Ne ítéljük meg túl gyorsan a legfontosabb dolgokat.

Hérakleitosz

Kémiai folyamat(a lat. processus- előrehaladás) az anyag halmazállapotainak szekvenciális változása, az egymást követő fejlődési szakaszok közötti szoros kapcsolat, amely folyamatos, egységes mozgást jelent. A kémiai folyamatok tanulmányozása olyan tudományterület, amelyben a fizika, a kémia és a biológia a legmélyebben áthatol. A kémiai folyamatok a következőkre oszthatók: homo-És heterogén(a reagáló rendszerek aggregáltsági állapotától függően), exo-És endoterm(a felszabaduló és elnyelt hő mennyiségétől függően), oxidáló, redukáló(az oxigénhez való viszonytól függően) stb.

A körülöttünk zajló összes folyamat három nagy csoportba vonható.

1. Használható spontán folyamatok
energiát termelni vagy munkát végezni. Feltételek
a spontán folyamatok lefolyása vagy a termo törvényei
az általuk jellemzett dinamika: a) egy elszigetelt
rendszerben, azaz olyan rendszerben, amelyből minden anyag kizárt
nális vagy energiacsere a környezettel, mennyiség
minden típusú energia állandó; b) változás
entalpia (a folyamat termikus hatása, AH) csak attól függ
a kiindulási anyagok és termékek típusa és állapota, és nem függ
az átmenet útjáról. Ezt Hess-törvénynek hívják, és megfogalmazták
ő alapította 1840-ben

2. Költséget igénylő folyamatok
energiát vagy elvégzett munkát.

3. Vegyi rendszer önszerveződése, azaz öntermelés
szabad folyamat, amely az energia megváltoztatása nélkül megy végbe
rendszer tartalék, csak abban az irányban fordul elő, amelyben

növekszik a rend a rendszerben, azaz ahol az entrópia csökken.

A különféle kémiai reagensek kölcsönhatási képességét nemcsak atomi-molekuláris szerkezetük határozza meg, hanem a kémiai reakciók végbemenetelének körülményei is. Az egyik anyag másikká történő átalakításának folyamatát kémiai reakciónak nevezzük. A kémiai folyamatok előfordulásának feltételei mindenekelőtt olyan termodinamikai tényezőket foglalnak magukban, amelyek a reakciók hőmérséklettől, nyomástól és néhány egyéb körülménytől való függését jellemzik. A kémiai reakció sebességét a következő feltételek és paraméterek is befolyásolják:

1) természet reagáló anyagok (például az alkálifémek vízben oldódnak lúgok képződésével és hidrogén felszabadulásával, és a reakció normál körülmények között azonnal lezajlik, míg a cink, a vas és mások lassan reagálnak és oxidokat képeznek, a nemesfémek pedig nem reagálnak minden);

2) hőmérséklet. Minden 10 °C-os hőmérséklet-emelkedésnél a reakciósebesség 2-4-szeresére nő (Hoff szabálya). Az oxigén már normál hőmérsékleten is észrevehető sebességgel reagál sok anyaggal (lassú oxidáció). A hőmérséklet emelkedésével heves reakció (égés) kezdődik;

3) koncentráció. Oldott anyagok és gázok esetében a kémiai reakciók sebessége a reagáló anyagok koncentrációjától függ. Az anyagok égése a tiszta oxigénben intenzívebben megy végbe, mint a levegőben, ahol az oxigénkoncentráció majdnem 5-ször kisebb. Itt érvényes a tömeghatás törvénye: állandó hőmérsékleten a kémiai reakció sebessége egyenesen arányos a reagáló anyagok koncentrációjának szorzatával;

4) reakciófelület. Szilárd halmazállapotú anyagok esetén az arány egyenesen arányos a reagáló anyagok felületével. A vas és a kén szilárd állapotban csak előzetes őrléssel és keveréssel reagál elég gyorsan: bozótfa és rönk égetése;

5) katalizátor. A reakció sebessége a katalizátoroktól függ, olyan anyagoktól, amelyek felgyorsítják a kémiai reakciókat anélkül, hogy elfogyna. A berthollet só és a hidrogén-peroxid bomlása felgyorsul mangán (IV) oxid stb. jelenlétében.

A kémiai reakcióba való belépéshez az aktiválási energiának megfelelő bizonyos energiagátat kell leküzdeni, amelynek felhalmozódásának lehetősége erősen függ a hőmérséklettől. Sok reakció nem érhet véget sokáig. Ebben az esetben azt mondják, hogy a reakció elérte a kémiai egyensúlyt. Egy kémiai rendszer akkor van egyensúlyi állapotban, ha a következő három feltétel teljesül:

1) nem történik energiaváltozás a rendszerben (H = 0);

2) nincs változás a rendezetlenség mértékében (, S = 0);

3) az izobár potenciál nem változik (J = 0).

Van't Toff termodinamikai megközelítéssel osztályozta a kémiai reakciókat, és megfogalmazta a kémiai kinetika alapelveit is. A kémiai kinetika a kémiai reakciók sebességét vizsgálja. Le Chatelier megfogalmazta a kémiai egyensúly elmozdulásának törvényét kémiai reakciókban külső tényezők – hőmérséklet, nyomás stb. – hatására. Le Chatelier elve szerint, ha egy kémiai egyensúlyi állapotban lévő rendszert külső hatás (hőmérséklet, nyomás vagy koncentráció változik), akkor a kémiai reakció egyensúlyi helyzete abba az irányba tolódik el, amely ezt a hatást gyengíti.

A kémiai reakciókat a kiindulási anyagok és reakciótermékek minőségének változása alapján a következő típusokba soroljuk:

kapcsolódási reakciók- olyan reakciók, amelyek során több anyag egy, az eredetinél összetettebb anyagot képez;

bomlási reakciók- olyan reakciók, amelyek során egy összetett anyagból több anyag képződik;

helyettesítési reakciók- reakciók, amelyek során egy elem atomjai helyettesítik egy másik elem atomját egy összetett anyagban, és ezzel egyidejűleg két új képződik - egyszerű és összetett;

cserereakciók- olyan reakciók, amelyek során a reagáló anyagok kicserélik alkotórészeiket, aminek eredményeként

amelyből két összetett anyag két új összetett anyaggá alakul.

A hőhatás szerint a kémiai reakciókat fel lehet osztani hőtermelő- hőleadással és endoterm- hőelnyeléssel. Figyelembe véve a katalízis jelenségét, reakciók lehetnek katalitikus- katalizátorok felhasználásával és nem katalitikus- katalizátorok használata nélkül. A reverzibilitás alapján a reakciókat felosztjuk megfordíthatóÉs visszafordíthatatlan.

BAN BEN. Ostwald a kémiai egyensúly feltételeit tanulmányozva jutott el a katalízis jelenségének felfedezéséhez. Kiderült, hogy a reakciók jellege és különösen sebessége nagymértékben függ a kinetikai körülményektől, amelyeket a katalizátorok és egyéb adalékok jelenléte a reagensekben, valamint az oldószerek, a reaktorfalak és egyéb körülmények befolyásolnak. Jelenség katalízis- kémiai folyamatok szelektív gyorsítása köztes folyamatokban részt vevő, de a reakció végén regenerálódó anyagok (katalizátorok) jelenlétében, az iparban széles körben alkalmazott, például nitrogén és hidrogén rögzítés, kontakt módszer kénsav előállítására sav és még sokan mások. Az ammónia szintézisét először 1918-ban hajtották végre Haber, K. Bosch és A. Mittash munkái alapján fémvasból álló katalizátorral, kálium- és alumínium-oxidok hozzáadásával, 450-550 °C hőmérsékleten, ill. 300-1000 atmoszféra nyomású. Jelenleg nagy figyelmet fordítanak a fémorganikus és fémkomplex katalizátorok használatára, amelyeket nagy szelektivitás és szelektív hatás jellemez. Ugyanez az ammónia szintézis folyamata fémorganikus katalizátorral normál hőmérsékleten (18 °C) és normál légköri nyomáson is végrehajtható volt, ami nagy távlatokat nyit az ásványi nitrogénműtrágyák gyártásában. A katalízis szerepe különösen fontos a szerves szintézisben. Ebben az irányban a legnagyobb sikert a mesterséges szintetikus gumi etil-alkoholból történő előállításának kell elismerni, amelyet S. V. Lebegyev szovjet akadémikus végzett a 20. század 20-as éveiben.

Az enzimek, vagy biokatalizátorok kivételes szerepet töltenek be a biológiai folyamatokban és a növényi és állati eredetű anyagok technológiájában, valamint az orvostudományban. Jelenleg több mint 750 enzim ismeretes, számuk évről évre növekszik. Az enzimek bi- és többfunkciós katalizátorok, mivel itt az enzim aktív centrumában két vagy több különböző természetű katalizátorcsoport koordinált hatása van bizonyos szubsztrátkötések polarizációjára. Ugyanez a koncepció alapozza meg az enzim katalitikus hatását és az enzimhatás kinetikájának elméletét. A fő különbség az enzimek és más katalizátorok között kivételesen magas aktivitásukban és kifejezett specificitásukban rejlik.

A kémiai rendszerek biológiai rendszerekké való önszerveződése, egységük és összekapcsolódásuk megerősíti a szerves vegyületek szervetlen vegyületekből történő szintézisét. 1824-ben F. Wöhler német kémikus, Berzelius tanítványa először kapott HOOC-COOH oxálsavat, egy szerves vegyületet szervetlen cianogénből N-C-C-N vízzel hevítve. Új szerves anyagot is kaptak - ammónium-cianidból karbamidot (karbamidot). 1854-ben Franciaországban M. Berthelot szintetikus úton nyert zsírt. A kémia legnagyobb sikere az 50-es és 60-as években volt. XX század volt az egyszerű fehérjék első szintézise - az inzulin hormon és a ribonukleózis enzim.

Küldje el a jó munkát a tudásbázis egyszerű. Használja az alábbi űrlapot

Diákok, végzős hallgatók, fiatal tudósok, akik a tudásbázist tanulmányaikban és munkájukban használják, nagyon hálásak lesznek Önnek.

Közzétéve: http://www.allbest.ru/

Bevezetés

Az új gyártási követelmények hatására kialakult a kémiai folyamatok doktrínája, amely figyelembe veszi az anyag tulajdonságainak változását a hőmérséklet, nyomás, oldószerek és egyéb tényezők hatására. Ezek után a kémia nemcsak az anyagokról, mint inkább a teljes tárgyakról, hanem az anyag változási folyamatairól és mechanizmusairól is tudomány lesz. Ennek köszönhetően biztosította a fát és fémet az építőiparban helyettesítő szintetikus anyagok, a szárítóolajok, lakkok, tisztítószerek és kenőanyagok gyártásában élelmiszer-alapanyagok előállítását. A műszálak, gumik, etil-alkohol és számos oldószer gyártása kőolaj-alapanyagra, a nitrogénműtrágyák előállítása pedig levegőnitrogénre épült. Megjelent a petrolkémiai termelési technológia folyamatos, nagy teljesítményű folyamatokat biztosító áramlási rendszereivel. kémiai reakció elektron

Így még 1935-ben teljes egészében állati és növényi nyersanyagokból, köztük élelmiszerekből állították elő az olyan anyagokat, mint a bőr, szőrme, gumi, rostok, mosószerek, szárítóolaj, lakkok, ecetsav, etil-alkohol. Több tízmillió tonna gabonát, burgonyát, zsírt, nyers bőrt stb. De már az 1960-as években. 100% műszaki alkohol, 80% mosószer, 90% szárító olajok és lakkok, 40% szálak, 70% gumi és körülbelül 25% bőr anyagok készültek gáz és olaj alapanyagokból. Emellett a kémia évente több százezer tonna karbamidot és kőolajfehérjét állít elő állati takarmányként, valamint mintegy 200 millió tonna műtrágyát.

Ilyen lenyűgöző sikereket a kémiai folyamatok tanulmányozása alapján értek el – egy olyan tudományterületen, ahol a fizika, a kémia és a biológia legmélyebb integrációját valósították meg. Ez a doktrína a kémiai termodinamikán és kinetikán alapul, ezért ez a tudományág egyformán a fizikához és a kémiához tartozik. Ennek a tudományos iránynak az egyik alapítója az orosz kémikus N.N. Semenov Nobel-díjas, a kémiai fizika megalapítója. 1965-ben tartott Nobel-előadásában kijelentette, hogy a kémiai folyamat az az alapvető jelenség, amely megkülönbözteti a kémiát a fizikától, és összetettebb tudománnyá teszi. A kémiai folyamat lesz az első lépés az olyan viszonylag egyszerű fizikai objektumoktól, mint az elektron, proton, atom, molekula, a bonyolult, többszintű élő rendszerek felé. Hiszen egy élő szervezet bármely sejtje lényegében egyfajta összetett reaktor. Ezért a kémia hídvá válik a fizika tárgyaitól a biológia tárgyai felé.

A kémiai folyamatok vizsgálata azon az elgondoláson alapul, hogy a különböző kémiai reagensek kölcsönhatási képességét többek között a kémiai reakciók körülményei határozzák meg. Ezek a körülmények befolyásolhatják a kémiai reakciók természetét és eredményeit.

A kémiai reakciók túlnyomó többsége az elemek kiszolgáltatottja. Természetesen vannak olyan reakciók, amelyek nem igényelnek különleges ellenőrzést vagy különleges feltételeket. Ezek a sav-bázis kölcsönhatás (semlegesítés) jól ismert reakciói. A reakciók túlnyomó többsége azonban nehezen kontrollálható. Vannak olyan reakciók, amelyeket egyszerűen nem lehet végrehajtani, bár elvileg megvalósíthatók. Vannak reakciók, amelyeket nehéz megállítani: égés és robbanás. És végül vannak olyan reakciók, amelyeket nehéz egy kívánt irányba bevezetni, mivel spontán módon tucatnyi előre nem látható ágat hoznak létre több száz melléktermék képződésével. Ezért a vegyészek legfontosabb feladata a kémiai folyamatok irányításának képessége, a kívánt eredmények elérése.

Módszerek a kémiai folyamatok szabályozására

A legáltalánosabb formában a kémiai folyamatok szabályozására szolgáló módszerek termodinamikai és kinetikai módszerekre oszthatók.

A termodinamikai módszerek befolyásolják a reakció kémiai egyensúlyának eltolódását. A kinetikai módszerek befolyásolják a kémiai reakció sebességét.

A kémiai termodinamika, mint önálló irányzat megjelenése általában a holland J. van’t Hoff kémikus „Esszék a kémiai dinamikáról” című könyvének 1884-ben történő megjelenéséhez kötődik. Alátámasztja azokat a törvényszerűségeket, amelyek megállapítják a kémiai reakció irányának a hőmérsékletváltozástól és a reakció termikus hatásától való függését. A kémiai folyamatok energiája szorosan összefügg a termodinamika törvényeivel. Az energiát felszabadító kémiai reakciókat exoterm reakcióknak nevezzük. Bennük az energia a rendszer belső energiájának csökkenésével egyidejűleg szabadul fel. Vannak endoterm reakciók is, amelyek az energia elnyelésével mennek végbe. Ezekben a reakciókban a rendszer belső energiája megnő a hő beáramlása miatt. A reakció során felszabaduló energia mennyiségének mérésével (a kémiai reakció termikus hatása) megítélhető a rendszer belső energiájának változása.

Ugyanakkor A. Le Chatelier francia kémikus megfogalmazta híres mobil egyensúlyi elvét, amely módszerekkel látta el a vegyészeket az egyensúly eltolására a céltermékek képződése felé. Ezeket a szabályozási módszereket termodinamikai módszereknek nevezzük.

Minden kémiai reakció elvileg reverzibilis, de a gyakorlatban az egyensúly eltolódik egyik vagy másik irányba. Ez a reagensek természetétől és az eljárás körülményeitől is függ. Számos reakció van, amelyben az egyensúly a végtermékek képződése felé tolódik el: ezek közé tartozik a semlegesítési reakció, a reakciók a késztermékek gázok vagy csapadék formájában történő eltávolításával.

Sok olyan kémiai reakció van azonban, amelyben az egyensúly balra tolódik el, a kiindulási anyagok képződése felé. Végrehajtásukhoz speciális termodinamikai karokra van szükség - a hőmérséklet és a nyomás növelésére (ha a reakció gázfázisban megy végbe), valamint a reagensek koncentrációjára (ha a reakció folyadékfázisban megy végbe).

A termodinamikai módszerek elsősorban a kémiai folyamatok irányát, nem pedig sebességüket befolyásolják.

A kémiai folyamatok sebességét a kémiai kinetika szabályozza, amely a kémiai folyamatok lefolyásának különböző szerkezeti és kinetikai tényezőktől való függését vizsgálja - a kiindulási reagensek szerkezete, koncentrációja, katalizátorok és egyéb adalékok jelenléte a reaktorban, módszerek a keverő reagensekről, a reaktor anyagáról és kialakításáról stb. A kémiai reakciók tanulmányozása nagyon nehéz feladat. Hiszen a megoldás során nem csak két reagens, hanem a „harmadik testek” kölcsönhatási mechanizmusát is ki kell deríteni, amelyekből több is lehet. Ebben az esetben a legmegfelelőbb a lépésenkénti megoldás, amelyben először az egyik „harmadik test” legerősebb hatását, leggyakrabban egy katalizátort izolálják.

Ezenkívül meg kell érteni, hogy szinte minden kémiai reakció egyáltalán nem a kezdeti reagensek egyszerű kölcsönhatása, hanem egymást követő szakaszok összetett láncolata, ahol a reagensek nemcsak egymással, hanem a reaktor falaival is kölcsönhatásba lépnek. katalizálhatja (gyorsíthatja) és gátolhatja (lassítja) a folyamatot.

A kémiai folyamatok intenzitását a véletlenszerű szennyeződések is befolyásolják. A változó tisztaságú anyagok egyes esetekben aktívabb reagensekként, más esetekben inertként jelentkeznek. A szennyeződéseknek katalitikus és gátló hatása is lehet. Ezért a kémiai folyamat szabályozása érdekében bizonyos adalékanyagokat adnak a reagáló anyagokhoz.

Így a „harmadik testek” befolyása a kémiai reakciók lefolyására katalízisre, azaz katalízisre redukálható. egy kémiai folyamatra gyakorolt ​​pozitív hatás, vagy a folyamatot visszatartó gátlás.

Amint fentebb megjegyeztük, a kémiai elemek kölcsönhatási képességét nemcsak molekulaszerkezetük határozza meg, hanem a kapcsolat létrejöttének feltételei is. Ezek a körülmények befolyásolják a kémiai reakciók kimenetelét. A legnagyobb hatást a változó összetételű anyagok érik, amelyekben az egyes komponensek közötti kapcsolatok gyengébbek. Az ilyen anyagok reakciójára a különféle katalizátorok erősen befolyással vannak.

A katalízis egy kémiai reakció felgyorsítása speciális anyagok jelenlétében - olyan katalizátorok, amelyek kölcsönhatásba lépnek a reagensekkel, de nem fogyasztanak el a reakcióban, és nem részei a végtermékeknek. A katalízist 1812-ben fedezte fel az orosz kémikus, K.S. Kirchhoff. A katalitikus folyamatok fizikai és kémiai természetükben a következő típusokra különböznek:

* heterogén katalízis - a szilárd katalizátor felületén folyékony vagy gáznemű reagensek kölcsönhatásának kémiai reakciója megy végbe;

* homogén katalízis - kémiai reakció megy végbe gázelegyben vagy folyadékban, ahol a katalizátor és a reagensek egyaránt feloldódnak;

* elektrokatalízis - a reakció az elektróda felületén, az oldattal érintkezve és elektromos áram hatására megy végbe;

* fotokatalízis - a reakció szilárd anyag felületén vagy folyékony oldatban megy végbe, és az elnyelt sugárzás energiája stimulálja.

A heterogén katalízis a legelterjedtebb, a modern kémia összes katalitikus reakciójának 80%-ában ezt alkalmazzák.

A katalizátorok alkalmazása az egész vegyipar gyökeres változásának alapjául szolgált. Nekik köszönhetően lehetővé vált az eddig „kémiai halottnak” tekintett paraffinok és cikloparaffinok szerves szintézis alapanyagaként történő felhasználása. A katalízis a margarin, számos élelmiszertermék és növényvédő szer gyártásánál szükséges. A bázikus kémia (szervetlen savak, bázisok és sók előállítása) és a „nehéz” szerves szintézis szinte teljes iparága, beleértve az üzemanyagok és kenőanyagok gyártását is, katalízisen alapul. Az utóbbi időben a finom szerves szintézis egyre inkább katalitikussá vált. Az összes kémia 60-80%-a katalitikus folyamatokon alapul. A vegyészek nem ok nélkül mondják, hogy nem katalitikus folyamatok egyáltalán nem léteznek, hiszen ezek mind reaktorokban zajlanak, amelyek falainak anyaga egyfajta katalizátorként szolgál.

Maga a katalízis hosszú ideig a természet rejtélye maradt, és sokféle elmélet született, mind tisztán kémiai, mind fizikai értelemben. Ezek az elméletek, még ha tévesek is, hasznosnak bizonyultak, már csak azért is, mert új kísérletekhez vezették a tudósokat. A helyzet az, hogy a legtöbb iparilag fontos kémiai folyamathoz a katalizátorokat számtalan próba és hiba során választották ki. Így például az ammóniaszintézis reakciójához 1913-1914-ben. A német kémikusok több mint 20 ezer kémiai vegyületet próbáltak ki katalizátorként, az elemek periódusos rendszerét követve és különféle módon kombinálva.

Ma már levonhatunk néhány következtetést a katalízis lényegéről.

1. A reagáló anyagok érintkezésbe kerülnek a katalizátorral és kölcsönhatásba lépnek vele, ami a kémiai kötések gyengülését eredményezi. Ha a reakció katalizátor hiányában megy végbe, akkor a reagáló anyagok molekuláinak aktiválódása úgy kell, hogy történjen a reaktor kívülről történő energiaellátásával.

2. Általánosságban elmondható, hogy bármely katalitikus reakció egy köztes komplexen megy keresztül, amelyben a gyengített kémiai kötések újraeloszlása ​​megy végbe.

3. A katalizátorok az esetek túlnyomó többségében változó összetételű berthollid típusú vegyületek, amelyeket gyengített kémiai kötések vagy akár szabad vegyértékek jelenléte jellemez, ami nagy kémiai aktivitást ad. A berthollid típusú vegyületek molekulái energetikailag inhomogén kötések széles skáláját, vagy akár szabad atomokat tartalmaznak a felszínen.

4. A reagensek katalizátorral való kölcsönhatásának következménye a reakció adott irányú előrehaladása és a reakciósebesség növekedése, mivel a katalizátor felületén a reagáló molekulák találkozásainak száma megnő. Ezenkívül a katalizátor felveszi az exoterm reakció energiájának egy részét, hogy energikusan táplálja a reakció minden új aktusát és annak általános gyorsulását.

Fejlesztésének jelenlegi szakaszában a kémia számos hatékony katalizátort fedezett fel. Ezek közé tartoznak az ioncserélő gyanták, a fémorganikus vegyületek és a membránkatalizátorok. A periódusos rendszer számos kémiai eleme katalitikus tulajdonságokkal rendelkezik, de a legfontosabb szerepet a platinacsoport fémei és a ritkaföldfémek játsszák.

A katalizátorok részvételével egyes reakciók sebessége 10 milliárdszorosára nő. Vannak olyan katalizátorok, amelyek nem csak a végtermék összetételének szabályozását teszik lehetővé, hanem egy bizonyos alakú molekulák képződését is elősegítik, ami nagyban befolyásolja a termék fizikai tulajdonságait (keménység, plaszticitás).

A kémiai folyamatok tanának fejlődési iránya

A modern körülmények között a kémiai folyamatok tanulmányozásának fejlesztésének egyik legfontosabb iránya e folyamatok szabályozására szolgáló módszerek megalkotása, ezért a kémiai tudomány olyan problémák kidolgozásával foglalkozik, mint a plazmakémia, a sugárzási kémia, a magas hőmérsékletű kémia. nyomások és hőmérsékletek.

Plazma kémia

A plazmakémia az alacsony hőmérsékletű plazmában 1000 és 10 000°C közötti hőmérsékleten zajló kémiai folyamatokat vizsgálja. Az ilyen folyamatokat a részecskék gerjesztett állapota, a molekulák és a töltött részecskék ütközése, valamint a kémiai reakciók igen nagy sebessége jellemzi. A plazmakémiai folyamatokban a kémiai kötések újraeloszlásának sebessége nagyon magas: a kémiai átalakulások elemi aktusainak időtartama körülbelül 10-13 s, a reakció reverzibilitásának szinte teljes hiánya mellett. A hasonló kémiai folyamatok sebessége a hagyományos reaktorokban a reverzibilitás miatt ezerszeresére csökken. Ezért a plazmakémiai folyamatok nagyon produktívak. Például egy metán plazmakémiai reaktor (méretei: hossza - 65 cm, átmérője - 15 cm) termelékenysége napi 75 tonna acetilén. Ebben a reaktorban 3000-3500°C hőmérsékleten a metán körülbelül 80%-a acetilénné alakul a másodperc tízezred része alatt.

A plazmakémiát az utóbbi időben egyre inkább bevezetik az ipari termelésbe. A porkohászati ​​alapanyagok előállítására már megalkották a technológiákat, és számos kémiai vegyületre kidolgoztak szintézismódszereket. Az 1970-es években A plazma acélolvasztó kemencéket a legmagasabb minőségű fémek előállítására hozták létre. A szerszámok felületének ionplazmás kezelésére olyan módszereket dolgoztak ki, amelyek kopásállósága többszörösére nő.

A plazmakémia lehetővé teszi korábban ismeretlen anyagok, például fémbeton szintetizálását, amelyben különféle fémeket használnak kötőelemként. A fémbeton a kőzetrészecskék összeolvasztásával és fémmel való szilárd összenyomásával jön létre. Tulajdonságai tízszer és százszor jobbak a hagyományos betonnál.

Sugárzás kémia

A kémiai folyamatok kutatásának egyik legfiatalabb területe a sugárkémia, amely a XX. század második felében keletkezett. Kutatásának tárgya sokféle anyag átalakulása volt ionizáló sugárzás hatására. Az ionizáló sugárzás forrásai közé tartoznak a röntgengépek, a töltött részecskegyorsítók, az atomreaktorok és a radioaktív izotópok. A sugárzási-kémiai reakciók eredményeként az anyagok fokozott hőállóságot és keménységet kapnak.

A sugárkémiai technológia legfontosabb folyamatai a polimerizáció, vulkanizálás, kompozit anyagok előállítása, ezen belül a polimerbeton előállítása a közönséges beton bármilyen polimerrel történő impregnálásával, majd besugárzásával. Az ilyen betonok négyszer nagyobb szilárdságúak, vízállóak és nagyon korrózióállóak.

Magas nyomások és hőmérsékletek kémiája

A kémiai folyamatok kutatásának alapvetően új és rendkívül fontos területe a tűzálló és kerámia anyagok önszaporodó magas hőmérsékletű szintézise. Előállításukat jellemzően porkohászati ​​módszerrel végzik, melynek lényege a fémporok magas hőmérsékleten (1200-2000°C) történő sajtolása és préselése. Maga a terjedési szintézis sokkal egyszerűbb: egyik fémnek a másikban való elégetésén, vagy egy fém nitrogénben, szénben, szilíciumban stb. való elégetésén alapul.

Régóta ismert, hogy az égési folyamat oxigén és éghető anyag kombinációja, ezért az égés egy éghető anyag oxidációs reakciója. Ebben az esetben az elektronok az oxidált anyag atomjaitól az oxigénatomok felé mozognak. Ebből a szempontból az égés nemcsak oxigénben, hanem más oxidálószerekben is lehetséges. Ezen a következtetésen alapul az önszaporodó magas hőmérsékletű szintézis, a szilárd anyagokban történő égés termikus folyamata. Ez például titánpor bórporban vagy cirkóniumpor szilíciumporban való elégetését jelenti. A szintézis eredményeként több száz, a legjobb minőségű tűzálló vegyületet kapunk.

Nagyon fontos, hogy ez a technológia ne igényeljen nehézkes folyamatokat, magas technológiai színvonalú és könnyen automatizálható legyen.

Nagynyomású kémia

A kémiai folyamatok tanulmányozásának másik fejlesztési területe a nagy és ultramagas nyomások kémiája. Az anyagok kémiai átalakulása 100 atm feletti nyomáson a nagynyomású kémiához, 1000 atm feletti nyomáson pedig az ultramagas nyomású kémiához tartozik. A kémiában a XX. század eleje óta alkalmazzák a magas nyomást. -- az ammónia előállítása 300 atm nyomáson és 600°C hőmérsékleten történt. A közelmúltban azonban olyan berendezéseket használtak, amelyekben 5000 atm nyomás érhető el, és a teszteket 600 000 atm nyomáson végzik, amelyet a robbanás lökéshulláma miatt érnek el a másodperc milliomod részen belül. A nukleáris robbanások még nagyobb nyomást produkálnak.

Nagy nyomáson az atomok elektronhéjai közelebb kerülnek egymáshoz és deformálódnak, ami az anyagok reakciókészségének növekedéséhez vezet. 102-103 atm nyomáson a folyadék- és gázfázis, 103-105 atm-nél a szilárd és folyékony fázis közötti különbség eltűnik. Nagy nyomáson az anyagok fizikai és kémiai tulajdonságai nagymértékben megváltoznak. Például 20 000 atm nyomáson a fém rugalmassá válik, mint a gumi. A közönséges víz magas hőmérsékleten és nyomáson kémiailag aktívvá válik. A nyomás növekedésével sok anyag fémes halmazállapotúvá alakul. Így 1973-ban a tudósok fémes hidrogént figyeltek meg 2,8 millió atm nyomáson.

Az ultra-nagynyomású kémia egyik legfontosabb vívmánya a gyémántok szintézise volt. 50 000 atm nyomáson és 2000 °C hőmérsékleten működik. Ebben az esetben a grafit gyémántokká kristályosodik. A gyémántok lökéshullámok segítségével is szintetizálhatók. A közelmúltban évente több tonna szintetikus gyémántot állítanak elő, amelyek tulajdonságaiban csak kis mértékben térnek el a természetes gyémántoktól. A keletkező gyémántokat ipari célokra használják - vágó- és fúróberendezésekben. Lehetett fekete gyémántokat – carbonadókat – szintetizálni, amelyek keményebbek, mint a természetes gyémántok. Maguk a gyémántok feldolgozására használják őket.

Jelenleg nem csak mesterséges gyémántokat, hanem más drágaköveket is gyártanak iparilag – korund (vörös rubin), smaragd stb. Így a bór-nitridből 100 000 atm nyomáson és 2000 °C hőmérsékleten bór-nitridet szintetizáltak - ez az anyag rendkívül kemény anyagokból készült alkatrészek nagyon magas hőmérsékleten történő fúrására és köszörülésére alkalmas.

Kémiai folyamatok és rendszerek energiája

A kémiai reakciók az atomok és molekulák közötti kölcsönhatások, amelyek új anyagok képződéséhez vezetnek, amelyek kémiai összetételükben vagy szerkezetükben különböznek az eredeti anyagoktól. A kémiai reakciók a nukleáris reakciókkal ellentétben nem változtatják meg sem a rendszerben lévő atomok összlétszámát, sem az elemek izotópösszetételét.

A rendszer a tértől elszigetelt testek halmaza. Ha egy rendszer lehetővé teszi a tömeg- és hőcserét az összes alkotóeleme között, akkor az ilyen rendszert termodinamikainak nevezzük. Az a kémiai rendszer, amelyben reakciók léphetnek fel, a termodinamikai rendszerek speciális esete. Ha nincs tömeg- és hőátadás a rendszer és a környezet között, akkor az ilyen rendszert izoláltnak nevezzük. Ha nincs tömegátadás, de hőcsere lehetséges, akkor a rendszert zártnak nevezzük. Ha a rendszer és a környezet között tömeg- és hőcsere is lehetséges, akkor a rendszer nyitott. A több fázisból álló rendszert heterogénnek, az egyfázisú rendszert homogénnek nevezzük.

Egy kémiai rendszer állapotát tulajdonságai határozzák meg: hőmérséklet, nyomás, koncentráció, térfogat, energia.

A homogén rendszerben végbemenő reakciók a teljes térfogatban fejlődnek ki, és homogénnek nevezzük. A határfelületen fellépő reakciók heterogének.

Egy rendszer termodinamikai leírásához az úgynevezett rendszerállapot-függvényeket használjuk - ez minden olyan fizikai mennyiség, amelynek értékeit a rendszer termodinamikai tulajdonságai egyértelműen meghatározzák. A rendszerállapot legfontosabb funkciói a következők:

A rendszer teljes energiája (E);

A rendszer belső energiája (U);

Az entalpia (vagy hőtartalom) az anyag által képződése során felhalmozott energia mértéke (H):

Az entrópia egy rendszer rendezetlenségének mértéke (S);

A Gibbs-energia a rendszer stabilitásának mértéke állandó nyomáson (G):

A Helmholtz-energia a rendszer állandó térfogatú (F) stabilitásának mértéke:

A spontán folyamat lehetőségét a Gibbs-szabadenergia-függvény változásának előjelével lehet megítélni: ha?G< 0, т.е. в процессе взаимодействия происходит уменьшение свободной энергии, то процесс термодинамически возможен. Если?G >0, akkor a folyamat lehetetlen. Így minden folyamat spontán módon a szabadenergia csökkenésének irányába haladhat.

A kémiai kölcsönhatás általában hőhatással jár. A hő felszabadulásával járó folyamatokat exotermnek (H< 0), а идущие с поглощением теплоты - эндотермическими (?Н > 0).

Az izobár körülmények között zajló kémiai folyamatok termikus hatását az entalpia változása határozza meg, i.e. a végső és a kezdeti állapot entalpiája közötti különbség. A Lavoisier-Laplace törvény szerint: az anyag képződése során felszabaduló hő megegyezik azzal a hővel, amelyet ugyanannyi anyag eredeti komponenseire való bomlása során felvesznek.

A termokémiai törvényszerűségek mélyebb általánosításait a Hess-törvény adja: az akár állandó nyomáson, akár állandó térfogaton végbemenő kémiai reakciók termikus hatása nem függ a közbenső szakaszok számától, hanem csak a rendszer kezdeti és végső állapota határozza meg.

A termodinamika első főtétele (energiamegmaradás törvénye) - az energia nem tűnik el és nem jelenik meg újra a semmiből egy folyamat során, csak szigorúan egyenértékű kapcsolatokban tud átjutni egyik formából a másikba.

A termodinamika II. főtétele - ha egy folyamat reverzibilis folyamatok elszigetelt rendszerében megy végbe, az entrópia változatlan marad, de irreverzibilis folyamatok során növekszik. .

Következtetés

A kémia társadalomtudomány. Legfőbb célja, hogy minden ember és az egész társadalom igényeit kielégítse. Az emberiség sok reménye a kémia felé fordul. A molekuláris biológia, a géntechnológia és a biotechnológia, valamint az anyagtudomány alapvetően kémiai tudományok. Az orvostudomány és az egészségügy fejlődése a betegségek, gyógyszerek, élelmiszerek kémiájának problémái; A neurofiziológia és az agyműködés mindenekelőtt a neurokémia, a kémia és az emlékezet kémiája. Az emberiség új, mágikus tulajdonságokkal rendelkező anyagokat, új energiaforrásokat és akkumulátorokat, új tiszta és biztonságos technológiákat vár el a kémiától.

A kémia alapvető tudományként a XX. század elején alakult ki, az új, kvantummechanikával együtt. És ez vitathatatlan igazság, mert a kémia minden tárgya atom, molekula, ion stb. - kvantum objektumok. A kémia fő eseményei a kémiai reakciók és kémiai folyamatok, azaz. Az atommagok átrendeződése és az elektronhéjak, a reaktáns molekulák elektronruháinak átalakulása termékmolekulákká szintén kvantumesemény.

A kémiai eljárások iránti igény az új termelési követelmények hatására jelentkezik. A kémia fő problémájának megoldására a korábban vizsgált összetételtanon és szerkezetelméleteken alapuló módszerek itt nyilvánvalóan nem voltak elegendőek, és egy új szint – a kémiai ismeretek – a kémiai folyamatokkal kapcsolatos ismeretek szintje lép fel. A kémia nemcsak az anyagok, mint inkább a teljes tárgyak tudományává válik, hanem az anyag változási folyamatainak és mechanizmusainak tudományává. Ennek köszönhetően biztosította a szintetikus anyagok előállítását.

A modern társadalomban a kémiai folyamatok tanulmányozása szükséges tudás, hiszen a tudománynak fejlődnie kell, új felfedezésekre kell törekednie, és ehhez csak az ember tud hozzájárulni.

Felhasznált irodalom jegyzéke

1. Bochkarev A. I. - A modern természettudomány fogalmai: tankönyv egyetemisták számára A. I. Bochkarev, T. S. Bochkareva, S. V. Saksonov; szerkesztette prof. A. I. Bocskareva. - Toljatti: TGUS, 2008. - 386 p. [elektronikus forrás]www.tolgas.ru (hozzáférés dátuma: 2102.11.14.)

2. Sadokhin A.P. A modern természettudomány fogalmai: tankönyv bölcsész és közgazdasági és gazdálkodási szakos egyetemisták számára / A.P. Sadokhin. -- 2. kiadás, átdolgozva. és további - M.: UNITY-DANA, 2006. - 447 oldal [elektronikus forrás] http://www.twirpx.com/file/20132/ (Hozzáférés dátuma: 2102.10.12.)

Közzétéve az Allbest.ru oldalon

...

Hasonló dokumentumok

A bioszféra meghatározása, evolúciója, határai és összetétele, védelme. Az élő anyag tulajdonságai. Az atomok biogén migrációja. Biomassza, eloszlása ​​a bolygón. A növények, állatok és mikroorganizmusok szerepe az anyagok körforgásában. Bioszféra és energiaátalakítás.

teszt, hozzáadva 2013.09.15


Rend, rendezetlenség a természetben, a hőmozgás sajátosságai, mint a kaotikus, rendezetlen rend példája. Az energiadisszipációs folyamat jelensége. Az anyagok kémiai folyamatai és tulajdonságai. Testek minősége egy rakétában nagy sebességű körülmények között.

tanfolyami munka, hozzáadva 2010.11.03


Az önszerveződés elméletének tanulmányozása. Az önszervező rendszerek kialakításának fő kritériuma. Nem egyensúlyi folyamatok és nyílt rendszerek. Disszipatív struktúrák önszerveződése. Belousov-Zhabotinsky kémiai reakciója. Önszerveződés a fizikai jelenségekben.

absztrakt, hozzáadva: 2010.09.30


A mag fejlődése, mint az eukarióta sejt egyik szerkezeti eleme, amely DNS-molekulákban tartalmaz genetikai információkat. A magburok, mag, mátrix, mint az atommag szerkezeti elemei. A molekulák replikációs és transzkripciós folyamatainak jellemzői.

bemutató, hozzáadva: 2012.08.01


Az anyagok sejtmembránon való áthaladásának mechanizmusainak elemzése. A fő folyamatok, amelyek során az anyagok behatolnak a membránba. Az egyszerű és könnyített diffúzió tulajdonságai. Az aktív szállítás típusai. Ioncsatornák, különbségük a pórusoktól, gradiens.

bemutató, hozzáadva 2014.11.06


Nitrogéntartalmú anyagok átalakulása növényekben. A növényi olajok minősége a környezeti tényezők függvényében. Anyagok átalakulása olajos magvak érése során. Vernalizáció, lényege és jelentősége. A hőmérséklet és a fény hatása a magvak nyugalmára.

teszt, hozzáadva: 2011.09.05


A glükóz lebomlásának lehetséges útjainak elemzése. Az aerob anyagcsere összetevőinek és működési elvének meghatározása. A szénhidrátoktól kémiai természetükben eltérő szerves savak képződésének és biotranszformációjának folyamatai.

absztrakt, hozzáadva: 2015.09.06


Anyagáramlások, energia és pusztító blokkok az ökoszisztémákban. A biológiai termelékenység problémái. Számok, biomassza és energia piramisai. Az anyag és az energia átalakulási folyamatai a bióta és a fizikai környezet között. Az anyagok biokémiai keringése.

absztrakt, hozzáadva: 2010.06.26


Newton gravitációs törvénye. Speciális relativitáselmélet. A termodinamika második főtétele. Ötletek az atomok szerkezetéről. A kémiai kinetika módszerei. Az egyensúly fogalmai, az egyensúlyi sugárzás. Atommagfúziós reakciók. A biotikus ciklus jellemzői.

teszt, hozzáadva: 2011.04.16


A növényekben az anyagok kiválasztásának folyamatai által végzett fő funkciók leírása. Az allelopátia, kiválasztás és szekréció fogalma. Speciális szekréciós struktúrák funkciói a növényekben. Az anyagok kiválasztásában részt vevő epidermális képződmények csoportjai.

Olyan gyártási folyamatok, amelyek során a feldolgozott termék kémiai összetételét megváltoztatják annak érdekében, hogy eltérő kémiai tulajdonságú anyagot kapjanak. Egy termék kémiai összetételében változás következik be egy vagy több kémiai reakció során.

A kémiai folyamatok számos szervetlen és szerves vegyület előállításának hátterében állnak, és jelentős helyet foglalnak el a vas-, színes- és ritkafémek, üveg, cement és egyéb szilikát anyagok, cellulóz, papír és műanyagok gyártásában.

A kémiai folyamatok számos, egymással összefüggő szakaszon mennek keresztül:

• 1. reagáló komponensek ellátása a reakciózónába;
• 2. az összetevők kémiai kölcsönhatása;
• 3. a reakciótermékek elválasztása és a céltermék izolálása a keverékből.

A reagensek reakciózónába való bejuttatásának szakaszában a kiindulási anyagok érintkezésbe kerülnek egymással. A molekulák érintkezését az egyik anyag molekuláinak a másikba való diffúziójával vagy konvektív tömegtranszferrel érik el.

Egy kémiai átalakulás vagy kölcsönhatás eredményeként a fő, vagy céltermék, és esetenként számos melléktermék keletkezik. A céltermék izolálásának szakaszát ülepítési, bepárlási, rektifikációs, abszorpciós, kristályosodási stb. eljárások segítségével hajtják végre.

Szükség esetén a technológiai folyamat magában foglalja a nyersanyag-előkészítés szakaszát, amely a következő műveleteket foglalja magában: őrlés, sűrítés, szárítás, gáztisztítás portól stb.

Az anyagok kémiai átalakítása a technológiai folyamatban speciális berendezésekben, úgynevezett reaktorokban történik. Ezekben az eszközökben a kémiai reakciókat tömegtranszferrel (diffúzióval) kombinálják. Például egy kénsavüzlet kemencés részlegében a reaktor kén- vagy piritpörkölő kemence; a kapcsolattartó osztályon - kapcsolattartó készülék stb.

A kívánt terméket eredményező kémiai reakciók bizonyos folyamatparaméterek (hőmérséklet, nyomás, katalizátoraktivitás, kölcsönhatásba lépő anyagok koncentrációja, keverési intenzitás) mellett mennek végbe.

A kémiai folyamatok osztályozása

A kémiai technológiai folyamatoknak a mai napig nincs teljesen kidolgozott osztályozása. Gyakorlatilag célszerű ezeket a folyamatok lefolyását jellemző alapmintázatok függvényében a következő csoportokba vonni:

• 1. hidrodinamikai folyamatok;
• 2. termikus folyamatok;
• 3. diffúziós folyamatok;
• 4. hűtési eljárások;
• 5. a szilárd anyagok feldolgozásával kapcsolatos mechanikai eljárások;
• 6. a feldolgozott anyagok kémiai átalakulásával kapcsolatos kémiai folyamatok.

Szintén osztva:

• 1. repedés
• 2. reformálás
• 3. Hidrokezelés

A krakkolás az olajfinomítási folyamat azon szakasza, amelyben az első desztilláció termékeit nagy molekulák lebontására dolgozzák fel.

szabályozottan szénhidrogéneket kisebb molekulákká alakítani

hevítés, katalizátor jelenlétében és gyakran nyomás alatt.

A kőolaj krakkolása során nehézolajok, benzin és gázok, például ETÁN, ETÉN (etilén) és PROPÉN (propilén) keletkeznek, amelyeket műanyagok, textíliák, tisztítószerek és mezőgazdasági vegyszerek előállításához használnak. Így a krakkolás olyan módszer, amellyel nagy mennyiségű, nagy igényű könnyű szénhidrogént állítanak elő nehezebb frakciókból, amelyeket önmagukban kenőolajként használnak.

A reformálás az olaj benzin és benzin frakcióinak feldolgozása motorbenzin, aromás szénhidrogének (benzol és homológjai) és hidrogéntartalmú gáz előállítására. Megkülönböztetik a katalizátor jelenlétében végzett hő- és nyomásreformálást.

A hőreformálást korábban csak nagy oktánszámú benzin előállítására használták széles körben. Reakció alapú: nafténes szénhidrogének dehidrogénezése és dehidroizomerizálása, aromás szénhidrogének dealkilezése és kondenzációja. A benzin-nafta frakciók feldolgozása csőkemencékben történt 530-560°C-on.

Az eljárás hátránya a céltermék alacsony hozama a nagy nyersanyagveszteségek miatt gáz és koksz formájában, valamint a benzin viszonylag magas telítetlen szénhidrogén-tartalma, ami csökkenti a tetraetil és ólom stabilitását és elfogadhatóságát. .

A hidrogénezés olyan folyamat, amelyben bármely anyag kémiai átalakítása történik hidrogén hatására magas hőmérsékleten és nyomáson.

Az olajfrakciók hidrogénezése szükséges a ként tartalmazó vegyületek mennyiségének csökkentése érdekében a kereskedelmi kőolajtermékekben. Ezzel párhuzamosan a gyanták és az oxigéntartalmú vegyületek csökkenése, a telítetlen szénhidrogének telítettsége és a szénhidrogénmolekulák hidrokrakkolása. A hidrokezelés a legelterjedtebb olajfinomítási eljárás, amelyen a következő frakciók haladnak át: benzin, kerozin, olajfrakciók, valamint gázolaj és vákuumgázolaj.

Az egyenes lepárlású benzinfrakciók hidrogénezése szükséges a már hidrogénezett benzinfrakciók előállításához. A hidrogénnel kezelt benzinfrakciók a katalitikus aromatizálás nyersanyagai. Ez a hidrogenolízis reakciója és a hidrogéntartalmú gázban lévő molekulák megsemmisülése miatt következik be. A nyersanyagban található szerves nitrogén-, oxigén-, kén-, klór- és fémvegyületek ammónia, víz, kénhidrogén, hidrogén-klorid és a megfelelő szénhidrogénekké alakulnak ki. Ez a folyamat 1-3 MPa nyomáson és 370-380 Celsius fokos hőmérsékleten megy végbe. Katalizátorként kobalt-molibdént használnak.

A katalitikus krakkolóbenzin hidrogénezési eljárását a dién szénhidrogének és a kén redukálására használják a kereskedelmi benzinben.

A kerozinfrakciók hidrogénezése szükséges a repülőgép-üzemanyagban lévő gyanták és kén mennyiségének csökkentése érdekében, amelyek a repülőgépek üzemanyag-szerkezetének korróziójához és a motor befecskendező szelepeinek kokszosításához vezetnek. Ezt az eljárást 1,5-2,2 MPa nyomáson és körülbelül 300-400 Celsius-fok hőmérsékleten hajtják végre. A katalizátor ebben az esetben ugyanaz, mint az egyenes lepárlású benzinfrakciók hidrogénezésekor. A dízel üzemanyag hidrogénezése szükséges a poliaromás szénhidrogének és a kén csökkentéséhez. Égéskor a kén kén-dioxidot szabadít fel. Vízzel kénsavat képez, amely a savas esők fő okozója. A poliaromás szénhidrogének csökkentik az oktánszámot. A hidrogénezési folyamat 1,8-2 MPa nyomáson és 350-420 fokos hőmérsékleten megy végbe, nikkel-molibdén katalizátorral.

A vákuumgázolaj hidrogénezése ugyanúgy szükséges, mint a gázolaj tisztításánál a kén és a poliaromás anyagok mennyiségének csökkentése érdekében. A kapott gázolajat katalitikus krakkolás nyersanyagaként használják. Ebben az esetben a kén megmérgezi a krakkoló katalizátort, és hátrányosan befolyásolja a katalitikus krakkolású benzin minőségét. A vákuumgázolaj hidrogénezését 8-9 MPa nyomáson és 370-410 fokos hőmérsékleten nikkel-molibdén katalizátorral végezzük. A kőolajolajok hidrogénezése a derítésük, a vegyszerállóság növelése, a környezetbarátság és a korrózióvédelem érdekében szükséges, és ugyanúgy történik, mint a vákuumgázolajok hidrogénezése.

A folyamatok szintén fel vannak osztva:

• 1. időszakos,
• 2. folyamatos,
• 3. kombinált.

A periodikus folyamatot az egyes szakaszok elhelyezkedésének egysége és az időben instabil állapot jellemzi. A szakaszos folyamatokat szakaszos berendezésekben hajtják végre, amelyekből bizonyos időközönként a végterméket részben vagy egészben kiürítik. A berendezés kirakodása után a kiindulási anyagok új részét töltik be, és a gyártási ciklust ismételjük meg. Az időszakos folyamat során fellépő instabil állapot miatt a feldolgozott anyag tömegének bármely pontján vagy a berendezés bármely szakaszában egyedi fizikai mennyiségek vagy paraméterek (például hőmérséklet, nyomás, koncentráció, hőkapacitás, sebesség stb.) .) jellemzi a folyamatot, és a feldolgozott anyagok állapota a folyamat során változik.

A folyamatos folyamatot az időegység minden szakaszában, az állandósult állapot és a végtermék folyamatos kiválasztása jellemzi. A folyamatos folyamatokat folyamatos berendezésekben hajtják végre. Az állandósult állapotnak köszönhetően a feldolgozott anyag tömegének bármely pontján vagy egy folyamatosan működő berendezés bármely szakaszán a fizikai mennyiségek vagy paraméterek gyakorlatilag változatlanok maradnak a teljes folyamat során.

A kombinált eljárás vagy folyamatos eljárás, amelynek egyes szakaszait periodikusan hajtják végre, vagy szakaszos eljárás, amelynek egy vagy több szakaszát folyamatosan hajtják végre. A folyamatos folyamatok számos jelentős előnnyel rendelkeznek az időszakos és a kombinált folyamatokhoz képest. Ezek az előnyök elsősorban:

• 1. a teljes gépesítés és automatizálás lehetősége, amely lehetővé teszi a kézi munka felhasználásának minimálisra csökkentését;
• 2. a kapott termékek egységessége és minőségük javításának lehetősége;
• 3. a folyamat megvalósításához szükséges berendezések kompaktsága, amely lehetővé teszi mind a beruházási, mind a javítási költségek csökkentését.

Ezért jelenleg a technológia minden ágában törekednek az időszakos gyártási folyamatokról a folyamatos gyártásra.

A kémiai folyamatok osztályozása segít azonosítani a folyamat összetevőinek olyan jellemzőit, amelyek kombinációja meghatározza a kémiai folyamat egészének bizonyos tulajdonságait, mintázatait és jellemzőit.

Mivel a kémiai folyamat egymással összefüggő jelenségek rendszere, az osztályozást különböző kritériumok szerint végzik.

Óriási előrelépés történt ezen kémiai folyamatok tanulmányozásában, más szóval az egyes anyagok és termékek kémiai technológiájának fejlesztésében, például szintetikus ammónia, gumik, műanyagok, vas-, színes- és ritkafémek, üveg , cement stb. Ezek a sikerek meghatározták az érintett iparágak technikai fejlődését. A kémiai folyamatok tudományos osztályozása azonban továbbra is a kémiai technológia, mint tudomány egyik fontos feladata. A kémiai technológia fizikai és fizikai-kémiai folyamatainak osztályozásával analóg módon az ipari kémiai reakciókat a kémiai alapfolyamatok szerint próbálják osztályozni. Így a kémiai folyamatok következő osztályozását javasolták: cserebomlás és sóképzés (ásványi műtrágyák és sók), oxidáció (kénsav, salétromsav, szerves oxigénvegyületek stb.), hidrogénezés (ammónia, metanol és egyéb alkoholok, aromás aminok nitrovegyületek hidrogénezésével stb. előállított vegyületek, aminálás (karbamid, zsíros és aromás aminovegyületek), klórozás (vegyi növényvédő szerek), nitrálás (robbanóanyagok), szulfonálás (szintetikus detergensek), elektrokémiai eljárások (elektrolízis) vizes oldatok, elektrolízis olvadt környezetben, elektrokémiai oxidáció és redukció), folyadékok és gázok magas hőmérsékletű és katalitikus krakkolási és pirolízisének folyamatai (olajfinomítás, olefinek előállítása földgázokból stb.), polimerizációs és polikondenzációs folyamatok (termékek előállítása). műanyagok, szintetikus gumik, vegyi szálak), magas hőmérsékletű feldolgozási folyamatok szilárd anyagok (szén kokszolása, kalcium-karbid, üveg, cement, nátrium-szulfid előállítása), alkilezés és arilezés stb.

Az egyes kémiai folyamatok lebonyolítására tervezett reaktorok jelentős eltérései és sajátosságai ellenére minden reaktorban azonos elemek azonosíthatók, amelyek alapján történik az osztályozás. A kémiai folyamatok számos jellemző szerinti osztályozása bizonyos mértékig a reaktorokra is vonatkozik, mivel ezek a jellemzők jelentősen befolyásolják a berendezés típusát és kialakítását. Így a reakció termikus hatása különböző hőcserélő eszközöket igényel a reakciótérfogat hő eltávolítására vagy hőellátására. Ezért a folyamatok exo és endoterm felosztásához megfelelő kémiai reaktor kiválasztása szükséges.

Kémiai folyamatoknak tekinthetők az élő természetben megfigyelhető vegyületek kölcsönös átalakulása, valamint az emberi tevékenység eredményeként bekövetkező átalakulások. A bennük lévő reagensek lehetnek két vagy több anyag, amelyek azonos vagy eltérő aggregációs állapotban vannak. Ettől függően homogén vagy heterogén rendszereket különböztetnek meg. A munka körülményeiről, sajátosságairól és a kémiai folyamatok természetben betöltött szerepéről lesz szó.

Mit értünk kémiai reakció alatt?

Ha a kiindulási anyagok kölcsönhatása következtében molekuláik alkotórészei változáson mennek keresztül, de az atommagok töltései változatlanok maradnak, akkor kémiai reakciókról vagy folyamatokról beszélünk. Az áramlásuk eredményeként keletkező termékeket az ember az iparban, a mezőgazdaságban és a mindennapi életben hasznosítja. Az élő és az élettelen természetben egyaránt hatalmas számú kölcsönhatás lép fel az anyagok között. A kémiai folyamatok alapvetően különböznek a fizikai jelenségektől és a radioaktivitás tulajdonságaitól. Ezekben új anyagok molekulái képződnek, miközben a fizikai folyamatok nem változtatják meg a vegyületek összetételét, a magreakciókban új kémiai elemek atomjai jelennek meg.

A kémiai folyamatok végrehajtásának feltételei

Különbözőek lehetnek, és mindenekelőtt a reagensek természetétől, a kívülről beáramló energia szükségességétől, valamint az aggregáció állapotától (szilárd anyagok, oldatok, gázok) függenek, amelyben a folyamat végbemegy. A két vagy több vegyület közötti kölcsönhatás kémiai mechanizmusa végrehajtható katalizátorok (például salétromsav termelés), hőmérséklet (ammónia termelés) vagy fényenergia (fotoszintézis) hatására. Az élő természetben enzimek részvételével a kémiai fermentációs reakciók (alkoholos, tejsav, vajsav) folyamatai elterjedtek, az élelmiszer- és mikrobiológiai iparban használatosak. A szerves szintézis iparban történő termékek előállításához az egyik fő feltétel a kémiai folyamat szabad gyökös mechanizmusának jelenléte. Ilyen például a metán klórozott származékainak (diklór-metán, triklór-metán, szén-tetraklorid) előállítása, amelyek láncreakciók eredményeként keletkeznek.

Homogén katalízis

Két vagy több anyag közötti érintkezés speciális típusait képviselik. A homogén fázisban (például gáz - gáz) a reakciógyorsítók részvételével lezajló kémiai folyamatok lényege, hogy a reakciókat a keverékek teljes térfogatában hajtsák végre. Ha a katalizátor ugyanolyan aggregált állapotban van, mint a reagensek, akkor mobil intermedier komplexeket képez a kiindulási vegyületekkel.

A homogén katalízis egy alapvető kémiai folyamat, amelyet például az olajfinomításnál, benzin, benzin, gázolaj és más típusú üzemanyagok előállításánál hajtanak végre. Olyan technológiákat használ, mint a reformálás, az izomerizálás és a katalitikus krakkolás.

Heterogén katalízis

Heterogén katalízis esetén a reagáló anyagok érintkezése leggyakrabban magának a katalizátornak a szilárd felületén történik. Úgynevezett aktív központok képződnek rajta. Ezek olyan területek, ahol a reagáló vegyületek kölcsönhatása nagyon gyorsan, azaz magas. Fajspecifikusak, és akkor is fontos szerepet játszanak, ha élő sejtekben kémiai folyamatok mennek végbe. Aztán az anyagcseréről – anyagcsere-reakciókról – beszélnek. A heterogén katalízisre példa a szulfátsav ipari előállítása. Egy kontaktberendezésben kén-dioxid és oxigén gáznemű keverékét felmelegítik, és a vanádium-oxid vagy a vanadil-szulfát VOSO 4 diszpergált porával töltött rácspolcokon keresztül vezetik át. A kapott terméket, a kén-trioxidot ezután tömény kénsavba abszorbeálják. Egy óleum nevű folyadék keletkezik. Vízzel hígítva a kívánt koncentrációjú szulfátsavat kapjuk.

A termokémiai reakciók jellemzői

Az energia hő formájában történő felszabadulása vagy elnyelése nagy gyakorlati jelentőséggel bír. Elég csak felidézni az üzemanyagok égési reakcióit: földgáz, szén, tőzeg. Fizikai és kémiai folyamatokat képviselnek, amelyek fontos jellemzője az égéshő. A termikus reakciók mind a szerves világban, mind az élettelen természetben elterjedtek. Például az emésztési folyamat során a fehérjék, lipidek és szénhidrátok biológiailag aktív anyagok - enzimek - hatására lebomlanak.

A felszabaduló energia ATP molekulák formájában halmozódik fel. A disszimilációs reakciók energia felszabadulásával járnak, melynek egy része hő formájában disszipálódik. Az emésztés eredményeképpen minden gramm fehérje 17,2 kJ energiát biztosít, a keményítő - 17,2 kJ, a zsír - 38,9 kJ. Az energiát felszabadító kémiai folyamatokat exotermnek, az energiát elnyelő kémiai folyamatokat endotermnek nevezzük. A szerves szintézis iparban és más technológiákban a termokémiai reakciók termikus hatásait számítják ki. Ezt fontos tudni például a reaktorok és szintézisoszlopok fűtésére felhasznált energia mennyiségének helyes kiszámításához, amelyekben hőelnyeléssel járó reakciók mennek végbe.

A kinetika és szerepe a kémiai folyamatok elméletében

Az ipar előtt álló legfontosabb feladat a részecskék (molekulák, ionok) reakciósebességének kiszámítása. Megoldása gazdasági hatást és a technológiai ciklusok jövedelmezőségét biztosítja a vegyipari gyártásban. Az ilyen reakciók sebességének növeléséhez, például az ammónia szintéziséhez, a döntő tényező a nitrogén és hidrogén gázelegy nyomásának 30 MPa-ra történő megváltoztatása, valamint a hőmérséklet hirtelen emelkedésének megakadályozása (az optimális hőmérséklet 450-550 °C).

A szulfátsav előállításához használt kémiai eljárások, nevezetesen: piritek elégetése, kén-dioxid oxidációja, kén-trioxid óleum általi abszorpciója, különböző körülmények között zajlanak. Erre a célra piritkemencét és érintkezőeszközöket használnak. Figyelembe veszik a reagáló anyagok koncentrációját, a hőmérsékletet és a nyomást. Mindezek a tényezők összefüggésben állnak a reakció legnagyobb sebességgel történő végrehajtásával, ami 96-98%-ra növeli a szulfátsav hozamát.

Az anyagok körforgása mint fizikai és kémiai folyamatok a természetben

A jól ismert mondás: „A mozgás az élet” olyan kémiai elemekre is alkalmazható, amelyek különféle kölcsönhatásba lépnek (kombinációs, helyettesítési, bomlási, cserereakciók). A kémiai elemek molekulái és atomjai folyamatos mozgásban vannak. Amint azt a tudósok megállapították, a fentiekhez mind fizikai jelenségek társulhatnak: hő felszabadulása vagy elnyelése, fényfotonok kibocsátása, az aggregációs állapot megváltozása. Ezek a folyamatok a Föld minden héjában előfordulnak: litoszférában, hidroszférában, légkörben, bioszférában. Ezek közül a legjelentősebbek az olyan anyagok körforgása, mint az oxigén, a szén-dioxid és a nitrogén. A következő címben azt nézzük meg, hogyan kering a nitrogén a légkörben, a talajban és az élő szervezetekben.

A nitrogén és vegyületeinek interkonverziója

Köztudott, hogy a nitrogén a fehérjék szükséges alkotóeleme, ezért kivétel nélkül részt vesz a földi élet minden típusának kialakításában. A nitrogént a növények és állatok ionok formájában szívják fel: ammónium-, nitrát- és nitrit-ionok. A fotoszintézis eredményeként a növények nemcsak glükózt, hanem aminosavakat, glicerint és zsírsavakat is termelnek. A fenti kémiai vegyületek mindegyike a Calvin-ciklusban végbemenő reakciók terméke. A kiváló orosz tudós, K. Timirjazev a zöld növények kozmikus szerepéről beszélt, többek között fehérjeszintetizáló képességükről.

A növényevők növényi táplálékból, míg a húsevők a ragadozó húsából szerzik be a peptideket. A szaprotróf talajbaktériumok hatására a növényi és állati maradványok bomlása során összetett biológiai és kémiai folyamatok mennek végbe. Ennek eredményeként a szerves vegyületek nitrogénje szervetlen formává alakul (ammónia, szabad nitrogén, nitrátok és nitritek képződnek). Visszatérve a légkörre és a talajra, ezeket az anyagokat ismét felszívják a növények. A nitrogén a levélbőr sztómáin keresztül jut be, a nitrogénoldatokat és sóikat pedig a növényi gyökerek gyökérszőrei szívják fel. A nitrogén konverziós ciklus bezárul, hogy megismétlődjön. A természetben előforduló kémiai folyamatok lényegét a 20. század elején részletesen tanulmányozta D. N. Pryanishnikov orosz tudós.

Porkohászat

A modern kémiai eljárások és technológiák jelentősen hozzájárulnak az egyedi fizikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkező anyagok létrehozásához. Ez elsősorban az olajfinomítók, a szervetlen savakat, színezékeket, lakkokat és műanyagokat gyártó vállalkozások műszerei és berendezései számára fontos. Gyártásukban hőcserélőket, érintkező eszközöket, szintézis oszlopokat és csővezetékeket használnak. A berendezés felülete nagy nyomás alatt érintkezik agresszív közegekkel. Ezenkívül szinte minden vegyi gyártási folyamatot magas hőmérsékleten hajtanak végre. Sürgősen olyan anyagokat kell beszerezni, amelyek magas hő- és savállósággal és korróziógátló tulajdonságokkal rendelkeznek.

A porkohászat magában foglalja a fémtartalmú porok előállítását, a szinterezést és a kémiailag agresszív anyagokkal való reakciókban használt modern ötvözetek összetételébe való bejuttatását.

Kompozitok és jelentésük

A modern technológiák közül a legfontosabb kémiai folyamatok a kompozit anyagok előállítására irányuló reakciók. Ide tartoznak a habok, cermetek és norpapalsták. Fémeket és ötvözeteiket, kerámiákat és műanyagokat használnak mátrixként a gyártáshoz. Töltőanyagként kalcium-szilikátot, fehér agyagot, stronciumot és bárium-ferridet használnak. A fenti anyagok mindegyike ütésállóságot, hőállóságot és kopásállóságot biztosít a kompozit anyagoknak.

Mi az a kémiai technológia

Azt a tudományágat, amely a nyersanyagok: olaj, földgáz, szén, ásványok feldolgozásának reakcióiban alkalmazott eszközök és módszerek vizsgálatával foglalkozik, vegyi technológiának nevezték. Más szóval, ez az emberi tevékenység eredményeként fellépő kémiai folyamatok tudománya. Teljes elméleti bázisa matematikából, kibernetikából, fizikai kémiából és ipari közgazdaságtanból áll. Nem mindegy, hogy milyen kémiai folyamat zajlik a technológiában (nitrátsav előállítása, mészkő lebontása, fenol-formaldehid műanyagok szintézise) – modern körülmények között lehetetlen az emberi tevékenységet elősegítő, a környezetszennyezést kiküszöbölő automatizált vezérlőrendszerek nélkül, valamint folyamatos és hulladékmentes vegyszergyártási technológia biztosítása.

Ebben a munkában az élő természetben (fotoszintézis, disszimiláció, nitrogén körforgás) és az iparban lezajló kémiai folyamatokra is példákat vizsgáltunk.

Kémiai folyamatok

Paraméter neve	Jelentése
Cikk témája:	Kémiai folyamatok
Rubrika (tematikus kategória)	Kémia

A szerkezeti kémia megjelenése lehetőséget adott az anyagok célzott minőségi átalakítására, sémát alakítva ki bármely kémiai vegyület szintézisére, beleértve a kémiai vegyületeket is. és korábban ismeretlen.

Bármely kémiai vegyület jellege nemcsak a minőségi és mennyiségi összetételtől függ, hanem az atomok kölcsönös hatásától és a molekula szerkezetétől is.

Az anyag szerkezete és tulajdonságai

Az azonos összetételű, de eltérő szerkezetű anyagokat nevezzük izomerek,és maga a jelenség - izoméria. Például f A C 4 H 8 O képlet 21 anyagot tartalmaz.

Az anyagok tulajdonságainak leírásához nemcsak az összetételt kell ismernie, hanem azt is kapcsolati szerkezet. Ez különösen fontos a szerves kémia szempontjából. Az egyik kémiai elem elektronjai, amelyek kölcsönhatásba lépnek egy másik kémiai elem atommagjával és elektronjaival, szigorúan lokalizáltak (elhelyezkednek) a térben. Mivel az elektron egy elektromágneses hullám egy bizonyos terjedési területtel, ennek a területnek van iránya. Vagyis egy kémiai kötés egy bizonyos irányban jön létre a térben, és meghatározza az atomok térbeli orientációját.

Molekula szerkezete– atommagokból és elektronokból álló rendszer térbeli és energiarendezettsége.

A szerves kémiában az izomerizmusnak nevezett fontos jelenség a molekula térbeli szerkezetéhez kapcsolódik.

Izomerek- azonos összetételű, de eltérő molekulaszerkezetű anyagok.

A szerkezeti kémia magasabb szintre emelkedett az anyag összetételének tanulmányozásával kapcsolatban. Ezzel egy időben a kémia túlnyomórészt analitikus tudományból szintetikus tudomány lett. A kémia fejlődésének ezen szakaszának fő eredménye a molekulák szerkezete és az anyagok reakciókészsége közötti kapcsolat megteremtése volt.

Az anyag négy fő halmazállapota - plazma, gázhalmazállapotú, folyékony és szilárd (létezési sorrendben, ahogy a hőmérséklet csökken) - régóta ismert, de ma a tudósok még két halmazállapotot azonosítanak - az alacsony hőmérsékletű kondenzátumokat. A kondenzátum egy új halmazállapot az ultraalacsony hőmérsékleten - kevesebb, mint 0,00000001 K (!!!), ᴛ.ᴇ. a tér vákuum hőmérséklete alatti hőmérsékleten (űrben a hőmérséklet kb. 3 K).

Használjunk egy konkrét példát egy szilárdtestre, hogy bemutassuk az atomi szerkezet hatását az anyag tulajdonságaira. Ehhez egy egyszerű egyatomos anyagot - szenet - választunk.

Szilárd állapotban a szénnek kristályosnak és amorfnak kell lennie, és minden állapotának megvan a saját neve.

1. Korom - amorf szén finomra őrölt por formájában (mára megállapították, hogy szerkezetében a koromban, kokszban, üveges szénben és hasonló anyagokban a szén különböző mértékben megközelíti a grafitot. A korom tulajdonságairól szólva Megjegyzendő, hogy a korom elektromos vezetőképessége nulla, a korom elektromos szigetelő.

2. A 60-as évek elejéig azt hitték, hogy a tiszta szénnek csak két kristályos formája létezik a természetben, nevezetesen a három- és kétdimenziós polimerek, ᴛ.ᴇ. gyémánt és grafit. A grafit szerkezetét rétegek jellemzik; a rétegekben lévő atomok erősen kötődnek egymáshoz, míg a rétegek közötti kölcsönhatások elhanyagolhatóak. Emiatt a grafit könnyen rétegekre hasad, puha kristályos anyag. A koromtól eltérően a grafit nagyon jó elektromos vezető.

3. A gyémánt köbös kristályszerkezetű, ugyanazokból a szénatomokból épül fel. A grafittal ellentétben a gyémánt kemény kristályos anyag (talán a legkeményebb). Az ilyen tulajdonságok a szerkezetéhez kapcsolódnak, mivel az összes atom egyenlő távolságra van egymástól és szorosan „kötött” egymáshoz/

4. 1985-ben ᴦ. A gömb alakú szénmolekulák nagy családját, a fulleréneket fedezték fel. A fullerének egy új típusú szén. Ezek C 60, C 70, C 74 ... típusú zárt molekulák, amelyekben minden szénatom egy „gömb alakú” felületen helyezkedik el. A fullerén C 60 szerkezetében (a molekula átmérője kb. 1 nm) a szénatomok szabályos hatszögek vagy ötszögek csúcsaiban helyezkednek el (kondenzált (kristályos) állapotban a fulleréneket fulleriteknek nevezzük). Fulleréneket találtak egyes természetes ásványokban, például a karéliai shungitban. A fullerén alapján új anyagosztályokat állítottak elő: például fullerideket kaptak fémekkel való kölcsönhatás révén.

Ezeknek az anyagoknak az érdekes tulajdonságai a különböző atomok - Na, K - „befogásával” kapcsolatosak. A kapott fulleridek szupravezető képességgel rendelkeznek (19-55 K hőmérsékleten), platinacsoportba tartozó fémek használatakor pedig ferromágneses tulajdonságok járulékosan megnyilvánult. A fullerének érdekes tulajdonsága alacsony hőmérsékleten és nyomáson a hidrogén felszívó képessége. Ebben a tekintetben lehetőség van fullerének felhasználására az újratölthető akkumulátorok gyártásához. A fullerén kapszula olyan gyógyszereket tartalmazhat, amelyek szelektíven jutnak el a sérült szervbe vagy szövetbe/

5. Grafit nanocsövek - új típusú szén, 1991-ben szerezték be. A szén nanocsövet úgy kell ábrázolni, mint egy hengerbe hengerelt grafitsíkot. A csövek lehetnek egyfalúak vagy többfalúak, ha több grafitrétegből készülnek. A cső átmérője egytől több tíz nanométerig terjed, hossza pedig több centimétert is elérhet; általában a csövek félgömb alakú fejben végződnek. A szén nanocsövek egyedülálló mechanikai (nagyon erős), elektromos és termikus tulajdonságokkal rendelkeznek (elektromos és hővezető képessége megközelíti vagy meghaladja a fémekét).

6. A 2010-es fizikai Nobel-díjat Andre Geim és Konsztantyin Novoselov, az Egyesült Királyságban dolgozó oroszországi bevándorlók kapták „a grafén kétdimenziós anyagának tanulmányozásában végzett úttörő kísérleteikért”. 2004-ben kísérletileg bebizonyították a szén speciális formájának előállítását, amely egy atom vastagságú lap, amely szabályos hatszögekből álló kétdimenziós kristályrácsba kapcsolódik. Más szavakkal, a grafén a jól ismert grafit egyik különálló rétege. A grafén a legvékonyabb és legerősebb ismert anyag, másrészt nagyon rugalmas, képes a vezető (emlékezzünk a grafit) és a félvezető tulajdonságait is felmutatni.

A modern szerkezeti kémia nagyszerű eredményeket ért el. Az új szerves anyagok szintézise lehetővé teszi a természetben nem található hasznos és értékes anyagok előállítását. Így évente több ezer kilogramm aszkorbinsavat (C-vitamint) és számos új gyógyszert szintetizálnak világszerte, beleértve az ártalmatlan antibiotikumokat, a magas vérnyomás elleni gyógyszereket, a gyomorfekélyt stb.

A szerkezetkémia legújabb vívmánya a fémorganikus vegyületek egy teljesen új osztályának felfedezése, amelyeket kétrétegű szerkezetük miatt „szendvicsvegyületeknek” neveznek. Ennek az anyagnak a molekulája két hidrogén- és szénvegyület-lemezből áll, amelyek között egy fématom található.

A modern szerkezetkémia kutatása két ígéretes irányban halad:

1) kristályok szintézise az ideális rácshoz maximálisan közelítve magas műszaki mutatókkal rendelkező anyagok előállításához: maximális szilárdság, hőállóság, tartósság stb.;

2) előre programozott kristályrácshibákkal rendelkező kristályok létrehozása meghatározott elektromos, mágneses és egyéb tulajdonságokkal rendelkező anyagok előállításához.

3. A megoldások általános jellemzői

A víz fizikai tulajdonságai teljesen anomálisak. A legcsodálatosabb közülük az hogy normál körülmények között folyékony legyen. A hasonló kémiai vegyületek (H 2 S vagy H 2 Se) molekulái sokkal nehezebbek, mint a víz, de ilyen körülmények között gázhalmazállapotúak.

Három vízpont, ᴛ.ᴇ. víz, jég és gőz egyensúlya, 0,01 °C hőmérsékleten és 611 Pa nyomáson figyelhető meg (8.1. ábra). A túlhűtött, azaz 0°C alatt folyékony állapotban maradó víz furcsán viselkedik: egyrészt a hőmérséklet csökkenésével csökken a sűrűsége, másrészt megközelíti a jég sűrűségét

Rendkívüli az alulhűtés és túlmelegedés megengedett értékeinek határai nagyok víz: -40 és +200 °C közötti hőmérsékleten folyékony állapotban tarthatja.

A legtöbb folyadékkal ellentétben a hőmérséklet emelkedésével fajlagos térfogata csökken, sűrűsége nő, és 4 °C-on éri el a minimumot (illetve maximumot). A közönséges folyadékokban a sűrűség mindig csökken a hőmérséklet csökkenésével.

Fagyáskor a víz térfogata akár 10%-kal is megnő. A víz sűrűsége nagyobb, mint a jég sűrűsége. Amikor a kristályok megolvadnak, amikor az iontömörödés szabályszerűsége megszakad, a sűrűség 2-4%-kal csökken. A víz ezen tulajdonsága megvédi a tározókat a teljes fagyástól, életet mentve bennük. A jég rossz hővezető.

Nagyon magas hőkapacitás víz- Amikor a jég elolvad, több mint kétszeresére nő. Emiatt a tengerek és óceánok óriási termosztátok, amelyek kisimítják a levegő hőmérsékletének minden ingadozását. Egyébként a légkörben lévő vízgőz is képes ellátni ugyanezeket a funkciókat. A vízgőz hiánya a sivatagokban az éjszakai és nappali hőmérséklet éles ingadozásához vezet.

A víz univerzális oldószer. A feloldódás szabálya az, hogy a hasonló feloldódik hasonlóvá.

A víz közötti fő különbség a hidrogénkötésekben rejlik.(8.2. ábra),

A vízmolekula kicsi dipól, amelyek a pólusokon pozitív és negatív töltéseket tartalmaznak. Ha a pozitív és negatív töltések epicentrumait egyenes vonalakkal köti össze, háromdimenziós geometriai alakzatot kap - egy szabályos tetraédert

A vízmolekulák komplexe gáz halmazállapotban, folyékony vízben és jégben létezik. De ahogy L. Pauling megállapította, a jég még O K-nál sem teljesen rendezett kristály. A jég szerkezete meglehetősen laza: minden üreget hat H 2 0 molekula vesz körül, és minden molekulát hat üreg vesz körül. . Ezeknek az üregeknek a mérete akkora, hogy egyetlen molekulát is elhelyezhetnek anélkül, hogy megzavarnák a hidrogénkötési keretet.

Egy anyag sav, ha vízben disszociálva hidrogénionokat képez, és bázis, ha oldatban hidrogénionokat képes hozzáadni vagy hidroxidionokat OH képezni. Az oldat savasságát vagy lúgosságát a pH-mutató jellemzi, melynek skálája 0-tól 14-ig terjedő értékeket takar. Ez a skála logaritmikus, ᴛ.ᴇ. Rajzoljuk a hidrogénionok koncentrációjának logaritmusait. Az 5-ös pH-jú oldat savassága 10-szer nagyobb, mint a 6-os és 100-szor nagyobb, mint a 7-esé. A pH 6-os oldat 1 milliomod mól hidrogéniont tartalmaz 1 literenként, a pH 7 a semlegesnek felel meg. környezet, alatta pedig savasabb környezet, felette pedig lúgos.

A kémiai folyamat (a latin processus - előrehaladás szóból) az anyag halmazállapotainak egymást követő változása, amely folyamatos, egységes mozgást jelent. Egyes anyagok más anyagokká való átalakításának folyamatát általában ún kémiai reakció. Van't Hoff termodinamikai megközelítéssel osztályozta a kémiai reakciókat, és megfogalmazta a kémiai kinetika alapelveit is.

Minden sejtben körülbelül 10 000 kémiai reakció megy végbe.

A kémiai folyamatok a következőkre oszthatók:

homo-És heterogén(a reagáló rendszerek aggregáltsági állapotától függően),

exo-És endoterm(a felszabaduló és elnyelt hő mennyiségétől függően),

redox(az anyag oxidációs állapotának változásától függően, amely egyes atomok elektronjainak átvitelével jár (redukálószer) más atomokhoz (oxidálószer).

Tanulmányozza a kémiai reakciók sebességét és jellemzőit. kémiai kinetika.

A kémiai reakció sebességét a következő feltételek és paraméterek is befolyásolják:

1) természet reagáló anyagok (például az alkálifémek vízben oldódnak lúgok képződésével és hidrogén felszabadulásával, és a reakció normál körülmények között azonnal lezajlik, míg a cink, a vas és mások lassan reagálnak és oxidokat képeznek, a nemesfémek pedig nem reagálnak minden);

2) hőfok. Minden 10 °C-os hőmérséklet-emelkedésnél a reakciósebesség 2-4-szeresére nő (Hoff szabálya). Az oxigén már normál hőmérsékleten is észrevehető sebességgel reagál sok anyaggal (lassú oxidáció). A hőmérséklet emelkedésével heves reakció (égés) kezdődik;

3) koncentráció. Oldott anyagok és gázok esetében a kémiai reakciók sebessége a reagáló anyagok koncentrációjától függ. Az anyagok égése a tiszta oxigénben intenzívebben megy végbe, mint a levegőben, ahol az oxigénkoncentráció majdnem 5-ször kisebb. Itt érvényes a tömeghatás törvénye: állandó hőmérsékleten a kémiai reakció sebessége egyenesen arányos a reagáló anyagok koncentrációjának szorzatával;

4)reakciófelület. Szilárd halmazállapotú anyagok esetén az arány egyenesen arányos a reagáló anyagok felületével. A vas és a kén szilárd állapotban csak előzetes őrléssel és keveréssel reagál elég gyorsan: bozótfa és rönk égetése;

5)katalizátor. A reakció sebessége a katalizátoroktól függ, olyan anyagoktól, amelyek felgyorsítják a kémiai reakciókat anélkül, hogy elfogyna. BAN BEN. Ostwald a kémiai egyensúly feltételeit tanulmányozva jutott el a katalízis jelenségének felfedezéséhez. A berthollet só és a hidrogén-peroxid bomlása felgyorsul mangán (IV) oxid stb. jelenlétében.

A katalizátorok pozitívak, amelyek gyorsítják a reakciót, és negatívak (inhibitorok), amelyek lassítják azt. A kémiai reakció katalitikus szelektív gyorsítását általában katalízisnek nevezik, és a modern kémiai technológia egyik technikája (polimer anyagok, szintetikus üzemanyagok előállítása stb.). Úgy gondolják, hogy a vegyiparban a katalitikus folyamatok aránya eléri a 80%-ot.

Kémiai folyamatok fogalma és típusai. A "Vegyi eljárások" kategória besorolása és jellemzői 2017, 2018.