, joille on ominaista hyvin määritellyt ominaisuudet.
Kuten luokittelun ominaisuudet seuraavat voidaan valita:
1. Lähtöaineiden ja reaktiotuotteiden lukumäärä ja koostumus.
2. Reagenssien ja reaktiotuotteiden yhteenlaskettu tila.
3. Niiden vaiheiden lukumäärä, joissa reaktion osallistujat ovat.
4. Siirrettyjen hiukkasten luonne.
5. Mahdollisuus, että reaktio etenee eteen- ja taaksepäin.
6. Lämpövaikutuksen merkki jakaa kaikki reaktiot: eksoterminen reaktiot, jotka etenevät eksovaikutuksella - energian vapautuminen lämmön muodossa (Q> 0, ∆H<0):
C + O 2 \u003d CO 2 + Q
ja endoterminen endoefektillä etenevät reaktiot - energian imeytyminen lämmön muodossa (Q<0, ∆H >0):
N 2 + O 2 \u003d 2NO - Q.
Tällaisia reaktioita ovat termokemiallinen.
Tarkastellaan yksityiskohtaisemmin jokaista reaktiotyyppiä.
Luokittelu reagenssien ja lopullisten aineiden lukumäärän ja koostumuksen mukaan
1. Kytkentäreaktiot
Yhdisteen reaktioissa useista suhteellisen yksinkertaisen koostumuksen omaavista reagoivista aineista saadaan yksi monimutkaisemman koostumuksen aine:
Näihin reaktioihin liittyy yleensä lämmön vapautumista, ts. johtaa vakaampien ja vähemmän energiaa sisältävien yhdisteiden muodostumiseen.
Yksinkertaisten aineiden yhdistelmän reaktiot ovat aina luonteeltaan redox-reaktioita. Monimutkaisten aineiden välillä tapahtuvat kytkentäreaktiot voivat tapahtua molemmat ilman valenssin muutosta:
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O \u003d Ca (HCO 3) 2,
ja luokitellaan redoksiksi:
2FeCl 2 + Cl 2 = 2FeCl 3.
2. Hajoamisreaktiot
Hajoamisreaktiot johtavat useiden yhdisteiden muodostumiseen yhdestä monimutkaisesta aineesta:
A = B + C + D.
Monimutkaisen aineen hajoamistuotteet voivat olla sekä yksinkertaisia että monimutkaisia aineita.
Hajoamisreaktioista, jotka tapahtuvat muuttamatta valenssitiloja, on huomattava kiteisten hydraattien, emästen, happojen ja happea sisältävien happojen suolojen hajoaminen:
| t o | ||
| 4HNO 3 | = | 2H 2O + 4NO 2O + O 2O. |
2AgNO 3 \u003d 2Ag + 2NO 2 + O 2,
(NH 4) 2Cr 2 O 7 \u003d Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O.
Erityisen tyypillisiä ovat typpihapon suolojen hajoamisreaktiot.
Hajoamisreaktioita orgaanisessa kemiassa kutsutaan krakkaukseksi:
C 18 H 38 \u003d C 9 H 18 + C 9 H 20,
tai dehydraus
C 4 H 10 \u003d C 4 H 6 + 2 H 2.
3. Korvausreaktiot
Korvausreaktioissa yksinkertainen aine on yleensä vuorovaikutuksessa monimutkaisen aineen kanssa muodostaen toisen yksinkertaisen aineen ja toisen monimutkaisen:
A + BC = AB + C.
Nämä reaktiot kuuluvat suurimmaksi osaksi redox-reaktioihin:
2Al + Fe 2 O 3 \u003d 2Fe + Al 2 O 3,
Zn + 2HCl \u003d ZnCl 2 + H 2,
2KBr + Cl 2 \u003d 2KCl + Br 2,
2KSlO 3 + l 2 = 2KlO 3 + Cl 2.
Esimerkkejä substituutioreaktioista, joihin ei liity muutosta atomien valenssitiloissa, on erittäin vähän. On huomattava piidioksidin reaktio happea sisältävien happojen suolojen kanssa, jotka vastaavat kaasumaisia tai haihtuvia anhydridejä:
CaCO 3 + SiO 2 \u003d CaSiO 3 + CO 2,
Ca 3 (RO 4) 2 + ZSiO 2 \u003d ZCaSiO 3 + P 2 O 5,
Joskus näitä reaktioita pidetään vaihtoreaktioina:
CH4 + Cl2 = CH3CI + Hcl.
4. Vaihda reaktioita
Vaihda reaktioita Kahden yhdisteen välisiä reaktioita, jotka vaihtavat aineosaan, kutsutaan:
AB + CD = AD + CB.
Jos redox-prosesseja tapahtuu substituutioreaktioiden aikana, vaihtoreaktiot tapahtuvat aina muuttamatta atomien valenssitilaa. Tämä on yleisin reaktioryhmä monimutkaisten aineiden - oksidien, emästen, happojen ja suolojen - välillä:
ZnO + H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + H 2 O,
AgNO 3 + KBr = AgBr + KNO 3,
CrCl3 + ZNaOH = Cr(OH)3 + ZNaCl.
Näiden vaihtoreaktioiden erikoistapaus on neutralointireaktiot:
Hcl + KOH \u003d KCl + H2O.
Tyypillisesti nämä reaktiot noudattavat kemiallisen tasapainon lakeja ja etenevät suuntaan, jossa ainakin yksi aineista poistuu reaktiopallosta kaasumaisen, haihtuvan aineen, sakan tai vähän dissosioituvan (liuoksille) yhdisteen muodossa:
NaHCO 3 + Hcl \u003d NaCl + H 2 O + CO 2,
Ca (HCO 3) 2 + Ca (OH) 2 \u003d 2CaCO 3 ↓ + 2H 2 O,
CH 3 COONa + H 3 RO 4 \u003d CH 3 COOH + NaH 2 RO 4.
5. Siirtoreaktiot.
Siirtoreaktioissa atomi tai atomiryhmä siirtyy rakenneyksiköstä toiseen:
AB + BC \u003d A + B 2 C,
A 2 B + 2CB 2 = DIA 2 + DIA 3.
Esimerkiksi:
2AgCl + SnCl 2 \u003d 2Ag + SnCl 4,
H 2 O + 2NO 2 \u003d HNO 2 + HNO 3.
Reaktioiden luokittelu vaiheominaisuuksien mukaan
Reagoivien aineiden aggregaatiotilasta riippuen erotetaan seuraavat reaktiot:
1. Kaasureaktiot
| H2 + Cl2 | 2 HCl. |
2. Reaktiot liuoksissa
NaOH (p-p) + Hcl (p-p) \u003d NaCl (p-p) + H 2 O (l)
3. Kiinteiden aineiden väliset reaktiot
| t o | ||
| CaO (tv) + SiO 2 (tv) | = | CaSiO 3 (TV) |
Reaktioiden luokittelu faasien lukumäärän mukaan.
Vaihe ymmärretään joukkona järjestelmän homogeenisiä osia, joilla on samat fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet ja jotka on erotettu toisistaan rajapinnalla.
Tästä näkökulmasta kaikki reaktiot voidaan jakaa kahteen luokkaan:
1. Homogeeniset (yksifaasiset) reaktiot. Näitä ovat kaasufaasissa tapahtuvat reaktiot ja monet liuoksissa tapahtuvat reaktiot.
2. Heterogeeniset (monifaasiset) reaktiot. Näitä ovat reaktiot, joissa lähtöaineet ja reaktiotuotteet ovat eri vaiheissa. Esimerkiksi:
kaasu-nestefaasireaktiot
C02 (g) + NaOH (p-p) = NaHC03 (p-p).
kaasu-kiinteäfaasireaktiot
CO 2 (g) + CaO (tv) \u003d CaCO 3 (tv).
neste-kiinteäfaasireaktiot
Na 2 SO 4 (liuos) + BaCl 3 (liuos) \u003d BaSO 4 (tv) ↓ + 2NaCl (p-p).
neste-kaasu-kiinteäfaasi-reaktiot
Ca (HCO 3) 2 (liuos) + H 2 SO 4 (liuos) \u003d CO 2 (r) + H 2 O (l) + CaSO 4 (tv) ↓.
Reaktioiden luokitus kuljetettujen hiukkasten tyypin mukaan
1. Protolyyttiset reaktiot.
Vastaanottaja protolyyttisiä reaktioita Ne sisältävät kemiallisia prosesseja, joiden ydin on protonin siirtyminen lähtöaineesta toiseen.
Tämä luokittelu perustuu happojen ja emästen protolyyttiseen teoriaan, jonka mukaan happo on mikä tahansa aine, joka luovuttaa protonin, ja emäs on aine, joka pystyy vastaanottamaan protonin, esim.
Protolyyttisiin reaktioihin kuuluvat neutralointi- ja hydrolyysireaktiot.
2. Redox-reaktiot.
Näitä ovat reaktiot, joissa reagoivat aineet vaihtavat elektroneja samalla, kun ne muuttavat lähtöaineiden muodostavien alkuaineiden atomien hapetusastetta. Esimerkiksi:
Zn + 2H + → Zn 2 + + H2,
FeS 2 + 8HNO 3 (kons.) = Fe(NO 3) 3 + 5NO + 2H 2 SO 4 + 2 H 2 O,
Suurin osa kemiallisista reaktioista on redox, niillä on erittäin tärkeä rooli.
3. Ligandinvaihtoreaktiot.
Näitä ovat reaktiot, joiden aikana elektronipari siirtyy ja muodostuu kovalenttinen sidos luovuttaja-akseptorimekanismin avulla. Esimerkiksi:
Cu(NO 3) 2 + 4NH 3 = (NO 3) 2,
Fe + 5CO = ,
Al(OH)3 + NaOH = .
Ligandinvaihtoreaktioiden ominaispiirre on, että uusien yhdisteiden, joita kutsutaan komplekseiksi, muodostuminen tapahtuu ilman muutosta hapetustilassa.
4. Atomi-molekyylivaihdon reaktiot.
Tämän tyyppiset reaktiot sisältävät monia orgaanisessa kemiassa tutkittuja substituutioreaktioita, jotka etenevät radikaalin, elektrofiilisen tai nukleofiilisen mekanismin mukaisesti.
Reversiibelit ja irreversiibelit kemialliset reaktiot
Palautuvia ovat sellaiset kemialliset prosessit, joiden tuotteet pystyvät reagoimaan keskenään samoissa olosuhteissa, joissa ne saadaan, muodostaen lähtöaineita.
Reversiibelien reaktioiden kohdalla yhtälö kirjoitetaan yleensä seuraavasti:
Kaksi vastakkaista nuolta osoittavat, että samoissa olosuhteissa sekä eteen- että taaksepäin reaktiot etenevät samanaikaisesti, esimerkiksi:
CH 3 COOH + C 2 H 5 OH CH 3 COOS 2 H 5 + H 2 O.
Peruuttamattomia ovat sellaiset kemialliset prosessit, joiden tuotteet eivät pysty reagoimaan keskenään muodostaen lähtöaineita. Esimerkkejä peruuttamattomista reaktioista ovat Bertolet-suolan hajoaminen kuumennettaessa:
2KSlO 3 → 2KSl + ZO 2,
tai glukoosin hapetus ilmakehän hapella:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O.
