Gensidige transformationer af forbindelser observeret i vilde dyr, såvel som forekommende som et resultat af menneskelig aktivitet, kan betragtes som kemiske processer. Reagenser i dem kan enten være to eller flere stoffer, der er i samme eller i forskellige aggregeringstilstande. Afhængigt af dette skelnes homogene eller heterogene systemer. Betingelserne for at lede, kendetegnene ved kurset og kemiske processers rolle i naturen vil blive overvejet i dette papir.
Hvad menes med en kemisk reaktion
Hvis, som følge af vekselvirkningen af de oprindelige stoffer, de bestanddele af deres molekyler undergår ændringer, og ladningerne af atomkernerne forbliver de samme, taler de om kemiske reaktioner eller processer. De produkter, der dannes som følge af deres flow, bruges af mennesket i industri, landbrug og hverdagsliv. Stort antal interaktionermellem stoffer forekommer, både i levende og livløs natur. Kemiske processer har en fundamental forskel fra radioaktivitetens fysiske fænomener og egenskaber. Molekyler af nye stoffer dannes i dem, mens fysiske processer ikke ændrer sammensætningen af forbindelser, og atomer af nye kemiske grundstoffer opstår i kernereaktioner.
Betingelser for implementering af processer i kemi
De kan være forskellige og afhænger primært af reagensernes beskaffenhed, behovet for en tilstrømning af energi udefra, samt aggregeringstilstanden (faste stoffer, opløsninger, gasser), hvori processen finder sted. Den kemiske mekanisme for interaktion mellem to eller flere forbindelser kan udføres under påvirkning af katalysatorer (for eksempel produktion af salpetersyre), temperatur (opnåelse af ammoniak), lysenergi (fotosyntese). Med deltagelse af enzymer i den levende natur er processerne for den kemiske reaktion af fermentering (alkohol, mælkesyre, smørsyre), der anvendes i fødevare- og mikrobiologiske industrier, udbredt. For at opnå produkter i den organiske synteseindustri er en af hovedbetingelserne tilstedeværelsen af en fri-radikalmekanisme i den kemiske proces. Et eksempel kunne være fremstillingen af klorderivater af methan (dichlormethan, trichlormethan, carbontetrachlorid, som følge af kædereaktioner.
homogen katalyse
De er specielle typer kontakt mellem to eller flere stoffer. Essensen af kemiske processer, der forekommer i en homogen fase (for eksempel gas - gas) med deltagelse af acceleratorerreaktioner, består i at udføre reaktioner i hele mængden af blandinger. Hvis katalysatoren er i samme aggregeringstilstand som reaktanterne, danner den mobile mellemkomplekser med udgangsforbindelserne.
Homogen katalyse er en grundlæggende kemisk proces, der bruges i f.eks. olieraffinering, benzin, naphtha, gasolie og andre brændstoffer. Den bruger teknologier såsom reformering, isomerisering, katalytisk krakning.
Heterogen katalyse
I tilfælde af heterogen katalyse sker kontakten af reaktanterne oftest på den faste overflade af selve katalysatoren. Der dannes såkaldte aktive centre på den. Det er områder, hvor interaktionen af de reagerende forbindelser forløber meget hurtigt, det vil sige, at reaktionshastigheden er høj. De er artsspecifikke og spiller en vigtig rolle, også hvis der sker kemiske processer i levende celler. Så taler de om stofskifte – stofskiftereaktioner. Et eksempel på heterogen katalyse er industriel produktion af sulfatsyre. I kontaktapparatet opvarmes en gasformig blanding af svovldioxid og oxygen og føres gennem gitterhylder fyldt med dispergeret pulver af vanadiumoxid eller vanadylsulfat VOSO4. Det resulterende produkt, svovltrioxid, absorberes derefter af koncentreret svovlsyre. Der dannes en væske kaldet oleum. Det kan fortyndes med vand for at opnå den ønskede koncentration af sulfatsyre.
Funktioner ved termokemiske reaktioner
Frigivelse eller absorption af energi i form af varme er af stor praktisk betydning. Det er tilstrækkeligt at huske forbrændingsreaktionerne af brændstof: naturgas, kul, tørv. Det er fysiske og kemiske processer, hvoraf en vigtig egenskab er forbrændingsvarmen. Termiske reaktioner er udbredte både i den organiske verden og i den livløse natur. For eksempel nedbrydes proteiner, lipider og kulhydrater i fordøjelsesprocessen under påvirkning af biologisk aktive stoffer - enzymer.
Den frigivne energi akkumuleres i form af makroerge bindinger af ATP-molekyler. Dissimilationsreaktioner ledsages af frigivelse af energi, hvoraf en del spredes i form af varme. Som et resultat af fordøjelsen giver hvert gram protein 17,2 kJ energi, stivelse - 17,2 kJ, fedt - 38,9 kJ. Kemiske processer, der frigiver energi, kaldes eksoterme, og dem, der absorberer den, kaldes endoterme. I den organiske synteseindustri og andre teknologier beregnes de termiske effekter af termokemiske reaktioner. Det er vigtigt at kende dette f.eks. for den korrekte beregning af mængden af energi, der bruges til at opvarme reaktorerne og syntesekolonnerne, hvori reaktioner finder sted, ledsaget af varmeabsorption.
Kinetik og dens rolle i teorien om kemiske processer
Beregning af hastigheden af reagerende partikler (molekyler, ioner) er den vigtigste opgave, som industrien står over for. Dens løsning sikrer den økonomiske effekt og rentabilitet af teknologiske kredsløb i kemisk produktion. Til stigninghastigheden af en sådan reaktion, såsom syntesen af ammoniak, de afgørende faktorer vil være en ændring i tryk i en gasblanding af nitrogen og brint op til 30 MPa, samt forebyggelse af en kraftig temperaturstigning (temperaturen er 450-550 °C er optim alt).
Kemiske processer, der anvendes til fremstilling af sulfatsyre, nemlig: pyritforbrænding, svovldioxidoxidation, absorption af svovltrioxid med oleum, udføres under forskellige betingelser. Til dette bruges en pyritovn og kontaktanordninger. De tager højde for koncentrationen af reaktanter, temperatur og tryk. Alle disse faktorer korrelerer til at udføre reaktionen ved den højeste hastighed, hvilket øger udbyttet af sulfatsyre til 96-98%.
Stoffers kredsløb som fysiske og kemiske processer i naturen
Det velkendte ordsprog "Bevægelse er liv" kan også anvendes på kemiske elementer, der indgår i forskellige typer af interaktion (kombinationsreaktioner, substitution, nedbrydning, udveksling). Molekyler og atomer af kemiske grundstoffer er i konstant bevægelse. Som videnskabsmænd har fastslået, kan alle de ovennævnte typer kemiske reaktioner ledsages af fysiske fænomener: frigivelse af varme eller dens absorption, emission af lysfotoner, en ændring i aggregeringstilstanden. Disse processer forekommer i alle jordens skal: lithosfæren, hydrosfæren, atmosfæren, biosfæren. Den mest betydningsfulde af disse er kredsløbene af stoffer som ilt, kuldioxid og nitrogen. I næste overskrift ser vi på, hvordan kvælstof cirkulerer i atmosfæren, jorden oglevende organismer.
Interkonvertering af nitrogen og dets forbindelser
Det er velkendt, at nitrogen er en nødvendig bestanddel af proteiner, hvilket betyder, at det er involveret i dannelsen af alle typer jordisk liv uden undtagelse. Nitrogen optages af planter og dyr i form af ioner: ammonium-, nitrat- og nitritioner. Som et resultat af fotosyntese danner planter ikke kun glucose, men også aminosyrer, glycerol og fedtsyrer. Alle de ovennævnte kemiske forbindelser er produkter af reaktioner, der forekommer i Calvin-cyklussen. Den fremragende russiske videnskabsmand K. Timiryazev t alte om grønne planters kosmiske rolle og henviste blandt andet til deres evne til at syntetisere proteiner.
Herbivorer får deres peptider fra planteføde, mens kødædende får deres peptider fra byttekød. Under nedbrydningen af plante- og dyrerester under påvirkning af saprotrofe jordbakterier opstår komplekse biologiske og kemiske processer. Som følge heraf går nitrogen fra organiske forbindelser over i en uorganisk form (dannes ammoniak, frit nitrogen, nitrater og nitritter). Når de vender tilbage til atmosfæren og jorden, bliver alle disse stoffer igen absorberet af planter. Kvælstof trænger ind gennem stomata i bladenes hud, og opløsninger af salpetersyre og salpetersyre og deres s alte absorberes af rodhårene på planternes rødder. Cyklus af nitrogenomdannelse lukker for at gentage igen. Essensen af kemiske processer, der forekommer med nitrogenforbindelser i naturen, blev undersøgt i detaljer i begyndelsen af det 20. århundrede af den russiske videnskabsmand D. N. Pryanishnikov.
Pulvermetallurgi
Moderne kemiske processer og teknologier yder et væsentligt bidrag til skabelsen af materialer med unikke fysiske og kemiske egenskaber. Dette er især vigtigt, først og fremmest, for instrumenter og udstyr fra olieraffinaderier, virksomheder, der producerer uorganiske syrer, farvestoffer, lak og plast. I deres produktion bruges varmevekslere, kontaktanordninger, syntesesøjler, rørledninger. Udstyrets overflade er i kontakt med aggressive medier under højt tryk. Desuden udføres næsten alle kemiske produktionsprocesser ved høje temperaturer. Relevant er produktionen af materialer med høj grad af termisk og syrebestandighed, anti-korrosionsegenskaber.
Pulvermetallurgi omfatter produktion af metalholdige pulvere, sintring og inkorporering i moderne legeringer, der anvendes i reaktioner med kemisk aggressive stoffer.
Kompositter og deres betydning
Blandt moderne teknologier er de vigtigste kemiske processer reaktionerne ved opnåelse af kompositmaterialer. Disse omfatter skum, cermets, norpapalster. Som en matrix til produktion anvendes metaller og deres legeringer, keramik og plast. Calciumsilikat, hvidt ler, strontium og bariumferrider bruges som fyldstoffer. Alle ovenstående stoffer giver kompositmaterialer slagfasthed, varme- og slidstyrke.
Hvad er kemiteknik
Den videnskabsgren, der studerer de midler og metoder, der bruges i reaktionerne ved behandling af råmaterialer: olie, naturgas, kul, mineraler, blev kaldt kemisk teknologi. Med andre ord er det videnskaben om kemiske processer, der opstår som et resultat af menneskelig aktivitet. Hele dets teoretiske grundlag består af matematik, kybernetik, fysisk kemi og industriel økonomi. Det er ligegyldigt, hvilken kemisk proces, der er involveret i teknologien (opnåelse af nitratsyre, nedbrydning af kalksten, syntese af phenol-formaldehydplast) - under moderne forhold er det umuligt uden automatiserede kontrolsystemer, der letter menneskelige aktiviteter, eliminerer miljøforurening og sikrer kontinuerlig og affaldsfri kemisk produktionsteknologi.
I dette papir behandlede vi eksempler på kemiske processer, der forekommer både i dyreliv (fotosyntese, dissimilering, nitrogenkredsløb) og i industrien.
