Wedersydse transformasies van verbindings wat in wild waargeneem word, sowel as wat plaasvind as gevolg van menslike aktiwiteit, kan as chemiese prosesse beskou word. Reagense daarin kan óf twee of meer stowwe wees wat in dieselfde óf in verskillende toestande van aggregasie is. Afhangende hiervan word homogene of heterogene sisteme onderskei. Die voorwaardes vir geleiding, die kenmerke van die kursus en die rol van chemiese prosesse in die natuur sal in hierdie vraestel oorweeg word.
Wat word bedoel met 'n chemiese reaksie
As, as gevolg van die interaksie van die aanvanklike stowwe, die samestellende dele van hul molekules veranderinge ondergaan, en die ladings van die kerne van atome bly dieselfde, praat hulle van chemiese reaksies of prosesse. Die produkte wat as gevolg van hul vloei gevorm word, word deur die mens in die industrie, landbou en die alledaagse lewe gebruik. Groot aantal interaksiestussen stowwe kom voor, beide in lewende en lewelose natuur. Chemiese prosesse het 'n fundamentele verskil van die fisiese verskynsels en eienskappe van radioaktiwiteit. Molekules van nuwe stowwe word daarin gevorm, terwyl fisiese prosesse nie die samestelling van verbindings verander nie, en atome van nuwe chemiese elemente ontstaan in kernreaksies.
Voorwaardes vir die implementering van prosesse in chemie
Hulle kan verskillend wees en is hoofsaaklik afhanklik van die aard van die reagense, die behoefte aan 'n invloei van energie van buite, sowel as die toestand van aggregasie (vaste stowwe, oplossings, gasse) waarin die proses plaasvind. Die chemiese meganisme van interaksie tussen twee of meer verbindings kan uitgevoer word onder die werking van katalisators (byvoorbeeld die produksie van salpetersuur), temperatuur (verkryging van ammoniak), ligenergie (fotosintese). Met die deelname van ensieme in die lewende natuur, is die prosesse van die chemiese reaksie van fermentasie (alkohol, melksuur, botter), wat in die voedsel- en mikrobiologiese industrieë gebruik word, wydverspreid. Om produkte in die organiese sintese-industrie te verkry, is een van die belangrikste voorwaardes die teenwoordigheid van 'n vryradikaalmeganisme van die chemiese proses. 'n Voorbeeld is die produksie van chloorderivate van metaan (dichloormetaan, trichloormetaan, koolstoftetrachloried, wat uit kettingreaksies ontstaan.
Homogene katalise
Dit is spesiale tipes kontak tussen twee of meer stowwe. Die kern van chemiese prosesse wat in 'n homogene fase plaasvind (byvoorbeeld gas - gas) met die deelname van versnellersreaksies, bestaan uit die uitvoering van reaksies in die hele volume mengsels. As die katalisator in dieselfde toestand van aggregasie as die reaktante is, vorm dit mobiele intermediêre komplekse met die beginverbindings.
Homogene katalise is 'n basiese chemiese proses wat gebruik word in byvoorbeeld olieraffinering, petrol, nafta, gasolie en ander brandstowwe. Dit gebruik tegnologieë soos hervorming, isomerisering, katalitiese kraking.
Heterogene katalise
In die geval van heterogene katalise vind die kontak van die reaktante meestal op die soliede oppervlak van die katalisator self plaas. Sogenaamde aktiewe sentrums word daarop gevorm. Dit is gebiede waar die interaksie van die reagerende verbindings baie vinnig verloop, dit wil sê die reaksietempo is hoog. Hulle is spesie-spesifiek en speel 'n belangrike rol ook as chemiese prosesse in lewende selle plaasvind. Dan praat hulle oor metabolisme – metaboliese reaksies. 'n Voorbeeld van heterogene katalise is die industriële produksie van sulfaatsuur. In die kontakapparaat word 'n gasvormige mengsel van swaeldioksied en suurstof verhit en deur roosterrakke gevoer wat gevul is met gedispergeerde poeier van vanadiumoksied of vanadielsulfaat VOSO4. Die gevolglike produk, swaweltrioksied, word dan deur gekonsentreerde swaelsuur geabsorbeer. 'n Vloeistof genaamd oleum word gevorm. Dit kan met water verdun word om die verlangde konsentrasie sulfaatsuur te verkry.
Kenmerke van termochemiese reaksies
Die vrystelling of absorpsie van energie in die vorm van hitte is van groot praktiese belang. Dit is genoeg om die verbrandingsreaksies van brandstof te onthou: aardgas, steenkool, turf. Dit is fisiese en chemiese prosesse, waarvan 'n belangrike kenmerk die hitte van verbranding is. Termiese reaksies is wydverspreid in beide die organiese wêreld en in die lewelose natuur. Byvoorbeeld, in die proses van vertering word proteïene, lipiede en koolhidrate afgebreek onder die werking van biologies aktiewe stowwe - ensieme.
Die vrygestelde energie word opgehoop in die vorm van makro-ergiese bindings van ATP-molekules. Dissimilasiereaksies gaan gepaard met die vrystelling van energie, waarvan 'n deel in die vorm van hitte verdryf word. As gevolg van vertering verskaf elke gram proteïen 17,2 kJ energie, stysel - 17,2 kJ, vet - 38,9 kJ. Chemiese prosesse wat energie vrystel word eksotermies genoem, en dié wat dit absorbeer word endotermies genoem. In die organiese sintese-industrie en ander tegnologieë word die termiese effekte van termochemiese reaksies bereken. Dit is belangrik om dit byvoorbeeld te weet vir die korrekte berekening van die hoeveelheid energie wat gebruik word om die reaktore en sintesekolomme waarin reaksies plaasvind te verhit, gepaardgaande met die absorpsie van hitte.
Kinetika en die rol daarvan in die teorie van chemiese prosesse
Die berekening van die spoed van reagerende deeltjies (molekules, ione) is die belangrikste taak wat die industrie in die gesig staar. Die oplossing daarvan verseker die ekonomiese effek en winsgewendheid van tegnologiese siklusse in chemiese produksie. Vir verhogingdie spoed van so 'n reaksie, soos die sintese van ammoniak, die deurslaggewende faktore sal 'n verandering in druk in 'n gasmengsel van stikstof en waterstof tot 30 MPa wees, asook die voorkoming van 'n skerp toename in temperatuur (die temperatuur) is 450-550 °C is optimaal).
Chemiese prosesse wat gebruik word in die produksie van sulfaatsuur, naamlik: pirietverbranding, swaeldioksiedoksidasie, absorpsie van swaweltrioksied deur oleum, word onder verskeie toestande uitgevoer. Hiervoor word 'n pirietoond en kontaktoestelle gebruik. Hulle neem die konsentrasie van reaktante, temperatuur en druk in ag. Al hierdie faktore korreleer om die reaksie teen die hoogste tempo uit te voer, wat die opbrengs van sulfaatsuur tot 96-98% verhoog.
Siklus van stowwe as fisiese en chemiese prosesse in die natuur
Die bekende gesegde "Beweging is lewe" kan ook toegepas word op chemiese elemente wat verskeie tipes interaksie (reaksies van kombinasie, substitusie, ontbinding, uitruiling) betree. Molekules en atome van chemiese elemente is voortdurend in beweging. Soos wetenskaplikes vasgestel het, kan al die bogenoemde tipes chemiese reaksies gepaard gaan met fisiese verskynsels: die vrystelling van hitte of die absorpsie daarvan, die uitstraling van fotone van lig, 'n verandering in die toestand van aggregasie. Hierdie prosesse vind in elke dop van die Aarde plaas: litosfeer, hidrosfeer, atmosfeer, biosfeer. Die belangrikste hiervan is die siklusse van stowwe soos suurstof, koolstofdioksied en stikstof. In die volgende opskrif kyk ons na hoe stikstof in die atmosfeer, grond, enlewende organismes.
Interomsetting van stikstof en sy verbindings
Dit is algemeen bekend dat stikstof 'n noodsaaklike komponent van proteïene is, wat beteken dat dit sonder uitsondering by die vorming van alle soorte aardse lewe betrokke is. Stikstof word deur plante en diere geabsorbeer in die vorm van ione: ammonium-, nitraat- en nitrietione. As gevolg van fotosintese vorm plante nie net glukose nie, maar ook aminosure, gliserol en vetsure. Al die bogenoemde chemiese verbindings is produkte van reaksies wat in die Calvyn-siklus plaasvind. Die uitstaande Russiese wetenskaplike K. Timiryazev het gepraat oor die kosmiese rol van groen plante, met verwysing onder andere na hul vermoë om proteïene te sintetiseer.
Herebivore kry hul peptiede van plantvoedsel, terwyl karnivore hul peptiede van prooivleis kry. Tydens die verval van plant- en dierereste onder die invloed van saprotrofiese grondbakterieë vind komplekse biologiese en chemiese prosesse plaas. As gevolg hiervan gaan stikstof van organiese verbindings oor in 'n anorganiese vorm (ammoniak, vrye stikstof, nitrate en nitriete word gevorm). Terugkeer na die atmosfeer en grond, word al hierdie stowwe weer deur plante geabsorbeer. Stikstof kom deur die huidmondjies van die vel van die blare, en oplossings van salpetersuur en salpetersuur en hul soute word deur die wortelhare van die wortels van plante geabsorbeer. Die siklus van stikstoftransformasie sluit om weer te herhaal. Die kern van chemiese prosesse wat met stikstofverbindings in die natuur voorkom, is aan die begin van die 20ste eeu in detail bestudeer deur die Russiese wetenskaplike D. N. Pryanishnikov.
Poeiermetallurgie
Moderne chemiese prosesse en tegnologieë lewer 'n beduidende bydrae tot die skepping van materiale met unieke fisiese en chemiese eienskappe. Dit is veral belangrik, eerstens, vir instrumente en toerusting van olieraffinaderye, ondernemings wat anorganiese sure, kleurstowwe, vernis en plastiek vervaardig. In hul produksie word hitteruilers, kontaktoestelle, sintesekolomme, pypleidings gebruik. Die oppervlak van die toerusting is in kontak met aggressiewe media onder hoë druk. Boonop word byna alle chemiese produksieprosesse by hoë temperature uitgevoer. Relevant is die vervaardiging van materiale met hoë termiese en suurweerstand, anti-roes eienskappe.
Poeiermetallurgie sluit die vervaardiging van metaalbevattende poeiers, sintering en inkorporering in moderne legerings in wat gebruik word in reaksies met chemies aggressiewe stowwe.
Samestellings en hul betekenis
Onder moderne tegnologieë is die belangrikste chemiese prosesse die reaksies van die verkryging van saamgestelde materiale. Dit sluit in skuim, cermets, norpapalsts. As 'n matriks vir produksie word metale en hul legerings, keramiek en plastiek gebruik. Kalsiumsilikaat, wit klei, strontium en barium ferrides word as vullers gebruik. Al die bogenoemde stowwe gee saamgestelde materiale slagvastheid, hitte- en slytasieweerstand.
Wat is chemiese ingenieurswese
Die tak van die wetenskap wat die middele en metodes bestudeer wat gebruik word in die reaksies van die verwerking van grondstowwe: olie, aardgas, steenkool, minerale, is chemiese tegnologie genoem. Met ander woorde, dit is die wetenskap van chemiese prosesse wat plaasvind as gevolg van menslike aktiwiteit. Die hele teoretiese basis daarvan bestaan uit wiskunde, kubernetika, fisiese chemie en industriële ekonomie. Dit maak nie saak watter chemiese proses by die tegnologie betrokke is nie (die verkryging van nitraatsuur, ontbinding van kalksteen, sintese van fenol-formaldehiedplastiek) - in moderne toestande is dit onmoontlik sonder outomatiese beheerstelsels wat menslike aktiwiteite vergemaklik, omgewingsbesoedeling uitskakel en verseker deurlopende en afvalvrye chemiese produksietegnologie.
In hierdie vraestel het ons voorbeelde oorweeg van chemiese prosesse wat beide in natuurlewe (fotosintese, dissimilasie, stikstofsiklus) en in die industrie voorkom.
