Невероятные факты
Молекулярный материал в нашей повседневной жизни настолько предсказуем, что мы часто забываем, какие удивительные вещи могут твориться с основными элементами .
Даже внутри нашего тела происходит множество удивительных химических реакций.
Вот несколько увлекательных и впечатляющих химических и физических реакций в форме гифок, которые напомнят вам курс химии.
Химические реакции
1. "Фараонова змея" - распад тиоцианата ртути
Горение тиоцианата ртути приводит к его разложению на три других химических вещества. Эти три химических вещества в свою очередь разлагаются на еще три вещества, что приводит к развертыванию огромной "змеи".
2. Горящая спичка
Спичечная головка содержит красный фосфор, серу и бертолетову соль. Тепло, генерируемое фосфором, разлагает бертолетову соль и в процессе высвобождает кислород. Кислород в сочетании с серой производит кратковременное пламя, которое мы используем, чтобы зажечь, например, свечу.
3. Огонь + водород
Газообразный водород легче воздуха и его можно разжечь пламенем или искрой, что приведет к впечатляющему взрыву. Вот почему сейчас чаще используется гелий, а не водород для наполнения аэростатов.
4. Ртуть + алюминий
Ртуть проникает сквозь защитный слой окиси (ржавчину) алюминия, заставляя его ржаветь намного быстрее.
Примеры химических реакций
5. Змеиный яд + кровь
Одна капля яда гадюки, попавшая в чашку Петри с кровью, заставляет ее свернуться в толстый комок твердого вещества. Именно это происходит в нашем теле, когда нас кусает ядовитая змея.
6. Железо + раствор медного купороса
Железо заменяет медь в растворе, превращая медный купорос в железный купорос. Чистая медь собирается на железе.
7. Воспламенение емкости с газом
8. Хлорная таблетка + медицинский спирт в закрытой бутылке
Реакция приводит к увеличению давления и заканчивается разрывом контейнера.
9. Полимеризация п-нитроанилина
На гифке к половине чайной ложки п-нитроанилина или 4-нитроанилина добавляют несколько капель концентрированной серной кислоты.
10. Кровь в перекиси водорода
Фермент в крови, называемый каталаза, превращает перекись водорода в воду и газообразный кислород, создавая пену кислородных пузырей.
Химические опыты
11. Галлий в горячей воде
Галлий, который в основном используется в электронике, имеет температуру плавления составляющую 29,4 градуса по Цельсию, а значит будет плавиться в руках.
12. Медленный переход бета-олова в альфа-модификацию
При холодной температуре бета-аллотроп олова (серебристый, металлический) самопроизвольно переходит в альфа-аллотроп (серый, порошкообразный).
13. Полиакрилат натрия + вода
Полиакрилат натрия - тот же материла, который используется в детских подгузниках, действует как губка, впитывая влагу. При смешивании с водой, соединение превращается в твердый гель, а вода уже не является жидкостью и не может выливаться.
14. Газ Радон 220 впрыснут в туманную камеру
Следы в форме буквы V появляются благодаря двум альфа частицам (ядер гелия-4), которые выделяются, когда радон распадается на полоний, а затем свинец.
Домашние химические опыты
15. Шарики из гидрогеля и разноцветная вода
В данном случае действует диффузия. Гидрогель представляет собой гранулы полимера, которые очень хорошо впитывают воду.
16. Ацетон + пенопласт
Пенопласт состоит из пенополистирола, который, будучи растворенным в ацетоне, выпускает воздух в пену, что создает вид, будто вы растворяете большое количество материала в малом количестве жидкости.
17. Сухой лед + средство для мытья посуды
Сухой лед, помещенный в воду, создает облако, а средство для мытья посуды в воде удерживает углекислый газ и водяной пар в форме пузыря.
18. Капля моющего средства, добавленная к молоку с пищевым красителем
Молоко - это в основном вода, но оно также содержит витамины, минералы, белки и крошечные капли жира, находящиеся во взвешенном состоянии в растворе.
Средство для мытья посуды ослабляет химические связи, которые удерживают белки и жиры в растворе. Молекулы жира сбиваются с толку по мере того, как молекулы мыла начинают метаться, чтобы соединиться с молекулами жира, пока раствор равномерно не перемешается.
19. "Слоновья зубная паста"
Дрожжи и теплую воду наливают в контейнер с моющим средством, перекисью водорода и пищевым красителем. Дрожжи служат катализатором выделения кислорода из перекиси водорода, создавая множество пузырей. В результате образуется экзотермическая реакция, с образованием пены и выделением тепла.
Химические опыты (видео)
20. Перегорание лампочки
Вольфрамовая нить ломается, вызывая короткое замыкание электрической цепи, которое заставляет нить светиться.
21. Ферромагнитная жидкость в стеклянной банке
Ферромагнитная жидкость – это жидкость, которая сильно намагничивается в присутствии магнитного поля. Она используется в жестких дисках и в машиностроении.
Еще ферромагнитной жидкости.
22. Йод + алюминий
Окисление тонкодисперсного алюминия происходит в воде, формируя темно-фиолетовые пары.
23. Рубидий + вода
Рубидий очень быстро реагирует с водой, формируя гидроокись рубидия и газообразный водород. Реакция настолько быстрая, что если бы ее проводить в стеклянном сосуде, он может разбиться.
Звукохимия
Звукохимия (сонохимия) - раздел химии, который изучает взаимодействие мощных акустических волн и возникающие при этом химические и физико-химические эффекты. Звукохимия исследует кинетику и механизм звукохимических реакций, происходящих в объёме звукового поля. К области звукохимии так же относятся некоторые физико-химические процессы в звуковом поле: сонолюминесценция , диспергирование вещества при действии звука, эмульгирование и другие коллоидно-химические процессы.
Основное внимание сонохимия уделяет исследованию химических реакций, возникающих под действием акустических колебаний - звукохимическим реакциям.
Как правило, звукохимические процессы исследуют в ультразвуковом диапазоне (от 20 кГц до нескольких МГц). Звуковые колебания в килогерцовом диапазоне и инфразвуковой диапазон изучаются значительно реже.
Звукохимия исследует процессы кавитации .
История звукохимии
Впервые влияние звуковых волн на протекание химических процессов было открыто в 1927 г. Ричардом и Лумисом, обнаружившими, что под действием ультразвука происходит разложение иодида калия в водном растворе с выделением иода . В дальнейшем были открыты следующие звукохимические реакции:
- диспропорционирование азота в воде на аммиак и азотистую кислоту
- разложение макромолекул крахмала и желатина на меньшие молекулы
- цепная стереоизомеризация малеиновой кислоты в фумаровую
- образование радикалов при взаимодействии воды и четырёххлористого углерода
- димеризация и олигомеризация кремнеорганических и оловоорганических соединений
Классификация звукохимических реакций
В зависимости от механизма первичных и вторичных элементарных процессов, звукохимические реакции можно условно разделить на следующие классы:
- Окислительно-восстановительные реакции в воде, протекающие в жидкой фазе между растворенными веществами и продуктами ультразвукового расщепления молекул воды, возникающими в кавитационном пузырьке и переходящими в раствор (механизм действия ультразвука является косвенным, и во многом он аналогичен радиолизу водных систем).
- Реакции внутри пузырька между растворенными газами и веществами с высокой упругостью пара (например, синтез окислов азота при воздействии ультразвука на воду, в которой растворен воздух). Механизм этих реакций во многом аналогичен радиолизу в газовой фазе.
- Цепные реакции в растворе, инициирующиеся не радикальными продуктами расщепления воды, а другим веществом, расщепляющимся в кавитационном пузырьке (например, реакция изомеризации малеиновой кислоты в фумаровую, инициируемая бромом или алкилбромидами).
- Реакции с участием макромолекул (например, деструкция полимерных молекул и инициированная ею полимеризация).
- Инициирование ультразвуком взрыва в жидких или твердых взрывчатых веществах (например, в нитриде иода, тетранитрометане, тринитротолуоле).
- Звукохимические реакции в неводных системах. Некоторые из этих реакций: пиролиз и окисление насыщенных углеводородов, окисление алифатических альдегидов и спиртов, Расщепление и димеризация алкилгалогенидов, реакции галоидопроизводных с металлами (реакция Вюрца), алкилирование ароматических соединений, получение тиоамидов и тиокарбаматов, синтез металлоорганических соединений, реакция Ульмана, реакции циклоприсоединения, реакции обмена галоида, получение и реакции перфторалкильных соединений, карбеновые синтезы, синтез нитрилов и др.
Методы звукохимии
Для изучения звукохимических реакций применяют следующие методы:
- Обратный пьезоэлектрический эффект и эффект магнитострикции для генерирования высокочастотных звуковых колебаний в жидкости
- Аналитическая химия для исследования продуктов звукохимических реакций
Литература
- Маргулис М.А. Основы звукохимии. Химические реакции в акустических полях. - М .: Высшая школе, 1984. - 272 с. - 300 экз.
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Звукохимия" в других словарях:
Сущ., кол во синонимов: 2 сонохимия (3) химия (43) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
- «Введение в истинную физическую химию». Рукопись М. В. Ломоносова. 1752 Физическая химия раздел химии … Википедия
У этого термина существуют и другие значения, см. Химия (значения). Химия (от араб. کيمياء, произошедшего, предположительно, от египетского слова km.t (чёрный), откуда возникло также название Египта, чернозёма и свинца «черная… … Википедия
Выделение звука в химических реакциях чаще всего наблюдается при взрывах, когда резкое повышение температуры и давления вызывает колебания в воздухе. Но можно обойтись и без взрывов. Если на питьевую соду налить немного уксуса, слышится шипение и выделяется углекислый газ: NaHCО3 + СН3СООН = CH3COONa + Н2О + СО2. Понятно, что в безвоздушном пространстве ни эта реакция, ни взрыв не будут слышны.
Другой пример: если на дно стеклянного цилиндра налить немного тяжёлой концентрированной серной кислоты, затем сверху налить слой лёгкого спирта, после чего поместить на границу между двумя жидкостями кристаллики перманганата калия (марганцовки), то будет слышно довольно громкое потрескивание, а в темноте видны яркие искры. А вот очень интересный пример «звукохимии».
Все слышали, как гудит пламя в печке.
Гудение раздаётся и в том случае, если поджечь водород, выходящий из трубки, и опустить конец трубки в сосуд конической или шарообразной формы. Это явление назвали поющим пламенем.
Известно и прямо противоположное явление — действие звука свистка на пламя. Пламя может как бы «чувствовать» звук, следить за изменениями его интенсивности, создавать своеобразную «световую копию» звуковых колебаний.
Так что всё в мире взаимосвязано, в том числе даже такие, казалось бы, далёкие друг от друга науки, как химия и акустика.
Рассмотрим последний из перечисленных выше признаков химических реакций — выпадение из раствора осадка.
В повседневной жизни такие реакции встречаются нечасто. Некоторые садоводы знают, что если для борьбы с вредителями приготовить так называемую бордоскую жидкость (названа так по городу во Франции Бордо, где ею опрыскивали виноградники) и для этого смешать раствор медного купороса с известковым молоком, то выпадет осадок.
Сейчас редко кто готовит бордоскую жидкость, а вот накипь внутри чайника видели все. Оказывается, это тоже осадок, выпадающий в ходе химической реакции!
Реакция эта такая. В воде есть немного растворимого гидрокарбоната кальция Са(НСО3)2. Это вещество образуется, когда подземные воды, в которых растворён углекислый газ, просачиваются через известковые горные породы.
При этом идёт реакция растворения карбоната кальция (а именно из него состоят известняк, мел, мрамор): СаСО3 + СО2 + Н2О = Са(НСО3)2. Если теперь из раствора испаряется вода, то реакция начинает идти в обратном направлении.
Вода может испаряться, когда раствор гидрокарбоната кальция по каплям собирается на потолке подземной пещеры и эти капли изредка падают вниз.
Так рождаются сталактиты и сталагмиты. Обратная реакция происходит и при нагревании раствора.
Именно так и образуется накипь в чайнике.
И чем больше гидрокарбоната было в воде (тогда воду называют жёсткой), тем больше образуется накипи. А примеси железа и марганца делают накипь не белой, а жёлтой или даже коричневой.
Легко убедиться, что накипь — действительно карбонат. Для этого нужно подействовать на неё уксусом — раствором уксусной кислоты.
В результате реакции СаСО3 + 2СН3СООН = (СН3СОО)2Са + + Н2О + СО2 будут выделяться пузырьки углекислого газа, а накипь начнёт растворяться.
Перечисленные признаки (повторим их ещё раз: выделение света, теплоты, газа, осадка) не всегда позволяют сказать, что реакция действительно идёт.
Например, при очень высокой температуре карбонат кальция СаСО3 (мел, известняк, мрамор) распадается и образуются оксид кальция и углекислый газ: СаСО3 = СаО + СО2, причём в ходе этой реакции тепловая энергия не выделяется, а поглощается и внешний вид вещества мало изменяется.
Другой пример. Если смешать разбавленные растворы соляной кислоты и гидроксида натрия, то никаких видимых изменений не наблюдается, хотя идёт реакция НС1 + NaOH = NaCl + Н2О. В этой реакции едкие вещества — кислота и щёлочь «погасили» друг друга, и в результате получились безобидный хлорид натрия (поваренная соль) и вода.
А вот если смешать растворы соляной кислоты и нитрата калия (калийная селитра), то никакой химической реакции не произойдёт.
Значит, только по внешним признакам не всегда можно сказать, пошла ли реакция.
Рассмотрим наиболее распространённые реакции на примере кислот, оснований, оксидов и солей — основных классов неорганических соединений.
Химические реакции являются частью нашей повседневной жизни. Приготовление пищи на кухне, вождение автомобиля, эти реакции являются обычным явлением. В этом списке представлены самые удивительные и необычные реакции, которые большинство из нас никогда не видели.
10. Натрий и вода в газообразном хлоре
Натрий - очень горючий элемент. В этом видео мы видим, как к натрию в колбе с газообразным хлором добавляется капля воды. Желтый цвет - работа натрия. Если же объединить натрий и хлор, то получаем хлорид натрия, то есть обычную поваренную соль.
9. Реакция магния и сухого льда
Магний легко воспламеняется и горит очень ярко. В этом эксперименте вы видите, как магний воспламеняется в оболочке из сухого льда - замороженного углекислого газа. Магний может гореть в углекислом газе и азоте. Из-за яркого света в начале создания фотографии он использовался в качестве вспышки, сегодня он до сих пор используется в морских ракетах и фейерверках.
8. Реакция бертолетовой соли и сладости
Хлорат калия - это соединение калия, хлора и кислорода. Когда хлорат калия нагревают до температуры плавления, любой предмет, который вступит с ним в контакт в этот момент, будет способствовать распаду хлората, что проявится в виде взрыва. Газ, выступающий после распада, - это кислород. Из-за этого он часто используется в самолетах, на космических станциях и на подводных лодках в качестве источника кислорода. Пожар на станции Мир также был связан с этим веществом.
7. Эффект Мейснера
Когда сверхпроводник охлаждается до температуры ниже переходной, он становится диамагнитным: то есть предмет отталкивается от магнитного поля, а не притягивается к нему.
6. Перенасыщение ацетатом натрия
Да да, это легендарный ацетат натрия. Думаю, все уже не раз слышали о "жидком льде". Ну а больше добавить нечего)
5. Суперабсорбирующие полимеры
Также известные как гидрогель, они способны поглощать очень большое количество жидкости по отношению к своей собственной массе. По этой причине они используются в промышленном производстве подгузников, а также в других областях, где требуется защита от воды и других жидкостей, таких как сооружение подземных кабелей.
4. Плавающий гексафторид серы
Гексафторид серы - это бесцветный, нетоксичный и негорючий газ, у которого нет запаха. Так как он в 5 раз плотнее воздуха, его можно залить в контейнеры, а легкие предметы, погруженные в него, будут плавать, будто в воде. Еще одна забавная абсолютно безвредная особенность использования этого газа: он резко понижает голос, то есть получается эффект, с точностью до наоборот по сравнению с эффектом воздействия гелия. Эффект можно наблюдать здесь:
3. Сверхтекучий гелий
Когда гелий охлаждается до температуры -271 градус по Цельсию, он достигает точки лямбды. На этом этапе (в жидком виде) он известен как гелий II, при этом является сверхтекучим. Когда он проходит через самые тончайшие капилляры, невозможно измерить его вязкость. Кроме того, он будет "ползти" вверх в поисках теплой области, казалось бы, от воздействия гравитации. Невероятно!
2. Термит и жидкий азот
Нет, в этом видео не будут поливать термитов жидким азотом.
Термит - это алюминиевый порошок и оксид металла, которые производят алюминотермическую реакцию, известную как термитная реакция. Она не взрывоопасна, но в результате могут создаваться вспышки очень высокой температуры. С термитной реакции "начинаются" некоторые типы детонаторов, а горение происходит при температуре в несколько тысяч градусов. В представленном клипе мы видим попытки "охладить" термитную реакцию при помощи жидкого азота.
1. Реакция Бриггса - Раушера
Данная реакция известна как осциллирующая химическая реакция. По информации из Википедии: "свежеприготовленный бесцветный раствор медленно приобретает янтарный цвет, затем резко становится темно-синим, потом медленно вновь приобретает бесцветную окраску; процесс повторяется по кругу несколько раз, в итоге останавливается на темно-синем цвете, а сама жидкость сильно пахнет йодом". Причиной является то, что во время первой реакции вырабатываются определенные вещества, которые, в свою очередь, провоцируют вторую реакцию, и процесс повторяется до изнеможения.
Еще интересное:
Конечный итог реакций взрывного превращения выражают обычно уравнением, связывающим химическую формулу исходного ВВ или состав его (в случае взрывчатой смеси) с составом конечных продуктов взрыва.
Знание уравнения химического превращения при взрыве существенно в двух отношениях. С одной стороны, по этому уравнению можно рассчитать теплоту и объем газообразных продуктов взрыва, а следовательно, и температуру, давление и другие его параметры. С другой стороны, состав продуктов взрыва получает особое значение, если речь идет о ВВ, предназначенных для взрывных работ в подземных выработках (отсюда – расчет рудничной вентиляции, чтобы количество окиси углерода и окислов азота не превосходило определенного объема).
Однако при взрыве не всегда устанавливается химическое равновесие. В тех многочисленных случаях, когда расчет не позволяет надежно установить итоговое равновесие взрывного превращения, – обращаются к эксперименту. Но экспериментальное определение состава продуктов в момент взрыва также встречает серьезные трудности, так как в продуктах взрыва при высокой температуре могут содержаться атомы и свободные радикалы (активные частицы), обнаружить которые после охлаждения не удается.
Органические ВВ, как правило, состоят из углерода, водорода, кислорода и азота. Следовательно, в продуктах взрыва могут содержаться следующие газообразные и твердые вещества: СО 2 , Н 2 О, N 2 , CO, O 2 , H 2 , CH 4 и другие углеводороды: NH 3 , C 2 N 2 , HCN, NO, N 2 O, C. Если в состав ВВ входят сера или хлор, то в продуктах взрыва могут содержаться соответственно SO 2 , H 2 S, HCl и Cl 2 . В случае содержания в составе ВВ металлов, например, алюминия или некоторых солей (например, нитрата аммония NH 4 NO 3 , нитрата бария Ba(NO 3) 2 ; хлора-тов – хлората бария Ba(ClO 3) 2 , хлората калия КСlO 3 ; перхлоратов – аммония NHClO 4 и др.) в составе продуктов взрыва встречаются оксиды, например Al 2 O 3 , карбонаты, например, карбонат бария ВаСО 3 , карбонат калия К 2 СО 3 , бикарбонаты (КНСО 3), цианиды (KCN), сульфаты (BaSO 4 , K 2 SO 4), сульфиды (NS, K 2 S), сульфиты (K 2 S 2 O 3), хлориды (AlCl 3 , BaCl 2 , KCl) и другие соединения.
Наличие и количество тех или иных продуктов взрыва в первую очередь зависит от кислородного баланса состава ВВ.
Кислородный баланс характеризует соотношение между содержанием во взрывчатом веществе горючих элементов и кислорода .
Вычисляют кислородный баланс обычно как разность между весовым количеством кислорода, содержащегося во ВВ, и количеством кислорода, потребным для полного окисления горючих элементов, входящих в его состав. Расчет ведут на 100 г ВВ, в соответствии, с чем кислородный баланс выражают в процентах. Обеспеченность состава кислородом характеризуется кислородным балансом (КБ) или кислородным коэффициентом a к, которые в относительных величинах выражают избыток или недостаток кислорода для полного окисления горючих элементов до высших оксидов, например, СО 2 и Н 2 О.
Если ВВ содержит как раз столько кислорода, сколько нужно для полного окисления входящих в его состав горючих элементов, то кислородный баланс его равен нулю. Если избыток – КБ положителен, при недостатке кислорода – КБ отрицателен. Сбалансированность ВВ по кислороду соответствует КБ – 0; a к = 1.
Если ВВ содержит углерод, водород, азот и кислород и описывается уравнением С а H b N c O d , то величины кислородного баланса и кислородного коэффициента могут определяться по формулам
(2)
где а, b, c и d – число атомов соответственно С, H, N и О в химической формуле ВВ; 12, 1, 14, 16 – округленные до целого числа атомные массы соответственно углерода, водорода, азота и кислорода; знаменатель дроби в уравнении (1) определяет молекулярную массу ВВ: М = 12а + в + 14с + 16d.
С точки зрения безопасности производства и эксплуатации (хранения, транспортирования, применения) ВВ большинство их рецептур имеют отрицательный кислородный баланс.
По кислородному балансу все ВВ подразделяются на следующие три группы:
I. ВВ с положительным кислородным балансом: углерод окисляется до СО 2 , водород до Н 2 О, азот и избыток кислорода выделяются в элементарном виде.
II. ВВ с отрицательным кислородным балансом, когда кислорода недостаточно для полного окисления компонентов до высших оксидов и углерод частично окисляется до СО (но все ВВ превращаются в газы).
III. ВВ с отрицательным кислородным балансом, но кислорода недостаточно для превращения всех горючих компонентов в газы (в продуктах взрыва имеется элементарный углерод).
4.4.1. Расчет состава продуктов взрывчатого разложения ВВ
с положительным кислородным балансом (I группа ВВ)
При составлении уравнений реакций взрыва ВВ с положительным кислородным балансом руководствуются следующими положениями: углерод окисляется до углекислоты СО 2 , водород до воды Н 2 О, азот и избыток кислорода выделяются в элементарном виде (N 2 , O 2).
Например.
1. Составить уравнение реакции (определить состав продуктов взрыва) взрывчатого разложения индивидуального ВВ.
Нитроглицерин: С 3 Н 5 (ONO 2) 3 , М = 227.
Определяем величину кислородного баланса для нитроглицерина:
КБ > 0, запишем уравнение реакции:
С 3 Н 5 (ONO 2) 3 = 3СО 2 + 2,5Н 2 О + 0,25О 2 + 1,5N 2.
Кроме основной реакции протекают реакции диссоциации:
2СО 2 2СО + О 2 ;
О 2 + N 2 2NO;
2H 2 O 2H 2 + O 2 ;
H 2 O + CO CO 2 + H 2 .
Но так как КБ = 3,5 (намного больше нуля) – рекакции смещены в сторону образования СО 2 , Н 2 О, N 2 , следовательно доля газов СО, Н 2 и NО в продуктах взрывчатого разложения незначительна и ими можно пренебречь.
2. Составить уравнение реакции взрывчатого разложения смесевого ВВ: аммонала, состоящего из 80% аммиачной селитры NH 4 NO 3 (M = 80), 15% тротила C 7 H 5 N 3 O 6 (М = 227) и 5% алюминия Al(а.м. М = 27).
Расчет кислородного баланса и коэффициента α к смесевых ВВ ведут следующим образом: вычисляют количество каждого из химических элементов, содержащихся в 1 кг смеси и выражают его в молях. Затем составляют условную химическую формулу для 1 кг, смесевого ВВ, аналогичную по виду химической формуле для индивидуального ВВ и далее ведут расчет аналогично выше приведенному примеру.
Если в смесевом ВВ содержится алюминий, то уравнения для определения величин КБ и α к имеют следующий вид:
,
,
где е – число атомов алюминия в условной формуле.
Решение.
1. Рассчитываем элементарный состав 1 кг аммонала и записываем его условную химическую формулу
%.
2. Записываем уравнение реакции разложения аммонала:
С 4,6 Н 43,3 N 20 O 34 Al 1,85 = 4,6CO 2 + 21,65H 2 O + 0,925Al 2 O 3 + 10N 2 + 0,2O 2 .
4.4.2. Расчет состава продуктов взрывчатого разложения ВВ
с отрицательным кислородным балансом (II группа ВВ)
Как было отмечено ранее при составлении уравнений реакций взрывчатого разложения ВВ второй группы необходимо учитывать следующие особенности: водород окисляется до Н 2 О, углерод окисляется до СО, оставшийся кислород окисляет часть СО до СО 2 и азот выделяется в виде N 2 .
Пример: Составить уравнение реакции взрывчатого разложения пентаэритриттетранитрата (тэна) С(СН 2 ОNO 2) 4 Мтэна = 316. Кислородный баланс рав-ный –10,1%.
Из химической формулы тэна видно, что кислорода до полного окисления водорода и углерода недостаточно (для 8 водородов необходимо 4 ат. кислорода, чтобы превратить в Н 2 О = 4Н 2 О) (для 5 ат. углерода необходимо 10 ат. кислорода, чтобы превратить в СО 2 = 5СО 2) итого требуется 4 + 10 = 14 ат. кислорода, а их всего 12 атомов.
1. Составляем уравнение реакции разложения тэна:
С(СН 2 ОNO 2) 4 = 5CO + 4H 2 O + 1,5O 2 + 2N 2 = 4H 2 O + 2CO + 3CO 2 + 2N 2 .
Для определения величины коэффициентов СО и СО 2:
5СО + 1,5О 2 = хСО + уСО 2 ,
х + у = n – сумма атомов углерода,
х + 2у = m – сумма атомов кислорода,
Х + у = 5 х = 5 – у
х + 2у = 8 или х = 8 – 2у
или 5 – у = 8 – 2у; у = 8 – 5 = 3; х = 5 – 3 = 2.
Т.о. коэффициент при СО х = 2; при СО 2 у = 3, т.е.
5СО + 1,5 О 2 = 2СО + 3СО 2 .
Вторичные реакции (диссоциации):
Водяного пара: Н 2 О + СО СО 2 + Н 2 ;
2Н 2 О 2Н 2 + О 2 ;
Диссоциация: 2СО 2 2СО + О 2 ;
2. Для оценки погрешности рассчитаем состав продуктов реакции взрывчатого разложения с учетом наиболее существенной из вторичных реакций – реакции водяного пара (Н 2 О + СО СО 2 + Н 2).
Уравнение реакции взрывчатого разложения тэна представим в виде:
С(СН 2 ОNO 2) 4 = uH 2 O + xCO + yCO 2 + zH 2 + 2N 2 .
Температура взрывчатого разлива тэна примерно 4000 0 К.
Соответственно константа равновесия водяного пара :
.
Записываем и решаем систему уравнений:
,
х + у = 5 (см. выше) – число атомов углерода;
2z + 2у = 8 – число атомов водорода;
х + 2у + u = 12 – число атомов кислорода.
Преобразование системы уравнений сводится к получению квадратного уравнения:
7,15у 2 – 12,45у – 35 = 0.
(Уравнение типа ау 2 + ву + с = 0).
Решение его имеет вид:
,
,
у = 3,248, тогда х = 1,752; z = 0,242; u = 3,758.
Таким образом, уравнение реакции принимает вид:
C(CH 2 ONO 2) 4 = 1,752CO + 3,248CO 2 + 3,758H 2 O + 0,242H 2 + 2N 2 .
Из полученного уравнения видно, что погрешность в определении состава и количества продуктов взрывчатого разложения приближенным способом незначительна.
4.4.3. Составление уравнений реакций взрывчатого разложения ВВ
с отрицательным КБ (III группа)
При написании уравнений реакции взрывчатого разложения для третьей группы ВВ необходимо придерживаться следующей последовательности:
1. определить по химической формуле ВВ его КБ;
2. водород окислить до Н 2 О;
3. углерод окислить остатками кислорода до СО;
4. написать остальные продукты реакции, в частности С, N и т.д.;
5. проверить коэффициенты.
Пример: Составить уравнение реакции взрывчатого разложения тринитротолуола (тротила, тола) C 6 H 2 (NO 2) 3 CH 3 .
Молярная масса М = 227; КБ = –74,0%.
Решение: Из химической формулы видим, что кислорода недостаточно для окисления углерода и водорода: для полного окисления водорода необходимо 2,5 атома кислорода, неполного окисления углерода – 7 атомов (всего 9,5 по сравнению с имеющимися 6-тью атомами). В этом случае уравнение реакции разложения тротила имеет вид:
C 6 H 2 (NO 2) 3 CН 3 = 2,5Н 2 O + 3,5СО + 3,5 С + 1,5N 2 .
Вторичные реакции:
Н 2 О + СО СО 2 + Н 2 ;
