PROCES CHEMICZNO-TECHNOLOGICZNY I JEGO ZAWARTOŚĆ
Chemiczny proces technologiczny to zespół operacji, które pozwalają na otrzymanie docelowego produktu z pierwotnego surowca. Wszystkie te operacje składają się na trzy główne etapy, charakterystyczne dla niemal każdego chemicznego procesu technologicznego.
W pierwszym etapie przeprowadzane są czynności niezbędne do przygotowania odczynników wyjściowych do reakcji chemicznej. W szczególności reagenty są doprowadzane do stanu najbardziej reaktywnego. Wiadomo na przykład, że szybkość reakcji chemicznych silnie zależy od temperatury, dlatego często przed zajściem reakcji odczynniki są podgrzewane. Aby zwiększyć wydajność procesu i zmniejszyć wielkość urządzenia, surowce gazowe są sprężane do określonego ciśnienia. Aby wyeliminować skutki uboczne i uzyskać produkt wysokiej jakości, surowce oczyszcza się z zanieczyszczeń obcych metodami opartymi na różnicach właściwości fizycznych (rozpuszczalność w różnych rozpuszczalnikach, gęstość, temperatura kondensacji i krystalizacji itp.). Przy oczyszczaniu surowców i mieszanin reakcyjnych szeroko wykorzystuje się zjawiska wymiany ciepła i masy oraz procesy hydromechaniczne. Można również stosować chemiczne metody czyszczenia, bazujące na reakcjach chemicznych, w wyniku których niepotrzebne zanieczyszczenia przekształcane są w łatwo oddzielające się substancje.
W kolejnym etapie odpowiednio przygotowane odczynniki poddawane są reakcjom chemicznym, które mogą składać się z kilku etapów. W przerwach pomiędzy tymi etapami czasami konieczne jest ponowne wykorzystanie wymiany ciepła i masy oraz innych procesów fizycznych. Na przykład przy produkcji kwasu siarkowego dwutlenek siarki jest częściowo utleniany do trójtlenku, następnie mieszaninę reakcyjną schładza się, trójtlenek siarki usuwa się z niej przez absorpcję i ponownie przesyła do utleniania.
W wyniku reakcji chemicznych powstaje mieszanina produktów (docelowy, uboczny, uboczny) i nieprzereagowanych odczynników. Końcowe operacje ostatniego etapu wiążą się z rozdzieleniem tej mieszaniny, do której ponownie wykorzystuje się procesy hydromechaniczne, przenoszenia ciepła i masy, np.: filtrację, wirowanie, rektyfikację, absorpcję, ekstrakcję itp. Produkty reakcji kierowane są do magazyn wyrobów gotowych lub do dalszego przetwarzania; nieprzereagowane surowce są ponownie wykorzystywane w procesie, organizując jego recykling.
Na wszystkich etapach, a zwłaszcza na etapach końcowych, prowadzony jest również odzysk wtórnych zasobów materiałowych i energetycznych. Strumienie substancji gazowych i ciekłych dostających się do środowiska poddawane są oczyszczaniu i neutralizacji zanieczyszczeń niebezpiecznych. Odpady stałe kierowane są do dalszego przetwarzania lub składowane w warunkach bezpiecznych dla środowiska.
Zatem chemiczny proces technologiczny jako całość jest złożonym systemem składającym się z poszczególnych, wzajemnie powiązanych procesów (elementów) i oddziałujących z otoczeniem.
Elementami układu chemiczno-technologicznego są wymienione powyżej procesy wymiany ciepła i masy, hydromechaniczne, chemiczne itp. Uważa się je za pojedyncze procesy technologii chemicznej.
Ważnym podsystemem złożonego chemicznego procesu technologicznego jest proces chemiczny.
Proces chemiczny to jedna lub więcej reakcji chemicznych, którym towarzyszą zjawiska przenoszenia ciepła, masy i pędu, wpływające zarówno na siebie nawzajem, jak i na przebieg reakcji chemicznej.
Analiza poszczególnych procesów i ich wzajemnego oddziaływania pozwala na opracowanie reżimu technologicznego.
Reżim technologiczny to zbiór parametrów technologicznych (temperatura, ciśnienie, stężenia odczynników itp.), które określają warunki pracy urządzenia lub układu urządzeń (schemat przebiegu procesu).
Optymalne warunki procesu to kombinacja podstawowych parametrów (temperatura, ciśnienie, skład początkowej mieszaniny reakcyjnej itp.), która pozwala na uzyskanie najwyższej wydajności produktu przy dużej prędkości lub zapewnienie najniższego kosztu, pod warunkiem racjonalnego wykorzystania surowca materiałów i energii oraz minimalizowanie ewentualnych szkód w środowisku.
Procesy jednostkowe odbywają się w różnych aparatach - reaktorach chemicznych, kolumnach absorpcyjnych i destylacyjnych, wymiennikach ciepła itp. Poszczególne aparaty połączone są w schemat przebiegu procesu.
Schemat technologiczny to racjonalnie skonstruowany układ poszczególnych urządzeń połączonych różnego rodzaju połączeniami (bezpośrednimi, odwrotnymi, sekwencyjnymi, równoległymi), który umożliwia uzyskanie danego produktu o określonej jakości z naturalnych surowców lub półproduktów.
Schematy technologiczne mogą być otwarte lub zamknięte i mogą zawierać przepływy obejściowe (obejściowe) i recyklingi, które umożliwiają zwiększenie wydajności chemicznego układu technologicznego jako całości.
Opracowanie i zbudowanie racjonalnego schematu technologicznego jest ważnym zadaniem technologii chemicznej.
Klasyfikacja reakcji chemicznych leżących u podstaw przemysłowych chemicznych procesów technologicznych
We współczesnej chemii znanych jest wiele różnych reakcji chemicznych. Wiele z nich prowadzonych jest w przemysłowych reaktorach chemicznych i dlatego staje się przedmiotem badań technologii chemicznej.
Aby ułatwić badanie zjawisk o podobnym charakterze, w nauce zwyczajowo klasyfikuje się je według wspólnych cech. W zależności od tego, jakie cechy są brane za podstawę, istnieje kilka rodzajów klasyfikacji reakcji chemicznych.
Ważnym rodzajem klasyfikacji jest klasyfikacja według mechanizm reakcji. Wyróżnia się reakcje proste (jednostopniowe) i złożone (wielostopniowe), w szczególności reakcje równoległe, sekwencyjne i szeregowo-równoległe.
Reakcje wymagające pokonania tylko jednej bariery energetycznej (jednego etapu) nazywane są prostymi.
Złożone reakcje obejmują kilka równoległych lub kolejnych etapów (reakcje proste).
Prawdziwe reakcje jednoetapowe są niezwykle rzadkie. Jednakże niektóre złożone reakcje, które przechodzą przez wiele etapów pośrednich, są dogodnie uważane za formalnie proste. Jest to możliwe w przypadkach, gdy w warunkach rozpatrywanego problemu nie zostaną wykryte pośrednie produkty reakcji.
Klasyfikacja reakcji przez molekularność bierze pod uwagę, ile cząsteczek bierze udział w reakcji elementarnej; Wyróżnia się reakcje mono-, bi- i trimolekularne.
Postać równania kinetycznego (zależność szybkości reakcji od stężeń odczynników) pozwala na klasyfikację zgodnie z kolejnością reakcji. Rząd reakcji jest sumą wykładników stężeń reagentów w równaniu kinetycznym. Istnieją reakcje pierwszego, drugiego, trzeciego i ułamkowego rzędu.
Wyróżnia się także reakcje chemiczne przez efekt termiczny. Kiedy zachodzą reakcje egzotermiczne, którym towarzyszy wydzielanie ciepła ( Q> 0), entalpia układu reakcyjnego maleje ( ∆H < 0); при протекании эндотермических реакций, сопровождающихся поглощением теплоты (Q< 0), następuje wzrost entalpii układu reakcyjnego ( ∆H> 0).
Przy wyborze projektu reaktora chemicznego i metod sterowania procesem jest to istotne skład fazowy układ reakcji.
W zależności od tego, ile (jedną lub kilka) faz tworzą początkowe odczynniki i produkty reakcji, reakcje chemiczne dzielą się na homofazowe i heterofazowe.
Reakcje, w których początkowe reagenty, trwałe półprodukty i produkty reakcji znajdują się w tej samej fazie, nazywane są homofazowymi.
Reakcje, w których wyjściowe reagenty, trwałe półprodukty i produkty reakcji tworzą więcej niż jedną fazę, nazywane są heterofazowymi.
W zależności od strefy przepływu Reakcje dzielimy na jednorodne i heterogeniczne.
Pojęcia reakcji „jednorodnych” i „heterogenicznych” nie pokrywają się z koncepcjami procesów „homofazowych” i „heterofazowych”. Jednorodność i niejednorodność reakcji odzwierciedla w pewnym stopniu jej mechanizm: czy reakcja zachodzi w większości pojedynczej fazy, czy na granicy faz. Homofazowy i heterofazowy charakter procesu pozwala jedynie ocenić skład fazowy uczestników reakcji.
W przypadku reakcji jednorodnych reagenty i produkty znajdują się w tej samej fazie (ciekłej lub gazowej), a reakcja zachodzi w objętości tej fazy. Na przykład utlenianie tlenku azotu tlenem atmosferycznym przy produkcji kwasu azotowego jest reakcją w fazie gazowej, a reakcje estryfikacji (wytwarzanie estrów z kwasów organicznych i alkoholi) są w fazie ciekłej.
Gdy zachodzą reakcje heterogeniczne, co najmniej jeden z reagentów lub produktów znajduje się w stanie fazowym różniącym się od stanu fazowego pozostałych uczestników i przy jego analizie należy wziąć pod uwagę granicę faz. Na przykład neutralizacja kwasu zasadą jest procesem jednorodnym homofazowym. Katalityczna synteza amoniaku jest procesem homofazowym i heterogenicznym. Utlenianie węglowodorów w fazie ciekłej za pomocą gazowego tlenu jest procesem heterofazowym, ale zachodząca reakcja chemiczna jest jednorodna. Gaszenie wapna CaO + H 2 O Ca (OH) 2, w którym wszyscy trzej uczestnicy reakcji tworzą oddzielne fazy, a reakcja zachodzi na styku wody i tlenku wapnia, jest procesem heterofazowym heterogenicznym.
W zależności od tego, czy do zmiany szybkości reakcji stosuje się specjalne substancje - katalizatory, czy nie, rozróżnia się je katalityczny I niekatalityczny reakcje i odpowiednio chemiczne procesy technologiczne. Zdecydowana większość reakcji chemicznych, na których opierają się procesy inżynierii chemicznej, to reakcje katalityczne.
Klasyfikacja substancji nieorganicznych z przykładami związków
Przeanalizujmy teraz bardziej szczegółowo schemat klasyfikacji przedstawiony powyżej.
Jak widzimy, przede wszystkim dzielimy wszystkie substancje nieorganiczne prosty I złożony:
Proste substancje Są to substancje utworzone przez atomy tylko jednego pierwiastka chemicznego. Na przykład prostymi substancjami są wodór H2, tlen O2, żelazo Fe, węgiel C itp.
Wśród substancji prostych są metale, niemetale I gazy szlachetne:
Metale utworzone przez pierwiastki chemiczne znajdujące się poniżej przekątnej bor-astat, a także wszystkie pierwiastki znajdujące się w grupach bocznych.
Gazy szlachetne utworzone przez pierwiastki chemiczne z grupy VIIIA.
Niemetale tworzą odpowiednio pierwiastki chemiczne znajdujące się powyżej przekątnej bor-astat, z wyjątkiem wszystkich pierwiastków podgrup bocznych i gazów szlachetnych znajdujących się w grupie VIIIA:
Nazwy prostych substancji najczęściej pokrywają się z nazwami pierwiastków chemicznych, z których atomy są utworzone. Jednak w przypadku wielu pierwiastków chemicznych zjawisko alotropii jest powszechne. Alotropia to zjawisko polegające na tym, że jeden pierwiastek chemiczny może utworzyć kilka prostych substancji. Na przykład w przypadku pierwiastka chemicznego tlenu możliwe jest istnienie związków molekularnych o wzorach O 2 i O 3. Pierwsza substancja nazywana jest zwykle tlenem w taki sam sposób, jak pierwiastek chemiczny, z którego atomów się składa, a druga substancja (O 3) jest zwykle nazywana ozonem. Prosta substancja węgiel może oznaczać dowolną jej modyfikację alotropową, na przykład diament, grafit lub fulereny. Prostą substancję fosfor można rozumieć jako jej alotropowe modyfikacje, takie jak fosfor biały, fosfor czerwony, fosfor czarny.
Substancje złożone
Substancje złożone to substancje utworzone przez atomy dwóch lub więcej pierwiastków chemicznych.
Na przykład substancjami złożonymi są amoniak NH 3, kwas siarkowy H 2 SO 4, wapno gaszone Ca (OH) 2 i niezliczone inne.
Wśród złożonych substancji nieorganicznych wyróżnia się 5 głównych klas, a mianowicie tlenki, zasady, wodorotlenki amfoteryczne, kwasy i sole:
Tlenki - substancje złożone utworzone przez dwa pierwiastki chemiczne, z których jednym jest tlen na stopniu utlenienia -2.
Ogólny wzór tlenków można zapisać jako Ex x O y, gdzie E jest symbolem pierwiastka chemicznego.
Nazewnictwo tlenków
Nazwa tlenku pierwiastka chemicznego opiera się na zasadzie:
Na przykład:
Fe 2 O 3 - tlenek żelaza (III); CuO – tlenek miedzi(II); N 2 O 5 - tlenek azotu (V)
Często można znaleźć informację, że w nawiasach podana jest wartościowość pierwiastka, lecz tak nie jest. Na przykład stopień utlenienia azotu N 2 O 5 wynosi +5, a wartościowość, co dziwne, wynosi cztery.
Jeśli pierwiastek chemiczny ma w związkach pojedynczy dodatni stopień utlenienia, wówczas stopień utlenienia nie jest wskazany. Na przykład:
Na 2 O - tlenek sodu; H2O - tlenek wodoru; ZnO - tlenek cynku.
Klasyfikacja tlenków
Tlenki, zgodnie z ich zdolnością do tworzenia soli podczas interakcji z kwasami lub zasadami, dzieli się odpowiednio na tworzące sól I nie tworzący soli.
Istnieje kilka tlenków nietworzących soli; wszystkie powstają z niemetali na stopniu utlenienia +1 i +2. Należy pamiętać o liście tlenków nie tworzących soli: CO, SiO, N 2 O, NO.
Z kolei tlenki tworzące sól dzielą się na podstawowy, kwaśny I amfoteryczny.
Zasadowe tlenki to te tlenki, które reagując z kwasami (lub tlenkami kwasowymi) tworzą sole. Do tlenków zasadowych zalicza się tlenki metali na stopniu utlenienia +1 i +2, z wyjątkiem tlenków BeO, ZnO, SnO, PbO.
Tlenki kwasowe Są to tlenki, które reagując z zasadami (lub tlenkami zasadowymi) tworzą sole. Tlenkami kwasowymi są prawie wszystkie tlenki niemetali z wyjątkiem nietworzących soli CO, NO, N 2 O, SiO, a także wszystkich tlenków metali na wysokim stopniu utlenienia (+5, +6 i +7).
Tlenki amfoteryczne nazywane są tlenkami, które mogą reagować zarówno z kwasami, jak i zasadami, i w wyniku tych reakcji tworzą sole. Tlenki takie mają charakter dualny kwasowo-zasadowy, to znaczy mogą wykazywać właściwości zarówno tlenków kwasowych, jak i zasadowych. Tlenki amfoteryczne obejmują tlenki metali na stopniach utlenienia +3, +4, a także jako wyjątki tlenki BeO, ZnO, SnO i PbO.
Niektóre metale mogą tworzyć wszystkie trzy rodzaje tlenków tworzących sól. Na przykład chrom tworzy zasadowy tlenek CrO, tlenek amfoteryczny Cr 2 O 3 i tlenek kwasowy CrO 3.
Jak widać, właściwości kwasowo-zasadowe tlenków metali zależą bezpośrednio od stopnia utlenienia metalu w tlenku: im wyższy stopień utlenienia, tym wyraźniejsze są właściwości kwasowe.
Fusy
Fusy - związki o wzorze Me(OH)x, gdzie X najczęściej równa 1 lub 2.
Wyjątki: Be(OH) 2, Zn(OH) 2, Sn(OH) 2 i Pb(OH) 2 nie są zasadami, pomimo stopnia utlenienia metalu +2. Związki te są wodorotlenkami amfoterycznymi, co zostanie omówione bardziej szczegółowo w tym rozdziale.
Klasyfikacja zasad
Zasady klasyfikuje się według liczby grup hydroksylowych w jednej jednostce strukturalnej.
Zasady z jedną grupą hydroksylową, tj. nazywa się typ MeOH zasady monokwasowe, z dwiema grupami hydroksylowymi, tj. wpisz odpowiednio Me(OH) 2, dwukwas itp.
Zasady dzielimy również na rozpuszczalne (alkaliczne) i nierozpuszczalne.
Do alkaliów zalicza się wyłącznie wodorotlenki metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych, a także wodorotlenek talu TlOH.
Nazewnictwo zasad
Nazwa fundacji opiera się na następującej zasadzie:
Na przykład:
Fe(OH) 2 - wodorotlenek żelaza (II),
Cu(OH) 2 - wodorotlenek miedzi (II).
W przypadkach, gdy metal w substancjach złożonych ma stały stopień utlenienia, nie jest wymagane jego wskazanie. Na przykład:
NaOH – wodorotlenek sodu,
Ca(OH) 2 - wodorotlenek wapnia itp.
Kwasy
Kwasy - substancje złożone, których cząsteczki zawierają atomy wodoru, które można zastąpić metalem.
Ogólny wzór kwasów można zapisać jako H x A, gdzie H to atomy wodoru, które można zastąpić metalem, a A to reszta kwasowa.
Na przykład kwasy obejmują związki takie jak H2SO4, HCl, HNO3, HNO2 itp.
Klasyfikacja kwasów
Ze względu na liczbę atomów wodoru, które można zastąpić metalem, kwasy dzielą się na:
- O kwasy zasadowe: HF, HCl, HBr, HI, HNO3;
- D kwasy zasadowe: H2SO4, H2SO3, H2CO3;
- T kwasy rehozasadowe: H3PO4, H3BO3.
Należy zaznaczyć, że w przypadku kwasów organicznych liczba atomów wodoru najczęściej nie odzwierciedla ich zasadowości. Na przykład kwas octowy o wzorze CH 3 COOH, pomimo obecności 4 atomów wodoru w cząsteczce, nie jest kwasem cztero-, ale jednozasadowym. Zasadowość kwasów organicznych zależy od liczby grup karboksylowych (-COOH) w cząsteczce.
Ponadto, w oparciu o obecność tlenu w cząsteczkach, kwasy dzielą się na beztlenowe (HF, HCl, HBr itp.) i zawierające tlen (H 2 SO 4, HNO 3, H 3 PO 4 itp.) . Nazywane są również kwasami zawierającymi tlen oksokwasy.
Możesz przeczytać więcej na temat klasyfikacji kwasów.
Nazewnictwo kwasów i reszt kwasów
Koniecznie zapoznaj się z poniższą listą nazw i wzorów kwasów i reszt kwasów.
W niektórych przypadkach kilka poniższych zasad może ułatwić zapamiętywanie.
Jak widać z powyższej tabeli, konstrukcja nazw systematycznych kwasów beztlenowych jest następująca:
Na przykład:
HF – kwas fluorowodorowy;
HCl – kwas solny;
H2S oznacza kwas wodorosiarczkowy.
Nazwy reszt kwasowych kwasów beztlenowych opierają się na zasadzie:
Na przykład Cl - - chlorek, Br - - bromek.
Nazwy kwasów zawierających tlen uzyskuje się poprzez dodanie różnych przyrostków i końcówek do nazwy pierwiastka kwasotwórczego. Na przykład, jeśli pierwiastek kwasotwórczy w kwasie zawierającym tlen ma najwyższy stopień utlenienia, wówczas nazwa takiego kwasu jest skonstruowana w następujący sposób:
Na przykład kwas siarkowy H 2 S +6 O 4, kwas chromowy H 2 Cr +6 O 4.
Wszystkie kwasy zawierające tlen można również zaliczyć do wodorotlenków kwasowych, ponieważ zawierają grupy hydroksylowe (OH). Można to zobaczyć na przykład na podstawie następujących wzorów graficznych niektórych kwasów zawierających tlen:
Zatem kwas siarkowy można inaczej nazwać wodorotlenkiem siarki (VI), kwasem azotowym - wodorotlenkiem azotu (V), kwasem fosforowym - wodorotlenkiem fosforu (V) itp. W tym przypadku liczba w nawiasach charakteryzuje stopień utlenienia pierwiastka kwasotwórczego. Ta wersja nazw kwasów zawierających tlen może wydawać się dla wielu niezwykle nietypowa, jednak czasami takie nazwy można znaleźć w prawdziwych KIM Jednolitego Państwowego Egzaminu z Chemii w zadaniach dotyczących klasyfikacji substancji nieorganicznych.
Wodorotlenki amfoteryczne
Wodorotlenki amfoteryczne - wodorotlenki metali wykazujące dwojaką naturę, tj. zdolne do wykazywania zarówno właściwości kwasów, jak i właściwości zasad.
Wodorotlenki metali na stopniach utlenienia +3 i +4 są amfoteryczne (podobnie jak tlenki).
Ponadto, w drodze wyjątku, wodorotlenki amfoteryczne obejmują związki Be(OH) 2, Zn(OH) 2, Sn(OH) 2 i Pb(OH) 2, pomimo stopnia utlenienia zawartego w nich metalu +2.
Dla amfoterycznych wodorotlenków metali trój- i czterowartościowych możliwe jest istnienie form orto i meta, różniących się od siebie jedną cząsteczką wody. Na przykład wodorotlenek glinu(III) może występować w formie orto Al(OH)3 lub postaci meta AlO(OH) (metawodorotlenek).
Ponieważ, jak już wspomniano, wodorotlenki amfoteryczne wykazują zarówno właściwości kwasów, jak i właściwości zasad, ich wzór i nazwę można również zapisać inaczej: albo jako zasada, albo jako kwas. Na przykład:
Sole
Sole - są to substancje złożone zawierające kationy metali i aniony reszt kwasowych.
Na przykład sole obejmują związki takie jak KCl, Ca(NO 3) 2, NaHCO 3 itp.
Definicja przedstawiona powyżej opisuje skład większości soli, jednakże istnieją sole, które do niej nie wchodzą. Na przykład zamiast kationów metali sól może zawierać kationy amonowe lub ich pochodne organiczne. Te. sole obejmują związki takie jak na przykład (NH 4) 2 SO 4 (siarczan amonu), + Cl - (chlorek metyloamonu) itp.
Również sprzeczna z powyższą definicją soli jest klasa tak zwanych soli złożonych, która zostanie omówiona na końcu tego tematu.
Klasyfikacja soli
Z drugiej strony sole można uznać za produkty zastąpienia kationów wodorowych H + w kwasie innymi kationami lub za produkty zastąpienia jonów wodorotlenkowych w zasadach (lub wodorotlenkach amfoterycznych) innymi anionami.
Przy całkowitej wymianie tzw przeciętny Lub normalna sól. Na przykład przy całkowitym zastąpieniu kationów wodoru w kwasie siarkowym kationami sodu powstaje średnia (normalna) sól Na2SO4 i przy całkowitym zastąpieniu jonów wodorotlenkowych w zasadzie Ca (OH) 2 kwasowymi pozostałościami jonów azotanowych powstaje średnia (normalna) sól Ca(NO3)2.
Sole powstałe w wyniku niepełnego zastąpienia kationów wodoru w kwasie dwuzasadowym (lub większej liczbie) kationami metali nazywane są kwasowymi. Zatem, gdy kationy wodoru w kwasie siarkowym nie zostaną całkowicie zastąpione kationami sodu, powstaje kwaśna sól NaHSO4.
Sole powstałe w wyniku niecałkowitego zastąpienia jonów wodorotlenkowych w zasadach dwukwasowych (lub większej liczbie) nazywane są zasadami. O mocne sole. Na przykład przy niepełnym zastąpieniu jonów wodorotlenkowych w zasadzie Ca(OH) 2 jonami azotanowymi powstaje zasada O sól klarowna Ca(OH)NO3.
Nazywa się sole składające się z kationów dwóch różnych metali i anionów reszt kwasowych tylko jednego kwasu sole podwójne. Na przykład solami podwójnymi są KNaCO 3, KMgCl 3 itp.
Jeśli sól składa się z jednego rodzaju kationów i dwóch rodzajów reszt kwasowych, takie sole nazywa się mieszanymi. Na przykład sole mieszane to związki Ca(OCl)Cl, CuBrCl itp.
Istnieją sole, które nie mieszczą się w definicji soli jako produkty zastąpienia kationów wodorowych w kwasach kationami metali lub produkty zastąpienia jonów wodorotlenkowych w zasadach anionami reszt kwasowych. Są to sole złożone. Na przykład solami złożonymi są tetrahydroksozinian sodu i tetrahydroksoglinian o wzorach odpowiednio Na2 i Na. Sole złożone najczęściej można rozpoznać m.in. po obecności we wzorze nawiasów kwadratowych. Trzeba jednak zrozumieć, że aby substancja została zaklasyfikowana jako sól, musi zawierać pewne kationy inne niż (lub zamiast) H +, a aniony muszą zawierać pewne aniony inne niż (lub zamiast) OH - . Na przykład związek H2 nie należy do klasy soli złożonych, ponieważ gdy oddzieli się od kationów, w roztworze obecne są tylko kationy wodoru H+. Ze względu na rodzaj dysocjacji substancję tę należy raczej zaliczyć do beztlenowego kwasu złożonego. Podobnie związek OH nie należy do soli, ponieważ związek ten składa się z kationów + i jonów wodorotlenkowych OH -, tj. należy go traktować jako kompleksową podstawę.
Nazewnictwo soli
Nazewnictwo soli średnich i kwaśnych
Nazwa soli średnich i kwaśnych opiera się na zasadzie:
Jeśli stopień utlenienia metalu w substancjach złożonych jest stały, nie jest to wskazane.
Nazwy reszt kwasowych podano powyżej, rozważając nomenklaturę kwasów.
Na przykład,
Na2SO4 - siarczan sodu;
NaHSO 4 - wodorosiarczan sodu;
CaCO 3 - węglan wapnia;
Ca(HCO 3) 2 - wodorowęglan wapnia itp.
Nazewnictwo soli zasadowych
Nazwy głównych soli opierają się na zasadzie:
Na przykład:
(CuOH) 2 CO 3 - hydroksywęglan miedzi (II);
Fe(OH) 2 NO 3 - dihydroksonitan żelaza (III).
Nazewnictwo soli złożonych
Nazewnictwo związków złożonych jest znacznie bardziej skomplikowane i aby zdać Unified State Exam nie trzeba wiele wiedzieć o nazewnictwie soli złożonych.
Powinieneś umieć nazwać sole złożone otrzymane w wyniku reakcji roztworów alkalicznych z wodorotlenkami amfoterycznymi. Na przykład:
*Te same kolory we wzorze i nazwie oznaczają odpowiadające sobie elementy receptury i nazwy.
Trywialne nazwy substancji nieorganicznych
Przez nazwy trywialne rozumiemy nazwy substancji niezwiązane lub słabo powiązane z ich składem i strukturą. Nazwy trywialne są z reguły ustalane albo ze względów historycznych, albo z właściwości fizycznych lub chemicznych tych związków.
Lista trywialnych nazw substancji nieorganicznych, które musisz znać:
| Na 3 | kriolit |
| SiO2 | kwarc, krzemionka |
| FeS 2 | piryt, piryt żelazny |
| CaSO4 ∙2H 2O | gips |
| CaC2 | węglik wapnia |
| Al4C3 | węglik aluminium |
| KO | żrący potas |
| NaOH | soda kaustyczna, soda kaustyczna |
| H2O2 | nadtlenek wodoru |
| CuSO4 ∙5H 2O | siarczan miedzi |
| NH4Cl | amoniak |
| CaCO3 | kreda, marmur, wapień |
| N2O | gaz rozweselający |
| NIE 2 | brązowy gaz |
| NaHCO3 | soda oczyszczona (pitna). |
| Fe3O4 | żelazna skala |
| NH3 ∙H2O (NH4OH) | amoniak |
| WSPÓŁ | tlenek węgla |
| CO2 | dwutlenek węgla |
| SiC | karborund (węglik krzemu) |
| PH 3 | fosfina |
| NH 3 | amoniak |
| KClO3 | Sól Bertholeta (chloran potasu) |
| (CuOH)2CO3 | malachit |
| CaO | wapno palone |
| Ca(OH)2 | wapno gaszone |
| przezroczysty wodny roztwór Ca(OH) 2 | woda wapienna |
| zawiesina stałego Ca(OH)2 w jego roztworze wodnym | mleko wapienne |
| K2CO3 | potaż |
| Na2CO3 | soda kalcynowana |
| Na 2 CO 3 ∙ 10H 2 O | soda kryształowa |
| MgO | magnezja |
Reakcje chemiczne należy odróżnić od reakcji jądrowych. W wyniku reakcji chemicznych całkowita liczba atomów każdego pierwiastka chemicznego i jego skład izotopowy nie ulegają zmianie. Reakcje jądrowe to inna sprawa - procesy przemian jąder atomowych w wyniku ich oddziaływania z innymi jądrami lub cząstkami elementarnymi, np. przemiana glinu w magnez:
27 13 Al + 1 1 H = 24 12 Mg + 4 2 He
Klasyfikacja reakcji chemicznych jest wieloaspektowa, to znaczy może opierać się na różnych cechach. Ale każda z tych cech może obejmować reakcje pomiędzy substancjami nieorganicznymi i organicznymi.
Rozważmy klasyfikację reakcji chemicznych według różnych kryteriów.
I. Według liczby i składu reagujących substancji
Reakcje zachodzące bez zmiany składu substancji.
W chemii nieorganicznej do takich reakcji zalicza się procesy otrzymywania alotropowych modyfikacji jednego pierwiastka chemicznego, np.:
C (grafit) ↔ C (diament)
S (rombowy) ↔ S (jednoskośny)
P (biały) ↔ P (czerwony)
Sn (biała cyna) ↔ Sn (szara cyna)
3O 2 (tlen) ↔ 2O 3 (ozon)
W chemii organicznej do tego typu reakcji można zaliczyć reakcje izomeryzacji, które zachodzą bez zmiany nie tylko jakościowego, ale także ilościowego składu cząsteczek substancji, na przykład:
1. Izomeryzacja alkanów.
Reakcja izomeryzacji alkanów ma ogromne znaczenie praktyczne, ponieważ węglowodory o izostrukturze mają mniejszą zdolność do detonacji.
2. Izomeryzacja alkenów.
3. Izomeryzacja alkinów (reakcja A. E. Favorsky'ego).
CH 3 - CH 2 - C= - CH ↔ CH 3 - C= - C- CH 3
etyloacetylen, dimetyloacetylen
4. Izomeryzacja haloalkanów (A.E. Favorsky, 1907).
5. Izomeryzacja cyjanitu amonu po podgrzaniu.
Mocznik został po raz pierwszy zsyntetyzowany przez F. Wöhlera w 1828 r. poprzez izomeryzację cyjanianu amonu po podgrzaniu.
Reakcje zachodzące wraz ze zmianą składu substancji
Można wyróżnić cztery rodzaje takich reakcji: kombinacja, rozkład, podstawienie i wymiana.
1. Reakcje złożone to reakcje, w których z dwóch lub więcej substancji powstaje jedna złożona substancja
W chemii nieorganicznej można rozważyć całą gamę reakcji złożonych, na przykład na przykładzie reakcji wytwarzania kwasu siarkowego z siarki:
1. Wytwarzanie tlenku siarki (IV):
S + O 2 = SO - z dwóch prostych substancji powstaje jedna złożona substancja.
2. Wytwarzanie tlenku siarki (VI):
SO 2 + 0 2 → 2SO 3 - jedna złożona substancja powstaje z substancji prostych i złożonych.
3. Przygotowanie kwasu siarkowego:
SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 - jedna substancja złożona powstaje z dwóch substancji złożonych.
Przykładem złożonej reakcji, w której z więcej niż dwóch substancji wyjściowych powstaje jedna substancja złożona, jest końcowy etap wytwarzania kwasu azotowego:
4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3
W chemii organicznej reakcje złożone są powszechnie nazywane „reakcjami addycji”. Całą różnorodność takich reakcji można rozważyć na przykładzie bloku reakcji charakteryzujących właściwości substancji nienasyconych, np. etylenu:
1. Reakcja uwodornienia - dodanie wodoru:
CH 2 = CH 2 + H 2 → H 3 -CH 3
eten → etan
2. Reakcja hydratacji – dodanie wody.
3. Reakcja polimeryzacji.
2. Reakcje rozkładu to reakcje, w których z jednej złożonej substancji powstaje kilka nowych substancji.
W chemii nieorganicznej całą gamę takich reakcji można uwzględnić w bloku reakcji wytwarzania tlenu metodami laboratoryjnymi:
1. Rozkład tlenku rtęci(II) - z jednej złożonej substancji powstają dwa proste.
2. Rozkład azotanu potasu - z jednej substancji złożonej powstaje jedna prosta i jedna kompleksowa.
3. Rozkład nadmanganianu potasu - z jednej substancji złożonej powstają dwie substancje złożone i jedna prosta, czyli trzy nowe substancje.
W chemii organicznej reakcje rozkładu można uwzględnić w bloku reakcji produkcji etylenu w laboratorium i przemyśle:
1. Reakcja odwodnienia (eliminacji wody) etanolu:
C 2 H 5 OH → CH 2 = CH 2 + H 2 O
2. Reakcja odwodornienia (eliminacji wodoru) etanu:
CH 3 -CH 3 → CH 2 =CH 2 + H 2
lub CH 3-CH 3 → 2C + ZN 2
3. Reakcja krakingu (rozszczepiania) propanu:
CH 3 -CH 2 -CH 3 → CH 2 = CH 2 + CH 4
3. Reakcje podstawienia to reakcje, w których atomy substancji prostej zastępują atomy jakiegoś pierwiastka w substancji złożonej.
W chemii nieorganicznej przykładem takich procesów jest blok reakcji charakteryzujących właściwości np. metali:
1. Oddziaływanie metali alkalicznych lub metali ziem alkalicznych z wodą:
2Na + 2H 2 O = 2 NaOH + H 2
2. Oddziaływanie metali z kwasami w roztworze:
Zn + 2HCl = ZnСl 2 + H 2
3. Oddziaływanie metali z solami w roztworze:
Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu
4. Metalotermia:
2Al + Cr 2 O 3 → Al 2 O 3 + 2Сr
Przedmiotem badań chemii organicznej nie są proste substancje, ale tylko związki. Dlatego jako przykład reakcji podstawienia przedstawiamy najbardziej charakterystyczną właściwość związków nasyconych, w szczególności metanu, - zdolność do zastępowania jego atomów wodoru przez atomy halogenu. Innym przykładem jest bromowanie związku aromatycznego (benzenu, toluenu, aniliny).
C 6 H 6 + Br 2 → C 6 H 5 Br + HBr
benzen → bromobenzen
Zwróćmy uwagę na specyfikę reakcji podstawienia w substancjach organicznych: w wyniku takich reakcji nie powstaje prosta i złożona substancja, jak w chemii nieorganicznej, ale dwie złożone substancje.
W chemii organicznej reakcje podstawienia obejmują również pewne reakcje między dwiema złożonymi substancjami, na przykład nitrowanie benzenu. Formalnie jest to reakcja wymiany. Fakt, że jest to reakcja podstawienia, staje się jasny dopiero po rozważeniu jej mechanizmu.
4. Reakcje wymiany to reakcje, w których dwie złożone substancje wymieniają swoje składniki
Reakcje te charakteryzują właściwości elektrolitów i w roztworach przebiegają zgodnie z zasadą Bertholleta, czyli tylko wtedy, gdy w rezultacie powstaje osad, gaz lub substancja lekko dysocjująca (na przykład H 2 O).
W chemii nieorganicznej może to być blok reakcji charakteryzujących np. właściwości zasad:
1. Reakcja neutralizacji zachodząca podczas tworzenia się soli i wody.
2. Reakcja zasady i soli, która zachodzi podczas tworzenia się gazu.
3. Reakcja zasady z solą, w wyniku której powstaje osad:
CuSO 4 + 2KOH = Cu(OH) 2 + K 2 SO 4
lub w formie jonowej:
Cu 2+ + 2OH - = Cu(OH) 2
W chemii organicznej możemy rozważyć blok reakcji charakteryzujący np. właściwości kwasu octowego:
1. Reakcja zachodząca wraz z utworzeniem słabego elektrolitu - H 2 O:
CH3COOH + NaOH → Na(CH3COO) + H2O
2. Reakcja zachodząca podczas tworzenia się gazu:
2CH 3 COOH + CaCO 3 → 2CH 3 COO + Ca 2+ + CO 2 + H 2 O
3. Reakcja zachodząca wraz z utworzeniem osadu:
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. Poprzez zmianę stopnia utlenienia pierwiastków chemicznych tworzących substancje
Na podstawie tej cechy wyróżnia się następujące reakcje:
1. Reakcje zachodzące wraz ze zmianą stopni utlenienia pierwiastków, czyli reakcje redoks.
Należą do nich wiele reakcji, w tym wszystkie reakcje podstawienia, a także te reakcje łączenia i rozkładu, w których bierze udział co najmniej jedna prosta substancja, na przykład:
1. Mg 0 + H + 2 SO 4 = Mg +2 SO 4 + H 2
2. 2Mg 0 + O 0 2 = Mg +2 O -2
Złożone reakcje redoks są komponowane przy użyciu metody równowagi elektronowej.
2KMn +7 O 4 + 16HCl - = 2KCl - + 2Mn +2 Cl - 2 + 5Cl 0 2 + 8H 2 O
W chemii organicznej uderzającym przykładem reakcji redoks są właściwości aldehydów.
1. Są one redukowane do odpowiednich alkoholi:
Aldekydy utleniają się do odpowiednich kwasów:
2. Reakcje zachodzące bez zmiany stopnia utlenienia pierwiastków chemicznych.
Należą do nich na przykład wszystkie reakcje wymiany jonowej, a także wiele reakcji złożonych, wiele reakcji rozkładu, reakcje estryfikacji:
HCOOH + CHgOH = HCOOCH3 + H2O
III. Przez efekt termiczny
Ze względu na efekt termiczny reakcje dzielimy na egzotermiczne i endotermiczne.
1. Reakcje egzotermiczne zachodzą wraz z uwolnieniem energii.
Należą do nich prawie wszystkie reakcje złożone. Rzadkim wyjątkiem jest endotermiczna reakcja syntezy tlenku azotu (II) z azotu i tlenu oraz reakcja gazowego wodoru ze stałym jodem.
Reakcje egzotermiczne zachodzące wraz z uwolnieniem światła zalicza się do reakcji spalania. Uwodornienie etylenu jest przykładem reakcji egzotermicznej. Działa w temperaturze pokojowej.
2. Reakcje endotermiczne zachodzą wraz z absorpcją energii.
Oczywiście będą one obejmować prawie wszystkie reakcje rozkładu, na przykład:
1. Wypalanie wapienia
2. Kraking butanu
Ilość energii uwolnionej lub pochłoniętej w wyniku reakcji nazywa się efektem termicznym reakcji, a równanie reakcji chemicznej wskazujące na ten efekt nazywa się równaniem termochemicznym:
H 2 (g) + C 12 (g) = 2HC 1 (g) + 92,3 kJ
N 2 (g) + O 2 (g) = 2NO (g) - 90,4 kJ
IV. Według stanu skupienia reagujących substancji (skład fazowy)
Według stanu skupienia substancji reagujących wyróżnia się:
1. Reakcje heterogeniczne - reakcje, w których reagenty i produkty reakcji znajdują się w różnych stanach skupienia (w różnych fazach).
2. Reakcje jednorodne - reakcje, w których reagenty i produkty reakcji znajdują się w tym samym stanie skupienia (w tej samej fazie).
V. Przez udział katalizatora
Ze względu na udział katalizatora wyróżnia się:
1. Reakcje niekatalityczne zachodzące bez udziału katalizatora.
2. Reakcje katalityczne zachodzące z udziałem katalizatora. Ponieważ wszystkie reakcje biochemiczne zachodzące w komórkach organizmów żywych zachodzą przy udziale specjalnych katalizatorów biologicznych o charakterze białkowym - enzymów, wszystkie mają charakter katalityczny, a ściślej enzymatyczny. Należy zauważyć, że ponad 70% przemysłu chemicznego wykorzystuje katalizatory.
VI. Według kierunku
Według kierunku wyróżnia się:
1. Reakcje nieodwracalne zachodzą w danych warunkach tylko w jednym kierunku. Należą do nich wszelkie reakcje wymiany, którym towarzyszy powstawanie osadu, gazu lub substancji lekko dysocjującej (wody) oraz wszelkie reakcje spalania.
2. Odwracalne reakcje w tych warunkach zachodzą jednocześnie w dwóch przeciwnych kierunkach. Zdecydowana większość takich reakcji to tzw.
W chemii organicznej znak odwracalności odzwierciedlają nazwy - antonimy procesów:
Uwodornienie - odwodornienie,
Nawodnienie – odwodnienie,
Polimeryzacja - depolimeryzacja.
Wszystkie reakcje estryfikacji (proces odwrotny, jak wiadomo, nazywa się hydrolizą) i hydrolizy białek, estrów, węglowodanów i polinukleotydów są odwracalne. Odwracalność tych procesów leży u podstaw najważniejszej właściwości żywego organizmu – metabolizmu.
VII. Według mechanizmu przepływu wyróżnia się:
1. Reakcje rodnikowe zachodzą pomiędzy rodnikami i cząsteczkami powstałymi podczas reakcji.
Jak już wiesz, we wszystkich reakcjach stare wiązania chemiczne zostają zerwane i powstają nowe. Sposób rozerwania wiązania w cząsteczkach substancji wyjściowej determinuje mechanizm (ścieżkę) reakcji. Jeśli substancja jest utworzona przez wiązanie kowalencyjne, mogą istnieć dwa sposoby zerwania tego wiązania: hemolityczny i heterolityczny. Na przykład w przypadku cząsteczek Cl 2, CH 4 itp. następuje hemolityczne rozszczepienie wiązań, co doprowadzi do powstania cząstek z niesparowanymi elektronami, czyli wolnymi rodnikami.
Rodniki powstają najczęściej podczas rozrywania wiązań, w których wspólne pary elektronów są w przybliżeniu równo rozdzielone między atomami (niepolarne wiązanie kowalencyjne), ale wiele wiązań polarnych może również zostać rozerwanych w podobny sposób, szczególnie gdy reakcja zachodzi w w fazie gazowej i pod wpływem światła, jak na przykład w przypadku omówionych powyżej procesów - oddziaływanie C 12 i CH 4 -. Rodniki są bardzo reaktywne, ponieważ mają tendencję do uzupełniania swojej warstwy elektronowej poprzez pobranie elektronu z innego atomu lub cząsteczki. Na przykład, gdy rodnik chloru zderza się z cząsteczką wodoru, powoduje rozbicie wspólnej pary elektronów łączącej atomy wodoru i utworzenie wiązania kowalencyjnego z jednym z atomów wodoru. Drugi atom wodoru, stając się rodnikiem, tworzy wspólną parę elektronów z niesparowanym elektronem atomu chloru z zapadającej się cząsteczki Cl2, w wyniku czego powstaje rodnik chloru, który atakuje nową cząsteczkę wodoru itp.
Reakcje reprezentujące łańcuch kolejnych przemian nazywane są reakcjami łańcuchowymi. Za rozwój teorii reakcji łańcuchowych dwóch wybitnych chemików - nasz rodak N. N. Semenov i Anglik S. A. Hinshelwood otrzymali Nagrodę Nobla.
Reakcja podstawienia chloru i metanu przebiega podobnie:
Większość reakcji spalania substancji organicznych i nieorganicznych, synteza wody, amoniaku, polimeryzacja etylenu, chlorku winylu itp. przebiega według mechanizmu rodnikowego.
2. Reakcje jonowe zachodzą pomiędzy jonami już obecnymi lub powstałymi w trakcie reakcji.
Typowe reakcje jonowe to interakcje pomiędzy elektrolitami w roztworze. Jony powstają nie tylko podczas dysocjacji elektrolitów w roztworach, ale także pod wpływem wyładowań elektrycznych, ogrzewania czy promieniowania. Na przykład promienie γ przekształcają cząsteczki wody i metanu w jony molekularne.
Zgodnie z innym mechanizmem jonowym zachodzą reakcje addycji halogenowodorów, wodoru, halogenów do alkenów, utleniania i odwodnienia alkoholi, zastąpienia alkoholu hydroksylowego halogenem; reakcje charakteryzujące właściwości aldehydów i kwasów. W tym przypadku jony powstają w wyniku heterolitycznego rozerwania polarnych wiązań kowalencyjnych.
VIII. Według rodzaju energii
inicjujące reakcję wyróżnia się:
1. Reakcje fotochemiczne. Są inicjowane przez energię świetlną. Oprócz omówionych powyżej procesów fotochemicznych syntezy HCl czy reakcji metanu z chlorem, obejmują one wytwarzanie ozonu w troposferze jako wtórnego zanieczyszczenia atmosfery. Podstawową rolę pełni w tym przypadku tlenek azotu (IV), który pod wpływem światła tworzy rodniki tlenowe. Rodniki te oddziałują z cząsteczkami tlenu, tworząc ozon.
Tworzenie się ozonu zachodzi tak długo, jak jest wystarczająca ilość światła, ponieważ NO może oddziaływać z cząsteczkami tlenu, tworząc ten sam NO2. Nagromadzenie ozonu i innych wtórnych zanieczyszczeń powietrza może prowadzić do smogu fotochemicznego.
Do tego typu reakcji zalicza się także najważniejszy proces zachodzący w komórkach roślinnych – fotosyntezę, której nazwa mówi sama za siebie.
2. Reakcje radiacyjne. Są inicjowane przez promieniowanie wysokoenergetyczne - promieniowanie rentgenowskie, promieniowanie jądrowe (promienie γ, cząstki a - He 2+ itp.). Za pomocą reakcji radiacyjnych przeprowadza się bardzo szybką radiopolimeryzację, radiolizę (rozkład radiacyjny) itp.
Przykładowo, zamiast dwuetapowej produkcji fenolu z benzenu, można go otrzymać w wyniku reakcji benzenu z wodą pod wpływem promieniowania. W tym przypadku z cząsteczek wody powstają rodniki [OH] i [H], z którymi benzen reaguje tworząc fenol:
C 6 H 6 + 2 [OH] → C 6 H 5 OH + H 2 O
Wulkanizację gumy można przeprowadzić bez siarki za pomocą radiowulkanizacji, a powstała guma nie będzie gorsza od tradycyjnej gumy.
3. Reakcje elektrochemiczne. Są inicjowane przez prąd elektryczny. Oprócz dobrze znanych reakcji elektrolizy wskażemy także reakcje elektrosyntezy, na przykład reakcje do przemysłowej produkcji utleniaczy nieorganicznych
4. Reakcje termochemiczne. Są inicjowane przez energię cieplną. Należą do nich wszystkie reakcje endotermiczne i wiele reakcji egzotermicznych, których zapoczątkowanie wymaga wstępnego dostarczenia ciepła, czyli zainicjowania procesu.
Klasyfikację reakcji chemicznych omówionych powyżej przedstawiono na schemacie.
Klasyfikacja reakcji chemicznych, podobnie jak wszystkie inne klasyfikacje, ma charakter warunkowy. Naukowcy zgodzili się podzielić reakcje na określone typy w zależności od zidentyfikowanych cech. Ale większość przemian chemicznych można podzielić na różne typy. Dla przykładu scharakteryzujmy proces syntezy amoniaku.
Jest to reakcja złożona, redoks, egzotermiczna, odwracalna, katalityczna, heterogeniczna (dokładniej heterogeniczno-katalityczna), zachodząca wraz ze spadkiem ciśnienia w układzie. Aby skutecznie zarządzać procesem, należy wziąć pod uwagę wszystkie przekazane informacje. Specyficzna reakcja chemiczna jest zawsze wielogatunkowa i charakteryzuje się różnymi cechami.
I klasyfikacja stali
- jakość;
- skład chemiczny;
- zamiar;
- mikrostruktura;
- wytrzymałość.
Jakość stali
Według składu chemicznego
Stale węglowe trwałe zanieczyszczenia
Tabela 1.3.
STAL WĘGLOWA
Stopowanie elementy dodatki Lub dodatki
Stale stopowe niskostopowy(do 2,5% mas.), stopowe(od 2,5 do 10% wag.) i wysokostopowe "chrom"
Przeznaczenie stali
Strukturalny Niski-( Lub kilka-) I średni węgiel.
Instrumentalnywysoka zawartość węgla.
I (ze specjalnymi właściwościami - ).
I
I zwiększona odporność na ciepło duża prędkość stale
Zwykła jakość
stale konstrukcyjne,
Stale narzędziowe,
6) łożysko (łożysko kulkowe) stal,
7) stale szybkotnące(wysokostopowe, wysokiej jakości stale narzędziowe o dużej zawartości wolframu).
8) automatyczny, tj.zwiększona (lub wysoka) skrawalność, stal.
Z analizy składu historycznie opracowanych grup znakowania stali wynika, że stosowane systemy znakowania umożliwiają zakodowanie pięciu cech klasyfikacyjnych, a mianowicie: jakość, skład chemiczny, przeznaczenie, stopień odtlenienia, taj sposób uzyskiwania półfabrykatów(automatyczny lub w rzadkich przypadkach odlewniczy). Zależność grup oznaczeń od klas stali ilustruje dolna część schematu blokowego na rys. 1.
SYSTEM GRUP OZNACZEŃ, ZASADY OZNACZANIA I PRZYKŁADY GATUNKÓW STALI
| WĘGIEL | ZWYKŁA JAKOŚĆ | |||||||
| Grupa Stalowa | Gwarancja dostawy | MARKI | ||||||
| A | według składu chemicznego | St0 | St1 | St2 | StZ | St4 | St5 | St6 |
| B | poprzez właściwości mechaniczne | BSt0 | BSt1 | BSt2 | BStZ | BSt4 | BSt5 | BSt6 |
| W | ze względu na właściwości mechaniczne i skład chemiczny | VSTO | VSt1 | VSt2 | VStZ | VSt4 | VSt5 | VSt6 |
| Stężenie węgla, wag. % | 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 | |
| JAKOŚĆ WYSOKA JAKOŚĆ | STRUKTURALNY | PRZYKŁADY MAREK | ||||||
| Marka: dwucyfrowa liczba SETNYCH procent węgla + oznaczenie stopnia odtlenienia | 05 08kp 10 15 18kp 20A 25ps ZOA 35 40 45 50 55 ... 80 85 Uwagi: 1) brak wskaźnika stopnia odtlenienia oznacza „sp”; 2) Litera „A” na końcu znaku wskazuje, że stal jest wysokiej jakości | |||||||
| INSTRUMENTALNY | MARKI | |||||||
| Marka: symbol „U” + cyfra DZIESIĘTE PROCENTÓW Węgiel | U7 U7A U8 UVA U9 U9A U10 U10A U12 U12A | |||||||
| DOPOWANY | JAKOŚĆ WYSOKA JAKOŚĆ BARDZO WYSOKA JAKOŚĆ | STRUKTURALNY | PRZYKŁADY MAREK | |||||
| Marka: dwucyfrowa liczba SETNYCH procent węgla + symbol pierwiastka stopowego + liczba całkowita jego procentu | 09G2 10KHSND 18G2AFps 20Kh 40G 45KhN 65S2VA 110G13L Uwagi: 1) nie podaje się cyfry „1” jako wskaźnika stężenia ≤ 1% wag. pierwiastka stopowego; 2) gatunek 110G13L jest jednym z niewielu, w którym liczba setnych procenta węgla jest trzycyfrowa | |||||||
| INSTRUMENTALNY | PRZYKŁADY MAREK | |||||||
| Marka: liczba DZIESIĄTKI procent węgla + symbol pierwiastka stopowego+ liczba całkowita jego procentu | ЗХ2Н2МФ 4ХВ2С 5ХНМ 7X3 9ХВГ X ХВ4 9Х4МЗФ2AGСТ-Ш Uwagi: 1) liczba „10” nie jest używana jako wskaźnik „dziesięć dziesiątych” % masowego węgla; 2) „-Ш” na końcu znaku oznacza, że stal jest szczególnie wysokiej jakości, uzyskana np. metodą elektrożużel przetapianie (i nie tylko) |
Stale konstrukcyjne węglowe zwykłej jakości
Określone stale określonej grupy znakowania są oznaczone za pomocą kombinacji dwuliterowej „Św” co jest kluczowe (kształtujące system) w rozważanej grupie oznaczeń. Gatunki stali tej grupy można od razu rozpoznać po tym symbolu.
Po symbolu „St” bez spacji następuje liczba wskazująca numer marki – od «0» Do „6”.
Wzrost numeru gatunku odpowiada wzrostowi zawartości węgla w stali, ale nie wskazuje na jego konkretną wartość. Dopuszczalne granice zawartości węgla w stalach poszczególnych gatunków podano w tabeli. 1,5. Zawartość węgla w stale węglowe zwykłej jakości nie przekracza 0,5% wag. Takie stale są podeutektoidalne zgodnie z kryterium strukturalnym, a zatem mają charakter konstrukcyjny.
Po liczbie następuje jedna z trzech kombinacji liter: „kp”, „ps”, „sp” - wskazująca stopień odtlenienia stali.
Symbol „St” może być poprzedzony dużą literą „A”, „B” lub „C” lub może nie zawierać żadnych symboli. W ten sposób przekazywana jest informacja o tym, czy dana stal należy do jednej z tzw „grupy dostaw”: A, B Lub W, – w zależności od tego, który ze standardowych wskaźników stali jest gwarantowany przez dostawcę.
Grupa Stalowa A posiada gwarancję składu chemicznego, czyli dopuszczalnych wartości stężenia węgla i zanieczyszczeń określonych przez GOST. Na znaczkach często nie ma litery „A” i jej brak domyślny oznacza gwarancję składu chemicznego. Odbiorca stali, nie mając wiedzy o właściwościach mechanicznych, może ją ukształtować poprzez odpowiednią obróbkę cieplną, której wybór trybów wymaga znajomości składu chemicznego.
Grupa Stalowa B posiada gwarancję wymaganych właściwości mechanicznych. Konsument stali może określić jej optymalne zastosowanie w konstrukcjach na podstawie znanych charakterystyk właściwości mechanicznych, bez konieczności wstępnej obróbki cieplnej.
Grupa Stalowa W objęty jest gwarancją zarówno składu chemicznego, jak i właściwości mechanicznych. Konsument wykorzystuje go głównie do tworzenia konstrukcji spawanych. Znajomość właściwości mechanicznych pozwala przewidzieć zachowanie obciążonej konstrukcji w obszarach oddalonych od spoin, a znajomość składu chemicznego pozwala przewidzieć i w razie potrzeby skorygować właściwości mechaniczne samych spoin poprzez obróbkę cieplną .
Przykłady znaczków rejestracyjnych zwykłej jakości stal węglowa wyglądać tak: VSt3ps, BSt6sp, St1kp .
Stale łożyskowe
Stale na łożyska posiadają własne oznaczenia i stanowią specjalną grupę ze względu na swoje przeznaczenie. strukturalny stale, chociaż pod względem składu i właściwości są zbliżone do stali narzędziowych. Termin „łożysko kulkowe” określa ich wąski zakres zastosowań – łożyska toczne (nie tylko kulkowe, ale także wałeczkowe i igiełkowe). Aby to zaznaczyć, zaproponowano skrót „SHH” - łożysko kulkowe, chrom, – po którym następuje liczba dziesiąte procentaśrednie stężenie chrom. Spośród wcześniej powszechnie znanych marek ShKh6, ShKh9 i ShKh15, marka ShKh15 pozostaje w użyciu. Różnica między stalą łożyskową a podobną stalą narzędziową polega na bardziej rygorystycznych wymaganiach dotyczących liczby wtrąceń niemetalicznych i równomiernego rozmieszczenia węglików w mikrostrukturze.
Udoskonalenie stali ShKh15 poprzez wprowadzenie dodatkowych dodatków stopowych (krzem i mangan) znalazło wyjątkowe odzwierciedlenie w oznakowaniu – upowszechnieniu się specyficzny system późniejszych zasad wyznaczania pierwiastków stopowych w stalach stopowych: SzKh15SG, SzKh20SG.
Stale szybkotnące
Stale szybkotnące są specjalnie oznaczone początkową literą rosyjskiego alfabetu „P”, odpowiadającą pierwszej dźwiękowi angielskiego słowa szybki – szybko, szybko. Po tym następuje całkowity procent wolframu. Jak już wspomniano, wcześniej najpopularniejszym gatunkiem stali szybkotnącej był P18.
Ze względu na niedobór i wysoki koszt wolframu nastąpiło przejście na stal wolframowo-molibdenową R6M5 bez azotu i R6AM5 z azotem. Podobnie jak w przypadku stali łożyskowych, doszło do połączenia (rodzaj „hybrydyzacji”) dwóch systemów znakowania. Rozwój i rozwój nowych stali szybkotnących z kobaltem i wanadem wzbogacił arsenał gatunków „hybrydowych”: R6AM5F3, R6M4K8, 11R3AM3F2 - a także doprowadził do pojawienia się ogólnie bezwolframowych stali szybkotnących, które są oznaczone zarówno w konkretnym układzie (R0M5F1, R0M2F3) i w zupełnie nowy sposób – 9Kh6M3F3AGST-Sh, 9Kh4M3F2AGST-Sh.
Klasyfikacja żeliwa
Żeliwo to stopy żelaza i węgla zawierające więcej niż 2,14% wag. C.
Żeliwo przetapia się w celu przetworzenia na stal (konwersja), w celu wytworzenia żelazostopów, które pełnią funkcję dodatków stopowych, a także jako stopy high-tech do produkcji odlewów (odlewnictwo).
Węgiel może występować w żeliwie w postaci dwóch faz wysokowęglowych – cementytu (Fe 3 C) i grafitu, a czasami jednocześnie w postaci cementytu i grafitu. Żeliwo, w którym występuje wyłącznie cementyt, daje lekkie, błyszczące pęknięcie i dlatego nazywane jest żeliwem biały. Obecność grafitu nadaje spękaniom żeliwa szarą barwę. Jednak nie każde żeliwo z grafitem należy do klasy tzw szary lane żelazo Pomiędzy żeliwem białym a szarym jest klasa bez entuzjazmu lane żelazo
Bez entuzjazmuŻeliwa to żeliwa, w których strukturze pomimo grafityzacji przynajmniej częściowo zachowany jest cementyt ledeburytowy, w związku z czym obecny jest sam ledeburyt – eutektyczny składnik konstrukcyjny mający specyficzną postać.
DO szary zaliczają się żeliwa, w których cementyt ledeburytowy uległ całkowitemu rozpadowi i ten ostatni nie jest już obecny w strukturze. Żeliwo szare składa się z inkluzje grafitowe I metalowa podstawa. Ta metalowa podstawa to stal perlityczna (eutektoidalna), ferrytyczno-perlityczna (podeutektoidalna) lub ferrytyczna (niskowęglowa). Wskazana kolejność rodzajów podłoża metalicznego żeliwa szarego odpowiada rosnącemu stopniowi rozkładu cementytu wchodzącego w skład perlitu.
Żeliwa przeciwcierne
Przykładowe marki: ASF-1, ASF-2, ASF-3.
Specjalny stop odporny na ciepło, odporny na korozję I odporny na ciepłożeliwa:
PRZYKŁADOWE GATUNKI ŻELIWA SZAREGO SPECJALNEGO
Klasyfikacja i oznakowanie
twarde stopy metalowo-ceramiczne
Twarde stopy metalowo-ceramiczne to stopy wytwarzane metodą metalurgii proszków (metaloceramika) i składające się z węglików metali ogniotrwałych: WC, TiC, TaC, połączonych plastycznym spoiwem metalowym, najczęściej kobaltem.
Obecnie w Rosji produkowane są twarde stopy trzech grup: wolfram, tytan-wolfram i tytan-wolfram, – zawierający jako łącznik kobalt.
Ze względu na wysoki koszt wolframu opracowano twarde stopy, które w ogóle nie zawierają węglika wolframu. Jako faza stała zawierają tylko węglik tytanu Lub węglikoazotek tytanu– Ti(NC). Rolę więzadła plastycznego pełni matryca niklowo-molibdenowa. Klasyfikację stopów twardych przedstawiono na schemacie blokowym.
Zgodnie z pięcioma klasami twardych stopów metalowo-ceramicznych istniejące zasady znakowania tworzą pięć grup znakowania.
Wolfram ( czasami nazywany wolfram-kobalt) twarde stopy
Przykłady: VK3, VK6, VK8, VK10.
Wolfram tytanowy ( czasami nazywany tytan-wolfram-kobalt) stopy twarde
Przykłady: T30K4, T15K6, T5K10, T5K12.
Wolfram tytanowo-tantalowy ( czasami nazywany tytan-tantal-wolfram-kobalt) stopy twarde
Przykłady: TT7K12, TT8K6, TT10K8, TT20K9.
Czasami na końcu marki dodaje się litery lub kombinacje liter poprzez łącznik, charakteryzujące rozproszenie cząstek węglika w proszku:
KLASYFIKACJA TWARDYCH STOPÓW CERAMICZNYCH
Zagraniczne analogi niektórych krajowych gatunków stali stopowych podano w tabeli 1.1.
Tabela 1.1.
Zagraniczne analogi wielu krajowych gatunków stali stopowych
| Rosja, GOST | Niemcy, DIN * | USA, ASTM* | Japonia, Los Angeles * |
| 15X | 15Cr3 | SCr415 | |
| 40X | 41Сг4 | SСг440 | |
| 30ХМ | 25CrMo4 | SСМ430,SСМ2 | |
| 12ХГ3А | 14NiCr10** | – | SNC815 |
| 20ХГНМ | 21NiCrMo2 | SNСМ220 | |
| 08X13 | Х7Сr1З** | 410S | SUS410S |
| 20X13 | Х20Сг13 | SUS420J1 | |
| 12X17 | Х8Сг17 | 430 (51430 ***) | SUS430 |
| 12Х18Н9 | Х12СгNi8 9 | SUS302 | |
| 08Х18Н10Т | Х10CrNiTi18 9 | .321 | SUS321 |
| 10Х13СУ | Х7CrA133** | 405 ** (51405) *** | SUS405** |
| 20Х25Н20С2 | Х15CrNiSi25 20 | 30314,314 | SСS18, SUH310** |
* DIN (Deutsche Industrienorm), ASTM (Amerykańskie Towarzystwo Badań Materiałów), JIS (Japońska Norma Przemysłowa).
** Stal o podobnym składzie; *** Norma SAE
Charakterystyka cech klasyfikacyjnych
I klasyfikacja stali
Nowoczesne cechy klasyfikacyjne stali obejmują:
- jakość;
- skład chemiczny;
- zamiar;
- cechy metalurgiczne produkcji;
- mikrostruktura;
- tradycyjna metoda wzmacniania;
- tradycyjna metoda pozyskiwania półfabrykatów lub części;
- wytrzymałość.
Opiszmy pokrótce każdy z nich.
Jakość stali zależy przede wszystkim od zawartości szkodliwych zanieczyszczeń – siarki i fosforu – i charakteryzuje się 4 kategoriami (patrz tabela 1.2).
Według składu chemicznego Stale umownie dzieli się na stale węglowe (niestopowe) i stale stopowe.
Stale węglowe nie zawierają specjalnie wprowadzonych pierwiastków stopowych. Pierwiastki zawarte w stalach węglowych, inne niż węgiel, zaliczają się do tzw trwałe zanieczyszczenia. Ich stężenie musi mieścić się w granicach określonych przez odpowiednie normy państwowe (GOST). W tabeli 1.3. podano uśrednione wartości stężeń granicznych niektórych pierwiastków, które umożliwiają zaklasyfikowanie tych pierwiastków jako zanieczyszczeń, a nie pierwiastków stopowych. Konkretne limity zawartości zanieczyszczeń w stalach węglowych podano w normach GOST.
Tabela 1.3.
OGRANICZANIE STĘŻEŃ NIEKTÓRYCH ELEMENTÓW, KTÓRE POZWALAJĄ UZNAĆ JE ZA TRWAŁE ZANIECZYSZCZENIA
STAL WĘGLOWA
Stopowanie elementy, czasami nazywany stopowaniem dodatki Lub dodatki, są specjalnie wprowadzane do stali w celu uzyskania wymaganej struktury i właściwości.
Stale stopowe dzieli się według całkowitego stężenia pierwiastków stopowych, z wyjątkiem węgla, na niskostopowy(do 2,5% mas.), stopowe(od 2,5 do 10% wag.) i wysokostopowe(ponad 10% wag.) o zawartości żelaza w tym ostatnim co najmniej 45% wag. Zwykle wprowadzony pierwiastek stopowy nadaje stali stopowej odpowiednią nazwę: "chrom"– stopowe z chromem, „krzem” – z krzemem, „chrom-krzem” – jednocześnie z chromem i krzemem itp.
Ponadto stopy na bazie żelaza wyróżnia się również wtedy, gdy skład materiału zawiera mniej niż 45% żelaza, ale więcej niż jakikolwiek inny pierwiastek stopowy.
Przeznaczenie stali dzieli się na strukturalne i instrumentalne.
Strukturalny uwzględniono stale stosowane do produkcji różnych części maszyn, mechanizmów i konstrukcji w inżynierii mechanicznej, budownictwie i produkcji instrumentów. Muszą posiadać niezbędną wytrzymałość i udarność, a także, w razie potrzeby, zestaw specjalnych właściwości (odporność na korozję, paramagnetyzm itp.). Zazwyczaj są to stale konstrukcyjne Niski-( Lub kilka-) I średni węgiel. Twardość nie jest dla nich decydującą cechą mechaniczną.
Instrumentalny nazywane są stalami stosowanymi do obróbki materiałów metodą cięcia lub prasowania, a także do produkcji przyrządów pomiarowych. Muszą mieć wysoką twardość, odporność na zużycie, wytrzymałość i szereg innych specyficznych właściwości, na przykład odporność na ciepło. Warunkiem koniecznym uzyskania wysokiej twardości jest podwyższona zawartość węgla, dlatego stale narzędziowe, z nielicznymi wyjątkami, są zawsze wysoka zawartość węgla.
W ramach każdej grupy istnieje bardziej szczegółowy podział ze względu na cel. Stale konstrukcyjne dzielą się na budownictwo, inżynieria I stal do zastosowań specjalnych(ze specjalnymi właściwościami - odporny na ciepło, odporny na ciepło, odporny na korozję, niemagnetyczny).
Stale narzędziowe dzielą się na stale na narzędzia skrawające, stale matrycowe I stal na przyrządy pomiarowe.
Wspólną właściwością użytkową stali narzędziowych jest wysoka twardość, która zapewnia narzędziu odporność na odkształcenia i ścieranie jego powierzchni. Jednocześnie stale na narzędzia skrawające podlegają specyficznym wymaganiom - utrzymywaniu wysokiej twardości w podwyższonych temperaturach (do 500...600°С), które powstają w krawędzi skrawającej przy dużych prędkościach skrawania. Określona zdolność stali nazywa się jej odporność na ciepło (lub odporność na czerwony). Według określonego kryterium stale na narzędzia skrawające dzielą się na nieodporny na ciepło, półodporny na ciepło, żaroodporny I zwiększona odporność na ciepło. Dwie ostatnie grupy znane są w technologii jako duża prędkość stale
Stale matrycowe oprócz wysokiej twardości wymagają dużej wytrzymałości, ponieważ narzędzie matrycowe pracuje w warunkach obciążenia udarowego. Ponadto narzędzie do tłoczenia na gorąco w kontakcie z nagrzanymi metalowymi przedmiotami może się nagrzewać podczas długotrwałej pracy. Dlatego stale do tłoczenia na gorąco muszą być również żaroodporne.
Stale na narzędzia pomiarowe, oprócz dużej odporności na zużycie, zapewniającej dokładność wymiarową przez długi okres użytkowania, muszą gwarantować stabilność wymiarową narzędzi niezależnie od warunków temperaturowych pracy. Innymi słowy, muszą mieć bardzo mały współczynnik rozszerzalności cieplnej.
Pierwiastki chemiczne tworzące przyrodę żywą i nieożywioną znajdują się w ciągłym ruchu, ponieważ substancje wchodzące w skład tych pierwiastków ulegają ciągłym zmianom.
Reakcje chemiczne (z łac. reakcja - opór, opór) to reakcja substancji na wpływ innych substancji i czynników fizycznych (temperatura, ciśnienie, promieniowanie itp.).
Jednak definicja ta odnosi się również do zmian fizycznych zachodzących w substancjach - wrzenia, topnienia, kondensacji itp. Dlatego należy wyjaśnić, że reakcje chemiczne to procesy, w wyniku których stare wiązania chemiczne ulegają zniszczeniu i powstają nowe, a w konsekwencji z substancji pierwotnych powstają nowe substancje.
Reakcje chemiczne zachodzą nieustannie zarówno wewnątrz naszego organizmu, jak i w otaczającym nas świecie. Niezliczone reakcje są zwykle klasyfikowane według różnych kryteriów. Przypomnijmy sobie znaki z kursu 8 klasy, które już znasz. Aby to zrobić, przejdźmy do eksperymentu laboratoryjnego.
Eksperyment laboratoryjny nr 3
Zastąpienie żelaza miedzią w roztworze siarczanu miedzi (II).
Do probówki wlej 2 ml roztworu siarczanu miedzi(II) i umieść w niej pinezkę lub spinacz biurowy. Co obserwujesz? Zapisz równania reakcji w postaci molekularnej i jonowej. Rozważmy procesy redoks. Na podstawie równania molekularnego zaklasyfikuj tę reakcję do jednej lub drugiej grupy reakcji w oparciu o następujące cechy:
Teraz sprawdź siebie. CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu.
|
Doszliśmy do bardzo ważnego pojęcia w chemii – „szybkości reakcji chemicznej”. Wiadomo, że niektóre reakcje chemiczne zachodzą bardzo szybko, inne zaś przez dłuższy czas. Po dodaniu roztworu azotanu srebra do roztworu chlorku sodu niemal natychmiast wytrąca się biały, tandetny osad:
AgNO 3 + NaCl = NaNO 3 + AgCl↓.
Reakcje zachodzą z ogromną szybkością, czemu towarzyszy eksplozja (ryc. 11, 1). Wręcz przeciwnie, w kamiennych jaskiniach powoli rosną stalaktyty i stalagmity (ryc. 11, 2), wyroby stalowe korodują (rdza) (ryc. 11, 3), pałace i posągi niszczą kwaśne deszcze (ryc. 11, 4).
Ryż. 11.
Reakcje chemiczne zachodzące z ogromnymi prędkościami (1) i bardzo wolno (2-4)
| Szybkość reakcji chemicznej to zmiana stężenia reagentów w jednostce czasu: V p = C 1 - C 2 /t. |
Z kolei przez stężenie rozumiemy stosunek ilości substancji (jak wiadomo, mierzy się ją w molach) do objętości, jaką ona zajmuje (w litrach). Stąd nie jest trudno wyprowadzić jednostkę miary szybkości reakcji chemicznej – 1 mol/(l s).
Specjalna gałąź chemii bada szybkość reakcji chemicznych, którą nazywa się kinetyką chemiczną.
Znajomość jej praw pozwala kontrolować reakcję chemiczną, sprawiając, że przebiega ona szybciej lub wolniej.
Jakie czynniki decydują o szybkości reakcji chemicznej?
1. Natura reagentów. Przejdźmy do eksperymentu.
Eksperyment laboratoryjny nr 4
Zależność szybkości reakcji chemicznej od charakteru reagentów na przykładzie oddziaływania kwasów z metalami
| Do dwóch probówek wlej 1-2 ml kwasu solnego i umieść: w pierwszej - granulkę cynku, w drugiej - kawałek żelaza tej samej wielkości. Charakter jakiego odczynnika wpływa na szybkość oddziaływania kwasu z metalem? Dlaczego? Zapisz równania reakcji w postaci molekularnej i jonowej. Rozważ je z punktu widzenia utleniania i redukcji. Następnie umieść identyczne granulki cynku w dwóch innych probówkach i dodaj do nich roztwory kwasów o tym samym stężeniu: w pierwszej - kwas solny, w drugiej - kwas octowy. Charakter jakiego odczynnika wpływa na szybkość oddziaływania kwasu z metalem? Dlaczego? Zapisz równania reakcji w postaci molekularnej i jonowej. Rozważ je z punktu widzenia utleniania i redukcji. |
2. Stężenie reagentów. Przejdźmy do eksperymentu.
Eksperyment laboratoryjny nr 5
Zależność szybkości reakcji chemicznej od stężenia reagentów na przykładzie oddziaływania cynku z kwasem solnym o różnych stężeniach
Łatwo jest stwierdzić: Im wyższe stężenie reagentów, tym większa szybkość interakcji między nimi.
Stężenie substancji gazowych dla jednorodnych procesów produkcyjnych zwiększa się poprzez zwiększenie ciśnienia. Odbywa się to na przykład przy produkcji kwasu siarkowego, amoniaku i alkoholu etylowego.
Współczynnik zależności szybkości reakcji chemicznej od stężenia reagujących substancji uwzględniany jest nie tylko w produkcji, ale także w innych obszarach działalności człowieka, np. w medycynie. Pacjenci z chorobami płuc, u których stopień interakcji hemoglobiny we krwi z tlenem zawartym w powietrzu jest niski, oddychają łatwiej dzięki poduszkom tlenowym.
3. Obszar kontaktu substancji reagujących. Doświadczenie ilustrujące zależność szybkości reakcji chemicznej od tego czynnika można przeprowadzić za pomocą poniższego doświadczenia.
Eksperyment laboratoryjny nr 6
Zależność szybkości reakcji chemicznej od powierzchni kontaktu reagujących substancji
W przypadku reakcji heterogenicznych: im większa powierzchnia kontaktu substancji reagujących, tym większa szybkość reakcji.
Można to sprawdzić na podstawie własnego doświadczenia. Aby rozpalić ogień, pod drewno kładzie się małe kawałki drewna, a pod nimi zmięty papier, od którego zapalił się cały ogień. Przeciwnie, gaszenie pożaru wodą polega na zmniejszeniu powierzchni kontaktu płonących przedmiotów z powietrzem.
W produkcji czynnik ten jest szczególnie brany pod uwagę; stosuje się tak zwane złoże fluidalne. Aby zwiększyć szybkość reakcji, substancję stałą rozdrabnia się prawie do stanu pyłu, a następnie od dołu przepuszcza się przez nią drugą substancję, zwykle gazową. Przepuszczenie go przez drobno rozdrobnioną substancję stałą powoduje efekt wrzenia (stąd nazwa metody). Złoże fluidalne wykorzystywane jest m.in. przy produkcji kwasu siarkowego i produktów naftowych.
Eksperyment laboratoryjny nr 7
Modelowanie w złożu fluidalnym
4. Temperatura. Przejdźmy do eksperymentu.
Eksperyment laboratoryjny nr 8
Zależność szybkości reakcji chemicznej od temperatury reagujących substancji na przykładzie oddziaływania tlenku miedzi(II) z roztworem kwasu siarkowego w różnych temperaturach
Łatwo stwierdzić: im wyższa temperatura, tym większa szybkość reakcji.
Pierwszy laureat Nagrody Nobla, holenderski chemik J. X. van't Hoff, sformułował zasadę:
W produkcji z reguły stosuje się wysokotemperaturowe procesy chemiczne: przy wytopie żeliwa i stali, topieniu szkła i mydła, produkcji papieru i produktów naftowych itp. (ryc. 12).
Ryż. 12.
Wysokotemperaturowe procesy chemiczne: 1 - wytapianie żelaza; 2 - topienie szkła; 3 - produkcja wyrobów naftowych
Piątym czynnikiem, od którego zależy szybkość reakcji chemicznej, są katalizatory. Spotkacie go w następnym akapicie.
Nowe słowa i pojęcia
- Reakcje chemiczne i ich klasyfikacja.
- Znaki klasyfikacji reakcji chemicznych.
- Szybkość reakcji chemicznej i czynniki od niej zależne.
Zadania do samodzielnej pracy
- Co to jest reakcja chemiczna? Jaka jest istota procesów chemicznych?
- Podaj pełny opis klasyfikacyjny następujących procesów chemicznych:
- a) spalanie fosforu;
- b) oddziaływanie roztworu kwasu siarkowego z glinem;
- c) reakcje neutralizacji;
- d) powstawanie tlenku azotu (IV) z tlenku azotu (II) i tlenu.
- Bazując na swoim osobistym doświadczeniu, podaj przykłady reakcji chemicznych zachodzących z różną szybkością.
- Jaka jest szybkość reakcji chemicznej? Od jakich czynników to zależy?
- Podaj przykłady wpływu różnych czynników na procesy biochemiczne i chemiczne.
- Bazując na własnym doświadczeniu, podaj przykłady wpływu różnych czynników na reakcje chemiczne zachodzące w życiu codziennym.
- Dlaczego żywność jest przechowywana w lodówce?
- Reakcję chemiczną rozpoczęto w temperaturze 100°C, następnie podniesiono do 150°C. Współczynnik temperaturowy tej reakcji wynosi 2. Ile razy wzrośnie szybkość reakcji chemicznej?