Reacciones que van con la liberación de sonido. Tipos de reacciones químicas. El uso de ultrasonidos en la intensificación de procesos químicos.

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• Introducción
• 1. El concepto de sonido. ondas sonoras
• 1.1 Área de estudio de los efectos sonoros en los procesos químicos
• 1.2 métodos de química del sonido
• 2. Uso de infrasonidos como método de intensificación procesos de tecnología química
• 3. El uso del ultrasonido como método de intensificación procesos quimicos
• Conclusión
• Introducción
• El siglo XXI es el siglo de las bio y nanotecnologías, la informatización universal, la electrónica, los infrasonidos y los ultrasonidos. El ultrasonido y el infrasonido son un movimiento oscilatorio de propagación similar a una onda de las partículas del medio y se caracterizan por una serie de características distintivas en comparación con el rango audible. En el rango de frecuencias ultrasónicas, es relativamente fácil obtener radiación direccional; las vibraciones ultrasónicas se prestan bien al enfoque, como resultado de lo cual aumenta la intensidad de las vibraciones ultrasónicas en ciertas zonas de influencia. Cuando se propaga en gases, líquidos y sólidos ah, las vibraciones del sonido dan lugar a fenómenos únicos, muchos de los cuales se han encontrado uso práctico V varios campos ciencia y tecnología, han surgido docenas de tecnologías de sonido de alto rendimiento que ahorran recursos. EN últimos años el uso de vibraciones sonoras comienza a jugar un papel cada vez mayor en la industria y investigación científica. Estudios teóricos y experimentales en el campo de la cavitación ultrasónica y los flujos acústicos, que permitieron desarrollar nuevos procesos tecnológicos que se producen bajo la influencia de los ultrasonidos en fase líquida.
• En la actualidad, se está formando una nueva dirección en química: la química del sonido, que permite acelerar muchos procesos químico-tecnológicos y obtener nuevas sustancias, junto con estudios teóricos y experimentales en el campo de las reacciones químicas del sonido, se ha avanzado mucho. hecho. trabajo practico. El desarrollo y la aplicación de tecnologías de sonido actualmente abre nuevas perspectivas en la creación de nuevas sustancias y materiales, al impartir nuevas propiedades a materiales y medios conocidos, y por lo tanto requiere una comprensión de los fenómenos y procesos que ocurren bajo la acción de ultrasonidos e infrasonidos. las posibilidades de las nuevas tecnologías y las perspectivas de su aplicación.
• 1. El concepto de sonido. ondas sonoras

Sonido -- fenómeno físico, que es la propagación en forma de ondas elásticas de vibraciones mecánicas en un medio sólido, líquido o gaseoso. En un sentido estricto, el sonido se refiere a estas vibraciones, consideradas en relación con la forma en que son percibidas por los órganos sensoriales de animales y humanos.

Como cualquier onda, el sonido se caracteriza por su amplitud y espectro de frecuencia. una persona común capaz de escuchar vibraciones de sonido en el rango de frecuencia de 16-20 Hz a 15-20 kHz. El sonido por debajo del rango auditivo humano se llama infrasonido; mayor: hasta 1 GHz - por ultrasonido, desde 1 GHz - por hipersonido. La intensidad de un sonido depende de manera compleja de la presión sonora efectiva, la frecuencia y el modo de vibración, y el tono de un sonido depende no solo de la frecuencia, sino también de la magnitud de la presión sonora.

Las ondas sonoras en el aire son áreas alternas de compresión y rarefacción. Las ondas sonoras pueden servir como ejemplo de un proceso oscilatorio. Cualquier fluctuación está asociada con una violación del estado de equilibrio del sistema y se expresa en la desviación de sus características de los valores de equilibrio con un posterior retorno al valor original. Para las vibraciones del sonido, tal característica es la presión en un punto del medio, y su desviación es la presión del sonido.

Si realiza un desplazamiento brusco de las partículas de un medio elástico en un lugar, por ejemplo, utilizando un pistón, la presión aumentará en este lugar. Gracias a los enlaces elásticos de las partículas, la presión se transfiere a las partículas vecinas, que, a su vez, actúan sobre las siguientes, y el área de mayor presión, por así decirlo, se mueve en un medio elástico. A la zona de alta presión le sigue la zona presión reducida, y así, se forma una serie de regiones alternas de compresión y rarefacción, propagándose en el medio en forma de onda. Cada partícula del medio elástico en este caso oscilará.

Figura 1 - El movimiento de partículas durante la propagación de una onda a) el movimiento de partículas del medio durante la propagación de una onda longitudinal; b) el movimiento de partículas del medio durante la propagación de una onda transversal.

Figura 2 - Características del proceso oscilatorio

En medios líquidos y gaseosos, donde no hay fluctuaciones significativas en la densidad, las ondas acústicas son de naturaleza longitudinal, es decir, la dirección de oscilación de las partículas coincide con la dirección del movimiento de las ondas. En los sólidos, además de las deformaciones longitudinales, también surgen deformaciones elásticas de corte, que provocan la excitación de ondas transversales (de corte); en este caso, las partículas oscilan perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda. La velocidad de propagación de las ondas longitudinales es mucho mayor que la velocidad de propagación de las ondas transversales.

1.1 Área de estudio de los efectos sonoros en los procesos químicos

La rama de la química que estudia la interacción de poderosas ondas acústicas y los efectos químicos y fisicoquímicos resultantes se llama sonoquímica (sonoquímica). La sonoquímica investiga la cinética y el mecanismo de las reacciones sonoquímicas que ocurren en el volumen de un campo sonoro. El campo de la química del sonido también incluye algunos procesos físicos y químicos en un campo sonoro: sonoluminiscencia, dispersión de una sustancia bajo la acción del sonido, emulsificación y otros procesos químicos coloidales. La sonoluminiscencia es el fenómeno de la aparición de un destello de luz durante el colapso de las burbujas de cavitación generadas en un líquido por una poderosa onda ultrasónica. Una experiencia típica para observar la sonoluminiscencia es la siguiente: se coloca un resonador en un recipiente con agua y se crea en él una onda ultrasónica esférica estacionaria. Con suficiente potencia de ultrasonido, aparece una fuente puntual brillante de luz azulada en el centro del tanque: el sonido se convierte en luz. La sonoquímica presta la atención principal al estudio de las reacciones químicas que ocurren bajo la acción de las vibraciones acústicas: reacciones sonoquímicas.

Como regla general, los procesos químicos de sonido se estudian en el rango ultrasónico (desde 20 kHz hasta varios MHz). Las vibraciones sonoras en el rango de los kilohercios y el rango infrasónico se estudian con mucha menos frecuencia.

La química del sonido investiga los procesos de cavitación. La cavitación (del latín cavita - vacío) es el proceso de vaporización y posterior condensación de burbujas de vapor en una corriente líquida, acompañado de ruido y choques hidráulicos, la formación de cavidades en el líquido (burbujas de cavitación o cavernas) llenas de vapor del líquido en sí mismo en el que se produce. La cavitación se produce como consecuencia de una disminución local de la presión en el líquido, que puede producirse tanto por un aumento de su velocidad (cavitación hidrodinámica), como por el paso de una onda acústica de alta intensidad durante el semiciclo de rarefacción (cavitación acústica). ), hay otras razones para el efecto. Moviéndose con el flujo a un área con una presión más alta o durante un medio ciclo de compresión, la burbuja de cavitación se colapsa y emite una onda de choque.

1.2 Métodos de química del sonido

Se utiliza para estudiar las reacciones químicas del sonido. siguientes métodos: efecto piezoeléctrico inverso y efecto de magnetoestricción para generar vibraciones sonoras de alta frecuencia en líquido, Química analítica para estudiar los productos de las reacciones químicas del sonido, el efecto piezoeléctrico inverso: la aparición de deformaciones mecánicas bajo la influencia de un campo eléctrico (utilizado en emisores acústicos, en sistemas de movimiento mecánico - activadores).

La magnetoestricción es un fenómeno que consiste en que cuando cambia el estado de magnetización de un cuerpo, cambia su volumen y sus dimensiones lineales (se utilizan para generar ultrasonidos e hipersonidos).

Infrasonido -- ondas sonoras con una frecuencia inferior a la percibida por el oído humano. Dado que el oído humano generalmente puede escuchar sonidos en el rango de frecuencia de 16-20 "000 Hz, por límite superior El rango de frecuencia del infrasonido suele ser de 16 Hz. El límite inferior del rango infrasónico se define convencionalmente como 0,001 Hz.

El infrasonido tiene una serie de características asociadas con la baja frecuencia de las oscilaciones de un medio elástico: tiene amplitudes de oscilación mucho mayores; se propaga mucho más en el aire, ya que su absorción en la atmósfera es insignificante; exhibe el fenómeno de la difracción, como resultado de lo cual penetra fácilmente en las habitaciones y sortea obstáculos que retrasan los sonidos audibles; hace que los objetos grandes vibren debido a la resonancia.

cavitación química de ultrasonido de onda

2. Utilizar el infrasonido como forma de intensificar los procesos químico-tecnológicos

El impacto físico en las reacciones químicas en este caso se lleva a cabo en dispositivos infrasónicos,- dispositivos en los que para la intensificación procesos tecnológicos en medios líquidos se utilizan vibraciones acústicas de baja frecuencia (en realidad infrasónicas con una frecuencia de hasta 20 Hz, sonido con una frecuencia de hasta 100 Hz). Las oscilaciones se crean directamente en el medio procesado con la ayuda de emisores flexibles de varias configuraciones y formas o pistones metálicos rígidos conectados a las paredes de los contenedores tecnológicos a través de elementos elásticos (por ejemplo, caucho). Esto permite descargar las paredes del aparato infrasónico de las vibraciones de la fuente, reduce significativamente su vibración y el nivel de ruido en las instalaciones industriales. En los dispositivos infrasónicos, se excitan oscilaciones con grandes amplitudes (desde unidades hasta decenas de mm).

Sin embargo, la baja absorción de infrasonidos por el medio de trabajo y la posibilidad de su adaptación al emisor de oscilaciones (selección de parámetros de fuente apropiados) y el tamaño del aparato (para el procesamiento de volúmenes dados de líquido) hacen posible ampliar la no -efectos ondulatorios lineales que surgen bajo la influencia de los infrasonidos a grandes volúmenes tecnológicos. Debido a esto, los dispositivos infrasónicos son fundamentalmente diferentes de los ultrasónicos, en los que los líquidos se procesan en un volumen pequeño.

En los dispositivos infrasónicos, se producen los siguientes efectos físicos (uno o más simultáneamente): cavitación, presiones alternas y de radiación (radiación sonora) de gran amplitud, flujos alternos de fluidos, corrientes acústicas (viento sónico), desgasificación del fluido y formación de una multitud de burbujas de gas y sus capas de equilibrio en él, cambio de fase de oscilaciones entre partículas suspendidas y líquido. Estos efectos aceleran significativamente las reacciones redox, electroquímicas y de otro tipo, intensifican de 2 a 4 veces los procesos industriales de mezcla, filtración, disolución y dispersión de materiales sólidos en líquidos, separación, clasificación y deshidratación de suspensiones, así como limpieza de piezas y mecanismos, etc. .

El uso de infrasonidos permite varias veces reducir el consumo específico de energía y metal y las dimensiones generales del aparato, así como procesar líquidos directamente en la corriente al transportarlos a través de tuberías, lo que elimina la instalación de mezcladores y otros dispositivos.

Figura 3 - Aparato infrasónico para mezclar suspensiones: 1 - emisor de vibración de membrana; 2 - modulador de aire comprimido; 3 - dispositivo de arranque; 4 - compresor

Una de las aplicaciones más comunes de los infrasonidos es la mezcla de suspensiones mediante, por ejemplo, aparatos de infrasonidos de tubo. Tal máquina consta de uno o más emisores hidroneumáticos conectados en serie y un dispositivo de carga.

3. El uso de ultrasonidos en la intensificación de procesos químicos

Ultrasonido micras - ondas sonoras que tienen una frecuencia superior a la percibida por el oído humano, por lo general, se entiende por ultrasonido las frecuencias superiores a 20.000 Hertz. Las vibraciones de alta frecuencia que se utilizan en la industria suelen generarse mediante transductores piezocerámicos. En los casos en que el poder de las vibraciones ultrasónicas es de importancia primordial, se utilizan fuentes mecánicas de ultrasonido.

El impacto del ultrasonido en los procesos químicos y fisicoquímicos que ocurren en un líquido incluye: el inicio de algunas reacciones químicas, el cambio en la velocidad y, a veces, en la dirección de las reacciones, la aparición de brillo líquido (sonoluminiscencia), la creación de ondas de choque en un líquido , emulsificación de líquidos inmiscibles y partículas coalescentes dentro del medio en movimiento o en la superficie del cuerpo) emulsiones, dispersión (molienda fina de sólidos o líquidos) de sólidos y coagulación (combinación de pequeñas partículas dispersas en agregados más grandes) de partículas sólidas en un líquido , desgasificación de un líquido, etc. Para la implementación de procesos tecnológicos utilizar dispositivos ultrasónicos.

La influencia de los ultrasonidos en varios procesos está asociada con la cavitación (la formación en un líquido durante el paso de una onda acústica de cavidades (burbujas de cavitación) llenas de gas, vapor o una mezcla de los mismos).

reacciones químicas, que surge en un líquido bajo la acción del ultrasonido (reacciones químicas del sonido), se puede dividir en: a) reacciones redox que ocurren en soluciones acuosas entre sustancias disueltas y productos de descomposición de moléculas de agua dentro de la burbuja de cavitación (H, OH,), Por ejemplo:

b) Reacciones entre gases disueltos y sustancias con alta presión de vapor dentro de la burbuja de cavitación:

c) Reacciones en cadena iniciadas no por productos radicales de la descomposición del agua, sino por alguna otra sustancia que se disocia en una burbuja de cavitación, por ejemplo, isomerización del ácido maleico a ácido fumárico bajo la acción del Br formado como resultado de la disociación sonoquímica.

d) Reacciones en las que intervienen macromoléculas. Para estas reacciones, no solo son importantes la cavitación y las ondas de choque asociadas y los chorros acumulativos, sino también las fuerzas mecánicas que dividen las moléculas. Los macrorradicales resultantes en presencia del monómero son capaces de iniciar la polimerización.

e) Iniciación de una explosión en explosivos líquidos y sólidos.

f) Reacciones en sistemas líquidos no acuosos, por ejemplo, pirólisis y oxidación de hidrocarburos, oxidación de aldehídos y alcoholes, alquilación de compuestos aromáticos, etc.

La principal característica energética de las reacciones sonoquímicas es el rendimiento energético, que se expresa por el número de moléculas de producto formadas al costo de 100 eV de energía absorbida. El rendimiento energético de los productos de las reacciones redox por lo general no excede varias unidades, y para reacciones en cadena llega a varios miles.

Bajo la acción del ultrasonido en muchas reacciones, es posible aumentar la velocidad varias veces (por ejemplo, en las reacciones de hidrogenación, isomerización, oxidación, etc.), a veces también aumenta el rendimiento al mismo tiempo.

Es importante tener en cuenta el impacto del ultrasonido en el desarrollo e implementación de varios procesos tecnológicos (por ejemplo, cuando se expone al agua, en la que se disuelve el aire, se forman óxidos de nitrógeno y se forman), para comprender los procesos que lo acompañan. la absorción del sonido en los medios.

Conclusión

Actualmente, las vibraciones sonoras son ampliamente utilizadas en la industria, siendo un factor tecnológico prometedor que permite, si es necesario, intensificar drásticamente los procesos de producción.

El uso de ultrasonidos potentes en procesos tecnológicos para la producción y procesamiento de materiales y sustancias permite:

Reducir el costo de un proceso o producto,

Recibir nuevos productos o mejorar la calidad de los existentes,

Intensificar los procesos tecnológicos tradicionales o estimular la implementación de otros nuevos,

Contribuir a la mejora situación ambiental reduciendo la agresividad de los fluidos de proceso.

Sin embargo, debe tenerse en cuenta que el ultrasonido tiene un efecto extremadamente adverso en los organismos vivos. Para reducir dichos impactos, se recomienda ubicar las instalaciones de ultrasonidos en salas especiales, utilizando sistemas de control remoto para realizar procesos tecnológicos en ellas. La automatización de estas instalaciones tiene un gran efecto.

Una forma más económica de protegerse contra los efectos de los ultrasonidos es utilizar carcasas insonorizadas que cierran las instalaciones de ultrasonidos, o pantallas situadas en el trayecto de los ultrasonidos. Estas pantallas están fabricadas en chapa de acero o duraluminio, plástico o caucho especial.

Lista de fuentes utilizadas

1. Margulis MAMÁ. Fundamentos de la química del sonido (reacciones químicas en campos acústicos); libro de texto asignación para quim. y tecnólogo químico. Especialidades de universidades / M.A. Margulis. M.: Escuela superior, 1984. 272 ​​p.

2. Suslik K. S. Ultrasonido. Sus efectos químicos, físicos y biológicos. Ed.: VCH, N. Y., 336 p.

3. Kardashev G. A. Métodos físicos de intensificación de procesos de tecnología química. Moscú: Química, 1990, 208 p.

5. Luminiscencia

6. Ultrasonido

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La sonoquímica es la aplicación del ultrasonido en reacciones y procesos químicos. El mecanismo que provoca los efectos sonido-químicos en los líquidos es el fenómeno de la cavitación acústica.

Los dispositivos industriales y de laboratorio ultrasónicos de Hielscher se utilizan en una amplia gama de procesos químico-sónicos.

Reacciones químicas sonoras

Los siguientes efectos sonoquímicos se pueden observar en reacciones y procesos químicos:

• Aumento de la velocidad de reacción
• Aumento del rendimiento de la reacción
• Uso más eficiente de la energía
• Métodos de química sonora para la transición de una reacción a otra.
• Mejora del catalizador de transferencia interfacial
• Exclusión del catalizador de transferencia de fase.
• Uso de reactivos brutos o técnicos.
• Activación de metales y sólidos
• Aumento de la reactividad de los reactivos o catalizadores ()
• Mejora de la síntesis de partículas
• Recubrimiento de nanopartículas

Cavitación ultrasónica en líquidos.

Cavitación significa "la formación, crecimiento y destrucción explosiva de burbujas en un líquido. La explosión de cavitación produce un intenso calentamiento local (~5000 K), alta presión (~1000 atm.) y enormes velocidades de calentamiento/enfriamiento (>109 K/s) y flujos de chorro de líquido (~400 km/h)".

Las burbujas de cavitación son burbujas de vacío. El vacío es creado por una superficie que se mueve rápidamente en un lado y un líquido inerte en el otro. La diferencia de presión resultante también sirve para vencer las fuerzas cohesivas en el fluido. La cavitación se puede obtener de varias formas, por ejemplo, boquillas Venturi, boquillas alta presión, rotación de alta velocidad o sensores ultrasónicos. En todos estos sistemas, la energía entrante se convierte en fricción, turbulencia, ondas y cavitación. La parte de la energía entrante que se convierte en cavitación depende de varios factores que caracterizan el movimiento del equipo que genera la cavitación en el líquido.

La intensidad de la aceleración es uno de los factores más importantes que afectan la eficiencia de la transformación de energía en cavitación. Una mayor aceleración crea una mayor caída de presión, lo que a su vez aumenta la posibilidad de crear burbujas de vacío en lugar de ondas que se propagan a través del fluido. Así, cuanto mayor sea la aceleración, mayor será la proporción de energía que se convierte en cavitación. En el caso de los sensores ultrasónicos, la intensidad de la aceleración se caracteriza por la amplitud de las oscilaciones. Las amplitudes más altas dan como resultado una generación de cavitación más eficiente. Los dispositivos industriales de Hielscher Ultrasonics pueden producir amplitudes de hasta 115 µm. Estas altas amplitudes permiten una alta relación de transferencia de potencia, lo que a su vez permite altas densidades de energía de hasta 100 W/cm³.

Además de la intensidad, el fluido debe acelerarse de tal manera que se generen pérdidas mínimas en términos de turbulencia, fricción y formación de olas. Para esto, la mejor manera sería una dirección de movimiento unidireccional. Se utiliza la ecografía, gracias a sus siguientes acciones:

• preparación de metales activados por reducción de sales metálicas
• generación de metales activados por sonicación
• síntesis sónico-química de partículas por precipitación de óxidos metálicos (Fe, Cr, Mn, Co), por ejemplo, para su uso como catalizadores
• impregnación de metales o haluros metálicos sobre sustratos
• preparación de soluciones de metales activados
• reacciones que involucran metales a través de la formación local materia orgánica
• reacciones que involucran sólidos no metálicos
• cristalización y precipitación de metales, aleaciones, zeolitas y otros sólidos
• cambio en la morfología de la superficie y el tamaño de las partículas como resultado de colisiones de alta velocidad entre partículas
  • formación de materiales nanoestructurados amorfos que incluyen metales de transición de área superficial alta, aleaciones, carburos, óxidos y coloides
  • ampliación de cristal
  • nivelación y eliminación de revestimientos de óxido pasivante
  • micromanipulación (fraccionamiento) de partículas pequeñas
• preparación de coloides (Ag, Au, CdS de tamaño Q)
• incorporación de moléculas huésped en sólidos con una capa inorgánica
• sonoquímica de polímeros
  • degradación y modificación de polímeros
  • síntesis de polímeros
• sonólisis de contaminantes orgánicos en agua

Equipos de sonido-químicos

La mayoría de los procesos sónico-químicos mencionados se pueden adaptar a la operación de flujo directo. Estaremos encantados de ayudarle a seleccionar el equipo químico adecuado para sus necesidades. Para la investigación y las pruebas de procesos, recomendamos utilizar nuestros instrumentos o dispositivos de laboratorio.

Las reacciones químicas son parte de nuestra La vida cotidiana. Cocinar en la cocina, conducir un automóvil, estas reacciones son comunes. Esta lista contiene las reacciones más sorprendentes e inusuales que la mayoría de nosotros nunca hemos visto.

10. Sodio y agua en cloro gaseoso

El sodio es un elemento altamente combustible. En este video, vemos una gota de agua que se agrega al sodio en un matraz de cloro gaseoso. Amarillo- el trabajo del sodio. Si combinamos sodio y cloro, obtenemos cloruro de sodio, es decir, sal común de mesa.

9. Reacción de magnesio y hielo seco

El magnesio es altamente inflamable y arde muy intensamente. En este experimento, verá cómo el magnesio se enciende en una capa de hielo seco: dióxido de carbono congelado. El magnesio puede quemarse en dióxido de carbono y nitrógeno. Debido a la luz brillante que se usaba como flash en las primeras fotografías, hoy en día todavía se usa en cohetes navales y fuegos artificiales.

8. Reacción de la sal y los dulces de Berthollet

El clorato de potasio es un compuesto de potasio, cloro y oxígeno. Cuando el clorato de potasio se calienta hasta su punto de fusión, cualquier objeto que entre en contacto con él en este punto hará que el clorato se descomponga y provoque una explosión. El gas que emerge después de la descomposición es oxígeno. Debido a esto, a menudo se usa en aviones, estaciones espaciales y submarinos como fuente de oxígeno. El incendio de la estación Mir también estuvo asociado a esta sustancia.

7. Efecto Meissner

Cuando un superconductor se enfría a una temperatura por debajo de la temperatura de transición, se vuelve diamagnético: es decir, el objeto es repelido desde campo magnético en lugar de sentirse atraído por él.

6. Sobresaturación con acetato de sodio

Sí, sí, este es el legendario acetato de sodio. Creo que todo el mundo ya ha oído hablar de " hielo liquido". Bueno, no hay nada más que agregar)

5. Polímeros súper absorbentes

También conocidos como hidrogel, son capaces de absorber muy un gran número de líquido en relación con su propia masa. Por ello, se utilizan en la industria del pañal, así como en otras áreas donde se requiere protección contra el agua y otros líquidos, como la construcción de cables subterráneos.

4. Hexafluoruro de azufre flotante

El hexafluoruro de azufre es un gas incoloro, no tóxico y no inflamable que no tiene olor. Dado que es 5 veces más denso que el aire, se puede verter en recipientes y los objetos ligeros sumergidos en él flotarán como si estuvieran en el agua. Otra característica divertida y completamente inofensiva del uso de este gas es que baja bruscamente la voz, es decir, el efecto es exactamente el contrario al del helio. El efecto se puede ver aquí:

3. Helio superfluido

Cuando el helio se enfría a -271 grados centígrados, alcanza el punto lambda. En esta etapa (en forma líquida) se le conoce como helio II y es superfluido. Cuando pasa por los capilares más finos, es imposible medir su viscosidad. Además, "se arrastrará" hacia arriba en busca de un área cálida, aparentemente por los efectos de la gravedad. ¡Increíble!

2. Termita y nitrógeno líquido

No, en este video no verterán nitrógeno líquido sobre las termitas.

La termita es un polvo de aluminio y un óxido metálico que produce una reacción aluminotérmica conocida como reacción de la termita. No es explosivo, pero pueden producirse destellos a muy alta temperatura. Algunos tipos de detonadores "comienzan" con la reacción de la termita y la combustión se produce a una temperatura de varios miles de grados. En el clip a continuación, vemos intentos de "enfriar" la reacción de la termita con nitrógeno líquido.

1. Reacción de Briggs-Rauscher

Esta reacción se conoce como reacción química oscilante. Según Wikipedia: "Una solución incolora recién preparada se torna lentamente de color ámbar, luego se torna de un azul oscuro intenso y luego vuelve a volverse incolora lentamente; el proceso se repite varias veces en un círculo, y finalmente se detiene en un color azul oscuro, y el líquido en sí tiene un fuerte olor". de yodo". La razón es que durante la primera reacción se producen determinadas sustancias que, a su vez, provocan una segunda reacción, y el proceso se repite hasta el agotamiento.

Más interesante:

El metano gaseoso es más liviano que el aire, por lo que la espuma formada por él sube fácilmente al techo. Bueno, la quema brillante del componente principal. gas natural no debería sorprender a nadie, lo mismo puede decirse de cualquier hidrocarburo ligero.

Fuente: Ciencia en GIF

2. Reacción de oxidación de luminol y hexacianoferrato(III) de potasio

Aquí hay un ejemplo de quimioluminiscencia: en el curso de la transformación de luminol, un claramente distinguible ojo humano brillo. La sal de sangre roja actúa aquí como catalizador; por cierto, la hemoglobina puede desempeñar el mismo papel, por lo que la reacción descrita se usa ampliamente en criminología para detectar rastros de sangre.

Fuente: Profesor Nicolás Science Show

3. Globo lleno de mercurio (reacción al golpear el suelo)

El mercurio es el único metal que permanece líquido en condiciones normales, lo que permite verterlo en globo. Sin embargo, el mercurio es tan pesado que incluso una bola que se deje caer desde una pequeña altura lo romperá en pedazos.

Fuente: Mucho tiempo sin hijos

4. Descomposición del peróxido de hidrógeno catalizada por yoduro de potasio

En ausencia de impurezas, una solución acuosa de peróxido de hidrógeno es bastante estable, pero tan pronto como se le agrega yoduro de potasio, la descomposición de estas moléculas comenzará de inmediato. Se acompaña de la liberación de oxígeno molecular, que contribuye perfectamente a la formación de diversas espumas.

Fuente: fishki.net

5. Hierro + sulfato de cobre

Una de las primeras reacciones estudiadas en el curso de química rusa: como resultado de la sustitución, el metal más activo (hierro) se disuelve y se disuelve, mientras que el metal menos activo (cobre) precipita en forma de escamas coloreadas. Como puede suponer, la animación se acelera mucho en el tiempo.

Fuente: Trinixy

6. Peróxido de hidrógeno y yoduro de potasio

Otro ejemplo de la reacción de descomposición del peróxido de hidrógeno (también conocido como peróxido) en presencia de un catalizador. Presta atención a la botella de detergente que está sobre la mesa: es ella quien ayuda a que aparezca la salchicha de jabón que cae sobre la mesa.

Fuente: Trinixy

7. Combustión de litio

El litio es uno de los metales alcalinos, legítimamente considerado el más activo entre todos los demás metales. No se quema tan intensamente como sus contrapartes de sodio y potasio, pero es fácil ver que este proceso sigue siendo muy rápido.

Fuente: Trinixy

8. Deshidratación del azúcar en ácido sulfúrico

Una reacción muy simple y muy efectiva: el ácido sulfúrico le quita agua a las moléculas de sacarosa, convirtiéndolas en carbono atómico (simplemente en carbón). El agua gaseosa liberada al mismo tiempo hace espuma al carbón, gracias a lo cual vemos una amenazadora columna negra.

Fuente: fishki.net

9. Cristal de cuarzo

A diferencia del vidrio de ventana estándar, el cuarzo es más resistente a las altas temperaturas: no "fluirá" en un quemador de gas convencional. Es por eso que los tubos de cuarzo se sueldan en quemadores de oxígeno, que proporcionan una temperatura de llama más alta.

Fuente: Investigación mundial

10. Fluoresceína

EN solución acuosa Bajo la influencia Radiación ultravioleta El colorante verde fluoresceína emite luz en el rango visible; este fenómeno se denomina fluorescencia.

Fuente: Thoisoi

11. Cremallera en el sombrero de copa

La reacción entre el sulfuro de carbono y el óxido nítrico (I) no solo va acompañada del destello blanco más brillante, que recuerda a un rayo en bola, sino que también se caracteriza por un sonido divertido, gracias al cual obtuvo su nombre popular: "perro ladrando". a veces tratan de hacer pasar esta sustancia por un metal precioso.

El resultado final de las reacciones de transformación explosiva suele expresarse mediante una ecuación que relaciona la fórmula química del explosivo inicial o su composición (en el caso de una mezcla explosiva) con la composición de los productos finales de la explosión.

El conocimiento de la ecuación de transformación química durante una explosión es esencial en dos aspectos. Por un lado, esta ecuación se puede utilizar para calcular el calor y el volumen de los productos gaseosos de una explosión y, en consecuencia, la temperatura, la presión y otros parámetros de la explosión. Por otro lado, la composición de los productos de explosión es de especial importancia cuando se trata de explosivos destinados a voladuras en labores subterráneas (de ahí el cálculo de la ventilación de la mina para que la cantidad de monóxido de carbono y óxidos de nitrógeno no supere un determinado volumen) .

Sin embargo, durante una explosión no siempre se establece el equilibrio químico. En aquellos numerosos casos en los que el cálculo no permite establecer con fiabilidad el equilibrio final de la transformación explosiva, se recurre a la experimentación. Pero la determinación experimental de la composición de los productos en el momento de la explosión también encuentra serias dificultades, ya que en los productos de la explosión en alta temperatura puede contener átomos y radicales libres (partículas activas), que no se pueden detectar después del enfriamiento.

Los explosivos orgánicos, por regla general, consisten en carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Por lo tanto, los productos de explosión pueden contener las siguientes sustancias gaseosas y sólidas: CO 2, H 2 O, N 2, CO, O 2, H 2, CH 4 y otros hidrocarburos: NH 3, C 2 N 2, HCN, NO, N 2 O, C. Si la composición de los explosivos incluye azufre o cloro, entonces los productos de la explosión pueden contener SO 2 , H 2 S, HCl y Cl 2, respectivamente. En el caso del contenido de metales en la composición de explosivos, por ejemplo, aluminio o algunas sales (por ejemplo, nitrato de amonio NH 4 NO 3, nitrato de bario Ba (NO 3) 2; cloratos - clorato de bario Ba (ClO 3) 2, clorato de potasio KClO 3 ; percloratos - amonio NHClO 4, etc.) en la composición de los productos de explosión hay óxidos, por ejemplo Al 2 O 3, carbonatos, por ejemplo, carbonato de bario BaCO 3, carbonato de potasio K 2 CO 3 , bicarbonatos (KHCO 3), cianuros (KCN), sulfatos (BaSO 4, K 2 SO 4), sulfuros (NS, K 2 S), sulfitos (K 2 S 2 O 3), cloruros (AlC yo 3 , BaCl 2 , KCl) y otros compuestos.

La presencia y la cantidad de ciertos productos de explosión dependen principalmente del balance de oxígeno de la composición explosiva.

El balance de oxígeno caracteriza la relación entre el contenido de elementos combustibles y el oxígeno en el explosivo.

El balance de oxígeno se suele calcular como la diferencia entre la cantidad en peso de oxígeno contenido en el explosivo y la cantidad de oxígeno necesaria para la oxidación completa de los elementos combustibles de su composición. El cálculo se realiza para 100 g de explosivo, según el cual el balance de oxígeno se expresa en porcentaje. La aportación de la composición con oxígeno se caracteriza por el balance de oxígeno (KB) o el coeficiente de oxígeno a to, que en valores relativos expresar un exceso o falta de oxígeno para la oxidación completa de elementos combustibles a óxidos superiores, por ejemplo, CO 2 y H 2 O.

Si un explosivo contiene tanto oxígeno como el necesario para la oxidación completa de sus elementos combustibles constituyentes, entonces su balance de oxígeno es igual a cero. Si el exceso - KB es positivo, con falta de oxígeno - KB es negativo. El balance de explosivos en términos de oxígeno corresponde a CB - 0; a a = 1.

Si el explosivo contiene carbono, hidrógeno, nitrógeno y oxígeno y se describe mediante la ecuación C a H b N c O d , entonces los valores del balance de oxígeno y el coeficiente de oxígeno se pueden determinar mediante las fórmulas

(2)

donde a, b, c y d son el número de átomos de C, H, N y O, respectivamente, en la fórmula química del explosivo; 12, 1, 14, 16 - redondeado al número entero más cercano masas atómicas respectivamente carbono, hidrógeno, nitrógeno y oxígeno; el denominador de la fracción en la ecuación (1) determina el peso molecular del explosivo: M = 12a + b + 14c + 16d.

Desde el punto de vista de la seguridad de producción y operación (almacenamiento, transporte, uso) de explosivos, la mayoría de sus formulaciones tienen un balance de oxígeno negativo.

De acuerdo con el balance de oxígeno, todos los explosivos se dividen en los siguientes tres grupos:

I. Explosivos con balance positivo de oxígeno: el carbono se oxida a CO 2 , el hidrógeno a H 2 O, el nitrógeno y el exceso de oxígeno se liberan en forma elemental.

II. Explosivos con balance de oxígeno negativo, cuando el oxígeno no es suficiente para la oxidación completa de los componentes a óxidos superiores y el carbono se oxida parcialmente a CO (pero todos los explosivos se convierten en gases).

tercero Un explosivo con un balance de oxígeno negativo, pero el oxígeno no es suficiente para convertir todos los componentes combustibles en gases (hay carbono elemental en los productos de explosión).

4.4.1. Cálculo de la composición de productos de descomposición explosiva de explosivos.

con balance de oxígeno positivo (grupo I de explosivos)

Al compilar las ecuaciones para reacciones de explosión, los explosivos con un balance de oxígeno positivo se guían por las siguientes disposiciones: el carbono se oxida a dióxido de carbono CO 2, el hidrógeno a agua H 2 O, el nitrógeno y el exceso de oxígeno se liberan en forma elemental (N 2, O 2).

Por ejemplo.

1. Escriba una ecuación de reacción (determinar la composición de los productos de explosión) de la descomposición explosiva de un explosivo individual.

Nitroglicerina: C 3 H 5 (ONO 2) 3, M = 227.

Determinamos el valor del balance de oxígeno para la nitroglicerina:

KB > 0, escribimos la ecuación de reacción:

C 3 H 5 (ONO 2) 3 \u003d 3CO 2 + 2.5H 2 O + 0.25O 2 + 1.5N 2.

Además de la reacción principal, las reacciones de disociación proceden:

2CO2 2CO + O2;

O2+N22NO;

2H2O2H2+O2;

H 2 O + CO CO 2 + H 2.

Pero dado que KB \u003d 3.5 (mucho más que cero), las reacciones se desplazan hacia la formación de CO 2, H 2 O, N 2, por lo tanto, la proporción de gases CO, H 2 y NO en los productos de descomposición explosiva es insignificante. y pueden ser despreciados.

2. Componga una ecuación para la reacción de descomposición explosiva de explosivos mixtos: amonal, que consiste en 80% de nitrato de amonio NH 4 NO 3 (M = 80), 15% TNT C 7 H 5 N 3 O 6 (M = 227) y 5% aluminio Al (a.m. M = 27).

El cálculo del balance de oxígeno y del coeficiente α para explosivos mixtos se realiza de la siguiente manera: la cantidad de cada uno de elementos químicos contenido en 1 kg de la mezcla y expresarlo en moles. Luego componen una fórmula química condicional para 1 kg de explosivo mixto, similar en apariencia a la fórmula química para un explosivo individual, y luego el cálculo se lleva a cabo de manera similar al ejemplo anterior.

Si el explosivo mixto contiene aluminio, entonces las ecuaciones para determinar los valores de CB y α tendrán la siguiente forma:

,

,

donde e es el número de átomos de aluminio en la fórmula condicional.

Solución.

1. Calculamos la composición elemental de 1 kg de amonal y escribimos su fórmula química condicional.

%.

2. Escribe la ecuación de reacción para la descomposición del amonal:

C 4.6 H 43.3 N 20 O 34 Al 1.85 \u003d 4.6CO 2 + 21.65H 2 O + 0.925Al 2 O 3 + 10N 2 + 0.2O 2.

4.4.2. Cálculo de la composición de productos de descomposición explosiva de explosivos.

con balance de oxígeno negativo (II grupo BB)

Como se señaló anteriormente, al compilar las ecuaciones para las reacciones de descomposición explosiva de explosivos del segundo grupo, es necesario tener en cuenta las siguientes características: el hidrógeno se oxida a H 2 O, el carbono se oxida a CO, el oxígeno restante oxida parte del CO a CO 2 y el nitrógeno se libera como N 2 .

Ejemplo: Haga una ecuación para la reacción de la descomposición explosiva del tetranitrato de pentaeritritol (PETN) C (CH 2 ONO 2) 4 Mthena \u003d 316. El balance de oxígeno es igual a -10.1%.

De fórmula química tan se puede ver que el oxígeno no es suficiente hasta la oxidación completa de hidrógeno y carbono (para 8 hidrógenos, se necesitan 4 átomos de oxígeno para convertirse en H 2 O \u003d 4H 2 O) (para 5 at. Carbono, 10 átomos Se necesita oxígeno para convertirse en CO 2 \u003d 5CO 2) total 4 + 10 \u003d 14 at. oxígeno, y sólo hay 12 átomos.

1. Componemos la ecuación de reacción para la descomposición del elemento calefactor:

C (CH 2 ONO 2) 4 \u003d 5CO + 4H 2 O + 1.5O 2 + 2N 2 \u003d 4H 2 O + 2CO + 3CO 2 + 2N 2.

Para determinar el valor de los coeficientes de CO y CO 2 :

5CO + 1.5O 2 \u003d xCO + yCO 2,

x + y \u003d n - la suma Átomos de carbón,

x + 2y \u003d m - la suma de átomos de oxígeno,

X + y \u003d 5 x \u003d 5 - y

x + 2y = 8 o x = 8 - 2y

o 5 - y \u003d 8 - 2y; y \u003d 8 - 5 \u003d 3; x \u003d 5 - 3 \u003d 2.

Eso. coeficiente en CO x = 2; en CO 2 y \u003d 3, es decir

5CO + 1.5 O 2 \u003d 2CO + 3CO 2.

Reacciones secundarias (disociaciones):

Vapor de agua: H 2 O + CO CO 2 + H 2;

2H2O2H2+O2;

Disociación: 2CO 2 2CO + O 2;

2. Para estimar el error, calculamos la composición de los productos de la reacción de descomposición explosiva, teniendo en cuenta la más importante de las reacciones secundarias: la reacción del vapor de agua (H 2 O + CO CO 2 + H 2).

La ecuación de reacción para la descomposición explosiva de PETN se puede representar como:

C (CH 2 ONO 2) 4 \u003d uH 2 O + xCO + yCO 2 + zH 2 + 2N 2.

La temperatura del derrame explosivo del elemento calefactor es de aproximadamente 4000 0 K.

En consecuencia, la constante de equilibrio del vapor de agua:

.

Escribimos y resolvemos el sistema de ecuaciones:

,

x + y = 5 (ver arriba) es el número de átomos de carbono;

2z + 2у = 8 es el número de átomos de hidrógeno;

x + 2y + u = 12 es el número de átomos de oxígeno.

La transformación del sistema de ecuaciones se reduce a obtener ecuación cuadrática:

7,15 años 2 - 12,45 años - 35 = 0.

(Una ecuación del tipo ay 2 + wy + c = 0).

Su solución se parece a:

,

,

y = 3,248, luego x = 1,752; z = 0,242; u = 3,758.

Por lo tanto, la ecuación de reacción toma la forma:

C (CH 2 ONO 2) 4 \u003d 1.752CO + 3.248CO 2 + 3.758H 2 O + 0.242H 2 + 2N 2.

De la ecuación resultante puede verse que el error en la determinación de la composición y cantidad de productos de descomposición explosiva por un método aproximado es insignificante.

4.4.3. Elaboración de ecuaciones para las reacciones de descomposición explosiva de explosivos.

con CB negativo (grupo III)

Al escribir las ecuaciones para la reacción de descomposición explosiva para el tercer grupo de explosivos, es necesario cumplir con la siguiente secuencia:

1. determinar su KB por la fórmula química de los explosivos;

2. oxidar hidrógeno a H 2 O;

3. oxidar carbono con residuos de oxígeno a CO;

4. escribir el resto de los productos de reacción, en particular C, N, etc.;

5. Verifique las probabilidades.

Ejemplo : Escribe una ecuación para la descomposición explosiva del trinitrotolueno (trotilo, tol) C 6 H 2 (NO 2) 3 CH 3 .

Masa molar M = 227; KB = -74,0%.

Solución: De la fórmula química vemos que el oxígeno no es suficiente para la oxidación del carbono y el hidrógeno: para la oxidación completa del hidrógeno, se necesitan 2,5 átomos de oxígeno, para la oxidación incompleta del carbono: 7 átomos (solo 9,5 en comparación con los 6 átomos existentes) . En este caso, la ecuación de reacción para la descomposición de TNT tiene la forma:

C 6 H 2 (NO 2) 3 CH 3 \u003d 2.5H 2 O + 3.5CO + 3.5 C + 1.5N 2.

reacciones secundarias:

H2O + CO CO2 + H2;