دگرگونی های متقابل ترکیبات مشاهده شده در حیات وحش و همچنین در نتیجه فعالیت های انسانی رخ می دهد، می تواند به عنوان فرآیندهای شیمیایی در نظر گرفته شود. معرف های موجود در آنها می توانند دو یا چند ماده باشند که در یک یا در حالت های مختلف تجمع هستند. بسته به این، سیستم های همگن یا ناهمگن متمایز می شوند. شرایط انجام، ویژگی های دوره و نقش فرآیندهای شیمیایی در طبیعت در این مقاله بررسی خواهد شد.
منظور از واکنش شیمیایی چیست
اگر در نتیجه برهمکنش مواد اولیه، اجزای تشکیل دهنده مولکول های آنها دستخوش تغییراتی شوند و بارهای هسته اتم ها ثابت بماند، از واکنش ها یا فرآیندهای شیمیایی صحبت می کنند. محصولاتی که در نتیجه جریان آنها شکل می گیرد توسط انسان در صنعت، کشاورزی و زندگی روزمره استفاده می شود. تعداد زیادی از تعاملاتبین مواد رخ می دهد، چه در طبیعت زنده و چه در طبیعت بی جان. فرآیندهای شیمیایی تفاوت اساسی با پدیده های فیزیکی و خواص رادیواکتیویته دارند. مولکول های مواد جدید در آنها تشکیل می شود، در حالی که فرآیندهای فیزیکی ترکیب ترکیبات را تغییر نمی دهند و اتم های عناصر شیمیایی جدید در واکنش های هسته ای به وجود می آیند.
شرایط اجرای فرآیندها در شیمی
آنها می توانند متفاوت باشند و در درجه اول به ماهیت معرف ها، نیاز به هجوم انرژی از خارج و همچنین وضعیت تجمع (جامدات، محلول ها، گازها) که در آن فرآیند رخ می دهد بستگی دارد. مکانیسم شیمیایی برهمکنش بین دو یا چند ترکیب را می توان تحت تأثیر کاتالیزورها (مثلاً تولید اسید نیتریک)، دما (به دست آوردن آمونیاک)، انرژی نور (فتوسنتز) انجام داد. با مشارکت آنزیم ها در طبیعت زنده، فرآیندهای واکنش شیمیایی تخمیر (الکل، اسید لاکتیک، بوتیریک) که در صنایع غذایی و میکروبیولوژیکی استفاده می شود، گسترده است. برای به دست آوردن محصولات در صنعت سنتز آلی، یکی از شرایط اصلی وجود مکانیسم رادیکال آزاد فرآیند شیمیایی است. یک مثال می تواند تولید مشتقات کلر متان (دی کلرومتان، تری کلرومتان، تتراکلرید کربن، ناشی از واکنش های زنجیره ای) باشد.
کاتالیز همگن
آنها انواع خاصی از تماس بین دو یا چند ماده هستند. ماهیت فرآیندهای شیمیایی که در یک فاز همگن (به عنوان مثال گاز - گاز) با مشارکت شتاب دهنده ها اتفاق می افتد.واکنش ها شامل انجام واکنش ها در کل حجم مخلوط ها است. اگر کاتالیزور در حالت تجمع مشابه واکنش دهنده ها باشد، کمپلکس های میانی متحرک را با ترکیبات اولیه تشکیل می دهد.
کاتالیز همگن یک فرآیند شیمیایی اساسی است که به عنوان مثال در پالایش نفت، بنزین، نفتا، نفت گاز و سایر سوخت ها استفاده می شود. از فناوری هایی مانند رفرمینگ، ایزومریزاسیون، کراکینگ کاتالیستی استفاده می کند.
کاتالیز ناهمگن
در مورد کاتالیز ناهمگن، تماس واکنش دهنده ها اغلب روی سطح جامد خود کاتالیزور رخ می دهد. به اصطلاح مراکز فعال روی آن شکل می گیرد. اینها مناطقی هستند که برهمکنش ترکیبات واکنش دهنده بسیار سریع انجام می شود، یعنی سرعت واکنش بالا است. آنها خاص گونه هستند و همچنین در صورت وقوع فرآیندهای شیمیایی در سلول های زنده نقش مهمی ایفا می کنند. سپس آنها در مورد متابولیسم - واکنش های متابولیک صحبت می کنند. نمونه ای از کاتالیز ناهمگن، تولید صنعتی اسید سولفات است. در دستگاه تماس، مخلوط گازی از دی اکسید گوگرد و اکسیژن گرم می شود و از قفسه های شبکه ای پر شده با پودر پراکنده اکسید وانادیم یا سولفات وانادیل VOSO4 عبور داده می شود. محصول حاصل، تری اکسید گوگرد، سپس توسط اسید سولفوریک غلیظ جذب می شود. مایعی به نام اولئوم تشکیل می شود. می توان آن را با آب رقیق کرد تا غلظت مورد نظر اسید سولفات به دست آید.
ویژگی های واکنش های ترموشیمیایی
آزادسازی یا جذب انرژی به شکل گرما از اهمیت عملی بالایی برخوردار است. کافی است واکنش های احتراق سوخت را یادآوری کنیم: گاز طبیعی، زغال سنگ، ذغال سنگ نارس. آنها فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی هستند که یک ویژگی مهم آنها گرمای احتراق است. واکنش های حرارتی هم در دنیای آلی و هم در طبیعت بی جان گسترده است. به عنوان مثال، در فرآیند هضم، پروتئین ها، لیپیدها و کربوهیدرات ها تحت تأثیر مواد فعال بیولوژیکی - آنزیم ها تجزیه می شوند.
انرژی آزاد شده به شکل پیوندهای ماکرو ارژیک مولکول های ATP انباشته می شود. واکنش های غیر همجنس با آزاد شدن انرژی همراه است که بخشی از آن به صورت گرما پراکنده می شود. در نتیجه هضم، هر گرم پروتئین 17.2 کیلوژول انرژی، نشاسته - 17.2 کیلوژول، چربی - 38.9 کیلوژول تامین می کند. فرآیندهای شیمیایی که انرژی آزاد می کنند گرمازا و آنهایی که آن را جذب می کنند گرماگیر نامیده می شوند. در صنعت سنتز آلی و سایر فناوری ها، اثرات حرارتی واکنش های ترموشیمیایی محاسبه می شود. برای مثال برای محاسبه صحیح مقدار انرژی مورد استفاده برای گرم کردن راکتورها و ستون های سنتزی که در آنها واکنش ها انجام می شود و با جذب گرما همراه است، این مهم است.
سینتیک و نقش آن در نظریه فرآیندهای شیمیایی
محاسبه سرعت ذرات واکنش دهنده (مولکول ها، یون ها) مهمترین وظیفه ای است که صنعت با آن روبروست. راه حل آن تأثیر اقتصادی و سودآوری چرخه های فناوری در تولید مواد شیمیایی را تضمین می کند. برای افزایشسرعت چنین واکنشی مانند سنتز آمونیاک، عوامل تعیین کننده تغییر فشار در مخلوط گاز نیتروژن و هیدروژن تا 30 مگاپاسکال و همچنین جلوگیری از افزایش شدید دما (دما) خواهد بود. 450-550 درجه سانتیگراد بهینه است).
فرایندهای شیمیایی مورد استفاده در تولید اسید سولفات، یعنی: سوزاندن پیریت، اکسیداسیون دی اکسید گوگرد، جذب تری اکسید گوگرد توسط اولئوم، تحت شرایط مختلفی انجام می شود. برای این کار از کوره پیریت و دستگاه های تماسی استفاده می شود. آنها غلظت واکنش دهنده ها، دما و فشار را در نظر می گیرند. همه این عوامل برای انجام واکنش با بالاترین سرعت همبستگی دارند، که بازده اسید سولفات را به 96-98% افزایش می‌دهد..
چرخه مواد به عنوان فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی در طبیعت
ضرب المثل معروف "حرکت زندگی است" را می توان در مورد عناصر شیمیایی که در انواع مختلف برهمکنش (واکنش های ترکیب، جانشینی، تجزیه، تبادل) وارد می شوند نیز به کار برد. مولکول ها و اتم های عناصر شیمیایی در حرکت ثابت هستند. همانطور که دانشمندان ثابت کرده اند، همه انواع واکنش های شیمیایی فوق می توانند با پدیده های فیزیکی همراه باشند: انتشار گرما یا جذب آن، انتشار فوتون های نور، تغییر در حالت تجمع. این فرآیندها در هر پوسته زمین رخ می دهد: لیتوسفر، هیدروسفر، اتمسفر، بیوسفر. مهمترین آنها چرخه موادی مانند اکسیژن، دی اکسید کربن و نیتروژن است. در عنوان بعدی به نحوه گردش نیتروژن در جو، خاک وموجودات زنده.
تبدیل نیتروژن و ترکیبات آن
به خوبی شناخته شده است که نیتروژن جزء ضروری پروتئین ها است، به این معنی که بدون استثنا در شکل گیری انواع زندگی زمینی نقش دارد. نیتروژن توسط گیاهان و حیوانات به شکل یون هایی جذب می شود: یون های آمونیوم، نیترات و نیتریت. در نتیجه فتوسنتز، گیاهان نه تنها گلوکز، بلکه اسیدهای آمینه، گلیسرول و اسیدهای چرب را نیز تشکیل می دهند. تمام ترکیبات شیمیایی فوق محصول واکنش هایی هستند که در چرخه کالوین رخ می دهند. دانشمند برجسته روسی K. Timiryazev در مورد نقش کیهانی گیاهان سبز صحبت کرد و از جمله به توانایی آنها در سنتز پروتئین اشاره کرد.
علفخواران پپتیدهای خود را از غذاهای گیاهی دریافت می کنند، در حالی که گوشتخواران پپتیدهای خود را از گوشت طعمه دریافت می کنند. در طی پوسیدگی بقایای گیاهی و حیوانی تحت تأثیر باکتری های ساپروتروف خاک، فرآیندهای پیچیده بیولوژیکی و شیمیایی رخ می دهد. در نتیجه، نیتروژن از ترکیبات آلی به شکل غیر آلی تبدیل می شود (آمونیاک، نیتروژن آزاد، نیترات ها و نیتریت ها تشکیل می شوند). با بازگشت به جو و خاک، همه این مواد دوباره جذب گیاهان می شوند. نیتروژن از طریق روزنه های پوست برگ ها وارد می شود و محلول های اسیدهای نیتریک و نیتروژن و املاح آنها توسط کرک های ریشه ریشه گیاهان جذب می شود. چرخه تبدیل نیتروژن بسته می شود تا دوباره تکرار شود. ماهیت فرآیندهای شیمیایی که با ترکیبات نیتروژن در طبیعت رخ می دهد در آغاز قرن بیستم توسط دانشمند روسی D. N. Pryanishnikov به تفصیل مورد مطالعه قرار گرفت.
متالورژی پودر
فرایندها و فناوری های شیمیایی مدرن سهم قابل توجهی در ایجاد مواد با خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد دارند. این به ویژه برای ابزار و تجهیزات پالایشگاه های نفت، شرکت های تولید اسیدهای معدنی، رنگ ها، لاک ها و پلاستیک ها اهمیت دارد. در تولید آنها، مبدل های حرارتی، دستگاه های تماس، ستون های سنتز، خطوط لوله استفاده می شود. سطح تجهیزات تحت فشار بالا با رسانه های تهاجمی در تماس است. علاوه بر این، تقریباً تمام فرآیندهای تولید شیمیایی در دماهای بالا انجام می شود. مربوط به تولید مواد با نرخ بالای مقاومت حرارتی و اسیدی، خواص ضد خوردگی است.
متالورژی پودر شامل تولید پودرهای حاوی فلز، تف جوشی و ادغام در آلیاژهای مدرن مورد استفاده در واکنش با مواد شیمیایی تهاجمی است.
کامپوزیت ها و معنی آنها
در میان فناوری های مدرن، مهمترین فرآیندهای شیمیایی واکنش های به دست آوردن مواد کامپوزیتی است. اینها عبارتند از فوم ها، سرمت ها، نورپاپالست ها. به عنوان ماتریس برای تولید، از فلزات و آلیاژهای آنها، سرامیک و پلاستیک استفاده می شود. سیلیکات کلسیم، خاک رس سفید، استرانسیم و باریم فرید به عنوان پرکننده استفاده می شود. همه مواد فوق به مواد کامپوزیت مقاومت در برابر ضربه، حرارت و مقاومت در برابر سایش می دهند.
مهندسی شیمی چیست
شاخه ای از علم که به مطالعه ابزار و روش های مورد استفاده در واکنش های فرآوری مواد خام: نفت، گاز طبیعی، زغال سنگ، مواد معدنی می پردازد، فناوری شیمیایی نامیده می شد. به عبارت دیگر، علم فرآیندهای شیمیایی است که در نتیجه فعالیت انسان رخ می دهد. کل پایه نظری آن از ریاضیات، سایبرنتیک، شیمی فیزیک و اقتصاد صنعتی تشکیل شده است. مهم نیست که چه فرآیند شیمیایی در این فناوری (به دست آوردن اسید نیترات، تجزیه سنگ آهک، سنتز پلاستیک های فنل فرمالدئید) درگیر است - در شرایط مدرن بدون سیستم های کنترل خودکار که فعالیت های انسانی را تسهیل می کند، آلودگی های محیطی را از بین می برد و تضمین می کند غیرممکن است. فناوری تولید مواد شیمیایی مستمر و بدون زباله.
در این مقاله، نمونه هایی از فرآیندهای شیمیایی را که هم در حیات وحش (فتوسنتز، تجزیه، چرخه نیتروژن) و هم در صنعت رخ می دهند، در نظر گرفتیم.
