การเปลี่ยนแปลงซึ่งกันและกันของสารประกอบที่สังเกตพบในธรรมชาติของสิ่งมีชีวิตตลอดจนเกิดขึ้นจากกิจกรรมของมนุษย์ถือได้ว่าเป็นกระบวนการทางเคมี รีเอเจนต์ในสารเหล่านี้อาจเป็นสารตั้งแต่สองชนิดขึ้นไปที่อยู่ในสถานะการรวมตัวเดียวกันหรือต่างกันก็ได้ ขึ้นอยู่กับสิ่งนี้ระบบที่เป็นเนื้อเดียวกันหรือต่างกันนั้นมีความโดดเด่น เงื่อนไขในการดำเนินการคุณสมบัติของหลักสูตรและบทบาทของกระบวนการทางเคมีในธรรมชาติจะได้รับการพิจารณาในงานนี้
ปฏิกิริยาเคมีหมายถึงอะไร
หากเป็นผลจากปฏิกิริยาของสารตั้งต้นส่วนประกอบของโมเลกุลสามารถเปลี่ยนแปลงได้และประจุของนิวเคลียสของอะตอมยังคงเหมือนเดิมซึ่งพูดถึงปฏิกิริยาเคมีหรือกระบวนการ ผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการหมุนเวียนของมนุษย์ใช้ในอุตสาหกรรม เกษตรกรรม และชีวิตประจำวัน ปฏิกิริยาระหว่างสารจำนวนมากเกิดขึ้นทั้งในธรรมชาติของสิ่งมีชีวิตและไม่มีชีวิต กระบวนการทางเคมีโดยพื้นฐานแล้วแตกต่างจากปรากฏการณ์ทางกายภาพและคุณสมบัติของกัมมันตภาพรังสี โมเลกุลของสารใหม่ก่อตัวขึ้นในขณะที่กระบวนการทางกายภาพไม่เปลี่ยนองค์ประกอบของสารประกอบและอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีใหม่ปรากฏในปฏิกิริยานิวเคลียร์
เงื่อนไขสำหรับการดำเนินการตามกระบวนการทางเคมี
แตกต่างและพึ่งพาได้มาก่อนทุกสิ่ง จากธรรมชาติของรีเอเจนต์ ความจำเป็นในการไหลเข้าของพลังงานจากภายนอก เช่นเดียวกับสถานะของการรวมกลุ่ม (ของแข็ง สารละลาย ก๊าซ) ซึ่งกระบวนการนี้เกิดขึ้น กลไกทางเคมีของปฏิกิริยาระหว่างสารประกอบตั้งแต่สองชนิดขึ้นไปสามารถทำได้ภายใต้การกระทำของตัวเร่งปฏิกิริยา (เช่น การผลิตกรดไนตริก) อุณหภูมิ (การผลิตแอมโมเนีย) พลังงานแสง (การสังเคราะห์ด้วยแสง) ด้วยการมีส่วนร่วมของเอนไซม์ในธรรมชาติของสิ่งมีชีวิต กระบวนการของปฏิกิริยาเคมีของการหมัก (แอลกอฮอล์ กรดแลคติก กรดบิวทิริก) ที่ใช้ในอุตสาหกรรมอาหารและจุลชีววิทยาเป็นที่แพร่หลาย เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ในอุตสาหกรรมการสังเคราะห์สารอินทรีย์ เงื่อนไขหลักประการหนึ่งคือการมีอยู่ของกลไกอนุมูลอิสระของกระบวนการทางเคมี ตัวอย่างคือการผลิตอนุพันธ์คลอรีนของมีเทน (ไดคลอโรมีเทน, ไตรคลอโรมีเทน, คาร์บอนเตตระคลอไรด์ ซึ่งเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาลูกโซ่
ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกัน
พวกเขาเป็นตัวแทนของการติดต่อพิเศษระหว่างสองหรือสารหลายอย่าง สาระสำคัญของกระบวนการทางเคมีที่ดำเนินการในระยะที่เป็นเนื้อเดียวกัน (เช่น แก๊ส - แก๊ส) โดยมีส่วนร่วมของตัวเร่งปฏิกิริยาประกอบด้วยการทำปฏิกิริยาในปริมาตรของสารผสมทั้งหมด ถ้าตัวเร่งปฏิกิริยาอยู่ในสถานะการรวมกลุ่มเดียวกันกับสารตั้งต้น มันจะสร้างสารเชิงซ้อนกลางที่เคลื่อนที่ได้ด้วยสารประกอบตั้งต้น
ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันเป็นสารเคมีหลักกระบวนการที่ดำเนินการ ตัวอย่างเช่น ในการกลั่นน้ำมัน การผลิตน้ำมันเบนซิน แนฟทา น้ำมันแก๊ส และเชื้อเพลิงอื่นๆ มันใช้เทคโนโลยีเช่นการปฏิรูป isomerization การแตกตัวเร่งปฏิกิริยา
ตัวเร่งปฏิกิริยาต่างกัน
ในกรณีของตัวเร่งปฏิกิริยาต่างกัน ติดต่อสารตั้งต้นมักเกิดขึ้นบนพื้นผิวแข็งของตัวเร่งปฏิกิริยา ศูนย์แอคทีฟที่เรียกว่าถูกสร้างขึ้นบนนั้น เหล่านี้เป็นบริเวณที่ปฏิกิริยาของสารประกอบที่ทำปฏิกิริยาดำเนินไปอย่างรวดเร็ว กล่าวคือ อัตราการเกิดปฏิกิริยาสูง พวกมันเป็นสายพันธุ์เฉพาะและมีบทบาทสำคัญเช่นกันหากกระบวนการทางเคมีเกิดขึ้นในเซลล์ที่มีชีวิต จากนั้นพวกเขาก็พูดถึงเมแทบอลิซึม - ปฏิกิริยาเมตาบอลิซึม ตัวอย่างของตัวเร่งปฏิกิริยาต่างกันคือการผลิตกรดซัลเฟตทางอุตสาหกรรม ในอุปกรณ์สัมผัส ส่วนผสมที่เป็นก๊าซของซัลเฟอร์ไดออกไซด์และออกซิเจนจะถูกทำให้ร้อนและส่งผ่านชั้นวางตาข่ายที่เต็มไปด้วยผงวานาเดียมออกไซด์หรือวานาดิลซัลเฟต VOSO ที่กระจายตัว4... ผลลัพธ์ที่ได้คือซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ ดังนั้นดูดซับด้วยกรดซัลฟิวริกเข้มข้น ของเหลวที่เรียกว่าโอเลี่ยมก่อตัวขึ้น สามารถเจือจางด้วยน้ำเพื่อให้ได้ความเข้มข้นของกรดซัลเฟตที่ต้องการ
คุณสมบัติของปฏิกิริยาเทอร์โมเคมี
การปล่อยหรือดูดซับพลังงานในรูปของความร้อนมีความสำคัญในทางปฏิบัติอย่างมาก พอเพียงเพื่อระลึกถึงปฏิกิริยาของการเผาไหม้เชื้อเพลิง: ก๊าซธรรมชาติ ถ่านหิน พีท เป็นกระบวนการทางกายภาพและทางเคมี ซึ่งเป็นลักษณะสำคัญที่ความร้อนจากการเผาไหม้ ปฏิกิริยาความร้อนเป็นที่แพร่หลายทั้งในโลกอินทรีย์และในธรรมชาติที่ไม่มีชีวิต ตัวอย่างเช่น ในกระบวนการย่อยอาหาร โปรตีน ไขมันและคาร์โบไฮเดรตจะถูกย่อยสลายภายใต้การกระทำของสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ - เอนไซม์
พลังงานที่ปล่อยออกมาสะสมอยู่ในรูปพันธะพลังงานสูงของโมเลกุล ATP ปฏิกิริยาการสลายจะมาพร้อมกับการปลดปล่อยพลังงาน ซึ่งบางส่วนจะกระจายไปในรูปของความร้อน จากการย่อยอาหารโปรตีนแต่ละกรัมให้พลังงาน 17.2 kJ แป้ง - 17.2 kJ ไขมัน - 38.9 kJ กระบวนการทางเคมีที่มีการปล่อยพลังงานเรียกว่าคายความร้อนและด้วยการดูดกลืนพลังงาน - ดูดความร้อน ในอุตสาหกรรมการสังเคราะห์สารอินทรีย์และเทคโนโลยีอื่นๆ จะคำนวณผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเทอร์โมเคมี สิ่งสำคัญที่ควรทราบ เช่น สำหรับการคำนวณปริมาณพลังงานที่ใช้กับเครื่องปฏิกรณ์ความร้อนและคอลัมน์สังเคราะห์ที่ถูกต้องซึ่งปฏิกิริยาเกิดขึ้นพร้อมกับการดูดซับความร้อน
จลนพลศาสตร์และบทบาทในทฤษฎีกระบวนการทางเคมี
การคำนวณความเร็วของอนุภาคที่ทำปฏิกิริยา (โมเลกุลไอออน) เป็นงานที่สำคัญที่สุดที่อุตสาหกรรมต้องเผชิญ โซลูชันนี้ให้ผลทางเศรษฐกิจและความสามารถในการทำกำไรของวัฏจักรเทคโนโลยีในการผลิตสารเคมี เพื่อเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาดังกล่าว เช่น การสังเคราะห์แอมโมเนีย ปัจจัยชี้ขาดคือการเปลี่ยนแปลงความดันในส่วนผสมของก๊าซไนโตรเจนและไฮโดรเจนเป็น 30 MPa ตลอดจนการป้องกันอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ( อุณหภูมิที่เหมาะสมคือ 450-550 ° C)
กระบวนการทางเคมีที่ใช้ในการผลิตกรดซัลเฟต กล่าวคือ: การเผาไหม้ของไพไรต์, การเกิดออกซิเดชันของซัลเฟอร์ไดออกไซด์, การดูดซึมของซัลเฟอร์ไตรออกไซด์โดยโอเลี่ยมจะดำเนินการภายใต้สภาวะที่ต่างกัน สำหรับสิ่งนี้จะใช้เตาเผาหนาแน่นและอุปกรณ์สัมผัส โดยคำนึงถึงความเข้มข้นของสารตั้งต้น อุณหภูมิ และความดัน ปัจจัยทั้งหมดเหล่านี้สัมพันธ์กันในการทำปฏิกิริยาที่อัตราสูงสุด ซึ่งจะเพิ่มผลผลิตของกรดซัลเฟตเป็น 96-98%
การหมุนเวียนของสารเป็นกระบวนการทางกายภาพและทางเคมีในธรรมชาติ
คำพูดที่โด่งดัง "การเคลื่อนไหวคือชีวิต" ได้นำไปใช้กับองค์ประกอบทางเคมีที่เข้าสู่ปฏิกิริยาประเภทต่างๆ (ปฏิกิริยาของสารประกอบ, การแทนที่, การสลายตัว, การแลกเปลี่ยน) โมเลกุลและอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีมีการเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่อง ตามที่นักวิทยาศาสตร์ได้กำหนดขึ้น ปฏิกิริยาเคมีทุกประเภทข้างต้นอาจมาพร้อมกับปรากฏการณ์ทางกายภาพ ได้แก่ การปลดปล่อยความร้อนหรือการดูดซับ การปล่อยโฟตอนแสง และการเปลี่ยนแปลงในสถานะของการรวมกลุ่ม กระบวนการเหล่านี้เกิดขึ้นในทุกเปลือกโลก: เปลือกโลก ไฮโดรสเฟียร์ บรรยากาศ ชีวมณฑล ที่สำคัญที่สุดคือวัฏจักรของสาร เช่น ออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์ และไนโตรเจน ในหัวข้อถัดไป เราจะมาดูกันว่าไนโตรเจนหมุนเวียนในบรรยากาศ ดิน และสิ่งมีชีวิตอย่างไร
การแปลงระหว่างไนโตรเจนและสารประกอบของมัน
เป็นที่ทราบกันดีว่าไนโตรเจนเป็นสิ่งจำเป็นเป็นส่วนสำคัญของโปรตีน ซึ่งหมายความว่ามันมีส่วนร่วมในการก่อตัวของชีวิตทางโลกทุกประเภทโดยไม่มีข้อยกเว้น ไนโตรเจนถูกดูดซับโดยพืชและสัตว์ในรูปของไอออน: แอมโมเนียม ไนเตรต และไนไตรต์ไอออน พืช อันเป็นผลมาจากการสังเคราะห์ด้วยแสง ไม่เพียงแต่สร้างกลูโคสเท่านั้น แต่ยังสร้างกรดอะมิโน กลีเซอรีน และกรดไขมันด้วย สารประกอบเคมีข้างต้นทั้งหมดเป็นผลจากปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในวัฏจักรคาลวิน นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียชื่อ K. Timiryazev กล่าวถึงบทบาทของจักรวาลของพืชสีเขียว โดยคำนึงถึงความสามารถในการสังเคราะห์โปรตีน
สัตว์กินพืชได้รับเปปไทด์จากอาหารจากพืชและสัตว์กินเนื้อ - จากเนื้อของเหยื่อ ในช่วงการสลายตัวของซากพืชและสัตว์ภายใต้อิทธิพลของแบคทีเรีย saprotrophic ในดิน กระบวนการทางชีววิทยาและเคมีที่ซับซ้อนก็เกิดขึ้น เป็นผลให้ไนโตรเจนจากสารประกอบอินทรีย์ถูกแปลงเป็นรูปแบบอนินทรีย์ (แอมโมเนีย, ไนโตรเจนอิสระ, ไนเตรตและไนไตรต์เกิดขึ้น) เมื่อกลับสู่บรรยากาศและดิน สารทั้งหมดเหล่านี้จะถูกดูดซึมโดยพืชอีกครั้ง ไนโตรเจนเข้าสู่ผิวใบและสารละลายของกรดไนตริกและไนตรัสและเกลือของพวกมันจะถูกดูดซับโดยขนรากของรากพืช วัฏจักรการแปลงไนโตรเจนถูกปิดเพื่อทำซ้ำอีกครั้ง สาระสำคัญของกระบวนการทางเคมีที่เกิดขึ้นกับสารประกอบไนโตรเจนในธรรมชาติได้รับการศึกษาอย่างละเอียดในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย D.N. Pryanishnikov
ผงโลหะ
กระบวนการและเทคโนโลยีทางเคมีสมัยใหม่มีส่วนร่วมอย่างเป็นรูปธรรมในการสร้างวัสดุที่มีคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีที่เป็นเอกลักษณ์ สิ่งนี้สำคัญอย่างยิ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเครื่องมือและอุปกรณ์ของโรงกลั่นน้ำมัน สถานประกอบการที่ผลิตกรดอนินทรีย์ สีย้อม น้ำยาเคลือบเงา และพลาสติก ในการผลิตจะใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนอุปกรณ์สัมผัสคอลัมน์สังเคราะห์ท่อ พื้นผิวของอุปกรณ์สัมผัสกับตัวกลางที่มีฤทธิ์รุนแรงภายใต้แรงดันสูง นอกจากนี้ กระบวนการผลิตสารเคมีเกือบทั้งหมดยังดำเนินการภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิสูง สิ่งสำคัญคือต้องได้วัสดุที่มีอัตราการต้านทานความร้อนและกรดสูง และมีคุณสมบัติต้านการกัดกร่อน
ผงโลหะวิทยารวมถึงกระบวนการผลิตผงที่มีส่วนผสมของโลหะ การเผาผนึกและการแนะนำองค์ประกอบของโลหะผสมสมัยใหม่ที่ใช้ในการทำปฏิกิริยากับสารที่มีฤทธิ์รุนแรงทางเคมี
คอมโพสิตและความหมาย
ท่ามกลางเทคโนโลยีที่ทันสมัย ที่สำคัญที่สุดกระบวนการทางเคมีคือปฏิกิริยาของการได้รับวัสดุผสม ซึ่งรวมถึงโฟม เซอร์เม็ท นอร์ปาพัลสตาส โลหะและโลหะผสม เซรามิก และพลาสติกถูกใช้เป็นเมทริกซ์สำหรับการผลิต ใช้แคลเซียมซิลิเกต ดินเหนียวสีขาว สตรอนเทียม และแบเรียมเฟอร์ไรด์เป็นสารตัวเติม สารทั้งหมดข้างต้นมีความทนทานต่อแรงกระแทก ความร้อน และการสึกหรอต่อวัสดุคอมโพสิต
เทคโนโลยีเคมีคืออะไร
สาขาวิชาวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาทุนและวิธีการที่ใช้ในปฏิกิริยาการแปรรูปวัตถุดิบ: น้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ ถ่านหิน แร่ธาตุ เรียกว่าเทคโนโลยีเคมี กล่าวอีกนัยหนึ่งก็คือศาสตร์แห่งกระบวนการทางเคมีที่เกิดขึ้นจากกิจกรรมของมนุษย์ พื้นฐานทางทฤษฎีทั้งหมดประกอบด้วยคณิตศาสตร์ ไซเบอร์เนติกส์ เคมีเชิงฟิสิกส์ และเศรษฐศาสตร์อุตสาหกรรม ไม่สำคัญว่ากระบวนการทางเคมีใดที่เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยี (การผลิตกรดไนเตรต, การสลายตัวของหินปูน, การสังเคราะห์พลาสติกฟีนอล - ฟอร์มัลดีไฮด์) - ในสภาพสมัยใหม่เป็นไปไม่ได้หากไม่มีระบบควบคุมอัตโนมัติที่อำนวยความสะดวกในกิจกรรมของมนุษย์, ไม่รวมมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมและ ให้เทคโนโลยีการผลิตสารเคมีที่ต่อเนื่องและปราศจากของเสีย
ในงานนี้ เราได้พิจารณาตัวอย่างกระบวนการทางเคมีที่เกิดขึ้นทั้งในธรรมชาติของสิ่งมีชีวิต (การสังเคราะห์ด้วยแสง การสลายตัว วัฏจักรไนโตรเจน) และในอุตสาหกรรม
