Какъв е химическият процес? Химическият процес: същността и ролята в природата

Взаимните трансформации на съединенията, наблюдавани в живата природа, както и тези, произтичащи от човешката дейност, могат да се разглеждат като химически процеси. Реагентите в тях могат да бъдат две или повече вещества, които са в едно или в различни агрегатни състояния. В зависимост от това се разграничават хомогенни или хетерогенни системи. Условията за провеждане, характеристиките на курса и ролята на химичните процеси в природата ще бъдат разгледани в тази статия.

Какво означава химическа реакция

Ако резултатът от взаимодействието на изходните материали са подложени на промяна части на молекулите и атомни такси ядра са същите, да кажем около химични реакции или процеси. Продукти, образувани в резултат на курса им, човекът, използвани в промишлеността, селското стопанство и бита. Наблюдава се огромен брой взаимодействия между веществата, както в жива, така и в нежива природа. Химичните процеси имат фундаментална разлика от физичните явления и свойствата на радиоактивността. В тези нови вещества образува молекула, докато физични процеси не променят състава на съединения и ядрени реакции възникват атома нови химични елементи.

Условия за внедряване на процесите в химията

Те могат да бъдат различни и зависят най-вече от естеството на реагентите, от необходимостта от външно енергоснабдяване, а също и от общото състояние (твърди вещества, разтвори, газове), в които се осъществява процесът. Химическият механизъм на взаимодействие между две или повече съединения може да се осъществи под въздействието на катализатори (например производство на азотна киселина), температура (производство на амоняк), светлинна енергия (фотосинтеза). С участието на ензими в живата природа процесите на химическата реакция на ферментацията (алкохолна, млечна, киселинна), използвани в хранителната и микробиологичната промишленост, са широко разпространени. За да се получат продукти в отрасъла на органичния синтез, едно от основните условия е наличието на свободен радикален механизъм на химичния процес. Пример може да бъде производството на хлорни производни на метан (дихлорометан, трихлорметан, тетрахлорметан, образувани в резултат на верижни реакции.

Хомогенна катализа

Те са специални видове контакт между две или повече вещества. Същността на химичните процеси, протичащи в хомогенна фаза (например газ-газ) с участието на ускорители на реакцията, се състои в извършване на реакции през целия обем на смесите. Ако катализаторът е в същото агрегатно състояние като реагентите, той образува подвижни междинни комплекси с изходните съединения.

Хомогенната катализа е основният химичен процес, например при преработката на петрол, производството на бензин, нафта, газьол и други горива. Използва технологии като реформинг, изомеризация, каталитичен крекинг.

Хетерогенна катализа

В случай на хетерогенен катализатор, контакта на реагентите се появява най-често върху твърда повърхност на катализатора. Тя формира така наречените активни центрове. Това са области, в които взаимодействието на реагиращите съединения се осъществява много бързо, скорост на реакция е висока. Те са специфични за отделните видове и играят важна роля и при химични процеси в живите клетки. След това говорете за метаболизма - метаболитни реакции. Пример за хетерогенна катализа е индустриалното производство на сулфатна киселина. Контактният газовата смес на серен диоксид и кислород се нагрява и преминава през решетъчни рафтове пълни с частици или прах на ванадиев оксид, ванадил сулфат VOSO₄. Полученият продукт е серен триоксид, след това той се абсорбира от концентрирана сярна киселина. Създава се течност, наречена oleum. Може да се разрежда с вода, за да се получи желаната концентрация на сулфатна киселина.

Характеристики на термохимичните реакции

Изолирането или поглъщането на енергия под формата на топлина е от голямо практическо значение. Достатъчно е да припомним реакцията на горивото: природен газ, въглища, торф. Те са физикохимични процеси, важната характеристика на които е топлината на изгаряне. Термичните реакции са широко разпространени както в органичния свят, така и в неживата природа. Например, в процеса на храносмилането протеините, липидите и въглехидратите се разцепват под действието на биологично активни вещества - ензими.

Освободената енергия се натрупва във формата на макроенергични връзки на молекулите на АТР. Реакциите на дисимилацията се съпровождат от отделянето на енергия, част от която се разсейва като топлина. В резултат на храносмилането, всеки грам протеин дава 17, 2 kJ енергия, нишесте - 17, 2 kJ, мазнина - 38.9 kJ. Химичните процеси, които протичат с освобождаването на енергия, се наричат ​​екзотермични и с абсорбцията им - ендотермична. В сектора на органичния синтез и други технологии се изчисляват топлинните ефекти на термохимичните реакции. Това е важно да се знае, например, за правилното изчисление на количеството енергия, използвана за загряване на реактори и синтезни колони, в които възникват реакции, придружени от топлинна абсорбция.

Кинетика и ролята й в теорията на химичните процеси

Изчисляването на скоростта на реагиране на частици (молекули, йони) е най-важната задача, пред която е изправена индустрията. Неговото решение осигурява икономически ползи и рентабилност на технологичните цикли в химическото производство. За да се увеличи скоростта на подобна реакция, като например синтез на амоняк решаващи фактори са промяната на налягането в смес от азот и водород газ до 30 МРа, и предотвратяване на рязко повишаване на температурата (оптимална температура е 450- 550 ° С).

Химичните процеси, използвани при производството на сулфатна киселина, а именно: изгаряне на пирити, окисляване на серен диоксид, абсорбция на серен триоксид чрез олеум се извършва при различни условия. За това се използват пиритни пещи и контактни апарати. Те отчитат концентрациите на реагентите, температурата и налягането. Всички тези фактори корелират, за да извършат реакцията най-бързо, което увеличава добива на сулфатна киселина до 96-98%.

Цикълът на веществата, като физикохимични процеси в природата

Известната поговорка "Движението е живот" може да се приложи и към химически елементи, влизащи в различни видове взаимодействия (реакции на съединение, заместване, разлагане, обмяна). Молекулите и атомите на химическите елементи пристигат в непрекъснато движение. Както учените са установили, всичко това видовете химични реакции могат да бъдат придружени от физически явления: освобождаване на топлина или нейното поглъщане, излъчване на светлинни фотони, промяна в агрегатното състояние. Тези процеси се срещат във всяка обвивка на Земята: литосферата, хидросферата, атмосферата, биосферата. Най-значимите от тях са циклите на вещества като кислород, въглероден диоксид и азот. В следващата рубрика ще разгледаме как се разпространява азотът в атмосферата, почвата и живите организми.

Интерконверсия на азота и неговите съединения

Добре известно е, че азотът е необходима съставна част от протеините и затова участва безкрайно във формирането на всички видове земни животи. Азотът се асимилира от растения и животни под формата на йони: амониеви, нитратни и нитритни йони. Растенията в резултат на фотосинтезата образуват не само глюкоза, но и аминокиселини, глицерин, мастни киселини. Всички изброени по-горе химични съединения са продукти на реакциите, възникващи в цикъла на Калвин. Изключителният руски учен К. Тимирязев говори за космическата роля на зелените растения, имайки предвид, наред с други неща, способността им да синтезират протеини.

Боровинките получават пептиди от растителни храни и месоядни животни - от месото на жертвите. По време на разпадането на растителни и животински останки под влияние на сапротрофни почвени бактерии възникват сложни биологични и химични процеси. В резултат на това азотът от органични съединения преминава в неорганична форма (амоняк, свободен азот, нитрати и нитрити се образуват). Връщайки се в атмосферата и почвата, всички тези вещества отново се асимилират от растенията. Азотът навлиза през стомаха на кожата на листата и разтвори на азот и азотна киселина и техните соли се абсорбират от кореновите косми на корените на растенията. Цикълът на преобразуване на азота се затваря за повторение. Същността на химичните процеси, настъпващи с азотни съединения в природата е изследван подробно в началото на 20-ти век от руския учен DN Pryanishnikov.

Праховата металургия

Съвременни химични процеси и технологии, които правят значителен принос за създаването на материали с уникални физични и химични свойства. Това е особено важно, особено за устройства и оборудване на петролни рафинерии, предприятия, които произвеждат неорганични киселини, багрила, бои, пластмаси. При производството им се използват топлообменници, контактен апарат, синтез колона, тръбопроводи. Повърхността на оборудването е в контакт с агресивни среди, които са под високо налягане. Освен това, почти всички процеси на химическо производство се извършват под въздействието на високи температури. Локалното е получаване материали с висока термична и киселинна устойчивост, антикорозионни свойства.

Праховата металургия включва процесите на производство на прахове, съдържащи метал, синтероване и въвеждане в състава на съвременните сплави, използвани при реакции с химически агресивни вещества.

Композити и тяхното значение

Сред съвременните технологии най-важните химични процеси са реакциите при получаване на композитни материали. Те включват пени, керамики, норпапалти. Като матрица за производство използва метали и техните сплави, керамика, пластмаси. Като пълнители се използват калциев силикат, бяла глина, стронциев ферий и барий. Всички горепосочени вещества придават композитни материали на устойчивост на удар, топлина и износоустойчивост.

Какво представлява химическата технология?

Клонът, науката, ангажиран в изучаването на средствата и методите, използвани в реакциите при преработката на суровини: нефт, природен газ, въглища, минерали, се нарича химическа технология. С други думи, науката за химическите процеси се случва в резултат на човешката дейност. Цялата му теоретична база е математиката, кибернетиката, физическата химия, индустриалната икономика. Без значение какво процеса на химически участва в технологията (получаване нитрат киселина разлагане на варовик, синтезът на фенол-формалдехидна пластмаси) - при сегашните условия е невъзможно без автоматизирани системи за управление, за да се улесни човешката дейност, с изключение на замърсяването на околната среда, и да се осигури непрекъснатост и неотпадъчна технология химическо производство.

В тази статия се разглеждат примери за химични процеси, които се срещат както в живата природа (фотосинтеза, дисимилация, азот), така и в промишлеността.