خانه / پرده/ واکنش های احتراق و اثر حرارتی آنها، مکانیسم زنجیره ای واکنش های احتراق. احتراق

واکنش های احتراق و اثر حرارتی آنها، مکانیسم زنجیره ای واکنش های احتراق. احتراق

صفحه 1

واکنش های احتراق شیمیایی پس از ایجاد منبع اولیه شعله در مخلوط سوخت و هوا آغاز می شود. در موتورهای احتراق داخلی پیستونی، یا توسط یک جرقه الکتریکی یا با گرم کردن مجموعه سوخت تا دمایی ایجاد می شود که در آن شعله های اولیه خود به خود در حجم مخلوط ظاهر می شود و خودسوزی مخلوط رخ می دهد.

واکنش احتراق شیمیایی در تمام شرایط برخورد مولکول های گاز قابل احتراق با مولکول های اکسیژن رخ نمی دهد.

اگر واکنش های احتراق شیمیایی اتوکاتالیستی نباشد، علت انتشار شعله تنها می تواند انتقال گرما از محصولات احتراق مخلوط نسوخته باشد. به این نوع انتشار شعله حرارتی می گویند. البته این امکان را رد نمی کند که انتشار واکنش دهنده ها و محصولات واکنش به طور همزمان اتفاق بیفتد، به طوری که ترکیب مخلوط واکنش دهنده در منطقه واکنش با ترکیب مخلوط اولیه متفاوت باشد. اما در این مورد، انتشار علت گسترش شعله نیست، بلکه تنها یک عامل همراه است. به ویژه، این امر در مورد واکنش های زنجیره ای با زنجیره های غیر شاخه ای صدق می کند. انتشار اتم ها و رادیکال های آزاد، مگر اینکه در تعادل ترمودینامیکی یا در غلظت های شبه ایستا باشند، نمی تواند علت انتشار شعله ای باشد که حرارتی باقی می ماند. همانطور که در بخش بعدی نشان داده خواهد شد، نقش انتشار به طور کامل در یک نظریه حرارتی مناسب انتشار شعله در نظر گرفته شده است.

سرعت واکنش های شیمیایی احتراق گاز با هوا در مشعل ها بسیار بالاست. این واکنش ها در دمای بالا در هزارم ثانیه رخ می دهد. مدت زمان احتراق جریان مخلوط گاز و هوا با عرضه مداوم بخش های تازه گاز و هوا تعیین می شود که در نتیجه وقوع سریع واکنش های اکسیداسیون تحت تأثیر جریان گرما می سوزند.

روابط کمی واکنش های احتراق شیمیایی را می توان با جرم های مولکولی شناخته شده مواد و چگالی pc / 22 4 گازها در شرایط فیزیکی عادی به دست آورد.

مکانیسم مهار واکنش های احتراق شیمیایی به اندازه کافی مورد مطالعه قرار نگرفته است. با این حال، تحقیقات انجام شده در سال های اخیر امکان ایجاد برخی ایده ها در مورد ماهیت اثر بازدارنده ها بر شعله های آتش را فراهم می کند.

فرض کنید که واکنش احتراق شیمیایی به طور کامل ادامه می یابد و محصولات واکنش بخار آب H20، دی اکسید کربن CO2، یا در غیاب اکسیژن، مونوکسید کربن CO هستند. برای یک مخلوط قابل احتراق هیدروژن-اکسیژن (منفجره) استوکیومتری، با تقسیم گرمای تشکیل بخار آب 58 کیلوکالری بر مول بر ظرفیت گرمایی 8 کالری بر مول- درجه، دمای احتراق 7250 درجه به دست می آید. برای احتراق کامل کربن جامد در اکسیژن (St 02C02 94 kcal/mol)، دمای احتراق حتی بالاتر، 11750 کلوین به دست می‌آید. دماهای مشابه برای سایر سوخت‌های هیدروکربنی به دست می‌آیند. دمای احتراق فوق‌العاده بالا که در اینجا ارائه شده است به وضعیت پلاسمایی ماده اشاره دارد؛ آنها در واقعیت رخ نمی‌دهند. دمای احتراق مخلوط های اکسیژن از 3000 تا 4000 کلوین متغیر است.

از آنجایی که حرارت و واکنش شیمیایی احتراق مخلوط بسیار سریع انجام می شود، عامل اصلی محدود کننده مدت زمان فرآیند احتراق، زمان صرف شده برای مخلوط کردن گاز و هوا است.

طرح هایی برای سازماندهی احتراق گازهای قابل اشتعال. احتراق. الف - جنبشی، ب - انتشار، ج - مخلوط.

از آنجایی که سرعت واکنش های احتراق شیمیایی در دمای احتراق بالا به طور غیرقابل مقایسه ای بیشتر از سرعت تشکیل مخلوط است، عملاً سرعت احتراق گاز همیشه برابر با سرعت اختلاط گاز با هوا است. این شرایط باعث می شود تا به راحتی میزان احتراق گاز در وسیع ترین محدوده تنظیم شود. روش ترکیبی احتراق گازهای قابل اشتعال حد واسط بین جنبشی و انتشار است.

بنابراین، معادله تعادل برای واکنش شیمیایی شمع های سوزان در شرایط خاص، در واقع اولین تلاش برای معرفی مقدار گرما در توصیف یک واکنش شیمیایی است.

هنگام ترسیم معادلات برای واکنش های شیمیایی احتراق مواد در هوا، به شرح زیر عمل کنید: ماده قابل احتراق و هوای درگیر در احتراق در سمت چپ نوشته شده است، پس از علامت مساوی محصولات واکنش حاصل نوشته می شود. برای مثال لازم است معادله ای برای واکنش احتراق متان در هوا ایجاد شود. ابتدا سمت چپ معادله واکنش را بنویسید: فرمول شیمیایی متان به اضافه فرمول شیمیایی مواد تشکیل دهنده هوا.

احتراق- یک فرآیند پیچیده فیزیکی و شیمیایی که اساس آن واکنش های شیمیایی از نوع ردوکس است که منجر به توزیع مجدد الکترون های ظرفیت بین اتم های مولکول های برهم کنش می شود.

نمونه هایی از واکنش های احتراق

متان: CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O;

استیلن: C 2 H 2 + 2.5 O 2 = 2 CO 2 + H 2 O ;

سدیم: 2Na + Cl 2 = 2NaCl.

هیدروژن: H 2 + Cl 2 = 2HCl، 2H 2 + O 2 = 2H 2 O.

TNT: C 6 H 2 (NO 2) 3 CH 3 = 2.5H 2 O + 3.5CO + 3.5C + 1.5N 2.

ماهیت اکسیداسیون اهدای الکترون های ظرفیتی توسط ماده اکسید کننده به عامل اکسید کننده است که با پذیرش الکترون ها کاهش می یابد و جوهر احیا بدست آوردن الکترون های ماده احیا کننده توسط ماده احیا کننده است که با اهدای آن الکترون ها کاهش می یابد. الکترون ها، اکسید می شود. در نتیجه انتقال الکترون ها، ساختار سطح الکترونیکی خارجی (ظرفیت) اتم تغییر می کند. سپس هر اتم به حالتی می رسد که در شرایط داده شده پایدارترین حالت را دارد.

در فرآیندهای شیمیایی، الکترون ها می توانند به طور کامل از لایه الکترونی اتم های یک ماده (عنصر) به پوسته اتم های ماده دیگر منتقل شوند.

بنابراین، هنگامی که فلز سدیم در کلر می سوزد، اتم های سدیم هر کدام یک الکترون به اتم های کلر می دهند. در این حالت، سطح الکترونیکی بیرونی اتم سدیم به هشت الکترون (ساختار پایدار) ختم می‌شود و اتمی که یک الکترون از دست داده است به یک یون با بار مثبت تبدیل می‌شود. یک اتم کلر که یک الکترون به دست می آورد، سطح بیرونی خود را با هشت الکترون پر می کند و اتم به یک یون با بار منفی تبدیل می شود. در نتیجه عمل نیروهای الکترواستاتیک کولن، یون های دارای بار مخالف به هم می رسند و یک مولکول کلرید سدیم تشکیل می شود (پیوند یونی):

2Mg + O 2 = 2Mg 2 + O 2- .

بنابراین، احتراق منیزیم (اکسیداسیون) با انتقال الکترون های آن به اکسیژن همراه است. در فرآیندهای دیگر، الکترون‌های لایه‌های بیرونی دو اتم مختلف، برای استفاده معمولی می‌آیند و از این طریق اتم‌های مولکول‌ها را به هم می‌کشند. کووالانسییا اتمیارتباط):

و در نهایت، یک اتم می تواند جفت الکترون های خود را به اشتراک بگذارد (پیوند مولکولی):

نتیجه گیری از مفاد نظریه مدرن اکسیداسیون- احیا:

1. جوهر اکسیداسیون از دست دادن الکترون ها توسط اتم ها یا یون های ماده در حال اکسید شدن است و جوهر احیا اضافه شدن الکترون به اتم ها یا یون های ماده احیا شده است. فرآیندی که در آن یک ماده الکترون از دست می دهد نامیده می شود اکسیداسیونو افزودن الکترون ها – بهبود.

2. اکسیداسیون یک ماده بدون احیای همزمان ماده دیگر نمی تواند اتفاق بیفتد. به عنوان مثال، هنگامی که منیزیم در اکسیژن یا هوا می سوزد، منیزیم اکسید می شود و در همان زمان، اکسیژن کاهش می یابد. با احتراق کامل، محصولاتی تشکیل می شوند که قادر به احتراق بیشتر نیستند (CO 2، H 2 O، HCl و غیره)، با احتراق ناقص، محصولات حاصل قادر به احتراق بیشتر هستند (CO, H 2 S, HCN, NH 3 ). ، آلدهیدها و غیره .d.). طرح: الکل - آلدهید - اسید.

نمونه های اجرایی s/p2

ترمودینامیک شیمیایی. تعادل. سینتیک.

وظیفه 1. گرمای احتراق سوخت.

ما یک مخلوط سوخت گاز داریم: 50٪ CH 4 + 50٪ C 4 H 10.

حجم کل V=1000 l=1m 3.

1. معادلات شیمیایی واکنش های احتراق اجزای گاز یک مخلوط سوخت معین را بنویسید.

واکنش احتراق متان:

CH 4 (g) + 2O 2 (g) ® CO 2 (g) + 2H 2 O (l)

واکنش احتراق بوتان:

C 4 H 10 (g) + 13/2O 2 (g) ® 4СО 2 (g) + 5H 2 O (l).

آنتالپی Δ r ن 0 298 مورد از این واکنش های شیمیایی گرمای احتراق سوخت گاز Δ است ن 0 sg.

2. محاسبه کنید که با سوزاندن حجم معینی از مخلوط سوخت با یک ترکیب معین (حجم %)، شرایطی که نرمال در نظر گرفته می شود، چه مقدار گرما را می توان به دست آورد.

با استفاده از قانون هس، گرمای احتراق سوخت گاز Δ را محاسبه می کنیم ن 0 сг در حالت استاندارد و 298 K، با استفاده از داده های جدولی (به پیوست، جدول مراجعه کنید) گرمای تشکیل همه مواد شرکت کننده در واکنش احتراق (Δ) f ن 0 298):

برای متان

Δ ن 0 сг СН4 = Δ r ن 0 298 = Δ f ن 0 CO2 + Δ f ن 0 H2O - Δ f ن 0 CH4 - 2Δ f ن 0 O2 =

393.62 + 2. (-285.84) - (-74.78) - 0 = -802.28 kJ/mol.

برای بوتان

Δ ن 0 сг С4Н10 = Δ r ن 0 298 = 4Δ f ن 0 CO2 + 5Δ f ن 0 H2O - Δ f ن 0 С4Н10 - 13/2Δ f ن 0 O2 =

4 . (- 393.62) + 5 . (-285.84) - (-126.15) - 0 = -2877.53 kJ/mol.

گرمای ویژه احتراق QT سوخت گاز:

س تی = - (Δ ن sg. 1000/22.4)، kJ/m 3،

که در آن 22.4 l/mol حجم مولی گاز در شرایط عادی است.

برای متان

س تی، CH4 = - (-802.28. 1000 / 22.4) = 35816 kJ/m 3.

برای بوتان

س تی، C4H10 = - (-2877.53. 1000 / 22.4) = 128461 kJ/m 3.

مقدار کل گرمای حاصل از احتراق یک مخلوط سوخت معین با در نظر گرفتن حجم گازها:

س = س تی، CH4 . V CH4 + س تی، С4Н10 . V С4Н10 =

35816. (1. 0.5)+128461. (1.0.5) = 82138.5 کیلوژول.

3. از مخلوط سوخت داده شده، سوخت کم مصرف را انتخاب کنید. گرمای ویژه احتراق این سوخت را محاسبه کنید س تی ، kJ/m 3 . حداقل حجم این سوخت را برای بدست آوردن 100 مگا ژول گرما محاسبه کنید.

کم مصرف ترین سوخت در این مخلوط سوخت، بوتان، گرمای ویژه احتراق است س تی، C4H10 = 128461 kJ/m3.

برای به دست آوردن 100 مگا ژول گرما لازم است که:

V С4Н10 = س/ س تی، C4H10 = 100000/128461 = 0.778 متر 3 = 778 لیتر.

وظیفه 2. ترمودینامیک شیمیایی

1. معادلات ترموشیمیایی واکنش ها را بنویسید که اثر حرارتی آن گرمای تشکیل همه معرف های یک واکنش شیمیایی معین است.

برای یک واکنش شیمیایی

CO 2 (g) + C (k) « 2CO (g)

ماده C (k) ساده، پایدار در 298 K و فشار 100 کیلو پاسکال است، آنتالپی تشکیل آن D است. اچ 0 f , 298 , = 0.

معادلات ترموشیمیایی واکنش‌ها که اثر حرارتی آن گرمای تشکیل معرف‌های یک واکنش شیمیایی CO 2 (g) و CO (g) است:

O 2 (g) + C (k) «CO 2 (g)، D اچ 0 f , 298 = -393.51 کیلوژول بر مول،

(جدول را ببینید)؛

1/2 O 2 (g) + C (k) «CO (g) , D اچ 0 f , 298 = -110.5 کیلوژول بر مول،

(جدول را ببینید).

2. مقادیر آنتالپی را محاسبه کنیدD r اچ 0 298 ، آنتروپیD r اس 0 298 . جدول به مسائل 1، 2) در حالت استاندارد (s.s.) همه معرف ها و دمای 298 K. در مورد اثر حرارتی واکنش نتیجه گیری کنید.

با استفاده از داده های جدولی (جدول را ببینید)، توابع ترمودینامیکی حالت معرف های یک واکنش شیمیایی معین را در حالت استاندارد و 298 K می نویسیم.

با استفاده از قانون هس، آنتالپی Δ را محاسبه می کنیم r ن 0 298، آنتروپی ∆ r اس 0 298 و انرژی گیبس Δ r جی 0 واکنش شیمیایی 298 در حالت استاندارد و 298 K:

Δ r ن 0 298 = 2Δ f ن 0 298 COg - Δ f ن 0 298 اسک - Δ f ن 0 298 CO2g =

2 (-110.5) - 0 - (393.5-) = 172.5 کیلوژول.

Δ r ن 0 298 > 0 - واکنش گرماگیر است و با جذب گرما رخ می دهد.

∆ r اس 0 298 = 2 اس 0 f , 298.СО(g) - اس 0 f , 298,С(к) - اس 0 f , 298.СО2 (g) = 2 (197.54) - 5.74 - 213.68 =

175.66 J/K.

∆ r اس 0 298 > 0 - سیستم به دلیل تشکیل مقدار اضافی گاز بی نظم شده است.

3. مقدار انرژی گیبس را محاسبه کنیدD r جی 0 298 یک واکنش شیمیایی داده شده (بند 1. جدول به مسائل 1، 2) در حالت استاندارد (s.s.) همه معرف ها و دمای 298 K. تعیین کنید که این واکنش به طور خود به خود در کدام جهت در حالت استاندارد همه معرف ها و دمای 298 K انجام می شود.

Δ r جی 0 298 = 2Δ f جی 0 298 COg - Δ f جی 0 298 اسک - Δ f جی 0 298 CO2g =

2 (-137.14) - 0 - (394.38-) = 120.15 کیلوژول.

Δ r جی 0 298 > 0 - واکنش خود به خود در جهت جلو در حالت استاندارد و 298 K غیر ممکن است. واکنش در جهت مخالف پیش می رود.

4. تعیین محدوده دمایی که در آن وقوع خود به خودی یک واکنش مستقیم در حالت استاندارد همه معرف ها بدون در نظر گرفتن وابستگی امکان پذیر است. D r اچ 0 وD r اس 0 روی دما انرژی گیبس واکنش را به عنوان تابعی از دما رسم کنید.D r جی 0 = f (تی ).

امکان واکنش خود به خودی در حالت استاندارد با نابرابری تعیین می شود ∆ r جی 0 تی < 0.

آن ها ، اگر

∆ r جی 0 تی = ∆ r اچ 0 298 +∆ r با 0 پ dT- تی∆ r اس 0 298 - تی ∆ r با 0 پ / تی)dT < 0

∆ r جی 0 تی ≈ ∆ r اچ 0 298 - تی∆ r اس 0 298 < 0

∆ r جی 0 تی = (172,5 – تی . 175,66 . 10 -3) < 0 , отсюда تی> 982 K.

نمودار وابستگی D r جی 0 = f (تی):

∆ r جی 0 تی

298 982 2300 تی

با در نظر گرفتن محدوده دمایی وجود معرف، محدوده دمایی برای وقوع خود به خودی یک واکنش در حالت استاندارد 982 است.< تی< 2300 К.

5. مقدار انرژی گیبس را محاسبه کنیدD r جی 298 واکنش شیمیایی در مقادیر معین فشار جزئی گاز (بند 2. جدول به مسائل 1، 2) و دمای 298 K. تعیین کنید که آیا جهت فرآیند در 298 K زمانی که فشار جزئی گازها در مقایسه با حالت استاندارد تغییر می کند تغییر می کند یا خیر.

محاسبه انرژی گیبس یک واکنش شیمیایی در هر دما و هر فشار جزئی نسبی گازها با استفاده از معادله ایزوترم Van't Hoff انجام می شود:

Δ r جی تی = ∆ r جی 0 تی + RTلوگاریتم .

بیایید Δ را محاسبه کنیم r جی 298 در 298 K و فشار گاز: آر CO = 2. 10 3 پاس،

آر CO2 = 8. 10 5 پاس.

فشار جزئی نسبی گازها:

CO = 2. 10 3 Pa/10 5 Pa = 0.02; CO2 = 8. 10 5 Pa / 10 5 Pa = 8.

Δ r جی 298 = Δ r جی 0 298 + RTln(آر 2 CO / آر CO2) = 120.15 + 8.31. 10 -3. 298. لوگاریتم(0,02/8) =

Δ r جی 298 > 0 - واکنش خود به خود در جهت جلو در فشارهای جزئی گاز و 298 K غیر ممکن است. واکنش در جهت مخالف پیش می رود.

6. نحوه تغییر (به لحاظ نظری) فشار جزئی هر یک از گازهای منبع را تعیین کنید.آر آ یاآر که دربرای تغییر جهت فرآیند نسبت به حالت استاندارد در 298 K و فشار جزئی استاندارد سایر اجزای واکنش شیمیایی.

در حالت استاندارد و 298 K، واکنش ممکن است به طور خود به خود در جهت مخالف رخ دهد، زیرا Δ r جی 0 298 >0.

برای تغییر جهت فرآیند نسبت به حالت استاندارد در 298 کلوین، می توانید فشار جزئی CO 2 را تغییر دهید (وضعیت تمام اجزای دیگر استاندارد است). شرط واکنش خود به خودی در جهت جلو Δ است r جی 298 < 0.

بر اساس معادله ایزوترم وانت هاف:

Δ r جی تی = ∆ r جی 0 تی + RTلوگاریتم < 0

Δ r جی 298 = 120.15 + 8.31. 10 -3. 298 ln < 0

حل نابرابری ln < - 48,5и получаем: < 10 -21 .

بدین ترتیب، آر CO< آر CO2 ≈ 10 5 برابر.

بنابراین، جهت تغییر جهت فرآیند نسبت به حالت استاندارد در 298 K و فشار آر CO = 10 5 Pa، شما باید فشار جزئی CO 2 را 10 5 برابر افزایش دهید، یعنی. فشار جزئی CO 2 باید: آر CO2 > 10 25 Pa.

در این فشار CO 2، یک واکنش شیمیایی مشخص می تواند به طور خود به خود در جهت رو به جلو در 298 K ادامه یابد.

وظیفه 2. تعادل شیمیایی.

برای یک واکنش شیمیایی

CO 2 (g) + C (k) « 2CO (g)

1. انرژی گیبس را محاسبه کنیدD r جی 0 تی و ثابت تعادلبه آر این واکنش در حالت استاندارد و دماهای 298 K، 500 K، 800 K، 1000 K با در نظر گرفتن وابستگیD r اچ 0 تی وD r اس 0 تی بر روی دما در ظرفیت گرمایی ویژه ثابت موادبا آر = پایان . نمودار وابستگی را رسم کنید

به آر = f (تی ).

اجازه دهید تغییر ظرفیت حرارتی سیستم را محاسبه کنیم (∆ r ج 0 آر= هزینه):

∆ r با 0 آر = 2با 0 آر 298COg - با 0 آر 298Sk - با 0 آر 298СО2g =

2. (29.14)–8.54–37.41 = 12.33 J/K.

اجازه دهید انرژی گیبس یک واکنش شیمیایی را در حالت استاندارد و دماهای داده شده 298 K, 500 K, 800 K, 1000 K با در نظر گرفتن وابستگی Δ محاسبه کنیم. r اچ 0 تیو ∆ r اس 0 تیبر روی دما، با در نظر گرفتن ظرفیت گرمایی ویژه مواد ثابت است با آر , طبق فرمول:

∆ r جی 0 تی = ∆ r اچ 0 تی - تی . ∆ r اس 0 تی = ∆ r جی 0 298 + ∆ r با 0 آر (تی - 298) –تی . ∆ r با 0 آر ln(T / 298).

∆ r جی 0 298 = 120.15 کیلوژول؛

∆ r جی 0 500 =120.15+12.33. 10 -3. (500-298) - 500. 12.33. 10 -3. ln(500/298)=

∆ r جی 0 800 =120.15+12.33. 10 -3. (800-298) - 800. 12.33. 10 -3. ln(800/298)=

∆ r جی 0 1000 = 120.15 + 12.33. 10 -3. (1000-298) - 1000. 12.33. 10 -3. ln(1000/298) =

شرایط ترمودینامیکی برای تعادل شیمیایی: ∆ r جی تی = 0.

انرژی گیبس یک واکنش شیمیایی در حالت استاندارد

∆ r جی 0 تیمربوط به ثابت تعادل است به آربر اساس نسبت:

∆ r جی 0 تی = - RTلوگاریتم به آر

با محاسبه مقدار ∆ r جی 0 تیواکنش، ثابت تعادل را محاسبه کنید به آرطبق فرمول:

ک پ= exp(- ∆G 0 تی /RT) ,

جایی که آر= 8.31 J/mol. K ثابت گاز جهانی است.

ک پ، 298 = exp(- ∆G 0 تی , 298 / آر. 298) = exp(-120.15/8.31. 10 -3. 298) = 8. 10 -22;

ک پ، 500 = exp(- ∆G 0 تی , 500 / آر. 500) = exp(-84.67/8.31. 10 -3. 500) = 1.4. 10 -9 ;

ک پ، 800 = exp(- ∆G 0 تی , 800 / آر. 800) = exp(-31.97/8.31. 10 -3. 800) = 8.1. 10 -3;

ک پ، 1000 = exp(- ∆G 0 تی , 1000 / آر. 1000) = exp(3.16/8.31. 10 -3. 1000) = 1.46.

با افزایش دما، ثابت تعادل افزایش می یابد که با اثر حرارتی گرماگیر این واکنش توضیح داده می شود.

(Δ r ن 0 T> 0).

2. هر دما را از ناحیه واکنش خود به خود در جهت جلو انتخاب کنید. در این دما، اگر غلظت اولیه معرف‌های گازی به ترتیب برابر بود، غلظت تعادلی معرف‌های گازی را محاسبه کنید.

در تی= 1000 K واکنش خود به خود در جهت جلو پیش می رود، زیرا ∆ r جی 0 1000 = - 3.16 کیلوژول<0, ک پ , 1000 = 1,46.

بیایید دما را انتخاب کنیم تی 1000 = برای محاسبه غلظت تعادلی معرف های گازی، اگر غلظت اولیه معرف های گازی CO 2 و CO برابر باشد: با CO2 = 0.5 مول در لیتر، با CO = 0.

عبارات ثابت های تعادل که بر حسب فشارهای جزئی تعادل نسبی گازها بیان می شوند ( آربرابر است ) و غلظت های تعادلی ( بابرابر) :

به آر =
; به با =

ک پو ک بااز طریق معادله حالت گاز متصل می شود:

ک با، 1000 =
=
= 0,018

جایی که آر= 0.082 لیتر. atm/mol. K - ثابت گاز جهانی؛

∆ν = 2-1= 1 (تغییر تعداد مولهای مواد گازی در طول واکنش).

جدول تعادل مواد:

ما غلظت های تعادلی معرف های گازی را در عبارت برای جایگزین می کنیم ک باو معادله جبری را برای ایکس:

به با =
= 0,018 , ایکس= 0.0387 مول در لیتر

با CO برابر = 2. 0.0387 = 0.0774 mol/l

با CO2 برابر = 0.5 - 0.0387 = 0.4613 mol/l.

در طی واکنش های شیمیایی، یک ماده به ماده دیگر تبدیل می شود (با واکنش های هسته ای که در آن یک عنصر شیمیایی به عنصر دیگر تبدیل می شود، اشتباه نشود).

هر واکنش شیمیایی با یک معادله شیمیایی توصیف می شود:

واکنش دهنده ها → محصولات واکنش

فلش جهت واکنش را نشان می دهد.

مثلا:

در این واکنش، متان (CH 4) با اکسیژن (O 2) واکنش می دهد و در نتیجه دی اکسید کربن (CO 2) و آب (H 2 O) یا به طور دقیق تر بخار آب تشکیل می شود. این دقیقاً همان واکنشی است که در آشپزخانه شما هنگام روشن کردن یک مشعل گاز رخ می دهد. معادله را باید به صورت زیر خواند: یک مولکول گاز متان با دو مولکول گاز اکسیژن واکنش داده و یک مولکول دی اکسید کربن و دو مولکول آب (بخار آب) تولید می کند.

اعدادی که قبل از اجزای یک واکنش شیمیایی قرار می گیرند نامیده می شوند ضرایب واکنش.

واکنش های شیمیایی اتفاق می افتد گرماگیر(با جذب انرژی) و گرمازا(با آزادسازی انرژی). احتراق متان یک نمونه معمولی از واکنش گرمازا است.

انواع مختلفی از واکنش های شیمیایی وجود دارد. رایج ترین:

واکنش های اتصال؛
واکنش های تجزیه؛
واکنش های جایگزینی تک؛
واکنش های جابجایی دوگانه؛
واکنش های اکسیداسیون؛
واکنش های ردوکس

واکنش های مرکب

در واکنش های ترکیبی، حداقل دو عنصر یک محصول را تشکیل می دهند:

2Na (t) + Cl 2 (g) → 2NaCl (t)- تشکیل نمک خوراکی

باید به یک تفاوت اساسی از واکنش های ترکیبی توجه شود: بسته به شرایط واکنش یا نسبت معرف های وارد شده به واکنش، نتیجه آن ممکن است محصولات متفاوتی باشد. به عنوان مثال، در شرایط احتراق معمولی زغال سنگ، دی اکسید کربن تولید می شود:
C (t) + O 2 (g) → CO 2 (g)

اگر مقدار اکسیژن کافی نباشد، مونوکسید کربن کشنده تشکیل می شود:
2C (t) + O 2 (g) → 2CO (g)

واکنش های تجزیه

این واکنش ها، همانطور که بود، اساسا مخالف واکنش های ترکیب هستند. در نتیجه واکنش تجزیه، ماده به دو عنصر (3، 4 ...) ساده تر (ترکیبات) تجزیه می شود:

2H 2 O (l) → 2H 2 (g) + O 2 (g)- تجزیه آب
2H 2 O 2 (l) → 2H 2 (g) O + O 2 (g)- تجزیه پراکسید هیدروژن

واکنش های تک جابجایی

در نتیجه واکنش‌های جانشینی تک، یک عنصر فعال‌تر جایگزین عنصر کمتر فعال در یک ترکیب می‌شود:

روی (s) + CuSO 4 (محلول) → ZnSO 4 (محلول) + Cu (s)

روی در محلول سولفات مس، مس کمتر فعال را جابجا می کند و در نتیجه محلول سولفات روی تشکیل می شود.

درجه فعالیت فلزات به ترتیب افزایش فعالیت:

فعال ترین آنها فلزات قلیایی و قلیایی خاکی هستند

معادله یونی واکنش فوق به صورت زیر خواهد بود:

روی (t) + Cu 2+ + SO 4 2- → Zn 2+ + SO 4 2- + Cu (t)

پیوند یونی CuSO 4، هنگامی که در آب حل می شود، به یک کاتیون مس (شارژ 2+) و یک آنیون سولفات (بار 2-) تجزیه می شود. در نتیجه واکنش جانشینی، یک کاتیون روی تشکیل می شود (که باری مشابه کاتیون مس دارد: 2-). لطفا توجه داشته باشید که آنیون سولفات در هر دو طرف معادله وجود دارد، یعنی طبق تمام قوانین ریاضی، می توان آن را کاهش داد. نتیجه یک معادله یون مولکولی است:

روی (t) + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu (t)

واکنش های جابجایی دوگانه

در واکنش‌های جانشینی مضاعف، دو الکترون از قبل جایگزین شده‌اند. چنین واکنش هایی نیز نامیده می شود واکنش های مبادله ای. چنین واکنش هایی در محلول با تشکیل موارد زیر انجام می شود:

جامد نامحلول (واکنش رسوب)؛
آب (واکنش خنثی سازی).

واکنش های بارش

هنگامی که محلول نیترات نقره (نمک) با محلول کلرید سدیم مخلوط می شود، کلرید نقره تشکیل می شود:

معادله مولکولی: KCl (محلول) + AgNO 3 (p-p) → AgCl (s) + KNO 3 (p-p)

معادله یونی: K + + Cl - + Ag + + NO 3 - → AgCl (t) + K + + NO 3 -

معادله یونی مولکولی: Cl - + Ag + → AgCl (s)

اگر ترکیبی محلول باشد، در محلول به شکل یونی وجود خواهد داشت. اگر ترکیب نامحلول باشد، رسوب می‌کند و جامد را تشکیل می‌دهد.

واکنش های خنثی سازی

اینها واکنش هایی بین اسیدها و بازها هستند که منجر به تشکیل مولکول های آب می شود.

به عنوان مثال، واکنش اختلاط محلول اسید سولفوریک و محلول هیدروکسید سدیم (لوله):

معادله مولکولی: H2SO4 (p-p) + 2NaOH (p-p) → Na2SO4 (p-p) + 2H2O (l)

معادله یونی: 2H + + SO 4 2- + 2Na + + 2OH - → 2Na + + SO 4 2- + 2H 2 O (l)

معادله یونی مولکولی: 2H + + 2OH - → 2H 2 O (l) یا H + + OH - → H 2 O (l)

واکنش های اکسیداسیون

اینها واکنش های متقابل مواد با اکسیژن گازی در هوا هستند که در طی آن، به طور معمول، مقدار زیادی انرژی به صورت گرما و نور آزاد می شود. یک واکنش اکسیداسیون معمولی احتراق است. در ابتدای این صفحه واکنش بین متان و اکسیژن است:

CH 4 (g) + 2O 2 (g) → CO 2 (g) + 2H 2 O (g)

متان متعلق به هیدروکربن ها (ترکیبات کربن و هیدروژن) است. هنگامی که یک هیدروکربن با اکسیژن واکنش می دهد، انرژی حرارتی زیادی آزاد می شود.

واکنش های ردوکس

اینها واکنش هایی هستند که در آن الکترون ها بین اتم های واکنش دهنده مبادله می شوند. واکنش هایی که در بالا مورد بحث قرار گرفت نیز واکنش های ردوکس هستند:

2Na + Cl 2 → 2NaCl - واکنش ترکیبی
CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O - واکنش اکسیداسیون
Zn + CuSO 4 → ZnSO 4 + Cu - واکنش تک جایگزینی

واکنش های ردوکس با تعداد زیادی مثال از حل معادلات با استفاده از روش تعادل الکترونی و روش نیمه واکنش با جزئیات تا حد امکان در بخش توضیح داده شده است.

احتراق (واکنش)

(آ.احتراق، سوزاندن؛ n Brennen، Verbrennung; f.احتراق؛ و.احتراق) یک واکنش اکسیداسیون سریع است که با آزاد شدن یک وسیله همراه است. مقدار گرما؛ معمولاً با درخشش روشن (شعله) همراه است. در بیشتر موارد، گاز به عنوان یک عامل اکسید کننده در هیدرولیز عمل می کند، اما فرآیندهای هیدرولیز نیز در واکنش های انواع دیگر (هیدروژناسیون فلزات در نیتروژن، در هالوژن) امکان پذیر است. در فیزیکی شیمی شامل تمام گازهای گرمازا می شود. شیمی فرآیندهایی که در آن موجودات. این نقش توسط خود شتاب واکنش ناشی از افزایش دما (مکانیسم حرارتی) یا تجمع ذرات فعال (مکانیسم انتشار) ایفا می شود.
یک ویژگی مشخصه آتش وجود یک منطقه محدود فضایی با دمای بالا (شعله) است که در آن آتش اصلی رخ می دهد. بخشی از مواد شیمیایی تبدیل مواد اولیه به محصولات احتراق و b.h آزاد می شود. حرارت. ظاهر شعله در اثر اشتعال ایجاد می شود که مستلزم صرف مقدار معینی انرژی است، اما انتشار شعله از طریق سیستمی که قادر به احتراق است به طور خود به خود و با سرعت بسته به ترکیب شیمیایی رخ می دهد. ویژگی های سیستم، فیزیکی و گاز دینامیک فرآیندها ویژگی های فنی مهم گاز: ارزش حرارتی مخلوط قابل احتراق و نظری. دمای (آدیاباتیک)، لبه با احتراق کامل سوخت بدون اتلاف حرارت به دست می آید.
از کل انواع فرآیندهای هیدرولیز، ما معمولاً بر اساس وضعیت کل سوخت و اکسیدکننده، به هیدرولیز همگن گازهای از پیش مخلوط و مواد قابل احتراق بخار در اکسید کننده های گازی، هیدرولیز ناهمگن (مواد قابل احتراق جامد و مایع در اکسید کننده های گازی) تفکیک می کنیم. و هیدرولیز مواد منفجره و باروت (که بدون تبادل جرم اتفاق می افتد) با محیط زیست.
ساده ترین گازهای همگن گازهای مخلوط است. سرعت انتشار شعله آرام از طریق چنین سیستمی فیزیکی-شیمیایی است. ثابت مخلوط، بسته به ترکیب مخلوط، فشار، دما و مول. رسانایی گرمایی.
ناهمگنی ناهمگن گسترده ترین فرآیند در طبیعت و فناوری است. سرعت آن توسط فیزیکی تعیین می شود خواص سیستم و شرایط احتراق خاص برای سوخت های مایع، سرعت تبخیر از اهمیت بالایی برخوردار است و برای سوخت های جامد، سرعت تبدیل به گاز از اهمیت بالایی برخوردار است. بنابراین در استخراج زغال سنگ دو مرحله قابل تشخیص است. در اولی (در شرایط حرارت آهسته)، اجزای فرار زغال سنگ آزاد می شود و در دومی، باقیمانده کک می سوزد.
انتشار شعله از طریق گاز منجر به ظهور حرکت گاز می شود. فاصله از جلوی شعله اگر عرض ناحیه واکنش کوچک باشد، شعله را می توان به صورت گاز دینامیکی نشان داد. گسیختگی در حال حرکت از طریق گاز با سرعت مافوق صوت. این امر نه تنها در مورد یک مخلوط همگن، بلکه برای مواد احتراق مایع و جامد نسبتاً ریز که در اکسیدکننده معلق هستند نیز امکان پذیر است. از آنجایی که مولفه سرعت شعله معمولی به سمت جلو به سرعت خود گاز بستگی ندارد، در طول گاز ساکن یک شکل شعله کاملاً مشخص در جریان گاز متحرک ایجاد می شود. G. در چنین شرایطی با طراحی مناسب دستگاه های احتراق تضمین می شود.
حرکت گاز ناشی از ظهور شعله می تواند آرام یا متلاطم باشد. آشفتگی جریان، به عنوان یک قاعده، منجر به شتاب شدید احتراق و ظهور نویز صوتی می شود. اختلالات در جریان، در نهایت منجر به ظهور یک شوک، شروع انفجار مخلوط گاز می شود. امکان انتقال گاز به انفجار علاوه بر خواص خود گاز با اندازه و هندسه سیستم تعیین می شود.
فرآیندهای گاز سوختی عمدتاً در فناوری استفاده می شود. وظیفه احتراق سوخت به دستیابی به حداکثر کاهش می یابد. انتشار حرارت (بازده احتراق) برای یک دوره زمانی معین. در فورج در واقع روش‌های توسعه p.i مبتنی بر استفاده از فرآیند G. است. ( سانتی متر.احتراق درجا). در معدن و زمین شناسی خاص شرایطی که خود به خود به وجود می آیند G. ( سانتی متر.احتراق خود به خودی زغال سنگ، احتراق خود به خودی ذغال سنگ نارس) می تواند منجر به آتش سوزی درون زا شود. L. G. Bolkhovitinov.

دایره المعارف کوهستان. - م.: دایره المعارف شوروی. ویرایش شده توسط E. A. Kozlovsky. 1984-1991 .

ببینید «احتراق (واکنش)» در فرهنگ‌های دیگر چیست:

احتراق- 3.3 احتراق: یک واکنش اکسیداسیون گرمازا یک ماده، همراه با حداقل یکی از سه عامل: شعله، درخشش یا دود. منبع: GOST R 50588 2012: عوامل کف کننده برای خاموش کردن آتش. فنی عمومی...... فرهنگ لغت - کتاب مرجع شرایط اسناد هنجاری و فنی

مسابقات ... ویکی پدیا

شیمی پیچیده واکنشی که تحت شرایط خود شتاب پیشرونده مرتبط با انباشت گرما یا کاتالیز محصولات واکنش در سیستم رخ می دهد. با G. می توان به دمای بالا (تا چندین هزار K) دست یافت و اغلب اتفاق می افتد... ... دایره المعارف فیزیکی

فرآیندهای هسته ای واپاشی رادیواکتیو واپاشی آلفا واپاشی بتا واپاشی خوشه ای واپاشی مضاعف بتا گرفتن الکترون گرفتن الکترون دوگانه تابش گاما تبدیل داخلی انتقال ایزومری واپاشی نوترون واپاشی پوزیترون ... ... ویکی پدیا

فرآیند فیزیکی و شیمیایی که در آن تبدیل یک ماده با آزاد شدن شدید انرژی و انتقال گرما و جرم با محیط همراه است. ممکن است به طور خود به خود در نتیجه خودسوزی شروع شود یا ممکن است توسط... ... فرهنگ لغت شرایط اضطراری

احتراق- واکنش اکسیداسیون گرمازا یک ماده، همراه با حداقل یکی از سه عامل: شعله، درخشش یا دود. [ST SEV 383 87] احتراق یک واکنش گرمازا که تحت شرایط خود شتاب پیشرونده رخ می دهد. ... راهنمای مترجم فنی

فرآیند فیزیکی و شیمیایی که در آن تبدیل یک ماده با آزاد شدن شدید انرژی و تبادل گرما و جرم با محیط همراه است. احتراق می تواند به طور خود به خود در نتیجه خودسوزی شروع شود یا شروع شود... ... فرهنگ لغت دایره المعارفی بزرگ

- (فرانسوی و انگلیسی احتراق آلمانی Verbrennung؛ شیمیایی). مرسوم است که G. را چنین مواردی از برهمکنش با اکسیژن در هوای هر جسمی که با انتشار قابل توجه گرما و گاهی اوقات نور همراه است، نامیده می شود. در یک مفهوم کلی تر، شما می توانید ... دایره المعارف بروکهاوس و افرون

احتراق- واکنش گرمازا اکسیداسیون یک ماده قابل اشتعال که معمولاً با تشعشعات الکترومغناطیسی قابل مشاهده و انتشار دود همراه است. G. بر اساس تعامل یک ماده قابل اشتعال با یک عامل اکسید کننده، اغلب اکسیژن اتمسفر است. تمیز دادن... ... دایره المعارف روسی حمایت از کار

احتراق- فرآیند شیمیایی پیچیده و سریع دگرگونی همراه با انتشار گرما و نور. در معنای محدود، گاز واکنش ماده ای است که با اکسیژن ترکیب می شود، اما گاز می تواند برای مثال بدون اکسیژن نیز رخ دهد. هیدروژن، آنتیموان و سایر فلزات در کلر می سوزند و... ... دایره المعارف بزرگ پلی تکنیک