Care este procesul chimic? Procesul chimic: esența și rolul în natură

Transformările mutuale ale compușilor observate în natură, precum și cele rezultate din activitățile umane pot fi considerate procese chimice. Reactivii din ele pot fi fie două sau mai multe substanțe care se află într-una sau în alte stări agregate. În funcție de aceasta, se disting sisteme omogene sau eterogene. Condițiile de realizare, caracteristicile cursului și rolul proceselor chimice în natură vor fi luate în considerare în această lucrare.

Ce se înțelege printr-o reacție chimică

Dacă, ca rezultat al interacțiunii substanțelor inițiale, constituenții moleculelor lor suferă modificări și încărcăturile nucleelor ​​atomice rămân aceleași, se vorbește despre reacții sau procese chimice. Produsele produse ca rezultat al fluxului lor, sunt folosite de om în industrie, agricultură și viața de zi cu zi. Există un număr mare de interacțiuni între substanțe, atât în ​​viață, cât și în natură neînsuflețită. Procesele chimice au o diferență fundamentală față de fenomenele fizice și proprietățile radioactivității. Ele formează molecule de substanțe noi, în timp ce procesele fizice nu schimbă compoziția compușilor, iar în reacțiile nucleare se formează atomi de noi elemente chimice.

Condiții pentru implementarea proceselor în chimie

Acestea pot fi diferite și depind, în primul rând, de natura reactivilor, de nevoia de aprovizionare externă cu energie, precum și de starea agregată (solide, soluții, gaze) în care are loc procesul. Mecanismul chimic al interacțiunii dintre doi sau mai mulți compuși poate fi efectuat sub influența catalizatorilor (de exemplu, producția de acid azotic), a temperaturii (producția de amoniac), a energiei luminoase (fotosinteza). Cu participarea enzimelor în natură, procesele de reacție chimică a fermentației (alcoolice, lactice, acizi) utilizate în industria alimentară și microbiologică sunt larg răspândite. Pentru a obține produse în industria sintezei organice, una dintre condițiile principale este prezența unui mecanism de radicali liberi ai procesului chimic. Un exemplu poate fi producerea de derivați de clor ai metanului (diclormetan, triclormetan, tetraclorură de carbon, formată ca o consecință a reacțiilor în lanț.

Homogeneous catalysis

Sunt tipuri speciale de contact între două sau mai multe substanțe. Esența proceselor chimice care apar într-o fază omogenă (de exemplu, gaz-gaz) cu participarea acceleratorilor de reacție constă în efectuarea de reacții pe tot parcursul volumului amestecurilor. Dacă catalizatorul este în aceeași stare agregată cu reactivii, acesta formează complexe intermediare mobile cu compușii inițiali.

Homogeneous catalysis este principalul proces chimic, de exemplu, în prelucrarea de petrol, producția de benzină, naftă, motorină și alți combustibili. Utilizează tehnologii precum reformarea, izomerizarea, cracarea catalitică.

Cataliză heterogenă

În cazul unei catalizări eterogene, contactul substanțelor de reacție apare, cel mai adesea, pe suprafața solidă a catalizatorului în sine. Formează așa-numitele centre active. Acestea sunt zone în care interacțiunea compușilor de reacție are loc foarte rapid, adică, rata de reacție este mare. Acestea sunt specifice speciilor și joacă un rol important și în cazul în care apar procese chimice în celulele vii. Apoi discutați despre metabolism - reacții metabolice. Un exemplu de cataliză eterogenă 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 de zăbrele umplute cu o pulbere de oxid de vanadiu dispersat sau cu vanadil sulfat de VOSO₄. Produsul rezultat este trioxid de sulf, apoi este absorbit de acid sulfuric concentrat. Se formează un lichid numit oleum. Acesta poate fi diluat cu apă pentru a obține concentrația dorită de acid sulfat.

Caracteristicile reacțiilor termochimice

Izolarea sau absorbția energiei sub formă de căldură are o mare importanță practică. Este suficient să amintim reacția combustibilului ars: gaz natural, cărbune, turbă. Acestea sunt procese fizico-chimice, caracteristică importantă a căreia este căldura de ardere. Reacțiile termice sunt răspândite atât în ​​lumea organică, cât și în natură neînsuflețită. De exemplu, în procesul de digestie, proteinele, lipidele și carbohidrații sunt scindați sub acțiunea substanțelor biologic active - enzimele.

Energia eliberată este acumulată sub formă de legături macroergice de molecule ATP. Reacțiile de disimilare sunt însoțite de eliberarea de energie, o parte din care este disipată sub formă de căldură. Ca rezultat al digestiei, fiecare gram de proteine ​​da 17, 2 kJ de energie, amidon - 17, 2 kJ, grasime - 38.9 kJ. Procesele chimice care continuă cu eliberarea energiei sunt numite exoterme și, cu absorbția acesteia, endoterme. În industria sintezei organice și a altor tehnologii, se calculează efectele termice ale reacțiilor termochimice. Este important de știut, de exemplu, pentru calculul corect al cantității de energie utilizată pentru încălzirea reactoarelor și a coloanelor de sinteză în care apar reacții însoțite de absorbția căldurii.

Kinetics și rolul său în teoria proceselor chimice

Calculul vitezei de reacție a particulelor (molecule, ioni) este cea mai importantă sarcină cu care se confruntă industria. Soluția sa oferă avantaje economice și profitabilitatea ciclurilor tehnologice în producția chimică. Pentru a mări viteza de o astfel de reacție, cum ar fi sinteza amoniacului factori decisivi sunt variația presiunii în amestecul de gaz de azot și hidrogen la 30 MPa, și prevenind o creștere bruscă a temperaturii (temperatura optimă este 450- 550 ° C).

Procesele chimice utilizate în producerea acidului sulfat, și anume: arderea de piriți, oxidarea dioxidului de sulf, absorbția de trioxid de sulf în oleum se efectuează în diferite condiții. Pentru aceasta, se utilizează un cuptor cu pirită și aparate de contact. Ele iau în considerare concentrațiile de reactanți, temperatura și presiunea. Toți acești factori se corelează cu efectuarea reacției la cea mai rapidă rată, ceea ce crește randamentul acidului sulfat la 96-98%.

Ciclul de substanțe, ca procese fizico-chimice în natură

Pronunția cunoscută "Mișcarea este viața" poate fi aplicată și elementelor chimice care intră în diferite tipuri de interacțiuni (reacții de compus, substituție, descompunere, schimb). Moleculele și atomii de elemente chimice ajung în mișcare continuă. După cum au stabilit oamenii de știință, toate cele de mai sus tipuri de reacții chimice pot fi însoțite de fenomene fizice: eliberarea căldurii sau absorbția acesteia, emisia de fotoni de lumină, modificarea stării agregate. Aceste procese apar în fiecare coajă a Pământului: litosfera, hidrosfera, atmosfera, biosfera. Cele mai semnificative dintre acestea sunt ciclurile de substanțe cum ar fi oxigenul, dioxidul de carbon și azotul. În următoarea rubrică, vom analiza modul în care azotul circulă în atmosferă, sol și organisme vii.

Interconversia azotului și a compușilor săi

Este bine cunoscut faptul că azotul este un constituent necesar al proteinelor și, prin urmare, participă la formarea tuturor tipurilor de viață pământească fără excepție. Azotul este asimilat de plante și animale sub formă de ioni: ioni de amoniu, nitrați și nitriți. Plantele, ca rezultat al fotosintezei, formează nu numai glucoză, ci și aminoacizi, glicerină, acizi grași. Toți compușii chimici enumerați mai sus sunt produse de reacții apărute în ciclul Calvin. Excelentul om de știință rus K. Timiryazev a vorbit despre rolul cosmic al plantelor verzi, având în vedere, printre altele, capacitatea lor de a sintetiza proteinele.

Herbivorii primesc peptide din alimentele vegetale și carnivore - din carnea victimelor. În timpul degradării plantelor și animalelor rămase sub influența bacteriilor saprotrofice din sol, apar procese complexe biologice și chimice. Ca rezultat, azotul din compușii organici trece într-o formă anorganică (se formează amoniac, azot liber, nitrați și nitriți). Revenind la atmosferă și sol, toate aceste substanțe sunt din nou asimilate de plante. Azotul intră prin stomatele pielii frunzelor și prin soluții de azot și acid azotic iar sărurile lor sunt absorbite de firele de rădăcini ale rădăcinilor plantelor. Ciclul de conversie a azotului se închide pentru a se repeta din nou. Esența proceselor chimice care apar cu compuși de azot în natură a fost studiat în detaliu la începutul secolului al XX-lea de către omul de știință rus DN Pryanishnikov.

Metalurgia pulberilor

Procesele și tehnologiile chimice moderne fac o contribuție tangibilă la crearea de materiale cu proprietăți fizice și chimice unice. Acest lucru este deosebit de important, în primul rând, pentru instrumentele și echipamentele din rafinăriile de țiței, întreprinderile producătoare de acizi anorganici, coloranți, lacuri, materiale plastice. În schimbatoarele de căldură de producție, se folosesc aparate de contact, coloane de sinteză, conducte. Suprafața echipamentului este în contact cu mediile agresive care se află sub presiune înaltă. În plus, aproape toate procesele de producție chimică sunt efectuate sub influența temperaturilor ridicate. Relevanta este producția de materiale cu un nivel ridicat de rezistență termică și acidă, proprietăți anti-coroziune.

Metalurgia pulberilor include procesele de producere a pulberilor care conțin metale, sinterizarea și introducerea în compoziția aliajelor moderne utilizate în reacțiile cu substanțe chimice agresive.

Compozitele și semnificația lor

Printre tehnologiile moderne, cele mai importante procese chimice sunt reacțiile de obținere a materialelor compozite. Acestea includ spume, cermets, norpapalsts. Ca matrice pentru producție, se utilizează metalele și aliajele lor, ceramica, materialele plastice. Ca materiale de umplutură se utilizează silicat de calciu, lut alb, ferit de stronțiu și bariu. Toate substanțele de mai sus conferă materiale compozite rezistenței la impact, rezistenței la căldură și uzurii.

Ce este tehnologia chimică?

Industrie, știință care se ocupă cu studiul mijloacelor și metodelor utilizate în reacțiile de prime de prelucrare a materialelor: petrol, gaze naturale, cărbune, minerale, numita tehnologie chimică. Cu alte cuvinte, știința proceselor chimice apare ca rezultat al activității umane. Toate bazei sale teoretice up matematică, cibernetică, chimie fizică, economia industrială. Indiferent de procesul chimic implicat în tehnologia (care primesc descompunerea acidului nitrat de calcar, sinteza materialelor plastice fenol-formaldehidice) - în condițiile actuale este imposibil fără sisteme de control automatizate pentru a facilita activitatea umană, excluzând poluarea mediului, precum și pentru a asigura continuitatea și tehnologia non-deșeurilor producția chimică.

În această lucrare am analizat exemple de procese chimice care apar atât în ​​natură (fotosinteză, disimilare, ciclism cu azot), cât și în industrie.