Химический процесс
Хими́ческая реа́кция — превращение одного или нескольких исходных веществ (реагентов) в отличающиеся от них по химическому составу или строению вещества (продукты реакции). В отличие от ядерных реакций, при химических реакциях ядра атомов не меняются, в частности не изменяется их общее число,изотопный состав химических элементов.
Химические реакции происходят при смешении или физическом контакте реагентов самопроизвольно, при нагревании, участии катализаторов (катализ), действии света (фотохимические реакции), электрического тока (электродные процессы), ионизирующих излучений (радиационно-химические реакции), механического воздействия (механохимические реакции), в низкотемпературной плазме (плазмохимические реакции) и т. п. Самопроизвольное превращение веществ осуществляется при условии, что они обладают энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера, разделяющего исходное и конечное состояния системы (Энергия активации).
Содержание
Классификация
Существует большое количество признаков, по которым можно классифицировать химические реакции.
По фазовому составу реагирующей системы
По изменению степеней окисления реагентов
В данном случае различают
Пример реакции диспропорционирования — реакция разложения нитрата аммония при нагревании. Окислителем в данном случае выступает азот (+5) нитрогруппы, а восстановителем — азот (-3) катиона аммония:
По тепловому эффекту реакции
Все реакции сопровождаются тепловыми эффектами. При разрыве химических связей в реагентах выделяется энергия, которая, в основном, идет на образование новых химических связей. В некоторых реакциях энергии этих процессов близки, и в таком случае общий тепловой эффект реакции приближается к нулю. В остальных случаях можно выделить
Тепловой эффект реакции (энтальпию реакции, ΔrH), часто имеющий очень важное значение, можно вычислить по закону Гесса, если известны энтальпии образования реагентов и продуктов. Когда сумма энтальпий продутов меньше суммы энтальпий реагентов (ΔrH 0) — поглощение.
По типу превращений реагирующих частиц
Химические реакции всегда сопровождаются физическими эффектами: поглощением и выделением энергии, например в виде теплопередачи, изменением агрегатного состояния реагентов, изменением окраски реакционной смеси и др. Именно по этим физическим эффектам часто судят о протекании химических реакций.
Химические процессы, протекающие в веществе, отличаются и от физических процессов, и от ядерных превращений. В физических процессах участвующие вещества сохраняют неизменными свои свойства, но могут изменять внешнюю форму или агрегатное состояние.
В химических процессах (химических реакциях) получаются новые вещества с отличными от реагентов свойствами, но никогда не образуются атомы новых элементов. В атомах же участвующих в реакции элементов обязательно происходят видоизменения электронной оболочки.
В ядерных реакциях происходят изменения в атомных ядрах всех участвующих элементов, что приводит к образованию атомов новых элементов.
С помощью химических реакций можно получать практически важные вещества, которые в природе находятся в ограниченных количествах, например азотные удобрения, либо вообще не встречаются по каким-либо причинам, например сульфаниламиды и другие синтетические лекарственные препараты, полиэтилен и другие пластмассы. Химия позволяет синтезировать новые, неизвестные природе вещества, необходимые для жизнедеятельности человека. Вместе с тем, неумелое или безответственное химическое воздействие на окружающую среду и на протекающие природные процессы может привести к нарушению установившихся естественных химических циклов, что делает актуальной экологическую проблему (загрязнение окружающей среды) и усложняет задачу рационального использования природных ресурсов и сохранения естественной среды обитания на Земле.
Ни одно из этих определений не является точным в том смысле, что всегда можно однозначно сказать, что такое химический процесс, а что нет; это практические определения. Эти два варианта определения также существенно пересекаются. Из-за неточности определения химики и другие ученые используют термин «химический процесс» только в общем смысле или в инженерном смысле. Однако в «технологическом (технологическом)» смысле термин «химический процесс» используется широко. Остальная часть статьи будет посвящена инженерному типу химических процессов.
Хотя этот тип химического процесса может иногда включать только одну стадию, часто несколько стадий, называемых единичные операции, вовлечены. В растение, каждая из единичных операций обычно выполняется в отдельных емкостях или секциях завода, называемых единицы. Часто один или несколько химические реакции вовлечены, но могут быть использованы другие способы изменения химического (или материального) состава, например смешивание или процессы разделения. Этапы процесса могут быть последовательными во времени или последовательными в пространстве вдоль потока текущего или движущегося материала; видеть Химический завод. Для заданного количества исходного (входящего) материала или продукта (выходного) материала ожидаемое количество материала может быть определено на ключевых этапах процесса на основе эмпирических данных и расчетов материального баланса. Эти количества могут быть увеличены или уменьшены в соответствии с желаемой производительностью или режимом работы конкретного химического завода, построенного для такого процесса. Один и тот же химический процесс может использоваться более чем на одном химическом заводе, причем каждый завод может иметь разную мощность. Химические процессы, такие как дистилляция и кристаллизация вернуться к алхимия в Александрия, Египет.
Помимо химических заводов по производству химикатов, химические процессы с аналогичной технологией и оборудованием также используются в переработка нефти и другие нефтеперерабатывающие заводы, переработка природного газа, полимер и фармацевтический производство переработка пищевых продуктов, и воды и очистки сточных вод.
Обработка агрегата в химическом процессе
Единичная обработка это основная обработка в химическая инженерия. Вместе с единичные операции он составляет основной принцип различных химических производств. Каждый жанр единичной обработки подчиняется тому же химическому закону, как и каждый жанр обработки. единичные операции следует тому же физическому закону.
Технологическая установка химического машиностроения состоит из следующих важных процессов:
Что такое химический процесс
Когда химические вещества вступают во взаимодействие, химические связи между их атомами разрушаются и образуются новые, уже в других сочетаниях. В результате одни вещества превращаются в другие.
Рассмотрим реакцию горения метана, происходящую в конфорке газовой плиты:
.jpg)
Молекула метана (CH₄) и две молекулы кислорода (2O₂) вступают в реакцию, образуя молекулу углекислого газа (CO₂) и две молекулы воды (2H₂O). Связи между атомами углерода (С) и водорода (H) в метане, а также между атомами кислорода (O) разрываются, и образуются новые связи между атомами углерода и кислорода в молекуле углекислого газа (CO₂) и между атомами водорода и кислорода в молекуле воды (H₂O).
Картинка даёт наглядное представление о том, что произошло в ходе реакции. Но зарисовывать сложные химические процессы такими схемами неудобно. Вместо этого учёные используют уравнения химических реакций.
Химическое уравнение — это условная запись химической реакции с помощью формул и символов.
Их записывают в виде схемы, в которой отражён процесс превращения. В левой части располагаются формулы реагентов — веществ, вступающих в реакцию. Завершается уравнение продуктами реакции — веществом или веществами, которые получились в результате.
Новые вещества образуются потому, что изменяются связи между атомами, но сами атомы не возникают из ниоткуда и не исчезают в никуда. На рисунке видно, что атом углерода из состава метана перешёл в состав углекислого газа, атом водорода — в состав воды, а атомы кислорода распределились между молекулами углекислого газа и воды. Число атомов не изменилось.
Согласно закону сохранения массы, общая масса реагентов всегда равна общей массе продуктов реакции. Именно поэтому запись химической реакции называют уравнением.
Виды химических реакций
Вещества вступают в реакции по-разному, можно выделить четыре наиболее частых варианта:
.jpg)
.jpg)
Сложное вещество негашёная известь соединяется с водой, и образуется новое сложное вещество — гашёная известь:
.jpg)
Стрелка вверх означает, что образовался газ. Он улетучивается и больше не участвует в реакции.
В примере атомы цинка замещают атомы водорода в составе хлороводорода, и образуется хлорид цинка:
.jpg)
Стрелка вниз означает, что вещество выпало в осадок, поскольку оно нерастворимо.
Коэффициенты в уравнениях химических реакций
Чтобы составить уравнение химической реакции, важно правильно подобрать коэффициенты перед формулами веществ.
Коэффициент в химических уравнениях означает число молекул (формульных единиц) вещества, необходимое для реакции. Он обозначается числом перед формулой (например, 2NaCl в последнем примере).
Коэффициент не следует путать с индексом (числом под символом химического элемента, например, О₂). Индекс обозначает количество атомов этого элемента в молекуле (формульной единице).
.jpg)
Чтобы узнать общее число атомов элемента в формуле, нужно умножить его индекс на коэффициент вещества. В примере на картинке (2H₂O) — четыре атома водорода и два кислорода.
Подобрать коэффициент — значит определить, сколько молекул данного вещества должно участвовать в реакции, чтобы она произошла. Далее мы расскажем, как это сделать.
Алгоритм составления уравнений химических реакций
Для начала составим схему химической реакции. Например, образование оксида магния (MgO) в процессе горения магния (Mg) в кислороде (O₂). Обозначим реагенты и продукт реакции:
.jpg)
Чтобы схема стала уравнением, нужно расставить коэффициенты. В левой части схемы два атома кислорода, а в правой — один. Уравняем их, увеличив число молекул продукта:
.jpg)
Теперь число атомов кислорода до и после реакции одинаковое, а число атомов магния — нет. Чтобы уравнять их, добавим ещё одну молекулу магния. Когда количество атомов каждого из химических элементов в составе веществ уравнено, вместо стрелки можно ставить равно:
.jpg)
Уравнение химической реакции составлено.
Рассмотрим реакцию разложения. Нитрат калия (KNO₃) разлагается на нитрит калия (KNO₂) и кислород (О₂):
.jpg)
В обеих частях схемы по одному атому калия и азота, а атомов кислорода до реакции 3, а после — 4. Необходимо их уравнять.
Для начала удвоим коэффициент перед реагентом:
.jpg)
Теперь в левой части схемы шесть атомов кислорода, два атома калия и два атома азота. В левой по-прежнему по одному атому калия и азота и четыре атома кислорода. Чтобы уравнять их, в правой части схемы нужно удвоить коэффициент перед нитритом калия.
.jpg)
Снова посчитаем число атомов каждого химического элемента в составе веществ до и после реакции: два атома калия, два атома азота и шесть атомов кислорода. Равенство достигнуто.
Химические уравнения не только позволяют предсказать, что произойдёт при взаимодействии тех или иных веществ, но и помогают рассчитать их количественное соотношение, необходимое для реакции.
Учите химию вместе с домашней онлайн-школой «Фоксфорда»! По промокоду CHEMISTRY892021 вы получите бесплатный недельный доступ к курсам химии за 8 класс и 9 класс.
У нас вы сможете учиться в удобном темпе, делать упор на любимые предметы и общаться со сверстниками по всему миру.
Попробовать бесплатно
Интересное по рубрике
Найдите необходимую статью по тегам
Подпишитесь на нашу рассылку
Мы в инстаграм
Домашняя онлайн-школа
Помогаем ученикам 5–11 классов получать качественные знания в любой точке мира, совмещать учёбу со спортом и творчеством
Посмотреть
Рекомендуем прочитать
Реальный опыт семейного обучения
Звонок по России бесплатный
Посмотреть на карте
Если вы не нашли ответ на свой вопрос на нашем сайте, включая раздел «Вопросы и ответы», закажите обратный звонок. Мы скоро свяжемся с вами.
Что такое химический процесс
54. ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
Химический процесс – это совокупность процессов, обеспечивающих условия протекания химической реакции. Включают процессы транспортировки реагентов к зоне реакции, продуктов реакции из зоны реакции и др.
Явления, в результате которых не происходит изменения состава ядер атомов, но одни вещества превращаются в другие, отличающиеся от исходных составом и свойствами, называются химическими. Существуют различия между физическими и химическими явлениями. При физических явлениях изменяются физическое состояние или форма веществ или образуются новые вещества за счет изменения состава ядер-атомов (ядерные реакции).
Все химические реакции классифицируют по различным признакам.
1. По признаку изменения числа реагентов и продуктов реакции делят на следующие типы: соединения, разложения, замещения и обмена. Реакции, в результате которых образуется одно новое вещество из двух или нескольких, называют реакциями соединения.
Реакцией разложения называется реакция, в результате которой из одного вещества образуется несколько новых веществ.
Реакцией замещения называется реакция между простыми и сложными веществами, в результате которой атомы простого вещества замещают атомы одного из элементов сложного вещества.
Реакцией обмена называется реакция, в результате которой вещества обмениваются своими составными частями, образуя новые вещества.
2. По признаку выделения или поглощения теплоты. Те реакции, которые протекают с поглощением теплоты, называют экзотермическими:
N2(,)+O2(,)= 2NO(,), H0=180,8 кДж.
Реакции, протекающие с выделением теплоты, называют экзотермическими:
2H2 + O2 = 2H2O, H0 = – 571,6 кДж.
3. По признаку обратимости.
Обратимыми называют реакции, которые протекают во взаимно противоположных направлениях. Эти реакции характеризуются тем, что продукты прямой реакции могут взаимодействовать между собой, образуя исходные вещества (обратная реакция).
Необратимыми называют реакции, которые протекают только в одном направлении.
4. По признаку изменения степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ.
Степень окисления – это условный заряд атомов в соединении, вычисленный исходя из предположения, что оно состоит только из ионов.
Степень окисления равна нулю у свободных атомов и атомов, входящих в состав неполярных молекул (Си, H2, N2).
2K+1Cl+5O3-2= 2K+1Cl-1+ 3O20,
C0+ 2Cu+2O-2= C+4O2-2+ 2Cu0
Окислительно-восстановительными реакциями называют реакции, протекающие с изменением степеней окисления элементов.
Примеры реакций, протекающих без степени окисления атомов:
Химические реакции
Хими́ческая реа́кция — превращение одного или нескольких исходных веществ (реагентов) в отличающиеся от них по химическому составу или строению вещества (продукты реакции). В отличие от ядерных реакций, при химических реакциях ядра атомов не меняются, в частности не изменяется их общее число, изотопный состав химических элементов, при этом происходит перераспределение электронов и ядер и образуются новые химические вещества.
Химические реакции происходят при смешении или физическом контакте реагентов самопроизвольно, при нагревании, участии катализаторов (катализ), действии света (фотохимические реакции), электрического тока (электродные процессы), ионизирующих излучений (радиационно-химические реакции), механического воздействия (механохимические реакции), в низкотемпературной плазме (плазмохимические реакции) и т. п. Взаимодействие молекул между собой происходит по цепному маршруту: ассоциация – электронная изомеризация – диссоциация, в котором активными частицами являются радикалы,ионы, координационно-ненасыщенные соединения. Скорость химической реакции определяется концентрацией активных частиц и разницей между энергиями связи разрываемой и образуемой.
Содержание
Классификация
Существует большое количество признаков, по которым можно классифицировать химические реакции.
По фазовому составу реагирующей системы
По изменению степеней окисления реагентов
В данном случае различают
Пример окислительно-восстановительной реакции — горение водорода (восстановитель) в кислороде (окислитель) с образованием воды:
Пример реакции диспропорционирования — реакция разложения нитрата аммония при нагревании. Окислителем в данном случае выступает азот (+5) нитрогруппы, а восстановителем — азот (-3) катиона аммония:
По тепловому эффекту реакции
Все реакции сопровождаются тепловыми эффектами. При разрыве химических связей в реагентах выделяется энергия, которая, в основном, идет на образование новых химических связей. В некоторых реакциях энергии этих процессов близки, и в таком случае общий тепловой эффект реакции приближается к нулю. В остальных случаях можно выделить:
Тепловой эффект реакции (энтальпию реакции, ΔrH), часто имеющий очень важное значение, можно вычислить по закону Гесса, если известны энтальпии образования реагентов и продуктов. Когда сумма энтальпий продуктов меньше суммы энтальпий реагентов (ΔrH 0) — поглощение.
По типу превращений реагирующих частиц
Химические реакции всегда сопровождаются физическими эффектами: поглощением и выделением энергии, например в виде теплопередачи, изменением агрегатного состояния реагентов, изменением окраски реакционной смеси и др. Именно по этим физическим эффектам часто судят о протекании химических реакций.
Химические процессы, протекающие в веществе, отличаются и от физических процессов, и от ядерных превращений. В физических процессах каждое из участвующих веществ сохраняет неизменным свой состав (хотя вещества могут образовывать смеси), но могут изменять внешнюю форму или агрегатное состояние.
В химических процессах (химических реакциях) получаются новые вещества с отличными от реагентов свойствами, но никогда не образуются атомы новых элементов. В атомах же участвующих в реакции элементов обязательно происходят видоизменения электронной оболочки.
В ядерных реакциях происходят изменения в атомных ядрах всех участвующих элементов, что приводит к образованию атомов новых элементов.
С помощью химических реакций можно получать практически важные вещества, которые в природе находятся в ограниченных количествах, например азотные удобрения, либо вообще не встречаются по каким-либо причинам, например сульфаниламиды и другие синтетические лекарственные препараты, полиэтилен и другие пластмассы. Химия позволяет синтезировать новые, неизвестные природе вещества, необходимые для жизнедеятельности человека. Вместе с тем, неумелое или безответственное химическое воздействие на окружающую среду и на протекающие природные процессы может привести к нарушению установившихся естественных химических циклов, что делает актуальной экологическую проблему (загрязнение окружающей среды) и усложняет задачу рационального использования природных ресурсов и сохранения естественной среды обитания на Земле.