Keemiatehnika instituut Reaktsiooni protsessid II "" Üliõpilased: Õppejõud: Inna Kamenev Esitatud: 7.12.2005 Tallinn 2005 1. Töö eesmärk Osooni lagunemisreaktsiooni järgu ning kiiruskonstandi määramine 2. Teoreetilised alused Kui keemilise reaktsiooni A produktid jaoks on leitud, et reaktsiooni kiirus on proportsionaalne reagendi kontsentratsiooniga, siis nimetatakse seda reaktsiooni 1. järku reaktsiooniks ning reaktsiooni kiirus avaldub järgmiselt: dc A Reaktsiooni kiirus = rA = = k cc A d kus CA on reagendi A kontsentratsioon, kc - kiiruskonstant - aeg.
kiiruskonstant kc ja reaktsiooni järk n. 2. Töö käik. Perioodilise osoonimise katseseadme skeem 1 perioodiline pideva gaasi läbivooluga reaktor, 2 osoonigeneraator, 3 kompressor, 4 osoonimõõtja, 5 jääkosooni lagundaja, 6 - rotameeter Tallinn 2013a. Antud töös uuritakse osooni lagunemisreaktsiooni kineetikat 2O 3 3O 2 . Katseline töö koosneb järgmistest etappidest: 1) vee küllastamine osooniga, 2) osooni kontsentratsiooni muutumise määramine lagunemisreaktsiooni käigus. - Vesi küllastatakse osooniga poolperioodses osoneerimisreaktoris. Selleks barboteeritakse vett õhu-osooni seguga. Osoneerimise aeg on 15 20 minutit. Katseseadme põhiosaks on perioodiline pideva gaasi läbivooluga reaktor (1) (maht 0,9
kokkupõrked; 6. Katalüsaator- aine mis suurendab keemilise reaktsiooni kiirust. Katalüüs- Keemilise reaktsiooni kiiruse muutmine katalüsaatori abil Inhibiitor- aine, mis aeglustab keemilise reaktsiooni kiirust ehk neg.katal Ensüüm- biokatalüsaator 7. Pöörduv reaktsioon- Keemiline reaktsioon mis kulgeb üheaegselt kahes suunas. Saaduste tekke ja nende lagunemise suunas. 2 SO2 + O2 ↔ 2 SO Keemiline tasakaal- Olek kus keemilise reaktsiooni saaduste tekkekiirus võrdub nende lagunemisreaktsiooni kiirusega N2 + 3 H2 ↔ 2 NH3 8.See on tööstuses rakenduslikult oluline, et tõsta reaktsiooni saagist. 9. • Lähteainete kontsentratsiooni- kontsentratsiooni kontsentratsiooni vähendamisel lähteainete tekke suunas Kui kahandatakse lähteainete kontsentratsiooni, siis süsteem kasvatab seda saadusi lagundades. • Temperatuuri- Temperatuuri tõstmisel endotermilise reaktsiooni suunas- Kui väljast antakse energiat juurde, siis süsteem üritab vaba energia hulka vähendada seda endasse
hakkab tasapisi tekkima ammoniaaki. Alguses on ühinemisreaktsioon kiire, sest vesinikku ja lämmastikku on võrdlemisi palju, ent see aeglustub tasapisi; Nii, kui ammoniaak on hakanud tekkima, hakkab see ka tasapisi lagunema. Alguses on see lagunemisreaktsioon aeglane, aga mida rohkem on ammoniaaki tekkinud (mida suurem on tema kontsentratsioon), seda kiiremini ta laguneb; 4. KEEMILINE TASAKAAL Ühel hetkel muutuvad aeglustuva ühinemisreaktsiooni ja kiireneva lagunemisreaktsiooni kiirused võrdseks saabub keemiline tasakaal. Tasakaalumoment saabub siis, kui päri- ja vastassuunalise reaktsiooni kiirus muutuvad võrdseteks. See tasakaal on dünaamiline: pidevalt toimuvad mõlemasuunalised protsessid! 4. REAKTSIOONI TASAKAAL Keemilise reaktsiooni tasakaalu (st tasakaalu saabumise punkti reaktsiooni ulatuse suhtes) on võimalik nihutada. See on tööstuses rakenduslikult oluline, et tõsta saagist. Tasakaalu nihutame vastavalt le
o OKSÜDEERIMINE keemiline protsess, kus aine loovutab elektrone (redutseerija) o HÜDROGEENIMINE vesiniku molekuli liitmine keemilise reaktsiooni käigus o HALOGEENIMINE halogeeni aatomite sisseviimine ühendisse o HÜDRAATIMINE keemiline liitmisreaktsioon veega o POLÜMEERIMINE madalmolekulaarsest ainest (monomeer) kõrgmolekulaarsete ühendite saamine (polümeer) LIHTAINE LAGUNEMISREAKTSIOONI saadusteks on aatomid või lihtained Cl2=2Cl O3=O2+O LIITAINE LAGUNEMISREAKTSIOONIL tekivad liht- või uued liitained 1H2O=2H2+O2 Ca(OH)2=CaO+H2o IOONIREAKTSIOONID reaktsioonis osalevad ioonid (redoksreaktsioon) · reaktsioonid kulgevad lõpuni, kui o tekib raskvahustuv aine AgNO3+NaCl=AgCl+NaNO3 Ag++NO3-+Na++Cl-= AgCl+ Na++NO3 o tekib kerglenduv aine (gaas) FeS+H2SO4=FeSO4+H2S
lähteainet võetakse tavaliselt liias) Saaduse keemiline sidumine, või reaktorist kiire eemaldamine nihutab tasakaalu saaduse tekke suunas Segamine tasakaalu ei mõjuta, küll aga võib kiirendada tasakaalu saabumi Katalüsaator ei muuda tasakaaluasendit, (sest kiirendab võrdselt mõlemasuunalisi reaktsioone) küll aga kiirendab (resp. aeglustab) tasakaalu saabumist. Vee lagunemisreaktsiooni tasakaal tavatemperatuuril on praktiliselt täielikult suunatud vee tekke suunas ja tasakaalulises segus pea-aegu pole vesinikku ja hapnikku." SL Õhtulehe " ajakirjanike rõõmustav uudis Kanada teadlaste saavutustest energiprobleemide lahendamisel on hõlpsasti seletatav, kui eeldada, et "Kanada teadlased" olid "Auuuväerse Jaan Tattigu seltsi kirjavahetajaliikmed, või tõlkis ajakirjanik nupukese teadusliku ajakirja aprillikuu numbrist. Väidetavasti leiti
reaktsiooni ajal püsivaks, nimetatakse statsionaarseks olekuks): dc = k1 c 2 - k 2 c - k 3 c c = 0 dt Statsionaarsuse tingimuses tähistavad c* ja c vastavalt osakese A* ja A kontsentratsioone ning k1, k2 ja k3 protsessi üksikstaadiumide kiiruskonstante. Avaldame aktiivsete osakeste kontsentratsiooni k1 c 2 c = k 2 + k3c ja selle kaudu lagunemisreaktsiooni kiiruse k k c2 v = k2c = 1 2 k 2 + k3c Selle võrrandi järgi ei ole monomolekulaarsete reaktsiooni järk üheselt määratud, vaid sõltub protsessi toimumise tingimustest. Vaatame äärmuslikke olukordi: 1) aine A kontsentratsioon (rõhk) on suur. Sel juhul võib desaktivatsiooni kiirus
V2 30 2) Rõhu mõju avaldub süsteemis gaasiliste või auruna ainete puhul. Le Chatelier'i printsiibi järeldus: tasakaalus olev süsteem nihkub rõhu suurendamisel väiksema molekulide arvu tekke suunas, rõhu vähendamisel suurema molekulide arvu tekke suunas. Käsitleme ammoniaagi sünteesi- ja lagunemisreaktsiooni: N2 + 3H2 = 2NH3 V1 1 2 3 Võrrandi vasakul pool on 1 + 3= 4 molekuli, paremal 2 molekuli. Järelikult soodustab kõrgem rõhk ammoniaagi moodustumist. Seepärast viiakse ka praktikas ammoniaagi süntees läbi kõrgel rõhul (200 - 1000 at.) Tasakaalureaktsioonile H2 + Cl2 = 2HCl aga rõhk mõju ei avalda, sest gaasi
25. Keemiline reaktsioon (liigitus, näited). 1. Paralleelsed reaktsioonid •Mõnikord kulgeb ühtede ja samade lähteainete vahel mitu erinevat keemilist reaktsiooni. •Näiteks benseeni reageerimisel klooriga tekib alati nii klorobenseeni C6H6 + Cl2 = C6H5Cl + HCl Kui ka heksakloroheksaani C6H6 + 3Cl2 = C6H6Cl6 2. Ühinemisreaktsioon •Selle tulemusel tekib liht- või liitainetest ühend: H2 + Cl2 = 2HCl NaOH + CO2 = NaHCO3 3. Lagunemisreaktsioon •Lihtaine lagunemisreaktsiooni saadusteks on aatomid või uued lihtained Cl2 = 2Cl O3 = O2 + O •Liitaine lagunemisreaktsioonil tekivad liht- või uued liitained: 2H2O = 2H2 + O2 Ca(OH)2 = CaO + H2O 3.Asendusreaktsioon •Selle käigus asendavad lihtaine aatomid liitaine koostisse kuuluva teise elemendi aatomi Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu 4. Vahetusreaktsioon •See kulgeb kahe liitaine vahel, kusjuures tekib kaks uut liitainet: BaCl2 + Na2SO4 = BaSO4 + 2NaCl 5.Isomerisatsioonireaktsioon
C6H6 + 3Cl2 = C6H6Cl6 Ühinemisreaktsioon Selle tulemusel tekib liht- või liitainetest ühend: H2 + Cl2 = 2HCl NaOH + CO2 = NaHCO3 Orgaanilisest keemiast kuuluvad siia oksüdeerimine, halogeenimine, polümeerimine jne… Lagunemisreaktsioon Lihtaine lagunemisreaktsiooni saadusteks on aatomid või uued lihtained Cl2 = 2Cl O3 = O 2 + O Liitaine lagunemisreaktsioonil tekivad liht- või uued liitained 2H2O = 2H2 + O2 Ca(OH)2 = CaO + H2O Mõnede ainete lagunemisreaktsioonil täheldatakse ilmekaid värvuse muutusi. Näiteks
Keskmise aktiivsusega metallid (Al-Fe) reageerivad veeauruga (kõrgel t), tekivad oksiid ja H2. 3Fe + 4H 0 => Fe 0 + 4H 2 3 4 2 Väheaktiivsed metallid (Ni-Au) ei reageeri veega. 10.Loetle erinevaid keemilisi reaktsioone! *Ühinemisreaktsioon. Selle tulemusena tekib liht- või liitainetest ühend. H2 + Cl2 = 2HCl NaOH + CO2 = NaHCO3 Orgaanilisest keemiast kuuluvad siia alla oksüdeerimine, halogeenimine ja polümeerimine. *Lagunemisreaktsioon. Lihtaine lagunemisreaktsiooni saaduseks on aatomid või uued lihtained. Cl = 2Cl 2 O = O + O 3 2 Liitaine lagunemisreaktsioonil tekivad liht- või uued liitained. 2H O = 2H + O 2 2 2 Lagunemisreaktsioonid võivad sõltuvalt temperatuurist kulgeda astmeliselt. *Asendusreaktsioon
3. Nende koostise ja keemiliste omaduste järgi. 4. Lihtained koosnevad ainult ühe aine elementidest, jagunevad metallideks ja mittemetallideks. 5. Liitained koosnevad mitme erineva aine elementidest, jagunevad oksiidideks, hapeteks, alusteks ja sooladeks. Oksiidid Oksiidid on sellised liitained, mis koosnevad kahest elemendist, millest üks on hapnik. Oksiidid tekivad: 1) lihtaine ühinemisel hapnikuga (C+O2 -> CO2; S+O2 -> SO2; 4Al+3O2 -> 2Al2+O3) 2) lagunemisreaktsiooni käigus (CaCO3 -> CaO + CO2) Oksiidid jagunevad aluselisteks, amfoteerseteks ja happelisteks oksiidideks. Aluselised oksiidid on metallioksiidid, happelised aga mittemetallioksiidid. Happelise oksiidi reageerimisel veega tekib hape (CO2+H2O -> H2CO3), aluselise oksiidi reageerimisel veega tekib alus (MgO+H2O -> Mg(OH)2). Amfoteersed oksiidid reagreerivad nii aluste kui hapetega. Tuua näiteid õhus, vees ja maakoores leiduvatest oksiididest. Õhus: Süsinikdioksiid e
nõrga happe või aluse dissotsiatsioonikonstandiga. Lihtsates puhverlahustes on kasutuspiirkond ligikaudu -¿¿ 1...1,5 ühikut pH väärtuses. lagunemisest tulenenud A kontsentratsiooni tõus nihutab HA lagunemisreaktsiooni tasakaalu täielikult vasakule. Nii leidub puhvris ainult dissotsieerumata HA molekule. Kui lisada puhvrile tugevat hapet, seotakse vabanenud vesinikioonid vabade happejääkide poolt:
Mõnikord kulgeb ühtede ja samade lähteainete vahel mitu erinevat keemilist reaktsiooni. Näiteks benseeni reageerimisel klooriga tekib alati nii klorobenseeni C6H6 + Cl2 = C6H5Cl + HCl Kui ka heksakloroheksaani C6H6 + 3Cl2 = C6H6Cl6 Ühinemisreaktsioon Selle tulemusel tekib liht- või liitainetest ühend: H2 + Cl2 = 2HCl NaOH + CO2 = NaHCO3 Orgaanilisest keemiast kuuluvad siia oksüdeerimine, halogeenimine, polümeerimine jne. Lagunemisreaktsioon Lihtaine lagunemisreaktsiooni saadusteks on aatomid või uued lihtained Cl2 = 2Cl O3 = O2 + O Liitaine lagunemisreaktsioonil tekivad liht- või uued liitained: 2H2O = 2H2 + O2 Ca(OH)2 = CaO + H2O Mõnede ainete lagunemisreaktsioonil täheldatakse ilmekaid värvuse muutusi. Näiteks rohelise värvusega malahhiidi kuumutamisel tekib musta värvusega vaskoksiid, eraldub värvuseta süsinikdioksiid ja veeaur: Cu2CO3(OH)2 = 2CuO + CO2 + H2O
annaabi.ee 
