Le mutue trasformazioni dei composti osservati inla fauna selvatica, così come quella che si verifica a seguito dell'attività umana, può essere considerata come un processo chimico. I reagenti in essi contenuti possono essere due o più sostanze che si trovano nello stesso stato o in diversi stati di aggregazione. A seconda di ciò, si distinguono sistemi omogenei o eterogenei. Le condizioni, le caratteristiche del flusso e il ruolo dei processi chimici in natura saranno discussi in questo documento.
Cosa si intende per reazione chimica
Se come risultato dell'interazione delle sostanze di partenzale parti costituenti delle loro molecole sono soggette a cambiamento e le cariche dei nuclei atomici rimangono le stesse, parlano di reazioni o processi chimici. I prodotti formati a seguito del loro flusso sono utilizzati dall'uomo nell'industria, nell'agricoltura e nella vita di tutti i giorni. Un numero enorme di interazioni tra le sostanze ha luogo sia nella natura vivente che in quella inanimata. I processi chimici sono fondamentalmente diversi dai fenomeni fisici e dalle proprietà della radioattività. In esse si formano molecole di nuove sostanze, mentre i processi fisici non cambiano la composizione dei composti e nelle reazioni nucleari compaiono atomi di nuovi elementi chimici.
Condizioni per l'implementazione dei processi in chimica
Possono essere diversi e dipendenti primatutto, dalla natura dei reagenti, alla necessità di flusso di energia dall'esterno, nonché allo stato di aggregazione (solidi, soluzioni, gas) in cui avviene il processo. Il meccanismo chimico di interazione tra due o più composti può essere effettuato sotto l'azione di catalizzatori (ad esempio, la produzione di acido nitrico), temperatura (produzione di ammoniaca), energia luminosa (fotosintesi). Con la partecipazione di enzimi nella fauna selvatica, i processi della reazione chimica di fermentazione (alcol, acido lattico, acido butirrico) utilizzati nell'industria alimentare e microbiologica sono diffusi. Per ottenere prodotti nell'industria della sintesi organica, una delle condizioni principali è la presenza di un meccanismo di radicali liberi del processo chimico. Un esempio potrebbe essere la produzione di derivati del cloro di metano (diclorometano, triclorometano, tetracloruro di carbonio, derivante da reazioni a catena.
Catalisi omogenea
Rappresentano tipi speciali di contatto tra dueo più sostanze. L'essenza di processi chimici che procedono in una fase omogenea (per esempio gas - gas) con la partecipazione di acceleratori di reazione consiste nell'effettuare reazioni nell'intero volume di miscele. Se il catalizzatore si trova nello stesso stato di aggregazione dei reagenti, forma complessi intermedi mobili con i composti di partenza.
La catalisi omogenea è la sostanza chimica principaleun processo eseguito, ad esempio, nella raffinazione del petrolio, nella produzione di benzina, nafta, gasolio e altri combustibili. Utilizza tecnologie come il reforming, l'isomerizzazione, il cracking catalitico.
Catalisi eterogenea
In caso di catalisi eterogenea, contattarei reagenti si trovano più spesso sulla superficie solida del catalizzatore stesso. Su di esso si formano i cosiddetti centri attivi. Queste sono aree in cui l'interazione dei composti reagenti procede molto rapidamente, cioè la velocità di reazione è elevata. Sono specie-specifici e svolgono un ruolo importante anche se i processi chimici avvengono nelle cellule viventi. Quindi parlano del metabolismo - reazioni metaboliche. Un esempio di catalisi eterogenea è la produzione industriale di acido solfato. In un apparecchio a contatto, una miscela gassosa di anidride solforosa e ossigeno viene riscaldata e fatta passare attraverso ripiani reticolari riempiti con polvere dispersa di ossido di vanadio o solfato di vanadio VOSO4... Il prodotto risultante è quindi il triossido di zolfoassorbito da acido solforico concentrato. Si forma un liquido chiamato oleum. Può essere diluito con acqua per ottenere la concentrazione desiderata di acido solfato.
Caratteristiche delle reazioni termochimiche
Il rilascio o l'assorbimento di energia sotto forma di caloreè di grande importanza pratica. Basti ricordare le reazioni della combustione dei combustibili: gas naturale, carbone, torba. Sono processi fisici e chimici, una caratteristica importante dei quali è il calore di combustione. Le reazioni termiche sono diffuse sia nel mondo organico che nella natura inanimata. Ad esempio, nel processo di digestione, proteine, lipidi e carboidrati vengono scomposti sotto l'azione di sostanze biologicamente attive - enzimi.
L'energia rilasciata viene accumulata nella formalegami ad alta energia delle molecole di ATP. Le reazioni di dissimilazione sono accompagnate dal rilascio di energia, parte della quale viene dissipata sotto forma di calore. Come risultato della digestione, ogni grammo di proteine fornisce 17, 2 kJ di energia, amido - 17, 2 kJ, grasso - 38,9 kJ. I processi chimici con il rilascio di energia sono chiamati esotermici e con il suo assorbimento - endotermici. Nell'industria della sintesi organica e in altre tecnologie, vengono calcolati gli effetti termici delle reazioni termochimiche. Questo è importante sapere, ad esempio, per il corretto calcolo della quantità di energia utilizzata per riscaldare reattori e colonne di sintesi, in cui avvengono reazioni accompagnate dall'assorbimento di calore.
Cinetica e suo ruolo nella teoria dei processi chimici
Calcolo della velocità di reazione delle particelle (molecole,ioni) è il compito più importante che l'industria deve affrontare. La sua soluzione garantisce effetto economico e redditività dei cicli tecnologici nella produzione chimica. Per aumentare la velocità di una tale reazione, come la sintesi dell'ammoniaca, i fattori decisivi saranno la variazione di pressione nella miscela di gas di azoto e idrogeno a 30 MPa, nonché la prevenzione di un forte aumento della temperatura (la temperatura ottimale è 450-550 ° C).
Processi chimici utilizzati nella produzioneacido solfato, vale a dire: combustione della pirite, ossidazione dell'anidride solforosa, assorbimento del triossido di zolfo da parte dell'oleum vengono effettuati in condizioni diverse. Per questo, vengono utilizzati un forno a pirite e dispositivi di contatto. Prendono in considerazione la concentrazione dei reagenti, la temperatura e la pressione. Tutti questi fattori sono correlati per eseguire la reazione alla massima velocità, che aumenta la resa di acido solfato al 96-98%.
Il ciclo delle sostanze come processi fisici e chimici in natura
Il noto detto "Il movimento è vita" puòsi applicano agli elementi chimici che entrano in vari tipi di interazione (reazioni di composto, sostituzione, decomposizione, scambio). Molecole e atomi di elementi chimici arrivano in continuo movimento. Come hanno stabilito gli scienziati, tutti i suddetti tipi di reazioni chimiche possono essere accompagnati da fenomeni fisici: rilascio o assorbimento di calore, emissione di fotoni luminosi e un cambiamento nello stato di aggregazione. Questi processi avvengono in ogni guscio della Terra: litosfera, idrosfera, atmosfera, biosfera. I più significativi di questi sono i cicli di sostanze come ossigeno, anidride carbonica e azoto. Nel prossimo titolo vedremo come circola l'azoto nell'atmosfera, nel suolo e negli organismi viventi.
Interconversione dell'azoto e dei suoi composti
È noto che l'azoto è essenzialeparte integrante delle proteine, il che significa che partecipa alla formazione di tutti i tipi di vita terrestre senza eccezioni. L'azoto viene assorbito da piante e animali sotto forma di ioni: ioni di ammonio, nitrato e nitrito. Le piante, come risultato della fotosintesi, formano non solo glucosio, ma anche aminoacidi, glicerina e acidi grassi. Tutti i suddetti composti chimici sono prodotti delle reazioni che si verificano nel ciclo di Calvin. L'eccezionale scienziato russo K. Timiryazev ha parlato del ruolo cosmico delle piante verdi, tenendo presente, tra le altre cose, la loro capacità di sintetizzare le proteine.
Gli erbivori ottengono i peptidi dacibo vegetale e carnivori - dalla carne delle vittime. Durante il decadimento dei resti di piante e animali sotto l'influenza di batteri saprotrofi nel suolo, si verificano complessi processi biologici e chimici. Di conseguenza, l'azoto dei composti organici viene convertito in forma inorganica (si formano ammoniaca, azoto libero, nitrati e nitriti). Ritornando all'atmosfera e al suolo, tutte queste sostanze vengono nuovamente assimilate dalle piante. L'azoto entra attraverso gli stomi della pelle delle foglie e le soluzioni di acido nitrico e nitroso e i loro sali vengono assorbiti dai peli delle radici delle piante. Il ciclo di conversione dell'azoto viene chiuso per ripetere nuovamente. L'essenza dei processi chimici che si verificano con i composti azotati in natura è stata studiata in dettaglio all'inizio del XX secolo dallo scienziato russo D.N. Pryanishnikov.
Metallurgia delle polveri
Tecnologie e processi chimici modernidare un contributo tangibile alla creazione di materiali con proprietà fisiche e chimiche uniche. Ciò è particolarmente importante, prima di tutto, per gli strumenti e le attrezzature delle raffinerie di petrolio, delle imprese che producono acidi inorganici, coloranti, vernici e materie plastiche. Nella loro produzione vengono utilizzati scambiatori di calore, dispositivi di contatto, colonne di sintesi, tubazioni. La superficie dell'attrezzatura viene a contatto con fluidi aggressivi ad alta pressione. Inoltre, quasi tutti i processi di produzione chimica vengono eseguiti sotto l'influenza di alte temperature. È importante ottenere materiali con alti tassi di resistenza termica e acida, proprietà anticorrosive.
La metallurgia delle polveri comprende i processi di produzione di polveri contenenti metalli, sinterizzazione e incorporazione in leghe moderne utilizzate nelle reazioni con sostanze chimicamente aggressive.
Compositi e loro significato
Tra le moderne tecnologie, la più importantei processi chimici sono le reazioni per ottenere materiali compositi. Questi includono schiume, cermet, norpapalstas. I metalli e le loro leghe, la ceramica e la plastica sono usati come matrice per la produzione. Come riempitivi vengono utilizzati silicato di calcio, argilla bianca, stronzio e ferridi di bario. Tutte le sostanze di cui sopra conferiscono resistenza agli urti, al calore e all'usura ai materiali compositi.
Cos'è la tecnologia chimica
La branca della scienza interessata allo studio dei fondi ei metodi utilizzati nelle reazioni di lavorazione delle materie prime: petrolio, gas naturale, carbone, minerali, erano chiamati tecnologia chimica. In altre parole, è la scienza dei processi chimici che si verificano come risultato dell'attività umana. La sua intera base teorica è costituita da matematica, cibernetica, chimica fisica ed economia industriale. Non importa quale processo chimico sia coinvolto nella tecnologia (produzione di acido nitrico, decomposizione del calcare, sintesi di plastiche fenolo-formaldeide) - nelle condizioni moderne è impossibile senza sistemi di controllo automatizzati che facilitano le attività umane, escludono l'inquinamento ambientale e fornire una tecnologia continua e senza sprechi di produzione chimica.
In questo lavoro, abbiamo considerato esempi di processi chimici che avvengono sia nella natura vivente (fotosintesi, dissimilazione, ciclo dell'azoto) che nell'industria.
