Villieläimissä havaittuja sekä ihmisen toiminnan seurauksena tapahtuvia yhdisteiden keskinäisiä muutoksia voidaan pitää kemiallisina prosesseina. Niissä olevat reagenssit voivat olla joko kahta tai useampaa ainetta, jotka ovat samassa tai eri aggregaatiotilassa. Tästä riippuen erotetaan homogeeniset tai heterogeeniset järjestelmät. Suoritusehdot, kurssin ominaisuudet ja kemiallisten prosessien rooli luonnossa käsitellään tässä työssä.
Mitä tarkoitetaan kemiallisella reaktiolla
Jos alkuaineiden vuorovaikutuksen seurauksena niiden molekyylien osat muuttuvat ja atomiytimien varaukset pysyvät samoina, puhutaan kemiallisista reaktioista tai prosesseista. Virtauksen seurauksena muodostuvat tuotteet ovat ihmisten käytössä teollisuudessa, maataloudessa ja jokapäiväisessä elämässä. V altava määrä vuorovaikutuksiaaineiden välillä esiintyy sekä elävässä että elottomassa luonnossa. Kemiallisilla prosesseilla on perustavanlaatuinen ero radioaktiivisuuden fysikaalisista ilmiöistä ja ominaisuuksista. Niihin muodostuu uusien aineiden molekyylejä, kun taas fysikaaliset prosessit eivät muuta yhdisteiden koostumusta ja ydinreaktioissa syntyy uusien kemiallisten alkuaineiden atomeja.
Edellytykset prosessien toteuttamiselle kemiassa
Ne voivat olla erilaisia ja riippuvat ensisijaisesti reagenssien luonteesta, ulkopuolelta tulevan energian tarpeesta sekä aggregaatiotilasta (kiintoaineet, liuokset, kaasut), jossa prosessi tapahtuu. Kahden tai useamman yhdisteen välisen vuorovaikutuksen kemiallinen mekanismi voidaan suorittaa katalyyttien (esimerkiksi typpihapon tuotanto), lämpötilan (ammoniakin saaminen), valoenergian (fotosynteesi) vaikutuksesta. Entsyymien osallistuessa elävään luontoon elintarvike- ja mikrobiologisessa teollisuudessa käytetyt käymisen kemialliset reaktiot (alkoholi, maitohappo, voihappo) ovat yleisiä. Orgaanisen synteesiteollisuuden tuotteiden saamiseksi yksi tärkeimmistä edellytyksistä on kemiallisen prosessin vapaiden radikaalien mekanismi. Esimerkkinä voisi olla metaanin kloorijohdannaisten (dikloorimetaani, trikloorimetaani, hiilitetrakloridi, jotka syntyvät ketjureaktioista) tuotanto.
Homogeeninen katalyysi
Ne ovat erikoiskontakteja kahden tai useamman aineen välillä. Homogeenisessa faasissa (esimerkiksi kaasu - kaasu) tapahtuvien kemiallisten prosessien olemus kiihdyttimien osallistuessaReaktiot koostuvat reaktioiden suorittamisesta koko seostilavuudessa. Jos katalyytti on samassa aggregaatiotilassa kuin lähtöaineet, se muodostaa liikkuvia välikomplekseja lähtöyhdisteiden kanssa.
Homogeeninen katalyysi on kemiallinen perusprosessi, jota käytetään esimerkiksi öljynjalostuksessa, bensiinissä, teollisuusbensiinissä, kaasuöljyssä ja muissa polttoaineissa. Siinä käytetään teknologioita, kuten reformointi, isomerointi ja katalyyttinen krakkaus.
Heterogeeninen katalyysi
Heterogeenisen katalyysin tapauksessa reagoivien aineiden kosketus tapahtuu useimmiten itse katalyytin kiinteällä pinnalla. Siihen muodostuu niin sanottuja aktiivisia keskuksia. Nämä ovat alueita, joissa reagoivien yhdisteiden vuorovaikutus etenee hyvin nopeasti, eli reaktionopeus on korkea. Ne ovat lajikohtaisia ja niillä on tärkeä rooli myös, jos kemiallisia prosesseja tapahtuu elävissä soluissa. Sitten he puhuvat aineenvaihdunnasta - aineenvaihduntareaktioista. Esimerkki heterogeenisestä katalyysistä on sulfaattihapon teollinen tuotanto. Kosketuslaitteessa rikkidioksidin ja hapen kaasumainen seos kuumennetaan ja johdetaan hilahyllyjen läpi, jotka on täytetty dispergoidulla vanadiinioksidi- tai vanadyylisulfaattijauheella VOSO4. Tuloksena oleva tuote, rikkitrioksidi, imeytyy sitten väkevään rikkihappoon. Muodostuu neste, jota kutsutaan oleumiksi. Se voidaan laimentaa vedellä halutun sulfaattihappopitoisuuden saamiseksi.
Termokemiallisten reaktioiden ominaisuudet
Energian vapautumisella tai imeytymisellä lämmön muodossa on suuri käytännön merkitys. Riittää, kun muistaa polttoaineen palamisreaktiot: maakaasu, kivihiili, turve. Ne ovat fysikaalisia ja kemiallisia prosesseja, joiden tärkeä ominaisuus on palamislämpö. Lämpöreaktiot ovat yleisiä sekä orgaanisessa maailmassa että elottomassa luonnossa. Esimerkiksi ruoansulatusprosessissa proteiinit, lipidit ja hiilihydraatit hajoavat biologisesti aktiivisten aineiden - entsyymien - vaikutuksesta.
Vapautunut energia kertyy ATP-molekyylien makroergisten sidosten muodossa. Dissimilaatioreaktioihin liittyy energian vapautumista, josta osa hajoaa lämmön muodossa. Ruoansulatuksen tuloksena jokainen gramma proteiinia tarjoaa 17,2 kJ energiaa, tärkkelys - 17,2 kJ, rasva - 38,9 kJ. Kemiallisia prosesseja, jotka vapauttavat energiaa, kutsutaan eksotermisiksi ja niitä, jotka absorboivat sitä, endotermisiksi. Orgaanisessa synteesiteollisuudessa ja muissa teknologioissa lasketaan lämpökemiallisten reaktioiden lämpövaikutukset. Tämä on tärkeää tietää esimerkiksi reaktorien ja synteesikolonnien lämmittämiseen käytetyn energiamäärän oikeaa laskemista varten, joissa reaktiot tapahtuvat lämmön imeytymisen ohella.
Kinetiikka ja sen rooli kemiallisten prosessien teoriassa
Reagoivien hiukkasten (molekyylien, ionien) nopeuden laskeminen on alan tärkein tehtävä. Sen ratkaisu varmistaa teknologian syklien taloudellisen vaikutuksen ja kannattavuuden kemikaalien tuotannossa. Lisäystä vartentällaisen reaktion nopeus, kuten ammoniakin synteesi, ratkaisevia tekijöitä ovat paineen muutos typen ja vedyn kaasuseoksessa aina 30 MPa asti, sekä jyrkän lämpötilan nousun estäminen (lämpötila on 450-550 °C on optimaalinen).
Sulfaattihapon valmistuksessa käytetyt kemialliset prosessit, nimittäin: pyriittien polttaminen, rikkidioksidin hapetus, rikkitrioksidin imeytyminen oleumiin, suoritetaan erilaisissa olosuhteissa. Tätä varten käytetään pyriittiuunia ja kosketuslaitteita. Ne ottavat huomioon reagoivien aineiden pitoisuuden, lämpötilan ja paineen. Kaikki nämä tekijät korreloivat reaktion suorittamisessa suurimmalla nopeudella, mikä lisää sulfaattihapon saantoa 96-98 %:iin.
Aineiden kierto fysikaalisina ja kemiallisina prosesseina luonnossa
Tunnettua sanontaa "Liikkuminen on elämää" voidaan soveltaa myös kemiallisiin alkuaineisiin, jotka tulevat erityyppiseen vuorovaikutukseen (yhdistelmä-, substituutio-, hajoamis-, vaihtoreaktiot). Kemiallisten alkuaineiden molekyylit ja atomit ovat jatkuvassa liikkeessä. Kuten tutkijat ovat todenneet, kaikkiin edellä mainittuihin kemiallisiin reaktioihin voivat liittyä fysikaaliset ilmiöt: lämmön vapautuminen tai sen absorptio, valon fotonien emission, aggregaatiotilan muutos. Näitä prosesseja tapahtuu jokaisessa Maan kuoressa: litosfäärissä, hydrosfäärissä, ilmakehässä, biosfäärissä. Näistä merkittävimmät ovat aineiden, kuten hapen, hiilidioksidin ja typen, kiertokulku. Seuraavassa otsikossa tarkastellaan, kuinka typpi kiertää ilmakehässä, maaperässä jaelävät organismit.
Typin ja sen yhdisteiden keskinäinen konversio
Typpi on hyvin tunnettua proteiinien välttämätön komponentti, mikä tarkoittaa, että se osallistuu poikkeuksetta kaikenlaisen maallisen elämän muodostumiseen. Kasvit ja eläimet imevät typpeä ionien muodossa: ammonium-, nitraatti- ja nitriitti-ioneina. Fotosynteesin seurauksena kasvit muodostavat glukoosin lisäksi myös aminohappoja, glyserolia ja rasvahappoja. Kaikki edellä mainitut kemialliset yhdisteet ovat Calvinin syklissä tapahtuvien reaktioiden tuotteita. Erinomainen venäläinen tiedemies K. Timirjazev puhui vihreiden kasvien kosmisesta roolista, viittaen muun muassa niiden kykyyn syntetisoida proteiineja.
Kasvinsyöjät saavat peptidinsä kasviruoasta, kun taas lihansyöjät saavat peptidinsä saalislihasta. Kasvi- ja eläinjäännösten lahoamisen aikana saprotrofisten maaperän bakteerien vaikutuksesta tapahtuu monimutkaisia biologisia ja kemiallisia prosesseja. Tämän seurauksena orgaanisten yhdisteiden typpi siirtyy epäorgaaniseen muotoon (muodostuu ammoniakkia, vapaata typpeä, nitraatteja ja nitriittejä). Palaten ilmakehään ja maaperään, kaikki nämä aineet imeytyvät jälleen kasveihin. Typpi kulkeutuu lehtien ihon stomien kautta, ja typpi- ja typpihapon liuokset sekä niiden suolat imeytyvät kasvien juurien juurikarvat. Typen muunnossykli sulkeutuu toistumaan uudelleen. Typpiyhdisteiden kanssa luonnossa tapahtuvien kemiallisten prosessien olemusta tutki yksityiskohtaisesti 1900-luvun alussa venäläinen tiedemies D. N. Prjanišnikov.
Jauterimetallurgia
Nykyaikaiset kemialliset prosessit ja teknologiat edistävät merkittävästi materiaalien luomista, joilla on ainutlaatuiset fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet. Tämä on erityisen tärkeää ennen kaikkea öljynjalostamoiden, epäorgaanisia happoja, väriaineita, lakkoja ja muoveja valmistavien yritysten instrumenteille ja laitteille. Niiden tuotannossa käytetään lämmönvaihtimia, kosketuslaitteita, synteesikolonneja, putkistoja. Laitteen pinta on kosketuksissa aggressiivisten väliaineiden kanssa korkean paineen alaisena. Lisäksi lähes kaikki kemialliset tuotantoprosessit suoritetaan korkeissa lämpötiloissa. Olennaista on sellaisten materiaalien tuotanto, joilla on korkea lämmön- ja haponkestävyys ja korroosionestoominaisuudet.
Jauterimetallurgiaan kuuluu metallipitoisten jauheiden valmistus, sintraus ja liittäminen nykyaikaisiin seoksiin, joita käytetään reaktioissa kemiallisesti aggressiivisten aineiden kanssa.
Komposiitit ja niiden merkitys
Nykyaikaisten teknologioiden joukossa tärkeimmät kemialliset prosessit ovat komposiittimateriaalien saamisen reaktiot. Näitä ovat vaahdot, kermetit, norpapalstit. Tuotannon matriisina käytetään metalleja ja niiden seoksia, keramiikkaa ja muoveja. Täyteaineina käytetään kalsiumsilikaattia, valkoista savea, strontium- ja bariumferridejä. Kaikki edellä mainitut aineet antavat komposiittimateriaalien iskunkestävyyden, lämmön- ja kulutuskestävyyden.
Mitä on kemiantekniikka
Tieteenalaa, joka tutkii raaka-aineiden: öljyn, maakaasun, hiilen, mineraalien jalostusreaktioissa käytettyjä keinoja ja menetelmiä, kutsuttiin kemian teknologiaksi. Toisin sanoen se on tiedettä kemiallisista prosesseista, jotka tapahtuvat ihmisen toiminnan seurauksena. Sen koko teoreettinen perusta koostuu matematiikasta, kybernetiikasta, fysikaalisesta kemiasta ja teollisuustaloudesta. Ei ole väliä mikä kemiallinen prosessi teknologiaan liittyy (nitraattihapon saanti, kalkkikiven hajottaminen, fenoli-formaldehydimuovien synteesi) - nykyaikaisissa olosuhteissa se on mahdotonta ilman automatisoituja ohjausjärjestelmiä, jotka helpottavat ihmisen toimintaa, poistavat ympäristön saastumista ja varmistavat jatkuva ja jätteetön kemikaalien tuotantotekniikka.
Tässä artikkelissa tarkastelimme esimerkkejä kemiallisista prosesseista, joita esiintyy sekä villieläimissä (fotosynteesi, dissimilaatio, typen kierto) että teollisuudessa.
