Transformările reciproce ale compușilor observate în fauna sălbatică, precum și care apar ca urmare a activității umane, pot fi considerate procese chimice. Reactivii din ele pot fi fie două sau mai multe substanțe care sunt în aceeași stare de agregare sau în diferite stări de agregare. În funcție de aceasta, se disting sisteme omogene sau eterogene. Condițiile de desfășurare, caracteristicile cursului și rolul proceselor chimice în natură vor fi luate în considerare în această lucrare.
Ce se înțelege prin reacție chimică
Dacă, ca urmare a interacțiunii substanțelor inițiale, părțile constitutive ale moleculelor lor suferă modificări, iar sarcinile nucleelor atomilor rămân aceleași, se vorbește despre reacții sau procese chimice. Produsele formate ca urmare a fluxului lor sunt folosite de om în industrie, agricultură și viața de zi cu zi. Număr mare de interacțiuniîntre substanțe apare atât în natura vie, cât și în cea neînsuflețită. Procesele chimice au o diferență fundamentală față de fenomenele și proprietățile fizice ale radioactivității. În ele se formează molecule de noi substanțe, în timp ce procesele fizice nu modifică compoziția compușilor, iar în reacțiile nucleare apar atomi de noi elemente chimice.
Condiții pentru implementarea proceselor în chimie
Ele pot fi diferite și depind în primul rând de natura reactivilor, de nevoia unui aflux de energie din exterior, precum și de starea de agregare (solide, soluții, gaze) în care are loc procesul. Mecanismul chimic de interacțiune între doi sau mai mulți compuși poate fi realizat sub acțiunea catalizatorilor (de exemplu, producerea acidului azotic), a temperaturii (obținerea amoniacului), a energiei luminii (fotosinteză). Cu participarea enzimelor în natura vie, procesele reacției chimice de fermentație (alcool, acid lactic, butiric), utilizate în industria alimentară și microbiologică, sunt larg răspândite. Pentru a obține produse în industria de sinteză organică, una dintre condițiile principale este prezența unui mecanism de radicali liberi al procesului chimic. Un exemplu ar fi producerea de derivați ai clorului metanului (diclormetan, triclormetan, tetraclorură de carbon, care rezultă din reacții în lanț.
Cataliză omogenă
Sunt tipuri speciale de contact între două sau mai multe substanțe. Esența proceselor chimice care au loc într-o fază omogenă (de exemplu, gaz - gaz) cu participarea acceleratorilorreacții, constau în efectuarea reacțiilor în întreg volumul amestecurilor. Dacă catalizatorul se află în aceeași stare de agregare ca și reactanții, formează complecși intermediari mobili cu compușii inițiali.
Cataliza omogenă este un proces chimic de bază utilizat, de exemplu, în rafinarea petrolului, benzină, nafta, motorină și alți combustibili. Utilizează tehnologii precum reformarea, izomerizarea, cracarea catalitică.
Cataliză eterogenă
În cazul catalizei eterogene, contactul reactanților are loc, cel mai adesea, pe suprafața solidă a catalizatorului însuși. Pe ea se formează așa-numitele centre active. Acestea sunt zone în care interacțiunea compușilor care reacționează are loc foarte rapid, adică viteza de reacție este mare. Sunt specifice speciei și joacă un rol important și în cazul în care procesele chimice au loc în celulele vii. Apoi se vorbește despre metabolism – reacții metabolice. Un exemplu de cataliza heterogenă este producția industrială de acid sulfat. În aparatul de contact, un amestec gazos de dioxid de sulf și oxigen este încălzit și trecut prin rafturi cu zăbrele umplute cu pulbere dispersată de oxid de vanadiu sau sulfat de vanadil VOSO4. Produsul rezultat, trioxidul de sulf, este apoi absorbit de acid sulfuric concentrat. Se formează un lichid numit oleum. Poate fi diluat cu apă pentru a obține concentrația dorită de acid sulfat.
Caracteristici ale reacțiilor termochimice
Eliberarea sau absorbția energiei sub formă de căldură are o mare importanță practică. Este suficient să amintim reacțiile de ardere ale combustibilului: gaz natural, cărbune, turbă. Sunt procese fizice și chimice, o caracteristică importantă a cărora este căldura de ardere. Reacțiile termice sunt larg răspândite atât în lumea organică, cât și în natura neînsuflețită. De exemplu, în procesul de digestie, proteinele, lipidele și carbohidrații sunt descompuse sub acțiunea unor substanțe biologic active - enzime.
Energia eliberată se acumulează sub formă de legături macroergice ale moleculelor de ATP. Reacțiile de disimilare sunt însoțite de eliberarea de energie, din care o parte este disipată sub formă de căldură. Ca rezultat al digestiei, fiecare gram de proteină furnizează 17,2 kJ de energie, amidon - 17,2 kJ, grăsimi - 38,9 kJ. Procesele chimice care eliberează energie se numesc exoterme, iar cele care o absorb sunt numite endoterme. În industria sintezei organice și în alte tehnologii, se calculează efectele termice ale reacțiilor termochimice. Este important de știut acest lucru, de exemplu, pentru calculul corect al cantității de energie folosită pentru încălzirea reactoarelor și coloanelor de sinteză în care au loc reacții, însoțite de absorbția de căldură.
Cinetica și rolul ei în teoria proceselor chimice
Calculul vitezei de reacție a particulelor (molecule, ioni) este cea mai importantă sarcină cu care se confruntă industria. Soluția sa asigură efectul economic și rentabilitatea ciclurilor tehnologice în producția chimică. Pentru crestereviteza unei astfel de reacții, cum ar fi sinteza amoniacului, factorii decisivi vor fi o modificare a presiunii într-un amestec gazos de azot și hidrogen de până la 30 MPa, precum și prevenirea unei creșteri bruște a temperaturii (temperatura este 450-550 °C este optim).
Procedeele chimice folosite la producerea acidului sulfat, și anume: arderea piritelor, oxidarea dioxidului de sulf, absorbția trioxidului de sulf de către oleum, se desfășoară în diferite condiții. Pentru aceasta, se utilizează un cuptor cu pirit și dispozitive de contact. Acestea țin cont de concentrația reactanților, temperatură și presiune. Toți acești factori se corelează pentru a desfășura reacția la cea mai mare viteză, ceea ce crește randamentul de acid sulfat la 96-98%.
Ciclul substanțelor ca procese fizice și chimice în natură
Cunoscuta zicală „Mișcarea este viață” poate fi aplicată și elementelor chimice care intră în diferite tipuri de interacțiuni (reacții de combinare, substituție, descompunere, schimb). Moleculele și atomii elementelor chimice sunt în continuă mișcare. După cum au stabilit oamenii de știință, toate tipurile de reacții chimice de mai sus pot fi însoțite de fenomene fizice: eliberarea de căldură sau absorbția acesteia, emisia de fotoni de lumină, o schimbare a stării de agregare. Aceste procese au loc în fiecare înveliș al Pământului: litosferă, hidrosferă, atmosferă, biosferă. Cele mai semnificative dintre acestea sunt ciclurile de substanțe precum oxigenul, dioxidul de carbon și azotul. În următorul titlu, ne uităm la modul în care azotul circulă în atmosferă, sol șiorganisme vii.
Interconversia azotului și a compușilor săi
Este bine cunoscut faptul că azotul este o componentă necesară a proteinelor, ceea ce înseamnă că este implicat în formarea tuturor tipurilor de viață pământească fără excepție. Azotul este absorbit de plante și animale sub formă de ioni: ioni de amoniu, nitrat și nitriți. Ca rezultat al fotosintezei, plantele formează nu numai glucoză, ci și aminoacizi, glicerol și acizi grași. Toți compușii chimici de mai sus sunt produse ale reacțiilor care au loc în ciclul Calvin. Remarcabilul om de știință rus K. Timiryazev a vorbit despre rolul cosmic al plantelor verzi, referindu-se, printre altele, la capacitatea lor de a sintetiza proteine.
Erbivorele își obțin peptidele din alimente vegetale, în timp ce carnivorele își obțin peptidele din carnea de pradă. În timpul degradării rămășițelor vegetale și animale sub influența bacteriilor saprotrofe din sol, au loc procese biologice și chimice complexe. Ca urmare, azotul din compușii organici trece într-o formă anorganică (se formează amoniac, azot liber, nitrați și nitriți). Revenind în atmosferă și sol, toate aceste substanțe sunt din nou absorbite de plante. Azotul intră prin stomatele pielii frunzelor, iar soluțiile de acizi nitric și azotat și sărurile acestora sunt absorbite de firele de păr ale rădăcinilor plantelor. Ciclul de transformare a azotului se închide pentru a se repeta din nou. Esența proceselor chimice care au loc cu compușii de azot în natură a fost studiată în detaliu la începutul secolului al XX-lea de omul de știință rus D. N. Pryanishnikov.
Metalurgia pulberilor
Procesele și tehnologiile chimice moderne au o contribuție semnificativă la crearea de materiale cu proprietăți fizice și chimice unice. Acest lucru este deosebit de important, în primul rând, pentru instrumentele și echipamentele rafinăriilor de petrol, întreprinderile producătoare de acizi anorganici, coloranți, lacuri și materiale plastice. În producția lor, se folosesc schimbătoare de căldură, dispozitive de contact, coloane de sinteză, conducte. Suprafața echipamentului este în contact cu medii agresive la presiune ridicată. În plus, aproape toate procesele de producție chimică sunt efectuate la temperaturi ridicate. Relevantă este producția de materiale cu rate ridicate de rezistență termică și acidă, proprietăți anticorozive.
Metalurgia pulberilor include producerea de pulberi care conțin metale, sinterizarea și încorporarea în aliaje moderne utilizate în reacții cu substanțe agresive din punct de vedere chimic.
Compozite și semnificația lor
Dintre tehnologiile moderne, cele mai importante procese chimice sunt reacțiile de obținere a materialelor compozite. Acestea includ spume, cermet, norpapalsts. Ca matrice pentru producție, metalele și aliajele acestora, ceramica și materialele plastice sunt utilizate. Ca materiale de umplutură se folosesc silicatul de calciu, argila albă, feridele de stronțiu și bariu. Toate substanțele de mai sus conferă materialelor compozite rezistență la impact, rezistență la căldură și uzură.
Ce este ingineria chimică
Ramura științei care studiază mijloacele și metodele folosite în reacțiile de prelucrare a materiilor prime: petrol, gaze naturale, cărbune, minerale, a fost numită tehnologie chimică. Cu alte cuvinte, este știința proceselor chimice care au loc ca urmare a activității umane. Întreaga sa bază teoretică este formată din matematică, cibernetică, chimie fizică și economie industrială. Nu contează ce proces chimic este implicat în tehnologie (obținerea acidului azotat, descompunerea calcarului, sinteza materialelor plastice fenol-formaldehidă) - în condiții moderne este imposibil fără sisteme de control automatizate care facilitează activitățile umane, elimină poluarea mediului și asigură tehnologie de producție chimică continuă și fără deșeuri.
În această lucrare, am luat în considerare exemple de procese chimice care au loc atât în fauna sălbatică (fotosinteză, disimilare, ciclul azotului), cât și în industrie.
