Doğal yaşamda gözlemlenen ve insan faaliyetleri sonucunda meydana gelen bileşiklerin karşılıklı dönüşümleri kimyasal süreçler olarak kabul edilebilir. İçlerindeki reaktifler, aynı veya farklı kümelenme durumlarında bulunan iki veya daha fazla madde olabilir. Buna bağlı olarak homojen veya heterojen sistemler ayırt edilir. Bu yazıda yürütme koşulları, dersin özellikleri ve kimyasal süreçlerin doğadaki rolü ele alınacaktır.
Kimyasal reaksiyon ne anlama gelir
İlk maddelerin etkileşiminin bir sonucu olarak, moleküllerini oluşturan parçalar değişikliğe uğrarsa ve atom çekirdeklerinin yükleri aynı kalırsa, kimyasal reaksiyonlardan veya süreçlerden bahsederler. Akışı sonucu oluşan ürünler insan tarafından sanayide, tarımda ve günlük yaşamda kullanılmaktadır. Çok sayıda etkileşimmaddeler arasında hem canlı hem de cansız doğada meydana gelir. Kimyasal süreçler, radyoaktivitenin fiziksel fenomenlerinden ve özelliklerinden temel bir farklılığa sahiptir. İçlerinde yeni maddelerin molekülleri oluşur, fiziksel süreçler bileşiklerin bileşimini değiştirmez ve nükleer reaksiyonlarda yeni kimyasal elementlerin atomları ortaya çıkar.
Kimyada süreçlerin uygulanması için koşullar
Farklı olabilirler ve öncelikle reaktiflerin doğasına, dışarıdan enerji akışı ihtiyacına ve ayrıca işlemin gerçekleştiği kümelenme durumuna (katılar, çözeltiler, gazlar) bağlıdır. İki veya daha fazla bileşik arasındaki kimyasal etkileşim mekanizması, katalizörlerin (örneğin, nitrik asit üretimi), sıcaklığın (amonyak elde edilmesi), ışık enerjisinin (fotosentez) etkisi altında gerçekleştirilebilir. Enzimlerin canlı doğaya katılımıyla, gıda ve mikrobiyoloji endüstrilerinde kullanılan fermantasyonun (alkol, laktik asit, butirik) kimyasal reaksiyon süreçleri yaygındır. Organik sentez endüstrisinde ürünler elde etmek için ana koşullardan biri, kimyasal sürecin serbest radikal mekanizmasının varlığıdır. Bir örnek, metanın klor türevlerinin (zincir reaksiyonlarından kaynaklanan diklorometan, triklorometan, karbon tetraklorür) üretimi olabilir.
Homojen kataliz
İki veya daha fazla madde arasındaki özel temas türleridir. Hızlandırıcıların katılımıyla homojen bir fazda (örneğin gaz - gaz) meydana gelen kimyasal işlemlerin özüreaksiyonlar, tüm karışım hacminde reaksiyonların yürütülmesinden oluşur. Katalizör, reaktanlarla aynı kümelenme durumundaysa, başlangıç bileşikleri ile hareketli ara kompleksler oluşturur.
Homojen kataliz, örneğin petrol arıtma, benzin, nafta, gaz yağı ve diğer yakıtlarda kullanılan temel bir kimyasal işlemdir. Yeniden biçimlendirme, izomerizasyon, katalitik kırma gibi teknolojileri kullanır.
Heterojen kataliz
Heterojen kataliz durumunda, reaktanların teması çoğunlukla katalizörün kendisinin katı yüzeyinde meydana gelir. Üzerinde sözde aktif merkezler oluşur. Bunlar reaksiyona giren bileşiklerin etkileşiminin çok hızlı ilerlediği yani reaksiyon hızının yüksek olduğu alanlardır. Türe özgüdürler ve canlı hücrelerde kimyasal süreçler meydana geldiğinde de önemli bir rol oynarlar. Sonra metabolizma - metabolik reaksiyonlar hakkında konuşurlar. Heterojen katalize bir örnek, sülfat asidinin endüstriyel üretimidir. Kontak aparatında, gaz halinde bir kükürt dioksit ve oksijen karışımı ısıtılır ve dağılmış vanadyum oksit veya vanadil sülfat tozu VOSO4 ile doldurulmuş kafes raflardan geçirilir. Nihai ürün, kükürt trioksit, daha sonra konsantre sülfürik asit tarafından emilir. Oleum adı verilen bir sıvı oluşur. İstenilen sülfat asidi konsantrasyonunu elde etmek için su ile seyreltilebilir.
Termokimyasal reaksiyonların özellikleri
Enerjinin ısı şeklinde serbest bırakılması veya emilmesi büyük pratik öneme sahiptir. Yakıtın yanma reaksiyonlarını hatırlamak yeterlidir: doğal gaz, kömür, turba. Bunlar, önemli bir özelliği yanma ısısı olan fiziksel ve kimyasal süreçlerdir. Termal reaksiyonlar hem organik dünyada hem de cansız doğada yaygındır. Örneğin, sindirim sürecinde proteinler, lipidler ve karbonhidratlar biyolojik olarak aktif maddelerin - enzimlerin etkisi altında parçalanır.
Serbest kalan enerji, ATP moleküllerinin makroerjik bağları şeklinde birikir. Disimilasyon reaksiyonlarına, bir kısmı ısı şeklinde dağılan enerjinin serbest bırakılması eşlik eder. Sindirimin bir sonucu olarak, her gram protein 17,2 kJ enerji, nişasta - 17,2 kJ, yağ - 38,9 kJ sağlar. Enerjiyi serbest bırakan kimyasal süreçlere ekzotermik, onu emenlere ise endotermik denir. Organik sentez endüstrisinde ve diğer teknolojilerde, termokimyasal reaksiyonların termal etkileri hesaplanır. Bunu bilmek, örneğin, reaksiyonların gerçekleştiği reaktörleri ve sentez kolonlarını ısıtmak için kullanılan enerji miktarının, ısının emilmesiyle birlikte doğru hesaplanması için önemlidir.
Kinetik ve kimyasal süreçler teorisindeki rolü
Reaksiyona giren parçacıkların (moleküller, iyonlar) hızını hesaplamak, endüstrinin karşı karşıya olduğu en önemli görevdir. Çözümü, kimyasal üretimde teknolojik döngülerin ekonomik etkisini ve karlılığını sağlar. artış içinamonyak sentezi gibi böyle bir reaksiyonun hızı, belirleyici faktörler, 30 MPa'ya kadar bir nitrojen ve hidrojen gaz karışımındaki basınçta bir değişiklik ve ayrıca sıcaklıkta keskin bir artışın önlenmesi olacaktır (sıcaklık 450-550 °C en uygunudur).
Sülfat asidi üretiminde kullanılan kimyasal işlemler, yani: piritlerin yanması, kükürt dioksit oksidasyonu, oleum tarafından kükürt trioksitin emilmesi, çeşitli koşullar altında gerçekleştirilir. Bunun için bir pirit fırını ve kontak cihazları kullanılır. Reaktanların konsantrasyonunu, sıcaklığı ve basıncı hesaba katarlar. Tüm bu faktörler, reaksiyonun en yüksek oranda gerçekleştirilmesiyle ilişkilidir ve bu da sülfat asidi verimini %96-98'e çıkarır.
Doğada fiziksel ve kimyasal süreçler olarak maddelerin döngüsü
İyi bilinen "Hareket hayattır" deyişi, çeşitli etkileşim türlerine (kombinasyon, ikame, ayrışma, değişim reaksiyonları) giren kimyasal elementlere de uygulanabilir. Kimyasal elementlerin molekülleri ve atomları sürekli hareket halindedir. Bilim adamlarının belirlediği gibi, yukarıdaki kimyasal reaksiyon türlerinin tümüne fiziksel fenomenler eşlik edebilir: ısının serbest bırakılması veya emilmesi, ışık fotonlarının yayılması, kümelenme durumunda bir değişiklik. Bu süreçler Dünyanın her kabuğunda meydana gelir: litosfer, hidrosfer, atmosfer, biyosfer. Bunlardan en önemlisi oksijen, karbondioksit ve azot gibi maddelerin döngüleridir. Bir sonraki başlıkta, azotun atmosferde, toprakta ve toprakta nasıl dolaştığını inceleyeceğiz.canlı organizmalar.
Azot ve bileşiklerinin birbirine dönüşümü
Azot'un proteinlerin gerekli bir bileşeni olduğu iyi bilinir, bu da istisnasız her türlü dünyevi yaşamın oluşumunda yer aldığı anlamına gelir. Azot, bitkiler ve hayvanlar tarafından iyonlar şeklinde emilir: amonyum, nitrat ve nitrit iyonları. Fotosentez sonucunda bitkiler sadece glikoz değil aynı zamanda amino asitler, gliserol ve yağ asitleri de oluştururlar. Yukarıdaki kimyasal bileşiklerin tümü, Calvin döngüsünde meydana gelen reaksiyonların ürünleridir. Olağanüstü Rus bilim adamı K. Timiryazev, diğer şeylerin yanı sıra protein sentezleme yeteneklerine atıfta bulunarak yeşil bitkilerin kozmik rolünden bahsetti.
Otçullar pep titlerini bitkisel gıdalardan alırken, etoburlar pep titlerini av etinden alır. Bitki ve hayvan kalıntılarının çürümesi sırasında saprotrofik toprak bakterilerinin etkisi altında karmaşık biyolojik ve kimyasal süreçler meydana gelir. Sonuç olarak, organik bileşiklerden gelen azot inorganik bir forma geçer (amonyak, serbest azot, nitratlar ve nitritler oluşur). Atmosfere ve toprağa dönen tüm bu maddeler tekrar bitkiler tarafından emilir. Azot, yaprak derisinin stomalarından girer ve nitrik ve nitröz asitlerin çözeltileri ve bunların tuzları, bitki köklerinin kök tüyleri tarafından emilir. Azot dönüşümü döngüsü tekrar tekrar etmek üzere kapanır. Doğada azot bileşikleri ile meydana gelen kimyasal süreçlerin özü, 20. yüzyılın başlarında Rus bilim adamı D. N. Pryanishnikov tarafından ayrıntılı olarak incelenmiştir.
Toz Metalurjisi
Modern kimyasal süreçler ve teknolojiler, benzersiz fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip malzemelerin oluşturulmasına önemli katkılar sağlar. Bu, her şeyden önce, petrol rafinerilerinin alet ve ekipmanları, inorganik asitler, boyalar, vernikler ve plastikler üreten işletmeler için özellikle önemlidir. Üretimlerinde ısı eşanjörleri, kontak cihazları, sentez kolonları, boru hatları kullanılmaktadır. Ekipmanın yüzeyi, yüksek basınç altında agresif ortamlarla temas halindedir. Ayrıca hemen hemen tüm kimyasal üretim süreçleri yüksek sıcaklıklarda gerçekleştirilmektedir. İlgili olan, yüksek oranda termal ve asit direnci, korozyon önleyici özelliklere sahip malzemelerin üretimidir.
Toz metalurjisi, metal içeren tozların üretimini, sinterlemeyi ve kimyasal olarak agresif maddelerle reaksiyonlarda kullanılan modern alaşımlara katılmayı içerir.
Kompozitler ve anlamları
Modern teknolojiler arasında en önemli kimyasal işlemler kompozit malzeme elde etme reaksiyonlarıdır. Bunlara köpükler, sermetler, norpapalstler dahildir. Üretim için bir matris olarak metaller ve alaşımları, seramikler ve plastikler kullanılır. Dolgu maddesi olarak kalsiyum silikat, beyaz kil, stronsiyum ve baryum ferridler kullanılır. Yukarıdaki maddelerin tümü, kompozit malzemelere darbe direnci, ısı ve aşınma direnci sağlar.
Kimya mühendisliği nedir
Hammaddelerin (petrol, doğal gaz, kömür, mineraller) işlenmesi reaksiyonlarında kullanılan araç ve yöntemleri inceleyen bilim dalına kimyasal teknoloji denirdi. Başka bir deyişle, insan faaliyetleri sonucunda meydana gelen kimyasal süreçlerin bilimidir. Tüm teorik temeli matematik, sibernetik, fiziksel kimya ve endüstriyel ekonomiden oluşur. Teknolojide hangi kimyasal işlemin yer aldığı önemli değildir (nitrat asidinin elde edilmesi, kireçtaşının ayrışması, fenol-formaldehit plastiklerinin sentezi) - modern koşullarda insan faaliyetlerini kolaylaştıran, çevre kirliliğini ortadan kaldıran ve çevre kirliliğini ortadan kaldıran otomatik kontrol sistemleri olmadan mümkün değildir. sürekli ve atıksız kimyasal üretim teknolojisi.
Bu yazıda, hem vahşi yaşamda (fotosentez, disimilasyon, azot döngüsü) hem de endüstride meydana gelen kimyasal süreçlerin örneklerini ele aldık.
