Освобождаването на звук при химически реакции най-често се наблюдава при експлозии, когато рязкото повишаване на температурата и налягането предизвиква вибрации във въздуха. Но можете и без експлозии. Ако излеете малко оцет върху сода за хляб, се чува съскане и се отделя въглероден диоксид: NaHCO3 + CH3COOH \u003d CH3COONa + H2O + CO2. Ясно е, че във вакуум няма да се чуе нито тази реакция, нито експлозията.

Друг пример: ако излеете малко тежка концентрирана сярна киселина на дъното на стъклен цилиндър, след това изсипете слой лек алкохол отгоре и след това поставете кристали калиев перманганат (калиев перманганат) на границата между две течности, ще чуете доста силно пращене и ярки искри се виждат в тъмното. И ето един много интересен пример за "звукова химия".

Всички чуха как жужи пламъкът в печката.

Бръмченето се чува и ако изтичащият от тръбата водород се подпали и краят на тръбата се спусне в съд с конична или сферична форма. Това явление беше наречено пеещ пламък.

Известно е и обратното явление – въздействието на звука на свирка върху пламък. Пламъкът може, така да се каже, да "усеща" звука, да следва промените в неговата интензивност, да създава своеобразно "светлинно копие" на звукови вибрации.

Така че всичко в света е взаимосвързано, включително дори такива привидно далечни науки като химия и акустика.

Помислете за последния от горните признаци на химични реакции - утаяването на утайка от разтвор.

В ежедневието подобни реакции са рядкост. Някои градинари знаят, че ако приготвите така наречената бордолезска течност за борба с вредителите (наречена на град Бордо във Франция, където лозята са били пръскани с нея) и за това смесите разтвор на меден сулфат с варно мляко, тогава ще се образува утайка форма.

Сега рядко някой приготвя течност от Бордо, но всеки е виждал котления камък в чайника. Оказва се, че това също е утайка, която се утаява по време на химична реакция!

Тази реакция е така. Във водата има малко разтворим калциев бикарбонат Ca(HCO3)2. Това вещество се образува, когато подпочвените води, в които е разтворен въглероден диоксид, проникват през варовити скали.

В този случай има реакция на разтваряне на калциев карбонат (а именно варовик, креда, мрамор се състоят от него): CaCO3 + CO2 + H2O = Ca (HCO3) 2. Ако сега водата се изпари от разтвора, тогава реакцията започва да върви в обратна посока.

Водата може да се изпари, когато разтвор на калциев бикарбонат се събира капка по капка върху тавана на подземна пещера и тези капчици понякога падат надолу.

Така се раждат сталактити и сталагмити. Обратната реакция възниква и при нагряване на разтвора.

Ето как се образува котлен камък в чайника.

И колкото повече бикарбонат има във водата (тогава водата се нарича твърда), толкова повече се образува котлен камък. А примесите от желязо и манган правят мащаба не бял, а жълт или дори кафяв.

Лесно е да се провери дали мащабът наистина е карбонатен. За да направите това, трябва да действате върху него с оцет - разтвор на оцетна киселина.

В резултат на реакцията CaCO3 + 2CH3COOH = (CH3COO)2Ca + + H2O + CO2 ще се отделят мехурчета въглероден диоксид и котленият камък ще започне да се разтваря.

Изброените признаци (повтаряме ги още веднъж: отделяне на светлина, топлина, газ, утайка) не винаги ни позволяват да кажем, че реакцията наистина протича.

Например, при много висока температура калциевият карбонат CaCO3 (креда, варовик, мрамор) се разлага и се образуват калциев оксид и въглероден диоксид: CaCO3 \u003d CaO + CO2 и по време на тази реакция топлинната енергия не се освобождава, а се абсорбира и външният вид на веществото се променя малко.

Друг пример. Ако смесите разредени разтвори на солна киселина и натриев хидроксид, тогава не се наблюдават видими промени, въпреки че реакцията е HC1 + NaOH = NaCl + H2O. В тази реакция разяждащите вещества - киселина и основа се "загасиха" взаимно и резултатът беше безвреден натриев хлорид (трапезна сол) и вода.

Но ако смесите разтвори на солна киселина и калиев нитрат (калиев нитрат), тогава няма да настъпи химическа реакция.

Това означава, че не винаги може да се каже дали реакцията е протекла само по външни признаци.

Помислете за най-често срещаните реакции, като използвате примера на киселини, основи, оксиди и соли - основните класове неорганични съединения.

Изпратете добрата си работа в базата знания е лесно. Използвайте формата по-долу

Студенти, докторанти, млади учени, които използват базата от знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.

публикувано на http://www.allbest.ru/

• Въведение
• 1. Понятието звук. звукови вълни
• 1.1 Област на изследване на звуковите ефекти върху химичните процеси
• 1.2 Звукови химични методи
• 2. Използване на инфразвука като метод за усилване химикотехнологични процеси
• 3. Използването на ултразвук като начин за интензифициране на химичните процеси
• Заключение
• Въведение
• Двадесет и първи век е векът на био- и нанотехнологиите, универсалната информатизация, електрониката, инфразвука и ултразвука. Ултразвукът и инфразвукът са вълнообразно разпространяващо се колебателно движение на частиците на средата и се характеризират с редица отличителни черти в сравнение с трептенията в звуковия диапазон. В ултразвуковия честотен диапазон е относително лесно да се получи насочено излъчване; ултразвуковите вибрации се поддават добре на фокусиране, в резултат на което се увеличава интензивността на ултразвуковите вибрации в определени зони на въздействие. Когато се разпространяват в газове, течности и твърди вещества, звуковите вибрации генерират уникални явления, много от които са намерили практическо приложение в различни области на науката и технологиите, появиха се десетки високоефективни, ресурсоспестяващи звукови технологии. През последните години използването на звукови вибрации започна да играе все по-важна роля в индустрията и научните изследвания. Успешно са проведени теоретични и експериментални изследвания в областта на ултразвуковата кавитация и акустичните потоци, което направи възможно разработването на нови технологични процеси, които се случват под действието на ултразвук в течната фаза.
• В момента се формира ново направление в химията - звукова химия, която позволява да се ускорят много химико-технологични процеси и да се получат нови вещества, наред с теоретични и експериментални изследвания в областта на звуковите химични реакции, много практически работата е свършена. Развитието и прилагането на звукови технологии в момента отваря нови перспективи за създаване на нови вещества и материали, за придаване на нови свойства на известни материали и среди и следователно изисква разбиране на явленията и процесите, протичащи под действието на ултразвук и инфразвук , възможностите на новите технологии и перспективите за тяхното приложение.
• 1. Концепцията за звука. звукови вълни

Звукът е физическо явление, което представлява разпространение на механични вибрации под формата на еластични вълни в твърда, течна или газообразна среда. В тесен смисъл звукът се отнася до тези вибрации, разглеждани във връзка с това как се възприемат от сетивните органи на животните и хората.

Както всяка вълна, звукът се характеризира с амплитуда и честотен спектър. Обикновен човек е в състояние да чуе звукови вибрации в честотния диапазон от 16-20 Hz до 15-20 kHz. Звук под обхвата на човешкия слух се нарича инфразвук; по-високи: до 1 GHz - чрез ултразвук, от 1 GHz - чрез хиперзвук. Силата на звука по сложен начин зависи от ефективното звуково налягане, честотата и формата на вибрациите, а височината на звука зависи не само от честотата, но и от големината на звуковото налягане.

Звуковите вълни във въздуха са редуващи се области на компресия и разреждане. Звуковите вълни могат да служат като пример за колебателен процес. Всяко колебание е свързано с нарушаване на равновесното състояние на системата и се изразява в отклонението на нейните характеристики от равновесните стойности с последващо връщане към първоначалната стойност. За звуковите вибрации такава характеристика е налягането в точка на средата, а нейното отклонение е звуковото налягане.

Ако направите рязко изместване на частиците на еластична среда на едно място, например с помощта на бутало, тогава налягането ще се увеличи на това място. Благодарение на еластичните връзки на частиците, налягането се прехвърля към съседните частици, които от своя страна действат върху следващите, а зоната на повишено налягане, така да се каже, се движи в еластична среда. Областта на високо налягане е последвана от зоната на ниско налягане и по този начин се образува поредица от редуващи се области на компресия и разреждане, разпространяващи се в средата под формата на вълна. Всяка частица от еластичната среда в този случай ще трепти.

Фигура 1 - Движение на частици по време на разпространение на вълна а) движение на частици на средата по време на разпространение на надлъжна вълна; б) движението на частици от средата по време на разпространение на напречна вълна.

Фигура 2 - Характеристики на осцилаторния процес

В течни и газообразни среди, където няма значителни колебания в плътността, акустичните вълни са надлъжни по природа, т.е. посоката на трептене на частиците съвпада с посоката на движение на вълната. В твърдите тела, в допълнение към надлъжните деформации, възникват и еластични деформации на срязване, които предизвикват възбуждане на напречни (срязващи) вълни; в този случай частиците осцилират перпендикулярно на посоката на разпространение на вълната. Скоростта на разпространение на надлъжните вълни е много по-голяма от скоростта на разпространение на срязващите вълни.

1.1 Област на изследване на звуковите ефекти върху химичните процеси

Клонът на химията, който изучава взаимодействието на мощни акустични вълни и произтичащите от това химични и физикохимични ефекти, се нарича сонохимия (сонохимия). Сонохимията изследва кинетиката и механизма на сонохимичните реакции, протичащи в обема на звуковото поле. Областта на звуковата химия включва и някои физични и химични процеси в звуково поле: сонолуминесценция, дисперсия на вещество под действието на звук, емулгиране и други колоидни химични процеси. Сонолуминесценцията е феноменът на появата на светкавица по време на колапса на кавитационни мехурчета, генерирани в течност от мощна ултразвукова вълна. Типичен опит за наблюдение на сонолуминесценция е следният: резонатор се поставя в съд с вода и в него се създава стояща сферична ултразвукова вълна. При достатъчна ултразвукова мощност в самия център на резервоара се появява ярък точков източник на синкава светлина - звукът се превръща в светлина. Сонохимията обръща основно внимание на изучаването на химичните реакции, протичащи под действието на акустични вибрации - сонохимични реакции.

По правило звукохимичните процеси се изследват в ултразвуковия диапазон (от 20 kHz до няколко MHz). Много по-рядко се изследват звуковите вибрации в килохерцовия и инфразвуковия диапазон.

Звуковата химия изследва процесите на кавитация. Кавитацията (от латински cavita - празнота) е процесът на изпаряване и последваща кондензация на парни мехурчета в течен поток, придружен от шум и хидравлични удари, образуване на кухини в течността (кавитационни мехурчета или каверни), пълни с пари на самата течност, в която се среща. Кавитацията възниква в резултат на локално намаляване на налягането в течността, което може да възникне или с увеличаване на нейната скорост (хидродинамична кавитация), или с преминаване на акустична вълна с висок интензитет по време на полупериода на разреждане (акустична кавитация). ), има и други причини за ефекта. Придвижвайки се с потока към зона с по-високо налягане или по време на полуцикъл на компресия, кавитационният балон се свива, като същевременно излъчва ударна вълна.

1.2 Методи за добра химия

За изследване на звуково-химични реакции се използват следните методи: обратен пиезоелектричен ефект и магнитострикционен ефект за генериране на високочестотни звукови вибрации в течност, аналитична химия за изследване на продуктите на звуково-химични реакции, обратен пиезоелектричен ефект - появата на механични деформации под действието на електрическо поле (използвани в акустични излъчватели, в системи механични движения - активатори).

Магнитостримцията е явление, което се състои в това, че когато състоянието на намагнитване на тялото се променя, неговият обем и линейни размери се променят (използват се за генериране на ултразвук и хиперзвук).

Инфразвук са звукови вълни, чиято честота е по-ниска от възприеманата от човешкото ухо. Тъй като човешкото ухо обикновено може да чува звуци в честотния диапазон от 16-20 "000 Hz, 16 Hz обикновено се приема като горна граница на инфразвуковия честотен диапазон. Долната граница на инфразвуковия диапазон условно се определя като 0,001 Hz .

Инфразвукът има редица характеристики, свързани с ниската честота на трептенията на еластична среда: има много по-големи амплитуди на трептене; разпространява се много по-далеч във въздуха, тъй като абсорбцията му в атмосферата е незначителна; проявява феномена на дифракция, в резултат на което лесно прониква в помещения и заобикаля препятствия, които забавят чуваемите звуци; кара големи предмети да вибрират поради резонанс.

вълна ултразвук химическа кавитация

2. Използване на инфразвука като начин за интензификация на химико-технологичните процеси

Физическото въздействие върху химичните реакции в този случай се извършва в инфразвукови устройства,- устройства, в които се използват нискочестотни акустични вибрации за интензифициране на технологичните процеси в течни среди (всъщност инфразвукови с честота до 20 Hz, звук с честота до 100 Hz). Трептенията се създават директно в обработваната среда с помощта на гъвкави излъчватели с различни конфигурации и форми или твърди метални бутала, свързани към стените на технологичните контейнери чрез еластични елементи (например гума). Това дава възможност да се разтоварят стените на инфразвуковия апарат от вибрациите на източника, значително намалява тяхната вибрация и нивото на шума в промишлените помещения. В инфразвуковите устройства се възбуждат трептения с големи амплитуди (от единици до десетки mm).

Въпреки това, ниското поглъщане на инфразвука от работната среда и възможността за съгласуване с излъчвателя на трептения (избор на подходящи параметри на източника) и размера на апарата (за обработка на определени обеми течност) позволяват да се разшири нелинейната вълнови ефекти, възникващи под въздействието на инфразвука до големи технологични обеми. Поради това инфразвуковите устройства са коренно различни от ултразвуковите, в които течностите се обработват в малък обем.

В инфразвуковите устройства се реализират следните физически ефекти (едно или повече едновременно): кавитация, високоамплитудно променливо и радиационно (звуково излъчване) налягане, редуващи се флуидни потоци, акустични течения (звуков вятър), дегазация на течността и образуване на множество газови мехурчета и техните равновесни слоеве в него, фазово изместване на колебанията между суспендираните частици и течността. Тези ефекти значително ускоряват окислително-възстановителните, електрохимичните и други реакции, интензифицирани са 2-4 пъти индустриалните процеси на смесване, филтриране, разтваряне и диспергиране на твърди материали в течности, разделяне, класифициране и дехидратиране на суспензии, както и почистване на части и механизми и др. .

Използването на инфразвук позволява няколко пъти да се намали специфичната консумация на енергия и метал и общите размери на апарата, както и да се обработват течности директно в потока при транспортирането им през тръбопроводи, което елиминира инсталирането на миксери и други устройства.

Фигура 3 - Инфразвуков апарат за смесване на суспензии: 1 - мембранен излъчвател на вибрации; 2 - модулатор на сгъстен въздух; 3 - устройство за зареждане; 4 - компресор

Едно от най-разпространените приложения на инфразвука е смесването на суспензии посредством, например, тръбен инфразвуков апарат. Такава машина се състои от един или повече последователно свързани хидропневматични излъчватели и зареждащо устройство.

3. Използването на ултразвук при интензифициране на химични процеси

Ултразвукмикрони - звукови вълни с честота, по-висока от възприеманата от човешкото ухо, обикновено под ултразвук се разбират честоти над 20 000 херца. Високочестотните вибрации, използвани в индустрията, обикновено се създават с помощта на пиезокерамични преобразуватели. В случаите, когато мощността на ултразвуковите вибрации е от първостепенно значение, се използват механични източници на ултразвук.

Въздействието на ултразвука върху химичните и физико-химичните процеси, протичащи в течност, включва: иницииране на някои химични реакции, промяна на скоростта и понякога посоката на реакциите, поява на сияние в течността (сонолуминесценция), създаване на шок вълни в течността, емулгиране на несмесващи се течности и коалесцентни частици вътре в движещата се среда или на повърхността на тялото) емулсии, дисперсия (фино смилане на твърди вещества или течности) на твърди вещества и коагулация (комбиниране на малки диспергирани частици в по-големи агрегати) на твърди частици в течности, обезгазяване на течности и др. За осъществяване на технологичните процеси се използват ултразвукови устройства.

Влиянието на ултразвука върху различни процеси е свързано с кавитация (образуване в течност по време на преминаването на акустична вълна от кухини (кавитационни мехурчета), пълни с газ, пара или смес от тях).

Химичните реакции, протичащи в течност под действието на ултразвук (звукохимични реакции), могат да бъдат разделени на: а) окислително-редукционни реакции, протичащи във водни разтвори между разтворени вещества и продукти на разлагане на водни молекули вътре в кавитационния мехур (H, OH,) , например:

б) Реакции между разтворени газове и вещества с високо налягане на парите вътре в кавитационния мехур:

в) Верижни реакции, инициирани не от радикални продукти на разлагане на вода, а от някакво друго вещество, дисоцииращо в кавитационен мехур, например изомеризация на малеинова киселина до фумарова киселина под действието на Br, който се образува в резултат на сонохимична дисоциация.

г) Реакции с участието на макромолекули. За тези реакции са важни не само кавитацията и свързаните с нея ударни вълни и кумулативни струи, но и механичните сили, които разделят молекулите. Получените макрорадикали в присъствието на мономера са способни да инициират полимеризация.

д) Иницииране на експлозия в течни и твърди експлозиви.

е) Реакции в течни неводни системи, например пиролиза и окисление на въглеводороди, окисляване на алдехиди и алкохоли, алкилиране на ароматни съединения и др.

Основната енергийна характеристика на сонохимичните реакции е енергийният добив, който се изразява в броя на молекулите на продукта, образувани с цената на 100 eV абсорбирана енергия. Енергийният добив на продуктите на окислително-възстановителните реакции обикновено не надвишава няколко единици, а за верижните реакции достига няколко хиляди.

Под действието на ултразвук в много реакции е възможно да се увеличи скоростта няколко пъти (например в реакциите на хидрогениране, изомеризация, окисление и др.), Понякога добивът също се увеличава едновременно.

Важно е да се вземе предвид въздействието на ултразвука при разработването и внедряването на различни технологични процеси (например при излагане на вода, в която се разтваря въздух, се образуват азотни оксиди и ), за да се разберат процесите, които съпътстват поглъщането на звука в медиите.

Заключение

В момента звуковите вибрации се използват широко в промишлеността, като обещаващ технологичен фактор, който позволява, ако е необходимо, рязко интензифициране на производствените процеси.

Използването на мощен ултразвук в технологичните процеси за производство и обработка на материали и вещества позволява:

Намаляване на разходите за процес или продукт,

Получавайте нови продукти или подобрявайте качеството на съществуващите,

Интензифициране на традиционните технологични процеси или стимулиране внедряването на нови,

Допринасят за подобряване на екологичната ситуация чрез намаляване на агресивността на технологичните течности.

Все пак трябва да се отбележи, че ултразвукът има изключително неблагоприятно въздействие върху живите организми. За да се намалят подобни въздействия, се препоръчва ултразвуковите инсталации да се поставят в специални помещения, като се използват системи за дистанционно управление на технологичните процеси. Голям ефект има автоматизацията на тези инсталации.

По-икономичен начин за защита от въздействието на ултразвука е използването на звукоизолиращи обвивки, които затварят ултразвукови инсталации или екрани, разположени на пътя на ултразвука. Тези екрани са изработени от листова стомана или дуралуминий, пластмаса или специална гума.

Списък на използваните източници

1. МаргулисМ.А. Основи на звуковата химия (химични реакции в акустични полета); учебник помощ за хим. и химичен технолог. Специалности на университетите / M.A. Маргулис. М.: Висше училище, 1984. 272 ​​с.

2. Суслик К.С. Ултразвук. Неговите химични, физични и биологични ефекти. Изд.: VCH, N. Y., 336 p.

3. Кардашев Г.А. Физични методи за интензификация на химикотехнологичните процеси. Москва: Химия, 1990, 208 с.

5. Луминесценция

6. Ултразвук

Хоствано на Allbest.ru

Подобни документи

Процеси на химичната технология. Разработване на схема на химико-технологичен процес. Критерии за оптимизация. Топологичен метод и HTS. Понятия и дефиниции на теорията на графите. Параметри на технологичния режим на елементите на КТС. Изследване на стохастични процеси.

лекция, добавена на 18.02.2009 г


Теория на химичните процеси на органичния синтез. Решение: по време на алкилирането на бензен с пропилен в присъствието на каквито и да е катализатори се получава последователно заместване на водородни атоми с образуването на смес от продукти с различна степен на алкилиране.

курсова работа, добавена на 01/04/2009


Органичният синтез като клон на химията, предметът и методите на неговото изследване. Същността на процесите на алкилиране и ацилиране, характерни реакции и принципи на протичане. Описание на реакциите на кондензация. Характеристика, значение на нитрирането, реакции на халогениране.

лекция, добавена на 28.12.2009 г


Етапи на изучаване на процесите на горене и експлозии. Основните видове експлозии, тяхната класификация според вида на химичните реакции и плътността на материята. Реакции на разлагане, редокс, полимеризация, изомеризация и кондензация, смеси в основата на експлозиите.

резюме, добавено на 06/06/2011


Промишлено пречистване на вода. Набор от операции, които осигуряват пречистване на водата. Хомогенни и хетерогенни некаталитични процеси в течна и газова фаза, техните закономерности и методи за интензификация. Сравнение на различни видове химически реактори.

лекция, добавена на 29.03.2009 г


Методи за получаване на багрила. Получаване на натриев сулфанилат чрез синтез. Характеристики на суровината и получения продукт. Изчисляване на химико-технологични процеси и оборудване. Математическо описание на химичния метод за получаване на натриев сулфанилат.

дисертация, добавена на 21.10.2013 г


Концепцията и изчисляването на скоростта на химичните реакции, нейното научно и практическо значение и приложение. Формулиране на закона за действието на масите. Фактори, влияещи върху скоростта на химичните реакции. Примери за реакции, протичащи в хомогенни и хетерогенни системи.

презентация, добавена на 30.04.2012 г


Концепцията и условията за протичане на химичните реакции. Характеристика на реакции на свързване, разлагане, заместване, обмен и тяхното приложение в промишлеността. Редокс реакциите в основата на металургията, същността на валентността, видове трансестерификация.

резюме, добавено на 27.01.2012 г


Стойността на водата за химическата промишленост. Пречистване на вода за промишлени процеси. Каталитични процеси, тяхната класификация. Влияние на катализатора върху скоростта на химико-технологичните процеси. Материален баланс на пещта за изгаряне на сяра.

тест, добавен на 18.01.2014 г


Механизми на влиянието на ултразвука върху химичните реакции. Отчитането му при разработването и внедряването на технологичните процеси. Технологии, реализирани с помощта на ултразвук. Прецизно почистване и обезмасляване. Дегазиране на стопилки и заваряване на полимери и метали.

Сонохимията е приложението на ултразвук в химични реакции и процеси. Механизмът, който причинява звукохимични ефекти в течности, е феноменът на акустичната кавитация.

Ултразвуковите лабораторни и промишлени устройства на Hielscher се използват в широка гама звуково-химични процеси.

Звукови химични реакции

Следните сонохимични ефекти могат да се наблюдават при химични реакции и процеси:

• Увеличаване на скоростта на реакцията
• Увеличаване на реакционния добив
• По-ефективно използване на енергията
• Звукохимични методи за преминаване от една реакция към друга
• Подобряване на междуфазния трансферен катализатор
• Изключване на фазовия трансферен катализатор
• Използване на сурови или технически реагенти
• Активиране на метали и твърди вещества
• Повишаване на реактивността на реагенти или катализатори ()
• Подобряване на синтеза на частици
• Покритие от наночастици

Ултразвукова кавитация в течности

Кавитация означава „образуване, растеж и експлозивно разрушаване на мехурчета в течност. Кавитационната експлозия произвежда интензивно локално нагряване (~5000 K), високо налягане (~1000 atm.) и огромни скорости на нагряване/охлаждане (>109 K/s) и течни струйни потоци (~400 km/h)"

Кавитационните мехурчета са вакуумни мехурчета. Вакуумът се създава от бързо движеща се повърхност от едната страна и инертна течност от другата. Получената разлика в налягането служи и за преодоляване на кохезионните сили във флуида. Кавитацията може да се получи по различни начини, като дюзи на Вентури, дюзи с високо налягане, въртене с висока скорост или ултразвукови сензори. Във всички тези системи входящата енергия се преобразува в триене, турбулентност, вълни и кавитация. Частта от входящата енергия, която се превръща в кавитация, зависи от няколко фактора, които характеризират движението на оборудването, което генерира кавитация в течността.

Интензивността на ускорението е един от най-важните фактори, влияещи върху ефективността на трансформацията на енергията в кавитация. По-високото ускорение създава по-голям спад на налягането, което от своя страна увеличава шанса за създаване на вакуумни мехурчета вместо вълни, разпространяващи се през течността. Следователно, колкото по-голямо е ускорението, толкова по-голям е делът на енергията, която се превръща в кавитация. При ултразвуковите сензори интензитетът на ускорението се характеризира с амплитудата на трептенията. По-високите амплитуди водят до по-ефективно генериране на кавитация. Индустриалните устройства от Hielscher Ultrasonics могат да произвеждат амплитуди до 115 µm. Тези високи амплитуди позволяват високо съотношение на пренос на мощност, което от своя страна позволява висока енергийна плътност до 100 W/cm³.

В допълнение към интензитета, течността трябва да бъде ускорена по такъв начин, че да създаде минимални загуби по отношение на турбулентност, триене и образуване на вълни. За това най-добрият начин би била еднопосочна посока на движение. Ултразвукът се използва, благодарение на следните си действия:

• получаване на активирани метали чрез редукция на метални соли
• генериране на активирани метали чрез ултразвук
• звуково-химичен синтез на частици чрез утаяване на метални оксиди (Fe, Cr, Mn, Co), например за използване като катализатори
• импрегниране на метали или метални халогениди върху субстрати
• приготвяне на разтвори на активирани метали
• реакции, включващи метали чрез локално образуване на органични вещества
• реакции, включващи неметални твърди вещества
• кристализация и утаяване на метали, сплави, зеолити и други твърди вещества
• промяна в морфологията на повърхността и размера на частиците в резултат на високоскоростни сблъсъци между частиците
  • образуване на аморфни наноструктурирани материали, включително преходни метали с голяма повърхност, сплави, карбиди, оксиди и колоиди
  • кристално уголемяване
  • изравняване и отстраняване на пасивиращи оксидни покрития
  • микроманипулация (фракциониране) на малки частици
• подготовка на колоиди (Ag, Au, Q-размер CdS)
• включване на гостуващи молекули в твърди вещества с неорганичен слой
• сонохимия на полимери
  • разграждане и модифициране на полимери
  • полимерен синтез
• сонолиза на органични замърсители във водата

Звукохимическо оборудване

Повечето от споменатите звуково-химични процеси могат да бъдат адаптирани към работа с директен поток. Ще се радваме да ви помогнем при избора на добро химическо оборудване за вашите нужди. За изследвания и тестване на процеси препоръчваме да използвате нашите лабораторни инструменти или устройство

Химичните реакции са част от нашето ежедневие. Готвене в кухнята, шофиране на кола, тези реакции са чести. Този списък съдържа най-невероятните и необичайни реакции, които повечето от нас никога не са виждали.

10. Натрий и вода в хлорен газ

Натрият е силно запалим елемент. В това видео виждаме как капка вода се добавя към натрий в колба с хлорен газ. Жълтото е дело на натрия. Ако комбинираме натрий и хлор, получаваме натриев хлорид, тоест обикновена готварска сол.

9. Реакция на магнезий и сух лед

Магнезият е силно запалим и гори много ярко. В този експеримент виждате как магнезият се запалва в черупка от сух лед - замръзнал въглероден диоксид. Магнезият може да изгори във въглероден диоксид и азот. Поради ярката светлина се използва като светкавица в ранната фотография, днес все още се използва във военноморски ракети и фойерверки.

8. Реакция на бертолетова сол и сладкиши

Калиевият хлорат е съединение на калий, хлор и кислород. Когато калиевият хлорат се нагрее до точката на топене, всеки предмет, който влезе в контакт с него в този момент, ще причини разпадането на хлората, което ще доведе до експлозия. Газът, който се появява след разпадането, е кислород. Поради това често се използва в самолети, космически станции и подводници като източник на кислород. Пожарът на станция Мир също беше свързан с това вещество.

7. Ефект на Майснер

Когато свръхпроводникът се охлади до температура под температурата на прехода, той става диамагнитен: т.е. обектът се отблъсква от магнитното поле, вместо да бъде привлечен от него.

6. Пренасищане с натриев ацетат

Да, да, това е легендарният натриев ацетат. Мисля, че всеки е чувал за "течен лед" повече от веднъж. Е, няма какво повече да добавите)

5. Супер абсорбиращи полимери

Известни също като хидрогел, те са в състояние да абсорбират много голямо количество течност по отношение на собствената им маса. Поради тази причина те се използват в производството на пелени, както и в други области, където се изисква защита срещу вода и други течности, като изграждането на подземни кабели.

4. Плаващ серен хексафлуорид

Серният хексафлуорид е безцветен, нетоксичен и незапалим газ, който няма мирис. Тъй като е 5 пъти по-плътен от въздуха, той може да се излива в контейнери и леките предмети, потопени в него, ще плуват като във вода. Друга забавна и напълно безвредна особеност при използването на този газ е, че рязко понижава гласа, тоест ефектът е точно обратният на този на хелия. Ефектът може да се види тук:

3. Свръхтечен хелий

Когато хелият се охлади до -271 градуса по Целзий, той достига ламбда точката. На този етап (в течна форма) той е известен като хелий II и е свръхфлуиден. Когато преминава през най-тънките капиляри, е невъзможно да се измери неговият вискозитет. В допълнение, той ще "изпълзи" нагоре в търсене на топла зона, привидно от ефектите на гравитацията. Невероятен!

2. Термит и течен азот

Не, в това видео те няма да изливат течен азот върху термитите.

Термитът е алуминиев прах и метален оксид, който предизвиква алуминотермична реакция, известна като термитна реакция. Не е експлозивен, но може да доведе до светкавици с много висока температура. Някои видове детонатори "започват" с термитната реакция и горенето става при температура от няколко хиляди градуса. В клипа по-долу виждаме опити за "охлаждане" на термитната реакция с течен азот.

1. Реакция на Бригс-Раушер

Тази реакция е известна като осцилираща химическа реакция. Според Уикипедия: „Точно приготвен безцветен разтвор бавно става кехлибарен, след това рязко тъмносин, след това бавно отново става безцветен; процесът се повтаря няколко пъти в кръг, като накрая спира до тъмносин цвят, а самата течност мирише силно на йод“. Причината е, че при първата реакция се произвеждат определени вещества, които от своя страна провокират втора реакция и процесът се повтаря до изчерпване.

По-интересно:

Крайният резултат от реакциите на експлозивна трансформация обикновено се изразява чрез уравнение, свързващо химичната формула на първоначалния експлозив или неговия състав (в случай на експлозивна смес) със състава на крайните продукти на експлозията.

Познаването на уравнението на химичната трансформация по време на експлозия е от съществено значение в две отношения. От една страна, това уравнение може да се използва за изчисляване на топлината и обема на газообразните продукти от експлозия и, следователно, температурата, налягането и други параметри на експлозията. От друга страна, съставът на продуктите на експлозията е от особено значение, когато става въпрос за експлозиви, предназначени за взривяване в подземни изработки (оттук и изчисляването на вентилацията на мината, така че количеството въглероден оксид и азотни оксиди да не надвишава определен обем) .

По време на експлозия обаче не винаги се установява химическо равновесие. В онези многобройни случаи, когато изчислението не позволява да се установи надеждно крайното равновесие на експлозивната трансформация, човек се обръща към експеримент. Но експерименталното определяне на състава на продуктите по време на експлозията също среща сериозни трудности, тъй като продуктите от експлозията при високи температури могат да съдържат атоми и свободни радикали (активни частици), които не могат да бъдат открити след охлаждане.

Органичните експлозиви като правило се състоят от въглерод, водород, кислород и азот. Следователно, продуктите на експлозията могат да съдържат следните газообразни и твърди вещества: CO 2, H 2 O, N 2, CO, O 2, H 2, CH 4 и други въглеводороди: NH 3, C 2 N 2, HCN, NO, N 2 O, C. Ако съставът на експлозивите включва сяра или хлор, тогава продуктите от експлозията могат да съдържат съответно SO 2, H 2 S, HCl и Cl 2. В случай на съдържание на метали в състава на експлозиви, например алуминий или някои соли (например амониев нитрат NH 4 NO 3, бариев нитрат Ba (NO 3) 2; хлорати - бариев хлорат Ba (ClO 3) 2, калиев хлорат KClO 3 ; перхлорати - амониев NHClO 4 и др.) в състава на продуктите на експлозията има оксиди, например Al 2 O 3, карбонати, например бариев карбонат BaCO 3, калиев карбонат K 2 CO 3 , бикарбонати (KHCO 3), цианиди (KCN), сулфати (BaSO 4, K 2 SO 4), сулфиди (NS, K 2 S), сулфити (K 2 S 2 O 3), хлориди (AlC л 3, BaCl2, KCl) и други съединения.

Наличието и количеството на определени продукти от експлозията зависи преди всичко от кислородния баланс на експлозивния състав.

Кислородният баланс характеризира съотношението между съдържанието на горими елементи и кислород във взривното вещество.

Кислородният баланс обикновено се изчислява като разликата между тегловното количество кислород, съдържащо се във взривното вещество, и количеството кислород, необходимо за пълното окисление на горимите елементи, включени в неговия състав. Изчислението се извършва за 100 g експлозив, в съответствие с което кислородният баланс се изразява в проценти. Осигуряването на състава с кислород се характеризира с кислородния баланс (KB) или кислородния коефициент a до, който в относителни стойности изразява излишъка или липсата на кислород за пълното окисление на горими елементи до по-високи оксиди, например CO 2 и Н2О.

Ако взривното вещество съдържа точно толкова кислород, колкото е необходимо за пълното окисление на съставните му горими елементи, тогава неговият кислороден баланс е равен на нула. Ако излишъкът - KB е положителен, с липса на кислород - KB е отрицателен. Балансът на експлозивите по отношение на кислорода съответства на CB - 0; а до = 1.

Ако експлозивът съдържа въглерод, водород, азот и кислород и е описан с уравнението C a H b N c O d , тогава стойностите на кислородния баланс и кислородния коефициент могат да бъдат определени по формулите

(2)

където a, b, c и d са съответно броят на атомите C, H, N и O в химичната формула на експлозива; 12, 1, 14, 16 са атомните маси на въглерода, водорода, азота и кислорода, закръглени до най-близкото цяло число; знаменателят на дробта в уравнение (1) определя молекулното тегло на експлозива: M = 12a + b + 14c + 16d.

От гледна точка на безопасността на производството и експлоатацията (съхранение, транспортиране, използване) на взривни вещества, повечето от техните състави имат отрицателен кислороден баланс.

Според кислородния баланс всички експлозиви се разделят на следните три групи:

I. Експлозиви с положителен кислороден баланс: въглеродът се окислява до CO 2, водородът до H 2 O, азотът и излишният кислород се отделят в елементарна форма.

II. Експлозиви с отрицателен кислороден баланс, когато кислородът не е достатъчен за пълното окисление на компонентите до по-високи оксиди и въглеродът се окислява частично до CO (но всички експлозиви се превръщат в газове).

III. Експлозив с отрицателен кислороден баланс, но кислородът не е достатъчен, за да превърне всички горими компоненти в газове (в продуктите на експлозията има елементарен въглерод).

4.4.1. Изчисляване на състава на продуктите от експлозивно разлагане на експлозиви

с положителен кислороден баланс (I група експлозиви)

При съставянето на уравненията за реакции на експлозия експлозивите с положителен кислороден баланс се ръководят от следните разпоредби: въглеродът се окислява до въглероден диоксид CO 2, водородът до вода H 2 O, азотът и излишният кислород се отделят в елементарна форма (N 2, O 2).

Например.

1. Напишете уравнение на реакцията (определете състава на продуктите от експлозията) на експлозивното разлагане на отделен експлозив.

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

Определяме стойността на кислородния баланс за нитроглицерин:

KB > 0, записваме уравнението на реакцията:

C 3 H 5 (ONO 2) 3 \u003d 3CO 2 + 2,5 H 2 O + 0,25 O 2 + 1,5 N 2.

В допълнение към основната реакция протичат реакции на дисоциация:

2CO 2 2CO + O 2;

O 2 + N 2 2NO;

2H 2 O 2H 2 + O 2;

H 2 O + CO CO 2 + H 2.

Но тъй като KB \u003d 3,5 (много повече от нула), реакциите се изместват към образуването на CO 2, H 2 O, N 2, следователно делът на газовете CO, H 2 и NO в продуктите на експлозивно разлагане е незначителен и те могат да бъдат пренебрегнати.

2. Съставете уравнение за реакцията на експлозивно разлагане на смесени експлозиви: амонал, състоящ се от 80% амониев нитрат NH 4 NO 3 (M = 80), 15% TNT C 7 H 5 N 3 O 6 (M = 227) и 5% алуминий Al (a.m. M = 27).

Изчисляването на кислородния баланс и коефициента α към смесените взривни вещества се извършва, както следва: количеството на всеки от химичните елементи, съдържащи се в 1 kg от сместа, се изчислява и изразява в молове. След това съставят условна химическа формула за 1 kg смесено взривно вещество, подобно на химическата формула на отделно взривно вещество, след което изчислението се извършва подобно на горния пример.

Ако смесеният експлозив съдържа алуминий, тогава уравненията за определяне на стойностите на CB и α трябва да имат следния вид:

,

,

където e е броят на алуминиевите атоми в условната формула.

Решение.

1. Изчисляваме елементния състав на 1 kg амонал и записваме неговата условна химична формула

%.

2. Напишете уравнението на реакцията за разлагане на амонал:

C 4,6 H 43,3 N 20 O 34 Al 1,85 \u003d 4,6 CO 2 + 21,65 H 2 O + 0,925 Al 2 O 3 + 10N 2 + 0,2 O 2.

4.4.2. Изчисляване на състава на продуктите от експлозивно разлагане на експлозиви

с отрицателен кислороден баланс (II група BB)

Както беше отбелязано по-рано, при съставянето на уравненията за реакциите на експлозивно разлагане на експлозиви от втора група трябва да се вземат предвид следните характеристики: водородът се окислява до H 2 O, въглеродът се окислява до CO, останалият кислород окислява част от CO до CO 2 и азотът се освобождава под формата на N 2.

Пример:Съставете уравнение за реакцията на експлозивно разлагане на пентаеритритол тетранитрат (PETN) C (CH 2 ONO 2) 4 Mthena \u003d 316. Кислородният баланс е равен на -10,1%.

От химическата формула на нагревателния елемент може да се види, че кислородът не е достатъчен, докато водородът и въглеродът не се окислят напълно (за 8 водорода са необходими 4 кислородни атома, за да се превърнат в H 2 O \u003d 4H 2 O) (за 5 въглерода атоми, 10 кислородни атома са необходими, за да се превърне CO 2 \u003d 5CO 2) общо 4 + 10 \u003d 14 at. кислород и има само 12 атома.

1. Съставяме уравнението на реакцията за разлагане на нагревателния елемент:

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.

За да определите стойността на коефициентите CO и CO 2:

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

x + y \u003d n - сумата от въглеродни атоми,

x + 2y \u003d m - сумата от кислородни атоми,

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

x + 2y = 8 или x = 8 - 2y

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

Че. коефициент при CO x = 2; при CO 2 y \u003d 3, т.е.

5CO + 1,5 O 2 \u003d 2CO + 3CO 2.

Вторични реакции (дисоциации):

Водна пара: H 2 O + CO CO 2 + H 2;

2H 2 O 2H 2 + O 2;

Дисоциация: 2CO 2 2CO + O 2;

2. За да оценим грешката, изчисляваме състава на продуктите от реакцията на експлозивно разлагане, като вземем предвид най-значимата от вторичните реакции - реакцията на водна пара (H 2 O + CO CO 2 + H 2).

Уравнението на реакцията за експлозивно разлагане на PETN може да бъде представено като:

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

Температурата на експлозивния разлив на нагревателния елемент е приблизително 4000 0 K.

Съответно, равновесната константа на водната пара:

.

Записваме и решаваме системата от уравнения:

,

x + y = 5 (виж по-горе) е броят на въглеродните атоми;

2z + 2у = 8 е броят на водородните атоми;

x + 2y + u = 12 е броят на кислородните атоми.

Преобразуването на системата от уравнения се свежда до получаване на квадратно уравнение:

7,15y 2 - 12,45y - 35 = 0.

(Уравнение от типа ay 2 + wy + c = 0).

Решението му изглежда така:

,

,

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

Така уравнението на реакцията приема формата:

C (CH 2 ONO 2) 4 \u003d 1,752 CO + 3,248 CO 2 + 3,758 H 2 O + 0,242 H 2 + 2N 2.

От полученото уравнение се вижда, че грешката при определяне на състава и количеството на продуктите от експлозивното разлагане по приблизителен метод е незначителна.

4.4.3. Съставяне на уравнения за реакциите на експлозивно разлагане на експлозиви

с отрицателен CB (група III)

При писане на уравненията за реакцията на експлозивно разлагане за третата група експлозиви е необходимо да се спазва следната последователност:

1. определя KB по химичната формула на взривните вещества;

2. окисляват водорода до H 2 O;

3. окисляват въглерода с кислородни остатъци до CO;

4. напишете останалите продукти на реакцията, по-специално C, N и т.н.;

5. Проверете коефициентите.

Пример : Напишете уравнение за експлозивното разлагане на тринитротолуен (тротил, тол) C 6 H 2 (NO 2) 3 CH 3 .

Моларна маса M = 227; KB = -74,0%.

Решение:От химическата формула виждаме, че кислородът не е достатъчен за окисляването на въглерода и водорода: за пълното окисление на водорода са необходими 2,5 кислородни атома, за непълното окисление на въглерода - 7 атома (само 9,5 в сравнение със съществуващите 6 атома ). В този случай уравнението на реакцията за разлагане на TNT има формата:

C 6 H 2 (NO 2) 3 CH 3 \u003d 2,5 H 2 O + 3,5 CO + 3,5 C + 1,5 N 2.

вторични реакции:

Н20 + СО СО2 + Н2;