واکنش های تجزیه نقش بزرگی در زندگی سیاره ایفا می کند. از این گذشته ، آنها به تخریب مواد زائد همه موجودات بیولوژیکی کمک می کنند. علاوه بر این، این فرآیند به بدن انسان کمک می کند تا ترکیبات پیچیده مختلف را به طور روزانه با تجزیه آنها به ترکیبات ساده (کاتابولیسم) جذب کند. علاوه بر تمام موارد فوق، این واکنش به تشکیل مواد آلی و معدنی ساده از مواد پیچیده کمک می کند. بیایید در مورد این فرآیند بیشتر بیاموزیم و همچنین به نمونه های عملی واکنش تجزیه شیمیایی نگاه کنیم.
واکنش‌ها در شیمی به چه چیزهایی گفته می‌شود، چه انواعی از آنها هستند و به چه چیزی بستگی دارند
قبل از یادگیری در مورد تجزیه، ارزش یادگیری کلی در مورد فرآیندهای شیمیایی را دارد. این نام به توانایی مولکول های برخی از مواد برای برهمکنش با سایرین و تشکیل ترکیبات جدید به این روش اشاره دارد.
مثلاً اگر بین خودشاناکسیژن و دو مولکول هیدروژن برهم کنش می کنند و در نتیجه دو مولکول اکسید هیدروژن به وجود می آید که همه ما آن را به نام آب می شناسیم. این فرآیند را می توان با استفاده از معادله شیمیایی زیر نوشت: O.
اگرچه معیارهای مختلفی وجود دارد که واکنش های شیمیایی را بر اساس آنها متمایز می کنند (اثر حرارتی، کاتالیزورها، وجود / عدم وجود مرزهای فاز، تغییر در حالت های اکسیداسیون واکنش دهنده ها، برگشت پذیری / برگشت ناپذیری)، آنها اغلب بر اساس طبقه بندی می شوند. نوع تبدیل مواد متقابل.
بنابراین، چهار نوع فرآیند شیمیایی وجود دارد.
- اتصال.
- تجزیه.
- Exchange.
- تعویض.
همه واکنش های فوق به صورت گرافیکی با استفاده از معادلات نوشته شده اند. طرح کلی آنها به این صورت است: A → B.
در سمت چپ این فرمول معرف های اولیه و در سمت راست مواد تشکیل شده در نتیجه واکنش قرار دارند. به عنوان یک قاعده، برای شروع آن نیاز به قرار گرفتن در معرض دما، الکتریسیته یا استفاده از مواد افزودنی کاتالیزوری است. حضور آنها نیز باید در معادله شیمیایی نشان داده شود.
واکنش تجزیه (شکاف) چیست
این نوع فرآیند شیمیایی با تشکیل دو یا چند ترکیب جدید از مولکول های یک ماده مشخص می شود.
به عبارت ساده تر، واکنش تجزیه را می توان با یک خانه از یک طراح مقایسه کرد. کودک با تصمیم به ساخت یک ماشین و یک قایق، ساختار اولیه را جدا می کند و مورد نظر را از قطعات آن می سازد. در عین حال، ساختار خود عناصرسازنده تغییر نمی کند، درست همانطور که با اتم های ماده درگیر در شکافتن اتفاق می افتد.
معادله واکنش در نظر گرفته شده چگونه است
علیرغم این واقعیت که صدها ترکیب می توانند یک ماده پیچیده را به اجزای ساده تر جدا کنند، همه این فرآیندها بر اساس یک اصل اتفاق می افتد. می‌توانید با استفاده از فرمول شماتیک آن را به تصویر بکشید: ABV → A+B+C.
در آن، ABC ترکیب اولیه ای است که دچار شکافته شده است. A، B و C موادی هستند که از اتم های ABC در طی واکنش تجزیه تشکیل می شوند.
انواع واکنش های برش
همانطور که در بالا ذکر شد، برای شروع یک فرآیند شیمیایی، اغلب لازم است که تأثیر خاصی بر روی معرف ها داشته باشد. بسته به نوع چنین تحریکی، چندین نوع تجزیه وجود دارد:
- تجزیه زیستی (تجزیه بیولوژیکی). ماهیت آن در تجزیه ترکیبات پیچیده تر به ترکیبات ساده تحت تأثیر موجودات زنده (میکرو ارگانیسم ها) نهفته است. نمونه ای از این فرآیند می تواند پوسیدگی یا تجزیه زباله باشد.
- ترمولیز تجزیه مواد تحت تأثیر دمای بالا است. این گونه دارای یک زیرگونه است - پیرولیز. در یک واکنش تجزیه از این نوع، برای اجرای آن، مواد نه تنها گرم می شوند، بلکه از دسترسی به اکسیژن و سایر عوامل اکسید کننده نیز محروم می شوند.
- الکترولیز تقسیم ترکیبات با کمک جریان الکتریکی است.
- رادیولیز - فروپاشی ماده تحت تأثیر تشعشعات یونیزان. به هر حال، این فرآیند به طور فعال استفاده می شوددر پرتودرمانی.
- Solvolysis - این واکنش را می توان نقطه عطفی بین تجزیه و تبادل در نظر گرفت (AB + VG → AG + BV). اگرچه منجر به تقسیم ترکیبات پیچیده به ترکیبات ساده تحت تأثیر یک حلال می شود، اتم های آزاد شده از معرف اولیه نه تنها با یکدیگر، بلکه با کاتالیزور نیز تعامل دارند. بسته به ماهیت آن، سه زیرگونه از solvolysis متمایز می شود: الکلیز (الکل ها - ROH)، هیدرولیز (آب - H2O) و آمونولیز (آمونیاک - NH3).).
واکنش تجزیه پرمنگنات پتاسیم (KMnO4)
پس از پرداختن به این تئوری، شایسته است مثال‌های عملی از فرآیند شکافتن مواد را در نظر بگیریم.
اولین مورد از بین رفتن KMnO4 (که معمولاً پرمنگنات پتاسیم نامیده می شود) به دلیل گرم شدن است. معادله واکنش برای تجزیه پرمنگنات پتاسیم به این صورت است:+ MnO2 + O2↑.
از فرمول شیمیایی ارائه شده می توان دریافت که برای فعال سازی فرآیند، باید معرف اولیه را تا 200 درجه سانتیگراد گرم کرد. برای واکنش بهتر، پرمنگنات پتاسیم را در ظرف خلاء قرار می دهند. از اینجا می‌توان نتیجه گرفت که این فرآیند پیرولیز است.
در آزمایشگاه ها و در تولید برای به دست آوردن اکسیژن خالص و کنترل شده انجام می شود.
ترمولیز کلرات پتاسیم (KClO3)
واکنش تجزیه نمک Berthollet نمونه دیگری از گرمازدگی کلاسیک درخالص.
فرآیند مذکور دو مرحله را طی می کند و به این صورت است:
- 2 KClO3 (t 400 درجه سانتی گراد) → 3KClO4 + KCl.
- KClO4(t از 550 درجه سانتی گراد) → KCl + 2O2
همچنین گرماسازی کلرات پتاسیم را می توان در دماهای پایین تر (تا 200 درجه سانتیگراد) در یک مرحله انجام داد، اما این امر مستلزم آن است که مواد کاتالیزور در واکنش شرکت کنند - اکسیدهای فلزات مختلف (فنجان، فروم، منگنز و غیره.p.).
معادله ای از این نوع به این شکل خواهد بود: 2KClO3 (t 150 °C, MnO2) → KCl + 2O2.
مانند پرمنگنات پتاسیم، نمک برتوله در آزمایشگاه ها و صنعت برای تولید اکسیژن خالص استفاده می شود.
الکترولیز و رادیولیز آب (H20)
یک مثال عملی جالب دیگر از واکنش مورد بررسی، تجزیه آب است. می توان آن را به دو روش تولید کرد:
- تحت تأثیر جریان الکتریکی بر روی اکسید هیدروژن: H2O → H2↑ + O2↑. روش در نظر گرفته شده برای به دست آوردن اکسیژن توسط زیردریایی ها در زیردریایی های خود استفاده می شود. همچنین در آینده قرار است از آن برای تولید هیدروژن در مقادیر زیاد استفاده شود. مانع اصلی این امر امروزه هزینه های انرژی هنگفت مورد نیاز برای تحریک واکنش است. هنگامی که راهی برای به حداقل رساندن آنها پیدا شود، الکترولیز آب به راه اصلی برای تولید نه تنها هیدروژن، بلکه همچنین اکسیژن تبدیل خواهد شد.
- همچنین می‌توانید هنگام قرار گرفتن در معرض تابش آلفا، آب را شکافتید: H2O → H2O++e-. در نتیجه، مولکول اکسید هیدروژن یک الکترون از دست می دهد و یونیزه می شود. در این شکل، H2O+ دوباره با دیگر مولکول‌های آب خنثی واکنش می‌دهد و یک رادیکال هیدروکسید بسیار واکنش‌پذیر تشکیل می‌دهد: H2O+ H2O+→ H2O + OH. الکترون از دست رفته نیز به نوبه خود به موازات مولکول‌های اکسید هیدروژن خنثی واکنش می‌دهد و به تجزیه آنها به رادیکال‌های H و OH کمک می‌کند: H2O + e-→ H + OH.
برش آلکان: متان
با توجه به روش های مختلف جداسازی مواد پیچیده، شایسته است به واکنش تجزیه آلکان ها توجه ویژه ای شود.
این نام هیدروکربن های اشباع شده با فرمول کلی CXH2X+2 را پنهان می کند. در مولکول های مواد مورد بررسی همه اتم های کربن با پیوندهای منفرد به هم متصل شده اند.
نمایندگان این سری در طبیعت در هر سه حالت تجمع (گاز، مایع، جامد) یافت می شوند.
همه آلکان ها (واکنش تجزیه نمایندگان این سری در زیر آمده است) سبکتر از آب هستند و در آن حل نمی شوند. با این حال، آنها خود حلال های عالی برای سایر ترکیبات هستند.
از جمله خواص شیمیایی اصلی چنین موادی (احتراق، جایگزینی، هالوژناسیون، هیدروژن زدایی) - و توانایی شکافتن. با این حال، این فرآیند می تواند به طور کامل یا جزئی انجام شود.
خواص فوق را می توان در مثال واکنش تجزیه متان (اولین عضو از سری آلکان) در نظر گرفت.این ترمولیز در 1000 درجه سانتیگراد انجام می شود: CH4↑ → C+2H2↑.
اما اگر واکنش تجزیه متان در دمای بالاتر (1500 درجه سانتیگراد) انجام شود و سپس به شدت کاهش یابد، این گاز به طور کامل شکافته نمی شود و اتیلن و هیدروژن را تشکیل می دهد: 2CH 4 ↑ → C2H4↑ + 3H2↑.
تجزیه اتان
دومین عضو سری آلکان مورد بررسی С2Н4 (اتان). واکنش تجزیه آن نیز تحت تأثیر دمای بالا (50 درجه سانتیگراد) و در غیاب کامل اکسیژن یا سایر عوامل اکسید کننده رخ می دهد. به نظر می رسد: C2H6↑ → C2H4 ↑ + H2↑.
معادله واکنش فوق برای تجزیه اتان به هیدروژن و اتیلن را نمی توان تجزیه در اثر حرارت خالص در نظر گرفت. واقعیت این است که این فرآیند با حضور یک کاتالیزور (به عنوان مثال، نیکل فلز نیکل یا بخار آب) رخ می دهد و این با تعریف پیرولیز در تضاد است. بنابراین، درست است که از مثال تقسیم ارائه شده در بالا به عنوان یک فرآیند تجزیه که در طی پیرولیز رخ می دهد صحبت کنیم.
شایان ذکر است که واکنش در نظر گرفته شده در صنعت به طور گسترده برای به دست آوردن بیشترین ترکیب آلی تولید شده در جهان - گاز اتیلن استفاده می شود. با این حال، به دلیل ماهیت انفجاری C2H6این ساده ترین آلکن اغلب از سایر آلکن ها سنتز می شود. مواد.
پس از بررسی تعاریف، معادله، انواع و نمونه های مختلف واکنش هاتجزیه، می توان نتیجه گرفت که نه تنها برای بدن و طبیعت انسان، بلکه برای صنعت نیز نقش بسیار مهمی دارد. همچنین با کمک آن می توان بسیاری از مواد مفید را در آزمایشگاه ها سنتز کرد که به دانشمندان در انجام تحقیقات شیمیایی مهم کمک می کند.
