As reações químicas devem ser diferenciadas das reações nucleares. Como resultado das reações químicas, o número total de átomos de cada elemento químico e sua composição isotópica não mudam. As reações nucleares são outra questão - os processos de transformação de núcleos atômicos como resultado de sua interação com outros núcleos ou partículas elementares, por exemplo, a transformação de alumínio em magnésio:

27 13 Al + 1 1 H \u003d 24 12 Mg + 4 2 He

A classificação das reações químicas é multifacetada, ou seja, pode ser baseada em vários sinais. Mas sob qualquer um desses signos, podem ser atribuídas reações tanto entre substâncias inorgânicas quanto entre substâncias orgânicas.

Considere a classificação das reações químicas de acordo com vários critérios.

I. De acordo com o número e composição dos reagentes

Reações que ocorrem sem alterar a composição das substâncias.

Na química inorgânica, tais reações incluem os processos de obtenção de modificações alotrópicas de um elemento químico, por exemplo:

C (grafite) ↔ C (diamante)
S (rômbico) ↔ S (monoclínico)
R (branco) ↔ R (vermelho)
Sn (lata branca) ↔ Sn (lata cinza)
3O 2 (oxigênio) ↔ 2O 3 (ozônio)

Em química orgânica, esse tipo de reação pode incluir reações de isomerização que ocorrem sem alterar não apenas a composição qualitativa, mas também quantitativa das moléculas de substâncias, por exemplo:

1. Isomerização de alcanos.

A reação de isomerização de alcanos é de grande importância prática, pois os hidrocarbonetos da isoestrutura possuem menor capacidade de detonação.

2. Isomerização de alcenos.

3. Isomerização de alcinos (reação de A. E. Favorsky).

CH 3 - CH 2 - C \u003d - CH ↔ CH 3 - C \u003d - C- CH 3

etilacetileno dimetilacetileno

4. Isomerização de haloalcanos (A. E. Favorsky, 1907).

5. Isomerização do cianeto de amônio por aquecimento.

Pela primeira vez, a uréia foi sintetizada por F. Wehler em 1828 por isomerização de cianato de amônio quando aquecido.

Reações que acompanham uma mudança na composição de uma substância

Existem quatro tipos de tais reações: compostos, decomposições, substituições e trocas.

1. Reações de conexão são reações nas quais uma substância complexa é formada a partir de duas ou mais substâncias

Em química inorgânica, toda a variedade de reações compostas pode ser considerada, por exemplo, usando o exemplo de reações para obter ácido sulfúrico a partir de enxofre:

1. Obtenção de óxido de enxofre (IV):

S + O 2 \u003d SO - uma substância complexa é formada a partir de duas substâncias simples.

2. Obtenção de óxido de enxofre (VI):

SO 2 + 0 2 → 2SO 3 - uma substância complexa é formada a partir de uma substância simples e complexa.

3. Obtenção de ácido sulfúrico:

SO 3 + H 2 O \u003d H 2 SO 4 - um complexo é formado a partir de duas substâncias complexas.

Um exemplo de reação composta na qual uma substância complexa é formada a partir de mais de dois materiais de partida é o estágio final na produção de ácido nítrico:

4NO 2 + O 2 + 2H 2 O \u003d 4HNO 3

Em química orgânica, as reações compostas são comumente chamadas de "reações de adição". Toda a variedade de tais reações pode ser considerada no exemplo de um bloco de reações caracterizando as propriedades de substâncias insaturadas, por exemplo, etileno:

1. Reação de hidrogenação - adição de hidrogênio:

CH 2 \u003d CH 2 + H 2 → H 3 -CH 3

eteno → etano

2. Reação de hidratação - adição de água.

3. Reação de polimerização.

2. As reações de decomposição são reações nas quais várias novas substâncias são formadas a partir de uma substância complexa.

Na química inorgânica, toda a variedade de tais reações pode ser considerada no bloco de reações para obtenção de oxigênio por métodos laboratoriais:

1. Decomposição do óxido de mercúrio (II) - dois simples são formados a partir de uma substância complexa.

2. Decomposição do nitrato de potássio - de uma substância complexa, forma-se um simples e um complexo.

3. Decomposição do permanganato de potássio - de uma substância complexa, formam-se dois complexos e um simples, ou seja, três novas substâncias.

Em química orgânica, as reações de decomposição podem ser consideradas no bloco de reações para a produção de etileno no laboratório e na indústria:

1. A reação de desidratação (divisão de água) do etanol:

C 2 H 5 OH → CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O

2. Reação de desidrogenação (divisão de hidrogênio) de etano:

CH 3 -CH 3 → CH 2 \u003d CH 2 + H 2

ou CH 3 -CH 3 → 2C + ZH 2

3. Reação de craqueamento (divisão) do propano:

CH 3 -CH 2 -CH 3 → CH 2 \u003d CH 2 + CH 4

3. As reacções de substituição são as reacções em que os átomos de uma substância simples substituem os átomos de um elemento de uma substância complexa.

Na química inorgânica, um exemplo de tais processos é um bloco de reações que caracterizam as propriedades de, por exemplo, metais:

1. Interação de metais alcalinos ou alcalino-terrosos com água:

2Na + 2H 2 O \u003d 2NaOH + H 2

2. Interação de metais com ácidos em solução:

Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2

3. Interação de metais com sais em solução:

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu

4. Metaltermia:

2Al + Cr 2 O 3 → Al 2 O 3 + 2Cr

O objeto de estudo da química orgânica não são substâncias simples, mas apenas compostos. Portanto, como exemplo de reação de substituição, damos a propriedade mais característica dos compostos saturados, em particular do metano, a capacidade de seus átomos de hidrogênio serem substituídos por átomos de halogênio. Outro exemplo é a bromação de um composto aromático (benzeno, tolueno, anilina).

C 6 H 6 + Br 2 → C 6 H 5 Br + HBr

benzeno → bromobenzeno

Prestemos atenção à peculiaridade da reação de substituição em substâncias orgânicas: como resultado de tais reações, não é formada uma substância simples e complexa, como na química inorgânica, mas duas substâncias complexas.

Em química orgânica, as reações de substituição também incluem algumas reações entre duas substâncias complexas, por exemplo, a nitração do benzeno. É formalmente uma reação de troca. O fato de se tratar de uma reação de substituição fica claro apenas quando se considera seu mecanismo.

4. As reações de troca são reações nas quais duas substâncias complexas trocam suas partes constituintes

Essas reações caracterizam as propriedades dos eletrólitos e ocorrem em soluções de acordo com a regra de Berthollet, ou seja, somente se um precipitado, gás ou uma substância de baixa dissociação (por exemplo, H 2 O) for formado como resultado.

Na química inorgânica, isso pode ser um bloco de reações caracterizando, por exemplo, as propriedades dos álcalis:

1. Reação de neutralização que acompanha a formação de sal e água.

2. A reação entre o álcali e o sal, que acompanha a formação do gás.

3. A reação entre o álcali e o sal, que acompanha a formação de um precipitado:

СuSO 4 + 2KOH \u003d Cu (OH) 2 + K 2 SO 4

ou na forma iônica:

Cu 2+ + 2OH - \u003d Cu (OH) 2

Em química orgânica, pode-se considerar um bloco de reações caracterizando, por exemplo, as propriedades do ácido acético:

1. A reação que ocorre com a formação de um eletrólito fraco - H 2 O:

CH3COOH + NaOH → Na (CH3COO) + H2O

2. A reação que acompanha a formação do gás:

2CH 3 COOH + CaCO 3 → 2CH 3 COO + Ca 2+ + CO 2 + H 2 O

3. A reação procedendo com a formação de um precipitado:

2CH 3 COOH + K 2 SO 3 → 2K (CH 3 COO) + H 2 SO 3

2CH 3 COOH + SiO → 2CH 3 COO + H 2 SiO 3

II. Ao alterar os estados de oxidação dos elementos químicos que formam substâncias

Com base nisso, as seguintes reações são distinguidas:

1. Reações que ocorrem com uma mudança nos estados de oxidação dos elementos, ou reações redox.

Estas incluem muitas reações, incluindo todas as reações de substituição, bem como aquelas reações de combinação e decomposição nas quais pelo menos uma substância simples participa, por exemplo:

1. Mg 0 + H + 2 SO 4 \u003d Mg + 2 SO 4 + H 2

2. 2Mg 0 + O 0 2 = Mg +2 O -2

Reações redox complexas são compiladas usando o método de balanço de elétrons.

2KMn +7 O 4 + 16HCl - \u003d 2KCl - + 2Mn +2 Cl - 2 + 5Cl 0 2 + 8H 2 O

Em química orgânica, as propriedades dos aldeídos podem servir como um exemplo notável de reações redox.

1. Eles são reduzidos aos álcoois correspondentes:

Aldecidas são oxidados para os ácidos correspondentes:

2. Reações que ocorrem sem alterar os estados de oxidação dos elementos químicos.

Estes incluem, por exemplo, todas as reações de troca iônica, assim como muitas reações de compostos, muitas reações de decomposição, reações de esterificação:

HCOOH + CHgOH = HSOCH 3 + H 2 O

III. Por efeito térmico

De acordo com o efeito térmico, as reações são divididas em exotérmicas e endotérmicas.

1. As reações exotérmicas prosseguem com a liberação de energia.

Estes incluem quase todas as reações compostas. Uma rara exceção são as reações endotérmicas da síntese de óxido nítrico (II) a partir de nitrogênio e oxigênio e a reação de hidrogênio gasoso com iodo sólido.

As reações exotérmicas que ocorrem com a liberação de luz são chamadas de reações de combustão. A hidrogenação do etileno é um exemplo de reação exotérmica. Funciona em temperatura ambiente.

2. As reações endotérmicas prosseguem com a absorção de energia.

Obviamente, quase todas as reações de decomposição se aplicarão a eles, por exemplo:

1. Calcinação de calcário

2. Quebra de butano

A quantidade de energia liberada ou absorvida como resultado da reação é chamada de efeito térmico da reação, e a equação de uma reação química que indica esse efeito é chamada de equação termoquímica:

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

4. De acordo com o estado de agregação das substâncias reagentes (composição da fase)

De acordo com o estado de agregação das substâncias reagentes, existem:

1. Reações heterogêneas - reações em que os reagentes e os produtos da reação estão em diferentes estados de agregação (em diferentes fases).

2. Reações homogêneas - reações em que os reagentes e os produtos da reação estão no mesmo estado de agregação (em uma fase).

V. De acordo com a participação do catalisador

De acordo com a participação do catalisador, há:

1. Reações não catalíticas que ocorrem sem a participação de um catalisador.

2. Reações catalíticas que ocorrem com a participação de um catalisador. Como todas as reações bioquímicas que ocorrem nas células dos organismos vivos ocorrem com a participação de catalisadores biológicos especiais de natureza proteica - enzimas, todas são catalíticas ou, mais precisamente, enzimáticas. Deve-se notar que mais de 70% das indústrias químicas utilizam catalisadores.

VI. Para

Por direção existem:

1. As reações irreversíveis ocorrem sob determinadas condições em apenas uma direção. Estes incluem todas as reações de troca acompanhadas pela formação de um precipitado, gás ou uma substância de baixa dissociação (água) e todas as reações de combustão.

2. As reações reversíveis nestas condições ocorrem simultaneamente em duas direções opostas. A maioria dessas reações são.

Na química orgânica, o sinal de reversibilidade é refletido nos nomes - antônimos de processos:

Hidrogenação - desidrogenação,

Hidratação - desidratação,

Polimerização - despolimerização.

Todas as reações de esterificação são reversíveis (o processo oposto, como você sabe, é chamado de hidrólise) e hidrólise de proteínas, ésteres, carboidratos, polinucleotídeos. A reversibilidade desses processos está subjacente à propriedade mais importante de um organismo vivo - o metabolismo.

VII. De acordo com o mecanismo de fluxo, existem:

1. As reações radicais ocorrem entre os radicais e as moléculas formadas durante a reação.

Como você já sabe, em todas as reações, velhas ligações químicas são quebradas e novas ligações químicas são formadas. O método de quebrar a ligação nas moléculas da substância inicial determina o mecanismo (caminho) da reação. Se a substância é formada por uma ligação covalente, pode haver duas maneiras de quebrar essa ligação: hemolítica e heterolítica. Por exemplo, para as moléculas de Cl 2 , CH 4 , etc., ocorre uma ruptura hemolítica de ligações, que levará à formação de partículas com elétrons desemparelhados, ou seja, radicais livres.

Os radicais são mais frequentemente formados quando as ligações são quebradas em que os pares de elétrons compartilhados são distribuídos aproximadamente igualmente entre os átomos (ligação covalente não polar), mas muitas ligações polares também podem ser quebradas de maneira semelhante, em particular quando a reação ocorre em a fase gasosa e sob a influência da luz, como, por exemplo, no caso dos processos discutidos acima - a interação de C 12 e CH 4 - . Os radicais são altamente reativos, pois tendem a completar sua camada eletrônica pegando um elétron de outro átomo ou molécula. Por exemplo, quando um radical de cloro colide com uma molécula de hidrogênio, ele quebra o par de elétrons compartilhado que liga os átomos de hidrogênio e forma uma ligação covalente com um dos átomos de hidrogênio. O segundo átomo de hidrogênio, tornando-se um radical, forma um par de elétrons comum com o elétron desemparelhado do átomo de cloro da molécula de Cl 2 em colapso, resultando em um radical de cloro que ataca uma nova molécula de hidrogênio, etc.

As reações, que são uma cadeia de transformações sucessivas, são chamadas de reações em cadeia. Para o desenvolvimento da teoria das reações em cadeia, dois excelentes químicos - nosso compatriota N. N. Semenov e o inglês S. A. Hinshelwood receberam o Prêmio Nobel.
A reação de substituição entre cloro e metano ocorre de forma semelhante:

A maioria das reações de combustão de substâncias orgânicas e inorgânicas, a síntese de água, amônia, a polimerização de etileno, cloreto de vinila, etc., ocorre de acordo com o mecanismo radicalar.

2. As reações iônicas ocorrem entre íons já presentes ou formados durante a reação.

Reações iônicas típicas são interações entre eletrólitos em solução. Os íons são formados não apenas durante a dissociação de eletrólitos em soluções, mas também sob a ação de descargas elétricas, aquecimento ou radiação. Os raios γ, por exemplo, convertem moléculas de água e metano em íons moleculares.

De acordo com outro mecanismo iônico, ocorrem reações de adição de haletos de hidrogênio, hidrogênio, halogênios a alcenos, oxidação e desidratação de álcoois, substituição do álcool hidroxila por halogênio; reações que caracterizam as propriedades de aldeídos e ácidos. Os íons neste caso são formados pela quebra heterolítica de ligações polares covalentes.

VIII. De acordo com o tipo de energia

iniciando a reação, tem-se:

1. Reacções fotoquímicas. Eles são iniciados pela energia luminosa. Além dos processos fotoquímicos acima de síntese de HCl ou a reação de metano com cloro, eles incluem a produção de ozônio na troposfera como poluente atmosférico secundário. Nesse caso, o óxido nítrico (IV) atua como o primário, que forma radicais de oxigênio sob a ação da luz. Esses radicais interagem com moléculas de oxigênio, resultando em ozônio.

A formação de ozônio continua enquanto houver luz suficiente, pois o NO pode interagir com as moléculas de oxigênio para formar o mesmo NO 2 . O acúmulo de ozônio e outros poluentes atmosféricos secundários pode levar ao smog fotoquímico.

Esse tipo de reação também inclui o processo mais importante que ocorre nas células vegetais - a fotossíntese, cujo nome fala por si.

2. Reações de radiação. Eles são iniciados por radiação de alta energia - raios X, radiação nuclear (raios γ, partículas a - He 2+, etc.). Com a ajuda de reações de radiação, são realizadas radiopolimerização muito rápida, radiólise (decomposição de radiação), etc.

Por exemplo, em vez de uma produção de dois estágios de fenol a partir do benzeno, ele pode ser obtido pela interação do benzeno com a água sob a ação da radiação. Neste caso, os radicais [OH] e [H] são formados a partir de moléculas de água, com as quais o benzeno reage para formar fenol:

C 6 H 6 + 2 [OH] → C 6 H 5 OH + H 2 O

A vulcanização da borracha pode ser realizada sem enxofre usando radiovulcanização, e a borracha resultante não será pior que a borracha tradicional.

3. Reações eletroquímicas. Eles são iniciados por uma corrente elétrica. Além das reações de eletrólise bem conhecidas por você, também indicaremos as reações de eletrossíntese, por exemplo, as reações da produção industrial de oxidantes inorgânicos

4. Reações termoquímicas. Eles são iniciados por energia térmica. Estas incluem todas as reações endotérmicas e muitas reações exotérmicas que requerem um fornecimento inicial de calor, ou seja, o início do processo.

A classificação acima de reações químicas é refletida no diagrama.

A classificação das reações químicas, como todas as outras classificações, é condicional. Os cientistas concordaram em dividir as reações em certos tipos de acordo com os sinais que identificaram. Mas a maioria das transformações químicas pode ser atribuída a diferentes tipos. Por exemplo, vamos caracterizar o processo de síntese de amônia.

Esta é uma reação composta, redox, exotérmica, reversível, catalítica, heterogênea (mais precisamente, catalítica heterogênea), ocorrendo uma diminuição da pressão no sistema. Para gerenciar com sucesso o processo, todas as informações acima devem ser levadas em consideração. Uma reação química específica é sempre multiqualitativa, é caracterizada por diferentes características.

Classificação das reações químicas subjacentes aos processos químico-tecnológicos industriais

PROCESSO QUÍMICO-TECNOLÓGICO E SEU CONTEÚDO

O processo químico-tecnológico é um conjunto de operações que possibilitam a obtenção do produto alvo a partir da matéria-prima. Todas essas operações fazem parte de três etapas principais, características de quase todos os processos químico-tecnológicos.

Na primeira etapa, são realizadas as operações necessárias para preparar os reagentes iniciais para uma reação química. Os reagentes são transferidos, em particular, para o estado mais reativo. Por exemplo, sabe-se que a velocidade das reações químicas depende fortemente da temperatura, muitas vezes os reagentes são aquecidos antes da reação. Matérias-primas gasosas são submetidas à compressão a uma determinada pressão para aumentar a eficiência do processo e reduzir o tamanho do equipamento. Para eliminar os efeitos colaterais e obter um produto de alta qualidade, a matéria-prima é submetida à purificação de impurezas usando métodos baseados na diferença de propriedades físicas (solubilidade em vários solventes, densidade, temperaturas de condensação e cristalização, etc.). Na purificação de matérias-primas e misturas de reação, os fenômenos de transferência de calor e massa, processos hidromecânicos são amplamente utilizados. Os métodos de limpeza química também podem ser usados, baseados em reações químicas, como resultado das quais impurezas desnecessárias são convertidas em substâncias facilmente separáveis.

Os reagentes adequadamente preparados na etapa seguinte são submetidos à interação química, que pode consistir em várias etapas. Nos intervalos entre essas etapas, às vezes é necessário reaproveitar a transferência de calor e massa e outros processos físicos. Por exemplo, na produção de ácido sulfúrico, o dióxido de enxofre é parcialmente oxidado a trióxido, então a mistura de reação é resfriada, o trióxido de enxofre é removido por absorção e novamente direcionado à oxidação.

Como resultado de reações químicas, é obtida uma mistura de produtos (alvo, subprodutos, subprodutos) e reagentes que não reagiram. As operações finais da última etapa estão associadas à separação desta mistura, para a qual são novamente utilizados processos hidromecânicos, de transferência de calor e massa, por exemplo: filtração, centrifugação, retificação, absorção, extração, etc. Os produtos da reação são enviados para o armazém de produto acabado ou para processamento posterior; matérias-primas que não reagiram são reaproveitadas no processo, organizando sua reciclagem.

Em todas as etapas, e principalmente nas finais, também é realizada a recuperação de recursos materiais e energéticos secundários. Os fluxos de substâncias gasosas e líquidas que entram no meio ambiente são submetidos à purificação e neutralização de impurezas perigosas. Os resíduos sólidos são enviados para processamento posterior ou colocados para armazenamento em condições ecologicamente corretas.

Assim, o processo químico-tecnológico como um todo é um sistema complexo constituído por processos únicos interligados (elementos) e interagindo com o meio ambiente.

Os elementos do sistema químico-tecnológico são os processos acima de transferência de calor e massa, hidromecânicos, químicos, etc. Eles são considerados como processos únicos de tecnologia química.

Um importante subsistema de um processo químico-tecnológico complexo é um processo químico.

Um processo químico é uma ou mais reações químicas acompanhadas pelos fenômenos de transferência de calor, massa e momento que afetam uns aos outros e o curso de uma reação química.

A análise de processos individuais, sua influência mútua nos permite desenvolver um regime tecnológico.

Um regime tecnológico é um conjunto de parâmetros tecnológicos (temperatura, pressão, concentrações de reagentes, etc.) que determinam as condições de funcionamento de um aparelho ou de um sistema de aparelhos (esquema tecnológico).

As condições ideais do processo são uma combinação dos principais parâmetros (temperatura, pressão, composição da mistura de reação inicial, etc.), que permite obter o maior rendimento do produto em alta velocidade ou garantir o menor custo, sujeito às condições para o uso racional de matérias-primas e energia e minimização de possíveis danos ao meio ambiente.

Processos únicos ocorrem em vários aparelhos - reatores químicos, colunas de absorção e destilação, trocadores de calor, etc. Aparelhos separados são conectados em um diagrama de fluxo de processo.

Esquema tecnológico é um sistema racionalmente construído de dispositivos únicos conectados por vários tipos de conexões (diretas, reversas, seriais, paralelas), que permitem obter um determinado produto de uma determinada qualidade a partir de matérias-primas naturais ou produtos semi-acabados.

Os esquemas tecnológicos são abertos e fechados, podem conter fluxos de bypass (bypass) e recicláveis, permitindo aumentar a eficiência do sistema químico-tecnológico como um todo.

O desenvolvimento e construção de um esquema tecnológico racional é uma tarefa importante da tecnologia química.

Classificação das reações químicas subjacentes aos processos químico-tecnológicos industriais

Na química moderna, um grande número de diferentes reações químicas é conhecido. Muitos deles são realizados em reatores químicos industriais e, portanto, tornam-se objeto de estudo da engenharia química.

Para facilitar o estudo de fenômenos próximos na natureza, é costume na ciência classificá-los de acordo com características comuns. Dependendo de quais sinais são tomados como base, existem vários tipos de classificação de reações químicas.

Um tipo importante de classificação é a classificação por mecanismo para a reação. Existem reações simples (de estágio único) e complexas (de vários estágios), em particular, paralelas, sequenciais e paralelas em série.

Reações simples são chamadas, para a implementação das quais é necessário superar apenas uma barreira de energia (um estágio).

As reações complexas incluem várias etapas paralelas ou sequenciais (reações simples).

Reações reais de uma etapa são extremamente raras. No entanto, algumas reações complexas que passam por uma série de estágios intermediários podem ser convenientemente consideradas formalmente simples. Isso é possível nos casos em que os produtos de reação intermediários não são detectados nas condições do problema em consideração.

Classificação de reação por molecularidade leva em conta quantas moléculas estão envolvidas no ato elementar da reação; distinguir entre reações mono-, bi- e trimoleculares.

A forma da equação cinética (a dependência da velocidade de reação das concentrações dos reagentes) permite classificar em ordem de reação. A ordem da reação é a soma dos expoentes das concentrações dos reagentes na equação cinética. Há reações de primeira, segunda, terceira ordens fracionárias.

As reações químicas também por efeito térmico. Quando ocorrem reações exotérmicas, acompanhadas pela liberação de calor ( Q> 0), a entalpia do sistema de reação diminui ( ∆H < 0); при протекании эндотермических реакций, сопровождающихся поглощением теплоты (Q< 0), a entalpia do sistema de reação aumenta ( ∆H> 0).

Para a escolha do projeto de um reator químico e métodos para controlar a condução do processo, é essencial composição de fase sistema de reação.

Dependendo de quantas (uma ou mais) fases formam os reagentes iniciais e os produtos da reação, as reações químicas são divididas em homofásicas e heterofásicas.

Reações homofásicas são aquelas em que os reagentes, intermediários estáveis ​​e produtos da reação estão todos dentro da mesma fase.

As reações são chamadas de heterofásicas nas quais os reagentes de partida, intermediários estáveis ​​e produtos da reação formam mais de uma fase.

Dependendo do zonas de vazamento As reações são divididas em reações homogêneas e heterogêneas.

Os conceitos de reações "homogêneas" e "heterogêneas" não coincidem com os conceitos de processos "homofásicos" e "heterofásicos". A homogeneidade e heterogeneidade de uma reação reflete, até certo ponto, seu mecanismo: se a reação ocorre na massa de uma única fase ou na interface de fase. A natureza homofásica e heterofásica do processo apenas permite julgar a composição de fases dos participantes da reação.

No caso de reações homogêneas, os reagentes e produtos estão na mesma fase (líquida ou gasosa) e a reação prossegue no volume desta fase. Por exemplo, a oxidação do óxido nítrico com oxigênio atmosférico na produção de ácido nítrico é uma reação em fase gasosa, enquanto as reações de esterificação (obtenção de ésteres de ácidos orgânicos e álcoois) são de fase líquida.

Quando ocorrem reações heterogêneas, pelo menos um dos reagentes ou produtos está em um estado de fase diferente do estado de fase dos demais participantes, e a interface de fase deve ser levada em consideração ao analisá-la. Por exemplo, a neutralização de um ácido com um álcali é um processo homofásico homogêneo. A síntese catalítica de amônia é um processo homofásico heterogêneo. A oxidação de hidrocarbonetos na fase líquida com oxigênio gasoso é um processo heterofásico, mas a reação química em curso é homogênea. A extinção da cal CaO + H 2 O Ca (OH) 2, na qual os três participantes da reação formam fases separadas, e a reação ocorre na interface entre água e óxido de cálcio, é um processo heterofásico heterogêneo.

Dependendo do uso ou não de substâncias especiais, catalisadores, para alterar a taxa de reação, eles são distinguidos catalítico e não catalítico reações e, consequentemente, processos químico-tecnológicos. A grande maioria das reações químicas em que se baseiam os processos químico-tecnológicos industriais são reações catalíticas.

Até o momento, não há uma classificação bem estabelecida processos químicos tecnologia. É praticamente conveniente combiná-los dependendo dos principais padrões que caracterizam o curso dos processos, em seguintes grupos:

processos hidrodinâmicos; incluem o movimento de líquidos, separação de suspensões, mistura. Para mover reagentes líquidos e produtos intermediários, várias bombas são usadas: pistão, centrífuga, jato, etc. As suspensões são separadas por decantação, filtragem.

2processos térmicos; mudança no estado macroscópico de um sistema termodinâmico.

3 processos de difusão; mudança no estado macroscópico de um sistema termodinâmico.

O sistema no qual o processo térmico ocorre é chamado de fluido de trabalho.

Os processos térmicos podem ser divididos em equilíbrio e não equilíbrio. O equilíbrio é um processo no qual todos os estados pelos quais o sistema passa são estados de equilíbrio.

Os processos térmicos podem ser divididos em reversíveis e irreversíveis. Um processo é dito reversível se pode ser realizado na direção oposta através de todos os mesmos estados intermediários.

1. processos de refrigeração; fornecer artes contínuas, refrigeração decomp. in-in (corpos) removendo o calor deles. natural o resfriamento com água fria ou ar permite resfriar até a temperatura do meio de resfriamento e não requer fornecimento de energia. O resfriamento a temperaturas mais baixas ocorre nas artes. ambientes frios, cuja criação consome mecanicamente, térmica ou química. energia

   processos mecânicos associados ao processamento de sólidos;

   processos químicos associados a transformações químicas de materiais processados.

Processos subdividido também em:

periódico,

contínuo,

combinado.

Processo descontínuo Caracteriza-se pela unidade do lugar onde ocorrem suas etapas individuais e por um estado instável no tempo. Os processos periódicos são realizados em dispositivos de ação periódica, dos quais o produto final é descarregado total ou parcialmente em determinados intervalos. Depois de descarregar o aparelho, um novo lote de matérias-primas é carregado nele e o ciclo de produção é repetido novamente. Devido ao estado instável em um processo periódico em qualquer ponto da massa do material que está sendo processado ou em qualquer seção do aparelho, grandezas físicas individuais ou parâmetros (por exemplo, temperatura, pressão, concentração, capacidade térmica, velocidade, etc. ) caracterizando o processo e o estado das substâncias que estão sendo processadas mudam durante o tempo do processo.

Processo contínuo caracterizado pela unidade do tempo do curso de todas as suas etapas, o estado estacionário e a seleção contínua do produto final. Processos contínuos são realizados em dispositivos contínuos. Devido ao estado estacionário em qualquer ponto da massa do material que está sendo processado ou em qualquer seção de um aparelho de operação contínua, as grandezas físicas ou parâmetros permanecem praticamente inalterados durante todo o processo.

Processo combinadoé um processo contínuo, cujos estágios individuais são realizados periodicamente, ou um processo periódico, um ou mais estágios dos quais são realizados continuamente. Processos Contínuos têm uma série de vantagens significativas sobre periódicos e combinados. Esses benefícios incluem principalmente:

a possibilidade de total mecanização e automação, o que reduz ao mínimo o uso de mão de obra;

homogeneidade dos produtos obtidos e possibilidade de melhorar a sua qualidade;

a compacidade dos equipamentos necessários para a implementação do processo, o que reduz os custos de capital e os custos de reparo.

Portanto, atualmente, em todos os ramos da tecnologia, eles estão se esforçando para passar de periódico para processos de produção contínuos.

26. Um método generalizado para o cálculo tecnológico de tanques de decantação primários consiste em escolher o tipo e o número necessário de estruturas padrão que proporcionam o efeito de clarificação necessário.

Há muitos métodos de cálculo tecnológico de tanques de decantação horizontal, que são baseados em dependências empíricas e coeficientes obtidos experimentalmente. Estas fórmulas baseiam-se na relação entre o tempo de decantação necessário para obter o efeito desejado de clarificação das águas residuais e a taxa de decantação (emergência) daquelas partículas que devem ficar retidas na fossa.

De um grande número Nas fórmulas de cálculo propostas para este fim, apenas aquelas são progressivas, o que permite a consideração mais completa das condições reais de deposição e a relação entre os principais parâmetros de cálculo. Este requisito é atendido por fórmulas que relacionam o tempo de decantação necessário para obter o efeito desejado de clarificação das águas residuais e a taxa de decantação daquelas partículas que devem ficar retidas na fossa.

De um grande número métodos de cálculo tecnológico de tanques de sedimentação e as fórmulas de cálculo propostas para o efeito, apenas as delas são progressivas, que permitem a consideração mais completa das condições reais de deposição e da relação entre os principais parâmetros de cálculo. Este requisito é atendido por fórmulas que relacionam o tempo de decantação necessário para obter o efeito desejado de clarificação das águas residuais e o tamanho hidráulico das partículas que devem ser retidas na fossa.

27. Na primeira aproximação, o efeito da temperatura na velocidade da reação é determinado pela regra de van't Hoff. Na faixa de temperatura de 0°C a 100°C, com um aumento de temperatura a cada 10 graus, a reação química aumenta em 2-4 vezes:

Regra de Van't Hoff- uma regra empírica que permite, como primeira aproximação, estimar o efeito da temperatura na velocidade de uma reação química em uma pequena faixa de temperatura (geralmente de 0 °C a 100 °C). J. H. van't Hoff, com base em muitos experimentos, formulou a seguinte regra:

A equação que descreve esta regra é a seguinte:

onde é a taxa de reação à temperatura, é a taxa de reação à temperatura, é o coeficiente de temperatura da reação (se for igual a 2, por exemplo, então a taxa de reação aumentará 2 vezes com um aumento na temperatura de 10 graus ).

Deve-se lembrar que a regra de van't Hoff é aplicável apenas para reações com energia de ativação de 60-120 kJ/mol na faixa de temperatura de 10-400 o C. A regra de van't Hoff também não obedece a reações em que moléculas volumosas participam, por exemplo, de proteínas em sistemas biológicos. A dependência da temperatura da taxa de reação é mais corretamente descrita pela equação de Arrhenius. estabelece a dependência da constante de velocidade de uma reação química com a temperatura.De acordo com um modelo de colisão simples, uma reação química entre duas substâncias iniciais só pode ocorrer como resultado de uma colisão de moléculas dessas substâncias. Mas nem toda colisão leva a uma reação química. É necessário vencer uma certa barreira energética para que as moléculas comecem a reagir umas com as outras. Ou seja, as moléculas devem ter uma certa energia mínima (energia de ativação) para superar essa barreira. Distribuições de Boltzmann para a energia cinética das moléculas Sabe-se que o número de moléculas com energia é proporcional a . Como resultado, a velocidade de uma reação química é representada por uma equação que foi obtida pelo químico sueco Svante Arrhenius a partir de considerações termodinâmicas:

Aqui caracteriza a frequência de colisões de moléculas reagentes, é a constante universal do gás.

Extração(de lat. extraho - extrair) - um método de extração de uma substância de uma solução ou mistura seca usando um solvente adequado ( extrator). Para a extração de uma solução, são utilizados solventes imiscíveis com esta solução, mas em que a substância se dissolve melhor do que no primeiro solvente.

A extração pode ser única (simples ou múltipla) ou contínua ( percolação).

O método mais simples de extração de uma solução é a lavagem simples ou múltipla com um extrator em um funil de separação.Um funil de separação é um recipiente com rolha e torneira para drenar a camada inferior do líquido. Para extração contínua, são utilizados dispositivos especiais - extratores ou percoladores.

Para extrair uma substância individual ou uma mistura específica (extrato) de produtos secos em laboratórios, a extração contínua de Soxhlet é amplamente utilizada.

Na prática laboratorial de síntese química, a extração pode ser usada para isolar uma substância pura de uma mistura de reação ou para remover continuamente um dos produtos de reação de uma mistura de reação durante a síntese.

A extração é usada em indústrias químicas, de refino de petróleo, alimentícias, metalúrgicas, farmacêuticas e outras, em química analítica e síntese química.

29. Processo tecnológico- faz parte do processo de produção, contendo ações propositais para mudar e (ou) determinar o estado do objeto de trabalho. Os objetos de trabalho incluem peças em branco e produtos.

As propriedades químicas das substâncias são reveladas em uma variedade de reações químicas.

Transformações de substâncias, acompanhadas por uma mudança em sua composição e (ou) estrutura, são chamadas de reações químicas. A seguinte definição é frequentemente encontrada: reação química O processo de transformação de substâncias iniciais (reagentes) em substâncias finais (produtos) é chamado.

As reações químicas são escritas usando equações químicas e esquemas contendo as fórmulas dos materiais de partida e produtos da reação. Nas equações químicas, diferentemente dos esquemas, o número de átomos de cada elemento é o mesmo nos lados esquerdo e direito, o que reflete a lei de conservação da massa.

No lado esquerdo da equação, as fórmulas das substâncias iniciais (reagentes) são escritas, no lado direito - as substâncias obtidas como resultado de uma reação química (produtos da reação, substâncias finais). O sinal de igual ligando os lados esquerdo e direito indica que o número total de átomos das substâncias que participam da reação permanece constante. Isto é conseguido colocando coeficientes estequiométricos inteiros na frente das fórmulas, mostrando as razões quantitativas entre os reagentes e os produtos da reação.

As equações químicas podem conter informações adicionais sobre as características da reação. Se uma reação química ocorre sob a influência de influências externas (temperatura, pressão, radiação, etc.), isso é indicado pelo símbolo apropriado, geralmente acima (ou "abaixo") do sinal de igual.

Um grande número de reações químicas pode ser agrupado em vários tipos de reações, que são caracterizadas por características bem definidas.

Como características de classificação o seguinte pode ser selecionado:

1. O número e composição dos materiais de partida e produtos de reação.

2. Estado agregado dos reagentes e produtos da reação.

3. O número de fases em que os participantes da reação estão.

4. A natureza das partículas transferidas.

5. A possibilidade da reação prosseguir nas direções direta e reversa.

6. O sinal do efeito térmico separa todas as reações em: exotérmico reações que prosseguem com o exo-efeito - a liberação de energia na forma de calor (Q> 0, ∆H<0):

C + O 2 \u003d CO 2 + Q

e endotérmico reações que prosseguem com o efeito endo - a absorção de energia na forma de calor (Q<0, ∆H >0):

N 2 + O 2 \u003d 2NO - Q.

Tais reações são termoquímico.

Vamos considerar com mais detalhes cada um dos tipos de reações.

Classificação de acordo com o número e composição dos reagentes e substâncias finais

1. Reações de conexão

Nas reações de um composto de várias substâncias reagentes de composição relativamente simples, obtém-se uma substância de composição mais complexa:

Como regra, essas reações são acompanhadas por liberação de calor, ou seja, levam à formação de compostos mais estáveis ​​e menos ricos em energia.

As reações da combinação de substâncias simples são sempre de natureza redox. As reações de conexão que ocorrem entre substâncias complexas podem ocorrer sem alteração na valência:

CaCO 3 + CO 2 + H 2 O \u003d Ca (HCO 3) 2,

e ser classificado como redox:

2FeCl 2 + Cl 2 = 2FeCl 3.

2. Reações de decomposição

As reações de decomposição levam à formação de vários compostos de uma substância complexa:

A = B + C + D.

Os produtos de decomposição de uma substância complexa podem ser substâncias simples e complexas.

Das reações de decomposição que ocorrem sem alterar os estados de valência, deve-se notar a decomposição de hidratos cristalinos, bases, ácidos e sais de ácidos contendo oxigênio:

	para
4HNO 3	=	2H 2 O + 4NO 2 O + O 2 O.

2AgNO 3 \u003d 2Ag + 2NO 2 + O 2,
(NH 4) 2Cr 2 O 7 \u003d Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O.

Particularmente características são as reações redox de decomposição de sais de ácido nítrico.

As reações de decomposição em química orgânica são chamadas de craqueamento:

C 18 H 38 \u003d C 9 H 18 + C 9 H 20,

ou desidrogenação

C 4 H 10 \u003d C 4 H 6 + 2H 2.

3. Reações de substituição

Nas reações de substituição, geralmente uma substância simples interage com uma complexa, formando outra substância simples e outra complexa:

A + BC = AB + C.

Essas reações na grande maioria pertencem a reações redox:

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.

Exemplos de reações de substituição que não são acompanhadas por uma mudança nos estados de valência dos átomos são extremamente poucos. Deve-se notar a reação do dióxido de silício com sais de ácidos contendo oxigênio, que correspondem a anidridos gasosos ou voláteis:

CaCO 3 + SiO 2 \u003d CaSiO 3 + CO 2,

Ca 3 (RO 4) 2 + ZSiO 2 \u003d ZCaSiO 3 + P 2 O 5,

Às vezes, essas reações são consideradas como reações de troca:

CH 4 + Cl 2 = CH 3 Cl + Hcl.

4. Reações de troca

Reações de troca As reações entre dois compostos que trocam seus constituintes são chamadas de:

AB + CD = AD + CB.

Se os processos redox ocorrerem durante as reações de substituição, as reações de troca sempre ocorrerão sem alterar o estado de valência dos átomos. Este é o grupo mais comum de reações entre substâncias complexas - óxidos, bases, ácidos e sais:

ZnO + H 2 SO 4 \u003d ZnSO 4 + H 2 O,

AgNO 3 + KBr = AgBr + KNO 3,

CrCl3 + ZNaOH = Cr(OH)3 + ZNaCl.

Um caso especial dessas reações de troca é reações de neutralização:

Hcl + KOH \u003d KCl + H 2 O.

Normalmente, essas reações obedecem às leis do equilíbrio químico e prosseguem na direção em que pelo menos uma das substâncias é removida da esfera de reação na forma de uma substância gasosa, volátil, precipitada ou composto de baixa dissociação (para soluções):

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. Reacções de transferência.

Nas reações de transferência, um átomo ou um grupo de átomos passa de uma unidade estrutural para outra:

AB + BC \u003d A + B 2 C,

A 2 B + 2CB 2 = DIA 2 + DIA 3.

Por exemplo:

2AgCl + SnCl 2 \u003d 2Ag + SnCl 4,

H 2 O + 2NO 2 \u003d HNO 2 + HNO 3.

Classificação das reações de acordo com as características da fase

Dependendo do estado de agregação das substâncias reagentes, as seguintes reações são distinguidas:

1. Reações gasosas

H 2 + Cl 2		2HCl.

2. Reações em soluções

NaOH (p-p) + Hcl (p-p) \u003d NaCl (p-p) + H 2 O (l)

3. Reações entre sólidos

	para
CaO (tv) + SiO 2 (tv)	=	CaSiO 3 (TV)

Classificação das reações de acordo com o número de fases.

Uma fase é entendida como um conjunto de partes homogêneas de um sistema com as mesmas propriedades físicas e químicas e separadas umas das outras por uma interface.

Deste ponto de vista, toda a variedade de reações pode ser dividida em duas classes:

1. Reações homogêneas (monofásicas). Isso inclui reações que ocorrem na fase gasosa e várias reações que ocorrem em soluções.

2. Reações heterogêneas (multifásicas). Estes incluem reações em que os reagentes e produtos da reação estão em fases diferentes. Por exemplo:

reações de fase gás-líquido

CO 2 (g) + NaOH (p-p) = NaHCO 3 (p-p).

reações gás-fase sólida

CO 2 (g) + CaO (tv) \u003d CaCO 3 (tv).

reações de fase líquido-sólido

Na 2 SO 4 (solução) + BaCl 3 (solução) \u003d BaSO 4 (tv) ↓ + 2NaCl (p-p).

reações de fase líquida-gás-sólida

Ca (HCO 3) 2 (solução) + H 2 SO 4 (solução) \u003d CO 2 (r) + H 2 O (l) + CaSO 4 (tv) ↓.

Classificação das reações de acordo com o tipo de partículas transportadas

1. Reações protolíticas.

Para reações protolíticas incluem processos químicos, cuja essência é a transferência de um próton de um reagente para outro.

Essa classificação é baseada na teoria protolítica de ácidos e bases, segundo a qual um ácido é qualquer substância que doa um próton, e uma base é uma substância que pode aceitar um próton, por exemplo:

As reações protolíticas incluem reações de neutralização e hidrólise.

2. Reações redox.

Isso inclui reações nas quais os reagentes trocam elétrons, enquanto alteram o estado de oxidação dos átomos dos elementos que compõem os reagentes. Por exemplo:

Zn + 2H + → Zn 2 + + H 2 ,

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

A grande maioria das reações químicas são redox, elas desempenham um papel extremamente importante.

3. Reacções de troca de ligandos.

Estas incluem reações durante as quais um par de elétrons é transferido com a formação de uma ligação covalente pelo mecanismo doador-aceptor. Por exemplo:

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

Fe + 5CO = ,

Al(OH)3 + NaOH = .

Uma característica das reações de troca de ligantes é que a formação de novos compostos, chamados complexos, ocorre sem mudança no estado de oxidação.

4. Reações de troca atômico-molecular.

Este tipo de reações inclui muitas das reações de substituição estudadas em química orgânica, que procedem de acordo com o mecanismo radical, eletrofílico ou nucleofílico.

Reações químicas reversíveis e irreversíveis

Tais processos químicos são chamados de reversíveis, cujos produtos são capazes de reagir entre si nas mesmas condições em que são obtidos, com a formação de substâncias de partida.

Para reações reversíveis, a equação é geralmente escrita da seguinte forma:

Duas setas em direções opostas indicam que, nas mesmas condições, as reações direta e inversa ocorrem simultaneamente, por exemplo:

CH 3 COOH + C 2 H 5 OH CH 3 COOS 2 H 5 + H 2 O.

Irreversíveis são esses processos químicos, cujos produtos não são capazes de reagir uns com os outros com a formação de substâncias iniciais. Exemplos de reações irreversíveis são a decomposição do sal de Bertolet quando aquecido:

2KSlO 3 → 2KSl + ZO 2,

ou oxidação da glicose com oxigênio atmosférico:

C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O.