Шаталтын химийн урвал. Химийн урвалын төрлүүд

Бараг өдөр бүр бид бүгд шаталтын үйл явцын нэг буюу өөр илрэлтэй тулгардаг. Манай нийтлэлд бид энэ үйл явц нь шинжлэх ухааны үүднээс ямар онцлог шинж чанартай болохыг илүү нарийвчлан хэлэхийг хүсч байна.

Энэ нь галын үйл явцын гол бүрэлдэхүүн хэсэг юм. Гал нь шаталт үүссэнээс эхэлдэг бөгөөд түүний хөгжлийн эрч хүч нь ихэвчлэн галын туулсан зам, өөрөөр хэлбэл шаталтын хурд, гал унтраах нь шаталт зогссоноор дуусдаг.

Шаталтыг ихэвчлэн түлш ба исэлдүүлэгч хоёрын хоорондох экзотермик урвал гэж ойлгодог бөгөөд энэ нь дөл, гэрэлтэх, утаа үүсэх гэсэн гурван хүчин зүйлийн дор хаяж нэгийг дагалддаг. Шаталтын процессын нарийн төвөгтэй байдлаас шалтгаалан энэ тодорхойлолт нь бүрэн гүйцэд биш юм. Энэ нь үндсэн экзотермик урвал хурдан явагдах, түүний бие даасан шинж чанар, шатамхай хольцоор дамжих процесс өөрөө тархах чадвар зэрэг шаталтын чухал шинж чанаруудыг харгалзан үздэггүй.

Удаан экзотермик исэлдэлтийн урвал (төмрийн зэврэлт, ялзрал) ба шаталтын хоорондох ялгаа нь сүүлийнх нь маш хурдан явагддаг тул дулаан ялгарахаас илүү хурдан үүсдэг. Энэ нь урвалын бүсэд температурыг хэдэн зуун, бүр хэдэн мянган градусаар нэмэгдүүлж, харагдахуйц гэрэлтэж, дөл үүсэхэд хүргэдэг. Үнэн чанартаа, галын шаталт ийм байдлаар үүсдэг бол дулаан ялгардаг боловч дөл байхгүй бол энэ процессыг хоёр процесст бүрэн буюу бүрэн бус шаталтын аэрозол гэж нэрлэдэг. Зарим бодисыг шатаах үед дөл нь харагдахгүй, мөн ийм бодисууд нь устөрөгчийг агуулдаггүй гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Хэт хурдан урвал (тэсрэх өөрчлөлт) нь шаталтын үзэл баримтлалд ороогүй болно.

Шаталтын зайлшгүй нөхцөл бол шатамхай бодис, исэлдүүлэгч (галд түүний үүрэг нь агаар дахь хүчилтөрөгчөөр тоглодог) болон гал асаах эх үүсвэр байх явдал юм. Шууд шаталт үүсэхийн тулд шатамхай хольцын найрлага, шатамхай материалын геометр ба температур, даралт гэх мэт чухал нөхцөлүүд байх ёстой. Шаталтын дараа дөл өөрөө эсвэл урвалын бүс нь гал асаах эх үүсвэр болдог.

Жишээлбэл, метан нь 500-700 К температурт метилийн спирт, шоргоолжны хүчилд дулаан ялгарснаар хүчилтөрөгчөөр исэлдэж болно. Гэсэн хэдий ч урвалыг үргэлжлүүлэхийн тулд гаднах халаалтаас болж дулааныг нөхөх шаардлагатай. Энэ бол шаталт биш юм. Урвалын хольцыг 1000 К-ээс дээш температурт халаахад метаны исэлдэлтийн хурд маш их нэмэгдэж, ялгарсан дулаан нь цаашдын урвалыг үргэлжлүүлэхэд хангалттай болж, гаднаас дулаан хангамжийн хэрэгцээ алга болж, шаталт эхэлдэг. Тиймээс шаталтын урвал нь нэгэнт тохиолдвол өөрийгөө дэмжих чадвартай байдаг. Энэ нь шаталтын процессын гол ялгах шинж чанар юм. Өөр нэг холбоотой шинж чанар нь химийн урвалын бүс болох дөл нь урвалын хольцын шинж чанар, найрлага, түүнчлэн үйл явцын нөхцлөөр тодорхойлогддог хурдаар шатамхай орчин эсвэл шатамхай материалаар аяндаа тархах чадвар юм. Энэ бол гал түймрийн хөгжлийн гол механизм юм.

Шаталтын ердийн загвар нь органик бодис эсвэл нүүрстөрөгчийг агаар мандлын хүчилтөрөгчтэй исэлдэх урвал дээр суурилдаг. Шатаах үед физик, химийн олон процессууд дагалддаг. Физик бол дулааныг системд шилжүүлэх тухай юм. Исэлдэх, багасгах урвал нь шаталтын шинж чанарын химийн бүрэлдэхүүн хэсэг юм. Иймээс шаталтын тухай ойлголтоос эхлээд анхны нэгдлүүдийн задрал, диссоциаци, бүтээгдэхүүний иончлол зэрэг олон төрлийн химийн өөрчлөлтүүд үүсдэг.

Шатамхай бодис эсвэл материалыг исэлдүүлэгч бодистой хослуулах нь шатамхай орчинг бүрдүүлдэг. Галын эх үүсвэрийн нөлөөн дор шатамхай бодис задралын үр дүнд хий-уур-агаарын урвалын холимог үүсдэг. Бүрэлдэхүүнээрээ (түлш ба исэлдүүлэгч бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн харьцаа) химийн урвалын тэгшитгэлтэй тохирч байгаа шатамхай хольцыг стехиометрийн найрлага гэж нэрлэдэг. Тэд галын хувьд хамгийн аюултай нь: тэд илүү амархан гал авалцаж, илүү хүчтэй шатаж, бодисын бүрэн шаталтыг баталгаажуулдаг бөгөөд үүний үр дүнд хамгийн их дулааныг ялгаруулдаг.

Цагаан будаа. 1. Тархалтын галын хэлбэрүүд

а – тийрэлтэт урсгалыг шатаах, б – асгарсан шингэнийг шатаах, в – ойн хог хаягдлыг шатаах.

Шатамхай материалын хэмжээ ба исэлдүүлэгчийн эзэлхүүний харьцаанд үндэслэн туранхай ба баялаг хольцыг ялгадаг: муу хольц нь исэлдүүлэгч, баялаг хольц нь шатамхай материалыг их хэмжээгээр агуулдаг. Тодорхой шатамхай бодисын массын (эзэлхүүний) нэгжийг бүрэн шатаахад шаардагдах исэлдүүлэгчийн хамгийн бага хэмжээг химийн урвалын тэгшитгэлээр тодорхойлно. Хүчилтөрөгчийн оролцоотой шатаах үед ихэнх шатамхай бодисуудад шаардлагатай (тодорхой) агаарын урсгалын хурд 4-15 м 3 / кг байна. Бодис, материалыг шатаах нь зөвхөн агаарт тэдгээрийн уур эсвэл хийн бүтээгдэхүүний тодорхой агууламж, түүнчлэн хүчилтөрөгчийн агууламж тогтоосон хэмжээнээс багагүй үед л боломжтой байдаг.

Тиймээс, картон ба хөвөнгийн хувьд өөрөө унтрах нь 14 боть дээр аль хэдийн тохиолддог. % хүчилтөрөгч, полиэстр материалтай ноос - 16 боть. %. Бусад химийн процессуудын нэгэн адил шаталтын процесст хоёр үе шат шаардлагатай: урвалжуудын хооронд молекулын холбоо үүсгэх, түлшний молекулуудын исэлдүүлэгчтэй харилцан үйлчлэлцэх, урвалын бүтээгдэхүүн үүсгэх. Хэрэв анхны урвалжуудын хувиргалтын хурдыг диффузийн процессоор тодорхойлдог бол, i.e. дамжуулах хурд (шатамхай хий ба хүчилтөрөгчийн уур нь Фикийн тархалтын хуулийн дагуу концентрацийн градиентийн улмаас урвалын бүсэд шилждэг), дараа нь энэ шаталтын горимыг диффуз гэж нэрлэдэг. Зураг дээр. 1-д диффузын дөлийн янз бүрийн хэлбэрийг харуулав. Тархалтын горимд шаталтын бүс бүдгэрч, түүнд ихээхэн хэмжээний бүрэн бус шаталтын бүтээгдэхүүн үүсдэг. Хэрэв шаталтын хурд нь зөвхөн химийн урвалын хурдаас хамаарах бөгөөд энэ нь тархалтын хурдаас хамаагүй өндөр байвал шаталтын горимыг кинетик гэж нэрлэдэг. Энэ нь өндөр шаталтын хурд, бүрэн бүтэн байдал, үр дүнд нь дулаан ялгаруулах өндөр хурд, дөлний температураар тодорхойлогддог. Энэ горим нь түлш, исэлдүүлэгчийг урьдчилан хольсон хольцод тохиолддог. Тиймээс, химийн урвалын бүс дэх урвалжууд ижил (ихэвчлэн хий) үе шатанд байгаа бол түлш ба исэлдүүлэгч нь урвалын бүсэд өөр өөр үе шаттай байх үед ийм шаталтыг нэгэн төрлийн гэж нэрлэдэг. Зөвхөн хийн шаталт нь нэгэн төрлийн төдийгүй ихэнх хатуу биетүүдийн шаталт юм. Энэ нь урвалын бүсэд материал өөрөө шатдаггүй, харин тэдгээрийн уур, хийн задралын бүтээгдэхүүн шатдагтай холбон тайлбарлаж байна. Галын дөл байгаа нь нэгэн төрлийн шаталтын шинж тэмдэг юм.

Гетероген шаталтын жишээ бол өндөр температурт ч хатуу төлөвт үлддэг нүүрстөрөгч, нүүрстөрөгчийн модны үлдэгдэл, дэгдэмхий бус металлын шаталт юм. Энэ тохиолдолд химийн шаталтын урвал нь фаз (хатуу ба хийн) хоорондын зааг дээр явагдана. Шаталтын эцсийн бүтээгдэхүүн нь зөвхөн исэл төдийгүй фтор, хлорид, нитрид, сульфид, карбид гэх мэт байж болохыг анхаарна уу.

Шаталтын процессын шинж чанар нь олон янз байдаг. Тэдгээрийг дараах бүлгүүдэд хувааж болно: галын хэлбэр, хэмжээ, бүтэц; галын температур, түүний ялгаруулалт; дулаан ялгаруулалт ба илчлэгийн үнэ цэнэ; шаталтын хурд ба тогтвортой шаталтын концентрацийн хязгаар гэх мэт.

Шаталт нь шаталтын бүтээгдэхүүнийг дагалддаг туяа үүсгэдэг гэдгийг хүн бүр мэддэг.

Хоёр системийг авч үзье:

• хийн систем
• хураангуй систем

Эхний тохиолдолд шаталт үүсэх үед бүх үйл явц дөлөөр явагдах бол хоёр дахь тохиолдолд урвалын нэг хэсэг нь материал өөрөө эсвэл түүний гадаргуу дээр явагдана. Дээр дурдсанчлан дөлгүйгээр шатах хий байдаг, гэхдээ хатуу биетийг авч үзвэл дөл харагдахгүйгээр шатах чадвартай бүлэг металлууд бас байдаг.

Дөлний хамгийн их утгатай, хүчтэй хувиргалт явагддаг хэсгийг дөлний фронт гэж нэрлэдэг.

Шатах хольцоор дөлний фронтын хөдөлгөөний гол механизм болох шаталтын бүсээс дулаан солилцооны үйл явц ба идэвхтэй хэсгүүдийн тархалт.

Галын тархалтын хурдыг ихэвчлэн дараахь байдлаар хуваадаг.

• Дефлаграци (хэвийн), дууны доорх хурдтай (0.05-50 м/с)
• хурд 500-3000 м/с хүрэх үед дэлбэрэлт.

Цагаан будаа. 2. Ламинар тархалтын дөл

Дөл үүсгэдэг хийн урсгалын хурдны шинж чанараас хамааран ламинар ба турбулент дөлийг ялгадаг. Ламинар дөлөнд хийн хөдөлгөөн нь янз бүрийн давхаргад явагддаг бөгөөд дулаан, масс дамжуулах бүх үйл явц нь молекулын тархалт ба конвекцээр дамждаг. Турбулент галын үед дулааны болон массын шилжилтийн үйл явц нь ихэвчлэн макроскопийн эргүүлэг хөдөлгөөнөөс болж явагддаг. Лааны дөл нь ламинар тархалтын дөлийн жишээ юм (Зураг 2). 30 см-ээс дээш өндөртэй аливаа дөл нь аль хэдийн санамсаргүй хийн механик тогтворгүй байдалтай байх бөгөөд энэ нь харагдахуйц утаа, дөлөөр илэрдэг.

Цагаан будаа. 3. Ламинараас турбулент урсгал руу шилжих

Ламинар урсгалыг турбулент руу шилжүүлэх маш тод жишээ бол тамхины утааны урсгал юм (Зураг 3) 30 орчим см өндөрт босч, үймээн самууныг олж авдаг.

Гал түймрийн үед дөл нь сарнисан үймээн шинж чанартай байдаг. Дөл дэх турбулент байдал нь дулаан дамжуулалтыг сайжруулж, холих нь химийн процесст нөлөөлдөг. Турбулент дөлөнд шатах хурд нь бас өндөр байдаг. Энэ үзэгдэл нь жижиг хэмжээний дөлийн зан төлөвийг илүү гүн, өндөртэй том хэмжээний дөл рүү шилжүүлэхэд хэцүү болгодог.

Агаар дахь бодисын шаталтын температур нь агаар мандлын хүчилтөрөгчийн орчин дахь шаталтын температураас хамаагүй бага байдаг нь туршилтаар батлагдсан.

Агаарт температур 650-аас 3100 ° C хүртэл хэлбэлзэж, хүчилтөрөгчийн температур 500-800 ° C-аар нэмэгдэнэ.

I. Шатах ба удаан исэлдэлт

Шатах нь хүн төрөлхтний танилцсан анхны химийн урвал юм. Гал... Бидний оршин тогтнолыг галгүйгээр төсөөлөх боломжтой юу? Тэр бидний амьдралд орж, түүнээс салшгүй болсон. Галгүйгээр хүн хоол, гангаар хоол хийж чадахгүй, тээвэрлэх боломжгүй; Гал бидний анд, холбоотон, алдар гавьяа, сайн үйлсийн бэлгэ тэмдэг, өнгөрсөн үеийн дурсамж болон хувирчээ.

Сыктывкар дахь алдрын дурсгал

Шаталтын урвалын нэг илрэл болох дөл, гал нь мөн өөрийн гэсэн дурсгалт тусгалтай байдаг. Гайхалтай жишээ -Сыктывкар дахь алдрын дурсгал.

Дөрвөн жилд нэг удаа дэлхий дээр "амьд" галын шилжилт дагалддаг үйл явдал болдог. Олимпийг үүсгэн байгуулагчдад хүндэтгэл үзүүлж галыг Грекээс хүргэж байна. Уламжлал ёсоор бол шилдэг тамирчдын нэг энэхүү бамбарыг олимпийн гол дэвжээнд хүргэдэг.

Галын тухай үлгэр, домог байдаг. Эрт дээр үед хүмүүс жижиг гүрвэлүүд - галын сүнснүүд галд амьдардаг гэж боддог байв. Мөн галыг бурхан гэж үзэж, түүний хүндэтгэлд сүм хийд барьсан хүмүүс байсан. Хэдэн зуун жилийн турш эдгээр сүмүүдэд галын бурханд зориулсан чийдэн унтаралгүйгээр шатаж байв. Галыг шүтэх нь хүмүүсийн шаталтын үйл явцыг үл тоомсорлосны үр дагавар байв.

Олимпийн гал

М.В.Ломоносов: "Химигүйгээр галын мөн чанарыг судлах боломжгүй юм."

Шатаах - нэлээд өндөр хурдтай явагддаг исэлдэлтийн урвал, дулаан, гэрэл ялгарах дагалддаг.

Энэхүү исэлдэлтийн процессыг схемийн дагуу дараах байдлаар илэрхийлж болно.

Дулаан ялгарах үед үүсэх урвалыг нэрлэдэг экзотермик(Грек хэлнээс "эксо" - гадагш).

Шатаах явцад хүчтэй исэлдэлт үүсч, шаталтын явцад гал гарч ирдэг тул ийм исэлдэлт маш хурдан явагддаг.Хэрэв Урвалын хурд хангалттай хурдан байх болов уу? Дэлбэрэлт үүсч болзошгүй. Шатамхай бодисыг агаар эсвэл хүчилтөрөгчтэй холих нь ингэж дэлбэрдэг. Харамсалтай нь метан, устөрөгч, бензиний уур, эфир, гурил, элсэн чихрийн тоос зэрэгтэй агаар холилдон дэлбэрч, сүйрэлд хүргэж, улмаар амь насаа алдах тохиолдол байдаг.

Шатахын тулд танд дараахь зүйлс хэрэгтэй болно.

• шатамхай бодис
• исэлдүүлэгч бодис (хүчилтөрөгч)
• халаалт шатамхай бодисгал асаах температур хүртэл

Бодис бүрийн гал асаах температур өөр өөр байдаг.

Эфирийг халуун утсаар асааж болох боловч модыг асаахын тулд хэдэн зуун градус хүртэл халаах шаардлагатай. Бодисын гал асаах температур өөр өөр байдаг. Хүхэр, мод 270°С, нүүрс 350°С, цагаан фосфор 40°С орчимд гал авалцдаг.

Гэсэн хэдий ч бүх исэлдэлт нь гэрлийн дүр төрхтэй хамт байх албагүй.

Шаталтын процесс гэж нэрлэх боломжгүй олон тооны исэлдэлтийн тохиолдол байдаг, учир нь тэдгээр нь маш удаан явагддаг тул бидний мэдрэхүйд үл үзэгдэх болно. Зөвхөн тодорхой, ихэвчлэн маш удаан хугацааны дараа бид исэлдэлтийн бүтээгдэхүүнийг илрүүлж чадна. Энэ нь жишээлбэл, металлын маш удаан исэлдэлт (зэврэх) үед тохиолддог

эсвэл задралын явцад.

Мэдээжийн хэрэг, удаан исэлдэлтийн үед дулаан ялгардаг боловч процессын үргэлжлэх хугацаанаас шалтгаалан энэ ялгаралт аажмаар явагддаг. Гэсэн хэдий ч, модны хэсэг хурдан шатаж эсвэл олон жилийн турш агаарт удаан исэлдэж байгаа эсэхээс үл хамааран энэ нь ямар ч ялгаагүй - энэ хоёр тохиолдолд ижил хэмжээний дулаан ялгарах болно.

Удаан исэлдэлт Энэ нь дулаан (энерги) аажмаар ялгардаг бодисуудын хүчилтөрөгчтэй удаан харилцан үйлчлэх үйл явц юм.

Гэрэл ялгаруулахгүйгээр хүчилтөрөгчтэй бодисуудын харилцан үйлчлэлийн жишээ: бууц, навч ялзрах, тос хорхойтох, металл исэлдэх (төмрийн хошуу нь удаан хугацаагаар хэрэглэхэд нимгэн, жижиг болдог), аэробик амьтдын амьсгал, өөрөөр хэлбэл хүчилтөрөгчөөр амьсгалах нь дулаан ялгарах, нүүрстөрөгчийн давхар исэл үүсэх, дагалддаг. ус.

Хүснэгтэд өгөгдсөн шаталтын болон удаан исэлдэлтийн үйл явцын шинж чанаруудтай танилцацгаая.

Шаталтын шинж чанар, удаан исэлдэлтийн процесс

IN дүгнэлт : шаталт ба удаан исэлдэлтийн урвалууд нь эдгээр үйл явцын хурдаар ялгаатай экзотермик урвалууд юм.

II. Химийн урвалын дулааны нөлөө.

Бодис бүр тодорхой хэмжээний энерги хуримтлуулдаг. Хоол хүнс нь бидний бие махбодид хоол хүнсэнд агуулагдах олон төрлийн химийн нэгдлүүдийн энергийг ашиглах боломжийг олгодог тул бид өглөөний цай, үдийн хоол эсвэл оройн хоолны үеэр бодисын энэ шинж чанартай тулгардаг. Бие махбодид энэ энерги нь хөдөлгөөн, ажил болж хувирч, биеийн температурыг тогтмол (мөн нэлээд өндөр!) байлгахад зарцуулагддаг.

Аливаа химийн урвал нь энерги ялгарах эсвэл шингээх үйл явц дагалддаг. Ихэнхдээ энерги нь дулаан хэлбэрээр (гэрэл эсвэл механик энерги хэлбэрээр бага) ялгардаг эсвэл шингэдэг. Энэ дулааныг хэмжиж болно. Хэмжилтийн үр дүнг нэг моль урвалж бодис эсвэл нэг моль урвалын бүтээгдэхүүний хувьд киложоуль (кЖ) -ээр илэрхийлнэ. Химийн урвалын явцад ялгарах буюу шингэсэн дулааны хэмжээг гэнэ урвалын дулааны нөлөө (Q) . Жишээлбэл, хүчилтөрөгч дэх устөрөгчийн шаталтын урвалын дулааны нөлөөг хоёр тэгшитгэлийн аль нэгээр илэрхийлж болно.

2 H 2 (г) + O 2 (г) = 2 H 2 O (л) + 572 кЖ

2 H 2 (g) + O 2 (g) = 2 H 2 O (l) + Q

Энэ урвалын тэгшитгэлийг нэрлэдэгтермохимийн тэгшитгэл. Энд тэмдэг "+ Q" устөрөгчийг шатаах үед дулаан ялгардаг гэсэн үг юм. Үүнийг дулаан гэж нэрлэдэг урвалын дулааны нөлөө. Термохимийн тэгшитгэл нь ихэвчлэн бодисын нэгтгэх төлөвийг заадаг.

Эрчим хүч ялгарах үед үүсэх урвалыг ЭКСОТЕРМАЛ гэж нэрлэдэг(Латин "эксо" - гадагш). Жишээлбэл, метаны шаталт:

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O + Q

Эрчим хүчийг шингээх үед үүсэх урвалыг ENDOTHERMIC гэж нэрлэдэг(Латин "endo" - дотроос). Жишээ нь нүүрс, уснаас нүүрстөрөгчийн дутуу исэл (II) СО, устөрөгч H2 үүсэх бөгөөд энэ нь зөвхөн халах үед үүсдэг.

C + H 2 O = CO + H 2 - Q

Химийн урвалын дулааны нөлөөлөл нь олон тооны техникийн тооцоололд шаардлагатай байдаг.

Химийн урвалын дулааны нөлөөлөл нь олон тооны техникийн тооцоололд шаардлагатай байдаг. Өөрийгөө сансрын хөлөг болон бусад ачааг тойрог замд хөөргөх чадвартай хүчирхэг пуужин зохион бүтээгч гэж төсөөлөөд үз дээ (Зураг).

Цагаан будаа. Оросын дэлхийн хамгийн хүчирхэг пуужин Энержиа Байконурын сансрын буудлаас хөөргөнө. Түүний нэг үе шатын хөдөлгүүр нь шингэрүүлсэн хий - устөрөгч ба хүчилтөрөгч дээр ажилладаг.

Та пуужинг дэлхийн гадаргаас тойрог замд хүргэхэд шаардагдах ажлыг (кЖ-ээр) мэднэ гэж бодъё. Энэ пуужинд түлш, исэлдүүлэгч болгон ашигладаг (шингэрүүлсэн төлөвт) устөрөгч, хүчилтөрөгчийн шаардлагатай хангамжийг хэрхэн тооцоолох вэ?

Устөрөгч ба хүчилтөрөгчөөс ус үүсэх урвалын дулааны нөлөөний тусламжгүйгээр үүнийг хийхэд хэцүү байдаг. Эцсийн эцэст, дулааны эффект нь пуужинг тойрог замд гаргах ёстой энерги юм. Пуужингийн шаталтын камерт энэ дулааныг халуун хий (уур) молекулуудын кинетик энерги болгон хувиргаж, цоргоноос гарч, тийрэлтэт цохилтыг үүсгэдэг.

Химийн үйлдвэрт дулааны нөлөөлөл нь эндотермик урвал явагдах дулааны реакторын дулааны хэмжээг тооцоолоход шаардлагатай байдаг. Эрчим хүчний салбарт дулааны эрчим хүчний үйлдвэрлэлийг түлшний шаталтын дулааныг ашиглан тооцдог.

Хоол тэжээлийн мэргэжилтнүүд бие махбод дахь хоол хүнсний исэлдэлтийн дулааны нөлөөг ашиглан зөвхөн өвчтөнд төдийгүй эрүүл хүмүүс - тамирчид, янз бүрийн мэргэжлээр ажилладаг ажилчдын зөв хооллолтыг бий болгодог. Уламжлал ёсоор энд тооцоололд жоуль биш, харин бусад эрчим хүчний нэгжүүд - калори (1 кал = 4.1868 Ж) ашигладаг. Хүнсний энергийн агууламжийг хүнсний бүтээгдэхүүний аль ч массыг хэлнэ: 1 г, 100 гр, тэр ч байтугай бүтээгдэхүүний стандарт савлагаа. Жишээлбэл, өтгөрүүлсэн сүүтэй савны шошгон дээр "калорийн агууламж 320 ккал / 100 гр" гэсэн бичээсийг уншиж болно.

№2. "Давтдаггүй үсэг" оньсого.

Энэ тааврыг шийдэхийн тулд мөр бүрийг анхааралтай ажигла. Хэзээ ч давтагддаггүй үсгүүдийг сонго. Хэрэв та үүнийг зөв хийвэл эдгээр үсгүүдийг ашиглан галтай харьцах дүрмийн тухай зүйр цэцэн үг бүтээх боломжтой болно.

НЭМЭЛТ:

Шатаах

Шатаах- шатамхай хольцын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг дулааны цацраг, гэрэл, цацрагийн энерги ялгаруулж шаталтын бүтээгдэхүүн болгон хувиргах физик, химийн нарийн төвөгтэй процесс. Шаталтын шинж чанарыг хурдан исэлдэлт гэж тодорхойлж болно.

Дууны доорх шаталт (дефлаграци) нь дэлбэрэлт, тэсрэлтээс ялгаатай нь бага хурдтай явагддаг бөгөөд цочролын долгион үүсэхтэй холбоогүй байдаг. Дууны доорх шаталтад ердийн ламинар ба турбулент дөл тархалт, дуунаас хурдан шаталтад тэсрэлт орно.

Шаталтыг хуваана дулааныТэгээд гинж. Гол нь дулааныШатах нь ялгарсан дулааны хуримтлалаас болж аажмаар өөрөө хурдасгах боломжтой химийн урвал юм. Гинжшаталт нь бага даралттай зарим хийн фазын урвалын үед тохиолддог.

Дулааны өөрөө хурдасгах нөхцлийг хангалттай том дулааны нөлөөлөл, идэвхжүүлэх энерги бүхий бүх урвалын хувьд хангаж болно.
Шаталт нь өөрөө гал авалцах эсвэл гал асаах үед аяндаа эхэлж болно. Тогтмол гадаад нөхцөлд тасралтгүй шаталт үүсч болно суурин горим, үйл явцын үндсэн шинж чанарууд болох урвалын хурд, дулаан ялгаруулах хүч, температур, бүтээгдэхүүний найрлага нь цаг хугацааны явцад өөрчлөгддөггүй, эсвэл үечилсэн горимэдгээр шинж чанарууд нь дундаж утгуудын орчимд хэлбэлзэх үед. Урвалын хурд нь температураас хүчтэй шугаман бус хамааралтай байдаг тул шаталт нь гадаад нөхцөл байдалд маш мэдрэмтгий байдаг. Шаталтын ижил шинж чанар нь ижил нөхцөлд (гистерезисийн нөлөө) хэд хэдэн хөдөлгөөнгүй горим байгаа эсэхийг тодорхойлдог.

Шаталтын процессыг хэд хэдэн төрөлд хуваадаг: гялалзах, шатах, гал асаах, аяндаа шатах, аяндаа гал асаах, дэлбэрэлт, дэлбэрэлт. Үүнээс гадна шаталтын тусгай төрлүүд байдаг: шатах, хүйтэн дөл шатаах. Флэш гэдэг нь гал асаах эх үүсвэрт шууд өртсөнөөс үүссэн шатамхай болон шатамхай шингэний уурын агшин зуурын шаталтын үйл явц юм. Шатаах гэдэг нь гал асаах эх үүсвэрийн нөлөөн дор үүсэх шаталтын үзэгдэл юм. Гал асаах нь дөл харагдах дагалддаг гал юм. Үүний зэрэгцээ шатамхай бодисын үлдсэн масс нь харьцангуй хүйтэн хэвээр байна. Аяндаа шатах нь бодис дахь экзотермик урвалын хурд огцом нэмэгдэж, гал асаах эх үүсвэр байхгүй үед шаталтад хүргэдэг үзэгдэл юм. Аяндаа шаталт нь галын дөл дагалддаг аяндаа шаталт юм. Үйлдвэрлэлийн нөхцөлд модны үртэс, тослог өөдөс нь аяндаа гал авалцдаг. Бензин, керосин нь аяндаа гал авалцдаг. Тэсрэлт гэдэг нь бодисын хурдан химийн хувирал (тэсрэх шаталт) бөгөөд энерги ялгарах, механик ажил үүсгэх чадвартай шахсан хий үүсэх явдал юм.

Дөлгүй шатаах

Уламжлалт шаталтаас ялгаатай нь исэлдүүлэгч дөл болон бууруулагч дөл үүсэх бүсүүд ажиглагдвал дөлгүй шатаах нөхцлийг бүрдүүлэх боломжтой. Үүний нэг жишээ нь цагаан алтны хар дээр этилийн спиртийн исэлдэлт зэрэг тохиромжтой катализаторын гадаргуу дээрх органик бодисын каталитик исэлдэлт юм.

Хатуу фазын шаталт

Эдгээр нь органик бус болон органик нунтагуудын холимог дахь хийн ялгаралт дагалддаггүй авто долгионы экзотермик процесс бөгөөд зөвхөн өтгөрүүлсэн бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэхэд хүргэдэг. Хий ба шингэн фазууд нь массын дамжуулалтыг хангадаг завсрын бодис хэлбэрээр үүсдэг боловч шатаах системийг орхихгүй. Ийм фаз үүсэх нь нотлогдоогүй урвалд ордог нунтаг жишээнүүд байдаг (тантал-нүүрстөрөгч).

"Хийгүй шаталт" ба "хатуу дөл шаталт" гэсэн өчүүхэн нэр томъёог ижил утгатай ашигладаг.

Ийм үйл явцын жишээ бол органик бус болон органик хольц дахь SHS (өөрийгөө үржүүлдэг өндөр температурт синтез) юм.

Шатаж байна

Галын дөл үүсэхгүй, шаталтын бүс нь материалаар аажмаар тархдаг шаталтын төрөл. Агаар ихтэй эсвэл исэлдүүлэгч бодисоор шингээсэн сүвэрхэг, эслэг материалд галд өртдөг.

Автоген шаталт

Өөрийгөө тэтгэх шаталт. Энэ нэр томъёог хог хаягдлыг шатаах технологид ашигладаг. Хог хаягдлыг автоген (өөрийгөө тэтгэх) шатаах боломжийг тогтворжуулагчийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хамгийн их агууламжаар тодорхойлно: чийг, үнс. Шведийн эрдэмтэн Таннер олон жилийн судалгаанд үндэслэн автоген шаталтын хил хязгаарыг тодорхойлохын тулд хязгаарлагдмал утгатай гурвалжин диаграммыг ашиглахыг санал болгов: 25% -иас дээш шатамхай, 50% -иас бага чийг, 60% -иас бага үнс.

Мөн үзнэ үү

Тэмдэглэл

Холбоосууд

Викимедиа сан.

Синоним

Бусад толь бичигт "Шатах" гэж юу болохыг харна уу. Бодисын хувиргалт нь эрчим хүч, дулаан ялгаруулалт, хүрээлэн буй орчинтой масс солилцоо дагалддаг физик, химийн процесс. Шаталт нь өөрөө гал авалцсаны үр дүнд аяндаа эхлэх эсвэл эхэлж болно ... ...

Том нэвтэрхий толь бичиг ШАЛАХ, шатах, олон. үгүй, харьц. (ном). Ч-ийн дагуу үйлдэл, нөхцөл байдал. шатаах. Хий шатаах. Сэтгэлийн шаталт. Ушаковын тайлбар толь бичиг. Д.Н. Ушаков. 1935, 1940 ...

Гялалзах, тоглох, урам зориг, гэрэлтэх, тоглох, хөөрөх, хөөрөх, урам зориг өгөх, гялалзах, гялалзах, хүсэл тэмүүлэл, гал, хүсэл тэмүүлэл, гялалзах, урам зориг, гялалзах, урам зориг, хүсэл тэмүүлэл, сэтгэл татам, сэтгэл татам, шатах, хөөрөх Толь бичиг... . .. Синонимын толь бичиг

Шатаах- ШАТАЛТ гэдэг нь дулаан, дулааныг эрчимтэй ялгаруулж, хүрээлэн буй орчинд массын шилжилтийг дагалддаг химийн хувирал юм. Энэ нь аяндаа (аяндаа шаталт) эсвэл гал авалцаж эхэлдэг. Шаталтын онцлог шинж чанар нь ...... чадвар юм. Зурагт нэвтэрхий толь бичиг

Нарийн төвөгтэй хими системд дулааны хуримтлал эсвэл катализаторын урвалын бүтээгдэхүүнтэй холбоотой өөрийгөө аажмаар хурдасгах нөхцөлд тохиолддог урвал. Г.-ийн тусламжтайгаар өндөр температурт (хэдэн мянган К хүртэл) хүрч болох бөгөөд ихэвчлэн тохиолддог ... ... Физик нэвтэрхий толь бичиг

Бодисын хувиргах үйл явц нь эрчим хүч, дулааныг эрчимтэй ялгаруулж, хүрээлэн буй орчинд массын шилжилтийг дагалддаг физик, химийн процесс. өөрөө гал авалцсаны үр дүнд аяндаа эхэлж болно эсвэл ... ... эхлүүлж болно. Онцгой байдлын толь бичиг

Сэдэв 3. ШАТАЛТЫН ХИМИЙН ҮНДЭС.

3.1. Шаталтын урвалын хими.

Та аль хэдийн ойлгосноор шаталт нь дулаан, гэрэл (дөл) ялгардаг химийн урвал хурдан явагддаг. Дүрмээр бол энэ нь шатамхай бодисыг исэлдүүлэгч бодис - агаарын хүчилтөрөгчтэй хослуулах экзотермик исэлдэлтийн урвал юм.

Шатамхай бодисхий, шингэн, хатуу биет байж болно. Эдгээр нь H 2, CO, хүхэр, фосфор, металл, C m H n (хий, шингэн ба хатуу хэлбэрээр нүүрсустөрөгчид, өөрөөр хэлбэл органик бодисууд. Байгалийн нүүрсустөрөгчид, жишээлбэл, байгалийн хий, газрын тос, нүүрс). Зарчмын хувьд исэлдэх чадвартай бүх бодисууд шатамхай байж болно.

Исэлдүүлэгч бодисуудүйлчлэх: хүчилтөрөгч, озон, галоген (F, Cl, Br, J), азотын исэл (NO 2), аммонийн нитрат (NH 4 NO 3) гэх мэт. Металлын хувьд CO 2, H 2 O, N 2 мөн байж болно. исэлдүүлэгч бодисууд.

Зарим тохиолдолд эндотермик процессоор олж авсан бодисын задралын урвалын үед шаталт үүсдэг. Жишээлбэл, ацетилен задрах үед:

C 2 H 2 = 2 C + H 2.

Экзотермикурвал гэдэг нь дулаан ялгаруулах урвал юм.

Эндотермикурвал гэдэг нь дулаан шингээх урвал юм.

Жишээ нь:

2H 2 + O 2 = 2H 2 O + Q – экзотермик урвал,

2H 2 O + Q = 2H 2 + O 2 – эндотермик урвал,

Үүнд: Q – дулааны энерги.

Тиймээс эндотермик урвалууд нь зөвхөн гаднах дулааны энергийг нэвтрүүлэхэд л тохиолдож болно, i.e. халах үед.

Химийн урвалд массыг хадгалах хуулийн дагуу урвалын өмнөх бодисын жин нь урвалын дараа үүссэн бодисын жинтэй тэнцүү байна. Химийн тэгшитгэлийг тэнцвэржүүлэх үед бид олж авдаг стехиометрийннайрлага.

Жишээлбэл, урвалд орно

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O

бидэнд 1 моль CH 4 + 2 моль O 2 = 1 моль CO 2 + 2 моль H 2 O байна.

Бодисын томьёоны өмнөх мольуудын тоог стехиометрийн коэффициент гэж нэрлэдэг.

"Молийн эзэлхүүн", "молийн концентраци", "хэсэгчилсэн даралт" гэсэн ойлголтуудыг харгалзан бид метаныг бүрэн урвалд оруулахын тулд 1 моль CH 4-ийг 2 моль O 2 эсвэл 1 / холих шаардлагатай болохыг олж мэдэв. 3 = 33.3% CH 4 ба 2/ 3=66.7% O 2. Энэ найрлагыг стехиометр гэж нэрлэдэг.

Хэрэв бид агаарт CH 4-ийн шаталтыг авч үзвэл, i.e. 21% O 2 +79% N 2 эсвэл O 2 +79/21N 2 эсвэл O 2 +3.76N 2-ийн холимогт урвалыг дараах байдлаар бичнэ.

CH 4 +2O 2 +2×3.76N 2 =CO 2 +2H 2 O+2×3.76N 2.

1 моль CH 4 +2 моль O 2 +7.52 моль N 2 = O 2, N 2 ба CH 4-ийн 10.52 моль хольц.

Дараа нь хольцын стехиометрийн найрлага нь:

(1/10.52)*100%=9.5% CH 4; (2/10.52)*100%=19.0% O 2;

(7.52/10.52)*100%=71.5% N 2.

Энэ нь хамгийн шатамхай хольцод хүчилтөрөгчтэй урвалд ороход 100% (CH 4 + O 2) биш харин агаартай урвалд 24% (CH 4 + O 2) байх болно гэсэн үг юм. Илүү бага дулаан ялгарах болно.

Хэрэв дур зоргоороо, стехиометрийн бус найрлага холилдвол ижил дүр зураг гарч ирнэ.

Жишээлбэл, урвалд орно 2CH 4 +2O 2 =CO 2 +2H 2 O+CH 4 1 моль CH 4 урвалд ордоггүй.

Хариуд нь CH 4 +4O 2 =CO 2 +2H 2 O+2O 2 2 моль O 2 урвалд оролцдоггүй, харин тогтворжуулагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг тул халаахад тодорхой хэмжээний дулаан шаардагддаг.

Тиймээс, хэрэв бид хүчилтөрөгч ба агаар дахь метаны шаталтын урвалыг эсвэл CH 4 ба O 2-аас их хэмжээгээр харьцуулж үзвэл эхний урвалын үед ялгарах дулааны хэмжээ бусадтай харьцуулахад илүү их байх болно, учир нь тэдгээрт:

Нийт хольц дахь урвалжуудын концентраци бага байх;

Дулааны нэг хэсэг нь тогтворжуулагчийг халаахад зарцуулагдана: азот, хүчилтөрөгч эсвэл метан.

Өөрөөсөө асуулт асууя:

Урвалын явцад ямар энерги ялгарч болох вэ?

Дулааны хэмжээг юу тодорхойлдог вэ, өөрөөр хэлбэл. дулааны нөлөө дахин

Үүнийг урсгахын тулд хэр их дулааны энерги нэмэх шаардлагатай вэ?

эндотермик урвал?

Энэ зорилгоор бодисын дулааны агууламжийн тухай ойлголтыг нэвтрүүлсэн.

3.2.Бодисын дулааны агууламж.

Метан шаталтын урвалын үед дулаан хаанаас гардаг вэ? Энэ нь CH 4, O 2 молекулуудад нуугдаж байсан бөгөөд одоо энэ нь суллагдсан гэсэн үг юм.

Илүү энгийн хариу үйлдэл үзүүлэх жишээ энд байна:

2H 2 +O 2 =2H 2 O+Q

Энэ нь устөрөгч ба хүчилтөрөгчийн стехиометрийн хольцын энергийн түвшин H 2 O урвалын бүтээгдэхүүнээс өндөр байсан бөгөөд бодисоос "нэмэлт" энерги ялгарсан гэсэн үг юм.

Усны электролизийн урвуу урвалд, i.e. цахилгаан энергийн тусламжтайгаар усны задрал, усны молекул дахь атомуудын дахин хуваарилалт нь устөрөгч, хүчилтөрөгч үүсэх замаар явагддаг. Үүний зэрэгцээ H 2 ба O 2-ийн дулааны агууламж нэмэгддэг.

Иймээс бодис бүр үүсэх явцад тодорхой энергийг хүлээн авдаг эсвэл өгөх ба түүнийг үүсэх явцад хуримтлагдсан дулааны энергийн хэмжүүрийг нэрлэдэг. дулааны агууламж,эсвэл энтальпи.

Химийн термодинамикийн хувьд химийн бодисоос ялгаатай нь бодис үүсэх дулааныг Q тэмдгээр биш, харин дулааныг химийн нэгдэл шингээж авбал DH тэмдгээр (+), хэрэв дулааныг (-) тэмдгээр тэмдэглэдэг. урвалын явцад дулаан ялгардаг, өөрөөр хэлбэл системээс "явдаг".

101.3 кПа даралт, 298 К температурт 1 моль бодис үүсэх стандарт дулааныг тэмдэглэв.

Лавлах номууд нь энгийн бодисуудаас нэгдлүүд үүсэх дулааныг өгдөг.

Жишээ нь:

Y CO 2 = - 393.5 кЖ/моль

U H 2 O хий = - 241.8 кЖ / моль

Гэхдээ эндотермик процессын явцад үүссэн бодисын хувьд, жишээлбэл, ацетилен C 2 H 2 = +226.8 кЖ / моль, H 2 = H + + H + = +217.9 кЖ / моль урвалын дагуу устөрөгчийн атом H + үүсэх үед.

Тогтвортой хэлбэрээр (H 2, O 2, C, Na гэх мэт) нэг химийн элементээс бүрдсэн цэвэр бодисын хувьд DN-ийг ердийн байдлаар тэг гэж үздэг.

Гэсэн хэдий ч, хэрэв бид бодисын макроскоп шинж чанаруудын талаар ярих юм бол бид энергийн хэд хэдэн хэлбэрийг ялгадаг: кинетик, потенциал, хими, цахилгаан, дулааны, цөмийн энерги, механик ажил. Хэрэв бид асуудлыг молекулын түвшинд авч үзэх юм бол эдгээр энергийн хэлбэрийг хөдөлгөөний кинетик энерги ба атом ба молекулуудын амрах боломжит энерги гэсэн хоёр хэлбэрт үндэслэн тайлбарлаж болно.

Химийн урвалд зөвхөн молекулууд өөрчлөгддөг. Атомууд өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна. Молекулын энергинь молекулд хуримтлагдсан атомуудын холболтын энерги юм. Энэ нь атомуудыг бие биедээ татах хүчээр тодорхойлогддог. Үүнээс гадна молекулууд бие биенээ татах боломжит энерги байдаг. Энэ нь хийн хувьд жижиг, шингэнд илүү том, хатуу биетэд илүү том байдаг.

Атом бүр нь энергитэй бөгөөд нэг хэсэг нь электронтой, нэг хэсэг нь цөмтэй холбоотой байдаг. Электронууд нь цөмийг тойрон эргэх кинетик энергитэй, бие биенээсээ таталцах, түлхэх боломжит цахилгаан энергитэй байдаг.

Молекулын энергийн эдгээр хэлбэрүүдийн нийлбэр нь молекулын дулааны агууламж юм.

Хэрэв бид бодисын 6.02 × 10 23 молекулын дулааны агууламжийг нэгтгэн дүгнэвэл бид энэ бодисын молийн дулааныг олж авна.

Яагаад нэг элементийн бодис (нэг элементийн молекул)-ын дулааны агууламжийг тэг гэж авч байгааг дараах байдлаар тайлбарлаж болно.

Химийн элементийн DH, өөрөөр хэлбэл түүний үүсэх энерги нь цөмийн дотоод үйл явцтай холбоотой байдаг. Цөмийн энерги нь цөмийн урвалын явцад цөмийн бөөмс хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүч, нэг химийн элементийг нөгөөд хувиргахтай холбоотой юм. Жишээлбэл, ураны задралын урвал:

эсвэл энгийн: U+n®Ba+Kr+3n.

Хаана: n ’ о– 1 масстай, тэг цэнэгтэй нейтроны бөөмс.

Уран нь нейтроныг барьж, үүний үр дүнд 3 нейтрон үүсэх замаар хоёр шинэ элемент болох бари ба криптон болж хуваагдан (задарж) цөмийн энерги ялгардаг.

Цөмийн урвал нь химийн урвалаас хэдэн сая дахин их энергийн өөрчлөлтийг агуулдаг гэдгийг хэлэх хэрэгтэй. Тиймээс ураны задралын энерги нь 4.5 × 10 9 ккал/моль × уран байна. Энэ нь нэг моль нүүрсний шаталтаас 10 сая дахин их юм.

Химийн урвалд атомууд өөрчлөгддөггүй, харин молекулууд өөрчлөгддөг. Тиймээс химичүүдийн атом үүсэх энергийг тооцдоггүй бөгөөд нэг элементийн хийн молекул, цэвэр бодисын атомын DN-ийг тэгтэй тэнцүү гэж үздэг.

Ураны дээрх задралын урвал нь гинжин урвалын сонгодог жишээ юм. Шаталтын урвалын гинжин механизмын онолыг бид дараа нь авч үзэх болно. Гэхдээ нейтрон хаанаас гаралтай, урантай урвалд ордог зүйл нь идэвхжүүлэх энерги гэж нэрлэгддэг зүйлтэй холбоотой бөгөөд үүнийг бид дараа нь авч үзэх болно.

3.3. Урвалын дулааны нөлөө.

Бодис бүр тодорхой хэмжээний энерги агуулдаг нь химийн урвалын дулааны нөлөөг тайлбарладаг.

Гессийн хуулийн дагуу: Химийн урвалын дулааны нөлөө нь зөвхөн анхны болон эцсийн бүтээгдэхүүний шинж чанараас хамаарах бөгөөд нэг төлөвөөс нөгөөд шилжих завсрын урвалын тооноос хамаардаггүй.

Дүгнэлт 1Энэ хуулийн: Химийн урвалын дулааны нөлөөлөл нь томъёоны коэффициентийг харгалзан эцсийн бүтээгдэхүүн үүсэх дулааны нийлбэр ба эхлэлийн бодис үүсэх дулааны нийлбэрийн зөрүүтэй тэнцүү байна. урвалын тэгшитгэлд эдгээр бодисууд.

Жишээлбэл, урвалд 2H 2 + O 2 = 2H 2 O ± DH.

; ; .

Үүний үр дүнд ерөнхий урвалын тэгшитгэл дараах байдлаар харагдах болно.

2H 2 + O 2 = 2H 2 O - 582 кЖ / моль.

Хэрэв DH (-) тэмдэгтэй бол урвал нь экзотермик болно.

Дүгнэлт 2. Лавуазье-Лапласын хуулийн дагуу химийн нэгдлүүдийн задралын дулааны нөлөө нь түүний үүсэх дулааны эффекттэй тэнцүү бөгөөд эсрэгээрээ байдаг.

Дараа нь усны задралын урвал дараах байдалтай байна.

2H 2 O=2H 2 +O 2 +582 кЖ/моль, өөрөөр хэлбэл. Энэ урвал нь эндотермик юм.

Илүү төвөгтэй урвалын жишээ:

CH 4 +2O 2 =CO 2 +2H 2 O.

Дараа нь хариу үйлдэл дараах байдлаар бичигдэнэ.

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O – 742.3 кЖ/моль, энэ нь урвал экзотермик гэсэн үг.

3.4. Хийн урвалын кинетик зарчим.

Массын үйл ажиллагааны хуулийн дагуу тогтмол температурт урвалын хурд нь урвалд орж буй бодисын концентрацитай пропорциональ буюу тэдний хэлснээр "үйлчилж буй масс"-тай пропорциональ байна.

Химийн урвалын хурд ( υ ) нэгж хугацаанд урвалд орох бодисын хэмжээг харгалзан үздэг заншилтай ( гт) нэгж эзлэхүүн тутамд ( dV).

Тэгшитгэлийн дагуу явагдаж буй урвалыг авч үзье.

A + B = C + D.

Урвалын хурд нь урвалд орох бодисын концентраци буурах, урвалын бүтээгдэхүүний концентраци нэмэгдэхийг тодорхойлдог тул бид дараахь зүйлийг бичиж болно.

, (3.1)

Энд деривативуудын хасах нь бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн концентрацийн өөрчлөлтийн чиглэлийг зааж, бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн концентрацийг дөрвөлжин хаалтанд тэмдэглэнэ.

Дараа нь T = const дахь шууд эргэлт буцалтгүй урвал дараах хурдаар явагдана.

, (3.2)

Хаана: к - химийн урвалын хурдны тогтмол. Энэ нь бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн концентрацаас хамаардаггүй, гэхдээ зөвхөн температурын дагуу өөрчлөгддөг.

Массын үйл ажиллагааны хуулийн дагуу урвалын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн концентрацийг кинетик тэгшитгэлд энэ бүрэлдэхүүн хэсгийн стехиометрийн коэффициенттэй тэнцүү хэмжээгээр оруулна.

Тийм ээ, хариу үйлдэл үзүүлэхийн тулд

aA + bB = cC + dD

Кинетик тэгшитгэл нь дараах хэлбэртэй байна.

a, b, c, d зэрэглэлийг ихэвчлэн A, B, C, D бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн урвалын дараалал гэж нэрлэдэг бөгөөд илтгэгчийн нийлбэр нь ерөнхий урвалын дараалал юм.

Жишээ нь, хариу үйлдэл гэх мэт

A ® bB + cC - 1-р дараалал,

2A = bB + cC - 2-р дараалал,

A + B = cC + dD – III дараалал.

Бүх урвалж буй бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн концентраци нь стехиометрийн тэгшитгэлээр бие биентэйгээ холбоотой байдаг тул эхний эрэмбийн хамгийн энгийн кинетик тэгшитгэлүүд нь нэг бие даасан хувьсагч болох концентраци бүхий нэгдүгээр эрэмбийн дифференциал тэгшитгэлүүд бөгөөд тэдгээрийг нэгтгэж болно.

Хамгийн энгийн кинетик тэгшитгэл нь тухайн төрлийн нэгдүгээр эрэмбийн тэгшитгэл юм

үүний төлөө . (3.4)

Урвал эхлэхээс өмнө А бүрэлдэхүүн хэсгийн концентрацийг тэмдэглэж, t = 0, [A] = [A 0 ] хилийн нөхцлийн дор тэгшитгэлийг нэгтгэж, бид дараахь зүйлийг олж авна.

Эсвэл [A]=×e - kt . (3.5)

Тиймээс урвалын хурд нь бодисын концентрацаас хамаарах хамаарал нь экспоненциал юм.

Хийн кинетик энерги үүнийг ингэж тайлбарладаг. Аррениусын таамаглалын дагуу молекулуудын хоорондох урвал нь зөвхөн идэвхтэй байгаа тохиолдолд л явагддаг, өөрөөр хэлбэл. Атом хоорондын холбоог таслахад хангалттай илүүдэл энергитэй, идэвхжүүлэх энерги гэж нэрлэгддэг E A.

Тэдгээр. Химийн урвалын хурд нь бүх молекулуудын мөргөлдөөний тооноос хамаардаггүй, харин зөвхөн идэвхжсэн молекулуудаас хамаардаг.

Больцманы хуулийн дагуу идэвхтэй молекулуудын тоо

n A = n o * e - E / RT , (3.6)

Үүнд: E – идэвхжүүлэх энерги,

T - хийн хольцын температур,

n o – молекулын нийт тоо.

Дараа нь урвалын хурдтай давхцах үр дүнтэй мөргөлдөөний тоо дараах байдалтай тэнцүү байна.

υ р = Z eff = Z 0 * e - E / RT , (3.7)

Үүнд: Z 0 – молекулуудын мөргөлдөөний нийт тоо.

1) урвалын хурд нь идэвхтэй молекулуудын концентрацитай пропорциональ бөгөөд тэдгээрийн тоо нь хольц дахь температур, даралтаас хамаардаг, учир нь даралт нь аливаа гадаргуутай мөргөлдөх молекулуудын тоо юм;

2) харилцан үйлчлэгч молекулууд атом хоорондын холбоог таслах, сулруулахад хангалттай эрчим хүчний тодорхой хангамжийг хүлээн авсан тохиолдолд л урвал явагдах боломжтой. Идэвхжүүлэх нь молекулуудыг химийн хувиргалт хийх боломжтой төлөвт шилжүүлэх явдал юм.

Ихэнх тохиолдолд идэвхжүүлэх процесс нь завсрын тогтворгүй боловч өндөр идэвхтэй атомын нэгдлүүд үүсэх замаар явагддаг.

Тиймээс зөвхөн эндотермик процессууд нь гаднах эрчим хүчний хангамжийг шаарддаг төдийгүй экзотермикийг шаарддаг. Экзотермик урвал явагдахын тулд түүнд дулааны энергийн зарим импульс өгөх шаардлагатай. Жишээлбэл, устөрөгч ба хүчилтөрөгчийн холимогт шаталтын урвал явагдахын тулд түүнийг асаах шаардлагатай.

Химийн урвалыг "эхлүүлэхэд" шаардагдах дулааны энергийн хамгийн бага хэмжээг идэвхжүүлэх энерги гэж нэрлэдэг.

3.5. Урвалын идэвхжүүлэх энерги.

Энэ үзэгдлийг тайлбарлахын тулд дараах жишээг ихэвчлэн ашигладаг (Зураг 9).

Тавцан дээр бөмбөг байна. Энэ сайт нь слайдын өмнө байрладаг. Тиймээс, гулсуур биш бол бөмбөг өөрөө доошоо өнхрөх боломжтой байсан. Гэхдээ аяндаа буухын тулд гулсуурын дээд талд өргөх ёстой. Энэ нь ууланд өгсөх энерги төдийгүй доош буух энергийг чөлөөлнө.

Цагаан будаа. 9. Урвалыг идэвхжүүлэх схем.

Хоёр урвалыг авч үзье:

1) H 2 + O 2 = H 2 O-

2) H 2 O = H 2 + O 2 +

Зурагнаас харахад E 2 =+E 1;

Ерөнхийдөө аливаа урвалын хувьд

.

Мөн дулааны нөлөөллийн тэмдэг нь үргэлж эерэг байдаг E 1 ба E 2-ийн ялгаанаас хамаардаг.

Идэвхжүүлэлтийн энерги нь урвалд орж буй бодисыг идэвхтэй цогцолборын төлөвт шилжүүлэхэд шаардагдах энерги (атом хоорондын холбоог таслах, молекулуудыг ойртуулах, молекулд энерги хуримтлуулах...).

Хийн температур нэмэгдэхийн хэрээр идэвхтэй молекулуудын эзлэх хувь (e -E / RT) огцом нэмэгдэж, улмаар урвалын хурд экспоненциалаар нэмэгддэг. Энэ харилцааг дараах байдлаар дүрсэлж болно.

Цагаан будаа. 10. Урвалын хурдын температураас хамаарах хамаарал: 1 – 1-р урвалын хурд, 2 – 2-р урвалын хурд.

Зураг 10-аас харахад эхний урвалын хурд хоёр дахь урвалын хурдаас бага, 1-р урвалын идэвхжүүлэх энерги нь хоёр дахь урвалын E-ээс их байна. Мөн ижил температурт T 2 υ 2 > υ 1 . Идэвхжүүлэх энерги өндөр байх тусам өгөгдсөн урвалын хурдыг хангахад шаардагдах температур өндөр байх болно.

Үүний шалтгаан нь E нь том байх үед урвалд орж буй бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн молекулуудад байгаа атом хоорондын холбоо илүү хүчтэй болж, эдгээр хүчийг даван туулахын тулд илүү их энерги шаардагддаг. Энэ тохиолдолд идэвхтэй молекулуудын эзлэх хувь харьцангуй бага байна.

Дээрхээс харахад идэвхжүүлэх энергийн үнэ цэнэ нь химийн процессын хамгийн чухал шинж чанар юм. Энэ нь энергийн саадны өндрийг тодорхойлдог бөгөөд үүнийг даван туулах нь урвал үүсэх нөхцөл болдог. Нөгөөтэйгүүр, энэ нь температураас хамааран урвалын хурдыг тодорхойлдог, өөрөөр хэлбэл. идэвхжүүлэх энерги өндөр байх тусам өгөгдсөн урвалд хүрэх температур өндөр байна.

3.6. Катализ.

Бодисын температур, концентрацийг нэмэгдүүлэхийн зэрэгцээ тэдгээрийг ашигладаг катализаторууд, өөрөөр хэлбэл урвалд орж буй холимогт орсон боловч урвалын явцад хэрэглээгүй боловч идэвхжүүлэлтийн энергийг бууруулж хурдасгадаг бодисууд.

Катализатор ашиглан урвалын хурдыг нэмэгдүүлэх үйл явцыг гэнэ катализ.

Катализаторууд нь анхдагч бодисын молекул дахь холбоог сулруулах, тэдгээрийн задрал, катализаторын гадаргуу дээр молекулуудыг шингээх эсвэл идэвхтэй катализаторын хэсгүүдийг нэвтрүүлэх замаар идэвхжүүлсэн цогцолбор үүсгэх завсрын урвалд оролцдог.

Катализаторын оролцооны шинж чанарыг дараах диаграмаар тайлбарлаж болно.

Катализаторгүй урвал: A + B = AB.

Катализатор X-тэй: A + X = AX ® AX + B = AB + X.

Зурагт үзүүлсэнтэй төстэй зургийг үзүүлье. 9.

Цагаан будаа. 11. Катализаторын ажиллагааны диаграмм: E b.catТэгээд E мууртай– катализаторгүй ба катализатортой урвалын идэвхжүүлэлтийн энерги.

Катализаторыг нэвтрүүлэх үед (Зураг 11) урвал бага эрчим хүчний саадтай өөр замаар явж болно. Энэ зам нь өөр нэг идэвхжүүлсэн цогцолбор үүсэх замаар шинэ урвалын механизмтай нийцдэг. Мөн шинэ доод энергийн саадыг илүү олон тооны бөөмс даван туулах боломжтой бөгөөд энэ нь урвалын хурдыг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг.

Урвуу урвалын идэвхжүүлэлтийн энерги нь урагшлах урвалын идэвхжүүлэлтийн энергитэй ижил хэмжээгээр буурдаг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Аль аль нь урвалыг адилхан хурдасгадаг бөгөөд катализаторууд урвалыг эхлүүлдэггүй, тэд байхгүй үед тохиолдож болох урвалыг хурдасгах болно, гэхдээ илүү удаан.

Урвалын завсрын бүтээгдэхүүн нь катализатор болж чаддаг тул энэ урвалыг автокаталитик гэж нэрлэдэг. Тиймээс, хэрэв урвалд орсон бодисыг хэрэглэхэд ердийн урвалын хурд буурдаг бол автокатализийн улмаас шаталтын урвал өөрөө хурдасч, автокаталитик болдог.

Ихэнхдээ урвалд орж буй бодисын молекулуудыг шингээдэг хатуу бодисыг катализатор болгон ашигладаг. Адсорбцийн үед урвалд орж буй молекулуудын холбоо суларч, улмаар тэдгээрийн хоорондын урвал хөнгөвчилдөг.

Адсорбци гэж юу вэ?

3.7. Шингээх.

Шингээх- хийн орчин эсвэл уусмалаас бодисыг өөр бодисын гадаргуугийн давхаргаас шингээх - шингэн эсвэл хатуу.

Жишээлбэл, хийн маскуудад ашигладаг идэвхжүүлсэн нүүрстөрөгчийн гадаргуу дээр хорт хийг шингээх.

Физик болон химийн шингээлтийг хооронд нь ялгадаг.

At физикшингээх, баригдсан тоосонцор шинж чанараа хадгалж үлдэх, хэзээ химийн– шингээгчтэй адсорбатын химийн нэгдлүүд үүсдэг.

Шингээх үйл явц нь дулаан ялгарах дагалддаг. Физик шингээлтийн хувьд энэ нь ач холбогдолгүй (1-5 ккал/моль), химийн шингээлтийн хувьд хамаагүй их (10-100 ккал/моль). Энэ нь катализын үед химийн урвалыг хурдасгах боломжтой.

Шаталтын болон дэлбэрэлтийн процессын хувьд дараахь жишээг өгч болно.

1. H 2 + O 2 хольцын өөрөө гал асаах температур нь 500 0 C. Палладийн катализаторын оролцоотойгоор 100 0 С хүртэл буурдаг.

2. Нүүрсний аяндаа шатах үйл явц нь нүүрсний хэсгүүдийн гадаргуу дээр хүчилтөрөгчийг химийн аргаар шингээх замаар эхэлдэг.

3. Цэвэр хүчилтөрөгчтэй ажиллахад хүчилтөрөгч нь хувцсанд сайн шингэдэг (физик шингээлт). Мөн оч эсвэл дөл байгаа тохиолдолд хувцас амархан шатдаг.

4. Техникийн тосонд хүчилтөрөгч сайн шингэж, шингэж тэсрэх хольц үүсгэдэг. Холимог нь гал асаах эх үүсвэргүй (химийн шингээлт) аяндаа дэлбэрдэг.

Сэдэв 3. ШАТАЛТЫН ХИМИЙН ҮНДЭС.

3.1. Шаталтын урвалын хими.

Та аль хэдийн ойлгосноор шаталт нь дулаан, гэрэл (дөл) ялгардаг химийн урвал хурдан явагддаг. Дүрмээр бол энэ нь шатамхай бодисыг исэлдүүлэгч бодис - агаарын хүчилтөрөгчтэй хослуулах экзотермик исэлдэлтийн урвал юм.

Шатамхай бодисхий, шингэн, хатуу биет байж болно. Эдгээр нь H 2, CO, хүхэр, фосфор, металл, C m H n (хий, шингэн ба хатуу хэлбэрээр нүүрсустөрөгчид, өөрөөр хэлбэл органик бодисууд. Байгалийн нүүрсустөрөгчид, жишээлбэл, байгалийн хий, газрын тос, нүүрс). Зарчмын хувьд исэлдэх чадвартай бүх бодисууд шатамхай байж болно.

Исэлдүүлэгч бодисуудүйлчлэх: хүчилтөрөгч, озон, галоген (F, Cl, Br, J), азотын исэл (NO 2), аммонийн нитрат (NH 4 NO 3) гэх мэт. Металлын хувьд CO 2, H 2 O, N 2 мөн байж болно. исэлдүүлэгч бодисууд.

Зарим тохиолдолд эндотермик процессоор олж авсан бодисын задралын урвалын үед шаталт үүсдэг. Жишээлбэл, ацетилен задрах үед:

C 2 H 2 = 2 C + H 2.

Экзотермикурвал гэдэг нь дулаан ялгаруулах урвал юм.

Эндотермикурвал гэдэг нь дулаан шингээх урвал юм.

Жишээ нь:

2H 2 + O 2 = 2H 2 O + Q – экзотермик урвал,

2H 2 O + Q = 2H 2 + O 2 – эндотермик урвал,

Үүнд: Q – дулааны энерги.

Тиймээс эндотермик урвалууд нь зөвхөн гаднах дулааны энергийг нэвтрүүлэхэд л тохиолдож болно, i.e. халах үед.

Химийн урвалд массыг хадгалах хуулийн дагуу урвалын өмнөх бодисын жин нь урвалын дараа үүссэн бодисын жинтэй тэнцүү байна. Химийн тэгшитгэлийг тэнцвэржүүлэх үед бид олж авдаг стехиометрийннайрлага.

Жишээлбэл, урвалд орно

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O

бидэнд 1 моль CH 4 + 2 моль O 2 = 1 моль CO 2 + 2 моль H 2 O байна.

Бодисын томьёоны өмнөх мольуудын тоог стехиометрийн коэффициент гэж нэрлэдэг.

"Молийн эзэлхүүн", "молийн концентраци", "хэсэгчилсэн даралт" гэсэн ойлголтуудыг харгалзан бид метаныг бүрэн урвалд оруулахын тулд 1 моль CH 4-ийг 2 моль O 2 эсвэл 1 / холих шаардлагатай болохыг олж мэдэв. 3 = 33.3% CH 4 ба 2/ 3=66.7% O 2. Энэ найрлагыг стехиометр гэж нэрлэдэг.

Хэрэв бид агаарт CH 4-ийн шаталтыг авч үзвэл, i.e. 21% O 2 +79% N 2 эсвэл O 2 +79/21N 2 эсвэл O 2 +3.76N 2-ийн холимогт урвалыг дараах байдлаар бичнэ.

CH 4 +2O 2 +2×3.76N 2 =CO 2 +2H 2 O+2×3.76N 2.

1 моль CH 4 +2 моль O 2 +7.52 моль N 2 = O 2, N 2 ба CH 4-ийн 10.52 моль хольц.

Дараа нь хольцын стехиометрийн найрлага нь:

(1/10.52)*100%=9.5% CH 4; (2/10.52)*100%=19.0% O 2;

(7.52/10.52)*100%=71.5% N 2.

Энэ нь хамгийн шатамхай хольцод хүчилтөрөгчтэй урвалд ороход 100% (CH 4 + O 2) биш харин агаартай урвалд 24% (CH 4 + O 2) байх болно гэсэн үг юм. Илүү бага дулаан ялгарах болно.

Хэрэв дур зоргоороо, стехиометрийн бус найрлага холилдвол ижил дүр зураг гарч ирнэ.

Жишээлбэл, урвалд орно 2CH 4 +2O 2 =CO 2 +2H 2 O+CH 4 1 моль CH 4 урвалд ордоггүй.

Хариуд нь CH 4 +4O 2 =CO 2 +2H 2 O+2O 2 2 моль O 2 урвалд оролцдоггүй, харин тогтворжуулагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг тул халаахад тодорхой хэмжээний дулаан шаардагддаг.

Тиймээс, хэрэв бид хүчилтөрөгч ба агаар дахь метаны шаталтын урвалыг эсвэл CH 4 ба O 2-аас их хэмжээгээр харьцуулж үзвэл эхний урвалын үед ялгарах дулааны хэмжээ бусадтай харьцуулахад илүү их байх болно, учир нь тэдгээрт:

Нийт хольц дахь урвалжуудын концентраци бага байх;

Дулааны нэг хэсэг нь тогтворжуулагчийг халаахад зарцуулагдана: азот, хүчилтөрөгч эсвэл метан.

Өөрөөсөө асуулт асууя:

Урвалын явцад ямар энерги ялгарч болох вэ?

Дулааны хэмжээг юу тодорхойлдог вэ, өөрөөр хэлбэл. дулааны нөлөө дахин

Үүнийг урсгахын тулд хэр их дулааны энерги нэмэх шаардлагатай вэ?

эндотермик урвал?

Энэ зорилгоор бодисын дулааны агууламжийн тухай ойлголтыг нэвтрүүлсэн.

3.2.Бодисын дулааны агууламж.

Метан шаталтын урвалын үед дулаан хаанаас гардаг вэ? Энэ нь CH 4, O 2 молекулуудад нуугдаж байсан бөгөөд одоо энэ нь суллагдсан гэсэн үг юм.

Илүү энгийн хариу үйлдэл үзүүлэх жишээ энд байна:

2H 2 +O 2 =2H 2 O+Q

Энэ нь устөрөгч ба хүчилтөрөгчийн стехиометрийн хольцын энергийн түвшин H 2 O урвалын бүтээгдэхүүнээс өндөр байсан бөгөөд бодисоос "нэмэлт" энерги ялгарсан гэсэн үг юм.

Усны электролизийн урвуу урвалд, i.e. цахилгаан энергийн тусламжтайгаар усны задрал, усны молекул дахь атомуудын дахин хуваарилалт нь устөрөгч, хүчилтөрөгч үүсэх замаар явагддаг. Үүний зэрэгцээ H 2 ба O 2-ийн дулааны агууламж нэмэгддэг.

Иймээс бодис бүр үүсэх явцад тодорхой энергийг хүлээн авдаг эсвэл өгөх ба түүнийг үүсэх явцад хуримтлагдсан дулааны энергийн хэмжүүрийг нэрлэдэг. дулааны агууламж,эсвэл энтальпи.

Химийн термодинамикийн хувьд химийн бодисоос ялгаатай нь бодис үүсэх дулааныг Q тэмдгээр биш, харин дулааныг химийн нэгдэл шингээж авбал DH тэмдгээр (+), хэрэв дулааныг (-) тэмдгээр тэмдэглэдэг. урвалын явцад дулаан ялгардаг, өөрөөр хэлбэл системээс "явдаг".

101.3 кПа даралт, 298 К температурт 1 моль бодис үүсэх стандарт дулааныг тэмдэглэв.

Лавлах номууд нь энгийн бодисуудаас нэгдлүүд үүсэх дулааныг өгдөг.

Жишээ нь:

Y CO 2 = - 393.5 кЖ/моль

U H 2 O хий = - 241.8 кЖ / моль

Гэхдээ эндотермик процессын явцад үүссэн бодисын хувьд, жишээлбэл, ацетилен C 2 H 2 = +226.8 кЖ / моль, H 2 = H + + H + = +217.9 кЖ / моль урвалын дагуу устөрөгчийн атом H + үүсэх үед.

Тогтвортой хэлбэрээр (H 2, O 2, C, Na гэх мэт) нэг химийн элементээс бүрдсэн цэвэр бодисын хувьд DN-ийг ердийн байдлаар тэг гэж үздэг.

Гэсэн хэдий ч, хэрэв бид бодисын макроскоп шинж чанаруудын талаар ярих юм бол бид энергийн хэд хэдэн хэлбэрийг ялгадаг: кинетик, потенциал, хими, цахилгаан, дулааны, цөмийн энерги, механик ажил. Хэрэв бид асуудлыг молекулын түвшинд авч үзэх юм бол эдгээр энергийн хэлбэрийг хөдөлгөөний кинетик энерги ба атом ба молекулуудын амрах боломжит энерги гэсэн хоёр хэлбэрт үндэслэн тайлбарлаж болно.

Химийн урвалд зөвхөн молекулууд өөрчлөгддөг. Атомууд өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна. Молекулын энергинь молекулд хуримтлагдсан атомуудын холболтын энерги юм. Энэ нь атомуудыг бие биедээ татах хүчээр тодорхойлогддог. Үүнээс гадна молекулууд бие биенээ татах боломжит энерги байдаг. Энэ нь хийн хувьд жижиг, шингэнд илүү том, хатуу биетэд илүү том байдаг.

Атом бүр нь энергитэй бөгөөд нэг хэсэг нь электронтой, нэг хэсэг нь цөмтэй холбоотой байдаг. Электронууд нь цөмийг тойрон эргэх кинетик энергитэй, бие биенээсээ таталцах, түлхэх боломжит цахилгаан энергитэй байдаг.

Молекулын энергийн эдгээр хэлбэрүүдийн нийлбэр нь молекулын дулааны агууламж юм.

Хэрэв бид бодисын 6.02 × 10 23 молекулын дулааны агууламжийг нэгтгэн дүгнэвэл бид энэ бодисын молийн дулааныг олж авна.

Яагаад нэг элементийн бодис (нэг элементийн молекул)-ын дулааны агууламжийг тэг гэж авч байгааг дараах байдлаар тайлбарлаж болно.

Химийн элементийн DH, өөрөөр хэлбэл түүний үүсэх энерги нь цөмийн дотоод үйл явцтай холбоотой байдаг. Цөмийн энерги нь цөмийн урвалын явцад цөмийн бөөмс хоорондын харилцан үйлчлэлийн хүч, нэг химийн элементийг нөгөөд хувиргахтай холбоотой юм. Жишээлбэл, ураны задралын урвал:

эсвэл энгийн: U+n®Ba+Kr+3n.

Хаана: n ’ о– 1 масстай, тэг цэнэгтэй нейтроны бөөмс.

Уран нь нейтроныг барьж, үүний үр дүнд 3 нейтрон үүсэх замаар хоёр шинэ элемент болох бари ба криптон болж хуваагдан (задарж) цөмийн энерги ялгардаг.

Цөмийн урвал нь химийн урвалаас хэдэн сая дахин их энергийн өөрчлөлтийг агуулдаг гэдгийг хэлэх хэрэгтэй. Тиймээс ураны задралын энерги нь 4.5 × 10 9 ккал/моль × уран байна. Энэ нь нэг моль нүүрсний шаталтаас 10 сая дахин их юм.

Химийн урвалд атомууд өөрчлөгддөггүй, харин молекулууд өөрчлөгддөг. Тиймээс химичүүдийн атом үүсэх энергийг тооцдоггүй бөгөөд нэг элементийн хийн молекул, цэвэр бодисын атомын DN-ийг тэгтэй тэнцүү гэж үздэг.

Ураны дээрх задралын урвал нь гинжин урвалын сонгодог жишээ юм. Шаталтын урвалын гинжин механизмын онолыг бид дараа нь авч үзэх болно. Гэхдээ нейтрон хаанаас гаралтай, урантай урвалд ордог зүйл нь идэвхжүүлэх энерги гэж нэрлэгддэг зүйлтэй холбоотой бөгөөд үүнийг бид дараа нь авч үзэх болно.

3.3. Урвалын дулааны нөлөө.

Бодис бүр тодорхой хэмжээний энерги агуулдаг нь химийн урвалын дулааны нөлөөг тайлбарладаг.

Гессийн хуулийн дагуу: Химийн урвалын дулааны нөлөө нь зөвхөн анхны болон эцсийн бүтээгдэхүүний шинж чанараас хамаарах бөгөөд нэг төлөвөөс нөгөөд шилжих завсрын урвалын тооноос хамаардаггүй.

Дүгнэлт 1Энэ хуулийн: Химийн урвалын дулааны нөлөөлөл нь томъёоны коэффициентийг харгалзан эцсийн бүтээгдэхүүн үүсэх дулааны нийлбэр ба эхлэлийн бодис үүсэх дулааны нийлбэрийн зөрүүтэй тэнцүү байна. урвалын тэгшитгэлд эдгээр бодисууд.

Жишээлбэл, урвалд 2H 2 + O 2 = 2H 2 O ± DH.

; ; .

Үүний үр дүнд ерөнхий урвалын тэгшитгэл дараах байдлаар харагдах болно.

2H 2 + O 2 = 2H 2 O - 582 кЖ / моль.

Хэрэв DH (-) тэмдэгтэй бол урвал нь экзотермик болно.

Дүгнэлт 2. Лавуазье-Лапласын хуулийн дагуу химийн нэгдлүүдийн задралын дулааны нөлөө нь түүний үүсэх дулааны эффекттэй тэнцүү бөгөөд эсрэгээрээ байдаг.

Дараа нь усны задралын урвал дараах байдалтай байна.

2H 2 O=2H 2 +O 2 +582 кЖ/моль, өөрөөр хэлбэл. Энэ урвал нь эндотермик юм.

Илүү төвөгтэй урвалын жишээ:

CH 4 +2O 2 =CO 2 +2H 2 O.

Дараа нь хариу үйлдэл дараах байдлаар бичигдэнэ.

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O – 742.3 кЖ/моль, энэ нь урвал экзотермик гэсэн үг.

3.4. Хийн урвалын кинетик зарчим.

Массын үйл ажиллагааны хуулийн дагуу тогтмол температурт урвалын хурд нь урвалд орж буй бодисын концентрацитай пропорциональ буюу тэдний хэлснээр "үйлчилж буй масс"-тай пропорциональ байна.

Химийн урвалын хурд ( υ ) нэгж хугацаанд урвалд орох бодисын хэмжээг харгалзан үздэг заншилтай ( гт) нэгж эзлэхүүн тутамд ( dV).

Тэгшитгэлийн дагуу явагдаж буй урвалыг авч үзье.

A + B = C + D.

Урвалын хурд нь урвалд орох бодисын концентраци буурах, урвалын бүтээгдэхүүний концентраци нэмэгдэхийг тодорхойлдог тул бид дараахь зүйлийг бичиж болно.

, (3.1)

Энд деривативуудын хасах нь бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн концентрацийн өөрчлөлтийн чиглэлийг зааж, бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн концентрацийг дөрвөлжин хаалтанд тэмдэглэнэ.

Дараа нь T = const дахь шууд эргэлт буцалтгүй урвал дараах хурдаар явагдана.

, (3.2)

Хаана: к - химийн урвалын хурдны тогтмол. Энэ нь бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн концентрацаас хамаардаггүй, гэхдээ зөвхөн температурын дагуу өөрчлөгддөг.

Массын үйл ажиллагааны хуулийн дагуу урвалын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн концентрацийг кинетик тэгшитгэлд энэ бүрэлдэхүүн хэсгийн стехиометрийн коэффициенттэй тэнцүү хэмжээгээр оруулна.

Тийм ээ, хариу үйлдэл үзүүлэхийн тулд

aA + bB = cC + dD

Кинетик тэгшитгэл нь дараах хэлбэртэй байна.

a, b, c, d зэрэглэлийг ихэвчлэн A, B, C, D бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн урвалын дараалал гэж нэрлэдэг бөгөөд илтгэгчийн нийлбэр нь ерөнхий урвалын дараалал юм.

Жишээ нь, хариу үйлдэл гэх мэт

A ® bB + cC - 1-р дараалал,

2A = bB + cC - 2-р дараалал,

A + B = cC + dD – III дараалал.

Бүх урвалж буй бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн концентраци нь стехиометрийн тэгшитгэлээр бие биентэйгээ холбоотой байдаг тул эхний эрэмбийн хамгийн энгийн кинетик тэгшитгэлүүд нь нэг бие даасан хувьсагч болох концентраци бүхий нэгдүгээр эрэмбийн дифференциал тэгшитгэлүүд бөгөөд тэдгээрийг нэгтгэж болно.

Хамгийн энгийн кинетик тэгшитгэл нь тухайн төрлийн нэгдүгээр эрэмбийн тэгшитгэл юм

үүний төлөө . (3.4)

Урвал эхлэхээс өмнө А бүрэлдэхүүн хэсгийн концентрацийг тэмдэглэж, t = 0, [A] = [A 0 ] хилийн нөхцлийн дор тэгшитгэлийг нэгтгэж, бид дараахь зүйлийг олж авна.

Эсвэл [A]=×e - kt . (3.5)

Тиймээс урвалын хурд нь бодисын концентрацаас хамаарах хамаарал нь экспоненциал юм.

Хийн кинетик энерги үүнийг ингэж тайлбарладаг. Аррениусын таамаглалын дагуу молекулуудын хоорондох урвал нь зөвхөн идэвхтэй байгаа тохиолдолд л явагддаг, өөрөөр хэлбэл. Атом хоорондын холбоог таслахад хангалттай илүүдэл энергитэй, идэвхжүүлэх энерги гэж нэрлэгддэг E A.

Тэдгээр. Химийн урвалын хурд нь бүх молекулуудын мөргөлдөөний тооноос хамаардаггүй, харин зөвхөн идэвхжсэн молекулуудаас хамаардаг.

Больцманы хуулийн дагуу идэвхтэй молекулуудын тоо

n A = n o * e - E / RT , (3.6)

Үүнд: E – идэвхжүүлэх энерги,

T - хийн хольцын температур,

n o – молекулын нийт тоо.

Дараа нь урвалын хурдтай давхцах үр дүнтэй мөргөлдөөний тоо дараах байдалтай тэнцүү байна.

υ р = Z eff = Z 0 * e - E / RT , (3.7)

Үүнд: Z 0 – молекулуудын мөргөлдөөний нийт тоо.

1) урвалын хурд нь идэвхтэй молекулуудын концентрацитай пропорциональ бөгөөд тэдгээрийн тоо нь хольц дахь температур, даралтаас хамаардаг, учир нь даралт нь аливаа гадаргуутай мөргөлдөх молекулуудын тоо юм;

2) харилцан үйлчлэгч молекулууд атом хоорондын холбоог таслах, сулруулахад хангалттай эрчим хүчний тодорхой хангамжийг хүлээн авсан тохиолдолд л урвал явагдах боломжтой. Идэвхжүүлэх нь молекулуудыг химийн хувиргалт хийх боломжтой төлөвт шилжүүлэх явдал юм.

Ихэнх тохиолдолд идэвхжүүлэх процесс нь завсрын тогтворгүй боловч өндөр идэвхтэй атомын нэгдлүүд үүсэх замаар явагддаг.

Тиймээс зөвхөн эндотермик процессууд нь гаднах эрчим хүчний хангамжийг шаарддаг төдийгүй экзотермикийг шаарддаг. Экзотермик урвал явагдахын тулд түүнд дулааны энергийн зарим импульс өгөх шаардлагатай. Жишээлбэл, устөрөгч ба хүчилтөрөгчийн холимогт шаталтын урвал явагдахын тулд түүнийг асаах шаардлагатай.

Химийн урвалыг "эхлүүлэхэд" шаардагдах дулааны энергийн хамгийн бага хэмжээг идэвхжүүлэх энерги гэж нэрлэдэг.

3.5. Урвалын идэвхжүүлэх энерги.

Энэ үзэгдлийг тайлбарлахын тулд дараах жишээг ихэвчлэн ашигладаг (Зураг 9).

Тавцан дээр бөмбөг байна. Энэ сайт нь слайдын өмнө байрладаг. Тиймээс, гулсуур биш бол бөмбөг өөрөө доошоо өнхрөх боломжтой байсан. Гэхдээ аяндаа буухын тулд гулсуурын дээд талд өргөх ёстой. Энэ нь ууланд өгсөх энерги төдийгүй доош буух энергийг чөлөөлнө.

Цагаан будаа. 9. Урвалыг идэвхжүүлэх схем.

Хоёр урвалыг авч үзье:

1) H 2 + O 2 = H 2 O-

2) H 2 O = H 2 + O 2 +

Зурагнаас харахад E 2 =+E 1;

Ерөнхийдөө аливаа урвалын хувьд

.

Мөн дулааны нөлөөллийн тэмдэг нь үргэлж эерэг байдаг E 1 ба E 2-ийн ялгаанаас хамаардаг.

Идэвхжүүлэлтийн энерги нь урвалд орж буй бодисыг идэвхтэй цогцолборын төлөвт шилжүүлэхэд шаардагдах энерги (атом хоорондын холбоог таслах, молекулуудыг ойртуулах, молекулд энерги хуримтлуулах...).

Хийн температур нэмэгдэхийн хэрээр идэвхтэй молекулуудын эзлэх хувь (e -E / RT) огцом нэмэгдэж, улмаар урвалын хурд экспоненциалаар нэмэгддэг. Энэ харилцааг дараах байдлаар дүрсэлж болно.

Цагаан будаа. 10. Урвалын хурдын температураас хамаарах хамаарал: 1 – 1-р урвалын хурд, 2 – 2-р урвалын хурд.

Зураг 10-аас харахад эхний урвалын хурд хоёр дахь урвалын хурдаас бага, 1-р урвалын идэвхжүүлэх энерги нь хоёр дахь урвалын E-ээс их байна. Мөн ижил температурт T 2 υ 2 > υ 1 . Идэвхжүүлэх энерги өндөр байх тусам өгөгдсөн урвалын хурдыг хангахад шаардагдах температур өндөр байх болно.

Үүний шалтгаан нь E нь том байх үед урвалд орж буй бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн молекулуудад байгаа атом хоорондын холбоо илүү хүчтэй болж, эдгээр хүчийг даван туулахын тулд илүү их энерги шаардагддаг. Энэ тохиолдолд идэвхтэй молекулуудын эзлэх хувь харьцангуй бага байна.

Дээрхээс харахад идэвхжүүлэх энергийн үнэ цэнэ нь химийн процессын хамгийн чухал шинж чанар юм. Энэ нь энергийн саадны өндрийг тодорхойлдог бөгөөд үүнийг даван туулах нь урвал үүсэх нөхцөл болдог. Нөгөөтэйгүүр, энэ нь температураас хамааран урвалын хурдыг тодорхойлдог, өөрөөр хэлбэл. идэвхжүүлэх энерги өндөр байх тусам өгөгдсөн урвалд хүрэх температур өндөр байна.

3.6. Катализ.

Бодисын температур, концентрацийг нэмэгдүүлэхийн зэрэгцээ тэдгээрийг ашигладаг катализаторууд, өөрөөр хэлбэл урвалд орж буй холимогт орсон боловч урвалын явцад хэрэглээгүй боловч идэвхжүүлэлтийн энергийг бууруулж хурдасгадаг бодисууд.

Катализатор ашиглан урвалын хурдыг нэмэгдүүлэх үйл явцыг гэнэ катализ.

Катализаторууд нь анхдагч бодисын молекул дахь холбоог сулруулах, тэдгээрийн задрал, катализаторын гадаргуу дээр молекулуудыг шингээх эсвэл идэвхтэй катализаторын хэсгүүдийг нэвтрүүлэх замаар идэвхжүүлсэн цогцолбор үүсгэх завсрын урвалд оролцдог.

Катализаторын оролцооны шинж чанарыг дараах диаграмаар тайлбарлаж болно.

Катализаторгүй урвал: A + B = AB.

Катализатор X-тэй: A + X = AX ® AX + B = AB + X.

Зурагт үзүүлсэнтэй төстэй зургийг үзүүлье. 9.

Цагаан будаа. 11. Катализаторын ажиллагааны диаграмм: E b.catТэгээд E мууртай– катализаторгүй ба катализатортой урвалын идэвхжүүлэлтийн энерги.

Катализаторыг нэвтрүүлэх үед (Зураг 11) урвал бага эрчим хүчний саадтай өөр замаар явж болно. Энэ зам нь өөр нэг идэвхжүүлсэн цогцолбор үүсэх замаар шинэ урвалын механизмтай нийцдэг. Мөн шинэ доод энергийн саадыг илүү олон тооны бөөмс даван туулах боломжтой бөгөөд энэ нь урвалын хурдыг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг.

Урвуу урвалын идэвхжүүлэлтийн энерги нь урагшлах урвалын идэвхжүүлэлтийн энергитэй ижил хэмжээгээр буурдаг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Аль аль нь урвалыг адилхан хурдасгадаг бөгөөд катализаторууд урвалыг эхлүүлдэггүй, тэд байхгүй үед тохиолдож болох урвалыг хурдасгах болно, гэхдээ илүү удаан.

Урвалын завсрын бүтээгдэхүүн нь катализатор болж чаддаг тул энэ урвалыг автокаталитик гэж нэрлэдэг. Тиймээс, хэрэв урвалд орсон бодисыг хэрэглэхэд ердийн урвалын хурд буурдаг бол автокатализийн улмаас шаталтын урвал өөрөө хурдасч, автокаталитик болдог.

Ихэнхдээ урвалд орж буй бодисын молекулуудыг шингээдэг хатуу бодисыг катализатор болгон ашигладаг. Адсорбцийн үед урвалд орж буй молекулуудын холбоо суларч, улмаар тэдгээрийн хоорондын урвал хөнгөвчилдөг.

Адсорбци гэж юу вэ?

3.7. Шингээх.

Шингээх- хийн орчин эсвэл уусмалаас бодисыг өөр бодисын гадаргуугийн давхаргаас шингээх - шингэн эсвэл хатуу.

Жишээлбэл, хийн маскуудад ашигладаг идэвхжүүлсэн нүүрстөрөгчийн гадаргуу дээр хорт хийг шингээх.

Физик болон химийн шингээлтийг хооронд нь ялгадаг.

At физикшингээх, баригдсан тоосонцор шинж чанараа хадгалж үлдэх, хэзээ химийн– шингээгчтэй адсорбатын химийн нэгдлүүд үүсдэг.

Шингээх үйл явц нь дулаан ялгарах дагалддаг. Физик шингээлтийн хувьд энэ нь ач холбогдолгүй (1-5 ккал/моль), химийн шингээлтийн хувьд хамаагүй их (10-100 ккал/моль). Энэ нь катализын үед химийн урвалыг хурдасгах боломжтой.

Шаталтын болон дэлбэрэлтийн процессын хувьд дараахь жишээг өгч болно.

1. H 2 + O 2 хольцын өөрөө гал асаах температур нь 500 0 C. Палладийн катализаторын оролцоотойгоор 100 0 С хүртэл буурдаг.

2. Нүүрсний аяндаа шатах үйл явц нь нүүрсний хэсгүүдийн гадаргуу дээр хүчилтөрөгчийг химийн аргаар шингээх замаар эхэлдэг.

3. Цэвэр хүчилтөрөгчтэй ажиллахад хүчилтөрөгч нь хувцсанд сайн шингэдэг (физик шингээлт). Мөн оч эсвэл дөл байгаа тохиолдолд хувцас амархан шатдаг.

4. Техникийн тосонд хүчилтөрөгч сайн шингэж, шингэж тэсрэх хольц үүсгэдэг. Холимог нь гал асаах эх үүсвэргүй (химийн шингээлт) аяндаа дэлбэрдэг.