Mi a kémiai folyamat? A kémiai folyamat: a természet lényege és szerepe

Az élő természetben megfigyelt vegyületek kölcsönös transzformációi, valamint az emberi tevékenységből származóak kémiai folyamatoknak tekinthetők. A reagensek lehetnek két vagy több olyan anyag, amely egy vagy különböző aggregált állapotban van. Ettől függően homogén vagy heterogén rendszerek különböztethetők meg. Ebben a tanulmányban figyelembe veszik az elvégzés feltételeit, a tanfolyam jellemzőit és a kémiai folyamatok természetben betöltött szerepét.

Mit jelent a kémiai reakció?

Ha a kiindulási anyagok kölcsönhatásának eredményeképpen molekuláik komponensei változásokon mennek keresztül, és az atommagok töltése megegyezik, akkor kémiai reakciókról vagy folyamatokról beszélünk. Az áramlás eredményeképpen keletkező termékeket az ember használta az iparban, a mezőgazdaságban és a mindennapi életben. Az anyagok közötti kölcsönhatások hatalmas száma fordul elő mind életben, mind pedig élettelen természetben. A kémiai folyamatok alapvetően különböznek a radioaktivitás fizikai jelenségeitől és tulajdonságaitól. Új anyagok molekuláit alkotják, míg a fizikai folyamatok nem változtatják meg a vegyületek összetételét, és a nukleáris reakciókban új kémiai elemek atomjai képződnek.

A kémiai folyamatok végrehajtásának feltételei

Különbözőek lehetnek, és elsősorban a reagensek természetéről, a külső energiaellátás szükségességéről és az összesített állapotról (szilárd anyagok, oldatok, gázok), amelyekben a folyamat zajlik. A két vagy több vegyület közötti kölcsönhatás kémiai mechanizmusa katalizátorok (pl. Salétromsav előállítása), hőmérséklet (ammónia előállítása), fényenergia (fotoszintézis) hatására hajtható végre. Az enzimek életmódban való részvételével széles körben elterjedtek az erjedés kémiai reakciói (alkohol, tejsav, vajsav) az élelmiszeriparban és a mikrobiológiai iparágakban. A szerves szintézis ágazatában termékei előállításához az egyik legfontosabb feltétel a kémiai folyamat szabad gyökös mechanizmusának jelenléte. Példaként említhetjük a metán (diklór-metán, triklór-metán, szén-tetraklorid) klórszármazékainak előállítását, amelyek a láncreakciók következményeként jönnek létre.

Homogén katalízis

Két vagy több anyag érintkezésének speciális típusa. A homogén fázisban (pl. Gázgáz) előforduló kémiai folyamatok lényege, hogy a reakcióelegyek gyorsulnak, reagálnak a keverékek teljes térfogatára. Ha a katalizátor ugyanolyan aggregált állapotban van, mint a reagensek, mobil közbenső komplexeket képez a kiindulási vegyületekkel.

Homogén katalízis a fő kémiai folyamat, például a kőolaj feldolgozása, benzin, benzin, gázolaj és más tüzelőanyagok előállítása. Olyan technológiákat alkalmaz, mint a reformálás, az izomerizáció, a katalitikus krakkolás.

Heterogén katalízis

Heterogén katalízis esetén a reagensek érintkezése leggyakrabban a katalizátor szilárd felületén fordul elő. Az úgynevezett aktív központokat alkotja. Ezek azok a területek, ahol a reagáló vegyületek kölcsönhatása nagyon gyorsan megy végbe, vagyis a reakciósebesség magas. Ezek fajspecifikusak, és fontos szerepet játszanak abban az esetben is, ha a kémiai folyamatok élő sejtekben fordulnak elő. Aztán beszélnek az anyagcseréről - anyagcsere-reakciókról. A heterogén katalízis egyik példája a szulfátsav ipari termelése. A kontaktorban a kén-dioxid és az oxigén gáz-halmazállapotú keverékét melegítik, és diszpergált vanádium-oxid porral vagy VOSO ₄ vanadil-szulfáttal töltött rácsos polcokon vezetik át. A kapott termék kén-trioxid, majd koncentrált kénsavval abszorbeálódik. Olyan folyadék képződik, amelyet oleumnak neveznek. Vízzel hígítható a kívánt szulfátsav-koncentráció elérése érdekében.

Termokémiai reakciók jellemzői

Az energia hőszigetelése vagy felszívása hő formájában nagy gyakorlati jelentőségű. Érdemes felidézni az égő tüzelőanyagok reakcióját: földgáz, szén, tőzeg. Ezek fizikai-kémiai folyamatok, amelyek fontos jellemzője az égés hője. A termikus reakciók mind a szerves világban, mind pedig az élettelen természetben elterjedtek. Például az emésztés folyamatában a fehérjék, lipidek és szénhidrátok biológiailag aktív anyagok - enzimek hatására hasadnak le.

A felszabaduló energiát az ATP molekulák makrobiális kötéseinek formájában halmozzák fel. A disszimiláció reakcióit az energia felszabadulása kísérte, amelynek egy részét hő formájában disszipálják. Az emésztés eredményeként minden gramm fehérje 17, 2 kJ energiát, keményítőt - 17, 2 kJ, zsír - 38,9 kJ. Az energiatermeléssel folytatott kémiai folyamatokat exotermnek nevezik, és az abszorpciója - endotermikus. A szerves szintézis és egyéb technológiák iparágában a termokémiai reakciók termikus hatásait számítják ki. Ez fontos tudni például a reaktorok és a szintézis oszlopok melegítésére használt energiamennyiség helyes kiszámításánál, ahol a reakciók hőelnyeléssel járnak együtt.

Kinetika és szerepe a kémiai folyamatok elméletében

A részecskék (molekulák, ionok) sebességének kiszámítása az ipar legfontosabb feladata. A megoldás a kémiai termelésben a technológiai ciklusok gazdasági előnyeit és jövedelmezőségét biztosítja. Az ilyen reakció sebességének növelése, például az ammónia szintézise, a meghatározó tényezők a nitrogén- és hidrogéngáz-keverék nyomásának változása 30 MPa-ig, valamint a hőmérséklet hirtelen emelkedése (az optimális hőmérséklet 450-550 ° C).

A szulfátsav előállításához felhasznált vegyi folyamatok , nevezetesen a piridek égése, a kén-dioxid oxidációja, az oleum kén-trioxid abszorpciója különböző körülmények között történik. Ehhez pirit kemencét és érintkező berendezéseket használnak. Figyelembe veszi a reagensek koncentrációját, a hőmérsékletet és a nyomást. Mindezek a tényezők korrelálnak azzal, hogy a reakciót a legmagasabb arányban végezzük, ami növeli a szulfátsav 96-98% -os hozamát.

Az anyagok ciklusa, mint fizikai-kémiai folyamatok a természetben

A jól ismert "Mozgás az élet" kifejezés a különböző típusú kölcsönhatásokba bekövetkező kémiai elemekre is alkalmazható (a vegyület reakciói, helyettesítés, bomlás, kicserélés). A kémiai elemek molekulái és atomjai folyamatos mozgásban érkeznek. A tudósok szerint a fenti kémiai reakciók mindegyike fizikai jelenségekkel járhat: a hő felszabadulása vagy felszívódása, a fotonok fénykibocsátása, az aggregált állapot változása. Ezek a folyamatok a Föld minden héjában fordulnak elő: a litoszféra, a hidrosféra, a légkör és a bioszféra. Ezek közül a legjelentősebbek azok az anyagok, mint az oxigén, a szén-dioxid és a nitrogén. A következő fejezetben megvizsgáljuk, hogy a nitrogén cirkulál-e a légkörben, a talajban és az élő szervezetekben.

A nitrogén és vegyületeinek átalakítása

Köztudott, hogy a nitrogén a fehérjék szükséges összetevője, ezért kivétel nélkül részt vesz a földi élet minden formájának kialakításában. A nitrogént növények és állatok asszimilálják ionok formájában: ammónium-, nitrát- és nitrit ionok. A fotoszintézis eredményeként létrejövő növények nemcsak glükózt, hanem aminosavakat, glicerint, zsírsavakat is tartalmaznak. A fent felsorolt kémiai vegyületek mindegyike a Calvin ciklusban előforduló reakciók terméke. A kiemelkedő orosz tudós, K. Timiryazev a zöld növények kozmikus szerepéről beszélt, tekintettel többek között a fehérjék szintézisére.

A gyógynövények növényi eredetű élelmiszereket és hústevőket kapnak - az áldozatok húsából. A növényi és állati maradványok bomlása során a sztrotróf talaj baktériumok hatására komplex biológiai és kémiai folyamatok fordulnak elő. Ennek eredményeképpen a szerves vegyületekből származó nitrogén szervetlen formává alakul (ammónia, szabad nitrogén, nitrátok és nitritek képződnek). Visszatérve a légkörbe és a talajba, mindezeket az anyagokat ismét asszimilálják a növények. A levelek bőrének gyomrában a nitrogén lép be, és a salétromsav és a salétromsav oldatai és sói a növényi gyökerek szőrszáiból abszorbeálódnak. A nitrogén konverziós ciklusa megismétlődik. A nitrogénvegyületekkel előforduló kémiai folyamatok lényegét a 20. század elején részletesen tanulmányozta az orosz tudós, DN Pryanishnikov.

Porkohászat

A modern kémiai folyamatok és technológiák kézzelfoghatóan hozzájárulnak az egyedi fizikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkező anyagok létrehozásához. Ez különösen fontos az olajfinomítók, a szervetlen savakat, festékeket, lakkokat, műanyagokat gyártó vállalkozások számára. Termelési hőcserélőikben, kontaktóberendezésekben, szintézis oszlopokban, csővezetékekben használják. A berendezés felülete nagy nyomású agresszív közeggel érintkezik. Ráadásul a kémiai termelés szinte minden folyamatát a magas hőmérséklet befolyásolja. Fontos a nagy hő- és savállóságú, korrózióálló tulajdonságokkal rendelkező anyagok előállítása.

A porkohászat magában foglalja a fémtartalmú porok előállításának folyamatát, a szinterelést és a kémiailag agresszív anyagokkal való reakcióban használt modern ötvözetek összetételét.

A kompozitok és jelentéseik

A legmodernebb technológiák közül a legfontosabb vegyi folyamatok az összetett anyagok előállításának reakciói. Ezek közé tartoznak a habok, cermetek, norvég papírok. A gyártás mátrixaként használják a fémeket és ötvözeteiket, kerámiáikat, műanyagokat. Töltőanyagként kalcium-szilikátot, fehér agyagot, stroncium ferriumot és báriumot használnak. A fenti anyagok mindegyike összetett anyagokat biztosít az ütésállóságnak, a hő- és kopásállóságnak.

Mi a kémiai technológia?

A nyersanyagok feldolgozásában alkalmazott módszerek és módszerek tanulmányozásában részt vevő ágazat, a tudomány, az olaj, a földgáz, a szén, az ásványi anyagok reakciói, vegyi technológiának nevezték. Más szóval, az emberi tevékenység eredményeképpen bekövetkező kémiai folyamatok tudománya. Teljes elméleti alapja a matematika, a kibernetika, a fizikai kémia, az ipari gazdaságtan. Nem számít, hogy melyik vegyi folyamat vesz részt a technológiában (nitrátgyártás, mészkőbontás, fenol-formaldehid műanyag szintézis) - a modern körülmények között lehetetlen olyan automatizált irányítási rendszerek nélkül, amelyek megkönnyítik az emberi tevékenységet a környezetszennyezés kivételével, és folyamatos és nem hulladéktechnikai technológiát biztosítanak a vegyiparban.

Ebben a tanulmányban olyan kémiai folyamatok példáit vizsgáltuk, amelyek mind az élő természetben (fotoszintézis, disszimiláció, nitrogén-ciklus), mind az iparban előfordulnak.