Der Mechanismus chemischer Reaktionen während der Verbrennung. Der Verbrennungsprozess und seine Arten

Zur Zeit chemische Reaktionen aus manchen Stoffen werden andere gewonnen (nicht zu verwechseln). Kernreaktionen, bei dem ein chemisches Element in ein anderes umgewandelt wird).

Jede chemische Reaktion wird durch eine chemische Gleichung beschrieben:

Reaktanten → Reaktionsprodukte

Der Pfeil gibt die Richtung der Reaktion an.

Zum Beispiel:

Bei dieser Reaktion reagiert Methan (CH 4) mit Sauerstoff (O 2), wodurch Kohlendioxid (CO 2) und Wasser (H 2 O), genauer gesagt Wasserdampf, entstehen. Genau diese Reaktion passiert in Ihrer Küche, wenn Sie einen Gasbrenner anzünden. Die Gleichung sollte wie folgt gelesen werden: Ein Molekül Methangas reagiert mit zwei Molekülen Sauerstoffgas und erzeugt ein Molekül Kohlendioxid und zwei Moleküle Wasser (Wasserdampf).

Die Zahlen, die vor den Komponenten einer chemischen Reaktion stehen, werden aufgerufen Reaktionskoeffizienten.

Es kommt zu chemischen Reaktionen endothermisch(mit Energieabsorption) und exotherm(mit Energiefreisetzung). Ein typisches Beispiel für eine exotherme Reaktion ist die Methanverbrennung.

Es gibt verschiedene Arten chemischer Reaktionen. Das Üblichste:

• Verbindungsreaktionen;
• Zersetzungsreaktionen;
• einzelne Ersatzreaktionen;
• doppelte Verschiebungsreaktionen;
• Oxidationsreaktionen;
• Redoxreaktionen.

Zusammengesetzte Reaktionen

Bei Verbundreaktionen bilden mindestens zwei Elemente ein Produkt:

2Na (t) + Cl 2 (g) → 2NaCl (t)- Bildung von Speisesalz.

Bei Verbindungsreaktionen ist auf eine wesentliche Nuance zu achten: Abhängig von den Reaktionsbedingungen oder den Anteilen der in die Reaktion eintretenden Reagenzien können unterschiedliche Produkte entstehen. Zum Beispiel wann normale Bedingungen Bei der Verbrennung von Kohle entsteht Kohlendioxid:
C (t) + O 2 (g) → CO 2 (g)

Reicht die Sauerstoffmenge nicht aus, entsteht tödliches Kohlenmonoxid:
2C (t) + O 2 (g) → 2CO (g)

Zersetzungsreaktionen

Diese Reaktionen sind sozusagen im Wesentlichen entgegengesetzt zu den Reaktionen der Verbindung. Durch die Zersetzungsreaktion zerfällt der Stoff in zwei (3, 4...) weitere einfaches Element(Verbindungen):

• 2H 2 O (l) → 2H 2 (g) + O 2 (g)- Wasserzersetzung
• 2H 2 O 2 (l) → 2H 2 (g) O + O 2 (g)- Zersetzung von Wasserstoffperoxid

Einzelne Verschiebungsreaktionen

Durch einzelne Substitutionsreaktionen ersetzt ein aktiveres Element ein weniger aktives in einer Verbindung:

Zn (s) + CuSO 4 (Lösung) → ZnSO 4 (Lösung) + Cu (s)

Zink in einer Kupfersulfatlösung verdrängt das weniger aktive Kupfer, was zur Bildung einer Zinksulfatlösung führt.

Der Aktivitätsgrad von Metallen in aufsteigender Reihenfolge der Aktivität:

• Am aktivsten sind Alkali- und Erdalkalimetalle

Die Ionengleichung für die obige Reaktion lautet:

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

Die ionische Bindung CuSO 4 zerfällt beim Auflösen in Wasser in ein Kupferkation (Ladung 2+) und ein Sulfatanion (Ladung 2-). Durch die Substitutionsreaktion entsteht ein Zinkkation (das die gleiche Ladung wie das Kupferkation hat: 2-). Bitte beachten Sie, dass das Sulfatanion auf beiden Seiten der Gleichung vorhanden ist, d. h. nach allen Regeln der Mathematik reduziert werden kann. Das Ergebnis ist eine ionenmolekulare Gleichung:

Zn (t) + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu (t)

Doppelte Verschiebungsreaktionen

Bei Doppelsubstitutionsreaktionen werden bereits zwei Elektronen ersetzt. Solche Reaktionen nennt man auch Austauschreaktionen. Solche Reaktionen finden in Lösung unter Bildung von:

• unlöslicher Feststoff (Fällungsreaktion);
• Wasser (Neutralisationsreaktion).

Niederschlagsreaktionen

Wenn eine Lösung aus Silbernitrat (Salz) mit einer Lösung aus Natriumchlorid gemischt wird, entsteht Silberchlorid:

Molekulare Gleichung: KCl (Lösung) + AgNO 3 (p-p) → AgCl (s) + KNO 3 (p-p)

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

Molekulare Ionengleichung: Cl - + Ag + → AgCl (s)

Wenn eine Verbindung löslich ist, liegt sie in ionischer Form gelöst vor. Wenn die Verbindung unlöslich ist, fällt sie aus und bildet einen Feststoff.

Neutralisationsreaktionen

Dabei handelt es sich um Reaktionen zwischen Säuren und Basen, die zur Bildung von Wassermolekülen führen.

Zum Beispiel die Reaktion des Mischens einer Schwefelsäurelösung und einer Natriumhydroxidlösung (Lauge):

Molekulare Gleichung: H 2 SO 4 (p-p) + 2NaOH (p-p) → Na 2 SO 4 (p-p) + 2H 2 O (l)

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

Molekulare Ionengleichung: 2H + + 2OH - → 2H 2 O (l) oder H + + OH - → H 2 O (l)

Oxidationsreaktionen

Hierbei handelt es sich um Wechselwirkungsreaktionen von Stoffen mit gasförmigem Luftsauerstoff, bei denen in der Regel viel Energie in Form von Wärme und Licht freigesetzt wird. Eine typische Oxidationsreaktion ist die Verbrennung. Ganz am Anfang dieser Seite steht die Reaktion zwischen Methan und Sauerstoff:

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

Methan gehört zu den Kohlenwasserstoffen (Verbindungen aus Kohlenstoff und Wasserstoff). Wenn ein Kohlenwasserstoff mit Sauerstoff reagiert, wird viel Wärmeenergie freigesetzt.

Redoxreaktionen

Dabei handelt es sich um Reaktionen, bei denen Elektronen zwischen den Atomen der Reaktanten ausgetauscht werden. Bei den oben besprochenen Reaktionen handelt es sich ebenfalls um Redoxreaktionen:

• 2Na + Cl 2 → 2NaCl – Verbindungsreaktion
• CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O – Oxidationsreaktion
• Zn + CuSO 4 → ZnSO 4 + Cu – einzelne Substitutionsreaktion

Redoxreaktionen mit zahlreichen Beispielen zur Lösung von Gleichungen nach der Elektronengleichgewichtsmethode und der Halbreaktionsmethode werden im Abschnitt möglichst detailliert beschrieben

Verbrennung ist ein komplexer physikalischer und chemischer Prozess der Wechselwirkung zwischen brennbaren Kraftstoffkomponenten und einem Oxidationsmittel; insbesondere ist die Kraftstoffverbrennung eine Reaktion der schnellen Oxidation seiner Komponenten, begleitet von intensiver Wärmefreisetzung und einem starken Temperaturanstieg.

Betrachten wir die Verbrennungsreaktion von Methan als Hauptbestandteil von Erdgas:

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O.

Aus der Gleichung dieser Reaktion folgt, dass für die Oxidation eines Methanmoleküls zwei Sauerstoffmoleküle benötigt werden, d.h. Für die vollständige Verbrennung von 1 m 3 Methan werden 2 m 3 Sauerstoff benötigt.

Wird als Oxidationsmittel verwendet atmosphärische Luft, ein komplexes Stoffgemisch, darunter 21 Vol. % O 2, 78 Vol. % N 2 und 1 Vol. % CO 2, Inertgase usw. Für technische Berechnungen wird die bedingte Zusammensetzung der Luft üblicherweise aus zwei Komponenten bestehend angenommen: Sauerstoff (21 Vol.-%) und Stickstoff (79 Vol.-%). Unter Berücksichtigung dieser Luftzusammensetzung ist für jede Verbrennungsreaktion in der Luft zur vollständigen Verbrennung des Kraftstoffs ein Luftvolumen von 100/21 = 4,76-mal mehr Luft als Sauerstoff erforderlich.

Die Produkte der vollständigen Verbrennung von Erdgas sind: Kohlendioxid CO 2, Wasserdampf H 2 O, etwas überschüssiger Sauerstoff O 2 und Stickstoff N 2. Überschüssiger Sauerstoff ist in Verbrennungsprodukten nur dann enthalten, wenn die Verbrennung mit Luftüberschuss erfolgt, und Stickstoff ist immer in Verbrennungsprodukten enthalten, da dies der Fall ist Bestandteil Luft und nimmt nicht an der Verbrennung teil. Die Produkte der unvollständigen Verbrennung von Gas sind: Kohlenmonoxid CO, unverbrannter Wasserstoff H2 und Methan CH4, schwere Kohlenwasserstoffe CmHn und Ruß. Je mehr Kohlendioxid CO 2 in den Verbrennungsprodukten enthalten ist, desto weniger Kohlenmonoxid CO ist darin enthalten, d. h. desto vollständiger wird die Verbrennung sein. Das Konzept des maximalen CO 2 -Gehalts in Verbrennungsprodukten wurde eingeführt – dies ist die Menge an CO 2, die in trockenen Verbrennungsprodukten bei vollständiger Verbrennung von Gas ohne Luftüberschuss erhalten werden könnte.

Die fortschrittlichste Methode zur Kontrolle des Luftstroms in den Ofen und der Vollständigkeit seiner Verbrennung ist die Analyse der Verbrennungsprodukte mithilfe automatischer Gasanalysatoren. Gasanalysatoren entnehmen regelmäßig Abgasproben und bestimmen den darin enthaltenen Kohlendioxidgehalt sowie die Menge an Kohlenmonoxid und unverbranntem Wasserstoff (CO + H 2) in Volumenprozent. Wenn der Pfeil auf der Skala (CO + H 2) den Wert 0 anzeigt, ist die Verbrennung abgeschlossen und die Verbrennungsprodukte enthalten kein (CO + H 2). Weicht der Pfeil von Null nach rechts ab, dann enthalten die Verbrennungsprodukte (CO + H 2), d.h. Es kommt zu einer unvollständigen Verbrennung. Auf einer anderen Skala sollte der Pfeil von Gasanalysatoren den maximalen CO 2 -Gehalt in Verbrennungsprodukten anzeigen. Die vollständige Verbrennung erfolgt bei einem maximalen Kohlendioxidanteil und einem Gehalt von Null (CO + H 2).

Verbrennung ist eine mit hoher Geschwindigkeit ablaufende Oxidationsreaktion, die mit der Freisetzung großer Wärmemengen und in der Regel einem hellen Leuchten, das wir Flamme nennen, einhergeht. Der Verbrennungsprozess wird von der physikalischen Chemie untersucht, in der alle exothermen Prozesse, die eine selbstbeschleunigende Reaktion aufweisen, als Verbrennung betrachtet werden. Eine solche Selbstbeschleunigung kann durch einen Temperaturanstieg (d. h. einen thermischen Mechanismus) oder die Ansammlung aktiver Partikel (d. h. einen Diffusionscharakter) auftreten.

Die Verbrennungsreaktion hat ein klares Merkmal – das Vorhandensein eines räumlich begrenzten Hochtemperaturbereichs (Flamme), in dem der größte Teil der Umwandlung der Ausgangsstoffe (Brennstoff) stattfindet. Dieser Prozess wird von der Freisetzung begleitet große Menge Um die Reaktion (das Erscheinen einer Flamme) zu starten, muss eine bestimmte Energiemenge für die Zündung aufgewendet werden, dann läuft der Prozess spontan ab. Seine Geschwindigkeit hängt davon ab chemische Eigenschaften an der Reaktion beteiligten Stoffen sowie aus gasdynamischen Prozessen bei der Verbrennung. Die Verbrennungsreaktion weist bestimmte Eigenschaften auf, von denen die wichtigsten der Heizwert des Gemisches und die Temperatur (die sogenannte adiabatische Temperatur) sind, die theoretisch bei vollständiger Verbrennung ohne Berücksichtigung des Wärmeverlusts erreicht werden könnte.

Die homogene Verbrennung ist die einfachste und hat eine konstante Geschwindigkeit, abhängig von der Zusammensetzung und der molekularen Wärmeleitfähigkeit des Gemisches, der Temperatur und dem Druck.

Heterogene Verbrennung kommt sowohl in der Natur als auch unter künstlichen Bedingungen am häufigsten vor. Seine Geschwindigkeit hängt von den spezifischen Bedingungen des Verbrennungsprozesses und von den physikalischen Eigenschaften der Zutaten ab. Bei flüssigen Brennstoffen wird die Verbrennungsgeschwindigkeit stark von der Verdampfungsgeschwindigkeit und bei festen Brennstoffen von der Vergasungsgeschwindigkeit beeinflusst. Bei der Kohleverbrennung verläuft der Prozess beispielsweise zweistufig. Im ersten Fall werden (bei relativ langsamer Erwärmung) flüchtige Bestandteile des Stoffes (Kohle) freigesetzt, im zweiten verbrennt der Koksrückstand.

Die Verbrennung von Gasen (zum Beispiel die Verbrennung von Ethan) hat ihre eigenen Eigenschaften. In einer gasförmigen Umgebung können sich Flammen über große Entfernungen ausbreiten. Es kann sich mit Unterschallgeschwindigkeit durch ein Gas bewegen, und diese Eigenschaft ist nicht nur einer Gasumgebung eigen, sondern auch einer fein verteilten Mischung aus flüssigen und festen brennbaren Partikeln, die mit einem Oxidationsmittel vermischt sind. Um in solchen Fällen eine stabile Verbrennung zu gewährleisten, ist eine besondere Konstruktion der Ofenvorrichtung erforderlich.

Die Folgen der Verbrennungsreaktion in einer gasförmigen Umgebung sind zweierlei Art. Die erste ist die Turbulenz des Gasstroms, die zu einem starken Anstieg der Prozessgeschwindigkeit führt. Die daraus resultierenden akustischen Störungen der Strömung können zur nächsten Stufe führen – der Entstehung eines Gemisches, das zur Detonation führt. Der Übergang von der Verbrennung zur Detonationsstufe hängt nicht nur von den Eigenschaften des Gases ab, sondern auch von der Größe des Systems und den Ausbreitungsparametern.

Die Verbrennung von Kraftstoffen wird in Technik und Industrie eingesetzt. Die Hauptaufgabe besteht in diesem Fall darin, für einen bestimmten Zeitraum eine maximale Verbrennungseffizienz (d. h. Optimierung der Wärmefreisetzung) zu erreichen. Verbrennung wird beispielsweise im Bergbau eingesetzt – Methoden zur Gewinnung verschiedener Mineralien basieren auf der Nutzung eines brennbaren Prozesses. Unter bestimmten natürlichen und geologischen Bedingungen kann das Phänomen der Verbrennung jedoch zu einem ernsthaften Gefahrenfaktor werden. Echte Gefahr stellt beispielsweise den Prozess der Selbstentzündung von Torf dar, der zur Entstehung endogener Brände führt.

Thema 3. CHEMISCHE GRUNDLAGEN DER VERBRENNUNG.

3.1. Chemie der Verbrennungsreaktionen.

Wie Sie bereits verstanden haben, handelt es sich bei der Verbrennung um eine schnell ablaufende chemische Reaktion, die mit der Freisetzung von Wärme und Glühen (Flamme) einhergeht. Normalerweise ist es exotherm Oxidationsreaktion eine Kombination eines brennbaren Stoffes mit einem Oxidationsmittel – Luftsauerstoff.

Brennbare Stoffe Es kann Gase, Flüssigkeiten und Feststoffe geben. Dies sind H 2, CO, Schwefel, Phosphor, Metalle, C m H n (Kohlenwasserstoffe in Form von Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen, d. h. organische Substanz. Natürliche Kohlenwasserstoffe sind zum Beispiel Erdgas, Öl, Kohle). Grundsätzlich können alle zur Oxidation fähigen Stoffe brennbar sein.

Oxidationsmittel dienen: Sauerstoff, Ozon, Halogene (F, Cl, Br, J), Lachgas (NO 2), Ammoniumnitrat (NH 4 NO 3) usw. Für Metalle können auch CO 2, H 2 O, N 2 sein Oxidationsmittel .

In einigen Fällen kommt es zu einer Verbrennung bei Zersetzungsreaktionen von Stoffen, die in endothermen Prozessen gewonnen werden. Beispielsweise bei der Zersetzung von Acetylen:

C 2 H 2 = 2 C + H 2.

Exotherm Reaktionen sind Reaktionen, bei denen Wärme freigesetzt wird.

Endothermisch Reaktionen sind Reaktionen, bei denen Wärme absorbiert wird.

Zum Beispiel:

2H 2 + O 2 = 2H 2 O + Q – exotherme Reaktion,

2H 2 O + Q = 2H 2 + O 2 – endotherme Reaktion,

wobei: Q – thermische Energie.

Somit können endotherme Reaktionen nur unter Zufuhr externer thermischer Energie ablaufen, d. h. wenn es erhitzt wird.

Bei chemischen Reaktionen ist nach dem Massenerhaltungssatz das Gewicht der Stoffe vor der Reaktion gleich dem Gewicht der nach der Reaktion gebildeten Stoffe. Wenn wir chemische Gleichungen ausgleichen, erhalten wir stöchiometrisch Kompositionen.

Zum Beispiel bei der Reaktion

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O

wir haben 1 mol CH 4 + 2 mol O 2 = 1 mol CO 2 + 2 mol H 2 O.

Die Molzahl vor den Stoffformeln wird als stöchiometrischer Koeffizient bezeichnet.

Unter Berücksichtigung der Konzepte „Molvolumen“, „Molkonzentration“ und „Partialdruck“ stellen wir fest, dass für die vollständige Reaktion von Methan 1 Mol CH 4 mit 2 Mol O 2 oder 1/ gemischt werden muss 3 = 33,3 % CH 4 und 2/ 3 = 66,7 % O 2. Diese Zusammensetzung wird als stöchiometrisch bezeichnet.

Betrachten wir die Verbrennung von CH 4 in Luft, d.h. in einer Mischung aus 21 % O 2 +79 % N 2 oder O 2 +79/21 N 2 oder O 2 +3,76 N 2, dann wird die Reaktion wie folgt geschrieben:

CH 4 +2O 2 +2×3,76N 2 =CO 2 +2H 2 O+2×3,76N 2.

1 mol CH 4 +2 mol O 2 +7,52 mol N 2 = 10,52 mol Mischung aus O 2, N 2 und CH 4.

Dann ist die stöchiometrische Zusammensetzung der Mischung:

(1/10,52)*100 %=9,5 % CH 4; (2/10,52)*100 %=19,0 % O 2 ;

(7,52/10,52)*100 %=71,5 % N 2.

Dies bedeutet, dass im brennbarsten Gemisch statt 100 % (CH 4 + O 2) bei der Reaktion mit Sauerstoff 24 % (CH 4 + O 2) bei der Reaktion mit Luft vorhanden sind, d. h. Es entsteht deutlich weniger Wärme.

Das gleiche Bild ergibt sich, wenn beliebige, nichtstöchiometrische Zusammensetzungen gemischt werden.

Zum Beispiel bei der Reaktion 2CH 4 +2O 2 =CO 2 +2H 2 O+CH 4 1 Mol CH 4 reagiert nicht.

Als Reaktion CH 4 +4O 2 =CO 2 +2H 2 O+2O 2 2 Mol O 2 nehmen nicht an der Reaktion teil, sondern spielen die Rolle eines Ballasts und erfordern zum Aufheizen eine gewisse Wärmemenge.

Wenn wir also die Verbrennungsreaktionen von Methan in Sauerstoff und Luft oder in überschüssigem CH 4 und O 2 vergleichen, ist klar, dass die bei der ersten Reaktion freigesetzte Wärmemenge größer sein wird als bei den anderen, da in ihnen:

Geringere Konzentrationen der Reaktanten in der Gesamtmischung;

Ein Teil der Wärme wird für die Erwärmung des Ballasts verwendet: Stickstoff, Sauerstoff oder Methan.

Stellen wir uns Fragen:

Welche Energie kann bei der Reaktion freigesetzt werden?

Was bestimmt die Wärmemenge, d.h. thermischer Effekt

Wie viel Wärmeenergie muss zugeführt werden, damit es fließt?

endotherme Reaktion?

Zu diesem Zweck wurde der Begriff des Wärmeinhalts eines Stoffes eingeführt.

3.2. Wärmegehalt von Stoffen.

Woher kommt die Wärme bei der Methanverbrennungsreaktion? Das bedeutet, dass es in den CH 4- und O 2-Molekülen verborgen war und nun freigesetzt wurde.

Hier ist ein Beispiel für eine einfachere Reaktion:

2H 2 +O 2 =2H 2 O+Q

Bedeutet Energielevel Das stöchiometrische Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff war höher als das des Reaktionsprodukts H 2 O und es wurde „zusätzliche“ Energie aus der Substanz freigesetzt.

Bei der Rückreaktion der Wasserelektrolyse, d.h. Bei der Zersetzung von Wasser mit Hilfe elektrischer Energie kommt es zu einer Umverteilung von Atomen in einem Wassermolekül unter Bildung von Wasserstoff und Sauerstoff. Gleichzeitig erhöht sich der Wärmeinhalt von H 2 und O 2.

Somit erhält jeder Stoff während seiner Bildung eine bestimmte Energie oder gibt sie ab, und das Maß für die Wärmeenergie, die ein Stoff während seiner Bildung akkumuliert, wird als bezeichnet Wärmeinhalt, oder Enthalpie.

Im Gegensatz zur Chemie wird in der chemischen Thermodynamik die Bildungswärme eines Stoffes nicht mit dem Symbol Q, sondern mit dem Symbol DH mit einem Vorzeichen (+) bezeichnet, wenn die Wärme von einer chemischen Verbindung absorbiert wird, und mit einem Vorzeichen (-), wenn Die Wärme wird während der Reaktion freigesetzt, das heißt, sie „verlässt“ Systeme.

Bezeichnet wird die Standardbildungswärme von 1 Mol eines Stoffes bei einem Druck von 101,3 kPa und einer Temperatur von 298 K.

Die Nachschlagewerke geben die Bildungswärme von Verbindungen aus einfachen Stoffen an.

Zum Beispiel:

Y CO 2 = - 393,5 kJ/mol

U H 2 O-Gas = - 241,8 kJ/mol

Aber für Stoffe, die bei endothermen Prozessen entstehen, zum Beispiel Acetylen C 2 H 2 = +226,8 kJ/mol, wenn das Wasserstoffatom H + gemäß der Reaktion H 2 = H + + H + = +217,9 kJ/mol entsteht.

Für reine Stoffe bestehend aus einem Chemisches Element in einer stabilen Form (H 2, O 2, C, Na usw.) wird DH üblicherweise als Null angenommen.

Wenn wir jedoch die makroskopischen Eigenschaften von Stoffen diskutieren, unterscheiden wir verschiedene Energieformen: kinetische, potentielle, chemische, elektrische, thermische, nukleare Energie und mechanische Arbeit. Und wenn wir das Thema auf molekularer Ebene betrachten, dann lassen sich diese Energieformen nur anhand von zwei Formen erklären – der kinetischen Bewegungsenergie und der potentiellen Ruheenergie von Atomen und Molekülen.

Bei chemischen Reaktionen verändern sich nur die Moleküle. Die Atome bleiben unverändert. Molekülenergie ist die Bindungsenergie seiner in einem Molekül akkumulierten Atome. Sie wird durch die Anziehungskräfte der Atome zueinander bestimmt. Darüber hinaus gibt es potentielle Energie für die gegenseitige Anziehung von Molekülen. In Gasen ist sie klein, in Flüssigkeiten größer und in Festkörpern sogar noch größer.

Jedes Atom hat Energie, von der ein Teil mit Elektronen und ein Teil mit dem Kern verbunden ist. Elektronen haben kinetische Rotationsenergie um den Kern und potentielle elektrische Energie, um sich gegenseitig anzuziehen und abzustoßen.

Die Summe dieser Formen molekularer Energie ist der Wärmeinhalt des Moleküls.

Summiert man den Wärmeinhalt von 6,02 × 10 23 Molekülen eines Stoffes, erhält man den molaren Wärmeinhalt dieses Stoffes.

Warum der Wärmeinhalt von Einzelelementstoffen (Molekülen eines Elements) als Null angenommen wird, lässt sich erklären auf die folgende Weise.

DH eines chemischen Elements, also die Energie seiner Bildung, ist mit intranuklearen Prozessen verbunden. Kernenergie ist mit den Wechselwirkungskräften zwischen intranuklearen Teilchen und der Umwandlung eines chemischen Elements in ein anderes während Kernreaktionen verbunden. Zum Beispiel die Zerfallsreaktion von Uran:

oder einfacher: U+n®Ba+Kr+3n.

Wo: N ’ Ö– ein Neutronenteilchen mit der Masse 1 und der Ladung Null.

Uran fängt ein Neutron ein, wodurch es sich unter Bildung von 3 Neutronen in zwei neue Elemente – Barium und Krypton – aufspaltet (zerfällt) und Kernenergie freigesetzt wird.

Es sollte gesagt werden, dass es millionenfach mit Kernreaktionen in Verbindung gebracht wird Große veränderungen Energie als bei chemischen Reaktionen. Somit beträgt die Zerfallsenergie von Uran 4,5 × 10 9 kcal/mol × Uran. Das ist 10 Millionen Mal mehr als die Verbrennung eines Mols Kohle.

Bei chemischen Reaktionen verändern sich nicht die Atome, sondern die Moleküle. Daher wird die Energie der Atombildung von Chemikern nicht berücksichtigt, und DN von Einzelelement-Gasmolekülen und Atomen reiner Substanzen wird gleich Null angenommen.

Die obige Zerfallsreaktion von Uran ist ein klassisches Beispiel für eine Kettenreaktion. Die Theorie des Kettenmechanismus der Verbrennungsreaktion werden wir später betrachten. Aber woher das Neutron kommt und was es mit Uran reagieren lässt, hängt mit der sogenannten Aktivierungsenergie zusammen, auf die wir etwas später eingehen werden.

3.3. Thermischer Effekt der Reaktion.

Das, was in jeder einzelnen Substanz enthalten ist eine bestimmte Menge von Energie, dient als Erklärung für die thermischen Effekte chemischer Reaktionen.

Nach dem Hessschen Gesetz: Die thermische Wirkung einer chemischen Reaktion hängt nur von der Art der Anfangs- und Endprodukte ab und nicht von der Anzahl der Zwischenreaktionen beim Übergang von einem Zustand in einen anderen.

Folgerung 1 dieses Gesetzes: Die thermische Wirkung einer chemischen Reaktion ist gleich der Differenz zwischen der Summe der Bildungswärmen der Endprodukte und der Summe der Bildungswärmen der Ausgangsstoffe unter Berücksichtigung der Koeffizienten in den Formeln von diese Stoffe in die Reaktionsgleichung ein.

Zum Beispiel bei der Reaktion 2H 2 + O 2 = 2H 2 O ± DH.

; ; .

Zusammenfassend allgemeine Gleichung die Reaktion wird so aussehen:

2H 2 + O 2 = 2H 2 O – 582 kJ/mol.

Und wenn DH ein (-)-Zeichen hat, dann ist die Reaktion exotherm.

Folgerung 2. Nach dem Lavoisier-Laplace-Gesetz ist der thermische Effekt der Zersetzung einer chemischen Verbindung dem thermischen Effekt ihrer Bildung gleich und hat ein entgegengesetztes Vorzeichen.

Dann ist die Zersetzungsreaktion von Wasser:

2H 2 O=2H 2 +O 2 +582 kJ/mol, d.h. Diese Reaktion ist endotherm.

Ein Beispiel für eine komplexere Reaktion:

CH 4 +2O 2 =CO 2 +2H 2 O.

Dann wird die Reaktion wie folgt geschrieben:

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O – 742,3 kJ/mol, was bedeutet, dass die Reaktion exotherm ist.

3.4. Kinetische Prinzipien von Gasreaktionen.

Nach dem Massenwirkungsgesetz ist die Reaktionsgeschwindigkeit bei konstanter Temperatur proportional zur Konzentration der reagierenden Stoffe oder, wie man sagt, „wirkenden Massen“.

Die Geschwindigkeit der chemischen Reaktion ( υ ) ist es üblich, die pro Zeiteinheit reagierende Stoffmenge zu berücksichtigen ( DT) pro Volumeneinheit ( dV).

Betrachten Sie die Reaktion, die gemäß der Gleichung abläuft:

A + B = C + D.

Da die Reaktionsgeschwindigkeit eine zeitliche Abnahme der Konzentration der Reaktanten und eine Zunahme der Konzentration der Reaktionsprodukte charakterisiert, können wir schreiben:

, (3.1)

wobei die Minuspunkte der Ableitungen die Richtung der Konzentrationsänderung der Komponenten angeben und die Konzentrationen der Komponenten in eckigen Klammern angegeben sind.

Dann läuft die direkte irreversible Reaktion bei T = const mit einer Geschwindigkeit ab:

, (3.2)

Wo: k – Geschwindigkeitskonstante einer chemischen Reaktion. Sie hängt nicht von der Konzentration der Komponenten ab, sondern ändert sich nur mit der Temperatur.

Nach dem Massenwirkungsgesetz gehen die Konzentrationen der Reaktionskomponenten in einem Maße in die kinetische Gleichung ein, das dem stöchiometrischen Koeffizienten dieser Komponente entspricht.

Ja, zur Reaktion

aA + bB = cC + dD

Die kinetische Gleichung hat die Form:

Die Exponenten a, b, c, d werden üblicherweise als Reaktionsordnungen für die Komponenten A, B, C, D bezeichnet, und die Summe der Exponenten ist die Gesamtreaktionsordnung.

Zum Beispiel Reaktionen wie

A ® bB + cC – 1. Ordnung,

2A = bB + cC – 2. Ordnung,

A + B = cC + dD – III. Ordnung.

Da die Konzentrationen aller reagierenden Komponenten durch stöchiometrische Gleichungen miteinander in Beziehung stehen, handelt es sich um die einfachsten kinetischen Gleichungen erster Ordnung Differentialgleichung Ich bestelle mit einer unabhängigen Variablen – der Konzentration – und kann integriert werden.

Das einfachste kinetische Gleichung ist eine Gleichung erster Ordnung vom Typ

wofür . (3.4)

Bezeichnen wir mit der Konzentration der Komponente A vor Beginn der Reaktion und integrieren wir die Gleichung unter der Randbedingung t = 0, [A] = [A 0 ], erhalten wir:

Oder [A]=×e - kt . (3.5)

Somit ist die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Stoffkonzentration exponentiell.

Die kinetische Energie von Gasen erklärt es so. Nach der Arrhenius-Hypothese findet eine Reaktion zwischen Molekülen nur dann statt, wenn sie aktiv sind, also verfügen über überschüssige Energie, die ausreicht, um interatomare Bindungen aufzubrechen, die sogenannte Aktivierungsenergie E A.

Diese. Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion hängt nicht von der Anzahl der Kollisionen aller Moleküle ab, sondern nur der aktivierten.

Nach dem Boltzmannschen Gesetz ist die Anzahl der aktiven Moleküle

n A = n o * e - E / RT , (3.6)

wobei: E – Aktivierungsenergie,

T – Temperatur Gasgemisch,

nein – Gesamtzahl der Moleküle.

Dann ist die Anzahl der effektiven Kollisionen, die mit der Reaktionsgeschwindigkeit zusammenfällt, gleich:

υ ð = Z eff = Z 0 * e - E / RT , (3.7)

wobei: Z 0 – Gesamtzahl der Kollisionen von Molekülen.

1) Die Reaktionsgeschwindigkeit ist proportional zur Konzentration aktiver Moleküle, deren Anzahl von der Temperatur und dem Druck in der Mischung abhängt, da Druck die Anzahl der Moleküle ist, die mit einer beliebigen Oberfläche kollidieren;

2) Eine Reaktion ist nur möglich, wenn die interagierenden Moleküle eine bestimmte Energiezufuhr erhalten, die ausreicht, um interatomare Bindungen aufzubrechen oder zu schwächen. Bei der Aktivierung geht es um den Übergang von Molekülen in einen Zustand, in dem eine chemische Umwandlung möglich ist.

Am häufigsten erfolgt der Aktivierungsprozess durch die Bildung intermediärer instabiler, aber hochaktiver Atomverbindungen.

Somit benötigen nicht nur endotherme Prozesse eine externe Energiezufuhr, sondern auch exotherme. Damit eine exotherme Reaktion stattfinden kann, ist es notwendig, ihr einen gewissen Wärmeenergieimpuls zu verleihen. Damit beispielsweise eine Verbrennungsreaktion in einem Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff abläuft, muss es gezündet werden.

Die Mindestmenge an Wärmeenergie, die zum „Starten“ einer chemischen Reaktion erforderlich ist, wird Aktivierungsenergie genannt.

3.5. Aktivierungsenergie einer Reaktion.

Zur Erklärung dieses Phänomens wird häufig das folgende Beispiel herangezogen (Abb. 9):

Auf der Plattform liegt ein Ball. Der Standort befindet sich vor der Rutsche. Daher hätte der Ball ohne die Rutsche von selbst herunterrollen können. Für einen spontanen Abstieg muss es jedoch bis zur Spitze der Rutsche gehoben werden. Dadurch wird nicht nur die Energie des Bergaufgehens freigesetzt, sondern auch die Energie des Abstiegs.

Reis. 9. Reaktionsaktivierungsschema.

Betrachten Sie zwei Reaktionen:

1) H 2 + O 2 = H 2 O-

2) H 2 O = H 2 + O 2 +

Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, ist E 2 =+E 1;

Im Allgemeinen für jede Reaktion

.

Und das Vorzeichen des thermischen Effekts hängt von der Differenz zwischen E 1 und E 2 ab, die immer positiv sind.

Somit ist Aktivierungsenergie die Energie, die erforderlich ist, um reagierende Substanzen in den Zustand eines aktiven Komplexes umzuwandeln (interatomare Bindungen aufbrechen, Moleküle einander näher bringen, Energie in einem Molekül ansammeln...).

Mit steigender Gastemperatur steigt der Anteil aktiver Moleküle (e -E/ RT) stark an und damit steigt die Reaktionsgeschwindigkeit exponentiell an. Dieser Zusammenhang lässt sich wie folgt veranschaulichen:

Reis. 10. Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur: 1 – Geschwindigkeit der 1. Reaktion, 2 – Geschwindigkeit der 2. Reaktion.

Wie aus Abbildung 10 ersichtlich ist, ist die Geschwindigkeit der ersten Reaktion geringer als die Geschwindigkeit der zweiten Reaktion und die Aktivierungsenergie der ersten Reaktion ist größer als E der zweiten. Und bei gleicher Temperatur T 2 υ 2 > υ 1 . Je höher die Aktivierungsenergie, desto höher ist die Temperatur, die zum Erreichen einer bestimmten Reaktionsgeschwindigkeit erforderlich ist.

Der Grund hierfür liegt darin, dass bei größerem E die bestehenden interatomaren Bindungen in den Molekülen der reagierenden Komponenten stärker sind und mehr Energie benötigt wird, um diese Kräfte zu überwinden. In diesem Fall ist der Anteil aktiver Moleküle entsprechend geringer.

Aus dem oben Gesagten wird deutlich, dass der Wert der Aktivierungsenergie das wichtigste Merkmal eines chemischen Prozesses ist. Sie bestimmt die Höhe der Energiebarriere, deren Überwindung Voraussetzung für das Auftreten der Reaktion ist. Andererseits charakterisiert es die Reaktionsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur, d.h. Je höher die Aktivierungsenergie, desto höher ist die Temperatur, um eine bestimmte Reaktion zu erreichen.

3.6. Katalyse.

Sie erhöhen nicht nur die Temperatur und Konzentration von Stoffen, sondern auch Katalysatoren, d.h. Stoffe, die in ein Reaktionsgemisch eingebracht werden, bei der Reaktion jedoch nicht verbraucht werden, sondern diese durch Reduzierung der Aktivierungsenergie beschleunigen.

Der Prozess der Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit mithilfe von Katalysatoren wird aufgerufen Katalyse.

Katalysatoren beteiligen sich an Zwischenreaktionen zur Bildung eines aktivierten Komplexes, indem sie die Bindungen in den Molekülen der Ausgangssubstanzen schwächen, sie zersetzen, Moleküle an der Oberfläche des Katalysators adsorbieren oder aktive Katalysatorpartikel einbringen.

Die Art der Katalysatorbeteiligung lässt sich anhand des folgenden Diagramms erklären:

Reaktion ohne Katalysator: A + B = AB.

Mit Katalysator X: A + X = AX ® AX + B = AB + X.

Lassen Sie uns ein Bild präsentieren, das dem in Abb. 9.

Reis. 11. Betriebsdiagramm des Katalysators: E b.cat Und E mit Katze– Aktivierungsenergie der Reaktion ohne Katalysator bzw. mit Katalysator.

Wenn ein Katalysator eingeführt wird (Abb. 11), kann die Reaktion auf einem anderen Weg mit einer niedrigeren Energiebarriere ablaufen. Dieser Weg entspricht einem neuen Reaktionsmechanismus durch die Bildung eines weiteren aktivierten Komplexes. Und die neue niedrigere Energiebarriere kann durch eine größere Anzahl von Teilchen überwunden werden, was zu einer Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit führt.

Dabei ist zu beachten, dass die Aktivierungsenergie der Rückreaktion um den gleichen Betrag abnimmt wie die Aktivierungsenergie der Hinreaktion, d. h. Beide Reaktionen werden gleichermaßen beschleunigt, und Katalysatoren lösen die Reaktion nicht aus, sondern beschleunigen nur die Reaktion, die in ihrer Abwesenheit ablaufen könnte, allerdings viel langsamer.

Zwischenprodukte der Reaktion können zu Katalysatoren werden, dann wird diese Reaktion autokatalytisch genannt. Wenn also die Geschwindigkeit gewöhnlicher Reaktionen mit dem Verbrauch der Reaktanten abnimmt, beschleunigt sich die Verbrennungsreaktion aufgrund der Autokatalyse selbst und ist autokatalytisch.

Als Katalysatoren werden meist feste Stoffe verwendet, die Moleküle reagierender Stoffe adsorbieren. Bei der Adsorption werden die Bindungen in den reagierenden Molekülen geschwächt und so die Reaktion zwischen ihnen erleichtert.

Was ist Adsorption?

3.7. Adsorption.

Adsorption- Oberflächenabsorption eines Stoffes aus einem gasförmigen Medium oder einer Lösung durch die Oberflächenschicht eines anderen Stoffes – flüssig oder fest.

Beispielsweise die Adsorption giftiger Gase an der Oberfläche von Aktivkohle, die in Gasmasken verwendet wird.

Man unterscheidet zwischen physikalischer und chemischer Adsorption.

Bei körperlich Durch die Adsorption behalten die eingefangenen Partikel ihre Eigenschaften und wann chemisch– Es entstehen chemische Verbindungen des Adsorbats mit dem Adsorbens.

Der Adsorptionsprozess geht mit der Freisetzung von Wärme einher. Bei der physikalischen Adsorption ist er unbedeutend (1-5 kcal/mol), bei der chemischen Adsorption ist er viel größer (10-100 kcal/mol). Dadurch können chemische Reaktionen während der Katalyse beschleunigt werden.

Für Verbrennungs- und Explosionsprozesse können folgende Beispiele genannt werden:

1. Die Selbstentzündungstemperatur des H 2 + O 2-Gemisches beträgt 500 0 C. In Gegenwart eines Palladiumkatalysators sinkt sie auf 100 0 C.

2. Die Prozesse der Selbstentzündung von Kohle beginnen mit der chemischen Adsorption von Sauerstoff an der Oberfläche von Kohlepartikeln.

3. Beim Arbeiten mit reinem Sauerstoff wird Sauerstoff gut an der Kleidung adsorbiert (physikalische Adsorption). Und wenn ein Funke oder eine Flamme vorhanden ist, fängt die Kleidung leicht Feuer.

4. Sauerstoff wird von technischen Ölen gut adsorbiert und absorbiert und bildet ein explosionsfähiges Gemisch. Das Gemisch explodiert spontan, ohne Zündquelle (chemische Absorption).

I. Verbrennung und langsame Oxidation

Die Verbrennung ist die erste chemische Reaktion, die der Mensch kennengelernt hat. Feuer... Ist unsere Existenz ohne Feuer vorstellbar? Er trat in unser Leben und wurde untrennbar mit ihm verbunden. Ohne Feuer kann der Mensch weder Essen noch Stahl kochen, ohne Feuer ist kein Transport möglich. Feuer ist zu unserem Freund und Verbündeten geworden, ein Symbol für glorreiche Taten, gute Taten und eine Erinnerung an die Vergangenheit.

Denkmal des Ruhms in Syktywkar

Flamme, Feuer als eine der Erscheinungsformen der Verbrennungsreaktion hat auch sein eigenes monumentales Spiegelbild. Ein markantes Beispiel - Denkmal des Ruhms in Syktywkar.

Alle vier Jahre ereignet sich auf der Welt ein Ereignis, das mit der Übertragung von „lebendigem“ Feuer einhergeht. Als Zeichen des Respekts gegenüber den Gründern der Olympischen Spiele wird das Feuer aus Griechenland geliefert. Der Überlieferung nach überbringt einer der herausragenden Athleten diese Fackel in die Hauptarena der Olympischen Spiele.

Es gibt Märchen und Legenden über das Feuer. Früher dachte man, dass kleine Eidechsen – Feuergeister – im Feuer lebten. Und es gab diejenigen, die das Feuer für eine Gottheit hielten und ihm zu Ehren Tempel bauten. Hunderte von Jahren lang brannten in diesen Tempeln Lampen, die dem Gott des Feuers geweiht waren, ohne zu erlöschen. Die Verehrung des Feuers war eine Folge der Unkenntnis der Menschen über den Verbrennungsprozess.

Olympisches Feuer

M. V. Lomonosov sagte: „Es ist keineswegs unmöglich, die Natur des Feuers ohne Chemie zu studieren.“

Verbrennung - eine Oxidationsreaktion, die mit ziemlich hoher Geschwindigkeit abläuft, begleitet von der Freisetzung von Wärme und Licht.

Schematisch lässt sich dieser Oxidationsprozess wie folgt darstellen:

Reaktionen, die unter Freisetzung von Wärme ablaufen, nennt man exotherm(vom griechischen „exo“ – raus).

Bei der Verbrennung kommt es zu einer intensiven Oxidation, während des Verbrennungsprozesses entsteht Feuer, daher verläuft diese Oxidation sehr schnell. Wenn Wird die Reaktionsgeschwindigkeit schnell genug sein? Es kann zu einer Explosion kommen. Dabei explodieren Gemische brennbarer Stoffe mit Luft oder Sauerstoff. Leider sind Fälle von Explosionen von Luftgemischen mit Methan, Wasserstoff, Benzindampf, Äther, Mehl- und Zuckerstaub usw. bekannt, die zu Zerstörungen und sogar zu Todesopfern führten.

Damit eine Verbrennung stattfinden kann, benötigen Sie:

• brennbarer Stoff
• Oxidationsmittel (Sauerstoff)
• Heizung brennbarer Stoff bis zur Zündtemperatur

Die Zündtemperatur jedes Stoffes ist unterschiedlich.

Während Äther durch einen heißen Draht entzündet werden kann, muss Holz zum Anzünden auf mehrere hundert Grad erhitzt werden. Die Zündtemperatur von Stoffen ist unterschiedlich. Schwefel und Holz entzünden sich bei etwa 270 °C, Kohle bei etwa 350 °C und weißer Phosphor bei etwa 40 °C.

Allerdings muss nicht jede Oxidation unbedingt mit dem Erscheinen von Licht einhergehen.

Es gibt eine erhebliche Anzahl von Oxidationen, die wir nicht als Verbrennungsprozesse bezeichnen können, da sie so langsam ablaufen, dass sie für unsere Sinne unsichtbar bleiben. Erst nach einer gewissen, oft sehr langen Zeit können wir Oxidationsprodukte nachweisen. Dies ist beispielsweise bei sehr langsamer Oxidation (Rosten) von Metallen der Fall

oder bei Zerfallsprozessen.

Natürlich wird bei einer langsamen Oxidation Wärme freigesetzt, diese Freisetzung erfolgt jedoch aufgrund der Dauer des Prozesses langsam. Ob ein Stück Holz jedoch schnell verbrennt oder über viele Jahre hinweg an der Luft langsam oxidiert, macht keinen Unterschied – in beiden Fällen wird die gleiche Wärmemenge freigesetzt.

Langsame Oxidation ist ein Prozess der langsamen Wechselwirkung von Stoffen mit Sauerstoff unter langsamer Freisetzung von Wärme (Energie).

Beispiele für die Wechselwirkung von Stoffen mit Sauerstoff ohne Freisetzung von Licht: Verrottung von Mist, Blättern, Ranzigkeit von Öl, Oxidation von Metallen (Eisendüsen werden bei längerem Gebrauch dünner und kleiner), die Atmung aerober Lebewesen, also das Einatmen von Sauerstoff, geht mit der Freisetzung von Wärme, der Bildung von Kohlendioxid usw. einher Wasser.

Machen wir uns mit den in der Tabelle aufgeführten Eigenschaften von Verbrennungs- und langsamen Oxidationsprozessen vertraut.

Eigenschaften von Verbrennungs- und langsamen Oxidationsprozessen

IN Abschluss : Verbrennungs- und langsame Oxidationsreaktionen sind exotherme Reaktionen, die sich in der Geschwindigkeit unterscheiden, mit der diese Prozesse ablaufen.

II. Thermischer Effekt einer chemischen Reaktion.

Jeder Stoff speichert eine bestimmte Menge an Energie. Diese Eigenschaft von Stoffen begegnet uns bereits beim Frühstück, Mittag- oder Abendessen, da die Nahrung es unserem Körper ermöglicht, die Energie verschiedenster in der Nahrung enthaltener chemischer Verbindungen zu nutzen. Im Körper wird diese Energie in Bewegung, Arbeit umgewandelt und dient der Aufrechterhaltung einer konstanten (und recht hohen!) Körpertemperatur.

Jede chemische Reaktion geht mit der Freisetzung oder Aufnahme von Energie einher. Am häufigsten wird Energie in Form von Wärme abgegeben oder absorbiert (seltener in Form von Licht oder mechanischer Energie). Diese Wärme kann gemessen werden. Das Messergebnis wird in Kilojoule (kJ) für ein MOL Reaktant oder (seltener) für ein Mol Reaktionsprodukt ausgedrückt. Als Wärmemenge bezeichnet man die bei einer chemischen Reaktion freigesetzte oder aufgenommene Wärmemenge thermischer Effekt der Reaktion (Q) . Beispielsweise kann der thermische Effekt der Verbrennungsreaktion von Wasserstoff in Sauerstoff durch eine von zwei Gleichungen ausgedrückt werden:

2 H 2 (g) + O 2 (g) = 2 H 2 O (l) + 572 kJ

2 H 2 (g) + O 2 (g) = 2 H 2 O (l) + Q

Diese Reaktionsgleichung heißtthermochemische Gleichung. Hier das Symbol "+ Q" bedeutet, dass bei der Verbrennung von Wasserstoff Wärme freigesetzt wird. Diese Wärme nennt man thermischer Effekt der Reaktion. In thermochemischen Gleichungen wird es oft angegeben Aggregatzustände Substanzen.

Reaktionen, die unter Freisetzung von Energie ablaufen, werden als EXOTHERM bezeichnet(vom lateinischen „exo“ – raus). Zum Beispiel Methanverbrennung:

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O + Q

Reaktionen, die bei der Aufnahme von Energie ablaufen, werden als ENDOTHERM bezeichnet(vom lateinischen „endo“ – innen). Ein Beispiel ist die Bildung von Kohlenmonoxid (II) CO und Wasserstoff H2 aus Kohle und Wasser, die nur beim Erhitzen auftritt.

C + H 2 O = CO + H 2 – Q

Für viele technische Berechnungen werden die thermischen Effekte chemischer Reaktionen benötigt.

Für viele technische Berechnungen werden die thermischen Effekte chemischer Reaktionen benötigt. Stellen Sie sich für einen Moment vor, Sie wären der Konstrukteur einer leistungsstarken Rakete, die in die Umlaufbahn starten kann Raumschiffe und andere Nutzlasten (Abb.).

Reis. Die stärkste russische Rakete der Welt, Energia, vor dem Start im Kosmodrom Baikonur. Die Motoren einer seiner Stufen werden mit Flüssiggasen betrieben – Wasserstoff und Sauerstoff.

Nehmen wir an, Sie kennen die Arbeit (in kJ), die aufgewendet werden muss, um eine Rakete mit Ladung von der Erdoberfläche in die Umlaufbahn zu befördern; Sie kennen auch die Arbeit, um den Luftwiderstand und andere Energiekosten während des Fluges zu überwinden. Wie berechnet man den benötigten Vorrat an Wasserstoff und Sauerstoff, die (in verflüssigtem Zustand) in dieser Rakete als Treibstoff und Oxidationsmittel verwendet werden?

Ohne die Hilfe des thermischen Effekts der Reaktion der Wasserbildung aus Wasserstoff und Sauerstoff ist dies schwierig zu bewerkstelligen. Schließlich ist der thermische Effekt genau die Energie, die die Rakete in die Umlaufbahn bringen soll. In den Brennkammern einer Rakete wird diese Wärme in kinetische Energie von heißen Gasmolekülen (Dampf) umgewandelt, die aus den Düsen entweichen und einen Strahlschub erzeugen.

IN Chemieindustrie Um die Wärmemenge zu berechnen, die zum Erhitzen von Reaktoren benötigt wird, in denen endotherme Reaktionen ablaufen, sind thermische Effekte erforderlich. Im Energiesektor wird die thermische Energieerzeugung anhand der Verbrennungswärme von Brennstoffen berechnet.

Ernährungsberater nutzen die thermischen Effekte der Oxidation Lebensmittel im Körper, um nicht nur für Patienten, sondern auch für die richtige Ernährung zu sorgen gesunde Menschen- Sportler, Arbeiter verschiedener Berufe. Traditionell werden bei den Berechnungen hier nicht Joule, sondern andere Energieeinheiten verwendet – Kalorien (1 cal = 4,1868 J). Der Energiegehalt von Lebensmitteln bezieht sich auf jede Masse von Lebensmitteln: 1 g, 100 g oder sogar die Standardverpackung des Produkts. Auf dem Etikett eines Glases Kondensmilch steht beispielsweise die Aufschrift: „Kaloriengehalt 320 kcal/100 g“.

№2. Puzzle „Sich nicht wiederholende Buchstaben“.

Um dieses Rätsel zu lösen, schauen Sie sich jede Zeile genau an. Wählen Sie Buchstaben, die sich nie wiederholen. Wenn Sie dies richtig machen, können Sie aus diesen Buchstaben ein Sprichwort über die Regeln im Umgang mit Feuer bilden.

ZUSÄTZLICH: