प्रकाशन दिनांक 10.02.2013 20:58
दहन एक ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया है जो उच्च दर पर होती है, जो बड़ी मात्रा में गर्मी की रिहाई के साथ होती है और, एक नियम के रूप में, एक उज्ज्वल चमक, जिसे हम एक लौ कहते हैं। दहन प्रक्रिया का अध्ययन भौतिक रसायन विज्ञान द्वारा किया जाता है, जिसमें यह दहन को संदर्भित करने के लिए प्रथागत है क्योंकि सभी एक्ज़ोथिर्मिक प्रक्रियाएं जिनमें स्व-त्वरित प्रतिक्रिया होती है। तापमान में वृद्धि (यानी, एक थर्मल तंत्र है) या सक्रिय कणों के संचय (प्रसार प्रकृति) के कारण ऐसा आत्म-त्वरण हो सकता है।
दहन प्रतिक्रिया में एक स्पष्ट विशेषता है - उच्च तापमान क्षेत्र (लौ) की उपस्थिति, स्थानिक रूप से सीमित, जहां दहन पदार्थों में प्रारंभिक पदार्थों (ईंधन) के अधिकांश रूपांतरण होते हैं। यह प्रक्रिया बड़ी मात्रा में तापीय ऊर्जा की रिहाई के साथ है। प्रतिक्रिया शुरू करने के लिए (एक लौ की उपस्थिति), प्रज्वलन पर एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा खर्च करने की आवश्यकता होती है, फिर प्रक्रिया अनायास चलती है। इसकी गति प्रतिक्रिया में भाग लेने वाले पदार्थों के रासायनिक गुणों के साथ-साथ दहन के दौरान गैस-गतिशील प्रक्रियाओं पर निर्भर करती है। दहन की प्रतिक्रिया में कुछ विशेषताएं हैं, जिनमें से सबसे महत्वपूर्ण मिश्रण का कैलोरी मान और तापमान (एडियाबेटिक कहा जाता है) जो सैद्धांतिक रूप से गर्मी के नुकसान को ध्यान में रखे बिना पूर्ण दहन के साथ प्राप्त किया जा सकता है।
ऑक्सीडाइज़र और ईंधन के एकत्रीकरण की स्थिति के अनुसार, दहन प्रक्रिया को तीन प्रकारों में से एक में वर्गीकृत किया जा सकता है। दहन प्रतिक्रिया हो सकती है:
अगर ईंधन और ऑक्सीकारक (प्रीमिक्स) गैसीय अवस्था में हों तो सजातीय
विषम, जिसमें एक ठोस या तरल ईंधन गैसीय ऑक्सीडाइज़र के साथ संपर्क करता है,
प्रणोदकों और विस्फोटकों की दहन प्रतिक्रिया।
सजातीय दहन सबसे सरल है, इसमें मिश्रण, तापमान और दबाव की संरचना और आणविक थर्मल चालकता के आधार पर एक स्थिर दर है।
विषम दहन प्रकृति और कृत्रिम दोनों स्थितियों में सबसे आम है। इसकी गति दहन प्रक्रिया की विशिष्ट स्थितियों और अवयवों की भौतिक विशेषताओं पर निर्भर करती है। तरल ईंधन के लिए, दहन की दर वाष्पीकरण की दर से बहुत प्रभावित होती है, ठोस के लिए - गैसीकरण की दर। उदाहरण के लिए, जब कोयला जलाया जाता है, तो प्रक्रिया दो चरणों में होती है। उनमें से पहले में (अपेक्षाकृत धीमी गति से हीटिंग के मामले में) पदार्थ (कोयला) के वाष्पशील घटकों को छोड़ दिया जाता है, दूसरे में कोक अवशेष बाहर जलता है।
गैसों का दहन (उदाहरण के लिए, एथेन का दहन) की अपनी विशेषताएं हैं। गैसीय वातावरण में, ज्वाला बड़ी दूरी पर फैल सकती है। यह एक सबसोनिक गति से गैस के माध्यम से आगे बढ़ सकता है, और यह गुण न केवल एक गैसीय माध्यम में निहित है, बल्कि एक ऑक्सीकारक के साथ मिश्रित तरल और ठोस दहनशील कणों के बारीक फैलाव मिश्रण में भी है। ऐसे मामलों में स्थिर दहन सुनिश्चित करने के लिए, भट्ठी डिवाइस के एक विशेष डिजाइन की आवश्यकता होती है।
गैस वातावरण में दहन प्रतिक्रिया के परिणाम दो प्रकार के होते हैं। पहला गैस प्रवाह का अशांति है, जो प्रक्रिया की गति में तेज वृद्धि की ओर जाता है। प्रवाह के परिणामस्वरूप ध्वनिक गड़बड़ी अगले चरण में हो सकती है - मिश्रण की विस्फोट के लिए अग्रणी एक सदमे की लहर की पीढ़ी। दहन से विस्फोट अवस्था में संक्रमण न केवल गैस के आंतरिक गुणों पर निर्भर करता है, बल्कि सिस्टम के आकार और प्रसार मापदंडों पर भी निर्भर करता है।
ईंधन दहन का उपयोग इंजीनियरिंग और उद्योग में किया जाता है। इस मामले में, मुख्य कार्य किसी दिए गए अंतराल के भीतर अधिकतम दहन दक्षता (यानी, गर्मी पीढ़ी अनुकूलन) को प्राप्त करना है। दहन का उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, खनन में - विभिन्न खनिजों के विकास के तरीके ईंधन प्रक्रिया के उपयोग पर आधारित होते हैं। लेकिन कुछ प्राकृतिक और भूवैज्ञानिक स्थितियों में, दहन की घटना एक गंभीर खतरे का कारण बन सकती है। एक वास्तविक खतरा, उदाहरण के लिए, पीट के सहज दहन की प्रक्रिया है, जो अंतर्जात आग की घटना की ओर जाता है।
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तैयार ईंधन-हवा के मिश्रण में प्रारंभिक लौ के निर्माण के बाद दहन रासायनिक प्रतिक्रियाएं शुरू होती हैं। पिस्टन आंतरिक दहन इंजनों में, इसे या तो एक बिजली की चिंगारी से बनाया जाता है, या ईंधन के तापमान को ऐसे तापमान पर गर्म करके, जिस पर मिश्रण की मात्रा में लौ के कई प्रारंभिक फॉस्फेट सहजता से उत्पन्न हो जाते हैं, मिश्रण सहज रूप से प्रज्वलित हो जाता है।
ऑक्सीजन के अणुओं के साथ दहनशील गैस अणुओं के टकराव की सभी परिस्थितियों में रासायनिक दहन प्रतिक्रिया नहीं होती है।
यदि दहन की रासायनिक प्रतिक्रियाएं ऑटोकाटलिटिक नहीं हैं, तो लौ प्रसार का कारण केवल असंतुलित मिश्रण के दहन उत्पादों से गर्मी का हस्तांतरण हो सकता है। इस तरह के लौ प्रसार को गर्मी कहा जाता है। यह, ज़ाहिर है, इस तथ्य को बाहर नहीं करता है कि रिएक्टेंट्स और प्रतिक्रिया उत्पादों का प्रसार एक साथ होता है, ताकि प्रतिक्रिया क्षेत्र में प्रतिक्रिया मिश्रण की संरचना प्रारंभिक मिश्रण की संरचना से अलग हो। लेकिन इस मामले में, प्रसार लौ के प्रसार का कारण नहीं है, लेकिन केवल एक सहवर्ती कारक है। विशेष रूप से, यह गैर-शाखाओं वाली श्रृंखलाओं के साथ श्रृंखला प्रतिक्रियाओं पर भी लागू होता है। मुक्त परमाणुओं और कट्टरपंथियों का प्रसार, यदि वे केवल थर्मोडायनेमिक संतुलन या अर्ध-स्थिर सांद्रता में हैं, तो लौ के प्रसार का कारण नहीं हो सकता है, जो थर्मल रहता है। प्रसार की भूमिका को पूरी तरह से लौ प्रसार के सही थर्मल सिद्धांत में ध्यान में रखा जाता है, जैसा कि अगले भाग में दिखाया जाएगा।
यदि दहन की रासायनिक प्रतिक्रियाएं ऑटोकाटलिटिक नहीं हैं, तो लौ प्रसार का कारण केवल असंतुलित मिश्रण के दहन उत्पादों से गर्मी का हस्तांतरण हो सकता है। इस तरह के लौ प्रसार को गर्मी कहा जाता है। यह, ज़ाहिर है, इस तथ्य को बाहर नहीं करता है कि रिएक्टेंट्स और प्रतिक्रिया उत्पादों का प्रसार एक साथ होता है, ताकि प्रतिक्रिया क्षेत्र में प्रतिक्रिया मिश्रण की संरचना प्रारंभिक मिश्रण की संरचना से अलग हो। लेकिन इस मामले में, प्रसार लौ के प्रसार का कारण नहीं है, लेकिन केवल एक सहवर्ती कारक है। विशेष रूप से, यह गैर-शाखाओं वाली श्रृंखलाओं के साथ श्रृंखला प्रतिक्रियाओं पर भी लागू होता है। मुक्त परमाणुओं और कट्टरपंथियों का प्रसार, यदि वे केवल थर्मोडायनेमिक संतुलन या अर्ध-स्थिर सांद्रता में हैं, तो लौ के प्रसार का कारण नहीं हो सकता है, जो थर्मल रहता है। प्रसार की भूमिका को पूरी तरह से लौ प्रसार के सही थर्मल सिद्धांत में ध्यान में रखा जाता है, जैसा कि अगले भाग में दिखाया जाएगा।
बर्नर में हवा के साथ गैस के दहन की रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर बहुत अधिक है। उच्च तापमान पर ये प्रतिक्रियाएं एक सेकंड के हजारवें हिस्से में होती हैं। गैस-वायु मिश्रण प्रवाह के दहन की अवधि गैस और हवा के ताजे भागों की निरंतर आपूर्ति से निर्धारित होती है, जो गर्मी प्रवाह के प्रभाव में ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं की तीव्र घटना के परिणामस्वरूप जलाए जाते हैं।
बर्नर में हवा के साथ गैस के दहन की रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर बहुत अधिक है। उच्च तापमान पर, ये प्रतिक्रियाएं एक सेकंड के हजारवें हिस्से में होती हैं। गैस-वायु मिश्रण प्रवाह के दहन की अवधि गैस और हवा के ताजे भागों की निरंतर आपूर्ति से निर्धारित होती है, जो गर्मी प्रवाह के प्रभाव में ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं की तीव्र घटना के परिणामस्वरूप जलाए जाते हैं।
दहन की रासायनिक प्रतिक्रियाओं की मात्रात्मक मात्रा सामान्य भौतिक परिस्थितियों में पदार्थों और घनत्व p / 22 4 गैसों के ज्ञात आणविक भार i के साथ प्राप्त की जा सकती है।
दहन की रासायनिक प्रतिक्रियाओं के निषेध के तंत्र को अच्छी तरह से समझा नहीं गया है। हालांकि, हाल के वर्षों में किए गए अध्ययन आग की लपटों पर अवरोधकों के प्रभाव की प्रकृति की कुछ समझ हासिल करने का अवसर प्रदान करते हैं।
मान लीजिए कि रासायनिक दहन प्रतिक्रिया पूरी तरह से आगे बढ़ती है और प्रतिक्रिया उत्पाद एच 2 ओ जल वाष्प, सीओ 2 कार्बन डाइऑक्साइड या, ऑक्सीजन की कमी के साथ कार्बन मोनोऑक्साइड सीओ हैं। एक स्टोइकोमेट्रिक हाइड्रोजन-ऑक्सीजन (विस्फोटक) के लिए 8 वाष्प / मोल-डाउन की जल क्षमता द्वारा जल वाष्प 58 kcal / mol के गठन की गर्मी को विभाजित करके, हम 7250 डिग्री का दहन तापमान प्राप्त करते हैं। ऑक्सीजन में ठोस कार्बन (St 02CO2 94 kcal / mol) के पूर्ण दहन के मामले में, दहन का तापमान और भी अधिक है, अन्य हाइड्रोकार्बन ईंधन के लिए इसी क्रम के 11 750 K. तापमान प्राप्त होते हैं। यहां दिए गए काल्पनिक उच्च दहन तापमान पदार्थ की प्लाज्मा स्थिति को संदर्भित करते हैं, वे वास्तविकता में महसूस नहीं होते हैं; ऑक्सीजन मिश्रण का दहन तापमान 3000 - 4000 K की सीमा में है।
चूंकि मिश्रण के दहन का ताप और रासायनिक प्रतिक्रिया बहुत तेज़ी से आगे बढ़ती है, इसलिए दहन प्रक्रिया की अवधि को सीमित करने वाला मुख्य कारक गैस और वायु को मिलाने में लगने वाला समय है।
| दहनशील गैसों के लिए दहन योजनाएं। दहन। ए - गतिज, बी - प्रसार, सी - मिश्रित। |
चूल्हा के उच्च तापमान पर दहन की रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर मिश्रण गठन की दर की तुलना में काफी अधिक है, क्योंकि व्यवहार में गैस दहन की दर हमेशा हवा के साथ गैस के मिश्रण की दर के बराबर होती है। यह परिस्थिति व्यापक संभव सीमा में गैस दहन की दर को नियंत्रित करना आसान बनाती है। दहनशील गैसों की मिश्रित दहन विधि गतिज और प्रसार के बीच मध्यवर्ती है।
इसलिए, कुछ शर्तों के तहत जलती हुई मोमबत्तियों की रासायनिक प्रतिक्रिया के लिए संतुलन समीकरण वास्तव में रासायनिक प्रतिक्रिया के विवरण में गर्मी की मात्रा को पेश करने का पहला प्रयास है।
जब हवा में पदार्थों के दहन की रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए समीकरणों को ड्राइंग करते हैं, तो निम्नानुसार आगे बढ़ें: दहनशील पदार्थ और दहन में भाग लेने वाली हवा को बाईं ओर लिखा जाता है, बराबर संकेत के बाद, परिणामस्वरूप प्रतिक्रिया उत्पादों को लिखा जाता है। उदाहरण के लिए, हवा में मीथेन के दहन के लिए प्रतिक्रिया समीकरण तैयार करना आवश्यक है। सबसे पहले, प्रतिक्रिया समीकरण के बाईं ओर नीचे लिखें: मीथेन का रासायनिक सूत्र और हवा बनाने वाले पदार्थों के रासायनिक सूत्र।
दहन - एक जटिल भौतिक रासायनिक प्रक्रिया, जो रेडॉक्स प्रकार की रासायनिक प्रतिक्रियाओं पर आधारित है, बातचीत करने वाले अणुओं के परमाणुओं के बीच वैलेंस इलेक्ट्रॉनों के पुनर्वितरण के लिए अग्रणी है।
दहन प्रतिक्रियाओं के उदाहरण
मीथेन: सीएच 4 + 2 ओ 2 \u003d सीओ 2 + 2 एच 2 ओ;
एसिटिलीन: C 2 H 2 + 2.5O 2 \u003d 2CO 2 + H 2 O;
सोडियम: 2Na + Cl 2 \u003d 2NaCl;
हाइड्रोजन: H 2 + Cl 2 \u003d 2HCl, 2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O;
टीएनटी: C 6 H 2 (NO 2) 3 CH 3 \u003d 2.5H 2 O + 3.5CO + 3.5C + 1.5N 2।
ऑक्सीकरण का सार ऑक्सीकरण पदार्थ द्वारा ऑक्सीकरण एजेंट द्वारा वैलेंस इलेक्ट्रॉनों की वापसी है, जो इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार करते हुए बहाल किया जाता है, कमी का सार कम करने वाले पदार्थ द्वारा कम करने वाले एजेंट के इलेक्ट्रॉनों को जोड़ना है, जो इलेक्ट्रॉनों को दान करके ऑक्सीकरण करता है। इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण के परिणामस्वरूप, परमाणु के बाहरी (वैलेंस) इलेक्ट्रॉनिक स्तर की संरचना बदल जाती है। इस स्थिति में, प्रत्येक परमाणु दिए गए शर्तों के तहत सबसे स्थिर स्थिति में गुजरता है।
रासायनिक प्रक्रियाओं में, इलेक्ट्रॉन पूरी तरह से एक पदार्थ (तत्व) के परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन शेल से दूसरे के परमाणुओं के खोल में स्थानांतरित कर सकते हैं।
इसलिए, जब धातु सोडियम क्लोरीन में जलता है, तो सोडियम परमाणु क्लोरीन परमाणुओं को एक इलेक्ट्रॉन देते हैं। इस मामले में, सोडियम परमाणु (एक स्थिर संरचना) के बाहरी इलेक्ट्रॉनिक स्तर पर आठ इलेक्ट्रॉन होते हैं, और परमाणु, एक इलेक्ट्रॉन को खो देता है, एक सकारात्मक रूप से चार्ज आयन में बदल जाता है। क्लोरीन परमाणु के लिए जो एक इलेक्ट्रॉन प्राप्त करता है, बाहरी स्तर आठ इलेक्ट्रॉनों से भर जाता है, और परमाणु एक नकारात्मक चार्ज आयन में बदल जाता है। कूलम्ब इलेक्ट्रोस्टैटिक बलों की कार्रवाई के परिणामस्वरूप, विपरीत रूप से आवेशित आयन एक दूसरे के पास जाते हैं और एक सोडियम क्लोराइड अणु बनता है (आयनिक बंधन):
2Mg + O 2 \u003d 2Mg 2+ O 2–।
इस प्रकार, मैग्नीशियम (ऑक्सीकरण) का दहन इसके इलेक्ट्रॉनों के ऑक्सीजन में स्थानांतरण के साथ होता है। अन्य प्रक्रियाओं में, दो अलग-अलग परमाणुओं के बाहरी गोले के इलेक्ट्रॉन आते हैं, जैसा कि सामान्य उपयोग के लिए होता है, जिससे अणुओं के परमाणुओं को एक साथ खींच लिया जाता है ( सहसंयोजक या परमाणु संचार):
.
और, अंत में, एक परमाणु सार्वजनिक उपयोग (आणविक बंधन) के लिए इलेक्ट्रॉनों की अपनी जोड़ी दान कर सकता है:
.
ऑक्सीकरण में कमी के आधुनिक सिद्धांत के प्रावधानों से निष्कर्ष:
1. ऑक्सीकरण का सार परमाणुओं या ऑक्सीकरण पदार्थ के आयनों द्वारा इलेक्ट्रॉनों का नुकसान है, और कमी का सार परमाणुओं या आयनों को कम करने वाले पदार्थ के इलेक्ट्रॉनों का लगाव है। वह प्रक्रिया जिसके द्वारा कोई पदार्थ इलेक्ट्रॉनों को खोता है उसे कहा जाता है ऑक्सीकरण, और इलेक्ट्रॉनों का लगाव है स्वास्थ्य लाभ.
2. किसी भी पदार्थ का ऑक्सीकरण दूसरे पदार्थ की एक साथ कमी के बिना नहीं हो सकता है। उदाहरण के लिए, जब मैग्नीशियम ऑक्सीजन या हवा में जलता है, तो मैग्नीशियम ऑक्सीकरण होता है और उसी समय ऑक्सीजन कम हो जाती है। पूर्ण दहन के साथ, उत्पादों का निर्माण होता है जो आगे दहन के लिए अक्षम होते हैं (सीओ 2, एच 2 ओ, एचसीएल, आदि), अपूर्ण दहन के साथ, जिसके परिणामस्वरूप उत्पाद आगे दहन (सीओ, एच 2 एस, एचसीएन, एनएच 3, अल्जाइमर, आदि) में सक्षम हैं। आदि।)। योजना: अल्कोहल - एल्डिहाइड - एसिड।
I. दहन और धीमा ऑक्सीकरण
दहन पहली रासायनिक प्रतिक्रिया है जिसका मनुष्यों ने सामना किया है। आग ... क्या आप आग के बिना हमारे अस्तित्व की कल्पना कर सकते हैं? उसने हमारे जीवन में प्रवेश किया, उससे अविभाज्य हो गया। आग के बिना, कोई व्यक्ति भोजन, स्टील नहीं पकाएगा; इसके बिना यातायात असंभव है। अग्नि हमारे मित्र और सहयोगी बन गए हैं, जो शानदार कर्मों, अच्छे कर्मों, अतीत की स्मृति का प्रतीक है।
सिक्\u200dयत्\u200dवकर में वैभव का स्\u200dमारक
ज्वाला, अग्नि, दहन प्रतिक्रिया की अभिव्यक्तियों में से एक के रूप में, अपने स्वयं के स्मारकीय प्रतिबिंब है। एक उल्लेखनीय उदाहरण हैसिक्तिवकार में गौरव का स्मारक।
हर चार साल में दुनिया में एक घटना होती है, "जीवित" आग के हस्तांतरण के साथ। ओलंपियाड के संस्थापकों के सम्मान के संकेत के रूप में, आग ग्रीस से वितरित की जाती है। परंपरा से, एक उत्कृष्ट एथलीट इस मशाल को ओलंपिक के मुख्य क्षेत्र में पहुँचाता है।
आग के बारे में परियों की कहानियां और किंवदंतियां हैं। पुराने दिनों में, लोग सोचते थे कि छोटी छिपकलियां, आग की आत्माएं, आग में रहती थीं। और ऐसे लोग थे जिन्होंने अग्नि को देवता माना और उनके सम्मान में मंदिरों का निर्माण किया। सैकड़ों वर्षों तक, बिना बुझाए इन मंदिरों में जलाए गए अग्नि देवता को समर्पित दीपक। अग्नि पूजा लोगों की दहन प्रक्रिया की अनदेखी का परिणाम थी।
ओलंपिक की लौ
एमवी लोमोनोसोव ने कहा: "यह रसायन विज्ञान के बिना आग की प्रकृति का अध्ययन करने के लिए किसी भी तरह से संभव नहीं है।"
दहन - ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया एक पर्याप्त उच्च दर पर आगे बढ़ रही है, गर्मी और प्रकाश की रिहाई के साथ।
योजनाबद्ध रूप से, इस ऑक्सीकरण प्रक्रिया को निम्नानुसार व्यक्त किया जा सकता है:
गर्मी की रिहाई के साथ आगे बढ़ने वाले प्रतिक्रियाओं को कहा जाता है एक्ज़ोथिर्मिक (ग्रीक "एक्सो" से - बाहर की ओर)।
दहन के दौरान, गहन ऑक्सीकरण होता है, दहन के दौरान आग दिखाई देती है, इसलिए, ऐसे ऑक्सीकरण बहुत जल्दी से आगे बढ़ता है।यदि एक प्रतिक्रिया की दर काफी अधिक है? विस्फोट हो सकता है। यह हवा या ऑक्सीजन के साथ दहनशील पदार्थों का मिश्रण है। दुर्भाग्य से, मीथेन, हाइड्रोजन, गैसोलीन वाष्प, ईथर, आटा और चीनी धूल आदि के साथ हवा के मिश्रण के विस्फोट के मामले ज्ञात हैं, जिससे विनाश और यहां तक \u200b\u200bकि मानव हताहत भी हो सकते हैं।
दहन होने के लिए, आपको आवश्यकता है:
- दहनशील पदार्थ
- ऑक्सीकरण एजेंट (ऑक्सीजन)
- गरम करना ज्वलनशील पदार्थफ़्लैश बिंदु के लिए
प्रत्येक पदार्थ के लिए इग्निशन तापमान अलग है।
जबकि ईथर को गर्म तार द्वारा प्रज्वलित किया जा सकता है, लकड़ी को प्रज्वलित करने के लिए, आपको इसे कई सौ डिग्री तक गर्म करने की आवश्यकता होती है। पदार्थों का प्रज्वलन तापमान अलग है। सल्फर और लकड़ी लगभग 270 ° C के तापमान पर प्रज्वलित करते हैं, लगभग 350 ° C पर कोयला, और सफेद फास्फोरस 40 ° C पर।
हालांकि, प्रकाश की उपस्थिति के साथ सभी ऑक्सीकरण जरूरी नहीं होना चाहिए।
ऑक्सीकरण के कई महत्वपूर्ण मामले हैं जिन्हें हम दहन प्रक्रिया नहीं कह सकते, क्योंकि वे इतनी धीमी गति से आगे बढ़ते हैं कि वे हमारी इंद्रियों के लिए अदृश्य रहते हैं। एक निश्चित के बाद, अक्सर बहुत लंबा समय बीत चुका है, हम ऑक्सीकरण के उत्पादों को पकड़ सकते हैं। यह, उदाहरण के लिए, धातुओं के बहुत धीमी ऑक्सीकरण (जंग) के साथ मामला है
या क्षय प्रक्रियाओं के दौरान।
बेशक, धीमी ऑक्सीकरण के दौरान, गर्मी जारी की जाती है, लेकिन प्रक्रिया की अवधि के कारण यह रिलीज धीमा है। हालांकि, चाहे लकड़ी का एक टुकड़ा जल्दी से जलता है या कई वर्षों में हवा में धीमी गति से ऑक्सीकरण से गुजरता है - अभी भी दोनों मामलों में, समान मात्रा में गर्मी जारी की जाएगी।
धीमा ऑक्सीकरण गर्मी (ऊर्जा) की धीमी रिलीज के साथ ऑक्सीजन के साथ पदार्थों की धीमी बातचीत की एक प्रक्रिया है।
प्रकाश उत्सर्जित किए बिना ऑक्सीजन के साथ पदार्थों के संपर्क के उदाहरण: खाद, पत्तियां, तेल की सड़न, धातुओं का ऑक्सीकरण (लंबे समय तक उपयोग से लोहे की नलिका पतली और छोटी हो जाती है), एरोबिक प्राणियों की श्वसन, यानी ऑक्सीजन को सांस लेना, गर्मी की रिहाई के साथ, कार्बन डाइऑक्साइड और पानी का निर्माण होता है।
आइए तालिका में दिए गए दहन और धीमी ऑक्सीकरण प्रक्रियाओं की विशेषताओं से परिचित हों।
दहन और धीमी ऑक्सीकरण प्रक्रियाओं की विशेषता
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प्रतिक्रिया के संकेत |
प्रक्रिया |
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दहन |
धीमा ऑक्सीकरण |
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नए पदार्थों का निर्माण |
हाँ |
हाँ |
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उष्मा निकालना |
हाँ |
हाँ |
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हीट रिलीज की दर |
बड़े |
छोटा |
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प्रकाश की उपस्थिति |
हाँ |
नहीं |
में निष्कर्ष
: दहन और धीमी ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाएं इन प्रक्रियाओं की गति द्वारा विशेषता एक्सोथर्मिक प्रतिक्रियाएं हैं।
द्वितीय। रासायनिक प्रतिक्रिया का ताप प्रभाव।
प्रत्येक पदार्थ में एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा संग्रहीत होती है। हमें नाश्ते, दोपहर या रात के खाने में पहले से ही पदार्थों की इस संपत्ति का सामना करना पड़ता है, क्योंकि खाद्य उत्पाद हमारे शरीर को भोजन में निहित विभिन्न प्रकार के रासायनिक यौगिकों की ऊर्जा का उपयोग करने की अनुमति देते हैं। शरीर में, यह ऊर्जा आंदोलन में बदल जाती है, काम करती है, एक स्थिर (और काफी उच्च!) शरीर के तापमान को बनाए रखने के लिए जाती है।
किसी भी रासायनिक प्रतिक्रिया के साथ ऊर्जा की रिहाई या अवशोषण होता है। ज्यादातर अक्सर, ऊर्जा गर्मी के रूप में जारी या अवशोषित होती है (कम अक्सर प्रकाश या यांत्रिक ऊर्जा के रूप में)। इस गर्मी को मापा जा सकता है। प्रतिक्रिया उत्पाद के मोल के लिए माप का परिणाम अभिकर्मक के एक MOL (कम अक्सर) के लिए किलोजूल (केजे) में व्यक्त किया जाता है। रासायनिक अभिक्रिया में रिलीज या अवशोषित होने वाली ऊष्मा की मात्रा को कहा जाता है प्रतिक्रिया का थर्मल प्रभाव (क्यू)। उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन में हाइड्रोजन के दहन की प्रतिक्रिया का ताप प्रभाव दो समीकरणों द्वारा व्यक्त किया जा सकता है:
2 एच 2 (जी) + ओ 2 (जी) \u003d 2 एच 2 ओ (जी) + 572 केजे
2 एच 2 (जी) + ओ 2 (जी) \u003d 2 एच 2 ओ (जी) + क्यू
इस प्रतिक्रिया समीकरण को कहा जाता हैथर्मोकेमिकल समीकरण... यहाँ प्रतीक है "+ क्यू" इसका मतलब है कि जब हाइड्रोजन जलाया जाता है, तो गर्मी जारी होती है। यह गर्माहट कहलाती है प्रतिक्रिया का थर्मल प्रभाव... थर्मोकैमिकल समीकरणों में, एकत्रीकरण की स्थिति को अक्सर संकेत दिया जाता है।
ऊर्जा की रिहाई के साथ आने वाली प्रतिक्रियाओं को EXOTHERMAL कहा जाता है(लैटिन "एक्सो" से - बाहर की ओर)। उदाहरण के लिए, मीथेन का दहन:
सीएच 4 + 2 ओ 2 \u003d सीओ 2 + 2 एच 2 ओ + क्यू
ऊर्जा के अवशोषण द्वारा होने वाली प्रतिक्रियाओं को ENDOTHERMAL कहा जाता है(लैटिन "एंडो" - आवक से)। एक उदाहरण कोयला और पानी से कार्बन मोनोऑक्साइड (II) सीओ और हाइड्रोजन एच 2 का निर्माण है, जो केवल गर्म होने पर होता है।
सी + एच 2 ओ \u003d सीओ + एच 2 - क्यू
कई तकनीकी गणनाओं के लिए रासायनिक प्रतिक्रियाओं के थर्मल प्रभावों की आवश्यकता होती है।
कई तकनीकी गणनाओं के लिए रासायनिक प्रतिक्रियाओं के थर्मल प्रभावों की आवश्यकता होती है। अंतरिक्ष यान और अन्य पेलोड को कक्षा (अंजीर) में लॉन्च करने में सक्षम एक शक्तिशाली रॉकेट के डिजाइनर के रूप में एक पल के लिए खुद की कल्पना करें।
चित्र: बैकोनूर कॉस्मोड्रोम में लॉन्च होने से पहले दुनिया का सबसे शक्तिशाली रूसी रॉकेट एनर्जिया। इसके एक चरण के इंजन तरलीकृत गैसों पर चलते हैं - हाइड्रोजन और ऑक्सीजन।
मान लीजिए कि आप उस कार्य (kJ में) को जानते हैं, जिसे पृथ्वी की सतह से कक्षा में एक भार के साथ एक रॉकेट पहुंचाने के लिए खर्च करना होगा; आप उड़ान के दौरान वायु प्रतिरोध और अन्य ऊर्जा लागतों को दूर करने के लिए भी काम जानते हैं। हाइड्रोजन और ऑक्सीजन की आवश्यक आपूर्ति की गणना कैसे करें, जो (एक तरलीकृत अवस्था में) इस रॉकेट में ईंधन और ऑक्सीकारक के रूप में उपयोग की जाती है?
हाइड्रोजन और ऑक्सीजन से पानी के गठन की प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव की मदद के बिना ऐसा करना मुश्किल है। आखिरकार, थर्मल प्रभाव बहुत ऊर्जा है जिसे रॉकेट को कक्षा में रखा जाना चाहिए। रॉकेट के दहन कक्षों में, यह गर्मी तापदीप्त गैस (वाष्प) के अणुओं की गतिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है, जो नोजल से बच जाती है और जेट थ्रस्ट बनाती है।
रासायनिक उद्योग में, हीटिंग रिएक्टरों के लिए गर्मी की मात्रा की गणना करने के लिए थर्मल प्रभाव की आवश्यकता होती है जिसमें एंडोथर्मिक प्रतिक्रियाएं होती हैं। पावर इंजीनियरिंग में, ईंधन के दहन के ताप का उपयोग करके गर्मी उत्पादन की गणना की जाती है।
पोषण विशेषज्ञ शरीर में खाद्य ऑक्सीकरण के थर्मल प्रभावों का उपयोग करते हैं, न केवल बीमार लोगों के लिए, बल्कि स्वस्थ लोगों के लिए - विभिन्न व्यवसायों के श्रमिकों को सही आहार बनाने के लिए। परंपरा से, गणना के लिए, वे जूल नहीं, बल्कि अन्य ऊर्जा इकाइयों का उपयोग करते हैं - कैलोरी (1 कैलोरी \u003d 4.1868 जे)। भोजन की ऊर्जा सामग्री खाद्य उत्पादों के किसी भी द्रव्यमान से संबंधित है: 1 ग्राम से 100 ग्राम तक, या यहां तक \u200b\u200bकि उत्पाद की मानक पैकेजिंग तक। उदाहरण के लिए, गाढ़ा दूध के जार के लेबल पर, आप निम्नलिखित शिलालेख पढ़ सकते हैं: "कैलोरी सामग्री 320 किलो कैलोरी / 100 ग्राम"।
№2. पहेली "गैर-दोहराए जाने वाले पत्र"।
इस पहेली को हल करने के लिए प्रत्येक पंक्ति को ध्यान से देखें। उनमें से चुनें कि पत्रों को कभी न दोहराएं। यदि आप इसे सही करते हैं, तो आप इन पत्रों का उपयोग आग से निपटने के नियमों के बारे में एक नीतिवचन बनाने के लिए कर सकते हैं।
इसके अतिरिक्त:
विषय 3. विभाजन के रासायनिक आधार।
3.1। दहन प्रतिक्रियाओं की रसायन शास्त्र।
जैसा कि आप पहले से ही समझते हैं, दहन एक तेजी से बढ़ने वाली रासायनिक प्रतिक्रिया है, गर्मी और चमक (लौ) की रिहाई के साथ। आमतौर पर यह एक ऑक्सीकरण एजेंट के साथ एक ज्वलनशील पदार्थ के संयोजन की एक एक्सोथर्मिक ऑक्सीडेटिव प्रतिक्रिया है - हवा में ऑक्सीजन।
ज्वलनशील पदार्थ गैसों, तरल पदार्थ और ठोस पदार्थ हो सकते हैं। ये हैं एच 2, सीओ, सल्फर, फॉस्फोरस, धातु, सी एम एच एन (गैस, तरल पदार्थ और ठोस के रूप में हाइड्रोकार्बन, यानी कार्बनिक पदार्थ। प्राकृतिक हाइड्रोकार्बन, उदाहरण के लिए, प्राकृतिक गैस, तेल, कोयला हैं)। सिद्धांत रूप में, ऑक्सीकरण में सक्षम सभी पदार्थ दहनशील हो सकते हैं।
ऑक्सीडाइज़िंग एजेंट सेवा: ऑक्सीजन, ओजोन, हैलोजेन (एफ, सीएल, बीआर, जे), नाइट्रस ऑक्साइड (NO 2), अमोनियम नाइट्रेट (NH 4 NO 3), आदि धातुओं के लिए, ऑक्सीकरण एजेंट CO 2, H 2 O, N 2 भी हो सकते हैं। ...
कुछ मामलों में, एंडोथर्मिक प्रक्रियाओं में प्राप्त पदार्थों के अपघटन प्रतिक्रियाओं के दौरान दहन होता है। उदाहरण के लिए, जब एसिटिलीन सड़ जाता है:
सी 2 एच 2 \u003d 2 सी + एच 2।
एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रियाएं प्रतिक्रियाएं हैं जो गर्मी पैदा करती हैं।
endothermic प्रतिक्रियाएं गर्मी के अवशोषण को शामिल करने वाली प्रतिक्रियाएं हैं।
उदाहरण के लिए:
2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O + Q - एक्सोथर्मिक प्रतिक्रिया,
2 एच 2 ओ + क्यू \u003d 2 एच 2 + ओ 2 - एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया,
कहाँ: क्यू - गर्मी ऊर्जा।
इस प्रकार, एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया केवल बाहरी थर्मल ऊर्जा की शुरूआत के साथ आगे बढ़ सकती है, अर्थात। जब गर्म हो।
रासायनिक प्रतिक्रियाओं में, द्रव्यमान के संरक्षण के कानून के अनुसार, प्रतिक्रिया से पहले पदार्थों का वजन प्रतिक्रिया के बाद बने पदार्थों के वजन के बराबर होता है। जब रासायनिक समीकरणों को बराबर किया जाता है, तो हम प्राप्त करते हैं stoichiometric रचनाओं।
उदाहरण के लिए, प्रतिक्रिया में
सीएच 4 + 2 ओ 2 \u003d सीओ 2 + 2 एच 2 ओ
हमारे पास CH 4 + 2 mol का O 2 \u003d 1 mol का CO 2 + 2 mol का H 2 O है।
पदार्थों के सूत्रों के सामने मोल्स की संख्या को स्टोइकोमेट्रिक गुणांक कहा जाता है।
"मोलर वॉल्यूम", "मोलर कंसंट्रेशन", "आंशिक दबाव" की अवधारणाओं को ध्यान में रखते हुए, हम पाते हैं कि मीथेन की पूर्ण प्रतिक्रिया के लिए, सीएच 4 के 1 मोल को 2 मोल के 2 ओ या 2/3/33.3% सीएच 4 और 2 / के साथ मिलाना आवश्यक है। 3 \u003d 66.7% हे 2। इस रचना को स्टोइकोमीट्रिक कहा जाता है।
अगर हम वायु में CH 4 के दहन पर विचार करते हैं, अर्थात्। 21% O 2 + 79% N 2 या O 2 + 79 / 21N 2 या O 2 + 3.76N 2 के मिश्रण में, तो प्रतिक्रिया इस प्रकार लिखी जाएगी:
CH 4 + 2O 2 + 2 × 3.76N 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O + 2 × 3.76N 2।
1 mol CH 4 + 2 mol O 2 +7.52 mol N 2 \u003d 10.52 mol O 2, N 2 और CH 4 के मिश्रण का।
फिर मिश्रण की स्टोइकोमेट्रिक संरचना होगी:
(1 / 10.52) * 100% \u003d 9.5% सीएच 4; (2 / 10.52) * 100% \u003d 19.0% O 2;
(7.52 / 10.52) * 100% \u003d 71.5% एन 2।
इसका मतलब है कि हवा के साथ प्रतिक्रिया में 100% (सीएच 4 + ओ 2) के बजाय सबसे ज्वलनशील मिश्रण में हवा के साथ प्रतिक्रिया में 24% (सीएच 4 + ओ 2) होगा, अर्थात। बहुत कम गर्मी जारी की जाएगी।
यदि आप मनमानी, गैर-स्टोइकोमीट्रिक रचनाओं को मिलाते हैं तो वही तस्वीर निकल जाएगी।
उदाहरण के लिए, प्रतिक्रिया में 2СН 4 + 2О 2 \u003d СО 2 + 2Н 2 О + СН 4 सीएच 4 का 1 मोल प्रतिक्रिया नहीं करता है।
प्रतिक्रिया में सीएच 4 + 4 ओ 2 \u003d सीओ 2 + 2 एच 2 ओ + 2 ओ 2 ओ 2 के 2 मोल्स प्रतिक्रिया में भाग नहीं लेते हैं, लेकिन गिट्टी की भूमिका निभाते हैं, जिससे उनके हीटिंग के लिए निश्चित मात्रा में गर्मी की आवश्यकता होती है।
इस प्रकार, अगर हम ऑक्सीजन और हवा में या सीएच 4 और ओ 2 की अधिकता में मीथेन दहन की प्रतिक्रियाओं की तुलना करते हैं, तो यह स्पष्ट है कि पहली प्रतिक्रिया में जारी गर्मी की मात्रा दूसरों की तुलना में अधिक होगी, क्योंकि उनमें:
कुल मिश्रण में अभिकारकों की कम सांद्रता;
गर्मी का एक हिस्सा हीटिंग गिट्टी पर खर्च किया जाएगा: नाइट्रोजन, ऑक्सीजन या मीथेन।
आइए खुद से सवाल पूछें:
प्रतिक्रिया के दौरान किस तरह की ऊर्जा जारी की जा सकती है?
क्या गर्मी की मात्रा निर्धारित करता है, अर्थात्। फिर से थर्मल प्रभाव
प्रवाह को जोड़ने के लिए कितनी ऊष्मा ऊर्जा की आवश्यकता होती है
एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया?
इसके लिए, किसी पदार्थ की गर्मी सामग्री की अवधारणा पेश की गई है।
३.२ पदार्थों की ऊष्मा।
मीथेन दहन प्रतिक्रिया में गर्मी कहाँ से आई? इसलिए यह सीएच 4 और ओ 2 अणुओं में छिपा हुआ था, और अब इसे जारी किया गया है।
यहाँ एक सरल प्रतिक्रिया का एक उदाहरण दिया गया है:
2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O + Q
इसका मतलब यह है कि ऑक्सीजन के साथ हाइड्रोजन के स्टोइकोमेट्रिक मिश्रण का ऊर्जा स्तर एच 2 ओ प्रतिक्रिया उत्पाद की तुलना में अधिक था, और पदार्थ से "अतिरिक्त" ऊर्जा जारी की गई थी।
पानी इलेक्ट्रोलिसिस की रिवर्स प्रतिक्रिया में, अर्थात्। विद्युत ऊर्जा की मदद से पानी का अपघटन, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के गठन के साथ पानी के अणु में परमाणुओं का पुनर्वितरण होता है। इस मामले में, एच 2 और ओ 2 की गर्मी सामग्री बढ़ जाती है।
इस प्रकार, इसके निर्माण के दौरान प्रत्येक पदार्थ एक निश्चित ऊर्जा प्राप्त करता है या बंद करता है, और इसके निर्माण के दौरान पदार्थ द्वारा संचित तापीय ऊर्जा के माप को कहा जाता है गर्म सामग्री, या तापीय धारिता.
रसायन विज्ञान के विपरीत, रासायनिक थर्मोडायनामिक्स में, किसी पदार्थ के गठन की गर्मी को क्यू प्रतीक द्वारा नहीं दर्शाया जाता है, लेकिन DH प्रतीक द्वारा a (+) चिन्ह के साथ यदि रासायनिक यौगिक द्वारा ऊष्मा अवशोषित की जाती है, और (-) चिन्ह के साथ यदि अभिक्रिया के दौरान ऊष्मा निकलती है, तो यह "छोड़ता है" सिस्टम।
101.3 kPa के दबाव पर किसी पदार्थ के 1 मोल के बनने की मानक ऊष्मा और 298 K के तापमान को इंगित किया जाता है।
संदर्भ पुस्तकें सरल पदार्थों से यौगिकों के निर्माण के ताप देती हैं।
उदाहरण के लिए:
सीओ 2 \u003d - 393.5 केजे / मोल
एच 2 ओ गैस \u003d - 241.8 केजे / मोल
लेकिन एंडोथर्मिक प्रक्रियाओं के दौरान बनने वाले पदार्थों के लिए, उदाहरण के लिए, एसिटिलीन C 2 H 2 \u003d 13:6.8 kJ / mol, हाइड्रोजन परमाणु H + के निर्माण के साथ प्रतिक्रिया के अनुसार H 2 \u003d H + H + H + \u003d + 217.9 केजे / मोल।
एक स्थिर तत्व (एच 2, ओ 2, सी, ना, आदि) में एक रासायनिक तत्व से युक्त शुद्ध पदार्थों के लिए, पारंपरिक रूप से डीएच को शून्य माना जाता है।
हालांकि, अगर हम पदार्थों के स्थूल गुणों पर चर्चा करते हैं, तो हम ऊर्जा के कई रूपों को भेद करते हैं: गतिज, संभावित, रासायनिक, विद्युत, थर्मल, परमाणु ऊर्जा और यांत्रिक कार्य। और अगर हम आणविक स्तर पर इस मुद्दे पर विचार करते हैं, तो ऊर्जा के इन रूपों को केवल दो रूपों से आगे बढ़ना समझाया जा सकता है - गति की गतिज ऊर्जा और परमाणुओं और अणुओं की संभावित बाकी ऊर्जा।
रासायनिक प्रतिक्रियाओं में, केवल अणु बदलते हैं। परमाणु अपरिवर्तित रहते हैं। अणु ऊर्जा क्या अणु में संचित उसके परमाणुओं की बाध्यकारी ऊर्जा है। यह परमाणुओं के आकर्षण बल द्वारा एक दूसरे को निर्धारित किया जाता है। इसके अलावा, अणुओं के एक दूसरे के प्रति आकर्षण की एक संभावित ऊर्जा है। गैसों में यह छोटा होता है, तरल पदार्थों में यह और भी अधिक होता है और ठोस पदार्थों में भी।
प्रत्येक परमाणु में ऊर्जा होती है, जिनमें से कुछ इलेक्ट्रॉनों से जुड़े होते हैं, और कुछ नाभिक के साथ। इलेक्ट्रॉनों में नाभिक के चारों ओर घूमने की गतिज ऊर्जा और एक दूसरे के प्रति आकर्षण की संभावित विद्युत ऊर्जा होती है और एक दूसरे से प्रतिकर्षण होता है।
आणविक ऊर्जा के इन रूपों का योग अणु की ऊष्मा सामग्री है।
यदि हम किसी पदार्थ के 6.02 × 10 23 अणुओं की ऊष्मा सामग्री को जोड़ते हैं, तो हमें इस पदार्थ की दाढ़ ताप सामग्री मिलती है।
एकल तत्व वाले पदार्थों (एक तत्व के अणु) की ऊष्मा को शून्य के रूप में क्यों लिया जाता है, इसे निम्न प्रकार से समझाया जा सकता है।
एक रासायनिक तत्व का डीपीओ, यानी इसके गठन की ऊर्जा, इंट्रान्यूक्लियर प्रक्रियाओं से जुड़ी है। परमाणु ऊर्जा, परमाणु कणों की परस्पर क्रिया और एक रासायनिक तत्व के परमाणु प्रतिक्रियाओं के दौरान दूसरे में बदलने की ताकतों से जुड़ी होती है। उदाहरण के लिए, यूरेनियम क्षय प्रतिक्रिया:
या अधिक बस: U + n®Ba + Kr + 3n
कहाँ पे: n ’ ओ - द्रव्यमान 1 और शून्य आवेश के साथ एक न्यूट्रॉन कण।
यूरेनियम एक न्यूट्रॉन को पकड़ता है, जिसके परिणामस्वरूप यह दो नए तत्वों - बेरियम और क्रिप्टन में विभाजित होता है - 3 न्यूट्रॉन के गठन के साथ, और परमाणु ऊर्जा जारी होती है।
यह कहा जाना चाहिए कि परमाणु प्रतिक्रियाएं रासायनिक प्रतिक्रियाओं की तुलना में ऊर्जा में लाखों गुना अधिक परिवर्तन से जुड़ी हैं। इस प्रकार, यूरेनियम की क्षय ऊर्जा 4.5 × 10 9 kcal / mol × यूरेनियम है। यह कोयले के एक मोल के दहन से 10 मिलियन गुना अधिक है।
रासायनिक प्रतिक्रियाओं में, परमाणु नहीं बदलते हैं, लेकिन अणु बदलते हैं। इसलिए, केमिस्टों द्वारा परमाणुओं के निर्माण की ऊर्जा को ध्यान में नहीं रखा जाता है, और एक-तत्व गैस के अणुओं के डीएच और शुद्ध पदार्थों के परमाणुओं को शून्य होने के लिए लिया जाता है।
दिया गया यूरेनियम क्षय प्रतिक्रिया श्रृंखला प्रतिक्रिया का एक उत्कृष्ट उदाहरण है। हम दहन प्रतिक्रिया के श्रृंखला तंत्र के सिद्धांत पर बाद में विचार करेंगे। लेकिन न्यूट्रॉन कहां से आता है और यूरेनियम के साथ क्या प्रतिक्रिया करता है यह तथाकथित सक्रियण ऊर्जा से जुड़ा है, जिसे हम थोड़ी देर बाद मानेंगे।
3.3। प्रतिक्रिया का ताप प्रभाव।
यह तथ्य कि प्रत्येक व्यक्तिगत पदार्थ में एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा होती है, रासायनिक प्रतिक्रियाओं के थर्मल प्रभावों के लिए एक स्पष्टीकरण के रूप में कार्य करता है।
हेस के नियम के अनुसार: एक रासायनिक प्रतिक्रिया का ताप प्रभाव केवल प्रारंभिक और अंतिम उत्पादों की प्रकृति पर निर्भर करता है और एक राज्य से दूसरे राज्य में संक्रमण की मध्यवर्ती प्रतिक्रियाओं की संख्या पर निर्भर नहीं करता है।
कोरोलरी 1 इस कानून का: रासायनिक प्रतिक्रिया का ताप प्रभाव अंतिम उत्पादों के गठन के गर्म होने के योग और प्रारंभिक पदार्थों के गर्म होने के योग के बीच के अंतर के बराबर होता है, जो प्रतिक्रिया समीकरण में इन पदार्थों के सूत्रों में गुणांक को ध्यान में रखते हैं।
उदाहरण के लिए, प्रतिक्रिया में 2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O in DH।
; 
; .
नतीजतन, सामान्य प्रतिक्रिया समीकरण इस तरह दिखाई देगा:
2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O - 582 kJ / mol।
और यदि डीएच एक (-) चिन्ह के साथ है, तो प्रतिक्रिया एक्सोथर्मिक है।
कोरोलरी 2... लावोइज़ियर-लाप्लास कानून के अनुसार, रासायनिक यौगिक के अपघटन का थर्मल प्रभाव इसके गठन के थर्मल प्रभाव के बराबर और विपरीत होता है।
तब जल अपघटन प्रतिक्रिया होगी:
2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2 +582 kJ / mol, अर्थात यह प्रतिक्रिया एंडोथर्मिक है।
अधिक जटिल प्रतिक्रिया का एक उदाहरण:
सीएच 4 + 2 ओ 2 \u003d सीओ 2 + 2 एच 2 ओ।
फिर प्रतिक्रिया इस तरह लिखी जाएगी:
СН 4 + 2О 2 \u003d СО 2 + 2Н 2 О - 742.3 kJ / mol, जिसका अर्थ है कि प्रतिक्रिया एक्सोथर्मिक है।
3.4। गैस प्रतिक्रियाओं की काइनेटिक नींव।
अभिनय द्रव्यमान के नियम के अनुसार, एक स्थिर तापमान पर प्रतिक्रिया दर अभिकारकों की एकाग्रता के समानुपाती होती है या, जैसा कि वे कहते हैं, "अभिनय द्रव्यमान"।
रासायनिक प्रतिक्रिया की दर ( υ ) यह प्रति इकाई समय प्रतिक्रिया करने वाले पदार्थ की मात्रा पर विचार करने के लिए प्रथागत है ( घटी) प्रति इकाई आयतन ( dV).
समीकरण के अनुसार आगे बढ़ने वाली प्रतिक्रिया पर विचार करें:
ए + बी \u003d सी + डी।
चूंकि प्रतिक्रिया दर समय के साथ प्रतिक्रियाशील पदार्थों की एकाग्रता में कमी और प्रतिक्रिया उत्पादों की एकाग्रता में वृद्धि को दर्शाती है, इसलिए इसे लिखा जा सकता है:
, (3.1)
जहाँ व्युत्पन्न में minuses घटकों की सांद्रता में परिवर्तन की दिशा को इंगित करते हैं, और घटकों की सांद्रता वर्ग कोष्ठक में इंगित की जाती हैं।
फिर टी पर एक प्रत्यक्ष अपरिवर्तनीय प्रतिक्रिया \u003d एक दर के साथ आगे बढ़ता है:
, (3.2)
कहाँ पे: क एक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर स्थिर है। यह घटकों की एकाग्रता पर निर्भर नहीं करता है, लेकिन केवल तापमान के साथ बदलता है।
प्रभावी द्रव्यमान के नियम के अनुसार, प्रतिक्रिया घटकों के सांद्रता इस घटक के स्टोइकोमेट्रिक गुणांक के बराबर डिग्री के लिए गतिज समीकरण में शामिल हैं।
तो, प्रतिक्रिया के लिए
एए + बीबी \u003d सीसी + डीडी
गतिज समीकरण है:
डिग्री ए, बी, सी, डी के घातांक को आमतौर पर घटकों ए, बी, सी, डी के अनुसार प्रतिक्रिया के आदेश कहा जाता है, और संकेतक का योग प्रतिक्रिया का सामान्य क्रम है।
उदाहरण के लिए, प्रतिक्रियाओं की तरह
А® bB + cC - मैं आदेश देता हूं,
2A \u003d bB + cC - II आदेश,
A + B \u003d cC + dD - III ऑर्डर।
चूंकि सभी प्रतिक्रियाशील घटकों की सांद्रता स्टोइकोमेट्रिक समीकरणों द्वारा परस्पर जुड़ी होती है, इसलिए पहले क्रम के सबसे सरल गतिज समीकरण एक स्वतंत्र चर - एकाग्रता के साथ पहले क्रम के अंतर समीकरण हैं - और इसे एकीकृत किया जा सकता है।
सबसे सरल गतिज समीकरण प्रकार का पहला क्रम समीकरण है
जिसके लिए 
. (3.4)
आइए हम प्रतिक्रिया की शुरुआत से पहले घटक ए की एकाग्रता के माध्यम से निरूपित करते हैं और, सीमा स्थिति टी \u003d 0, [ए] \u003d [ए 0] के साथ समीकरण को एकीकृत करते हैं, हम प्राप्त करते हैं:
या [ए] \u003d × ई - केटी। (3.5)
इस प्रकार, पदार्थों की सांद्रता पर प्रतिक्रिया दर की निर्भरता में एक घातीय चरित्र होता है।
गैसों की गतिज ऊर्जा इसे इस तरह समझाती है। अरहेनियस की परिकल्पना के अनुसार, अणुओं के बीच प्रतिक्रिया तभी होती है जब वे सक्रिय होते हैं, अर्थात्। इंटरटॉमिक बॉन्ड्स को तोड़ने के लिए पर्याप्त ऊर्जा है, तथाकथित सक्रियण ऊर्जा ई ए।
उन। एक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर सभी अणुओं के टकराव की संख्या पर निर्भर नहीं करती है, बल्कि केवल सक्रिय लोगों पर निर्भर करती है।
बोल्ट्जमैन के नियम के अनुसार, सक्रिय अणुओं की संख्या
n A \u003d n о * e - E / RT, (3.6)
कहाँ: ई - सक्रियण ऊर्जा,
T गैस मिश्रण का तापमान है,
n के बारे में - अणुओं की कुल संख्या।
फिर प्रभावी टक्करों की संख्या, जो प्रतिक्रिया दर के साथ मेल खाती है, के बराबर है:
- р \u003d Z eff \u003d Z 0 * e - E / RT, (3.7)
कहां: जेड 0 - अणुओं की कुल संख्या।
1) प्रतिक्रिया दर सक्रिय अणुओं की एकाग्रता के लिए आनुपातिक है, जिनमें से संख्या मिश्रण पर तापमान और दबाव पर निर्भर करती है, क्योंकि दबाव अणुओं की संख्या है जो किसी भी सतह से टकराते हैं;
2) एक प्रतिक्रिया केवल तभी संभव है जब अंतःक्रियात्मक अणुओं को एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा प्राप्त होती है जो अंतराष्ट्रीय बंधनों को तोड़ने या कमजोर करने के लिए पर्याप्त होती है। सक्रियण अणुओं के संक्रमण में एक राज्य में शामिल होता है जिसमें रासायनिक परिवर्तन संभव है।
सबसे अधिक बार, सक्रियण प्रक्रिया मध्यवर्ती अस्थिर लेकिन परमाणुओं के अत्यधिक सक्रिय यौगिकों के गठन से गुजरती है।
इस प्रकार, न केवल एंडोथर्मिक प्रक्रियाओं की घटना के लिए, एक बाहरी ऊर्जा की आपूर्ति की आवश्यकता होती है, बल्कि एक्ज़ोथिर्मिक लोगों के लिए भी। होने वाली एक एक्सोथर्मिक प्रतिक्रिया के लिए, इसे किसी प्रकार का थर्मल ऊर्जा देना आवश्यक है। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के मिश्रण में दहन प्रतिक्रिया के लिए, इसे प्रज्वलित किया जाना चाहिए।
एक रासायनिक प्रतिक्रिया को "शुरू" करने के लिए आवश्यक थर्मल ऊर्जा की न्यूनतम मात्रा को सक्रियण ऊर्जा कहा जाता है।
3.5। प्रतिक्रिया सक्रियण ऊर्जा।
इस घटना की व्याख्या करने के लिए, निम्नलिखित उदाहरण का उपयोग अक्सर किया जाता है (चित्र 9):
प्लेटफॉर्म पर एक गेंद है। साइट स्लाइड के सामने स्थित है। इसलिए, स्लाइड के लिए नहीं, तो गेंद खुद ही नीचे लुढ़क सकती थी। लेकिन एक सहज वंश के लिए, इसे पहाड़ी की चोटी तक उठाया जाना चाहिए। इस मामले में, न केवल पहाड़ी पर जाने की ऊर्जा जारी की जाएगी, बल्कि नीचे जाने की ऊर्जा भी होगी।
चित्र: 9. प्रतिक्रिया की सक्रियता की योजना।
दो प्रतिक्रियाओं पर विचार करें:
1) एच 2 + ओ 2 \u003d एच 2 ओ-
2) एच 2 ओ \u003d एच 2 + ओ 2 +
जैसा कि आंकड़े से देखा जा सकता है, ई 2 \u003d + ई 1;
सामान्य तौर पर, किसी भी प्रतिक्रिया के साथ
.
और गर्मी प्रभाव का संकेत ई 1 और ई 2 के बीच के अंतर पर निर्भर करता है, जो हमेशा सकारात्मक होते हैं।
इस प्रकार, सक्रियण ऊर्जा एक सक्रिय कॉम्प्लेक्स की स्थिति में प्रतिक्रियाशील पदार्थों को बदलने के लिए आवश्यक ऊर्जा होती है (इंटरटॉमिक बॉन्ड का टूटना, अणुओं का सम्मिलन, एक अणु में ऊर्जा का संचय ...)।
गैसों के तापमान में वृद्धि के साथ, सक्रिय अणुओं (ई-ई / आरटी) का अनुपात तेजी से बढ़ता है, जिसका अर्थ है कि प्रतिक्रिया दर तेजी से निर्भर है। इस संबंध को निम्नानुसार चित्रित किया जा सकता है:
चित्र: 10. तापमान पर प्रतिक्रिया दर की निर्भरता: 1 - 1 प्रतिक्रिया की गति, 2 - 2 प्रतिक्रिया की गति।
जैसा कि चित्र 10 से देखा जा सकता है, पहली प्रतिक्रिया की दर दूसरी प्रतिक्रिया की दर से कम है, और पहली प्रतिक्रिया की सक्रियता ऊर्जा दूसरे की ई से अधिक है। और उसी तापमान पर टी 2 υ 2 > υ 1 ... सक्रियण ऊर्जा जितनी अधिक होगी, किसी दिए गए प्रतिक्रिया दर को प्राप्त करने के लिए आवश्यक तापमान उतना अधिक होगा।
इसका कारण यह है कि जब ई अधिक होता है, तो प्रतिक्रियाशील घटकों के अणुओं में मौजूदा इंटरटॉमिक बॉन्ड मजबूत होते हैं, और इन बलों को दूर करने के लिए अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है। इस मामले में, सक्रिय अणुओं का अनुपात समान रूप से कम है।
यह ऊपर से देखा जा सकता है कि सक्रियण ऊर्जा का मूल्य एक रासायनिक प्रक्रिया की सबसे महत्वपूर्ण विशेषता है। यह ऊर्जा अवरोध की ऊंचाई निर्धारित करता है, जिसमें से अधिक प्रतिक्रिया के लिए एक शर्त है। दूसरी ओर, यह तापमान के एक समारोह के रूप में प्रतिक्रिया दर की विशेषता है, अर्थात। सक्रियण ऊर्जा जितनी अधिक होगी, वांछित प्रतिक्रिया प्राप्त करने के लिए तापमान उतना अधिक होगा।
3.6। कटैलिसीस।
पदार्थों के तापमान और एकाग्रता को बढ़ाने के अलावा, रासायनिक प्रतिक्रिया में तेजी लाने के लिए, वे उपयोग करते हैं उत्प्रेरक, अर्थात। पदार्थ जो प्रतिक्रिया मिश्रण में पेश किए जाते हैं, लेकिन प्रतिक्रिया के दौरान खपत नहीं होते हैं, लेकिन सक्रियण ऊर्जा को कम करके इसे तेज करते हैं।
उत्प्रेरकों की सहायता से प्रतिक्रिया दर बढ़ाने की प्रक्रिया को कहा जाता है कटैलिसीस.
उत्प्रेरक प्रारंभिक पदार्थों के अणुओं में कमजोर पड़ने, उनके अपघटन, उत्प्रेरक सतह पर अणुओं के सोखना, या सक्रिय उत्प्रेरक कणों की शुरूआत के कारण सक्रिय प्रतिक्रियाओं को बनाने के लिए मध्यस्थ प्रतिक्रिया में भाग लेते हैं।
उत्प्रेरक की भागीदारी की प्रकृति को निम्नलिखित चित्र द्वारा समझाया जा सकता है:
उत्प्रेरक के बिना प्रतिक्रिया: ए + बी \u003d एबी।
उत्प्रेरक X के साथ: A + X \u003d AX ® AX + B \u003d AB + X।
आइए चित्र में दिखाए गए चित्र के समान दें। नौ।
चित्र: 11. उत्प्रेरक की योजना: ई। बी.काट तथा ई बिल्ली के साथ- एक उत्प्रेरक के बिना और एक उत्प्रेरक के साथ क्रमशः प्रतिक्रिया की सक्रियता की ऊर्जा।
जब एक उत्प्रेरक पेश किया जाता है (छवि 11), प्रतिक्रिया एक कम ऊर्जा अवरोध के साथ एक अलग रास्ते पर आगे बढ़ सकती है। यह मार्ग एक अन्य सक्रिय परिसर के गठन के माध्यम से एक नई प्रतिक्रिया तंत्र से मेल खाता है। और एक नया, कम ऊर्जा अवरोध अधिक कणों को दूर कर सकता है, जिससे प्रतिक्रिया दर में वृद्धि होती है।
यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि रिवर्स प्रतिक्रिया की सक्रियता ऊर्जा उसी मात्रा से कम हो जाती है जैसे कि प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया की सक्रियता ऊर्जा, अर्थात्। दोनों प्रतिक्रियाओं को उसी तरह त्वरित किया जाता है, और उत्प्रेरक प्रतिक्रिया शुरू नहीं करते हैं, वे केवल प्रतिक्रिया को गति देते हैं, जो उनकी अनुपस्थिति में हो सकता है, लेकिन बहुत धीमी गति से।
मध्यवर्ती प्रतिक्रिया उत्पाद उत्प्रेरक बन सकते हैं, फिर इस प्रतिक्रिया को ऑटोकाटलिटिक कहा जाता है। इसलिए, यदि अभिकारकों के सेवन के रूप में सामान्य प्रतिक्रियाओं की गति कम हो जाती है, तो ऑटोकैटलिस के कारण दहन की प्रतिक्रिया स्व-त्वरित होती है और ऑटोकैटलिटिक होती है।
सबसे अधिक बार, ठोस पदार्थ उत्प्रेरक के रूप में उपयोग किया जाता है, जो प्रतिक्रियाशील पदार्थों के अणुओं को adsorb करता है। सोखना के दौरान, प्रतिक्रियाशील अणुओं में बंधन कमजोर हो जाते हैं, और इस प्रकार उनके बीच की प्रतिक्रिया सुगम हो जाती है।
सोखना क्या है?
3.7। सोखना।
सोखना - किसी गैसीय माध्यम से किसी पदार्थ का सतह अवशोषण या किसी अन्य पदार्थ की सतह परत द्वारा समाधान - एक तरल या एक ठोस।
उदाहरण के लिए, गैस मास्क में प्रयुक्त सक्रिय कार्बन की सतह पर विषाक्त गैसों का सोखना।
भौतिक और रासायनिक सोखना के बीच अंतर।
कब शारीरिक सोखना, पकड़े गए कण अपने गुणों को बनाए रखते हैं, और जब रासायनिक - सोखना के साथ सोखना के रासायनिक यौगिक बनते हैं।
ऊष्मा के विमोचन के साथ सोखना प्रक्रिया होती है। भौतिक सोखना के लिए, यह नगण्य (1-5 kcal / mol) है, रासायनिक सोखना के लिए यह बहुत अधिक है (10-100 kcal / mol)। यह कटैलिसीस के दौरान रासायनिक प्रतिक्रियाओं को तेज कर सकता है।
दहन और विस्फोट प्रक्रियाओं के लिए, निम्नलिखित उदाहरण दिए जा सकते हैं:
1. Н 2 + О 2 मिश्रण का स्वयंसिद्ध तापमान 500 0 С के बराबर है। पैलेडियम उत्प्रेरक की उपस्थिति में यह घटकर 100 0 С. हो जाता है।
2. कोयले के सहज दहन की प्रक्रिया कोयले के कणों की सतह पर ऑक्सीजन के रासायनिक सोखना के साथ शुरू होती है।
3. शुद्ध ऑक्सीजन के साथ काम करते समय, ऑक्सीजन कपड़ों (शारीरिक सोखना) पर अच्छी तरह से सोख लिया जाता है। और एक चिंगारी या लौ की उपस्थिति में, कपड़े आसानी से भड़क जाते हैं।
4. ऑक्सीजन को विस्फोटक मिश्रण के निर्माण के साथ तकनीकी तेलों द्वारा अच्छी तरह से सोख लिया जाता है और अवशोषित किया जाता है। मिश्रण एक प्रज्वलन स्रोत (रासायनिक अवशोषण) के बिना अनायास फट जाता है।
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