Les mutations mutuelles des composés observés chezla faune et la flore résultant d'activités humaines peuvent être considérées comme des processus chimiques. Les réactifs qu'ils contiennent peuvent être deux ou plusieurs substances qui sont dans le même état ou dans des états d'agrégation différents. En fonction de cela, on distingue des systèmes homogènes ou hétérogènes. Les conditions, les caractéristiques de l'écoulement et le rôle des processus chimiques dans la nature seront discutés dans cet article.
Qu'entend-on par réaction chimique
Si à la suite de l'interaction des matières premièresles constituants de leurs molécules subissent des modifications et les charges des noyaux des atomes restent les mêmes, qu’il s’agisse de réactions ou de processus chimiques. Les produits résultant de leur apparition sont utilisés par l'homme dans l'industrie, l'agriculture et la vie quotidienne. Un grand nombre d'interactions entre substances se produisent, tant dans la nature vivante qu'inanimée. Les processus chimiques présentent une différence fondamentale par rapport aux phénomènes physiques et aux propriétés de la radioactivité. Ils forment des molécules de nouvelles substances, alors que les processus physiques ne changent pas la composition des composés et que les atomes de nouveaux éléments chimiques apparaissent dans les réactions nucléaires.
Conditions pour la mise en oeuvre de procédés en chimie
Ils peuvent être différents et dépendants avanttout, de la nature des réactifs, le besoin de flux d’énergie de l’extérieur, ainsi que l’état d’agrégation (solides, solutions, gaz) dans lequel se déroule le processus. Le mécanisme chimique d'interaction entre deux composés ou plus peut être mis en oeuvre sous l'action de catalyseurs (par exemple la production d'acide nitrique), de la température (production d'ammoniac), d'énergie lumineuse (photosynthèse). Avec la participation des enzymes dans la faune sauvage, les processus de réaction chimique de fermentation (alcool, acide lactique, acide butyrique) utilisés dans l’industrie alimentaire et microbiologique sont très répandus. Pour obtenir des produits dans l'industrie de la synthèse organique, l'une des conditions principales est la présence d'un mécanisme radicalaire du processus chimique. Un exemple serait la production de dérivés chlorés du méthane (dichlorométhane, trichlorométhane, tétrachlorure de carbone, résultant de réactions en chaîne).
Catalyse homogène
Ils représentent des types particuliers de contact entre deuxou plusieurs substances. L'essence des processus chimiques se déroulant en phase homogène (par exemple gaz - gaz) avec la participation d'accélérateurs de réaction consiste à effectuer des réactions dans tout le volume de mélanges. Si le catalyseur est dans le même état d'agrégation que les réactifs, il forme des complexes intermédiaires mobiles avec les composés de départ.
La catalyse homogène est le principal produit chimiqueun procédé mis en œuvre, par exemple, dans le raffinage du pétrole, la production d'essence, de naphta, de gazole et d'autres carburants. Il utilise des technologies telles que le reformage, l'isomérisation, le craquage catalytique.
Catalyse hétérogène
En cas de catalyse hétérogène, contactezles réactifs apparaissent le plus souvent sur la surface solide du catalyseur lui-même. Les soi-disant centres actifs y sont formés. Ce sont des domaines dans lesquels l'interaction des composés réactifs se déroule très rapidement, c'est-à-dire que la vitesse de réaction est élevée. Ils sont spécifiques à l'espèce et jouent également un rôle important si des processus chimiques se produisent dans les cellules vivantes. Ensuite, ils parlent de métabolisme - réactions métaboliques. Un exemple de catalyse hétérogène est la production industrielle d'acide sulfate. Dans un appareil de contact, un mélange gazeux de dioxyde de soufre et d'oxygène est chauffé et passé à travers des étagères en treillis remplies de poudre dispersée d'oxyde de vanadium ou de sulfate de vanadyle VOSO4... Le produit résultant est le trioxyde de soufre, puisabsorbé par l'acide sulfurique concentré. Un liquide appelé oleum se forme. Il peut être dilué avec de l'eau pour obtenir la concentration souhaitée d'acide sulfate.
Caractéristiques des réactions thermochimiques
La libération ou l'absorption d'énergie sous forme de chaleurest d'une grande importance pratique. Il suffit de rappeler les réactions de combustion des carburants: gaz naturel, charbon, tourbe. Ce sont des processus physico-chimiques dont une caractéristique importante est la chaleur de combustion. Les réactions thermiques sont répandues à la fois dans le monde organique et dans la nature inanimée. Par exemple, au cours du processus de digestion, les protéines, les lipides et les glucides sont décomposés sous l'action de substances biologiquement actives - des enzymes.
L'énergie libérée est accumulée sous la formeliaisons à haute énergie des molécules d'ATP. Les réactions de dissimilation s'accompagnent de la libération d'énergie, dont une partie est dissipée sous forme de chaleur. À la suite de la digestion, chaque gramme de protéine donne 17, 2 kJ d'énergie, amidon - 17, 2 kJ, graisse - 38,9 kJ. Les processus chimiques avec libération d'énergie sont appelés exothermiques et avec son absorption - endothermiques. Dans l'industrie de la synthèse organique et d'autres technologies, les effets thermiques des réactions thermochimiques sont calculés. Il est important de savoir, par exemple, pour calculer correctement la quantité d'énergie utilisée pour chauffer les réacteurs et les colonnes de synthèse dans lesquelles des réactions ont lieu accompagnées d'une absorption de chaleur.
Cinétique et son rôle dans la théorie des processus chimiques
Calcul de la vitesse de réaction des particules (molécules,ions) est la tâche la plus importante de l’industrie. Sa solution assure un effet économique et une rentabilité des cycles technologiques dans la production chimique. Pour augmenter la vitesse d'une telle réaction, telle que la synthèse de l'ammoniac, les facteurs décisifs seront le changement de pression dans le mélange gazeux d'azote et d'hydrogène à 30 MPa, ainsi que la prévention d'une forte augmentation de la température (la température optimale est de 450-550 ° C).
Processus chimiques utilisés dans la productionl'acide sulfate, à savoir: la combustion de la pyrite, l'oxydation du dioxyde de soufre, l'absorption du trioxyde de soufre par l'oléum s'effectuent dans des conditions différentes. Pour cela, un four à pyrite et des dispositifs de contact sont utilisés. Ils prennent en compte la concentration des réactifs, la température et la pression. Tous ces facteurs sont corrélés pour effectuer la réaction à la vitesse la plus élevée, ce qui augmente le rendement en acide sulfate de 96 à 98%.
Le cycle des substances en tant que processus physiques et chimiques dans la nature
Le dicton bien connu "Le mouvement c'est la vie" peuts'appliquent aux éléments chimiques entrant dans divers types d'interactions (réactions de composé, substitution, décomposition, échange). Les molécules et les atomes d'éléments chimiques arrivent en mouvement continu. Comme l'ont établi les scientifiques, tous les types de réactions chimiques ci-dessus peuvent s'accompagner de phénomènes physiques: dégagement ou absorption de chaleur, émission de photons lumineux et modification de l'état d'agrégation. Ces processus se produisent dans toutes les coquilles de la Terre: lithosphère, hydrosphère, atmosphère, biosphère. Les plus importants sont les cycles de substances comme l'oxygène, le dioxyde de carbone et l'azote. Dans la rubrique suivante, nous verrons comment l'azote circule dans l'atmosphère, le sol et les organismes vivants.
Interconversion de l'azote et de ses composés
Il est bien connu que l'azote est essentielpartie intégrante des protéines, ce qui signifie qu'il participe à la formation de tous les types de vie terrestre sans exception. L'azote est absorbé par les plantes et les animaux sous forme d'ions: ions ammonium, nitrate et nitrite. Les plantes, à la suite de la photosynthèse, forment non seulement du glucose, mais également des acides aminés, du glycérol et des acides gras. Tous les composés chimiques ci-dessus sont des produits des réactions se produisant dans le cycle de Calvin. L'éminent scientifique russe K. Timiryazev a parlé du rôle cosmique des plantes vertes, en gardant à l'esprit, entre autres, leur capacité à synthétiser des protéines.
Les herbivores obtiennent des peptides à partir denourriture végétale et carnivores - de la viande des victimes. Lors de la décomposition des restes de plantes et d'animaux sous l'influence de bactéries saprotrophes dans le sol, des processus biologiques et chimiques complexes se produisent. En conséquence, l'azote des composés organiques est converti en forme inorganique (il se forme de l'ammoniac, de l'azote libre, des nitrates et des nitrites). De retour dans l'atmosphère et le sol, toutes ces substances sont à nouveau assimilées par les plantes. L'azote pénètre par les stomates de la peau des feuilles et les solutions d'acides nitrique et nitreux et leurs sels sont absorbées par les poils des racines des plantes. Le cycle de conversion de l'azote est fermé pour se répéter. L'essence des processus chimiques se produisant avec les composés azotés dans la nature a été étudiée en détail au début du 20e siècle par le scientifique russe D.N. Pryanishnikov.
Métallurgie des poudres
Technologies et procédés chimiques modernesapporter une contribution tangible à la création de matériaux aux propriétés physiques et chimiques uniques. Ceci est particulièrement important, tout d'abord, pour les instruments et l'équipement des raffineries de pétrole, des entreprises produisant des acides inorganiques, des colorants, des vernis et des plastiques. Des échangeurs de chaleur, des dispositifs de contact, des colonnes de synthèse, des pipelines sont utilisés dans leur production. La surface de l'équipement entre en contact avec des fluides agressifs sous haute pression. De plus, presque tous les processus de production chimique sont effectués sous l'influence de températures élevées. Il est important d'obtenir des matériaux avec des taux élevés de résistance thermique et acide, des propriétés anti-corrosion.
La métallurgie des poudres comprend les processus de production de poudres contenant des métaux, de frittage et d'introduction dans la composition d'alliages modernes utilisés dans des réactions avec des substances chimiquement agressives.
Les composites et leur signification
Parmi les technologies modernes, les plus importantesles processus chimiques sont des réactions d'obtention de matériaux composites. Ceux-ci comprennent les mousses, les cermets, les norpapalstas. Les métaux et leurs alliages, les céramiques et les plastiques sont utilisés comme matrice pour la production. Le silicate de calcium, l'argile blanche, les ferrures de strontium et de baryum sont utilisés comme charges. Toutes les substances ci-dessus confèrent une résistance aux chocs, à la chaleur et à l'usure aux matériaux composites.
Qu'est-ce que la technologie chimique
La branche scientifique concernée par l'étude des fonds etles méthodes utilisées dans les réactions de traitement des matières premières: pétrole, gaz naturel, charbon, minéraux, étaient appelées technologie chimique. En d'autres termes, c'est la science des processus chimiques qui résultent de l'activité humaine. Toute sa base théorique est composée de mathématiques, de cybernétique, de chimie physique et d'économie industrielle. Peu importe le processus chimique impliqué dans la technologie (production d'acide nitrique, décomposition du calcaire, synthèse de plastiques phénol-formaldéhyde) - dans des conditions modernes, il est impossible sans systèmes de contrôle automatisés qui facilitent les activités humaines, excluent la pollution de l'environnement et fournissent une technologie continue et sans déchets de production chimique.
Dans ce travail, nous avons considéré des exemples de processus chimiques qui se produisent à la fois dans la nature vivante (photosynthèse, dissimilation, cycle de l'azote) et dans l'industrie.
