العملية الكيميائية والتكنولوجية ومحتواها
العملية التكنولوجية الكيميائية هي مجموعة من العمليات التي تتيح الحصول على المنتج المستهدف من المادة الخام الأصلية. كل هذه العمليات هي جزء من ثلاث مراحل رئيسية، وهي سمة من سمات كل عملية تكنولوجية كيميائية تقريبًا.
في المرحلة الأولى يتم تنفيذ العمليات اللازمة لتحضير كواشف البدء للتفاعل الكيميائي. يتم نقل الكواشف، على وجه الخصوص، إلى الحالة الأكثر تفاعلية. على سبيل المثال، من المعروف أن معدل التفاعلات الكيميائية يعتمد بشكل كبير على درجة الحرارة، لذلك يتم تسخين الكواشف غالبًا قبل حدوث التفاعل. ولزيادة كفاءة العملية وتقليل حجم المعدات، يتم ضغط المواد الخام الغازية إلى ضغط معين. للتخلص من الآثار الجانبية والحصول على منتج عالي الجودة، تتم تنقية المواد الخام من الشوائب الأجنبية باستخدام طرق تعتمد على الاختلافات في الخصائص الفيزيائية (الذوبان في المذيبات المختلفة، والكثافة، ودرجات حرارة التكثيف والبلورة، وما إلى ذلك). عند تنقية المواد الخام ومخاليط التفاعل، يتم استخدام ظواهر نقل الحرارة والكتلة والعمليات الهيدروميكانيكية على نطاق واسع. ويمكن أيضًا استخدام طرق التنظيف الكيميائي، والتي تعتمد على التفاعلات الكيميائية، ونتيجة لذلك يتم تحويل الشوائب غير الضرورية إلى مواد يسهل فصلها.
في المرحلة التالية، يتم إخضاع الكواشف المعدة بشكل مناسب لتفاعلات كيميائية، والتي قد تتكون من عدة مراحل. وفي الفترات الفاصلة بين هذه المراحل، يكون من الضروري أحيانًا إعادة استخدام نقل الحرارة والكتلة والعمليات الفيزيائية الأخرى. على سبيل المثال، في إنتاج حمض الكبريتيك، يتم أكسدة ثاني أكسيد الكبريت جزئيًا إلى ثالث أكسيد، ثم يتم تبريد خليط التفاعل، ويتم إزالة ثالث أكسيد الكبريت منه عن طريق الامتصاص وإرساله مرة أخرى للأكسدة.
نتيجة للتفاعلات الكيميائية، يتم الحصول على خليط من المنتجات (الهدف، المنتجات الثانوية، المنتجات الثانوية) والكواشف غير المتفاعلة. ترتبط العمليات النهائية للمرحلة الأخيرة بفصل هذا الخليط، حيث يتم استخدام العمليات الهيدروميكانيكية ونقل الحرارة والكتلة مرة أخرى، على سبيل المثال: الترشيح، والطرد المركزي، والتصحيح، والامتصاص، والاستخلاص، وما إلى ذلك. يتم إرسال منتجات التفاعل إلى مستودع المنتج النهائي أو لمزيد من المعالجة؛ يتم استخدام المواد الخام غير المتفاعلة مرة أخرى في هذه العملية، وتنظيم إعادة تدويرها.
في جميع المراحل، وخاصة في المراحل النهائية، يتم أيضًا استعادة المواد الثانوية وموارد الطاقة. تخضع تيارات المواد الغازية والسائلة التي تدخل البيئة إلى تنقية وتحييد الشوائب الخطرة. يتم إرسال النفايات الصلبة إما لمزيد من المعالجة أو تخزينها في ظروف صديقة للبيئة.
وبالتالي، فإن العملية التكنولوجية الكيميائية ككل هي نظام معقد يتكون من عمليات (عناصر) فردية مترابطة وتتفاعل مع البيئة.
عناصر النظام الكيميائي التكنولوجي هي العمليات المذكورة أعلاه لنقل الحرارة والكتلة، والهيدروميكانيكية، والكيميائية، وما إلى ذلك. وتعتبر عمليات واحدة للتكنولوجيا الكيميائية.
النظام الفرعي المهم للعملية التكنولوجية الكيميائية المعقدة هو العملية الكيميائية.
العملية الكيميائية هي تفاعل كيميائي واحد أو أكثر مصحوب بظواهر انتقال الحرارة والكتلة والزخم، مما يؤثر على بعضها البعض وعلى مسار التفاعل الكيميائي.
يتيح لنا تحليل العمليات الفردية وتأثيرها المتبادل تطوير نظام تكنولوجي.
النظام التكنولوجي عبارة عن مجموعة من المعلمات التكنولوجية (درجة الحرارة، والضغط، وتركيزات الكاشف، وما إلى ذلك) التي تحدد ظروف تشغيل جهاز أو نظام جهاز (مخطط تدفق العملية).
ظروف العملية المثلى هي مزيج من المعلمات الأساسية (درجة الحرارة، الضغط، تكوين خليط التفاعل الأولي، وما إلى ذلك)، والذي يسمح بالحصول على أعلى إنتاجية للمنتج بسرعة عالية أو ضمان أقل تكلفة، مع مراعاة شروط الاستخدام الرشيد للمنتج. المواد الخام والطاقة والتقليل من الأضرار المحتملة على البيئة.
تتم عمليات الوحدة في أجهزة مختلفة - المفاعلات الكيميائية، وأعمدة الامتصاص والتقطير، والمبادلات الحرارية، وما إلى ذلك. ويتم توصيل الأجهزة الفردية في مخطط تدفق العملية.
المخطط التكنولوجي هو نظام مبني بشكل عقلاني للأجهزة الفردية المتصلة بأنواع مختلفة من التوصيلات (المباشرة والعكسية والمتسلسلة والمتوازية)، مما يجعل من الممكن الحصول على منتج معين بجودة معينة من المواد الخام الطبيعية أو المنتجات شبه المصنعة.
يمكن أن تكون المخططات التكنولوجية مفتوحة أو مغلقة، وقد تحتوي على تدفقات تحويلية (التفافية) وعمليات إعادة تدوير، مما يجعل من الممكن زيادة كفاءة النظام التكنولوجي الكيميائي ككل.
يعد تطوير وبناء مخطط تكنولوجي عقلاني مهمة مهمة للتكنولوجيا الكيميائية.
تصنيف التفاعلات الكيميائية الكامنة وراء العمليات التكنولوجية الكيميائية الصناعية
يُعرف في الكيمياء الحديثة عدد كبير من التفاعلات الكيميائية المختلفة. يتم تنفيذ العديد منها في المفاعلات الكيميائية الصناعية، وبالتالي تصبح موضوع دراسة التكنولوجيا الكيميائية.
ولتسهيل دراسة الظواهر المتشابهة في طبيعتها جرت العادة في العلم على تصنيفها حسب الخصائص المشتركة. اعتمادا على الميزات التي يتم اتخاذها كأساس، هناك عدة أنواع من تصنيف التفاعلات الكيميائية.
أحد أنواع التصنيف المهمة هو التصنيف وفقًا لـ آلية رد الفعل.هناك تفاعلات بسيطة (أحادية المرحلة) ومعقدة (متعددة المراحل)، ولا سيما التفاعلات المتوازية والمتسلسلة والمتوازية.
التفاعلات التي تتطلب التغلب على حاجز طاقة واحد فقط (مرحلة واحدة) تسمى بسيطة.
تشمل التفاعلات المعقدة عدة مراحل متوازية أو متسلسلة (تفاعلات بسيطة).
ردود الفعل الحقيقية ذات الخطوة الواحدة نادرة للغاية. ومع ذلك، فإن بعض التفاعلات المعقدة التي تمر عبر عدد من المراحل الوسيطة يمكن اعتبارها بسيطة من الناحية الشكلية. وهذا ممكن في الحالات التي لا يتم فيها اكتشاف منتجات التفاعل الوسيطة في ظل ظروف المشكلة قيد النظر.
تصنيف ردود الفعل بواسطة الجزيئيةيأخذ في الاعتبار عدد الجزيئات المشاركة في التفاعل الأولي؛ تتميز التفاعلات الأحادية والثنائية والثلاثية الجزيئية.
شكل المعادلة الحركية (اعتماد معدل التفاعل على تراكيز الكواشف) يسمح بالتصنيف حسب ترتيب التفاعل .ترتيب التفاعل هو مجموع أسس تراكيز المواد المتفاعلة في المعادلة الحركية. هناك ردود فعل من الأوامر الأولى والثانية والثالثة والكسرية.
التفاعلات الكيميائية مميزة أيضًا عن طريق التأثير الحراري.عند حدوث تفاعلات طاردة للحرارة، مصحوبة بإطلاق الحرارة ( س> 0)، ينخفض المحتوى الحراري لنظام التفاعل ( ∆ح < 0); при протекании эндотермических реакций, сопровождающихся поглощением теплоты (س< 0) هناك زيادة في المحتوى الحراري لنظام التفاعل ( ∆ح> 0).
يعد اختيار تصميم المفاعل الكيميائي وطرق التحكم في العملية أمرًا ضروريًا تكوين المرحلةنظام رد الفعل.
اعتمادًا على عدد المراحل (واحدة أو عدة) التي تتكون منها الكواشف الأولية ومنتجات التفاعل، تنقسم التفاعلات الكيميائية إلى الطور المتماثل والطور المتغاير.
تسمى التفاعلات التي تكون فيها المواد المتفاعلة البادئة والوسائط المستقرة ومنتجات التفاعل كلها ضمن نفس الطور بالطور المتماثل.
التفاعلات التي تشكل فيها المواد المتفاعلة البادئة والوسائط المستقرة ومنتجات التفاعل أكثر من مرحلة واحدة تسمى الطور المتغاير.
اعتمادا علي مناطق التدفقوتنقسم التفاعلات إلى تفاعلات متجانسة وغير متجانسة.
لا تتطابق مفاهيم التفاعلات "المتجانسة" و"غير المتجانسة" مع مفاهيم العمليات "الطورية المتجانسة" و"غير المتجانسة". يعكس تجانس التفاعل وعدم تجانسه، إلى حد ما، آليته: ما إذا كان التفاعل يحدث في الجزء الأكبر من مرحلة واحدة أو في الواجهة. إن طبيعة العملية ذات الطور المتجانس وغير المتجانس تسمح لنا فقط بالحكم على تكوين المرحلة للمشاركين في التفاعل.
في حالة التفاعلات المتجانسة تكون المواد المتفاعلة والنواتج في نفس الطور (سائلة أو غازية) ويحدث التفاعل ضمن حجم هذا الطور. على سبيل المثال، أكسدة أكسيد النيتروجين مع الأكسجين الجوي في إنتاج حمض النيتريك هي تفاعلات الطور الغازي، وتفاعلات الأسترة (إنتاج الإسترات من الأحماض العضوية والكحوليات) هي تفاعلات الطور السائل.
عند حدوث تفاعلات غير متجانسة، يكون أحد المواد المتفاعلة أو المنتجات على الأقل في حالة طور تختلف عن حالة الطور للمشاركين الآخرين، ويجب أخذ واجهة الطور في الاعتبار عند تحليلها. على سبيل المثال، تعتبر معادلة حمض مع قلوي عملية متجانسة الطور. التوليف الحفزي للأمونيا هو عملية غير متجانسة الطور. إن أكسدة الهيدروكربونات في الطور السائل بواسطة الأكسجين الغازي هي عملية غير متجانسة، ولكن التفاعل الكيميائي الذي يحدث يكون متجانسًا. طحن الجير CaO + H 2 O Ca (OH) 2، حيث يشكل المشاركون الثلاثة في التفاعل مراحل منفصلة، ويحدث التفاعل عند السطح البيني بين الماء وأكسيد الكالسيوم، هو عملية غير متجانسة ذات طور مختلف.
اعتمادا على ما إذا كانت المواد الخاصة - المحفزات - تستخدم أو لا تستخدم لتغيير معدل التفاعل، يتم تمييزها الحفازو غير محفزالتفاعلات وبالتالي العمليات التكنولوجية الكيميائية. الغالبية العظمى من التفاعلات الكيميائية التي تعتمد عليها عمليات الهندسة الكيميائية الصناعية هي تفاعلات تحفيزية.
تصنيف المواد غير العضوية مع أمثلة للمركبات
الآن دعونا نحلل مخطط التصنيف الموضح أعلاه بمزيد من التفصيل.
كما نرى، أولا وقبل كل شيء، يتم تقسيم جميع المواد غير العضوية إلى بسيطو معقد:
مواد بسيطة هذه هي المواد التي تتكون من ذرات عنصر كيميائي واحد فقط. على سبيل المثال، المواد البسيطة هي الهيدروجين H2، الأكسجين O2، الحديد الحديد، الكربون C، الخ.
من بين المواد البسيطة هناك المعادن, اللافلزاتو الغازات النبيلة:
المعادنتتكون من عناصر كيميائية تقع أسفل قطري البورون-أستاتين، وكذلك جميع العناصر الموجودة في مجموعات جانبية.
الغازات النبيلةتتكون من العناصر الكيميائية للمجموعة VIIIA.
اللافلزاتتتشكل على التوالي من العناصر الكيميائية الموجودة فوق قطري البورون-أستاتين، باستثناء جميع عناصر المجموعات الفرعية الجانبية والغازات النبيلة الموجودة في المجموعة الثامنة أ:
غالبًا ما تتطابق أسماء المواد البسيطة مع أسماء العناصر الكيميائية التي تتكون منها ذراتها. ومع ذلك، بالنسبة للعديد من العناصر الكيميائية، فإن ظاهرة التآصل منتشرة على نطاق واسع. التآصل هو الظاهرة التي يكون فيها عنصر كيميائي واحد قادرًا على تكوين عدة مواد بسيطة. على سبيل المثال، في حالة العنصر الكيميائي الأكسجين، من الممكن وجود مركبات جزيئية ذات الصيغتين O 2 و O 3. تسمى المادة الأولى عادة بالأكسجين بنفس طريقة تسمية العنصر الكيميائي الذي تتكون ذراته، والمادة الثانية (O3) تسمى عادة بالأوزون. يمكن أن تعني مادة الكربون البسيطة أيًا من تعديلاتها المتآصلة، على سبيل المثال، الماس أو الجرافيت أو الفوليرين. يمكن فهم مادة الفوسفور البسيطة على أنها تعديلاتها المتآصلة، مثل الفوسفور الأبيض والفوسفور الأحمر والفوسفور الأسود.
المواد المعقدة
المواد المعقدة هي مواد تتكون من ذرات عنصرين كيميائيين أو أكثر.
على سبيل المثال، المواد المعقدة هي الأمونيا NH 3، وحمض الكبريتيك H 2 SO 4، والجير المطفأ Ca (OH) 2، وعدد لا يحصى من المواد الأخرى.
من بين المواد غير العضوية المعقدة، هناك 5 فئات رئيسية، وهي الأكاسيد والقواعد والهيدروكسيدات المذبذبة والأحماض والأملاح:
أكاسيد - مواد معقدة تتكون من عنصرين كيميائيين أحدهما الأكسجين في حالة الأكسدة -2.
يمكن كتابة الصيغة العامة للأكاسيد بالشكل E x O y، حيث E هو رمز العنصر الكيميائي.
تسميات الأكاسيد
يعتمد اسم أكسيد العنصر الكيميائي على المبدأ:
على سبيل المثال:
Fe 2 O 3 - أكسيد الحديد (III)؛ CuO - أكسيد النحاس (II)؛ N 2 O 5 - أكسيد النيتريك (V)
يمكنك في كثير من الأحيان العثور على معلومات تشير إلى تكافؤ العنصر بين قوسين، ولكن هذا ليس هو الحال. لذلك، على سبيل المثال، حالة أكسدة النيتروجين N 2 O 5 هي +5، والتكافؤ، بشكل غريب بما فيه الكفاية، هو أربعة.
إذا كان العنصر الكيميائي لديه حالة أكسدة موجبة واحدة في المركبات، فلا تتم الإشارة إلى حالة الأكسدة. على سبيل المثال:
نا 2 يا - أكسيد الصوديوم؛ ح 2 يا - أكسيد الهيدروجين؛ ZnO - أكسيد الزنك.
تصنيف الأكاسيد
تنقسم الأكاسيد وفقًا لقدرتها على تكوين الأملاح عند التفاعل مع الأحماض أو القواعد إلى تشكيل الملحو غير تشكيل الملح.
هناك عدد قليل من الأكاسيد غير الملحية، وجميعها تتشكل بواسطة اللافلزات في حالة الأكسدة +1 و +2. يجب أن نتذكر قائمة الأكاسيد غير المكونة للملح: CO، SiO، N 2 O، NO.
وتنقسم أكاسيد تشكيل الملح بدورها إلى أساسي, حمضيةو مذبذب.
أكاسيد أساسيةهي تلك الأكاسيد التي عند تفاعلها مع الأحماض (أو الأكاسيد الحمضية) تشكل أملاحًا. تشمل الأكاسيد الأساسية أكاسيد فلزية في حالة الأكسدة +1 و+2، باستثناء الأكاسيد BeO، ZnO، SnO، PbO.
أكاسيد حمضيةهذه هي الأكاسيد التي تشكل أملاحًا عند التفاعل مع القواعد (أو الأكاسيد الأساسية). الأكاسيد الحمضية هي تقريبًا جميع أكاسيد اللافلزات باستثناء ثاني أكسيد الكربون غير الملحي وأكسيد النيتروجين وN2O وSiO، بالإضافة إلى جميع أكاسيد المعادن في حالات الأكسدة العالية (+5 و+6 و+7).
أكاسيد مذبذبةتسمى الأكاسيد التي يمكن أن تتفاعل مع كل من الأحماض والقواعد، ونتيجة لهذه التفاعلات تشكل الأملاح. تظهر هذه الأكاسيد طبيعة حمضية-قاعدية مزدوجة، أي أنها يمكن أن تظهر خصائص كل من الأكاسيد الحمضية والقاعدية. تشمل الأكاسيد المذبذبة أكاسيد فلزية في حالات الأكسدة +3، +4، بالإضافة إلى أكاسيد BeO وZnO وSnO وPbO كاستثناءات.
يمكن لبعض المعادن أن تشكل الأنواع الثلاثة من الأكاسيد المكونة للملح. على سبيل المثال، يشكل الكروم الأكسيد الأساسي CrO، والأكسيد المذبذب Cr2O3 والأكسيد الحمضي CrO3.
كما ترون، تعتمد الخواص الحمضية القاعدية لأكاسيد المعادن بشكل مباشر على درجة أكسدة المعدن في الأكسيد: كلما ارتفعت درجة الأكسدة، كلما كانت الخواص الحمضية أكثر وضوحًا.
أسباب
أسباب - مركبات لها الصيغة Me(OH) x حيث سفي أغلب الأحيان يساوي 1 أو 2.
الاستثناءات: Be(OH) 2، Zn(OH) 2، Sn(OH) 2 وPb(OH) 2 ليست قواعد، على الرغم من حالة أكسدة المعدن +2. هذه المركبات هي هيدروكسيدات مذبذبة، والتي سيتم مناقشتها بمزيد من التفصيل في هذا الفصل.
تصنيف القواعد
يتم تصنيف القواعد حسب عدد مجموعات الهيدروكسيل في الوحدة الهيكلية الواحدة.
قواعد تحتوي على مجموعة هيدروكسو واحدة، أي. يسمى النوع MeOH قواعد أحادية الحمض،مع مجموعتين هيدروكسو، أي. اكتب Me(OH) 2، على التوالي، ثنائي الحمضإلخ.
وتنقسم القواعد أيضًا إلى قابلة للذوبان (قلويات) وغير قابلة للذوبان.
تشتمل القلويات حصريًا على هيدروكسيدات الفلزات القلوية والقلوية الأرضية، بالإضافة إلى هيدروكسيد الثاليوم TlOH.
تسميات القواعد
يعتمد اسم المؤسسة على المبدأ التالي:
على سبيل المثال:
Fe(OH) 2 - هيدروكسيد الحديد (II)،
Cu(OH) 2 - هيدروكسيد النحاس (II).
في الحالات التي يكون فيها المعدن في المواد المعقدة لديه حالة أكسدة ثابتة، ليس من الضروري الإشارة إليها. على سبيل المثال:
هيدروكسيد الصوديوم - هيدروكسيد الصوديوم،
Ca(OH) 2 - هيدروكسيد الكالسيوم، الخ.
الأحماض
الأحماض - مواد معقدة تحتوي جزيئاتها على ذرات هيدروجين يمكن استبدالها بمعدن.
يمكن كتابة الصيغة العامة للأحماض بالشكل H x A، حيث H هي ذرات الهيدروجين التي يمكن استبدالها بمعدن، وA هي البقايا الحمضية.
على سبيل المثال، تشتمل الأحماض على مركبات مثل H2SO4، وHCl، وHNO3، وHNO2، وما إلى ذلك.
تصنيف الأحماض
حسب عدد ذرات الهيدروجين التي يمكن استبدالها بمعدن، تنقسم الأحماض إلى:
- يا الأحماض الأساسية: HF، حمض الهيدروكلوريك، HBr، مرحبا، HNO 3؛
- د الأحماض الأساسية: H 2 SO 4، H 2 SO 3، H 2 CO 3؛
- ت أحماض الريهوباسيك: ح 3 ص 4 , ح 3 بو 3 .
وتجدر الإشارة إلى أن عدد ذرات الهيدروجين في حالة الأحماض العضوية لا يعكس في أغلب الأحيان قاعديتها. على سبيل المثال، حمض الأسيتيك الذي له الصيغة CH 3 COOH، على الرغم من وجود 4 ذرات هيدروجين في الجزيء، ليس رباعي بل أحادي القاعدة. يتم تحديد قاعدة الأحماض العضوية من خلال عدد مجموعات الكربوكسيل (-COOH) في الجزيء.
أيضًا، بناءً على وجود الأكسجين في الجزيئات، تنقسم الأحماض إلى خالية من الأكسجين (HF، HCl، HBr، إلخ) وتحتوي على الأكسجين (H 2 SO 4، HNO 3، H 3 PO 4، إلخ.) . وتسمى أيضًا الأحماض المحتوية على الأكسجين أحماض الأكسدة.
يمكنك قراءة المزيد عن تصنيف الأحماض.
تسمية الأحماض وبقايا الأحماض
القائمة التالية لأسماء وصيغ الأحماض وبقايا الأحماض أمر لا بد منه.
في بعض الحالات، يمكن لعدد من القواعد التالية أن تجعل الحفظ أسهل.
كما يتبين من الجدول أعلاه، فإن بناء الأسماء المنهجية للأحماض الخالية من الأكسجين يكون كما يلي:
على سبيل المثال:
HF — حمض الهيدروفلوريك؛
حمض الهيدروكلوريك - حمض الهيدروكلوريك؛
H 2 S هو حمض الهيدروكبريتيد.
تعتمد أسماء المخلفات الحمضية للأحماض الخالية من الأكسجين على المبدأ:
على سبيل المثال، Cl - - كلوريد، Br - - بروميد.
يتم الحصول على أسماء الأحماض المحتوية على الأكسجين عن طريق إضافة لاحقات ونهايات مختلفة لاسم العنصر المكون للحمض. على سبيل المثال، إذا كان العنصر المكون للحمض في حمض يحتوي على الأكسجين لديه أعلى حالة أكسدة، فسيتم إنشاء اسم هذا الحمض على النحو التالي:
على سبيل المثال، حمض الكبريتيك H 2 S +6 O 4، وحمض الكروميك H 2 Cr +6 O 4.
يمكن أيضًا تصنيف جميع الأحماض المحتوية على الأكسجين على أنها هيدروكسيدات حمضية لأنها تحتوي على مجموعات الهيدروكسيل (OH). على سبيل المثال، يمكن ملاحظة ذلك من خلال الصيغ الرسومية التالية لبعض الأحماض المحتوية على الأكسجين:
وبالتالي، يمكن أن يسمى حمض الكبريتيك هيدروكسيد الكبريت (VI)، وحمض النيتريك - هيدروكسيد النيتروجين (V)، وحمض الفوسفوريك - هيدروكسيد الفوسفور (V)، وما إلى ذلك. في هذه الحالة، يصف الرقم الموجود بين قوسين درجة أكسدة العنصر المكون للحمض. قد يبدو هذا الإصدار من أسماء الأحماض المحتوية على الأكسجين غير عادي للغاية بالنسبة للكثيرين، ومع ذلك، في بعض الأحيان يمكن العثور على هذه الأسماء في KIMs الحقيقية لامتحان الدولة الموحدة في الكيمياء في مهام تصنيف المواد غير العضوية.
هيدروكسيدات مذبذبة
هيدروكسيدات مذبذبة - هيدروكسيدات فلزية ذات طبيعة مزدوجة، أي. قادرة على عرض كل من خصائص الأحماض وخصائص القواعد.
هيدروكسيدات المعادن في حالات الأكسدة +3 و +4 تكون مذبذبة (كما هو الحال مع الأكاسيد).
أيضًا، كاستثناءات، تشمل الهيدروكسيدات المذبذبة المركبات Be(OH) 2، Zn(OH) 2، Sn(OH) 2 وPb(OH) 2، على الرغم من حالة أكسدة المعدن فيها +2.
بالنسبة للهيدروكسيدات المذبذبة للمعادن ثلاثية ورباعية التكافؤ، من الممكن وجود أشكال أورثو وفوقية، تختلف عن بعضها البعض بجزيء ماء واحد. على سبيل المثال، يمكن أن يتواجد هيدروكسيد الألومنيوم (III) في الصورة أورثو Al(OH)3 أو في الصورة الفوقية AlO(OH) (ميتاهيدروكسيد).
نظرًا لأنه، كما ذكرنا سابقًا، تظهر الهيدروكسيدات المذبذبة خصائص الأحماض وخصائص القواعد، فيمكن أيضًا كتابة صيغتها واسمها بشكل مختلف: إما كقاعدة أو كحمض. على سبيل المثال:
أملاح
أملاح - هذه مواد معقدة تحتوي على كاتيونات معدنية وأنيونات من بقايا الحمض.
على سبيل المثال، تشتمل الأملاح على مركبات مثل KCl، Ca(NO 3) 2، NaHCO 3، إلخ.
التعريف الموضح أعلاه يصف تركيب معظم الأملاح، إلا أن هناك أملاح لا تندرج تحته. على سبيل المثال، بدلاً من الكاتيونات المعدنية، قد يحتوي الملح على كاتيونات الأمونيوم أو مشتقاته العضوية. أولئك. وتشمل الأملاح مركبات مثل، على سبيل المثال، (NH 4) 2 SO 4 (كبريتات الأمونيوم)، + Cl - (كلوريد الأمونيوم الميثيل)، إلخ.
كما يتناقض أيضًا تعريف الأملاح أعلاه فئة ما يسمى بالأملاح المعقدة، والتي سيتم مناقشتها في نهاية هذا الموضوع.
تصنيف الأملاح
من ناحية أخرى، يمكن اعتبار الأملاح منتجات لاستبدال كاتيونات الهيدروجين H + في الحمض بكاتيونات أخرى، أو كمنتجات لاستبدال أيونات الهيدروكسيد في القواعد (أو هيدروكسيدات مذبذبة) بأنيونات أخرى.
مع الاستبدال الكامل، ما يسمى متوسطأو طبيعيملح. على سبيل المثال، مع الاستبدال الكامل لكاتيونات الهيدروجين في حامض الكبريتيك بكاتيونات الصوديوم، يتكون ملح متوسط (عادي) Na 2 SO 4، ومع الاستبدال الكامل لأيونات الهيدروكسيد في القاعدة Ca (OH) 2 ببقايا حمضية من أيونات النترات ، يتكون ملح متوسط (عادي) Ca(NO3)2.
تسمى الأملاح التي يتم الحصول عليها عن طريق الاستبدال غير الكامل لكاتيونات الهيدروجين في حمض ثنائي القاعدة (أو أكثر) بكاتيونات معدنية حمضية. وبالتالي، عندما يتم استبدال كاتيونات الهيدروجين في حامض الكبريتيك بشكل غير كامل بكاتيونات الصوديوم، يتكون الملح الحمضي NaHSO 4.
تسمى الأملاح التي تتكون من الاستبدال غير الكامل لأيونات الهيدروكسيد في قواعد ثنائية الحمض (أو أكثر) بالقواعد. ياأملاح قوية. على سبيل المثال، عندما يتم استبدال أيونات الهيدروكسيد الموجودة في القاعدة Ca(OH) 2 بشكل غير كامل بأيونات النترات، يتم تكوين قاعدة ياالملح الشفاف Ca(OH)NO3.
تسمى الأملاح التي تتكون من كاتيونات من معدنين مختلفين وأنيونات من المخلفات الحمضية لحمض واحد فقط أملاح مزدوجة. على سبيل المثال، الأملاح المزدوجة هي KNaCO 3، KMgCl 3، إلخ.
إذا يتكون الملح من نوع واحد من الكاتيونات ونوعين من بقايا الأحماض، تسمى هذه الأملاح مختلطة. على سبيل المثال، الأملاح المختلطة هي المركبات Ca(OCl)Cl، CuBrCl، إلخ.
وهناك أملاح لا تدخل ضمن تعريف الأملاح كمنتجات استبدال كاتيونات الهيدروجين في الأحماض بكاتيونات فلزية أو منتجات استبدال أيونات الهيدروكسيد في القواعد بأنيونات المخلفات الحمضية. هذه أملاح معقدة. على سبيل المثال، الأملاح المعقدة هي رباعي هيدروكسيزينات الصوديوم ورباعي هيدروكسي ألومينات بالصيغة Na 2 وNa، على التوالي. يمكن التعرف على الأملاح المعقدة في أغلب الأحيان من بين أشياء أخرى من خلال وجود أقواس مربعة في الصيغة. ومع ذلك، عليك أن تفهم أنه لكي يتم تصنيف المادة على أنها ملح، يجب أن تحتوي على بعض الكاتيونات غير (أو بدلاً من) H +، ويجب أن تحتوي الأنيونات على بعض الأنيونات غير (أو بدلاً من) OH - . على سبيل المثال، لا ينتمي المركب H2 إلى فئة الأملاح المعقدة، لأنه عندما ينفصل عن الكاتيونات، توجد فقط كاتيونات الهيدروجين H + في المحلول. بناءً على نوع التفكك، ينبغي تصنيف هذه المادة على أنها حمض معقد خالي من الأكسجين. وبالمثل، فإن مركب OH لا ينتمي إلى الأملاح، لأن يتكون هذا المركب من كاتيونات + وأيونات هيدروكسيد OH -، أي. ينبغي اعتباره أساسًا شاملاً.
تسميات الأملاح
تسمية الأملاح المتوسطة والحمضية
يعتمد اسم الأملاح المتوسطة والحمضية على المبدأ:
إذا كانت حالة أكسدة المعدن في المواد المعقدة ثابتة، فلا يشار إليها.
تم ذكر أسماء بقايا الأحماض أعلاه عند النظر في تسميات الأحماض.
على سبيل المثال،
نا 2 SO 4 - كبريتات الصوديوم؛
NaHSO 4 - كبريتات هيدروجين الصوديوم؛
كربونات الكالسيوم 3 - كربونات الكالسيوم.
Ca(HCO 3) 2 - بيكربونات الكالسيوم، إلخ.
تسمية الأملاح الأساسية
تعتمد أسماء الأملاح الرئيسية على المبدأ:
على سبيل المثال:
(CuOH) 2 CO 3 - هيدروكسي كربونات النحاس (II)؛
Fe(OH) 2 NO 3 - ثنائي هيدروكسي نترات الحديد (III).
تسمية الأملاح المعقدة
تعتبر تسمية المركبات المعقدة أكثر تعقيدًا، ولتتمكن من اجتياز اختبار الدولة الموحدة، لا تحتاج إلى معرفة الكثير عن تسمية الأملاح المعقدة.
يجب أن تكون قادرًا على تسمية الأملاح المعقدة التي يتم الحصول عليها عن طريق تفاعل المحاليل القلوية مع هيدروكسيدات مذبذبة. على سبيل المثال:
* تشير نفس الألوان في الصيغة والاسم إلى العناصر المقابلة للصيغة والاسم.
أسماء تافهة للمواد غير العضوية
ونقصد بالأسماء التافهة أسماء المواد التي لا علاقة لها، أو علاقة ضعيفة، بتركيبها وبنيتها. يتم تحديد الأسماء التافهة، كقاعدة عامة، إما لأسباب تاريخية أو من خلال الخصائص الفيزيائية أو الكيميائية لهذه المركبات.
قائمة الأسماء التافهة للمواد غير العضوية التي تحتاج إلى معرفتها:
| نا 3 | الكرايوليت بعلم المعادن |
| SiO2 | الكوارتز والسيليكا |
| فيس 2 | البيريت، البيريت الحديد |
| CaSO4∙2H2O | جبس |
| CaC2 | كربيد الكالسيوم |
| آل 4 ج 3 | كربيد الألومنيوم |
| كوه | البوتاسيوم الكاوي |
| هيدروكسيد الصوديوم | الصودا الكاوية، الصودا الكاوية |
| H2O2 | بيروكسيد الهيدروجين |
| CuSO4 ∙5H2O | كبريتات النحاس |
| NH4Cl | الأمونيا |
| كربونات الكالسيوم 3 | الطباشير والرخام والحجر الجيري |
| N2O | غاز الضحك |
| لا 2 | الغاز البني |
| NaHCO3 | صودا الخبز (الشرب). |
| Fe3O4 | مقياس الحديد |
| NH 3 ∙H 2 O (NH 4 OH) | الأمونيا |
| شركة | أول أكسيد الكربون |
| ثاني أكسيد الكربون | ثاني أكسيد الكربون |
| كربيد كربيد | كاربورندوم (كربيد السيليكون) |
| الرقم الهيدروجيني 3 | الفوسفين |
| نه 3 | الأمونيا |
| كلوريد البوتاسيوم3 | ملح بيرثوليت (كلورات البوتاسيوم) |
| (كوه) 2CO3 | الملكيت |
| تساو | الجير الحي |
| الكالسيوم (أوه) 2 | الجير المطفأ |
| محلول مائي شفاف من Ca(OH)2 | ماء الجير |
| تعليق المادة الصلبة Ca(OH)2 في محلولها المائي | حليب الليمون |
| K2CO3 | البوتاس |
| نا 2 كو 3 | رماد الصودا |
| Na 2 CO 3 ∙10H 2 O | الصودا الكريستالية |
| أهداب الشوق | المغنيسيا |
يجب التمييز بين التفاعلات الكيميائية والتفاعلات النووية. ونتيجة للتفاعلات الكيميائية، فإن العدد الإجمالي لذرات كل عنصر كيميائي وتركيبه النظائري لا يتغير. أما التفاعلات النووية فهي مسألة مختلفة - عمليات تحول النوى الذرية نتيجة تفاعلها مع النوى الأخرى أو الجسيمات الأولية، على سبيل المثال تحويل الألومنيوم إلى المغنيسيوم:
27 13 آل + 1 1 ح = 24 12 ملغم + 2 4 هي
تصنيف التفاعلات الكيميائية متعدد الأوجه، أي أنه يمكن أن يعتمد على خصائص مختلفة. ولكن أي من هذه الخصائص يمكن أن تشمل التفاعلات بين المواد غير العضوية والعضوية.
دعونا نفكر في تصنيف التفاعلات الكيميائية وفقًا لمعايير مختلفة.
I. حسب عدد وتركيب المواد المتفاعلة
التفاعلات التي تحدث دون تغيير في تركيب المواد.
في الكيمياء غير العضوية، تشمل هذه التفاعلات عمليات الحصول على تعديلات تآصلية لعنصر كيميائي واحد، على سبيل المثال:
C (الجرافيت) ↔ C (الماس)
S (معيني) ↔ S (أحادي الميل)
ف (أبيض) ↔ ف (أحمر)
Sn (قصدير أبيض) ↔ Sn (قصدير رمادي)
3O 2 (أكسجين) ↔ 2O 3 (أوزون)
في الكيمياء العضوية، يمكن أن يشمل هذا النوع من التفاعل تفاعلات الأيزومرة، التي تحدث دون تغيير ليس فقط في التركيب النوعي، ولكن أيضًا في التركيب الكمي لجزيئات المواد، على سبيل المثال:
1. إيزومرة الألكانات.
يعد تفاعل الأيزومرة للألكانات ذا أهمية عملية كبيرة، حيث أن الهيدروكربونات ذات البنية المتساوية لها قدرة أقل على الانفجار.
2. إيزومرة الألكينات.
3. إيزومرة الألكينات (تفاعل A.E. Favorsky).
CH 3 - CH 2 - C= - CH ↔ CH 3 - C= - C- CH 3
إيثيل الأسيتيلين ثنائي ميثيل الأسيتيلين
4. إيزومرة الهالوكانات (A. E. Favorsky, 1907).
5. إيزومرة سيانيت الأمونيوم عند تسخينه.
تم تصنيع اليوريا لأول مرة بواسطة F. Wöhler في عام 1828 عن طريق أيزومرة سيانات الأمونيوم عند تسخينها.
التفاعلات التي تحدث مع تغير في تركيب المادة
يمكن تمييز أربعة أنواع من هذه التفاعلات: التركيب والتحلل والاستبدال والتبادل.
1. التفاعلات المركبة هي تفاعلات تتكون فيها مادة معقدة واحدة من مادتين أو أكثر
في الكيمياء غير العضوية، يمكن النظر في مجموعة كاملة من التفاعلات المركبة، على سبيل المثال، باستخدام مثال تفاعلات إنتاج حمض الكبريتيك من الكبريت:
1. تحضير أكسيد الكبريت (الرابع):
S + O 2 = SO - من مادتين بسيطتين تتكون مادة واحدة معقدة.
2. تحضير أكسيد الكبريت (السادس):
SO 2 + 0 2 → 2SO 3 - تتكون مادة معقدة من مواد بسيطة ومعقدة.
3. تحضير حامض الكبريتيك :
SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 - تتكون مادة معقدة واحدة من مادتين معقدتين.
مثال على التفاعل المركب الذي تتشكل فيه مادة معقدة واحدة من أكثر من مادتين أوليتين هو المرحلة النهائية لإنتاج حمض النيتريك:
4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3
في الكيمياء العضوية، تسمى التفاعلات المركبة عادة "تفاعلات الإضافة". يمكن النظر في مجموعة كاملة من هذه التفاعلات باستخدام مثال كتلة من التفاعلات التي تميز خصائص المواد غير المشبعة، على سبيل المثال الإيثيلين:
1. تفاعل الهدرجة - إضافة الهيدروجين:
CH 2 = CH 2 + H 2 → H 3 -CH 3
الإيثين → الإيثان
2. تفاعل الترطيب - إضافة الماء.
3. تفاعل البلمرة.
2. تفاعلات التحلل هي تفاعلات تتشكل فيها عدة مواد جديدة من مادة معقدة واحدة.
في الكيمياء غير العضوية، يمكن اعتبار مجموعة كاملة من هذه التفاعلات في كتلة التفاعلات لإنتاج الأكسجين بالطرق المخبرية:
1. تحلل أكسيد الزئبق الثنائي - يتشكل اثنان بسيطان من مادة واحدة معقدة.
2. تحلل نترات البوتاسيوم - من مادة معقدة واحدة تتشكل مادة بسيطة وأخرى معقدة.
3. تحلل برمنجنات البوتاسيوم - من مادة معقدة واحدة يتم تشكيل مادتين معقدتين وواحدة بسيطة، أي ثلاث مواد جديدة.
في الكيمياء العضوية، يمكن اعتبار تفاعلات التحلل في كتلة التفاعلات لإنتاج الإيثيلين في المختبر وفي الصناعة:
1. تفاعل الجفاف (إزالة الماء) من الإيثانول:
C 2 H 5 OH → CH 2 = CH 2 + H 2 O
2. تفاعل نزع الهيدروجين (إزالة الهيدروجين) للإيثان:
CH 3 -CH 3 → CH 2 = CH 2 + H 2
أو CH 3 -CH 3 → 2C + ZN 2
3. تفاعل تكسير (تقسيم) البروبان:
CH 3 -CH 2 -CH 3 → CH 2 = CH 2 + CH 4
3. تفاعلات الاستبدال هي تفاعلات تحل فيها ذرات مادة بسيطة محل ذرات عنصر ما في مادة معقدة.
في الكيمياء غير العضوية، مثال على هذه العمليات هو كتلة من التفاعلات التي تميز خصائص المعادن، على سبيل المثال:
1. تفاعل الفلزات القلوية أو القلوية الأرضية مع الماء:
2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2
2. تفاعل المعادن مع الأحماض في المحلول :
Zn + 2HCl = ZnСl 2 + H 2
3. تفاعل المعادن مع الأملاح في المحلول :
الحديد + CuSO4 = FeSO4 + النحاس
4. الحرارة المعدنية:
2Al + Cr 2 O 3 → Al 2 O 3 + 2Сr
إن موضوع دراسة الكيمياء العضوية ليس مواد بسيطة، بل مركبات فقط. لذلك، كمثال على تفاعل الاستبدال، نقدم الخاصية الأكثر تميزًا للمركبات المشبعة، وخاصة الميثان، - قدرة ذرات الهيدروجين على استبدال ذرات الهالوجين. مثال آخر هو معالجة المركب العطري بالبروم (البنزين والتولوين والأنيلين).
ج 6 ح 6 + ر 2 → ج 6 ح 5 ر + ه ب ر
البنزين → بروموبنزين
دعونا ننتبه إلى خصوصية تفاعل الاستبدال في المواد العضوية: نتيجة لمثل هذه التفاعلات، لا تتشكل مادة بسيطة ومعقدة، كما هو الحال في الكيمياء غير العضوية، ولكن مادتين معقدتين.
في الكيمياء العضوية، تتضمن تفاعلات الاستبدال أيضًا بعض التفاعلات بين مادتين معقدتين، على سبيل المثال، نترات البنزين. إنه رد فعل تبادلي رسميًا. حقيقة أن هذا رد فعل استبدالي تصبح واضحة فقط عند النظر في آليته.
4. تفاعلات التبادل هي تفاعلات يتم فيها تبادل مادتين معقدتين مكوناتهما
تميز هذه التفاعلات خصائص الشوارد، وفي المحاليل تتم وفقًا لقاعدة بيرثوليت، أي فقط إذا كانت النتيجة هي تكوين راسب أو غاز أو مادة متفككة قليلاً (على سبيل المثال، H 2 O).
في الكيمياء غير العضوية، يمكن أن يكون هذا عبارة عن كتلة من التفاعلات التي تميز، على سبيل المثال، خصائص القلويات:
1. تفاعل التحييد الذي يحدث مع تكوين الملح والماء.
2. التفاعل بين القلويات والملح الذي يحدث مع تكوين الغاز.
3. التفاعل بين القلويات والملح وينتج عنه تكوين راسب:
CuSO 4 + 2KOH = Cu(OH) 2 + K 2 SO 4
أو في الشكل الأيوني:
النحاس 2+ + 2OH - = النحاس (OH) 2
في الكيمياء العضوية، يمكننا أن نعتبر كتلة من التفاعلات التي تميز، على سبيل المثال، خصائص حمض الأسيتيك:
1. التفاعل الذي يحدث مع تكوين إلكتروليت ضعيف - H 2 O:
CH 3 COOH + NaOH → Na(CH3COO) + H2O
2. التفاعل الذي يحدث مع تكوين الغاز:
2CH 3 COOH + CaCO 3 → 2CH 3 COO + Ca 2+ + CO 2 + H 2 O
3. التفاعل الذي يحدث مع تكوين الراسب:
2CH 3 COOH + K 2 SO 3 → 2 K (CH 3 COO) + H 2 SO 3
2CH 3 COOH + SiO → 2CH 3 COO + H 2 SiO 3
ثانيا. عن طريق تغيير حالات أكسدة العناصر الكيميائية المكونة للمواد
وبناءً على هذه الخاصية يتم تمييز التفاعلات التالية:
1. التفاعلات التي تحدث مع تغير حالات أكسدة العناصر أو تفاعلات الأكسدة والاختزال.
وتشمل هذه العديد من التفاعلات، بما في ذلك جميع تفاعلات الاستبدال، بالإضافة إلى تفاعلات التجميع والتحلل التي تحتوي على مادة بسيطة واحدة على الأقل، على سبيل المثال:
1. ملغ 0 + H + 2 SO 4 = ملغم +2 SO 4 + H 2
2. 2Mg 0 + O 0 2 = Mg +2 O -2
تتكون تفاعلات الأكسدة والاختزال المعقدة باستخدام طريقة توازن الإلكترون.
2KMn +7 O 4 + 16HCl - = 2KCl - + 2Mn +2 Cl - 2 + 5Cl 0 2 + 8H 2 O
في الكيمياء العضوية، من الأمثلة الصارخة على تفاعلات الأكسدة والاختزال خصائص الألدهيدات.
1. يتم اختزالها إلى الكحولات المقابلة:
تتأكسد الألدكيدات إلى الأحماض المقابلة:
2. التفاعلات التي تحدث دون تغيير في حالات الأكسدة للعناصر الكيميائية.
وتشمل هذه، على سبيل المثال، جميع تفاعلات التبادل الأيوني، وكذلك العديد من التفاعلات المركبة، والعديد من تفاعلات التحلل، وتفاعلات الأسترة:
HCOOH + CHgOH = HCOOCH 3 + H 2 O
ثالثا. بالتأثير الحراري
بناءً على التأثير الحراري، تنقسم التفاعلات إلى طاردة للحرارة وماصة للحرارة.
1. تحدث التفاعلات الطاردة للحرارة مع إطلاق الطاقة.
وتشمل هذه جميع التفاعلات المركبة تقريبًا. الاستثناء النادر هو التفاعل الماص للحرارة لتخليق أكسيد النيتريك (II) من النيتروجين والأكسجين وتفاعل غاز الهيدروجين مع اليود الصلب.
يتم تصنيف التفاعلات الطاردة للحرارة التي تحدث مع إطلاق الضوء على أنها تفاعلات احتراق. تعتبر هدرجة الإيثيلين مثالاً على التفاعل الطارد للحرارة. يعمل في درجة حرارة الغرفة.
2. تحدث تفاعلات ماصة للحرارة مع امتصاص الطاقة.
من الواضح أن هذه ستشمل جميع تفاعلات التحلل تقريبًا، على سبيل المثال:
1. حرق الحجر الجيري
2. تكسير البوتان
تسمى كمية الطاقة المنطلقة أو الممتصة نتيجة التفاعل بالتأثير الحراري للتفاعل، ومعادلة التفاعل الكيميائي التي تدل على هذا التأثير تسمى المعادلة الكيميائية الحرارية:
H 2 (ز) + C 12 (ز) = 2HC 1 (ز) + 92.3 كيلوجول
N 2 (ز) + O 2 (ز) = 2NO (ز) - 90.4 كيلوجول
رابعا. وفقا لحالة تجميع المواد المتفاعلة (تكوين المرحلة)
وفقا لحالة تجميع المواد المتفاعلة، يتم تمييزها:
1. التفاعلات غير المتجانسة - التفاعلات التي تكون فيها المواد المتفاعلة ومنتجات التفاعل في حالات تجميع مختلفة (في مراحل مختلفة).
2. التفاعلات المتجانسة - التفاعلات التي تكون فيها المواد المتفاعلة ومنتجات التفاعل في نفس حالة التجميع (في نفس المرحلة).
V. عن طريق المشاركة المحفزة
بناءً على مشاركة المحفز يتم تمييزها:
1. التفاعلات غير التحفيزية التي تحدث دون مشاركة محفز.
2. التفاعلات التحفيزية التي تحدث بمشاركة محفز. نظرًا لأن جميع التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تحدث في خلايا الكائنات الحية تحدث بمشاركة محفزات بيولوجية خاصة ذات طبيعة بروتينية - الإنزيمات ، فكلها محفزة أو أكثر دقة إنزيمية. وتجدر الإشارة إلى أن أكثر من 70% من الصناعات الكيميائية تستخدم المواد الحفازة.
سادسا. حسب الاتجاه
حسب الاتجاه يتم تمييزها:
1. تحدث تفاعلات لا رجعة فيها تحت ظروف معينة وفي اتجاه واحد فقط. وتشمل هذه جميع تفاعلات التبادل المصحوبة بتكوين راسب أو غاز أو مادة متفككة قليلاً (الماء) وجميع تفاعلات الاحتراق.
2. تحدث التفاعلات العكسية في ظل هذه الظروف في وقت واحد في اتجاهين متعاكسين. الغالبية العظمى من ردود الفعل هذه هي.
في الكيمياء العضوية، تنعكس علامة الانعكاس من خلال الأسماء والمتضادات للعمليات:
الهدرجة - نزع الهيدروجين،
الترطيب - الجفاف،
البلمرة - إزالة البلمرة.
جميع تفاعلات الأسترة (العملية المعاكسة، كما تعلمون، تسمى التحلل المائي) والتحلل المائي للبروتينات والاسترات والكربوهيدرات والنيوكليوتيدات قابلة للعكس. إن عكس هذه العمليات يكمن وراء الخاصية الأكثر أهمية للكائن الحي - التمثيل الغذائي.
سابعا. وفقا لآلية التدفق يتم تمييزها:
1. تحدث تفاعلات جذرية بين الجذور والجزيئات المتكونة أثناء التفاعل.
كما تعلمون، في جميع التفاعلات، يتم كسر الروابط الكيميائية القديمة وتشكل روابط كيميائية جديدة. تحدد طريقة كسر الرابطة في جزيئات المادة البادئة آلية (مسار) التفاعل. إذا كانت المادة مكونة من رابطة تساهمية، فيمكن أن يكون هناك طريقتان لكسر هذه الرابطة: الانحلالي والتحللي. على سبيل المثال، بالنسبة لجزيئات Cl 2، CH 4، وما إلى ذلك، يتم تحقيق انقسام الروابط الانحلالي؛ سيؤدي ذلك إلى تكوين جزيئات ذات إلكترونات غير متزاوجة، أي الجذور الحرة.
تتشكل الجذور غالبًا عندما تنكسر الروابط التي يتم فيها مشاركة أزواج الإلكترونات المشتركة بالتساوي تقريبًا بين الذرات (رابطة تساهمية غير قطبية)، ولكن يمكن أيضًا كسر العديد من الروابط القطبية بطريقة مماثلة، خاصة عندما يحدث التفاعل في الطور الغازي وتحت تأثير الضوء، كما في حالة العمليات التي تمت مناقشتها أعلاه، على سبيل المثال - تفاعل C 12 وCH 4 -. الجذور تفاعلية للغاية لأنها تميل إلى إكمال طبقة الإلكترون الخاصة بها عن طريق أخذ إلكترون من ذرة أو جزيء آخر. على سبيل المثال، عندما يصطدم جذر الكلور بجزيء الهيدروجين، فإنه يتسبب في كسر زوج الإلكترون المشترك الذي يربط ذرات الهيدروجين ويشكل رابطة تساهمية مع إحدى ذرات الهيدروجين. تشكل ذرة الهيدروجين الثانية، بعد أن أصبحت جذرية، زوجًا إلكترونيًا مشتركًا مع الإلكترون غير المقترن لذرة الكلور من جزيء Cl 2 المنهار، مما يؤدي إلى تكوين جذر الكلور الذي يهاجم جزيء هيدروجين جديد، وما إلى ذلك.
تسمى التفاعلات التي تمثل سلسلة من التحولات المتعاقبة بالتفاعلات المتسلسلة. لتطوير نظرية التفاعلات المتسلسلة، حصل اثنان من الكيميائيين البارزين على جائزة نوبل - مواطننا ن.ن.سيمينوف والرجل الإنجليزي س.أ.هينشيلوود.
يستمر تفاعل الاستبدال بين الكلور والميثان بالمثل:
معظم تفاعلات احتراق المواد العضوية وغير العضوية، وتخليق الماء، والأمونيا، وبلمرة الإيثيلين، وكلوريد الفينيل، وما إلى ذلك، تتم من خلال الآلية الجذرية.
2. تحدث التفاعلات الأيونية بين الأيونات الموجودة بالفعل أو التي تكونت أثناء التفاعل.
التفاعلات الأيونية النموذجية هي التفاعلات بين الشوارد في المحلول. تتشكل الأيونات ليس فقط أثناء تفكك الشوارد في المحاليل، ولكن أيضًا تحت تأثير التفريغ الكهربائي أو التسخين أو الإشعاع. على سبيل المثال، تقوم أشعة جاما بتحويل جزيئات الماء والميثان إلى أيونات جزيئية.
وفقًا لآلية أيونية أخرى، تحدث تفاعلات إضافة هاليدات الهيدروجين والهيدروجين والهالوجينات إلى الألكينات، وأكسدة الكحولات وتجفيفها، واستبدال هيدروكسيل الكحول بالهالوجين؛ التفاعلات التي تميز خواص الألدهيدات والأحماض. في هذه الحالة، تتشكل الأيونات عن طريق الانقسام المغاير للروابط التساهمية القطبية.
ثامنا. حسب نوع الطاقة
تتميز بدء رد الفعل:
1. التفاعلات الكيميائية الضوئية. يبدأون بالطاقة الضوئية. بالإضافة إلى العمليات الكيميائية الضوئية لتخليق حمض الهيدروكلوريك أو تفاعل الميثان مع الكلور التي تمت مناقشتها أعلاه، تشمل هذه العمليات إنتاج الأوزون في طبقة التروبوسفير كملوث ثانوي للغلاف الجوي. الدور الأساسي في هذه الحالة هو أكسيد النيتريك (IV)، الذي يشكل جذور الأكسجين تحت تأثير الضوء. تتفاعل هذه الجذور مع جزيئات الأكسجين، مما يؤدي إلى تكوين الأوزون.
يحدث تكوين الأوزون طالما كان هناك ما يكفي من الضوء، حيث يمكن أن يتفاعل NO مع جزيئات الأكسجين لتكوين نفس NO 2. يمكن أن يؤدي تراكم الأوزون وملوثات الهواء الثانوية الأخرى إلى الضباب الدخاني الكيميائي الضوئي.
يتضمن هذا النوع من التفاعل أيضًا أهم عملية تحدث في الخلايا النباتية - عملية التمثيل الضوئي، والتي يتحدث اسمها عن نفسه.
2. التفاعلات الإشعاعية. تبدأ بواسطة إشعاع عالي الطاقة - الأشعة السينية، والإشعاع النووي (أشعة جاما، وجسيمات أ - He 2+، وما إلى ذلك). بمساعدة التفاعلات الإشعاعية، يتم تنفيذ البلمرة الإشعاعية السريعة جدًا، والتحلل الإشعاعي (التحلل الإشعاعي)، وما إلى ذلك.
على سبيل المثال، بدلاً من إنتاج الفينول من البنزين على مرحلتين، يمكن الحصول عليه عن طريق تفاعل البنزين مع الماء تحت تأثير الإشعاع. في هذه الحالة، تتشكل الجذور [OH] و [H] من جزيئات الماء، والتي يتفاعل معها البنزين لتكوين الفينول:
C 6 H 6 + 2[OH] → C 6 H 5 OH + H 2 O
يمكن إجراء عملية الفلكنة للمطاط بدون الكبريت باستخدام الفلكنة الإشعاعية، ولن يكون المطاط الناتج أسوأ من المطاط التقليدي.
3. التفاعلات الكهروكيميائية. يتم بدء تشغيلها بواسطة تيار كهربائي. بالإضافة إلى تفاعلات التحليل الكهربائي المعروفة، سنشير أيضًا إلى تفاعلات التركيب الكهربائي، على سبيل المثال، تفاعلات الإنتاج الصناعي للمؤكسدات غير العضوية
4. التفاعلات الكيميائية الحرارية. يتم البدء بها بواسطة الطاقة الحرارية. وتشمل هذه جميع التفاعلات الماصة للحرارة والعديد من التفاعلات الطاردة للحرارة، والتي يتطلب بدئها إمدادًا أوليًا بالحرارة، أي بدء العملية.
ينعكس تصنيف التفاعلات الكيميائية التي تمت مناقشتها أعلاه في الرسم البياني.
تصنيف التفاعلات الكيميائية، مثل جميع التصنيفات الأخرى، مشروط. واتفق العلماء على تقسيم التفاعلات إلى أنواع معينة حسب الخصائص التي حددوها. ولكن معظم التحولات الكيميائية يمكن تصنيفها إلى أنواع مختلفة. على سبيل المثال، دعونا نصف عملية تصنيع الأمونيا.
هذا تفاعل مركب، الأكسدة والاختزال، الطارد للحرارة، القابل للانعكاس، الحفاز، غير المتجانس (بتعبير أدق، الحفاز غير المتجانس)، الذي يحدث مع انخفاض الضغط في النظام. لإدارة العملية بنجاح، من الضروري أن تأخذ في الاعتبار جميع المعلومات المقدمة. يكون التفاعل الكيميائي المحدد دائمًا متعدد الجودة ويتميز بخصائص مختلفة.
وتصنيف الفولاذ
- جودة؛
- التركيب الكيميائي.
- غاية؛
- البنية المجهرية.
- قوة.
جودة الصلب
عن طريق التركيب الكيميائي
الفولاذ الكربوني الشوائب الدائمة
الجدول 1.3.
الصلب الكربوني
صناعة السبائك عناصر إضافاتأو إضافات
سبائك الفولاذ سبيكة منخفضة(ما يصل إلى 2.5 بالوزن%)، مخلوط(من 2.5 إلى 10 بالوزن٪) و سبائك عالية "الكروم"
حسب الغرض الصلب
الهيكلية قليل-(أو عدد قليل-)و الكربون المتوسط.
مفيدةنسبة عالية من الكربون.
و (بخصائص خاصة - ).
و
و زيادة مقاومة الحرارة عالية السرعة الفولاذ
الجودة العادية
الفولاذ الهيكلي,
فولاذ الأداة,
6) تحمل (محمل كروي) فُولاَذ،
7) الفولاذ عالي السرعة(سبائك فولاذية عالية الجودة وعالية الجودة تحتوي على نسبة عالية من التنغستن).
8) تلقائي، أي.زيادة (أو عالية) إمكانية التشغيل الآلي، فُولاَذ.
يوضح تحليل تكوين مجموعات وضع علامات الفولاذ التي تم تطويرها تاريخياً أن أنظمة وضع العلامات المستخدمة تجعل من الممكن تشفير خمس خصائص تصنيفية، وهي: الجودة، التركيب الكيميائي، الغرض، درجة إزالة الأكسدة،وأيضا طريقة الحصول على الفراغات(آلي أو في حالات نادرة مسبك). يتم توضيح العلاقة بين مجموعات العلامات وفئات الفولاذ من خلال الجزء السفلي من المخطط الكتلي في الشكل 1.
نظام وضع العلامات على المجموعات وقواعد وضع العلامات وأمثلة على درجات الفولاذ
| الكربون | الجودة العادية | |||||||
| مجموعة الصلب | ضمان التسليم | العلامات التجارية | ||||||
| أ | عن طريق التركيب الكيميائي | ش0 | سانت 1 | سانت 2 | StZ | St4 | St5 | سانت 6 |
| ب | بواسطة الخواص الميكانيكية | بي إس تي0 | بي إس تي 1 | بي إس تي 2 | BStZ | بي إس تي 4 | بي إس تي5 | بي إس تي6 |
| في | عن طريق الخواص الميكانيكية والتركيب الكيميائي | فيستو | VSt1 | VSt2 | VStZ | فست4 | VSt5 | فست6 |
| تركيز الكربون بالوزن. % | 0,23 | 0,06-0,12 | 0,09-0,15 | 0,14-0,22 | 0,18-0,27 | 0,28-0,37 | 0,38-0,49 | |
| جودة عالية الجودة | الهيكلية | أمثلة على العلامات التجارية | ||||||
| العلامة التجارية: رقم مكون من رقمين مائة بالمائة من الكربون + مؤشر لدرجة إزالة الأكسدة | 05 08kp 10 15 18kp 20A 25ps ZOA 35 40 45 50 55 ... 80 85 ملاحظات: 1) عدم وجود مؤشر لدرجة إزالة الأكسدة يعني "sp" ؛ 2) يشير الحرف "A" في نهاية العلامة إلى أن الفولاذ عالي الجودة | |||||||
| مفيدة | العلامات التجارية | |||||||
| العلامة التجارية: الرمز "U" + الرقم أعشار النسبة المئوية للكربون | U7 U7A U8 UVA U9 U9A U10 U10A U12 U12A | |||||||
| مخدر | جودة عالية الجودة جودة عالية جدًا | الهيكلية | أمثلة على العلامات التجارية | |||||
| العلامة التجارية: رقم مكون من رقمين HUNDREDTHS من نسبة الكربون + رمز عنصر السبائك + عدد صحيح من النسبة المئوية له | 09G2 10HSND 18G2AFps 20Kh 40G 45KhN 65S2VA 110G13L ملاحظات: 1) لم يتم تضمين الرقم "1" كمؤشر للتركيز ≥ 1 بالوزن من عنصر صناعة السبائك؛ 2) الصف 110G13L هو واحد من القلائل التي يكون فيها عدد أجزاء المائة من الكربون مكونًا من ثلاثة أرقام | |||||||
| مفيدة | أمثلة على العلامات التجارية | |||||||
| العلامة التجارية: عدد أعشار النسبة المئوية للكربون + رمز عنصر صناعة السبائك+ عدد صحيح من النسبة المئوية له | ЗХ2Н2МФ 4ХВ2С 5ХНМ 7X3 9ХВГ X ХВ4 9Х4МЗФ2AGСТ-Ш ملاحظات: 1) لا يستخدم الرقم "10" كمؤشر على "عشرة أعشار" كتلة٪ الكربون؛ 2) يشير "-Ш" في نهاية العلامة إلى أن الفولاذ ذو جودة عالية بشكل خاص، ويتم الحصول عليه، على سبيل المثال، عن طريق الطريقة الخبث الكهربائيإعادة الصهر (ولكن ليس فقط) |
الفولاذ الهيكلي الكربوني ذو الجودة العادية
يتم تحديد أنواع معينة من الفولاذ لمجموعة العلامات المحددة باستخدام تركيبة مكونة من حرفين "شارع"وهو المفتاح (تشكيل النظام) في مجموعة العلامات قيد النظر. يمكن التعرف على درجات الفولاذ لهذه المجموعة على الفور من خلال هذا الرمز.
الرمز "St" بدون مسافة يتبعه رقم يشير إلى ذلك رقمالعلامات التجارية - من «0» ل "6".
وتتوافق الزيادة في رقم الدرجة مع زيادة محتوى الكربون في الفولاذ، ولكنها لا تشير إلى قيمته المحددة. يوضح الجدول الحدود المسموح بها لتركيز الكربون في الفولاذ من كل درجة. 1.5. محتوى الكربون في الفولاذ الكربوني ذو الجودة العاديةلا يتجاوز 0.5٪ بالوزن. مثل هذا الفولاذ يكون ناقص اليوتكتويد وفقًا للمعيار الهيكلي، وبالتالي فهو هيكلي من حيث الغرض.
يتبع الرقم إحدى مجموعات الأحرف الثلاثة: "kp"، "ps"، "sp" - مما يشير إلى درجة إزالة الأكسدة من الفولاذ.
قد يسبق الرمز "St" حرف كبير "A" أو "B" أو "C"، أو قد لا يحتوي على أي رموز. وبهذه الطريقة، يتم نقل المعلومات حول ما إذا كان الفولاذ ينتمي إلى أحد ما يسمى "مجموعات التسليم": أ، بأو في, – اعتمادًا على مؤشرات الفولاذ القياسية التي يضمنها المورد.
مجموعة الصلب أيأتي مع ضمان التركيب الكيميائي، أو القيم المسموح بها لتركيز الكربون والشوائب المحددة من قبل GOST. غالبًا ما لا يتم تضمين الحرف "A" في الطوابع وغيابه تقصيريعني ضمان التركيب الكيميائي. يمكن لمستهلك الفولاذ، دون معلومات حول الخواص الميكانيكية، تشكيله من خلال المعالجة الحرارية المناسبة، والتي يتطلب اختيار طرقها معرفة التركيب الكيميائي.
مجموعة الصلب بيأتي مع ضمان الخواص الميكانيكية المطلوبة. يمكن لمستهلك الفولاذ تحديد استخدامه الأمثل في الهياكل بناءً على الخصائص المعروفة للخواص الميكانيكية دون معالجة حرارية أولية.
مجموعة الصلب فييأتي مع ضمان التركيب الكيميائي والخواص الميكانيكية. يتم استخدامه من قبل المستهلك بشكل أساسي لإنشاء هياكل ملحومة. معرفة الخواص الميكانيكية تجعل من الممكن التنبؤ بسلوك الهيكل المحمل في المناطق البعيدة عن اللحامات، ومعرفة التركيب الكيميائي تجعل من الممكن التنبؤ، وإذا لزم الأمر، تصحيح الخواص الميكانيكية للحامات نفسها عن طريق المعالجة الحرارية .
أمثلة على طوابع التسجيل الفولاذ الكربوني ذو الجودة العاديةتبدو مثل هذا: VSt3ps, BSt6sp, St1kp .
الفولاذ الحامل للكرة
فولاذ المحامل له علاماته الخاصة ويشكل مجموعة خاصة وفقًا للغرض المقصود منه. الهيكلية الفولاذ، على الرغم من أنه من حيث التركيب والخصائص فهو قريب من فولاذ الأدوات. يحدد مصطلح "محامل الكرات" مجال تطبيقها الضيق - المحامل الدوارة (ليس فقط المحامل الكروية، ولكن أيضًا المحامل الأسطوانية والإبرية). وللإشارة إليه، تم اقتراح الاختصار "SHH" - تحمل الكرة الكروم، - متبوعًا برقم أعشار من المئةمتوسط التركيز الكروم. من بين العلامات التجارية المعروفة سابقًا على نطاق واسع ShKh6 وShKh9 وShKh15، تظل العلامة التجارية ShKh15 قيد الاستخدام. يكمن الاختلاف بين الفولاذ الحامل للكرة والفولاذ المماثل للأدوات في متطلبات أكثر صرامة لعدد الشوائب غير المعدنية والتوزيع الموحد للكربيدات في البنية المجهرية.
انعكس تحسين الفولاذ ShKh15 من خلال إدخال إضافات إضافية للسبائك (السيليكون والمنغنيز) بشكل فريد في وضع العلامات - الانتشار إلى محددنظام القواعد اللاحقة لتعيين عناصر صناعة السبائك في سبائك الفولاذ: ShKh15SG، ShKh20SG.
فولاذ عالي السرعة
يتم تمييز الفولاذ عالي السرعة على وجه التحديد بالحرف الأول من الأبجدية الروسية "P"، وهو ما يتوافق مع الصوت الأول في الكلمة الإنجليزية سريع – سريع، سريع. ويلي ذلك نسبة صحيحة من التنغستن. كما ذكرنا سابقًا، كانت الدرجة الأكثر شيوعًا من الفولاذ عالي السرعة سابقًا هي P18.
نظرًا لندرة التنغستن وارتفاع تكلفته، كان هناك تحول إلى فولاذ التنغستن والموليبدينوم R6M5 بدون النيتروجين وR6AM5 مع النيتروجين. على غرار الفولاذ الحامل، كان هناك اندماج (نوع من "التهجين") بين نظامين لوضع العلامات. لقد أدى تطوير وتطوير فولاذ جديد عالي السرعة مع الكوبالت والفاناديوم إلى إثراء ترسانة الدرجات "الهجينة": R6AM5F3، R6M4K8، 11R3AM3F2 - وأدى أيضًا إلى ظهور فولاذ عالي السرعة خالٍ من التنغستن بشكل عام، والذي يتميز بكل من في نظام محدد (R0M5F1، R0M2F3) وبطريقة جديدة تمامًا – 9Kh6M3F3AGST-Sh، 9Kh4M3F2AGST-Sh.
تصنيف الحديد الزهر
الحديد الزهر عبارة عن سبائك من الحديد والكربون تحتوي على أكثر من 2.14% بالوزن C.
يتم صهر الحديد الزهر لمعالجته إلى فولاذ (تحويل)، لإنتاج السبائك الحديدية، التي تعمل كمضافات للسبائك، وأيضًا كسبائك عالية التقنية لإنتاج المسبوكات (المسبك).
يمكن أن يوجد الكربون في الحديد الزهر على شكل مرحلتين عاليتي الكربون - الأسمنتيت (Fe 3 C) والجرافيت، وأحيانًا في وقت واحد على شكل الأسمنتيت والجرافيت. الحديد الزهر، الذي لا يوجد فيه سوى السمنتيت، يعطي كسراً خفيفاً ولامعاً ولذلك سمي أبيض. وجود الجرافيت يعطي كسور الحديد الزهر اللون الرمادي. ومع ذلك، ليس كل الحديد الزهر مع الجرافيت ينتمي إلى فئة ما يسمى رماديالحديد الزهر بين الحديد الزهر الأبيض والرمادي هناك فئة فاترالحديد الزهر
فاترالحديد الزهر عبارة عن حديد مصبوب، في هيكله، على الرغم من الجرافيت، يتم الحفاظ على سمنتيت الليديبوريت جزئيًا على الأقل، وبالتالي، يوجد الليديبوريت نفسه - وهو مكون هيكلي سهل الانصهار له شكل محدد.
ل رماديتشمل حديد الزهر الذي تفكك فيه سمنتيت الليديبوريت تمامًا، ولم يعد الأخير موجودًا في الهيكل. يتكون الحديد الزهر الرمادي من شوائب الجرافيتو قاعدة معدنية. هذه القاعدة المعدنية عبارة عن فولاذ بيرليتي (eutectoid) أو فولاذ حديدي بيرليتي (hypoeutectoid) أو فولاذ حديدي (منخفض الكربون). يتوافق التسلسل المحدد لأنواع القاعدة المعدنية من الحديد الزهر الرمادي مع درجة متزايدة من تحلل السمنتيت، وهو جزء من البيرلايت.
حديد الزهر المضاد للاحتكاك
أمثلة على العلامات التجارية: محامون بلا حدود-1، محامون بلا حدود-2، محامون بلا حدود-3.
سبيكة خاصة مقاومة للحرارة, مقاومة للتآكلو مقاومة للحرارةالحديد الزهر:
أمثلة على درجات الحديد الزهر الرمادي الخاص
التصنيف ووضع العلامات
سبائك صلبة من المعدن والسيراميك
السبائك الصلبة المعدنية الخزفية هي سبائك مصنوعة من تعدين المساحيق (معدن السيراميك) وتتكون من كربيدات المعادن المقاومة للحرارة: WC، TiC، TaC، متصلة بواسطة مادة رابطة معدنية بلاستيكية، في أغلب الأحيان الكوبالت.
حاليًا، يتم إنتاج السبائك الصلبة من ثلاث مجموعات في روسيا: التنغستن والتيتانيوم التنغستن والتيتانيوم التنغستن، - تحتوي على مادة ضامة الكوبالت.
ونظرًا لارتفاع تكلفة التنغستن، فقد تم تطوير سبائك صلبة لا تحتوي على كربيد التنغستن على الإطلاق. كمرحلة صلبة أنها تحتوي فقط كربيد التيتانيومأو كربوناتريد التيتانيوم- تي (NC). يتم تنفيذ دور الرباط البلاستيكي بواسطة مصفوفة النيكل والموليبدينوم. يتم عرض تصنيف السبائك الصلبة في رسم تخطيطي.
وفقا للفئات الخمس من السبائك الصلبة المعدنية والسيراميك، تشكل قواعد وضع العلامات الحالية خمس مجموعات وضع علامات.
التنغستن (يسمى أحيانا التنغستن والكوبالت) سبائك صلبة
أمثلة: VK3، VK6، VK8، VK10.
التيتانيوم التنغستن (يسمى أحيانا سبائك التيتانيوم والتنغستن والكوبالت الصلبة
أمثلة: T30K4، T15K6، T5K10، T5K12.
التيتانيوم التنتالوم التنغستن (يسمى أحيانا سبائك صلبة من التيتانيوم والتنتالوم والتنغستن والكوبالت
أمثلة: TT7K12، TT8K6، TT10K8، TT20K9.
في بعض الأحيان، في نهاية العلامة التجارية، تتم إضافة الحروف أو مجموعات الحروف من خلال واصلة، والتي تميز تشتت جزيئات الكربيد في المسحوق:
تصنيف سبائك السيراميك الصلبة
وترد في الجدول 1.1 نظائرها الأجنبية لبعض الدرجات المحلية من سبائك الفولاذ.
الجدول 1.1.
نظائرها الأجنبية لعدد من الدرجات المحلية من سبائك الفولاذ
| روسيا، غوست | ألمانيا، دين * | الولايات المتحدة الأمريكية، الجمعية الأمريكية لاختبار المواد* | اليابان, إل إس * |
| 15X | 15Cr3 | SCr415 | |
| 40X | 41Sг4 | SСг440 | |
| 30ХM | 25CrMo4 | SCM430، SCM2 | |
| 12ХГ3А | 14NiCr10** | – | SNC815 |
| 20HHM | 21NiCrMo2 | SNSM220 | |
| 08X13 | Х7Сr1З** | 410S | SUS410S |
| 20 × 13 | Х20Сг13 | SUS420J1 | |
| 12 × 17 | Х8Сг17 | 430 (51430 ***) | SUS430 |
| 12Х18Н9 | Х12СгNi8 9 | SUS302 | |
| 08Х18Н10Т | Х10CrNiTi18 9 | .321 | SUS321 |
| 10X13SУ | Х7CrA133** | 405 ** (51405) *** | SUS405 ** |
| 20X25Н20S2 | Х15CrNiSi25 20 | 30314,314 | SСS18، SUH310 ** |
* DIN (الصناعة الألمانية)، ASTM (الجمعية الأمريكية لاختبار المواد)، JIS (المعيار الصناعي الياباني).
** الصلب، مماثل في التركيب؛ *** معيار SAE
خصائص ميزات التصنيف
وتصنيف الفولاذ
تشمل خصائص التصنيف الحديثة للفولاذ ما يلي:
- جودة؛
- التركيب الكيميائي.
- غاية؛
- السمات المعدنية للإنتاج؛
- البنية المجهرية.
- الطريقة التقليدية للتعزيز.
- الطريقة التقليدية للحصول على الفراغات أو الأجزاء؛
- قوة.
دعونا نصف بإيجاز كل واحد منهم.
جودة الصلبيتم تحديده في المقام الأول من خلال محتوى الشوائب الضارة - الكبريت والفوسفور - ويتميز بأربع فئات (انظر الجدول 1.2).
عن طريق التركيب الكيميائييتم تقسيم الفولاذ تقليديًا إلى فولاذ كربوني (غير مخلوط) وفولاذ مخلوط.
الفولاذ الكربونيلا تحتوي على عناصر صناعة السبائك المقدمة خصيصًا. العناصر الموجودة في الفولاذ الكربوني، بخلاف الكربون، هي من بين ما يسمى الشوائب الدائمة. يجب أن يكون تركيزها ضمن الحدود التي تحددها معايير الدولة ذات الصلة (GOSTs). في الجدول 1.3. تم إعطاء متوسط قيم التركيز الحدية لبعض العناصر، مما يجعل من الممكن تصنيف هذه العناصر على أنها شوائب بدلا من عناصر السبائك. يتم تحديد الحدود المحددة لمحتوى الشوائب في الفولاذ الكربوني وفقًا لمعايير GOST.
الجدول 1.3.
الحد من تركيزات بعض العناصر التي تسمح باعتبارها شوائب دائمة
الصلب الكربوني
صناعة السبائك عناصر، وتسمى أحيانا صناعة السبائك إضافاتأو إضافات، يتم إدخالها خصيصًا في الفولاذ للحصول على الهيكل والخصائص المطلوبة.
سبائك الفولاذوتنقسم وفقا للتركيز الكلي لعناصر صناعة السبائك، باستثناء الكربون، إلى سبيكة منخفضة(ما يصل إلى 2.5 بالوزن%)، مخلوط(من 2.5 إلى 10 بالوزن٪) و سبائك عالية(أكثر من 10 بالوزن%) مع محتوى حديد في الأخير لا يقل عن 45 بالوزن. عادة ما يعطي عنصر صناعة السبائك الذي تم إدخاله سبائك الفولاذ الاسم المقابل لها: "الكروم"- سبائك مع الكروم، "السيليكون" - مع السيليكون، "الكروم السيليكون" - مع الكروم والسيليكون في نفس الوقت، وما إلى ذلك.
بالإضافة إلى ذلك، يتم تمييز السبائك القائمة على الحديد أيضًا عندما يحتوي تكوين المادة على أقل من 45٪ من الحديد، ولكن أكثر من أي عنصر صناعة سبائك آخر.
حسب الغرض الصلبمقسمة إلى هيكلية ومفيدة.
الهيكليةيتم أخذ الفولاذ المستخدم في تصنيع أجزاء الآلات والآليات والهياكل المختلفة في الهندسة الميكانيكية والبناء وصناعة الأدوات بعين الاعتبار. يجب أن يكون لديهم القوة والمتانة اللازمة، وكذلك، إذا لزم الأمر، مجموعة من الخصائص الخاصة (مقاومة التآكل، البارامغناطيسية، وما إلى ذلك). عادة، الفولاذ الهيكلي قليل-(أو عدد قليل-)و الكربون المتوسط.الصلابة ليست خاصية ميكانيكية حاسمة بالنسبة لهم.
مفيدةتسمى الفولاذ المستخدم في معالجة المواد عن طريق القطع أو الضغط، وكذلك في صناعة أدوات القياس. يجب أن يكون لديهم صلابة عالية، ومقاومة التآكل، والقوة وعدد من الخصائص المحددة الأخرى، على سبيل المثال، مقاومة الحرارة. الشرط الضروري للحصول على صلابة عالية هو زيادة محتوى الكربون، وبالتالي فإن أدوات الفولاذ موجودة دائمًا، مع استثناءات نادرة نسبة عالية من الكربون.
يوجد داخل كل مجموعة تقسيم أكثر تفصيلاً حسب الغرض. يتم تقسيم الفولاذ الإنشائي إلى البناء والهندسةو الصلب للتطبيقات الخاصة(بخصائص خاصة - مقاومة للحرارة، مقاومة للحرارة، مقاومة للتآكل، غير مغناطيسية).
يتم تقسيم فولاذ الأداة إلى الفولاذ لأدوات القطع، والفولاذ يموتو الصلب لأدوات القياس.
من خصائص الأداء الشائعة لفولاذ الأدوات هي الصلابة العالية، والتي تضمن مقاومة الأداة للتشوه والتآكل لسطحها. في الوقت نفسه، يخضع فولاذ أدوات القطع لمتطلبات محددة - للحفاظ على صلابة عالية عند درجات حرارة مرتفعة (تصل إلى 500...600 درجة مئوية)، والتي تتطور في حافة القطع بسرعات قطع عالية. القدرة المحددة للفولاذ تسمى مقاومة الحرارة (أو المقاومة الحمراء). وفقا للمعيار المحدد، يتم تقسيم الفولاذ لأدوات القطع إلى غير مقاومة للحرارة، شبه مقاومة للحرارة، مقاومة للحرارةو زيادة مقاومة الحرارة. المجموعتان الأخيرتان معروفتان في التكنولوجيا باسم عالية السرعة الفولاذ
يتطلب الفولاذ القالب، بالإضافة إلى الصلابة العالية، صلابة عالية، نظرًا لأن أداة القالب تعمل في ظل ظروف تحميل الصدمات. بالإضافة إلى ذلك، فإن أداة الختم الساخن، عند ملامستها لقطع العمل المعدنية الساخنة، يمكن أن تسخن أثناء التشغيل لفترة طويلة. لذلك، يجب أن يكون الفولاذ المُستخدم في الختم الساخن مقاومًا للحرارة أيضًا.
يجب أن يضمن فولاذ أدوات القياس، بالإضافة إلى مقاومة التآكل العالية، التي تضمن دقة الأبعاد على مدى عمر خدمة طويل، ثبات أبعاد الأدوات بغض النظر عن ظروف درجة حرارة التشغيل. وبعبارة أخرى، يجب أن يكون لديهم معامل تمدد حراري صغير جدًا.
إن العناصر الكيميائية التي تتكون منها الطبيعة الحية وغير الحية في حركة مستمرة، لأن المواد التي تتكون منها هذه العناصر في حالة تغير مستمر.
التفاعلات الكيميائية (من التفاعل اللاتيني - المعارضة، المقاومة) هي استجابة المواد لتأثير المواد الأخرى والعوامل الفيزيائية (درجة الحرارة، الضغط، الإشعاع، إلخ).
ومع ذلك، فإن هذا التعريف يتوافق أيضًا مع التغيرات الفيزيائية التي تحدث مع المواد - الغليان والذوبان والتكثيف وما إلى ذلك. لذلك، من الضروري توضيح أن التفاعلات الكيميائية هي عمليات يتم من خلالها تدمير الروابط الكيميائية القديمة ونشوء روابط جديدة، ونتيجة لذلك تتكون من المواد الأصلية مواد جديدة.
تحدث التفاعلات الكيميائية بشكل مستمر داخل أجسامنا وفي العالم من حولنا. عادة ما يتم تصنيف عدد لا يحصى من ردود الفعل وفقا لمعايير مختلفة. دعونا نتذكر من دورة الصف الثامن العلامات التي تعرفها بالفعل. للقيام بذلك، دعونا ننتقل إلى التجربة المعملية.
التجربة المعملية رقم 3
استبدال الحديد بالنحاس في محلول كبريتات النحاس (II).
صب 2 مل من محلول كبريتات النحاس (II) في أنبوب اختبار ثم ضع دبوس طباعة أو مشبك ورق فيه. ماذا تلاحظ؟ اكتب معادلات التفاعل في الصورتين الجزيئية والأيونية. النظر في عمليات الأكسدة والاختزال. بناءً على المعادلة الجزيئية، صنف هذا التفاعل إلى مجموعة أو أخرى من التفاعلات بناءً على الخصائص التالية:
الآن تحقق من نفسك. CuSO4 + الحديد = FeSO4 + النحاس.
|
لقد توصلنا إلى مفهوم مهم جدًا في الكيمياء - "معدل التفاعل الكيميائي". ومن المعروف أن بعض التفاعلات الكيميائية تحدث بسرعة كبيرة، والبعض الآخر يحدث خلال فترات زمنية طويلة. عند إضافة محلول نترات الفضة إلى محلول كلوريد الصوديوم، يترسب راسب أبيض جبني على الفور تقريبًا:
AgNO 3 + كلوريد الصوديوم = NaNO 3 + AgCl↓.
تحدث التفاعلات بسرعات هائلة، مصحوبة بانفجار (الشكل 11، 1). على العكس من ذلك، تنمو الهوابط والصواعد ببطء في الكهوف الحجرية (الشكل 11، 2)، وتتآكل منتجات الصلب (الصدأ) (الشكل 11، 3)، وتدمر الأمطار الحمضية القصور والتماثيل (الشكل 11، 4).
أرز. 11.
التفاعلات الكيميائية تحدث بسرعات هائلة (1) وببطء شديد (2-4)
| سرعة التفاعل الكيميائي هي التغير في تركيز المواد المتفاعلة في وحدة الزمن: V ع = ج 1 - ج 2 /ر. |
بدوره، يُفهم التركيز على أنه نسبة كمية المادة (كما تعلم يتم قياسها بالشامات) إلى الحجم الذي تشغله (باللتر). من هنا ليس من الصعب استخلاص وحدة قياس معدل التفاعل الكيميائي - 1 مول/(لتر ث).
وهناك فرع خاص من الكيمياء يدرس معدل التفاعلات الكيميائية، وهو ما يسمى بالحركية الكيميائية.
ومعرفة قوانينه تسمح لك بالتحكم في التفاعل الكيميائي، مما يجعله يتقدم بشكل أسرع أو أبطأ.
ما هي العوامل التي تحدد سرعة التفاعل الكيميائي؟
1. طبيعة المواد المتفاعلة. دعنا ننتقل إلى التجربة.
التجربة المعملية رقم 4
اعتماد معدل التفاعل الكيميائي على طبيعة المواد المتفاعلة بمثال تفاعل الأحماض مع المعادن
| صب 1-2 مل من حمض الهيدروكلوريك في أنبوبين اختبار وضع: في الأول - حبيبة زنك، في الثاني - قطعة من الحديد من نفس الحجم. ما طبيعة الكاشف الذي يؤثر على معدل تفاعل الحمض مع المعدن؟ لماذا؟ اكتب معادلات التفاعل في صورتها الجزيئية والأيونية. النظر فيها من وجهة نظر الأكسدة والاختزال. بعد ذلك، ضع حبيبات الزنك المتطابقة في أنبوبين اختبار آخرين وأضف إليها محاليل حمضية بنفس التركيز: في الأول - حمض الهيدروكلوريك، في الثاني - حمض الأسيتيك. ما طبيعة الكاشف الذي يؤثر على معدل تفاعل الحمض مع المعدن؟ لماذا؟ اكتب معادلات التفاعل في صورتها الجزيئية والأيونية. النظر فيها من وجهة نظر الأكسدة والاختزال. |
2. تركيز المواد المتفاعلة. دعنا ننتقل إلى التجربة.
التجربة المعملية رقم 5
اعتماد معدل التفاعل الكيميائي على تركيز المواد المتفاعلة بمثال تفاعل الزنك مع حمض الهيدروكلوريك بتراكيز مختلفة
من السهل أن نستنتج: كلما زاد تركيز المواد المتفاعلة، زاد معدل التفاعل بينها.
يتم زيادة تركيز المواد الغازية لعمليات الإنتاج المتجانسة عن طريق زيادة الضغط. على سبيل المثال، يتم ذلك في إنتاج حامض الكبريتيك والأمونيا والكحول الإيثيلي.
لا يؤخذ عامل اعتماد معدل التفاعل الكيميائي على تركيز المواد المتفاعلة في الاعتبار ليس فقط في الإنتاج، ولكن أيضًا في مجالات أخرى من النشاط البشري، على سبيل المثال في الطب. المرضى الذين يعانون من أمراض الرئة، حيث يكون معدل تفاعل هيموجلوبين الدم مع الأكسجين في الهواء منخفضًا، يتنفسون بشكل أسهل بمساعدة وسائد الأكسجين.
3. منطقة الاتصال بالمواد المتفاعلة. يمكن إجراء تجربة توضح اعتماد معدل التفاعل الكيميائي على هذا العامل باستخدام التجربة التالية.
التجربة المعملية رقم 6
اعتماد معدل التفاعل الكيميائي على منطقة ملامسة المواد المتفاعلة
للتفاعلات غير المتجانسة: كلما زادت مساحة التلامس للمواد المتفاعلة، زاد معدل التفاعل.
يمكنك التحقق من ذلك من خلال التجربة الشخصية. لإشعال النار، تضع رقائق خشب صغيرة تحت الحطب، وتحتها - ورق مجعد، اشتعلت فيه النيران بأكملها. على العكس من ذلك، فإن إطفاء الحريق بالماء ينطوي على تقليل مساحة ملامسة الأجسام المحترقة للهواء.
في الإنتاج، يتم أخذ هذا العامل بعين الاعتبار على وجه التحديد، ويتم استخدام ما يسمى بالطبقة المميعة. ولزيادة معدل التفاعل، يتم سحق المادة الصلبة إلى حالة الغبار تقريبًا، ثم يتم تمرير مادة ثانية، عادة ما تكون غازية، عبرها من الأسفل. يؤدي تمريرها عبر مادة صلبة مقسمة جيدًا إلى حدوث تأثير الغليان (ومن هنا جاء اسم الطريقة). يتم استخدام الطبقة المميعة، على سبيل المثال، في إنتاج حامض الكبريتيك والمنتجات البترولية.
التجربة المعملية رقم 7
نمذجة السرير المميع
4. درجة الحرارة. دعنا ننتقل إلى التجربة.
التجربة المعملية رقم 8
اعتماد معدل التفاعل الكيميائي على درجة حرارة المواد المتفاعلة باستخدام مثال تفاعل أكسيد النحاس (II) مع محلول حمض الكبريتيك عند درجات حرارة مختلفة
من السهل أن نستنتج: كلما ارتفعت درجة الحرارة، زاد معدل التفاعل.
أول حائز على جائزة نوبل، الكيميائي الهولندي جي إكس فانت هوف، صاغ القاعدة:
في الإنتاج، كقاعدة عامة، يتم استخدام العمليات الكيميائية ذات درجة الحرارة العالية: في صهر الحديد الزهر والصلب، وصهر الزجاج والصابون، وإنتاج الورق والمنتجات البترولية، وما إلى ذلك (الشكل 12).
أرز. 12.
العمليات الكيميائية ذات درجات الحرارة العالية: 1 - صهر الحديد. 2 - ذوبان الزجاج. 3- إنتاج المنتجات البترولية
العامل الخامس الذي تعتمد عليه سرعة التفاعل الكيميائي هو المحفزات. ستقابله في الفقرة التالية.
كلمات ومفاهيم جديدة
- التفاعلات الكيميائية وتصنيفها.
- علامات تصنيف التفاعلات الكيميائية.
- سرعة التفاعل الكيميائي والعوامل التي يعتمد عليها.
مهام العمل المستقل
- ما هو التفاعل الكيميائي؟ ما هو جوهر العمليات الكيميائية؟
- أعط وصفًا تصنيفيًا كاملاً للعمليات الكيميائية التالية:
- أ) احتراق الفوسفور.
- ب) تفاعل محلول حامض الكبريتيك مع الألومنيوم؛
- ج) تفاعلات التعادل.
- د) تكوين أكسيد النيتريك (IV) من أكسيد النيتريك (II) والأكسجين.
- بناءً على تجربتك الشخصية، أعط أمثلة على التفاعلات الكيميائية التي تحدث بمعدلات مختلفة.
- ما هو معدل التفاعل الكيميائي؟ ما هي العوامل التي تعتمد عليها؟
- أعط أمثلة على تأثير العوامل المختلفة على العمليات الكيميائية الحيوية والصناعية.
- بناءً على الخبرة الشخصية، أعط أمثلة على تأثير العوامل المختلفة على التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الحياة اليومية.
- لماذا يتم تخزين الطعام في الثلاجة؟
- بدأ التفاعل الكيميائي عند درجة حرارة 100 درجة مئوية، ثم تم رفعه إلى 150 درجة مئوية. معامل درجة الحرارة لهذا التفاعل هو 2. كم مرة سيزداد معدل التفاعل الكيميائي؟