Ջուրը (ջրածնի օքսիդ) երկուական անօրգանական միացություն է՝ H 2 O քիմիական բանաձևով: Ջրի մոլեկուլը բաղկացած է երկու ջրածնի ատոմից և մեկ թթվածնի ատոմից, որոնք միացված են կովալենտային կապով:
Ջրածնի պերօքսիդ։
Ֆիզիկական և քիմիական հատկություններ
Ջրի ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները որոշվում են H 2 O մոլեկուլների քիմիական, էլեկտրոնային և տարածական կառուցվածքով:
H և O ատոմները H 2 0 մոլեկուլում գտնվում են իրենց կայուն օքսիդացման վիճակներում՝ համապատասխանաբար +1 և -2; հետևաբար, ջուրը չի ցուցաբերում ընդգծված օքսիդացնող կամ նվազեցնող հատկություններ: Խնդրում ենք նկատի ունենալ. մետաղների հիդրիդներում ջրածինը գտնվում է -1 օքսիդացման վիճակում:
H 2 O մոլեկուլն ունի անկյունային կառուցվածք։ H-O կապերը շատ բևեռային են: O ատոմի վրա ավելորդ բացասական լիցք կա, իսկ H ատոմների վրա՝ ավելորդ դրական լիցքեր։ Ընդհանուր առմամբ, H 2 O մոլեկուլը բևեռային է, այսինքն. դիպոլ. Սա բացատրում է այն փաստը, որ ջուրը լավ լուծիչ է իոնային և բևեռային նյութերի համար։
H և O ատոմների վրա ավելցուկային լիցքերի առկայությունը, ինչպես նաև O ատոմների վրա միայնակ էլեկտրոնային զույգերը առաջացնում են ջրածնային կապերի ձևավորում ջրի մոլեկուլների միջև, ինչի արդյունքում դրանք միավորվում են ասոցիատների մեջ։ Այս համախոհների առկայությունը բացատրում է անոմալ բարձր մ.պ. եւ այլն kip. ջուր.
Ջրածնային կապերի առաջացմանը զուգընթաց H 2 O մոլեկուլների միմյանց վրա փոխադարձ ազդեցության արդյունքը դրանց ինքնաիոնացումն է.
Մի մոլեկուլում տեղի է ունենում բևեռային O-H կապի հետերոլիտիկ ճեղքվածք, և ազատված պրոտոնը միանում է մեկ այլ մոլեկուլի թթվածնի ատոմին։ Ստացված հիդրոնիումի իոն H 3 O + ըստ էության հիդրացված ջրածնի իոն H + H 2 O է, ուստի ջրի ինքնաիոնացման հավասարումը պարզեցված է հետևյալ կերպ.
H 2 O ↔ H + + OH -
Ջրի տարանջատման հաստատունը չափազանց փոքր է.
Սա ցույց է տալիս, որ ջուրը շատ փոքր-ինչ տարանջատվում է իոնների, և, հետևաբար, չդիսոցավորված H 2 O մոլեկուլների կոնցենտրացիան գրեթե հաստատուն է.
Մաքուր ջրի մեջ [H + ] = [OH - ] = 10 -7 մոլ/լ: Սա նշանակում է, որ ջուրը շատ թույլ ամֆոտերային էլեկտրոլիտ է, որը նկատելի չափով չունի ոչ թթվային, ոչ էլ հիմնային հատկություններ:
Սակայն ջուրը ուժեղ իոնացնող ազդեցություն ունի իր մեջ լուծված էլեկտրոլիտների վրա։ Ջրի դիպոլների ազդեցությամբ լուծված նյութերի մոլեկուլներում բևեռային կովալենտային կապերը վերածվում են իոնայինի, իոնները ջրվում են, նրանց միջև կապերը թուլանում, ինչի հետևանքով տեղի է ունենում էլեկտրոլիտիկ դիսոցացիա։ Օրինակ:
HCl + H 2 O - H 3 O + + Cl -
(ուժեղ էլեկտրոլիտ)
(կամ առանց հաշվի առնելու խոնավացումը՝ HCl → H + + Cl -)
CH 3 COOH + H 2 O ↔ CH 3 COO - + H + (թույլ էլեկտրոլիտ)
(կամ CH 3 COOH ↔ CH 3 COO - + H +)
Համաձայն թթուների և հիմքերի Brønsted-Lowry տեսության՝ այս գործընթացներում ջուրը դրսևորում է հիմքի (պրոտոն ընդունող) հատկություններ։ Ըստ նույն տեսության՝ ջուրը հանդես է գալիս որպես թթու (պրոտոն դոնոր) ռեակցիաներում, օրինակ՝ ամոնիակի և ամինների հետ.
NH 3 + H 2 O ↔ NH 4 + + OH -
CH 3 NH 2 + H 2 O ↔ CH 3 NH 3 + + OH -
Ջրի հետ կապված ռեդոքս ռեակցիաներ
I. Ռեակցիաներ, որոնց դեպքում ջուրը օքսիդացնող նյութի դեր է կատարում
Այս ռեակցիաները հնարավոր են միայն ուժեղ վերականգնող նյութերի դեպքում, որոնք ունակ են ջրի մոլեկուլներում պարունակվող ջրածնի իոնները վերածել ազատ ջրածնի:
1) փոխազդեցություն մետաղների հետ
ա) Նորմալ պայմաններում H 2 O-ը փոխազդում է միայն բացվածքի հետ: և ալկալային հող: մետաղներ:
2Na + 2H + 2 O = 2NaOH + H 0 2
Ca + 2H + 2 O = Ca(OH) 2 + H 0 2
բ) Բարձր ջերմաստիճաններում H 2 O-ը փոխազդում է որոշ այլ մետաղների հետ, օրինակ.
Mg + 2H + 2 O = Mg(OH) 2 + H 0 2
3Fe + 4H + 2 O = Fe 2 O 4 + 4H 0 2
գ) Al-ը և Zn-ը տեղահանում են H2-ը ջրից ալկալիների առկայության դեպքում.
2Al + 6H + 2 O + 2NaOH = 2Na + 3H 0 2
2) փոխազդեցություն ցածր EO ունեցող ոչ մետաղների հետ (ռեակցիաները տեղի են ունենում ծանր պայմաններում)
C + H + 2 O = CO + H 0 2 («ջրային գազ»)
2P + 6H + 2 O = 2HPO 3 + 5H 0 2
Ալկալիների առկայության դեպքում սիլիցիումը ջրից տեղահանում է ջրածինը.
Si + H + 2 O + 2NaOH = Na 2 SiO 3 + 2H 0 2
3) փոխազդեցություն մետաղների հիդրիդների հետ
NaH + H + 2 O = NaOH + H 0 2
CaH 2 + 2H + 2 O = Ca(OH) 2 + 2H 0 2
4) փոխազդեցություն ածխածնի օքսիդի և մեթանի հետ
CO + H + 2 O = CO 2 + H 0 2
2CH 4 + O 2 + 2H + 2 O = 2CO 2 + 6H 0 2
Արդյունաբերական ռեակցիաները օգտագործվում են ջրածնի արտադրության համար:
II. Ռեակցիաներ, որոնցում ջուրը վերականգնող նյութի դեր է խաղում
Այս ռեակցիաները հնարավոր են միայն շատ ուժեղ օքսիդացնող նյութերի դեպքում, որոնք ունակ են օքսիդացնել թթվածինը CO-2-ը, որը ջրի մաս է, ազատել թթվածին O 2 կամ պերօքսիդ անիոններին 2-: Բացառիկ դեպքում (F 2-ի հետ ռեակցիայի ժամանակ) թթվածին առաջանում է c o-ով։ +2.
1) փոխազդեցություն ֆտորի հետ
2F 2 + 2H 2 O -2 = O 0 2 + 4HF
2F 2 + H 2 O -2 = O +2 F 2 + 2HF
2) փոխազդեցությունը ատոմային թթվածնի հետ
H 2 O -2 + O = H 2 O - 2
3) փոխազդեցություն քլորի հետ
Բարձր T-ում առաջանում է շրջելի ռեակցիա
2Cl 2 + 2H 2 O -2 = O 0 2 + 4HCl
III. Ներմոլեկուլային օքսիդացման ռեակցիաներ՝ ջրի կրճատում։
Էլեկտրական հոսանքի կամ բարձր ջերմաստիճանի ազդեցության տակ ջուրը կարող է քայքայվել ջրածնի և թթվածնի.
2H + 2 O -2 = 2H 0 2 + O 0 2
Ջերմային տարրալուծումը շրջելի գործընթաց է. Ջրի ջերմային տարրալուծման աստիճանը ցածր է։
Խոնավեցման ռեակցիաներ
I. Իոնների խոնավացում. Ջրային լուծույթներում էլեկտրոլիտների տարանջատման ժամանակ առաջացած իոնները միացնում են որոշակի քանակությամբ ջրի մոլեկուլներ և գոյություն ունեն հիդրատացված իոնների տեսքով։ Որոշ իոններ այնպիսի ամուր կապեր են ստեղծում ջրի մոլեկուլների հետ, որ դրանց հիդրատները կարող են գոյություն ունենալ ոչ միայն լուծույթում, այլև պինդ վիճակում։ Սա բացատրում է բյուրեղային հիդրատների առաջացումը, ինչպիսիք են CuSO4 5H 2 O, FeSO 4 7H 2 O և այլն, ինչպես նաև ջրային համալիրների ձևավորումը՝ CI 3, Br 4 և այլն:
II. Օքսիդների խոնավացում
III. Բազմաթիվ կապեր պարունակող օրգանական միացությունների խոնավացում
Հիդրոլիզի ռեակցիաներ
I. Աղերի հիդրոլիզ
Հետադարձելի հիդրոլիզ.
ա) աղի կատիոնով
Fe 3+ + H 2 O = FeOH 2+ + H +; (թթվային միջավայր. pH
բ) ըստ աղի անիոնի
CO 3 2- + H 2 O = HCO 3 - + OH -; (ալկալային միջավայր. pH > 7)
գ) աղի կատիոնով և անիոնով
NH 4 + + CH 3 COO - + H 2 O = NH 4 OH + CH 3 COOH (մոտ չեզոք միջավայրին)
Անդառնալի հիդրոլիզ.
Al 2 S 3 + 6H 2 O = 2Al (OH) 3 ↓ + 3H 2 S
II. Մետաղական կարբիդների հիդրոլիզ
Al 4 C 3 + 12H 2 O = 4Al(OH) 3 ↓ + 3CH 4 նեթան
CaC 2 + 2H 2 O = Ca (OH) 2 + C 2 H 2 ացետիլեն
III. Սիլիցիդների, նիտրիդների, ֆոսֆիդների հիդրոլիզ
Mg 2 Si + 4H 2 O = 2Mg (OH) 2 ↓ + SiH 4 սիլան
Ca 3 N 2 + 6H 2 O = ZCa (OH) 2 + 2NH 3 ամոնիակ
Cu 3 P 2 + 6H 2 O = 3Сu(OH) 2 + 2РН 3 ֆոսֆին
IV. Հալոգենների հիդրոլիզ
Cl 2 + H 2 O = HCl + HClO
Br 2 + H 2 O = HBr + HBrO
V. Օրգանական միացությունների հիդրոլիզ
Օրգանական նյութերի դասեր |
Հիդրոլիզի արտադրանք (օրգանական) |
Հալոալկաններ (ալկիլ հալոգենիդներ) |
|
Արիլ հալոգենիդներ |
|
Դիհալոալկաններ |
Ալդեհիդներ կամ կետոններ |
Մետաղական սպիրտներ |
|
Կարբոքսիլաթթու հալոգենիդներ |
Կարբոքսիլաթթուներ |
Կարբոքսիլաթթվի անհիդրիդներ |
Կարբոքսիլաթթուներ |
Կարբոքսիլաթթուների բարդ եթերներ |
Կարբոքսիլաթթուներ և սպիրտներ |
Գլիցերին և ավելի բարձր կարբոքսիլաթթուներ |
|
Դի- և պոլիսախարիդներ |
Մոնոսաքարիդներ |
Պեպտիդներ և սպիտակուցներ |
α-ամինաթթուներ |
Նուկլեինաթթուներ |
|
19-րդ դարի շատ հետազոտողներ, ովքեր ստացել են մաքուր ջրածնի պերօքսիդ, նշել են այս միացության վտանգները։ Այսպիսով, երբ փորձեցին առանձնացնել Ն
2 O 2 ջրից դիէթիլ եթերով նոսր լուծույթներից արդյունահանման միջոցով, որին հաջորդում է ցնդող եթերի թորումը, արդյունքում առաջացող նյութը երբեմն առանց որևէ ակնհայտ պատճառի պայթում է: Այս փորձերից մեկում գերմանացի քիմիկոս Յու.Վ.Բրուլը ստացավ անջուր Հ 2 O 2 , որը օզոնի հոտ էր գալիս և պայթում էր, երբ դիպչում էր չմշակված ապակե ձողին: Չնայած փոքր քանակությամբ Հ 2 O 2 (ընդհանուր 12 մլ) պայթյունն այնքան ուժգին է եղել, որ սեղանի տախտակի վրա բացել է կլոր անցք, ոչնչացրել դրա դարակի պարունակությունը, ինչպես նաև սեղանի վրա և մոտակայքում կանգնած շշերն ու գործիքները։Ֆիզիկական հատկություններ։ Մաքուր ջրածնի պերօքսիդը շատ է տարբերվում H-ի ծանոթ 3%-անոց լուծույթից 2 O 2 , որը գտնվում է տնային բժշկության կաբինետում։ Նախ, այն գրեթե մեկուկես անգամ ծանր է ջրից (խտությունը 20°C-ում 1,45 գ/սմ է։ 3). H2O2-ը սառչում է ջրի սառեցման կետից մի փոքր ցածր ջերմաստիճանում՝ մինուս 0,41 ° C, բայց եթե մաքուր հեղուկը արագ սառչում եք, այն սովորաբար չի սառչում, այլ գերսառչում է՝ վերածվելով թափանցիկ ապակե զանգվածի։ Լուծումներ Հ 2 O 2 սառեցնել շատ ավելի ցածր ջերմաստիճանում. 30% լուծույթ մինուս 30°C, և 60% լուծույթ մինուս 53°C: Եռում է H 2 O 2 սովորական ջրից բարձր ջերմաստիճանում՝ 150,2 ° C. Թրջում է ապակի Հ 2 O 2 ավելի վատ, քան ջուրը, և դա հանգեցնում է մի հետաքրքիր երևույթի ջրային լուծույթների դանդաղ թորման ժամանակ. մինչ ջուրը թորվում է լուծույթից, այն, ինչպես միշտ, կաթիլների տեսքով հոսում է սառնարանից դեպի ընդունիչ. երբ է այն սկսում թորել 2 O 2 , հեղուկը սառնարանից դուրս է գալիս շարունակական բարակ հոսքի տեսքով։ Մաշկի վրա մաքուր ջրածնի պերօքսիդը և դրա խտացված լուծույթները թողնում են սպիտակ բծեր և ուժեղ քիմիական այրվածքի հետևանքով առաջանում այրման սենսացիա։Ջրածնի պերօքսիդի արտադրությանը նվիրված հոդվածում Թենարդն այնքան էլ հաջողությամբ չի համեմատել այս նյութը օշարակի հետ, թերևս նա նկատի ուներ, որ մաքուր Հ
2 O 2 , ինչպես շաքարի օշարակը, ուժեղ բեկում է լույսը։ Իսկապես, անջուր Հ–ի բեկման ինդեքսը 2 O 2 (1.41) շատ ավելի մեծ է, քան ջրի (1.33): Այնուամենայնիվ, կամ սխալ մեկնաբանության, կամ ֆրանսերենից վատ թարգմանության պատճառով, գրեթե բոլոր դասագրքերը դեռ գրում են, որ մաքուր ջրածնի պերօքսիդը «խիտ, օշարակ հեղուկ» է և նույնիսկ տեսականորեն դա բացատրում են ջրածնային կապերի ձևավորմամբ: Բայց ջուրը նաև ջրածնային կապեր է ստեղծում։ Փաստորեն, մածուցիկությունը Ն 2 O 2 նույնը, ինչ թեթևակի սառեցված (մինչև 13 ° C) ջուրը, բայց չի կարելի ասել, որ սառը ջուրը օշարակի պես հաստ է:Քայքայման ռեակցիա. Մաքուր ջրածնի պերօքսիդը շատ վտանգավոր նյութ է, քանի որ որոշակի պայմաններում հնարավոր է դրա պայթյունավտանգ տարրալուծումը. 2 O 2 ® H 2 O + 1/2 O 2 արձակելով 98 կՋ 1 մոլ H 2 O 2 (34 գ): Սա շատ մեծ էներգիա է. այն ավելի մեծ է, քան արտազատվողը, երբ ջրածնի և քլորի խառնուրդի պայթյունի ժամանակ առաջանում է 1 մոլ HCl; բավական է ամբողջությամբ գոլորշիացնել 2,5 անգամ ավելի շատ ջուր, քան գոյանում է այս ռեակցիայի ժամանակ։ Վտանգավոր են նաև Հ–ի խտացված ջրային լուծույթները 2 O 2 , դրանց առկայության դեպքում շատ օրգանական միացություններ հեշտությամբ բռնկվում են ինքնաբերաբար, և հարվածից հետո այդպիսի խառնուրդները կարող են պայթել։ Խտացված լուծույթները պահելու համար օգտագործեք հատուկ մաքուր ալյումինից կամ մոմապատ ապակե տարաներից պատրաստված անոթներ:Ավելի հաճախ հանդիպում եք H-ի ավելի քիչ խտացված 30% լուծույթի
2 O 2 , որը կոչվում է պերհիդրոլ, բայց նման լուծույթը նույնպես վտանգավոր է՝ այրվածքներ է առաջացնում մաշկի վրա (գործելու ժամանակ ներկանյութերի գունաթափման պատճառով մաշկը անմիջապես սպիտակում է), իսկ կեղտերի ներս մտնելու դեպքում հնարավոր է պայթուցիկ եռում։ Քայքայման Հ 2 O 2 իսկ դրա լուծույթները, այդ թվում՝ պայթուցիկները, առաջանում են բազմաթիվ նյութերից, օրինակ՝ ծանր մետաղների իոններից, որոնք այս դեպքում կատալիզատորի դեր են խաղում, և նույնիսկ փոշու մասնիկները։ 2 O 2 բացատրվում են ռեակցիայի ուժեղ էկզոթերմիկությամբ, գործընթացի շղթայական բնույթով և H-ի տարրալուծման ակտիվացման էներգիայի զգալի նվազմամբ։ 2 O 2 տարբեր նյութերի առկայության դեպքում, ինչպես կարելի է դատել հետևյալ տվյալներով.Արյան մեջ հայտնաբերվում է կատալազ ֆերմենտը. Դրա շնորհիվ է, որ դեղագործական «ջրածնի պերօքսիդը» «եռում» է թթվածնի արտազատումից, երբ այն օգտագործվում է կտրված մատը ախտահանելու համար։ Հ–ի խտացված լուծույթի քայքայման ռեակցիան 2 O 2 ոչ միայն մարդիկ օգտագործում են կատալազ; Հենց այս ռեակցիան է օգնում ռմբակոծիչ բզեզին պայքարել թշնամիների դեմ՝ նրանց վրա տաք հոսք բաց թողնելով ( սմ . Պայթուցիկ նյութեր) Մեկ այլ ֆերմենտ՝ պերօքսիդազը, այլ կերպ է գործում՝ չի քայքայվում Հ 2 O 2 , սակայն դրա առկայության դեպքում տեղի է ունենում այլ նյութերի օքսիդացում ջրածնի պերօքսիդով։Ֆերմենտները, որոնք ազդում են ջրածնի պերօքսիդի ռեակցիաների վրա, կարևոր դեր են խաղում բջջի կյանքում: Էներգիան մատակարարվում է մարմնին օքսիդացման ռեակցիաների միջոցով, որոնք ներառում են թոքերից եկող թթվածինը: Այս ռեակցիաներում Հ–ն առաջանում է միջանկյալ
2 O 2 , որը վնասակար է բջջի համար, քանի որ անդառնալի վնաս է հասցնում տարբեր բիոմոլեկուլներին։ Կատալազը և պերօքսիդազը միասին փոխակերպում են H 2 O 2 ջրի և թթվածնի մեջ:H տարրալուծման ռեակցիա
2 O 2 հաճախ ընթանում է արմատական շղթայի մեխանիզմով ( սմ. Շղթայական ռեակցիաներ), մինչդեռ կատալիզատորի դերը ազատ ռադիկալներ հարուցելն է։ Այսպիսով, Հ–ի ջրային լուծույթների խառնուրդում 2 O 2 և Fe 2+ (այսպես կոչված Fenton ռեագենտ) էլեկտրոնի փոխանցման ռեակցիա է տեղի ունենում Fe իոնից 2+ մեկ H 2 O 2 մոլեկուլի համար Fe իոնի առաջացմամբ 3+ և շատ անկայուն արմատական անիոն . , որն անմիջապես քայքայվում է OH անիոնի մեջ և ազատ հիդրօքսիլ ռադիկալ OH. ( սմ. ԱԶԱՏ ՌԱԴԻԿԱԼՆԵՐ) Արմատական ՆԱ. շատ ակտիվ. Եթե համակարգում կան օրգանական միացություններ, ապա հնարավոր են տարբեր ռեակցիաներ հիդրօքսիլ ռադիկալների հետ։ Այսպիսով, անուշաբույր միացությունները և հիդրօքսի թթուները օքսիդանում են (բենզոլը, օրինակ, վերածվում է ֆենոլի), չհագեցած միացությունները կարող են հիդրօքսիլ խմբեր կցել կրկնակի կապին. 2 =CHCH 2 OH + 2OH: ® NOCH 2 CH(OH)CH 2 OH, և կարող է մտնել պոլիմերացման ռեակցիա: Համապատասխան ռեակտիվների բացակայության դեպքում OH. արձագանքում է H 2 O 2-ի հետ պակաս ակտիվ արմատական ՀՕ-ի ձևավորմամբ 2 . , որն ունակ է նվազեցնել Fe իոնները 2+ , որը փակում է կատալիտիկ ցիկլը. H 2 O 2 + Fe 2 + ® Fe 3 + + OH . + Օհ Օհ. + H 2 O 2 ® H 2 O + HO 2 .ՀՕ 2 . + Fe 3+
® Fe 2+ + O 2 + H + ® H 2 O: Որոշակի պայմաններում Հ–ի շղթայական տարրալուծումը 2 O 2 , որի պարզեցված մեխանիզմը կարելի է ներկայացնել գծապատկերով. + H 2 O 2 ® H 2 O + HO 2 . 2 . +H2O2® H 2 O + O 2 + OH . և այլն:H տարրալուծման ռեակցիաներ
2 O 2 առաջանում են փոփոխական վալենտության տարբեր մետաղների առկայության դեպքում: Երբ կապված են բարդ միացությունների հետ, դրանք հաճախ զգալիորեն մեծացնում են իրենց ակտիվությունը: Օրինակ, պղնձի իոնները ավելի քիչ ակտիվ են, քան երկաթի իոնները, բայց կապված են ամոնիակային համալիրներում 2+ , առաջացնում են Հ–ի արագ տարրալուծում 2 O 2 . Նմանատիպ ազդեցություն ունեն Mn իոնները 2+ կապված է որոշակի օրգանական միացությունների հետ բարդույթներով: Այս իոնների առկայության դեպքում հնարավոր է եղել չափել ռեակցիայի շղթայի երկարությունը։ Դա անելու համար մենք նախ չափեցինք ռեակցիայի արագությունը լուծույթից թթվածնի արտազատման արագությամբ: Այնուհետև շատ ցածր կոնցենտրացիան (մոտ 10 5 մոլ/լ) արգելակող նյութ, որն արդյունավետորեն արձագանքում է ազատ ռադիկալների հետ և այդպիսով կոտրում է շղթան։ Թթվածնի արտազատումը անմիջապես դադարեց, բայց մոտ 10 րոպե հետո, երբ ամբողջ արգելիչը սպառվեց, այն նորից վերսկսվեց նույն արագությամբ: Իմանալով ռեակցիայի արագությունը և շղթայի ավարտի արագությունը՝ հեշտ է հաշվարկել շղթայի երկարությունը, որը հավասար է 10-ի։ 3 հղումներ Մեծ շղթայի երկարությունը որոշում է H-ի տարրալուծման բարձր արդյունավետությունը 2 O 2 ամենաարդյունավետ կատալիզատորների առկայության դեպքում, որոնք բարձր արագությամբ առաջացնում են ազատ ռադիկալներ: Տրված շղթայի երկարության համար տարրալուծման արագությունը Հ 2 O 2 իրականում ավելանում է հազար անգամ:Երբեմն նկատելի քայքայումը Հ
2 O 2 առաջացնել նույնիսկ կեղտերի հետքեր, որոնք վերլուծական առումով գրեթե աննկատելի են: Այսպիսով, պարզվեց, որ ամենաարդյունավետ կատալիզատորներից մեկը մետաղի օսմիումի լուծույթն է. նրա ուժեղ կատալիտիկ ազդեցությունը նկատվել է նույնիսկ 1:10 նոսրացման դեպքում: 9 , այսինքն. 1 գ Os 1000 տոննա ջրի դիմաց: Ակտիվ կատալիզատորներ են պալադիումի, պլատինի, իրիդիումի, ոսկու, արծաթի կոլոիդային լուծույթները, ինչպես նաև որոշ մետաղների MnO պինդ օքսիդներ։ 2, Co 2 O 3, PbO 2 և այլն, որոնք իրենք չեն փոխվում: Քայքայումը կարող է շատ արագ ընթանալ։ Այսպիսով, եթե մի փոքր պտղունց MnO 2 կաթիլ փորձանոթի մեջ H-ի 30% լուծույթով 2 O 2 , փորձանոթից հեղուկի շիթով դուրս է պայթում գոլորշու սյունը։ Ավելի խտացված լուծույթների դեպքում պայթյուն է տեղի ունենում: Պլատինի մակերևույթի վրա քայքայումը տեղի է ունենում ավելի հանգիստ: Այս դեպքում ռեակցիայի արագության վրա մեծ ազդեցություն ունի մակերեսի վիճակը: Գերմանացի քիմիկոս Վալտեր Սփրինգը վարել է 19-րդ դարի վերջին. նման փորձ. Մանրակրկիտ մաքրված և փայլեցված պլատինե գավաթում H-ի 38% լուծույթի քայքայման ռեակցիան 2 O 2 չէր գնում նույնիսկ մինչև 60°C տաքացնելիս: Եթե ասեղով հազիվ նկատելի քերծվածք եք անում բաժակի հատակին, ապա արդեն սառը (12°C) լուծույթը սկսում է թթվածնի պղպջակներ արձակել քերծվածքի տեղում, և երբ ջեռուցվում է, այս վայրի երկայնքով տարրալուծումը նկատելիորեն ուժեղանում է: Եթե նման լուծույթի մեջ մտցվի սպունգանման պլատին, որն ունի շատ մեծ մակերես, ապա հնարավոր է պայթուցիկ քայքայումը։Հ–ի արագ տարրալուծումը
2 O 2 կարող է օգտագործվել արդյունավետ դասախոսական փորձի համար, եթե կատալիզատորը ավելացնելուց առաջ լուծույթին ավելացնեն մակերեսային ակտիվ նյութ (օճառ, շամպուն): Արտազատված թթվածինը հարուստ սպիտակ փրփուր է ստեղծում, որը կոչվում է «փղերի ատամի մածուկ»։Որոշ կատալիզատորներ սկսում են Հ–ի ոչ շղթայական տարրալուծումը
2 O 2, օրինակ՝ H 2 O 2 + 2I + 2H + ® 2H 2 O + I 2 ® 2I + 2H + + O 2: Ոչ շղթայական ռեակցիա է առաջանում նաև Fe իոնների օքսիդացման դեպքում 2+ թթվային լուծույթներում՝ 2FeSO 4 + H 2 O 2 + H 2 SO 4 ® Fe 2 (SO 4) 3 + 2H 2 O: Քանի որ ջրային լուծույթները գրեթե միշտ պարունակում են տարբեր կատալիզատորների հետքեր (ապակու մեջ պարունակվող մետաղական իոնները կարող են նաև կատալիզացնել տարրալուծումը), H-ի լուծույթները. 2 O 2 Երկարատև պահպանման ժամանակ նույնիսկ նոսրացված, ավելացվում են մետաղական իոններ կապող արգելակիչներ և կայունացուցիչներ։ Այս դեպքում լուծույթները փոքր-ինչ թթվացվում են, քանի որ մաքուր ջրի ազդեցությունը ապակու վրա առաջացնում է թույլ ալկալային լուծույթ, որը նպաստում է H-ի քայքայմանը։ 2 O 2 . Հ–ի տարրալուծման այս բոլոր հատկանիշները 2 O 2 թույլ տվեք լուծել հակասությունը. Մաքուր Հ 2 O 2 անհրաժեշտ է թորում կատարել նվազեցված ճնշման տակ, քանի որ նյութը քայքայվում է, երբ տաքացվում է 70 ° C-ից բարձր և նույնիսկ, չնայած շատ դանդաղ, սենյակային ջերմաստիճանում (ինչպես նշված է Քիմիական հանրագիտարանում, տարեկան 0,5% արագությամբ): Այս դեպքում ինչպե՞ս է ստացվել նույն հանրագիտարանում 150,2°C հավասար եռման կետը մթնոլորտային ճնշման ժամանակ: Սովորաբար նման դեպքերում օգտագործվում է ֆիզիկաքիմիական օրենք. հեղուկի գոլորշիների ճնշման լոգարիթմը գծայինորեն կախված է հակադարձ ջերմաստիճանից (Քելվինի սանդղակով), այնպես որ, եթե ճշգրիտ չափում եք գոլորշիների ճնշումը H. 2 O 2 մի քանի (ցածր) ջերմաստիճանի դեպքում հեշտ է հաշվարկել, թե որ ջերմաստիճանում այս ճնշումը կհասնի 760 մմ Hg-ի: Եվ սա նորմալ պայմաններում եռման կետն է։Տեսականորեն, OH ռադիկալներ
. կարող է ձևավորվել նաև նախաձեռնողների բացակայության դեպքում՝ ավելի թույլ OO կապի խզման հետևանքով, սակայն դրա համար պահանջվում է բավականին բարձր ջերմաստիճան։ Չնայած H մոլեկուլում այս կապի խզման համեմատաբար ցածր էներգիային 2 O 2 (դա հավասար է 214 կՋ/մոլի, ինչը 2,3 անգամ ավելի քիչ է, քան ջրի մոլեկուլի HOH կապը), OO կապը դեռ բավականաչափ ամուր է, որպեսզի ջրածնի պերօքսիդը բացարձակապես կայուն լինի սենյակային ջերմաստիճանում։ Եվ նույնիսկ եռման կետում (150°C) այն պետք է շատ դանդաղ քայքայվի։ Հաշվարկը ցույց է տալիս, որ երբԱյս ջերմաստիճանում 0,5% տարրալուծումը նույնպես պետք է տեղի ունենա բավականին դանդաղ, նույնիսկ եթե շղթայի երկարությունը 1000 օղակ է: Հաշվարկների և փորձարարական տվյալների միջև անհամապատասխանությունը բացատրվում է կատալիտիկ տարրալուծմամբ, որն առաջանում է հեղուկի և ռեակցիայի անոթի պատերի ամենափոքր կեղտերից: Հետևաբար, H տարրալուծման ակտիվացման էներգիան չափվել է բազմաթիվ հեղինակների կողմից 2 O 2 միշտ զգալիորեն պակաս, քան 214 կՋ/մոլ, նույնիսկ «կատալիզատորի բացակայության դեպքում»: Փաստորեն, տարրալուծման կատալիզատորը միշտ առկա է ինչպես լուծույթում աննշան կեղտերի տեսքով, այնպես էլ անոթի պատերի տեսքով, ինչի պատճառով էլ տաքացնելով անջուր Հ. 2 O 2 մթնոլորտային ճնշման տակ եռալը բազմիցս առաջացրել է պայթյուններ։Որոշ պայմաններում Հ–ի տարրալուծումը
2 O 2 տեղի է ունենում շատ անսովոր, օրինակ, եթե տաքացնում եք H-ի լուծույթը 2 O 2 կալիումի յոդատի KIO-ի առկայության դեպքում 3 , ապա ռեագենտների որոշակի կոնցենտրացիաների դեպքում նկատվում է տատանողական ռեակցիա՝ թթվածնի արտազատումը պարբերաբար դադարում է և այնուհետև վերսկսվում 40-ից 800 վայրկյան ժամանակահատվածով։Հ–ի քիմիական հատկությունները 2 O 2 . Ջրածնի պերօքսիդը թթու է, բայց շատ թույլ: Դիսոցացիայի հաստատուն Հ 2 O 2 H + + HO 2 25° C-ում հավասար է 2,4 10 12 , որը 5 կարգով պակաս է, քան Հ 2 S. Միջին աղեր H 2 O 2 ալկալային և հողալկալիական մետաղները սովորաբար կոչվում են պերօքսիդներ ( սմ. ՊԵՐՈՔՍԻԴՆԵՐ) Ջրի մեջ լուծվելիս գրեթե ամբողջությամբ հիդրոլիզվում են՝ Na 2 O 2 + 2H 2 O ® 2NaOH + H 2 O 2 . Հիդրոլիզը նպաստում է լուծույթների թթվացմանը։ Թթվի նման H 2 O 2 առաջացնում է նաև թթվային աղեր, օրինակ՝ Ba(HO 2) 2, NaHO 2 Թթվային աղերը ավելի քիչ են ենթարկվում հիդրոլիզի, բայց տաքացնելիս հեշտությամբ քայքայվում են՝ ազատելով թթվածին. 2NaHO 2® 2NaOH + O 2 . Ալկալին ազատ է արձակվել, ինչպես Հ 2 O 2 , նպաստում է քայքայմանը։Լուծումներ Հ
2 O 2 , հատկապես խտացվածները, ունեն ուժեղ օքսիդացնող ազդեցություն։ Այսպիսով, 65% լուծույթի ազդեցության տակ Հ 2 O 2 թղթի, թեփի և այլ դյուրավառ նյութերի վրա դրանք բռնկվում են: Ավելի քիչ խտացված լուծույթները գունազրկում են շատ օրգանական միացություններ, օրինակ՝ ինդիգո: Ֆորմալդեհիդի օքսիդացումը տեղի է ունենում անսովոր՝ Հ 2 O 2 վերածվում է ոչ թե ջրի (ինչպես միշտ), այլ ազատ ջրածնի՝ 2HCHO + H 2 O 2 ® 2НСООН + Н 2 . Եթե ընդունում եք H-ի 30% լուծույթ 2 O 2 և HCHO-ի 40% լուծույթ, ապա մի փոքր տաքացնելուց հետո սկսվում է բուռն ռեակցիա, հեղուկը եռում և փրփրում է։ Հ–ի նոսր լուծույթների օքսիդատիվ ազդեցությունը 2 O 2 առավել արտահայտված է թթվային միջավայրում, օրինակ՝ Հ 2 O 2 + H 2 C 2 O 4 ® 2H 2 O + 2CO 2 , բայց օքսիդացումը հնարավոր է նաև ալկալային միջավայրում.Na + H 2 O 2 + NaOH® Na 2; 2K 3 + 3H 2 O 2® 2KCrO 4 + 2KOH + 8H 2 O: Սև կապարի սուլֆիդի օքսիդացում մինչև սպիտակ սուլֆատ PbS+ 4H 2 O 2 ® PbSO 4 + 4H 2 O-ն կարող է օգտագործվել հին նկարների վրա գունաթափված կապարի սպիտակը վերականգնելու համար: Լույսի ազդեցության տակ աղաթթուն նույնպես ենթարկվում է օքսիդացման. H 2 O 2 + 2HCl ® 2H 2 O + Cl 2: Ավելացնելով H 2 O 2 թթուների նկատմամբ մեծապես մեծացնում է դրանց ազդեցությունը մետաղների վրա: Այսպիսով, խառնուրդում Հ 2 O 2 և նոսրացնել Հ 2 SO 4 պղինձը, արծաթը և սնդիկը լուծվում են; Յոդը թթվային միջավայրում օքսիդացվում է մինչև պարբերական թթու HIO 3 , ծծմբի երկօքսիդից ծծմբաթթու և այլն։Սովորական է, որ գինաթթվի կալիումի նատրիումի աղի օքսիդացումը (Ռոշելի աղ) տեղի է ունենում կոբալտի քլորիդի առկայության դեպքում՝ որպես կատալիզատոր։ KOOC(CHOH) ռեակցիայի ընթացքում
2 COONa + 5H 2 O 2 ® KHCO 3 + NaHCO 3 + 6H 2 O + 2CO 2վարդագույն CoCl 2 փոխում է գույնը դեպի կանաչ՝ տարտրատով բարդ միացության՝ գինաթթվի անիոնի առաջացման պատճառով։ Քանի որ ռեակցիան ընթանում է, և տարտրատը օքսիդանում է, համալիրը քայքայվում է, և կատալիզատորը կրկին դառնում է վարդագույն: Եթե կոբալտի քլորիդի փոխարեն որպես կատալիզատոր օգտագործվում է պղնձի սուլֆատը, ապա միջանկյալ միացությունը, կախված սկզբնական ռեակտիվների հարաբերակցությունից, կունենա նարնջագույն կամ կանաչ գույն։ Ռեակցիայի ավարտից հետո պղնձի սուլֆատի կապույտ գույնը վերականգնվում է:Ջրածնի պերօքսիդը բոլորովին այլ կերպ է արձագանքում ուժեղ օքսիդացնող նյութերի, ինչպես նաև այն նյութերի առկայության դեպքում, որոնք հեշտությամբ ազատում են թթվածինը: Նման դեպքերում Ն
2 O 2 կարող է նաև հանդես գալ որպես վերականգնող նյութ՝ թթվածնի միաժամանակյա արտազատմամբ (այսպես կոչված, H-ի վերականգնողական տարրալուծում 2 O 2), օրինակ. 2KMnO 4 + 5H 2 O 2 + 3H 2 SO 4® K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 5O 2 + 8H 2 O;Ag 2 O + H 2 O 2
® 2Ag + H 2 O + O 2; O 3 + H 2 O 2 ® H 2 O + 2O 2; ® NaCl + H 2 O + O 2: Վերջին ռեակցիան հետաքրքիր է, քանի որ այն արտադրում է գրգռված թթվածնի մոլեկուլներ, որոնք արտանետում են նարնջագույն ֆլյուորեսցենտ ( սմ. ՔԼՈՐ ԱԿՏԻՎ) Նմանապես, մետաղական ոսկին ազատվում է ոսկու աղերի լուծույթներից, մետաղական սնդիկը ստացվում է սնդիկի օքսիդից և այլն։ Նման անսովոր հատկություն 2 O 2 թույլ է տալիս, օրինակ, իրականացնել կալիումի հեքսացիանոֆերատի (II) օքսիդացում, այնուհետև, պայմանները փոխելով, նույն ռեագենտի միջոցով վերականգնել ռեակցիայի արտադրանքը սկզբնական միացությանը: Առաջին ռեակցիան տեղի է ունենում թթվային միջավայրում, երկրորդը՝ ալկալային միջավայրում.2K 4 + H 2 O 2 + H 2 SO 4® 2K 3 + K 2 SO 4 + 2H 2 O;2K3 + H2O2 + 2KOH
® 2K 4 + 2H 2 O + O 2.(«Երկակի կերպար» Ն 2 O 2 Քիմիայի մի ուսուցչի թույլ տվեց համեմատել ջրածնի պերօքսիդը հայտնի անգլիացի գրող Սթիվենսոնի պատմվածքի հերոսի հետ։ Բժիշկ Ջեքիլի և պարոն Հայդի տարօրինակ դեպքը, իր հորինած կոմպոզիցիայի ազդեցության տակ նա կարող էր կտրուկ փոխել իր բնավորությունը՝ պատկառելի ջենթլմենից վերածվելով արյունարբու մոլագարի։)H 2 O 2-ի ստացում:Մոլեկուլներ H 2 O 2 միշտ քիչ քանակությամբ են ստացվում տարբեր միացությունների այրման և օքսիդացման ժամանակ։ Այրելու ժամանակ Հ 2 O 2 ձևավորվում է կամ ելակետային միացություններից ջրածնի ատոմների աբստրակցիայով միջանկյալ հիդրոպերօքսիդի ռադիկալներով, օրինակ՝ HO 2 . + CH 4 ® H 2 O 2 + CH 3 . , կամ ակտիվ ազատ ռադիկալների ռեկոմբինացիայի արդյունքում՝ 2OH. ® Н 2 О 2, Н. + ԲԱՅՑ 2 . ® H 2 O 2 . Օրինակ, եթե թթվածին-ջրածնի բոցն ուղղված է սառույցի մի կտորի վրա, ապա հալված ջուրը նկատելի քանակությամբ H կպարունակի: 2 O 2 , ձևավորվել է ազատ ռադիկալների (H մոլեկուլի բոցում) վերամիավորման արդյունքում 2 O 2 անմիջապես քայքայվել): Նմանատիպ արդյունք է ստացվում, երբ այրվում են այլ գազեր։ Կրթություն Ն 2 O 2 կարող է առաջանալ նաև ցածր ջերմաստիճանի դեպքում՝ տարբեր ռեդոքս պրոցեսների արդյունքում:Արդյունաբերության մեջ ջրածնի պերօքսիդը վաղուց արդեն չի արտադրվում Tenara մեթոդով բարիումի պերօքսիդից, սակայն օգտագործվում են ավելի ժամանակակից մեթոդներ։ Դրանցից մեկը ծծմբաթթվի լուծույթների էլեկտրոլիզն է։ Այս դեպքում անոդում սուլֆատ իոնները օքսիդացվում են պերսուլֆատ իոնների՝ 2SO.
4 2 2e ® S 2 O 8 2 . Գերծծմբաթթուն այնուհետև հիդրոլիզացվում է. H 2 S 2 O 8 + 2H 2 O ® H 2 O 2 + 2H 2 SO 4: Կաթոդում, ինչպես սովորաբար, տեղի է ունենում ջրածնի էվոլյուցիա, ուստի ընդհանուր ռեակցիան նկարագրվում է 2H հավասարմամբ։ 2 O ® H 2 O 2 + H 2 . Բայց հիմնական ժամանակակից մեթոդը (համաշխարհային արտադրության ավելի քան 80%-ը) որոշ օրգանական միացությունների օքսիդացումն է, օրինակ՝ էթիլանտրահիդրոքինոնը, մթնոլորտի թթվածնով օրգանական լուծիչում, մինչդեռ H2-ը ձևավորվում է անտրահիդրոքինոնից։ 2 O 2 և համապատասխան անտրախինոնը, որն այնուհետև կատալիզատորի վրա գտնվող ջրածնի հետ կրկին վերածվում է անտրահիդրոքինոնի: Ջրածնի պերօքսիդը խառնուրդից հանվում է ջրով և խտացվում թորման միջոցով։ Նմանատիպ ռեակցիա տեղի է ունենում իզոպրոպիլային սպիրտ օգտագործելիս (դա տեղի է ունենում հիդրոպերօքսիդի միջանկյալ ձևավորման դեպքում). 3) 2 CHOH + O 2 ® (CH 3) 2 C (UN) OH ® (CH 3) 2 CO + H 2 O 2 . Անհրաժեշտության դեպքում ստացված ացետոնը կարող է նաև վերածվել իզոպրոպիլային ալկոհոլի:H 2 O 2-ի կիրառում: Ջրածնի պերօքսիդը լայնորեն կիրառվում է, և դրա համաշխարհային արտադրությունը տարեկան կազմում է հարյուր հազարավոր տոննա։ Այն օգտագործվում է անօրգանական պերօքսիդներ արտադրելու համար, որպես հրթիռային վառելիքի օքսիդիչ, օրգանական սինթեզներում, յուղերի, ճարպերի, գործվածքների, թղթի սպիտակեցման, կիսահաղորդչային նյութերի մաքրման, հանքաքարերից արժեքավոր մետաղներ հանելու համար (օրինակ՝ ուրան՝ իր չլուծվող ձևը փոխակերպելու միջոցով։ լուծվողի մեջ), կեղտաջրերի մաքրման համար: Բժշկության մեջ լուծումներ Ն 2 O 2 օգտագործվում է լորձաթաղանթի բորբոքային հիվանդությունների (ստոմատիտ, կոկորդի ցավ) ողողման և քսելու համար, թարախային վերքերի բուժման համար։ Կոնտակտային ոսպնյակների պատյանները երբեմն ունեն շատ փոքր քանակությամբ պլատինե կատալիզատոր, որը տեղադրված է կափարիչի մեջ: Ախտահանման համար ոսպնյակները լցվում են մատիտատուփի մեջ H-ի 3% լուծույթով 2 O 2 , բայց քանի որ այս լուծույթը վնասակար է աչքերի համար, որոշ ժամանակ անց մատիտատուփը շրջվում է։ Այս դեպքում կափարիչի կատալիզատորը արագ քայքայվում է Հ 2 O 2 մաքուր ջրի և թթվածնի համար:Ժամանակին նորաձև էր մազերը «պերօքսիդով» գունաթափելը, այժմ կան ավելի անվտանգ ներկանյութեր:
Որոշ աղերի առկայության դեպքում ջրածնի պերօքսիդը ձևավորում է մի տեսակ պինդ «խտանյութ», որն ավելի հարմար է տեղափոխել և օգտագործել։ Այսպիսով, եթե H ավելացնեք նատրիումի բորատի շատ սառեցված հագեցած լուծույթին (բորակ)
2 O 2 առկայության դեպքում նատրիումի պերոքսոբորատ Na-ի մեծ թափանցիկ բյուրեղներ 2 [(BO 2) 2 (OH) 4 ]։ Այս նյութը լայնորեն օգտագործվում է գործվածքները սպիտակեցնելու և որպես լվացող միջոցների բաղադրիչ: Մոլեկուլները Հ 2 O 2 ջրի մոլեկուլների նման ունակ են ներթափանցել աղերի բյուրեղային կառուցվածք՝ ձևավորելով բյուրեղային հիդրատների պերօքսոհիդրատների նման մի բան, օրինակ՝ K 2 CO 3 3H 2 O 2, Na 2 CO 3 1.5H 2 O; վերջին միացությունը սովորաբար հայտնի է որպես «պերսոլ»:Այսպես կոչված «հիդրոպերիտ» CO(NH
2) 2 H 2 O 2 կլատրատային միացություն է՝ ներառելով H մոլեկուլները 2 O 2 միզանյութի բյուրեղային ցանցի դատարկությունների մեջ:Անալիտիկ քիմիայում ջրածնի պերօքսիդը կարող է օգտագործվել որոշ մետաղներ որոշելու համար։ Օրինակ, եթե տիտանի (IV) աղի տիտանիլ սուլֆատի լուծույթին ավելացվում է ջրածնի պերօքսիդ, ապա լուծույթը դառնում է վառ նարնջագույն՝ պերտիտանաթթվի առաջացման պատճառով.
TiOSO 4 + H 2 SO 4 + H 2 O 2 ® H 2 + H 2 O.Անգույն մոլիբդատ իոն MoO 42-ը օքսիդանում է H 2 O 2-ով ինտենսիվ նարնջագույն պերօքսիդի անիոնի մեջ: Հ–ի առկայությամբ կալիումի երկքրոմատի թթվացված լուծույթը 2 O 2 առաջացնում է պերքրոմաթթու՝ Կ2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 + 5H 2 O 2® H 2 Cr 2 O 12 + K 2 SO 4 + 5H 2Օ, որը բավականին արագ քայքայվում է՝ Հ 2 Cr 2 O 12 + 3H 2 SO 4 ® Cr 2 (SO 4) 3 + 4H 2 O + 4O 2. Եթե գումարենք այս երկու հավասարումները, ապա կստանանք կալիումի երկքրոմատի վերացման ռեակցիան ջրածնի պերօքսիդի հետ.K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 + 5H 2 O 2® Cr 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 9H 2 O + 4O 2.Պերքրոմաթթուն կարող է արդյունահանվել ջրային լուծույթից եթերի հետ (այն շատ ավելի կայուն է եթերի լուծույթում, քան ջրում)։ Եթերային շերտը դառնում է ինտենսիվ կապույտ:Իլյա Լինսոն
ԳՐԱԿԱՆՈՒԹՅՈՒՆ Dolgoplosk B.A., Tinyakova E.I. Ազատ ռադիկալների առաջացումը և դրանց ռեակցիաները. Մ., Քիմիա, 1982Ջրածնի պերօքսիդի քիմիա և տեխնոլոգիա. Լ., Քիմիա, 1984
§3. Ռեակցիայի հավասարումը և ինչպես գրել այն
Փոխազդեցություն ջրածինըՀետ թթվածին, ինչպես հաստատել է սըր Հենրի Քավենդիշը, հանգեցնում է ջրի ձևավորմանը։ Եկեք օգտագործենք այս պարզ օրինակը, որպեսզի սովորենք, թե ինչպես գրել քիմիական ռեակցիայի հավասարումներ.
Ինչից դուրս է գալիս ջրածինըԵվ թթվածին, մենք արդեն գիտենք.
H 2 + O 2 → H 2 O
Այժմ հաշվի առնենք, որ քիմիական տարրերի ատոմները քիմիական ռեակցիաներում չեն անհետանում և չեն առաջանում ոչնչից, չեն փոխակերպվում միմյանց, այլ. միավորել նոր համակցություններով, ձևավորելով նոր մոլեկուլներ։ Սա նշանակում է, որ քիմիական ռեակցիայի հավասարման մեջ պետք է լինեն յուրաքանչյուր տեսակի ատոմների նույն թիվը նախքանռեակցիաներ ( ձախհավասար նշանից) և հետոռեակցիայի ավարտը ( աջ կողմումհավասար նշանից), այսպես.
2H 2 + O 2 = 2H 2 O
Ահա թե ինչ է դա ռեակցիայի հավասարումը - Ընթացիկ քիմիական ռեակցիայի պայմանական գրանցում` օգտագործելով նյութերի բանաձևերը և գործակիցները.
Սա նշանակում է, որ տվյալ ռեակցիայում երկու խլուրդ ջրածինըպետք է արձագանքել մեկ խլուրդ թթվածին, և արդյունքը կլինի երկու խլուրդ ջուր.
Փոխազդեցություն ջրածինըՀետ թթվածին- ամենևին էլ պարզ գործընթաց չէ: Դա հանգեցնում է այս տարրերի օքսիդացման վիճակների փոփոխության: Նման հավասարումներում գործակիցներ ընտրելու համար նրանք սովորաբար օգտագործում են « էլեկտրոնային հաշվեկշիռ".
Երբ ջուրը գոյանում է ջրածնից և թթվածնից, դա նշանակում է ջրածինըփոխել է իր օքսիդացման վիճակը 0 նախքան + Ես, Ա թթվածին-ից 0 նախքան −II. Այս դեպքում մի քանիսը ջրածնի ատոմներից անցել են թթվածնի ատոմներին։ (n)էլեկտրոններ:
Այստեղ ծառայում են ջրածին նվիրաբերող էլեկտրոնները նվազեցնող միջոց, իսկ թթվածին ընդունող էլեկտրոններն են օքսիդացնող նյութ.
Օքսիդացնող և վերականգնող նյութեր
Այժմ տեսնենք, թե ինչպես են էլեկտրոններ տալու և ստանալու գործընթացները առանձին-առանձին: Ջրածին, հանդիպելով «ավազակին» թթվածին, կորցնում է իր բոլոր ակտիվները՝ երկու էլեկտրոն, և նրա օքսիդացման վիճակը դառնում է հավասար. + Ես:
N 2 0 − 2 ե− = 2Н +I
Տեղի է ունեցել օքսիդացման կես ռեակցիայի հավասարումըջրածինը։
Իսկ ավազակը՝ թթվածին O 2, վերցնելով վերջին էլեկտրոնները դժբախտ ջրածնից, շատ գոհ է իր նոր օքսիդացման վիճակից -II:
O2+4 ե− = 2O −II
Սա կրճատման կես ռեակցիայի հավասարումըթթվածին.
Մնում է ավելացնել, որ և՛ «ավազակը», և՛ նրա «զոհը» կորցրել են իրենց քիմիական անհատականությունը և պատրաստված են պարզ նյութերից՝ երկատոմային մոլեկուլներով գազերից։ Հ 2Եվ O 2վերածվել է նոր քիմիական նյութի բաղադրիչների. ջուր Հ 2 Օ.
Այնուհետև մենք կպատճառաբանենք հետևյալ կերպ. քանի՞ էլեկտրոն է տվել վերականգնիչ նյութը օքսիդացող ավազակին, այդքան էլեկտրոն է նա ստացել: Նվազեցնող նյութի կողմից նվիրաբերված էլեկտրոնների թիվը պետք է հավասար լինի օքսիդացնող նյութի կողմից ընդունված էլեկտրոնների թվին..
Այնպես որ, դա անհրաժեշտ է հավասարեցնել էլեկտրոնների թիվըառաջին և երկրորդ կիսամյակային ռեակցիաներում: Քիմիայում ընդունված է կիսա-ռեակցիոն հավասարումների գրման հետևյալ պայմանական ձևը.
2 N 2 0 − 2 ե− = 2Н +I |
|
1 O 2 0 + 4 ե− = 2O −II |
Այստեղ 2 և 1 համարները, որոնք գտնվում են գանգուր փակագծի ձախ կողմում, գործոններ են, որոնք կօգնեն ապահովել, որ տրված և ստացված էլեկտրոնների թիվը հավասար է: Հաշվի առնենք, որ կիսա-ռեակցիայի հավասարումներում տրված է 2 էլեկտրոն, իսկ ընդունված և տրված էլեկտրոնների քանակը հավասարեցնելու համար գտե՛ք ամենափոքր ընդհանուր բազմապատիկը և հավելյալ գործակիցները։ Մեր դեպքում ամենափոքր ընդհանուր բազմապատիկը 4-ն է: Ջրածնի լրացուցիչ գործակիցները կլինեն 2 (4: 2 = 2), իսկ թթվածնի համար՝ 1 (4: 4 = 1):
Ստացված բազմապատկիչները կծառայեն որպես ապագա ռեակցիայի հավասարման գործակիցներ.
2H 2 0 + O 2 0 = 2H 2 +I O −II
Ջրածին օքսիդանում էոչ միայն հանդիպելիս թթվածին. Նրանք ջրածնի վրա գործում են մոտավորապես նույն կերպ։ ֆտորին F 2, հալոգեն և հայտնի «ավազակ» և անվնաս թվացող ազոտ N 2:
H 2 0 + F 2 0 = 2H +I F -I |
3H 2 0 + N 2 0 = 2N -III H 3 +I |
Այս դեպքում ստացվում է ջրածնի ֆտորիդ ՀՖկամ ամոնիակ NH 3.
Երկու միացություններում էլ օքսիդացման վիճակն է ջրածինըդառնում է հավասար + Ես, քանի որ նա ստանում է մոլեկուլային գործընկերներ, ովքեր «ագահ» են այլ մարդկանց էլեկտրոնային ապրանքների համար, բարձր էլեկտրաբացասականությամբ. ֆտորին ՖԵվ ազոտ Ն. U ազոտէլեկտրաբացասականության արժեքը հավասար է երեք պայմանական միավորների, և ֆտորիդԸնդհանուր առմամբ, բոլոր քիմիական տարրերի մեջ ամենաբարձր էլեկտրաբացասականությունը չորս միավոր է: Ուստի զարմանալի չէ, որ նրանք թողեցին աղքատ ջրածնի ատոմը առանց որևէ էլեկտրոնային միջավայրի:
Բայց ջրածինըՄիգուցե վերականգնել- ընդունել էլեկտրոններ. Դա տեղի է ունենում, եթե դրա հետ ռեակցիային մասնակցում են ալկալիական մետաղները կամ կալցիումը, որոնք ավելի ցածր էլեկտրաբացասականություն ունեն, քան ջրածինը։
2H2 + O2 ––> 2H2O
ջրածնի, թթվածնի և ջրի կոնցենտրացիաները փոխվում են տարբեր աստիճաններով՝ ΔC(H2) = ΔC(H2O) = 2 ΔC(O2):
Քիմիական ռեակցիայի արագությունը կախված է բազմաթիվ գործոններից՝ ռեակտիվների բնույթից, դրանց կոնցենտրացիայից, ջերմաստիճանից, լուծիչի բնույթից և այլն։
2.1.1 Քիմիական ռեակցիայի կինետիկ հավասարում. Ռեակցիայի կարգը.
Քիմիական կինետիկայի առջև ծառացած խնդիրներից մեկը ռեակցիայի խառնուրդի բաղադրությունը (այսինքն՝ բոլոր ռեագենտների կոնցենտրացիաների) որոշումն է ցանկացած պահի, որի համար անհրաժեշտ է իմանալ ռեակցիայի արագության կախվածությունը կոնցենտրացիաներից: Ընդհանուր առմամբ, որքան մեծ է ռեակտիվների կոնցենտրացիան, այնքան մեծ է քիմիական ռեակցիայի արագությունը: Քիմիական կինետիկան հիմնված է այսպես կոչված. Քիմիական կինետիկայի հիմնական պոստուլատը.
Քիմիական ռեակցիայի արագությունը ուղիղ համեմատական է արձագանքող նյութերի կոնցենտրացիաների արտադրանքին՝ վերցված որոշակի հզորությունների:
Այսինքն՝ ռեակցիայի համար
aA + bB + dD + . ––> eE + .
կարելի է գրել.
Համաչափության գործակիցը k քիմիական ռեակցիայի արագության հաստատունն է: Արագության հաստատունը թվայինորեն հավասար է ռեակցիայի արագությանը բոլոր ռեակտիվների կոնցենտրացիաներում, որոնք հավասար են 1 մոլ/լ:
Ռեակցիայի արագության կախվածությունը ռեակտիվների կոնցենտրացիաներից որոշվում է փորձարարական եղանակով և կոչվում է քիմիական ռեակցիայի կինետիկ հավասարում։ Ակնհայտ է, որ կինետիկ հավասարումը գրելու համար անհրաժեշտ է փորձարարականորեն որոշել արագության հաստատունի և ցուցիչների արժեքը արձագանքող նյութերի կոնցենտրացիաներում: Քիմիական ռեակցիայի կինետիկ հավասարման մեջ ռեակտիվներից յուրաքանչյուրի կոնցենտրացիայի աստիճանը (II.4) x, y և z, համապատասխանաբար) ռեակցիայի որոշակի կարգն է այս բաղադրիչի համար: Քիմիական ռեակցիայի կինետիկ հավասարման ցուցիչների գումարը (x + y + z) ներկայացնում է ռեակցիայի ընդհանուր կարգը: Պետք է ընդգծել, որ ռեակցիայի կարգը որոշվում է միայն փորձարարական տվյալների հիման վրա և կապված չէ ռեակցիայի հավասարման մեջ ռեակտիվների ստոյխիոմետրիկ գործակիցների հետ։ Ռեակցիայի ստոյխիոմետրիկ հավասարումը նյութական հաշվեկշռի հավասարումն է և ոչ մի կերպ չի կարող որոշել ժամանակի ընթացքում այս ռեակցիայի ընթացքի բնույթը։
Քիմիական կինետիկայի մեջ ընդունված է ռեակցիաները դասակարգել ըստ ռեակցիաների ընդհանուր կարգի մեծության։ Դիտարկենք ռեակտիվների կոնցենտրացիայի կախվածությունը ժամանակից անշրջելի (միակողմանի) զրոյական, առաջին և երկրորդ կարգի ռեակցիաների համար։
2.1.2 Զրոյական կարգի ռեակցիաներ
Զրոյական կարգի ռեակցիաների դեպքում կինետիկ հավասարումն ունի հետևյալ ձևը.
Զրոյական կարգի ռեակցիայի արագությունը հաստատուն է ժամանակի ընթացքում և կախված չէ ռեակտիվների կոնցենտրացիաներից. Սա բնորոշ է բազմաթիվ տարասեռ ռեակցիաների համար (որը տեղի է ունենում փուլային միջերեսում) այն դեպքում, երբ ռեակտիվների մակերևույթին տարածման արագությունը փոքր է դրանց քիմիական փոխակերպման արագությունից:
2.1.3 Առաջին կարգի ռեակցիաներ
Դիտարկենք A սկզբնական նյութի կոնցենտրացիայի ժամանակային կախվածությունը A ––> B առաջին կարգի ռեակցիայի դեպքում: Առաջին կարգի ռեակցիաները բնութագրվում են (II.6) ձևի կինետիկ հավասարմամբ: Դրա մեջ փոխարինենք (II.2) արտահայտությունը.
(II.7)
(II.7) արտահայտությունը ինտեգրելուց հետո մենք ստանում ենք.
Ինտեգրման g հաստատունը որոշում ենք սկզբնական պայմաններից՝ t = 0 ժամանակում C-ի կոնցենտրացիան հավասար է Co-ի սկզբնական կոնցենտրացիայի: Հետևում է, որ g = ln Co. Մենք ստանում ենք.
Բրինձ. 2.3Համակենտրոնացման լոգարիթմի կախվածությունը ժամանակից առաջին կարգի ռեակցիաների համար
Այսպիսով, առաջին կարգի ռեակցիայի կոնցենտրացիայի լոգարիթմը գծայինորեն կախված է ժամանակից (նկ. 2.3) և արագության հաստատունը թվայինորեն հավասար է ուղիղ գծի թեքության անկյան շոշափմանը դեպի ժամանակի առանցքը:
(II.9) հավասարումից հեշտ է ստանալ միակողմանի առաջին կարգի ռեակցիայի արագության հաստատունի արտահայտություն.
Ռեակցիայի մեկ այլ կինետիկ բնութագիր է կիսամյակը t1/2 - այն ժամանակը, որի ընթացքում սկզբնական նյութի կոնցենտրացիան կիսով չափ նվազում է սկզբնականի համեմատ: Եկեք արտահայտենք t1/2 առաջին կարգի ռեակցիայի համար՝ հաշվի առնելով, որ C = ½Co:
(II.12)
Ինչպես երևում է ստացված արտահայտությունից, առաջին կարգի ռեակցիայի կես կյանքը կախված չէ սկզբնական նյութի սկզբնական կոնցենտրացիայից։
2.1.4 Երկրորդ կարգի ռեակցիաներ
Երկրորդ կարգի ռեակցիաների համար կինետիկ հավասարումն ունի հետևյալ ձևը.
Դիտարկենք ամենապարզ դեպքը, երբ կինետիկ հավասարումն ունի (II.14) ձևը կամ, նույնը, (II.15) ձևի հավասարման մեջ սկզբնական նյութերի կոնցենտրացիաները նույնն են. հավասարումը (II.14) այս դեպքում կարող է վերաշարադրվել հետևյալ կերպ.
(II.16)
Փոփոխականների առանձնացումից և ինտեգրումից հետո մենք ստանում ենք.
Ինտեգրման g հաստատունը, ինչպես նախորդ դեպքում, որոշվում է սկզբնական պայմաններից։ Մենք ստանում ենք.
Այսպիսով, (II.14) ձևի կինետիկ հավասարմամբ երկրորդ կարգի ռեակցիաների համար բնորոշ է հակադարձ կոնցենտրացիայի գծային կախվածությունը ժամանակից (նկ. 2.4), իսկ արագության հաստատունը հավասար է թեքության անկյան շոշափմանը։ ուղիղ գծից դեպի ժամանակի առանցքը.
(II.20)
Բրինձ. 2.4Երկրորդ կարգի ռեակցիաների հակադարձ կոնցենտրացիայի կախվածությունը ժամանակից
Եթե Co, A և Co, B ռեակտիվների սկզբնական կոնցենտրացիաները տարբեր են, ապա ռեակցիայի արագության հաստատունը հայտնաբերվում է ինտեգրելով (II.21) հավասարումը, որում CA և CB-ն ռեակտիվների կոնցենտրացիաներն են սկզբից t պահին: ռեակցիայի:
(II.21)
Այս դեպքում արագության հաստատունի համար մենք ստանում ենք արտահայտությունը
2. Գրի՛ր ռեակցիայի կինետիկ հավասարումը 2H2 + O2 = 2H2O: 3. Քանի՞ անգամ կաճի ռեակցիայի արագությունը, եթե ջերմաստիճանի գործակիցը 3 է, իսկ ջերմաստիճանը 30 աստիճանով: 4. Երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է 40 աստիճանով, ռեակցիայի արագությունը մեծանում է 16 անգամ։ Որոշեք ջերմաստիճանի գործակիցը:
Նկար 12 «Արձագանքման արագություն» ներկայացումից«Ռեակցիաներ» թեմայով քիմիայի դասերինՉափերը՝ 960 x 720 պիքսել, ֆորմատը՝ jpg։ Քիմիայի դասի անվճար նկար ներբեռնելու համար աջ սեղմեք նկարի վրա և սեղմեք «Պահպանել պատկերը որպես...»: Դասի նկարները ցուցադրելու համար կարող եք նաև անվճար ներբեռնել «Reaction Speed.ppt» ամբողջ շնորհանդեսը՝ բոլոր նկարներով, որոնք գտնվում են zip արխիվում: Արխիվի չափը 15 ԿԲ է։
Ներբեռնեք ներկայացումըՌեակցիաներ
«Արձագանքման արագություն» - արագության վրա ազդող գործոններ: Ի՞նչ ենք սովորել։ Ռեակտիվների կոնցենտրացիայի ազդեցությունը (միասեռ համակարգերի համար) 3-րդ շարք. Ջերմաստիճանը. Ինչն է որոշում ռեակցիաների արագությունը: 2. Գրի՛ր ռեակցիայի կինետիկ հավասարումը 2H2 + O2 = 2H2O: Կատալիզատորների կամ ինհիբիտորների առկայությունը: Խնդրի լուծում. Կատալիզատորներ և կատալիզատորներ.
«Նյութերի զանգվածի պահպանման օրենքը» - 1673 թ. Նյութերի զանգվածի պահպանման օրենքը. Ցուցանիշ. Ցուցանիշը ցույց է տալիս նյութի բանաձևային միավորի ատոմների քանակը: Ինչպես Բոյլը, այնպես էլ ռուս գիտնականը փորձեր կատարեց կնքված հակադարձումներով: 1789 թ Կազիբեկ բիի անվան թիվ 36 միջնակարգ դպրոց. Ռոբերտ Բոյլ. Գործակից. 5n2o. 1748 թ Քիմիական բանաձև. Դասի նպատակները՝ Ուսումնական - փորձարարական կերպով ապացուցել նյութերի զանգվածի պահպանման օրենքը։
«Ռադիոակտիվ փոխակերպումներ» - Պատմության ուղենիշներ. Ոչ սկզբնական ժամանակում ռադիոակտիվ միջուկների թիվն է: t – քայքայման ժամանակ: Ռադիոակտիվ քայքայման օրենքը. Փորձ. Ի՞նչ է կիսատ կյանքը: T-կես կյանք: Ռադերֆորդի հետազոտությունը. Եզրակացություն կանոններից. Ռադիոակտիվ նյութի ատոմները ենթակա են ինքնաբուխ փոփոխությունների։ Ռադիոակտիվության հետազոտության նախապատմություն.
«Քիմիական ռեակցիաների գործնական աշխատանք» - PPG. H2 – գազ, անգույն, անհոտ, օդից թեթև: 4) Սև CuO-ը դառնում է կարմիր, փորձանոթի պատերին ձևավորվում է H2O: Փորձարկման խողովակներ. 2) Մաքուր H2-ը պայթում է ձանձրալի պայթյունով, H2-ը՝ կեղտից՝ հաչալու ձայն: 3kcns+feci3=3kci+fe(cns)3 փոխանակում։ AI+HCI. Cu. Zn+H2SO4 = ZnSO4+H2 փոխարինում: Ալկոհոլային լամպ: Նկատվել են քիմիական ռեակցիաների նշաններ.
«Ռեակցիաներ» - հոտի տեսք: Հիմնական գաղափարներ տվեք քիմիական ռեակցիայի մասին: Գազի բացթողում. Սարքավորումներ. Լուծումներ՝ աղաթթու և կրաքարի ջուր, մարմարի մի կտոր։ Տնային առաջադրանքների ստուգում. Բերե՛ք բարդ նյութերի օրինակներ: Քիմիայի դերը մարդու կյանքում. Նստվածքի առաջացում. Ջերմության ազատում կամ կլանում:
«Էլեկտրոլիտային տարանջատման տեսություն» - Բոլոր պարզ նյութերը, բոլոր օքսիդները և որոշ թթուներ, հիմքեր և աղեր: Սվանտե Արրենիուս. Նյութեր լուծույթներում. Իոնային և կովալենտային բևեռային կապերով նյութեր: Էլեկտրոլիտիկ դիսոցիացիայի տեսություն (ԵԴ): TED-ի II դիրքորոշումը. Կովալենտային կապերով նյութեր. իոնացում? տարանջատում.
Ընդհանուր առմամբ կա 28 շնորհանդես
- հետ շփման մեջ 0
- Google+ 0
- լավ 0
- Ֆեյսբուք 0
