Ko'ngilochar fanlar akademiyasi. Kimyo. Video. Kimyoviy jarayonlar Xabar kimyoviy jarayonlar

Eng muhim narsalarni tezda hukm qilmaylik.

Geraklit

Kimyoviy jarayon(latdan. jarayon- oldinga siljish) materiya holatlarining ketma-ket o'zgarishi, uzluksiz, birlashgan harakatni ifodalovchi rivojlanishning ketma-ket bosqichlari o'rtasidagi chambarchas bog'liqlik. Kimyoviy jarayonlarni o'rganish - bu fizika, kimyo va biologiyaning chuqur o'zaro ta'siri bo'lgan fan sohasi. Kimyoviy jarayonlar quyidagilarga bo'linadi: gomo- Va heterojen(reaktsion tizimlarning agregat holatiga qarab), ekzo- Va endotermik(ajraladigan va so'rilgan issiqlik miqdoriga qarab), oksidlovchi, qaytaruvchi(kislorod bilan munosabatiga qarab) va boshqalar.

Atrofimizda sodir bo'layotgan barcha jarayonlarni uchta katta guruhga birlashtirish mumkin.

1. Foydalanish mumkin bo'lgan spontan jarayonlar
energiya ishlab chiqarish yoki ish qilish. Shartlar
spontan jarayonlarning borishi yoki termo qonunlari
ular bilan xarakterlanadigan dinamika: a) izolyatsiya qilingan holda
tizim, ya'ni har qanday material chiqarib tashlangan tizimda
atrof-muhit bilan nal yoki energiya almashinuvi, miqdori
energiyaning barcha turlari doimiy; b) o'zgartirish
entalpiya (jarayonning issiqlik ta'siri, AH) faqat bog'liq
boshlang'ich moddalar va mahsulotlarning turi va holati va bog'liq emas
o'tish yo'lidan. U Gess qonuni deb ataladi va tuzilgan
1840 yilda u tomonidan asos solingan

2. Xarajatlarni talab qiladigan jarayonlar
energiya yoki bajarilgan ish.

3. Kimyoviy tizimning o'zini o'zi tashkil etishi, ya'ni o'z-o'zidan ishlab chiqarish
energiyani o'zgartirmasdan sodir bo'ladigan erkin jarayon
tizim zahirasi, faqat qaysi yo'nalishda sodir bo'ladi

tizimdagi tartib kuchayadi, ya'ni entropiya kamayadi.

Turli kimyoviy reagentlarning o‘zaro ta’sir o‘tkazish qobiliyati faqat ularning atom-molekulyar tuzilishi bilan emas, balki kimyoviy reaksiyalar sodir bo‘ladigan sharoit bilan ham belgilanadi. Bir moddaning boshqa moddaga aylanishiga kimyoviy reaksiya deyiladi. Kimyoviy jarayonlarning sodir bo'lish shartlariga, birinchi navbatda, reaktsiyalarning harorat, bosim va boshqa ba'zi sharoitlarga bog'liqligini tavsiflovchi termodinamik omillar kiradi. Kimyoviy reaktsiya tezligiga quyidagi shartlar va parametrlar ham ta'sir qiladi:

1) tabiat reaksiyaga kirishuvchi moddalar (masalan, gidroksidi metallar ishqorlar hosil bo‘lishi va vodorod ajralib chiqishi bilan suvda eriydi va reaksiya normal sharoitda bir zumda davom etadi, rux, temir va boshqalar sekin reaksiyaga kirishib, oksidlar hosil qiladi, asil metallar esa reaksiyaga kirishmaydi. hammasi);

2) harorat. Haroratning har 10 °C ortishi bilan reaksiya tezligi 2-4 marta ortadi (van't-Xoff qoidasi). Kislorod ko'plab moddalar bilan oddiy haroratlarda (sekin oksidlanish) sezilarli tezlikda reaksiyaga kirisha boshlaydi. Harorat ko'tarilgach, zo'ravon reaktsiya (yonish) boshlanadi;

3) diqqat. Erigan moddalar va gazlar uchun kimyoviy reaksiyalarning tezligi reaksiyaga kirishuvchi moddalar kontsentratsiyasiga bog'liq. Sof kisloroddagi moddalarning yonishi kislorod kontsentratsiyasi deyarli 5 baravar kam bo'lgan havoga qaraganda kuchliroq sodir bo'ladi. Bu erda massa ta'siri qonuni amal qiladi: doimiy haroratda kimyoviy reaksiya tezligi reaksiyaga kirishuvchi moddalar konsentratsiyasining mahsulotiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir;

4) reaksiya yuzasi maydoni. Qattiq holatda bo'lgan moddalar uchun tezlik reaksiyaga kirishuvchi moddalarning sirt maydoniga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Qattiq holatda temir va oltingugurt faqat oldindan maydalash va aralashtirish bilan etarlicha tez reaksiyaga kirishadi: cho'tka va loglarni yoqish;

5) katalizator. Reaksiya tezligi katalizatorlarga, iste'mol qilinmasdan kimyoviy reaktsiyalarni tezlashtiradigan moddalarga bog'liq. Bertolet tuzi va vodorod peroksidning parchalanishi marganets (IV) oksidi va boshqalar ishtirokida tezlashadi.

Kimyoviy reaksiyaga kirishish uchun faollashuv energiyasiga mos keladigan ma'lum bir energiya to'sig'ini engib o'tish kerak, uning to'planish ehtimoli haroratga kuchli bog'liq. Ko'p reaktsiyalar uzoq vaqt davomida tugamaydi. Bunda reaksiya kimyoviy muvozanatga yetgan deb aytiladi. Agar quyidagi uchta shart bajarilsa, kimyoviy tizim muvozanat holatidadir:

1) tizimda energiya o'zgarishi sodir bo'lmaydi (H = 0);

2) buzilish darajasida o'zgarish yo'q (, S = 0);

3) izobar potensial o'zgarmaydi (J = 0).

Van't Toff termodinamik yondashuvdan foydalanib, kimyoviy reaktsiyalarni tasnifladi va kimyoviy kinetikaning asosiy tamoyillarini shakllantirdi. Kimyoviy kinetika kimyoviy reaksiyalar tezligini o'rganadi. Le Shatelye kimyoviy reaksiyalarda kimyoviy muvozanatning tashqi omillar - harorat, bosim va boshqalar ta'sirida siljish qonunini shakllantirdi.Le Shatelye printsipiga ko'ra, agar kimyoviy muvozanat holatidagi tizim tashqi ta'sirga (harorat, bosim yoki kontsentratsiya o'zgaradi), keyin pozitsiya kimyoviy reaktsiyaning muvozanati bu ta'sirni zaiflashtiradigan tomonga siljiydi.

Kimyoviy reaktsiyalar boshlang'ich moddalar va reaktsiya mahsulotlarining sifatining o'zgarishiga qarab quyidagi turlarga bo'linadi:

ulanish reaktsiyalari- bir nechta moddalar bir moddani hosil qiladigan, dastlabki moddalardan murakkabroq reaktsiyalar;

parchalanish reaktsiyalari- bir murakkab moddadan bir nechta moddalar hosil bo'ladigan reaksiyalar;

almashtirish reaktsiyalari- murakkab moddada bir element atomlari boshqa element atomini almashtirib, bir vaqtning o'zida ikkita yangi - oddiy va murakkab hosil bo'ladigan reaktsiyalar;

almashinuv reaktsiyalari- reaksiyaga kirishuvchi moddalar o'z tarkibiy qismlarini almashinadigan reaktsiyalar, natijada

undan ikkita murakkab moddadan ikkita yangi murakkab modda hosil bo'ladi.

Termal effektga ko'ra kimyoviy reaktsiyalarni ajratish mumkin ekzotermik- issiqlik chiqishi bilan va endotermik- issiqlik assimilyatsiya qilish bilan. Kataliz hodisasini hisobga olgan holda, reaktsiyalar bo'lishi mumkin katalitik- katalizatorlar yordamida va katalitik bo'lmagan- katalizatorlardan foydalanmasdan. Qaytarilish qobiliyatiga ko'ra reaktsiyalar quyidagilarga bo'linadi qaytariladigan Va qaytarilmas.

IN. Ostvald kimyoviy muvozanat sharoitlarini o'rganib, kataliz hodisasini kashf etdi. Ma'lum bo'lishicha, reaksiyalarning tabiati va ayniqsa tezligi ko'p jihatdan kinetik sharoitlarga bog'liq bo'lib, ular reaktivlarga katalizatorlar va boshqa qo'shimchalarning mavjudligi, shuningdek, erituvchilar, reaktor devorlari va boshqa sharoitlarning ta'siri bilan belgilanadi. Fenomen kataliz- oraliq jarayonlarda ishtirok etadigan, lekin reaksiya oxirida qayta tiklanadigan moddalar (katalizatorlar) ishtirokida kimyoviy jarayonlarni tanlab tezlashtirish, sanoatda keng qo'llaniladi, masalan, azot va vodorodni biriktirish, oltingugurt ishlab chiqarish uchun kontakt usuli. kislota va boshqalar. Ammiak sintezi birinchi marta 1918 yilda Xaber, K.Bosh va A.Mittashlarning ishlariga asoslanib, kaliy va alyuminiy oksidlari qoʻshilgan metall temirdan tashkil topgan katalizator yordamida 450-550 °C haroratda va 300-1000 atmosfera bosimi. Hozirgi vaqtda yuqori selektivligi va selektiv ta'siri bilan ajralib turadigan metallorganik va metall-kompleks katalizatorlardan foydalanishga katta e'tibor berilmoqda. Ammiak sintezining xuddi shu jarayonini metallorganik katalizator yordamida normal haroratda (18 °C) va normal atmosfera bosimida amalga oshirish mumkin edi, bu mineral azotli o'g'itlar ishlab chiqarishda katta istiqbollarni ochadi. Organik sintezda katalizning roli ayniqsa muhimdir. Bu yo'nalishdagi eng katta muvaffaqiyat XX asrning 20-yillarida sovet akademigi S.V. Lebedev tomonidan amalga oshirilgan etil spirtidan sun'iy sintetik kauchuk ishlab chiqarish sifatida tan olinishi kerak.

Fermentlar yoki biokatalizatorlar biologik jarayonlarda va o'simlik va hayvonlardan olingan moddalar texnologiyasida, shuningdek, tibbiyotda alohida rol o'ynaydi. Hozirgi vaqtda 750 dan ortiq fermentlar ma'lum va ularning soni har yili ortib bormoqda. Fermentlar bifunksional va ko'p funktsiyali katalizatorlardir, chunki bu erda fermentning faol markazidagi turli tabiatdagi ikki yoki bir nechta katalizatorlarning ma'lum substrat bog'lanishlarining qutblanishiga muvofiqlashtirilgan ta'siri mavjud. Xuddi shu tushuncha fermentning katalitik ta'siri va ferment ta'sirining kinetika nazariyasi asosida yotadi. Fermentlarning boshqa katalizatorlardan asosiy farqi ularning juda yuqori faolligi va aniq o'ziga xosligidir.

Kimyoviy tizimlarning biologik tizimlarga o'z-o'zidan tashkil etilishi, ularning birligi va o'zaro bog'liqligi noorganiklardan organik birikmalarning sintezini tasdiqlaydi. 1824-yilda nemis kimyogari, Berzeliusning shogirdi F.Voller birinchi marta noorganik sianogen N-C-C-N dan suv bilan qizdirish orqali oksalat kislotasi HOOC-COOH organik birikmasini oldi. Shuningdek, yangi organik modda - ammoniy siyaniddan karbamid (karbamid) olindi. 1854 yilda Frantsiyada M. Berthelot yog'ni sintetik yo'l bilan oldi. Kimyoning eng katta muvaffaqiyati 50-60-yillarda bo'lgan. XX asr oddiy oqsillar - insulin gormoni va ribonukleoz fermentining birinchi sintezi edi.

Yaxshi ishingizni bilimlar bazasiga yuborish oddiy. Quyidagi shakldan foydalaning

Talabalar, aspirantlar, bilimlar bazasidan o‘z o‘qishlarida va ishlarida foydalanayotgan yosh olimlar sizdan juda minnatdor bo‘lishadi.

http://www.allbest.ru/ saytida joylashtirilgan

Kirish

Yangi ishlab chiqarish talablari ta'sirida harorat, bosim, erituvchilar va boshqa omillar ta'sirida moddaning xususiyatlarining o'zgarishini hisobga oladigan kimyoviy jarayonlar haqidagi ta'limot paydo bo'ldi. Shundan so'ng, kimyo nafaqat to'liq ob'ektlar kabi moddalar haqidagi fanga, balki moddalarning o'zgarish jarayonlari va mexanizmlari haqidagi fanga aylanadi. Buning samarasida qurilish ishlarida yog‘och va metall o‘rnini bosuvchi sintetik materiallar, quritish moyi, laklar, yuvish va moylash materiallari ishlab chiqarishda oziq-ovqat xomashyosi ishlab chiqarishni yaratish ta’minlandi. Sun'iy tolalar, kauchuklar, etil spirti va ko'plab erituvchilar ishlab chiqarish neft xom ashyosi, azotli o'g'itlar ishlab chiqarish esa havo azotiga asoslangan. Neft-kimyo ishlab chiqarish texnologiyasi uzluksiz, yuqori samarali jarayonlarni ta'minlaydigan oqim tizimlari bilan paydo bo'ldi. kimyoviy reaksiya elektron

Shunday qilib, 1935 yilda teri, mo'yna, kauchuk, tolalar, yuvish vositalari, quritish moyi, laklar, sirka kislotasi, etil spirti kabi materiallar butunlay hayvonot va o'simlik xom ashyosidan, jumladan, oziq-ovqat mahsulotlaridan ishlab chiqarilgan. Bunga oʻn millionlab tonna gʻalla, kartoshka, yogʻ, teri xom ashyosi va boshqalar sarflandi. Ammo allaqachon 1960-yillarda. Gaz va neft xomashyosidan 100% texnik spirt, 80% yuvish vositalari, 90% quritish moylari va laklar, 40% tolalar, 70% kauchuk va 25% ga yaqin charm materiallar tayyorlandi. Bundan tashqari, kimyo har yili chorva ozuqasi sifatida yuz minglab tonna karbamid va neft oqsili va 200 million tonnaga yaqin o'g'it ishlab chiqaradi.

Fizika, kimyo va biologiyaning eng chuqur integratsiyalashuvi amalga oshirilgan fan sohasi - kimyoviy jarayonlarni o'rganish asosida bunday ajoyib muvaffaqiyatlarga erishildi. Ushbu ta'limot kimyoviy termodinamika va kinetikaga asoslangan, shuning uchun fanning ushbu bo'limi fizika va kimyoga teng darajada tegishli. Ushbu ilmiy yo'nalishning asoschilaridan biri rus kimyogari N.N. Semenov - Nobel mukofoti laureati, kimyoviy fizikaning asoschisi. 1965 yilgi Nobel ma'ruzasida u kimyoviy jarayon kimyoni fizikadan ajratib turadigan va uni yanada murakkab fanga aylantiradigan asosiy hodisa ekanligini aytdi. Kimyoviy jarayon elektron, proton, atom, molekula kabi nisbatan oddiy jismoniy ob'ektlardan murakkab, ko'p darajali tirik tizimlarga ko'tarilishning birinchi bosqichiga aylanadi. Axir, tirik organizmning har qanday hujayrasi o'ziga xos murakkab reaktordir. Shuning uchun kimyo fizika ob'ektlaridan biologiya ob'ektlariga ko'prik bo'ladi.

Kimyoviy jarayonlarni o'rganish turli xil kimyoviy reagentlarning o'zaro ta'sir qilish qobiliyati, boshqa narsalar qatori, kimyoviy reaktsiyalarning shartlari bilan belgilanadi degan fikrga asoslanadi. Bu sharoitlar kimyoviy reaktsiyalarning tabiati va natijalariga ta'sir qilishi mumkin.

Kimyoviy reaktsiyalarning aksariyati elementlarning rahm-shafqatiga bog'liq. Albatta, maxsus nazorat yoki maxsus shartlarni talab qilmaydigan reaktsiyalar mavjud. Bular kislota-asos o'zaro ta'sirining yaxshi ma'lum bo'lgan reaktsiyalari (neytralizatsiya). Biroq, reaktsiyalarning aksariyatini nazorat qilish qiyin. Amalga oshirish mumkin bo'lmagan reaktsiyalar mavjud, garchi ular printsipial jihatdan amalga oshirilishi mumkin. To'xtatish qiyin bo'lgan reaktsiyalar mavjud: yonish va portlashlar. Va nihoyat, bitta kerakli yo'nalishga kiritish qiyin bo'lgan reaktsiyalar mavjud, chunki ular o'z-o'zidan yuzlab qo'shimcha mahsulotlarni shakllantirish bilan o'nlab kutilmagan novdalarni yaratadilar. Shuning uchun kimyogarlarning eng muhim vazifasi kimyoviy jarayonlarni boshqarish, kerakli natijalarga erishishdir.

Kimyoviy jarayonlarni nazorat qilish usullari

Eng umumiy shaklda kimyoviy jarayonlarni boshqarish usullarini termodinamik va kinetikga bo'lish mumkin.

Termodinamik usullar reaktsiyaning kimyoviy muvozanatining o'zgarishiga ta'sir qiladi. Kinetik usullar kimyoviy reaksiya tezligiga ta'sir qiladi.

Kimyoviy termodinamikaning mustaqil yo'nalish sifatida paydo bo'lishi odatda 1884 yilda Gollandiyalik kimyogari J. van't Xoffning "Kimyoviy dinamikaga oid insholar" kitobining paydo bo'lishi bilan bog'liq. Kimyoviy reaksiya yoʻnalishining harorat oʻzgarishiga va reaksiyaning issiqlik effektiga bogʻliqligini oʻrnatuvchi qonuniyatlarni asoslab beradi. Kimyoviy jarayonlarning energiyasi termodinamika qonunlari bilan chambarchas bog'liq. Energiya chiqaradigan kimyoviy reaksiyalar ekzotermik reaksiyalar deyiladi. Ularda energiya tizimning ichki energiyasining pasayishi bilan bir vaqtda chiqariladi. Energiyaning yutilishi bilan sodir bo'ladigan endotermik reaktsiyalar ham mavjud. Bu reaksiyalarda issiqlik oqimi hisobiga tizimning ichki energiyasi ortadi. Reaksiya paytida chiqarilgan energiya miqdorini (kimyoviy reaktsiyaning issiqlik effekti) o'lchash orqali tizimning ichki energiyasining o'zgarishini baholash mumkin.

Shu bilan birga, frantsuz kimyogari A. Le Shatelier o'zining mashhur harakatlanuvchi muvozanat tamoyilini shakllantirdi, kimyogarlarni muvozanatni maqsadli mahsulotlarni shakllantirish tomon siljitish usullari bilan jihozladi. Bu boshqarish usullari termodinamik usullar deb ataladi.

Har bir kimyoviy reaksiya printsipial jihatdan teskari, lekin amalda muvozanat u yoki bu tomonga siljiydi. Bu reagentlarning tabiatiga ham, jarayon sharoitlariga ham bog'liq. Muvozanat yakuniy mahsulot hosil bo'lishiga qarab siljiydigan ko'plab reaktsiyalar mavjud: bularga neytrallash reaktsiyasi, gazlar yoki yog'ingarchilik shaklida tayyor mahsulotlarni olib tashlash reaktsiyalari kiradi.

Biroq, muvozanat chapga, boshlang'ich moddalar hosil bo'lishi tomon siljiydigan ko'plab kimyoviy reaktsiyalar mavjud. Ularni amalga oshirish uchun maxsus termodinamik tutqichlar talab qilinadi - harorat va bosimning oshishi (agar reaktsiya gaz fazasida sodir bo'lsa), shuningdek reaktivlarning kontsentratsiyasi (agar reaktsiya suyuqlik fazasida sodir bo'lsa).

Termodinamik usullar, birinchi navbatda, kimyoviy jarayonlar tezligiga emas, balki ularning yo'nalishiga ta'sir qiladi.

Kimyoviy jarayonlarning tezligi kimyoviy kinetika tomonidan boshqariladi, u kimyoviy jarayonlarning borishining turli strukturaviy va kinetik omillarga bog'liqligini o'rganadi - boshlang'ich reagentlarning tuzilishi, ularning konsentratsiyasi, reaktorda katalizatorlar va boshqa qo'shimchalarning mavjudligi, usullari. aralashtirish reagentlari, reaktorning materiali va dizayni va boshqalar. Kimyoviy reaktsiyalarni o'rganish vazifasi juda qiyin. Axir, uni hal qilishda nafaqat ikkita reagentning, balki bir nechta bo'lishi mumkin bo'lgan "uchinchi jismlarning" o'zaro ta'sir qilish mexanizmini aniqlash kerak. Bunday holda, bosqichma-bosqich yechim eng mos keladi, unda "uchinchi jismlar" dan birining eng kuchli ta'siri, ko'pincha katalizator birinchi bo'lib ajratiladi.

Bundan tashqari, shuni tushunish kerakki, deyarli barcha kimyoviy reaktsiyalar boshlang'ich reagentlarning oddiy o'zaro ta'siri emas, balki ketma-ket bosqichlarning murakkab zanjirlari bo'lib, bunda reagentlar nafaqat bir-biri bilan, balki reaktor devorlari bilan ham o'zaro ta'sir qiladi. jarayonni katalizlashi (tezlashtirishi) va inhibe qilishi (sekinlashishi) mumkin.

Shuningdek, kimyoviy jarayonlarning intensivligiga tasodifiy aralashmalar ta'sir qiladi. Turli darajadagi tozalikdagi moddalar ba'zi hollarda faolroq reagentlar, boshqalarida esa inert sifatida namoyon bo'ladi. Nopokliklar ham katalitik, ham inhibitiv ta'sirga ega bo'lishi mumkin. Shuning uchun kimyoviy jarayonni nazorat qilish uchun reaksiyaga kirishuvchi moddalarga ma'lum qo'shimchalar qo'shiladi.

Shunday qilib, "uchinchi jismlar" ning kimyoviy reaktsiyalar jarayoniga ta'siri katalizga tushirilishi mumkin, ya'ni. kimyoviy jarayonga ijobiy ta'sir yoki jarayonni to'xtatuvchi inhibisyon.

Yuqorida ta'kidlanganidek, kimyoviy elementlarning o'zaro ta'sir qilish qobiliyati ularning molekulyar tuzilishi bilan emas, balki bog'lanish sodir bo'lgan sharoit bilan ham belgilanadi. Bu sharoitlar kimyoviy reaktsiyalar natijasiga ta'sir qiladi. Eng katta ta'sir o'zgaruvchan tarkibga ega bo'lgan moddalarga ta'sir qiladi, ularda alohida komponentlar orasidagi aloqalar zaifroq. Turli katalizatorlar kuchli ta'sir ko'rsatadigan bunday moddalarning reaktsiyasi.

Kataliz - reagentlar bilan o'zaro ta'sir qiluvchi, lekin reaktsiyada iste'mol qilinmaydigan va yakuniy mahsulotlar tarkibiga kirmaydigan maxsus moddalar - katalizatorlar ishtirokida kimyoviy reaksiyaning tezlashishi. Katalizni 1812 yilda rus kimyogari K.S. Kirxgof. Katalitik jarayonlar fizik va kimyoviy tabiatiga ko'ra quyidagi turlarga bo'linadi:

* geterogen kataliz - qattiq katalizator yuzasida suyuq yoki gazsimon reagentlarning o'zaro ta'sirining kimyoviy reaktsiyasi sodir bo'ladi;

* bir hil kataliz - kimyoviy reaksiya gaz aralashmasida yoki katalizator va reagentlar erigan suyuqlikda sodir bo'ladi;

* elektrokataliz - reaksiya eritma bilan aloqa qilganda va elektr toki ta'sirida elektrod yuzasida sodir bo'ladi;

* fotokataliz - reaksiya qattiq jism yuzasida yoki suyuq eritmada sodir bo'ladi va so'rilgan nurlanish energiyasi bilan rag'batlantiriladi.

Geterogen kataliz eng keng tarqalgan bo'lib, u zamonaviy kimyoda barcha katalitik reaktsiyalarning 80% ni amalga oshirish uchun ishlatiladi.

Katalizatorlardan foydalanish butun kimyo sanoatida tub o'zgarishlar uchun asos bo'lib xizmat qildi. Ular tufayli organik sintez uchun xom ashyo sifatida hozirgacha "kimyoviy o'lik" hisoblangan parafinlar va sikloparafinlardan foydalanish mumkin bo'ldi. Kataliz margarin, ko'plab oziq-ovqat mahsulotlari va o'simliklarni himoya qilish vositalarini ishlab chiqarishda zarur. Asosiy kimyoning deyarli butun sanoati (noorganik kislotalar, asoslar va tuzlar ishlab chiqarish) va "og'ir" organik sintez, shu jumladan yoqilg'i va moylash materiallari ishlab chiqarish katalizga asoslangan. So'nggi paytlarda nozik organik sintez tobora kuchayib bormoqda. Barcha kimyoning 60-80% katalitik jarayonlarga asoslangan. Kimyogarlarning ta'kidlashicha, katalitik bo'lmagan jarayonlar umuman mavjud emas, chunki ularning barchasi devorlarining materiali o'ziga xos katalizator bo'lib xizmat qiladigan reaktorlarda sodir bo'ladi.

Uzoq vaqt davomida katalizning o'zi tabiatning sirliligi bo'lib qoldi, bu esa sof kimyoviy va fizik nazariyalarning keng doirasini keltirib chiqardi. Bu nazariyalar, hatto xato bo'lsa ham, olimlarni yangi tajribalarga olib kelgani uchun foydali bo'lib chiqdi. Gap shundaki, ko'pgina sanoat muhim kimyoviy jarayonlar uchun katalizatorlar son-sanoqsiz sinovlar va xatolar orqali tanlangan. Masalan, 1913-1914 yillarda ammiak sintezi reaktsiyasi uchun. Nemis kimyogarlari 20 mingdan ortiq kimyoviy birikmalarni katalizator sifatida sinab ko'rdilar, elementlarning davriy jadvaliga rioya qilib, ularni turli usullar bilan birlashtirdilar.

Bugun biz katalizning mohiyati haqida ba'zi xulosalar chiqarishimiz mumkin.

1. Reaksiyaga kirishuvchi moddalar katalizator bilan aloqa qiladi va u bilan o'zaro ta'sir qiladi, natijada kimyoviy bog'lar zaiflashadi. Agar reaktsiya katalizatorsiz sodir bo'lsa, u holda reaksiyaga kirishuvchi moddalar molekulalarining faollashishi reaktorga tashqaridan energiya etkazib berish orqali sodir bo'lishi kerak.

2. Umumiy holatda har qanday katalitik reaktsiya zaiflashgan kimyoviy bog'larning qayta taqsimlanishi sodir bo'lgan oraliq kompleks orqali o'tish sifatida ifodalanishi mumkin.

3. Aksariyat hollarda katalizatorlar o'zgaruvchan tarkibli bertollid tipidagi birikmalar bo'lib, zaiflashgan kimyoviy bog'lanishlar yoki hatto erkin valentliklarning mavjudligi bilan tavsiflanadi, bu ularga yuqori kimyoviy faollik beradi. Bertollid tipidagi birikmalar molekulalari sirtida keng energetik bir jinsli bo'lmagan bog'lar yoki hatto erkin atomlarni o'z ichiga oladi.

4. Reaktivlarning katalizator bilan o’zaro ta’sirining oqibatlari reaksiyaning ma’lum yo’nalishda borishi va reaksiya tezligining oshishi hisoblanadi, chunki reaksiyaga kirishuvchi molekulalarning katalizator yuzasida uchrashish soni ortadi. Bundan tashqari, katalizator ekzotermik reaksiya energiyasining bir qismini reaksiyaning barcha yangi harakatlarini va uning umumiy tezlashishini energetik ravishda oziqlantirish uchun ushlaydi.

O'z rivojlanishining hozirgi bosqichida kimyo ko'plab samarali katalizatorlarni kashf etdi. Ular orasida ion almashinadigan qatronlar, organometalik birikmalar va membrana katalizatorlari mavjud. Davriy jadvalning ko'pgina kimyoviy elementlari katalitik xususiyatlarga ega, ammo eng muhim rolni platina guruhi metallari va noyob tuproq metallari o'ynaydi.

Katalizatorlar ishtirokida ayrim reaksiyalarning tezligi 10 mlrd. Yakuniy mahsulot tarkibini nazorat qilish imkonini beribgina qolmay, balki mahsulotning fizik xususiyatlariga (qattiqlik, plastika) katta ta'sir ko'rsatadigan ma'lum bir shakldagi molekulalarning shakllanishiga yordam beradigan katalizatorlar mavjud.

Kimyoviy jarayonlar haqidagi ta'limotning rivojlanish yo'nalishi

Zamonaviy sharoitda kimyoviy jarayonlarni o'rganishni rivojlantirishning eng muhim yo'nalishlaridan biri bu jarayonlarni boshqarish usullarini yaratishdir, shuning uchun kimyo fani plazma kimyosi, radiatsiya kimyosi, yuqori kimyoviy moddalar kimyosi kabi muammolarni ishlab chiqish bilan shug'ullanadi. bosim va harorat.

Plazma kimyosi

Plazma kimyosi past haroratli plazmadagi kimyoviy jarayonlarni 1000 dan 10 000 ° S gacha bo'lgan haroratda o'rganadi. Bunday jarayonlar zarrachalarning qo'zg'aluvchan holati, molekulalarning zaryadlangan zarralar bilan to'qnashuvi va kimyoviy reaktsiyalarning juda yuqori tezligi bilan tavsiflanadi. Plazma-kimyoviy jarayonlarda kimyoviy bog'lanishlarning qayta taqsimlanish tezligi juda yuqori: kimyoviy o'zgarishlarning elementar harakatlarining davomiyligi reaktsiyaning qaytarilishi deyarli to'liq bo'lmagan holda 10-13 s ni tashkil qiladi. An'anaviy reaktorlarda shunga o'xshash kimyoviy jarayonlarning tezligi qaytarilish tufayli minglab marta kamayadi. Shuning uchun plazma-kimyoviy jarayonlar juda samarali. Masalan, metan plazma-kimyoviy reaktorining mahsuldorligi (uning o'lchamlari: uzunligi - 65 sm, diametri - 15 sm) kuniga 75 tonna atsetilen. Ushbu reaktorda 3000-3500 ° S haroratda metanning taxminan 80% sekundning o'ndan mingdan birida asetilenga aylanadi.

Plazma kimyosi so'nggi paytlarda sanoat ishlab chiqarishiga tobora ko'proq kiritilmoqda. Chang metallurgiya uchun xomashyo ishlab chiqarish texnologiyalari allaqachon yaratilgan, bir qator kimyoviy birikmalar uchun sintez usullari ishlab chiqilgan. 1970-yillarda Plazma po'lat eritish pechlari eng yuqori sifatli metallarni ishlab chiqarish uchun yaratilgan. Asboblar yuzasini ion-plazma bilan ishlov berish usullari ishlab chiqilgan bo'lib, ularning aşınma qarshiligi bir necha bor ortadi.

Plazma kimyosi oldindan noma'lum bo'lgan materiallarni, masalan, metall betonni sintez qilish imkonini beradi, unda turli metallar bog'lovchi element sifatida ishlatiladi. Metall beton tosh zarralarini eritish va ularni metall bilan mahkam siqish orqali hosil bo'ladi. Uning sifatlari oddiy betondan o'nlab va yuzlab marta ustundir.

Radiatsion kimyo

Kimyoviy jarayonlarni o'rganishning eng yosh yo'nalishlaridan biri 20-asrning ikkinchi yarmida paydo bo'lgan radiatsiya kimyosidir. Uning tadqiqot mavzusi ionlashtiruvchi nurlanish ta'sirida turli xil moddalarning o'zgarishi edi. Ionlashtiruvchi nurlanish manbalariga rentgen apparatlari, zaryadlangan zarrachalar tezlatgichlari, yadro reaktorlari va radioaktiv izotoplar kiradi. Radiatsion-kimyoviy reaktsiyalar natijasida moddalar issiqlikka chidamlilik va qattiqlikni oshiradi.

Radiatsion-kimyoviy texnologiyaning eng muhim jarayonlari polimerizatsiya, vulkanizatsiya, kompozit materiallar ishlab chiqarish, shu jumladan oddiy betonni har qanday polimer bilan singdirish va keyin uni nurlantirish orqali polimer beton ishlab chiqarishdir. Bunday betonlar to'rt baravar yuqori quvvatga ega, suv o'tkazmaydigan va yuqori korroziyaga chidamli.

Yuqori bosim va haroratlar kimyosi

Kimyoviy jarayonlarni o'rganishning tubdan yangi va o'ta muhim yo'nalishi o'tga chidamli va keramik materiallarning o'z-o'zidan tarqaladigan yuqori haroratli sintezidir. Odatda, ularni ishlab chiqarish kukunli metallurgiya usuli bilan amalga oshiriladi, uning mohiyati metall kukunlarini yuqori haroratda (1200-2000 ° S) presslash va siqishdir. Tarqaladigan sintezning o'zi ancha sodda: u bir metallning boshqasida yonishi yoki azot, uglerod, kremniy va boshqalarda metallning yonishiga asoslangan.

Yonish jarayoni kislorodning yonuvchan moddalar bilan birikmasi ekanligi uzoq vaqtdan beri ma'lum, shuning uchun yonish yonuvchan moddaning oksidlanish reaktsiyasidir. Bunda elektronlar oksidlangan moddaning atomlaridan kislorod atomlariga o'tadi. Shu nuqtai nazardan, yonish nafaqat kislorodda, balki boshqa oksidlovchi moddalarda ham mumkin. O'z-o'zidan tarqaladigan yuqori haroratli sintez, qattiq moddalarda yonishning termal jarayoni ana shu xulosaga asoslanadi. Bu, masalan, bor kukunida titan kukuni yoki kremniy kukunida sirkonyum kukunining yonishini ifodalaydi. Ushbu sintez natijasida eng yuqori sifatli yuzlab o'tga chidamli birikmalar olinadi.

Bu texnologiya mashaqqatli jarayonlarni talab qilmasligi, yuqori texnologik va oson avtomatlashtirilishi juda muhim.

Yuqori bosimli kimyo

Kimyoviy jarayonlarni o'rganishning yana bir sohasi bu yuqori va o'ta yuqori bosimlar kimyosidir. 100 atm dan yuqori bosimdagi moddalarning kimyoviy transformatsiyalari yuqori bosimli kimyoga, 1000 atm dan yuqori bosimlarda esa - o'ta yuqori bosimli kimyoga tegishli. Yuqori bosimlar kimyoda 20-asr boshidan beri qo'llanila boshlandi. -- ammiak ishlab chiqarish 300 atm bosim va 600 ° S haroratda amalga oshirildi. Ammo yaqinda 5000 atm bosimga erishilgan qurilmalar qo'llanildi va 600 000 atm bosimda sinovlar o'tkazildi, bu esa soniyaning milliondan bir qismidagi portlashning zarba to'lqini tufayli erishiladi. Yadro portlashlari bundan ham yuqori bosimni keltirib chiqaradi.

Yuqori bosimda atomlarning elektron qobiqlari bir-biriga yaqinlashadi va deformatsiyalanadi, bu esa moddalarning reaktivligini oshirishga olib keladi. 102-103 atm bosimda suyuqlik va gaz fazalari orasidagi, 103-105 atm bo'lganda esa qattiq va suyuq fazalar orasidagi farq yo'qoladi. Yuqori bosimda moddalarning fizikaviy va kimyoviy xossalari juda o'zgaradi. Misol uchun, 20 000 atm bosimda metall kauchuk kabi elastik bo'ladi. Oddiy suv yuqori harorat va bosimlarda kimyoviy faol bo'ladi. Bosimning oshishi bilan ko'plab moddalar metall holatga aylanadi. Shunday qilib, 1973 yilda olimlar metall vodorodni 2,8 million atm bosimda kuzatdilar.

Ultra yuqori bosimli kimyoning eng muhim yutuqlaridan biri olmos sintezi edi. U 50 000 atm bosim va 2000 ° S haroratda ishlaydi. Bunday holda, grafit olmosga aylanadi. Olmoslarni zarba to'lqinlari yordamida ham sintez qilish mumkin. So'nggi paytlarda har yili tonnalab sintetik olmoslar ishlab chiqariladi, ular o'z xususiyatlariga ko'ra tabiiy olmoslardan bir oz farq qiladi. Olingan olmoslar sanoat maqsadlarida - kesish va burg'ulash uskunalarida ishlatiladi. Tabiiy olmoslardan qattiqroq bo'lgan qora olmos - karbonadolarni sintez qilish mumkin edi. Ular olmoslarni o'zlari qayta ishlash uchun ishlatiladi.

Hozirgi vaqtda nafaqat sun'iy olmos, balki boshqa qimmatbaho toshlar - korund (qizil yoqut), zumrad va boshqalarni sanoat ishlab chiqarish yo'lga qo'yilgan. Issiqlikka chidamliligi yuqori bo'lgan boshqa materiallar ham yuqori bosimda sintezlanadi. Shunday qilib, bor nitridi 100 000 atm bosim va 2000 ° S haroratda bor nitrididan sintez qilindi - juda yuqori haroratlarda o'ta qattiq materiallardan tayyorlangan qismlarni burg'ulash va silliqlash uchun mos material.

Kimyoviy jarayonlar va tizimlarning energiyasi

Kimyoviy reaktsiyalar atomlar va molekulalar o'rtasidagi o'zaro ta'sirlar bo'lib, ular kimyoviy tarkibi yoki tuzilishi bo'yicha asl moddalardan farq qiladigan yangi moddalarning paydo bo'lishiga olib keladi. Kimyoviy reaksiyalar, yadro reaksiyalaridan farqli o'laroq, tizimdagi atomlarning umumiy sonini ham, elementlarning izotopik tarkibini ham o'zgartirmaydi.

Tizim kosmosdan ajratilgan jismlar to'plamidir. Agar tizim uning barcha komponentlari o'rtasida massa va issiqlik almashinuvini ta'minlasa, unda bunday tizim termodinamik deb ataladi. Reaksiyalar sodir bo'lishi mumkin bo'lgan kimyoviy tizim termodinamik tizimning alohida holatidir. Agar tizim va atrof-muhit o'rtasida massa va issiqlik almashinuvi bo'lmasa, unda bunday tizim izolyatsiyalangan deb ataladi. Agar massa uzatish bo'lmasa, lekin issiqlik almashinuvi mumkin bo'lsa, u holda tizim yopiq deb ataladi. Agar tizim va atrof-muhit o'rtasida ham massa, ham issiqlik almashinuvi mumkin bo'lsa, u holda tizim ochiq. Bir necha fazadan tashkil topgan tizim geterogen, bir fazali sistema bir hil deb ataladi.

Kimyoviy tizimning holati uning xususiyatlari bilan belgilanadi: harorat, bosim, konsentratsiya, hajm, energiya.

Bir hil sistemada sodir bo'ladigan reaktsiyalar uning butun hajmida rivojlanadi va bir hil deb ataladi. Interfeysda sodir bo'ladigan reaktsiyalar heterojendir.

Tizimning termodinamik tavsifi uchun tizim holati deb ataladigan funktsiyalar qo'llaniladi - bu qiymatlari tizimning termodinamik xususiyatlari bilan yagona aniqlanadigan har qanday jismoniy miqdor. Tizim holatining eng muhim funktsiyalariga quyidagilar kiradi:

Tizimning umumiy energiyasi (E);

Tizimning ichki energiyasi (U);

Entalpiya (yoki issiqlik miqdori) - bu moddaning hosil bo'lishi paytida to'plangan energiya o'lchovi (H):

Entropiya - tizimning buzilishining o'lchovidir (S);

Gibbs energiyasi - doimiy bosimdagi (G) tizimning barqarorligi o'lchovidir:

Gelmgolts energiyasi - doimiy hajmdagi (F) tizimning barqarorligi o'lchovidir:

O'z-o'zidan sodir bo'ladigan jarayonning imkoniyatini Gibbs erkin energiya funktsiyasining o'zgarishi belgisi bilan baholash mumkin: agar?G< 0, т.е. в процессе взаимодействия происходит уменьшение свободной энергии, то процесс термодинамически возможен. Если?G >0 bo'lsa, jarayon davom eta olmaydi. Shunday qilib, barcha jarayonlar o'z-o'zidan erkin energiyani kamaytirish yo'nalishi bo'yicha borishi mumkin.

Kimyoviy o'zaro ta'sir odatda termal effekt bilan birga keladi. Issiqlik chiqishi bilan sodir bo'ladigan jarayonlar ekzotermik (?H< 0), а идущие с поглощением теплоты - эндотермическими (?Н > 0).

Izobarik sharoitda kimyoviy jarayonlarning issiqlik ta'siri entalpiyaning o'zgarishi bilan belgilanadi, ya'ni. yakuniy va boshlang'ich holatlarning entalpiyalari orasidagi farq. Lavuazye-Laplas qonuniga ko'ra: moddaning hosil bo'lishida ajralib chiqadigan issiqlik, uning bir xil miqdordagi dastlabki tarkibiy qismlariga parchalanishi paytida olingan issiqlikka teng.

Termokimyoviy qonunlarni chuqurroq umumlashtirish Gess qonuni bilan berilgan: kimyoviy reaksiyalarning issiqlik effekti yoki doimiy bosimda yoki doimiy hajmda sodir bo'ladigan oraliq bosqichlar soniga bog'liq emas, balki faqat tizimning boshlang'ich va oxirgi holatlari bilan belgilanadi.

Termodinamikaning birinchi qonuni (energiyaning saqlanish qonuni) - energiya yo'qolmaydi va jarayon davomida yo'qdan qayta paydo bo'lmaydi, u faqat qat'iy ekvivalent munosabatlarda bir shakldan ikkinchisiga o'tishi mumkin.

Termodinamikaning II qonuni - qaytar jarayonlarning izolyatsiyalangan tizimida jarayon sodir bo'lganda, entropiya o'zgarishsiz qoladi, lekin qaytarilmas jarayonlarda u kuchayadi. .

Xulosa

Kimyo ijtimoiy fandir. Uning oliy maqsadi har bir inson va butun jamiyat ehtiyojlarini qondirishdir. Insoniyatning ko'p umidlari kimyoga qaratilgan. Molekulyar biologiya, genetik muhandislik va biotexnologiya, materialshunoslik fundamental kimyo fanlaridir. Tibbiyot va sog'liqni saqlash taraqqiyoti kasalliklar, dori-darmonlar, oziq-ovqat kimyosi muammolari; neyrofiziologiya va miya funktsiyasi, birinchi navbatda, neyrokimyo, kimyo va xotira kimyosi. Insoniyat kimyodan sehrli xususiyatlarga ega yangi materiallar, yangi energiya manbalari va batareyalar, yangi toza va xavfsiz texnologiyalar va boshqalarni kutmoqda.

Fundamental fan sifatida kimyo 20-asr boshlarida yangi kvant mexanikasi bilan birga shakllangan. Va bu shubhasiz haqiqat, chunki kimyoning barcha ob'ektlari atomlar, molekulalar, ionlar va boshqalardir. - kvant ob'ektlari. Kimyodagi asosiy hodisalar kimyoviy reaktsiyalar va kimyoviy jarayonlar, ya'ni. Atom yadrolarining qayta joylashishi va elektron qobiqlarning, reaktiv molekulalarning elektron kiyimlarining mahsulot molekulalariga aylanishi ham kvant hodisasidir.

Kimyoviy jarayonlarga bo'lgan ehtiyoj yangi ishlab chiqarish talablari ta'sirida paydo bo'ladi. Ilgari o'rganilgan kompozitsion ta'limot va strukturaviy nazariyalarga asoslangan kimyoning asosiy muammosini hal qilish usullari bu erda aniq etarli emas edi va yangi bosqich - kimyoviy bilimlar darajasi - kimyoviy jarayonlar haqidagi bilimlar paydo bo'ladi. Kimyo nafaqat to'liq ob'ektlar, balki moddalarning ko'pchiligi, balki moddalarning o'zgarishi jarayonlari va mexanizmlari haqidagi fanga aylanib bormoqda. Buning yordamida u sintetik materiallar ishlab chiqarishni ta'minladi.

Zamonaviy jamiyatda kimyoviy jarayonlarni o'rganish zaruriy bilimdir, chunki fan rivojlanishi va yangi kashfiyotlar uchun intilishi kerak va bunga faqat inson hissa qo'shishi mumkin.

Foydalanilgan adabiyotlar ro'yxati

1. Bochkarev A. I. - Zamonaviy tabiatshunoslik tushunchalari: universitet talabalari A. I. Bochkarev, T. S. Bochkareva, S. V. Saksonov uchun darslik; tomonidan tahrirlangan prof. A. I. Bochkareva. - Tolyatti: TGUS, 2008. - 386 p. [elektron resurs]www.tolgas.ru (kirish sanasi 11/14/2102)

2. Sadoxin A.P. Zamonaviy tabiatshunoslik tushunchalari: gumanitar fanlar va iqtisodiyot va menejment mutaxassisliklarida tahsil olayotgan universitet talabalari uchun darslik / A.P. Sadoxin. -- 2-nashr, qayta ko'rib chiqilgan. va qo'shimcha - M.: UNITY-DANA, 2006. - 447 b. [elektron resurs] http://www.twirpx.com/file/20132/ (kirish sanasi: 12/10/2102)

Allbest.ru saytida e'lon qilingan

...

Shunga o'xshash hujjatlar

Biosferaning ta'rifi, evolyutsiyasi, chegaralari va tarkibi, muhofazasi. Tirik materiyaning xossalari. Atomlarning biogen migratsiyasi. Biomassa, uning sayyorada tarqalishi. O'simliklar, hayvonlar va mikroorganizmlarning moddalar aylanishidagi roli. Biosfera va energiya almashinuvi.

test, 2013-09-15 qo'shilgan

Tartib, tabiatdagi tartibsizlik, issiqlik harakatining xususiyatlari xaotik, uyushmagan tartib namunasi sifatida. Energiyaning tarqalish jarayoni hodisasi. Kimyoviy jarayonlar va moddalarning xossalari. Yuqori tezlik sharoitida raketadagi jismlarning sifati.

kurs ishi, 2010 yil 3-11-da qo'shilgan

O'z-o'zini tashkil etish nazariyasini o'rganish. O'z-o'zini tashkil etish tizimlarini rivojlantirishning asosiy mezoni. Muvozanatsiz jarayonlar va ochiq tizimlar. Dissipativ tuzilmalarni o'z-o'zini tashkil etish. Belousov-Jabotinskiyning kimyoviy reaktsiyasi. Jismoniy hodisalarda o'z-o'zini tashkil qilish.

referat, 30.09.2010 qo'shilgan

Yadroning DNK molekulalarida genetik ma'lumotni o'z ichiga olgan eukaryotik hujayraning tarkibiy elementlaridan biri sifatida rivojlanishi. Yadro konverti, yadro, matritsa yadroning strukturaviy elementlari sifatida. Molekulalarning replikatsiya va transkripsiya jarayonlarining xarakteristikalari.

taqdimot, 01/08/2012 qo'shilgan

Hujayra membranasi orqali moddalarning o'tish mexanizmlarini tahlil qilish. Moddalarning membranaga kirishining asosiy jarayonlari. Oddiy va osonlashtirilgan diffuziyaning xossalari. Faol transport turlari. Ion kanallari, ularning g'ovaklardan farqi, gradient.

taqdimot, 11/06/2014 qo'shilgan

O'simliklarda azotli moddalarning o'zgarishi. Atrof-muhit omillariga qarab o'simlik moylarining sifati. Moyli urug'larning pishishi davrida moddalarning o'zgarishi. Vernalizatsiya, uning mohiyati va ahamiyati. Harorat va yorug'likning urug'larning uyqu holatiga ta'siri.

test, 09/05/2011 qo'shilgan

Glyukoza parchalanishining mumkin bo'lgan yo'llarini tahlil qilish. Aerob metabolizmning tarkibiy qismlari va ishlash printsipini aniqlash. Organik kislotalarning hosil bo'lish jarayonlari va kimyoviy tabiatiga ko'ra uglevodlardan farq qiluvchi boshlang'ich substratlarning biotransformatsiyasi.

referat, 06/09/2015 qo'shilgan

Ekotizimlardagi materiya, energiya va halokatli bloklarning oqimlari. Biologik mahsuldorlik muammolari. Raqamlar, biomassa va energiya piramidalari. Biota va jismoniy muhit o'rtasidagi modda va energiyaning o'zgarishi jarayonlari. Moddalarning biokimyoviy aylanishi.

referat, 26/06/2010 qo'shilgan

Nyutonning tortishish qonuni. Maxsus nisbiylik nazariyasi. Termodinamikaning ikkinchi qonuni. Atomlarning tuzilishi haqidagi fikrlar. Kimyoviy kinetika usullari. Muvozanat, muvozanat nurlanishi haqida tushunchalar. Yadro sintezi reaksiyalari. Biotik siklning xususiyatlari.

test, 2011-04-16 qo'shilgan

O'simliklardagi moddalarni ajratish jarayonlari bajaradigan asosiy funktsiyalarning tavsifi. Allelopatiya, ekskretsiya va sekretsiya tushunchasi. O'simliklardagi maxsus sekretsiya tuzilmalarining vazifalari. Moddalarning sekretsiyasida ishtirok etadigan epidermal shakllanishlar guruhlari.

Turli xil kimyoviy xossalarga ega bo'lgan moddani olish uchun qayta ishlangan mahsulotning kimyoviy tarkibi o'zgartiriladigan bunday ishlab chiqarish jarayonlari. Mahsulotning kimyoviy tarkibining o'zgarishi bir yoki bir nechta kimyoviy reaktsiyalar paytida sodir bo'ladi.

Kimyoviy jarayonlar ko'plab noorganik va organik birikmalar ishlab chiqarishda yotadi va qora, rangli va nodir metallar, shisha, tsement va boshqa silikat materiallari, tsellyuloza, qog'oz va plastmassalar ishlab chiqarishda asosiy o'rinni egallaydi.

Kimyoviy jarayonlar bir-biriga bog'langan bir qancha bosqichlardan o'tadi:

1. reaksiyaga kirishuvchi komponentlarni reaksiya zonasiga yetkazib berish;
2. komponentlarning kimyoviy o'zaro ta'siri;
3. reaktsiya mahsulotlarini ajratish va maqsadli mahsulotni aralashmadan ajratish.

Reagentlarni reaksiya zonasiga etkazib berish bosqichida boshlang'ich moddalar bir-biri bilan aloqa qiladi. Molekulalarning aloqasi bir moddaning molekulalarining boshqasiga tarqalishi yoki konvektiv massa almashinuvi orqali erishiladi.

Kimyoviy o'zgarish yoki o'zaro ta'sir natijasida asosiy yoki maqsadli mahsulot va ba'zan bir qator qo'shimcha mahsulotlar hosil bo'ladi. Maqsadli mahsulotni izolyatsiyalash bosqichi cho'kindilanish, bug'lanish, rektifikatsiya, singdirish, kristallanish va boshqalar jarayonlari yordamida amalga oshiriladi.

Agar kerak bo'lsa, texnologik jarayon xom ashyoni tayyorlash bosqichini o'z ichiga oladi, bu quyidagi operatsiyalarni o'z ichiga oladi: maydalash, konsentratsiyalash, quritish, gazni changdan tozalash va boshqalar.

Texnologik jarayonda moddalarning kimyoviy transformatsiyasi reaktor deb ataladigan maxsus qurilmalarda amalga oshiriladi. Ushbu qurilmalarda kimyoviy reaktsiyalar massa almashinuvi (diffuziya) bilan birlashtiriladi. Masalan, oltingugurt kislotasi sexining o'choq bo'limida reaktor oltingugurt yoki piritli qovurish pechidir; aloqa bo'limida - aloqa apparati va boshqalar.

Kerakli mahsulotga olib keladigan kimyoviy reaktsiyalarning paydo bo'lishi ma'lum jarayon parametrlari ostida sodir bo'ladi: harorat, bosim, katalizator faolligi, o'zaro ta'sir qiluvchi moddalarning konsentratsiyasi, aralashtirish intensivligi.

Kimyoviy jarayonlarning tasnifi

Bugungi kunga qadar kimyoviy texnologik jarayonlarning to'liq o'rnatilgan tasnifi mavjud emas. Jarayonlarning borishini tavsiflovchi asosiy naqshlarga qarab ularni quyidagi guruhlarga birlashtirish amalda tavsiya etiladi:

1. gidrodinamik jarayonlar;
2. issiqlik jarayonlari;
3. diffuziya jarayonlari;
4. sovutish jarayonlari;
5. qattiq moddalarni qayta ishlash bilan bog'liq mexanik jarayonlar;
6. qayta ishlangan materiallarning kimyoviy o'zgarishi bilan bog'liq kimyoviy jarayonlar.

Shuningdek, quyidagilarga bo'linadi:

1. yorilish
2. isloh qilish
3. Gidrotozalash

Krekking - bu neftni qayta ishlash jarayonining bosqichi bo'lib, unda birinchi distillash mahsulotlari katta molekulalarni parchalash uchun qayta ishlanadi.

uglevodorodlar nazorat ostida kichikroq molekulalarga aylanadi

isitish, katalizatorlar mavjudligi va ko'pincha bosim ostida.

Krekking neftdan og'ir moylar, benzin va ETAN, ETEN (etilen) va PROPEN (propilen) kabi gazlar olinadi, ular plastmassa, to'qimachilik, yuvish vositalari va qishloq xo'jaligi kimyoviy moddalarini ishlab chiqarishda qo'llaniladi. Shunday qilib, kreking - bu og'irroq fraktsiyalardan yuqori talabga ega bo'lgan engil uglevodorodlarni ko'p miqdorda ishlab chiqarish usuli bo'lib, ularning o'zlari moylash moylari sifatida ishlatiladi.

Reforming – benzin va neftning nafta fraksiyalarini qayta ishlanib, avtomobil benzini, aromatik uglevodorodlar (benzol va uning gomologlari) va tarkibida vodorod bo‘lgan gaz olishdir. Katalizator ishtirokida issiqlik va bosim reformatsiyasi o'rtasida farq qilinadi.

Termal islohot ilgari faqat yuqori oktanli benzin ishlab chiqarish uchun keng qo'llanilgan. Reaksiyaga asoslangan: naftenik uglevodorodlarning degidrogenatsiyasi va degidroizomerlanishi, aromatik uglevodorodlarning deakkillanishi va kondensatsiyasi. Benzin-nafta fraktsiyalarini qayta ishlash quvurli pechlarda 530-560 ° S haroratda amalga oshirildi.

Jarayonning kamchiliklari - gaz va koks shaklida xom ashyoning katta yo'qotishlari tufayli maqsadli mahsulotning past rentabelligi, shuningdek, benzin tarkibidagi to'yinmagan uglevodorodlarning nisbatan yuqori miqdori, bu uning barqarorligi va tetraetil va qo'rg'oshin uchun maqbulligini pasaytiradi. .

Gidrotozalash - yuqori harorat va bosimda vodorod ta'sirida har qanday moddalarni kimyoviy o'zgartirish jarayoni.

Neft fraktsiyalarini gidrotozalash tijorat neft mahsulotlari tarkibidagi oltingugurtni o'z ichiga olgan birikmalar tarkibini kamaytirish uchun zarurdir. Bunga parallel ravishda kislorodli qatronlar va birikmalarning kamayishi, to'yinmagan uglevodorodlarning to'yinganligi va uglevodorod molekulalarining gidrokrekingi kuzatiladi. Gidrotozalash neftni qayta ishlashning eng keng tarqalgan jarayoni bo'lib, u orqali quyidagi fraktsiyalar o'tadi: benzin, kerosin, neft fraktsiyalari, shuningdek dizel yoqilg'isi va vakuumli gazoyli.

To'g'ridan-to'g'ri ishlaydigan benzin fraktsiyalarini gidrotozalash allaqachon gidrotozalangan benzin fraktsiyalarini olish uchun zarur. Gidrotozalangan benzin fraktsiyalari katalitik aromatizatsiya uchun xom ashyo hisoblanadi. Bu gidrogenoliz reaktsiyasi va vodorod o'z ichiga olgan gazdagi molekulalarni yo'q qilish natijasida yuzaga keladi. Xom ashyo tarkibidagi azot, kislorod, oltingugurt, xlor va metallarning organik birikmalari, ammiak, suv, vodorod sulfidi, vodorod xlorid va tegishli uglevodorodlar hosil bo'ladi. Bu jarayon 1 dan 3 MPa gacha bosim va 370 dan 380 daraja Selsiy haroratda sodir bo'ladi. Katalizator sifatida kobalt-molibden ishlatiladi.

Katalitik kreking benzinini gidrotozalash jarayoni tijorat benzinida dien uglevodorodlari va oltingugurtni kamaytirish uchun ishlatiladi.

Kerosin fraktsiyalarini gidrotozalash samolyot yoqilg'isi tarkibidagi qatronlar va oltingugurt miqdorini kamaytirish uchun zarur bo'lib, bu samolyotlarda yonilg'i strukturasini korroziyaga olib keladi va dvigateldagi injektorlarni kokslaydi. Bu jarayon 1,5 dan 2,2 MPa gacha bo'lgan bosim va taxminan 300-400 daraja Selsiy haroratda amalga oshiriladi. Bu holda katalizator to'g'ridan-to'g'ri ishlaydigan benzin fraktsiyalarini gidrotozalash bilan bir xil. Dizel yoqilg'isini gidrotozalash poliaromatik uglevodorodlar va oltingugurtni kamaytirish uchun zarur. Kuyganda oltingugurt oltingugurt dioksidini chiqaradi. Suv bilan u kislotali yomg'irning asosiy sababi bo'lgan oltingugurt kislotasini hosil qiladi. Poliaromatik uglevodorodlar oktan sonini kamaytiradi. Gidrotozalash jarayoni 1,8 dan 2 MPa gacha bosim va 350 dan 420 daraja haroratda, katalizator sifatida nikel-molibden bilan sodir bo'ladi.

Oltingugurt va poliaromatik moddalar miqdorini kamaytirish uchun dizel yoqilg'isini tozalashda bo'lgani kabi, vakuumli gazoylini gidrotozalash ham zarur. Olingan gazoyl katalitik kreking uchun xom ashyo sifatida ishlatiladi. Bu holda oltingugurt kreking katalizatorini zaharlaydi va katalitik kreking benzinining sifatiga salbiy ta'sir qiladi. Vakuumli gazoylni gidrotozalash 8-9 MPa bosimda va 370 dan 410 darajagacha bo'lgan haroratda, nikel-molibden katalizatori bilan amalga oshiriladi. Neft moylarini gidrotozalash ularni tiniqlashtirish, kimyoviy chidamliligini oshirish, ekologik toza va korroziyaga qarshi turish uchun zarur bo'lib, xuddi vakuumli gazoyllarni gidrotozalash bilan bir xil tarzda amalga oshiriladi.

Jarayonlar ham quyidagilarga bo'linadi:

1. davriy,
2. uzluksiz,
3. birlashtirilgan.

Davriy jarayon uning alohida bosqichlari joylashuvining birligi va vaqt bo'yicha beqaror holat bilan tavsiflanadi. Partiya jarayonlari partiya apparatlarida amalga oshiriladi, ulardan yakuniy mahsulot ma'lum vaqt oralig'ida to'liq yoki qisman chiqariladi. Qurilmani tushirgandan so'ng, unga boshlang'ich materiallarning yangi qismi yuklanadi va ishlab chiqarish tsikli yana takrorlanadi. Davriy jarayon davomida beqaror holat tufayli qayta ishlanayotgan material massasining istalgan nuqtasida yoki apparatning istalgan qismida individual jismoniy miqdorlar yoki parametrlar (masalan, harorat, bosim, konsentratsiya, issiqlik sig'imi, tezlik va h.k.) .) jarayonni tavsiflovchi va ishlov berilayotgan moddalarning holati jarayon davomida o'zgaradi.

Uzluksiz jarayon uning barcha bosqichlari uchun vaqtning birligi, barqaror holat va yakuniy mahsulotning uzluksiz tanlanishi bilan tavsiflanadi. Uzluksiz uskunalarda uzluksiz jarayonlar amalga oshiriladi. Barqaror holat tufayli qayta ishlanayotgan material massasining istalgan nuqtasida yoki uzluksiz ishlaydigan apparatning istalgan qismida fizik miqdorlar yoki parametrlar butun jarayon davomida deyarli o'zgarishsiz qoladi.

Kombinatsiyalangan jarayon - bu alohida bosqichlari davriy ravishda amalga oshiriladigan uzluksiz jarayon yoki bir yoki bir nechta bosqichlari uzluksiz amalga oshiriladigan partiyaviy jarayon. Uzluksiz jarayonlar davriy va kombinatsiyalangan jarayonlarga nisbatan bir qator muhim afzalliklarga ega. Bu afzalliklar, birinchi navbatda, quyidagilarni o'z ichiga oladi:

1. qo'l mehnatidan foydalanishni minimal darajada kamaytirish imkonini beruvchi to'liq mexanizatsiyalash va avtomatlashtirish imkoniyati;
2. olingan mahsulotlarning bir xilligi va ularning sifatini oshirish imkoniyati;
3. jarayonni amalga oshirish uchun zarur bo'lgan uskunaning ixchamligi, bu ham kapital xarajatlarni, ham ta'mirlash xarajatlarini kamaytirishga imkon beradi.

Shu sababli, hozirgi vaqtda texnologiyaning barcha sohalarida ular davriy ishlab chiqarish jarayonlaridan uzluksiz ishlab chiqarishga o'tishga intilmoqda.

Kimyoviy jarayonlarning tasnifi jarayon tarkibiy qismlarining bunday xususiyatlarini aniqlashga yordam beradi, ularning kombinatsiyasi butun kimyoviy jarayonning ma'lum xususiyatlarini, uning qonuniyatlari va xususiyatlarini belgilaydi.

Kimyoviy jarayon o'zaro bog'liq hodisalar tizimi bo'lganligi sababli, tasniflash turli mezonlar bo'yicha amalga oshiriladi.

Ushbu kimyoviy jarayonlarni o'rganishda yoki boshqacha aytganda, sintetik ammiak, kauchuk, plastmassa, qora, rangli va noyob metallar, shisha kabi alohida moddalar va mahsulotlarning kimyoviy texnologiyasini ishlab chiqishda ulkan yutuqlarga erishildi. , tsement va boshqalar. Bu muvaffaqiyatlar tegishli tarmoqlarning texnik taraqqiyotini belgilab berdi. Biroq, kimyoviy jarayonlarni ilmiy tasniflash fan sifatida kimyoviy texnologiyaning muhim vazifalaridan biri bo'lib qolmoqda. Kimyoviy texnologiyadagi fizik va fizik-kimyoviy jarayonlarning tasnifiga o'xshab, sanoat kimyoviy reaktsiyalarini asosiy kimyoviy jarayonlarga ko'ra tasniflashga urinishlar amalga oshiriladi. Shunday qilib, kimyoviy jarayonlarning quyidagi tasnifi taklif qilindi: almashinuvning parchalanishi va tuz hosil bo'lishi (mineral o'g'itlar va tuzlar), oksidlanish (sulfat kislota, nitrat kislota, organik kislorod birikmalari va boshqalar), gidrogenlash (ammiak, metanol va boshqa spirtlar, aromatik aminokislotalar). nitrobirikmalarni gidrogenlash va boshqalar), aminlash (karbamid, yog'li va aromatik seriyali aminokislotalar), xlorlash (kimyoviy o'simliklarni himoya qilish vositalari), nitrlash (portlovchi moddalar), sulfonlash (sintetik yuvish vositalari), elektrokimyoviy jarayonlar (elektroliz) natijasida olingan birikmalar. suvli eritmalar, erigan muhitda elektroliz, elektrokimyoviy oksidlanish va qaytarilish), suyuqlik va gazlarning yuqori haroratli va katalitik kreking va piroliz jarayonlari (neftni qayta ishlash, tabiiy gazlardan olefinlar olish va boshqalar), polimerizatsiya va polikondensatsiya jarayonlari (ishlab chiqarish). plastmassalar, sintetik kauchuklar, kimyoviy tolalar), qattiq moddalarni yuqori haroratda qayta ishlash jarayonlari (ko'mirni kokslash, kaltsiy karbid, shisha, tsement, natriy sulfid ishlab chiqarish), alkillanish va arilizatsiya va boshqalar.

Alohida kimyoviy jarayonlarni amalga oshirish uchun mo'ljallangan reaktorlarning sezilarli farqlari va o'ziga xos xususiyatlariga qaramasdan, barcha reaktorlar uchun bir xil bo'lgan elementlarni aniqlash mumkin, ular asosida tasniflash amalga oshiriladi. Kimyoviy jarayonlarni bir qator xususiyatlar bo'yicha tasniflash ma'lum darajada reaktorlarga ham tegishli, chunki bu xususiyatlar apparatning turi va dizayniga sezilarli ta'sir qiladi. Shunday qilib, reaksiyaning termal effekti issiqlikni olib tashlash yoki reaktsiya hajmiga etkazib berish uchun turli xil issiqlik almashinuvi qurilmalarini talab qiladi. Shuning uchun jarayonlarni ekzo va endotermiklarga bo'lish tegishli kimyoviy reaktorni tanlashni talab qiladi.

Tirik tabiatda kuzatiladigan, shuningdek, inson faoliyati natijasida sodir bo'ladigan birikmalarning o'zaro o'zgarishini kimyoviy jarayonlar deb hisoblash mumkin. Ulardagi reagentlar bir xil yoki turli agregatsiya holatlarida joylashgan ikki yoki undan ortiq moddalar bo'lishi mumkin. Bunga qarab bir jinsli yoki geterogen tizimlar farqlanadi. Bu ishda kimyoviy jarayonlarning tabiatdagi o‘rni, sharoitlari, o‘tish xususiyatlari ko‘rib chiqiladi.

Kimyoviy reaksiya deganda nima tushuniladi?

Agar boshlang'ich moddalarning o'zaro ta'siri natijasida ularning molekulalarining tarkibiy qismlari o'zgarsa, lekin atom yadrolarining zaryadlari bir xil bo'lib qolsa, biz kimyoviy reaktsiyalar yoki jarayonlar haqida gapiramiz. Ularning oqimi natijasida hosil bo'lgan mahsulotlar odamlar tomonidan sanoatda, qishloq xo'jaligida va kundalik hayotda qo'llaniladi. Moddalar o'rtasidagi juda ko'p miqdordagi o'zaro ta'sirlar ham tirik, ham jonsiz tabiatda sodir bo'ladi. Kimyoviy jarayonlar fizik hodisalardan va radioaktivlik xossalaridan tubdan farq qiladi. Ularda yangi moddalar molekulalari hosil bo'ladi, fizik jarayonlar birikmalarning tarkibini o'zgartirmaydi va yadro reaktsiyalarida yangi kimyoviy elementlarning atomlari paydo bo'ladi.

Kimyoda jarayonlarni olib borish shartlari

Ular har xil bo'lishi mumkin va birinchi navbatda, reaktivlarning tabiatiga, tashqaridan energiya oqimiga bo'lgan ehtiyojga, shuningdek, jarayon sodir bo'ladigan agregatsiya holatiga (qattiq moddalar, eritmalar, gazlar) bog'liq bo'lishi mumkin. Ikki yoki undan ortiq birikmalar orasidagi oʻzaro taʼsirning kimyoviy mexanizmi katalizatorlar (masalan, nitrat kislota ishlab chiqarish), harorat (ammiak ishlab chiqarish) yoki yorugʻlik energiyasi (fotosintez) taʼsirida amalga oshirilishi mumkin. Tirik tabiatda fermentlar ishtirokida kimyoviy fermentatsiya reaksiyalari (spirtli, sut kislotasi, butir kislotasi) jarayonlari keng tarqalgan bo'lib, oziq-ovqat va mikrobiologiya sanoatida qo'llaniladi. Organik sintez sanoatida mahsulot olish uchun kimyoviy jarayonning erkin radikal mexanizmining mavjudligi asosiy shartlardan biridir. Misol tariqasida metanning xlorli hosilalarini (zanjirli reaksiyalar natijasida hosil bo'lgan diklorometan, triklorometan, uglerod tetraklorid) ishlab chiqarish mumkin.

Gomogen kataliz

Ular ikki yoki undan ortiq moddalar o'rtasidagi aloqaning maxsus turlarini ifodalaydi. Reaksiya tezlatgichlari ishtirokida bir hil fazada (masalan, gaz - gaz) sodir bo'ladigan kimyoviy jarayonlarning mohiyati aralashmalarning butun hajmida reaktsiyalarni amalga oshirishdan iborat. Agar katalizator reaktivlar bilan bir xil agregatsiya holatida bo'lsa, u boshlang'ich birikmalar bilan harakatlanuvchi oraliq komplekslarni hosil qiladi.

Gomogen kataliz - bu, masalan, neftni qayta ishlash, benzin, nafta, gazoyl va boshqa turdagi yoqilg'ilarni ishlab chiqarishda amalga oshiriladigan asosiy kimyoviy jarayon. U reforming, izomerizatsiya va katalitik kreking kabi texnologiyalardan foydalanadi.

Geterogen kataliz

Geterogen katalizda reaksiyaga kirishuvchi moddalarning aloqasi ko'pincha katalizatorning qattiq yuzasida sodir bo'ladi. Unda faol markazlar tashkil etilgan. Bular reaksiyaga kirishuvchi birikmalarning o'zaro ta'siri juda tez sodir bo'ladigan joylar, ya'ni u yuqori. Ular turlarga xos bo'lib, tirik hujayralarda kimyoviy jarayonlar sodir bo'lsa, muhim rol o'ynaydi. Keyin ular metabolizm - metabolik reaktsiyalar haqida gapirishadi. Geterogen katalizga misol qilib sulfat kislotaning sanoat ishlab chiqarilishini keltirish mumkin. Aloqa apparatida oltingugurt dioksidi va kislorodning gazsimon aralashmasi isitiladi va vanadiy oksidi yoki vanadil sulfat VOSO 4 dispers kukuni bilan to'ldirilgan panjara tokchalaridan o'tkaziladi. Natijada hosil bo'lgan oltingugurt trioksidi konsentrlangan sulfat kislotaga so'riladi. Oleum deb ataladigan suyuqlik hosil bo'ladi. Kerakli konsentratsiyali sulfat kislotasini olish uchun uni suv bilan suyultirish mumkin.

Termokimyoviy reaksiyalarning xususiyatlari

Issiqlik shaklida energiyaning chiqishi yoki yutilishi katta amaliy ahamiyatga ega. Yoqilg'ilarning yonish reaktsiyalarini esga olish kifoya: tabiiy gaz, ko'mir, torf. Ular fizik va kimyoviy jarayonlarni ifodalaydi, ularning muhim xarakteristikasi yonish issiqligidir. Issiqlik reaktsiyalari organik dunyoda ham, jonsiz tabiatda ham keng tarqalgan. Masalan, ovqat hazm qilish jarayonida oqsillar, lipidlar va uglevodlar biologik faol moddalar - fermentlar ta'sirida parchalanadi.

Chiqarilgan energiya ATP molekulalari shaklida to'planadi. Dissimilyatsiya reaktsiyalari energiyaning chiqishi bilan birga keladi, uning bir qismi issiqlik shaklida tarqaladi. Ovqat hazm qilish natijasida har bir gramm oqsil 17,2 kJ, kraxmal 17,2 kJ, yog '38,9 kJ energiya beradi. Energiyani chiqaradigan kimyoviy jarayonlar ekzotermik, energiyani yutadiganlar esa endotermik deb ataladi. Organik sintez sanoatida va boshqa texnologiyalarda termokimyoviy reaksiyalarning issiqlik effektlari hisoblab chiqiladi. Buni, masalan, issiqlik yutilishi bilan bog'liq reaktsiyalar sodir bo'ladigan reaktorlar va sintez ustunlarini isitish uchun sarflanadigan energiya miqdorini to'g'ri hisoblash uchun bilish muhimdir.

Kinetika va uning kimyoviy jarayonlar nazariyasidagi roli

Reaksiyaga kirishuvchi zarralar (molekulalar, ionlar) tezligini hisoblash sanoat oldida turgan eng muhim vazifadir. Uning yechimi kimyoviy ishlab chiqarishda texnologik sikllarning iqtisodiy samarasi va rentabelligini ta'minlaydi. Ammiak sintezi kabi reaktsiya tezligini oshirish uchun azot va vodorod gaz aralashmasidagi bosimni 30 MPa ga o'zgartirish, shuningdek, haroratning keskin oshishiga yo'l qo'ymaslik hal qiluvchi omillar bo'ladi (optimal harorat). 450-550 ° S).

Sulfat kislota ishlab chiqarishda qo'llaniladigan kimyoviy jarayonlar, ya'ni: piritlarni yoqish, oltingugurt dioksidini oksidlash, oltingugurt trioksidni oleum tomonidan singdirish, turli sharoitlarda amalga oshiriladi. Shu maqsadda piritli pech va aloqa moslamalari ishlatiladi. Ular reaksiyaga kirishuvchi moddalarning kontsentratsiyasi, harorat va bosimni hisobga oladi. Bu omillarning barchasi reaksiyani eng yuqori tezlikda amalga oshirish uchun o'zaro bog'liq bo'lib, sulfat kislotasi unumini 96-98% gacha oshiradi.

Tabiatdagi fizik va kimyoviy jarayonlar sifatida moddalarning aylanishi

"Harakat - bu hayot" degan mashhur iborani har xil turdagi o'zaro ta'sirlarga (birlashma, almashtirish, parchalanish, almashish reaktsiyalari) kiruvchi kimyoviy elementlarga ham qo'llash mumkin. Kimyoviy elementlarning molekulalari va atomlari uzluksiz harakatda. Olimlar aniqlaganidek, yuqorida aytilganlarning barchasi jismoniy hodisalar bilan birga bo'lishi mumkin: issiqlikning chiqishi yoki uning yutilishi, yorug'lik fotonlarining chiqishi, agregatsiya holatining o'zgarishi. Bu jarayonlar Yerning har bir qobig'ida sodir bo'ladi: litosfera, gidrosfera, atmosfera, biosfera. Ulardan eng muhimi kislorod, karbonat angidrid va azot kabi moddalarning aylanishlaridir. Keyingi sarlavhada biz azotning atmosferada, tuproqda va tirik organizmlarda qanday aylanishini ko'rib chiqamiz.

Azot va uning birikmalarining o'zaro aylanishi

Ma'lumki, azot oqsillarning zarur tarkibiy qismidir va shuning uchun istisnosiz barcha turdagi quruqlikdagi hayotning shakllanishida ishtirok etadi. Azot o'simliklar va hayvonlar tomonidan ionlar shaklida so'riladi: ammoniy, nitrat va nitrit ionlari. Fotosintez natijasida o'simliklar nafaqat glyukoza, balki aminokislotalar, glitserin va yog' kislotalarini ham ishlab chiqaradi. Yuqoridagi barcha kimyoviy birikmalar Kalvin siklida sodir bo'ladigan reaktsiyalar mahsulotidir. Atoqli rus olimi K. Timiryazev yashil o'simliklarning kosmik roli, boshqa narsalar qatorida oqsillarni sintez qilish qobiliyati haqida gapirdi.

O‘txo‘r hayvonlar peptidlarni o‘simlik ovqatlaridan, yirtqichlar esa yirtqich go‘shtidan oladi. Saprotrof tuproq bakteriyalari ta'sirida o'simlik va hayvon qoldiqlarining parchalanishi jarayonida murakkab biologik va kimyoviy jarayonlar sodir bo'ladi. Natijada organik birikmalardan azot noorganik shaklga aylanadi (ammiak, erkin azot, nitratlar va nitritlar hosil bo'ladi). Atmosferaga va tuproqqa qaytib, bu moddalarning barchasi yana o'simliklar tomonidan so'riladi. Azot barg poʻstining stomalari orqali kiradi, azot va ularning tuzlari eritmalari oʻsimlik ildizlarining ildiz tuklari tomonidan soʻriladi. Azot konversiya aylanishi o'zini takrorlash uchun yopiladi. Tabiatda sodir bo'ladigan kimyoviy jarayonlarning mohiyatini 20-asr boshlarida rus olimi D.N.Pryanishnikov batafsil o'rgangan.

Chang metallurgiyasi

Zamonaviy kimyoviy jarayonlar va texnologiyalar noyob fizik-kimyoviy xususiyatlarga ega materiallarni yaratishga katta hissa qo'shmoqda. Bu, birinchi navbatda, neftni qayta ishlash zavodlari, noorganik kislotalar, bo'yoqlar, laklar, plastmassalar ishlab chiqaruvchi korxonalarning asbob-uskunalari va jihozlari uchun ayniqsa muhimdir. Ularni ishlab chiqarishda issiqlik almashinuvchilari, aloqa moslamalari, sintez ustunlari va quvurlar ishlatiladi. Uskunaning yuzasi yuqori bosim ostida agressiv vositalar bilan aloqa qiladi. Bundan tashqari, deyarli barcha kimyoviy ishlab chiqarish jarayonlari yuqori haroratlarda amalga oshiriladi. Yuqori darajadagi issiqlik va kislotaga chidamlilik va korroziyaga qarshi xususiyatlarga ega bo'lgan materiallarni olish shoshilinch.

Kukun metallurgiyasi tarkibida metall o'z ichiga olgan kukunlar ishlab chiqarish, kimyoviy agressiv moddalar bilan reaktsiyalarda ishlatiladigan zamonaviy qotishmalarni sinterlash va tarkibiga kiritish jarayonlari kiradi.

Kompozitlar va ularning ma'nosi

Zamonaviy texnologiyalar orasida eng muhim kimyoviy jarayonlar kompozit materiallarni ishlab chiqarish uchun reaktsiyalardir. Bularga ko'piklar, sermetlar va norpapalstlar kiradi. Ishlab chiqarish uchun matritsa sifatida metallar va ularning qotishmalari, keramika va plastmassalardan foydalaniladi. To'ldiruvchi sifatida kaltsiy silikat, oq loy, stronsiy va bariy ferridlari ishlatiladi. Yuqoridagi barcha moddalar kompozit materiallarga zarba qarshiligi, issiqlikka chidamlilik va aşınma qarshiligini beradi.

Kimyoviy texnologiya nima

Xom ashyoni: neft, tabiiy gaz, ko'mir, foydali qazilmalarni qayta ishlash reaksiyalarida qo'llaniladigan vositalar va usullarni o'rganish bilan shug'ullanadigan fan sohasi kimyoviy texnologiya deb ataldi. Boshqacha qilib aytganda, bu inson faoliyati natijasida sodir bo'ladigan kimyoviy jarayonlar haqidagi fan. Uning butun nazariy bazasi matematika, kibernetika, fizik kimyo va sanoat iqtisodiyotidan iborat. Texnologiyada qanday kimyoviy jarayon ishtirok etishi muhim emas (nitrat kislotasi ishlab chiqarish, ohaktoshning parchalanishi, fenol-formaldegid plastmassalarining sintezi) - zamonaviy sharoitda inson faoliyatini osonlashtiradigan, atrof-muhit ifloslanishini bartaraf etuvchi avtomatlashtirilgan boshqaruv tizimlarisiz mumkin emas. va uzluksiz va chiqindisiz kimyoviy ishlab chiqarish texnologiyasini ta'minlash.

Ushbu ishda biz tirik tabiatda (fotosintez, dissimilyatsiya, azot aylanishi) va sanoatda sodir bo'ladigan kimyoviy jarayonlar misollarini ko'rib chiqdik.

Kimyoviy jarayonlar

Parametr nomi	Ma'nosi
Maqola mavzusi:	Kimyoviy jarayonlar
Rubrika (tematik toifa)	Kimyo

Strukturaviy kimyoning paydo bo'lishi har qanday kimyoviy birikmalarni sintez qilish sxemasini yaratish, moddalarni maqsadli sifatli o'zgartirish imkoniyati mavjudligini anglatadi. va ilgari noma'lum.

Har qanday kimyoviy birikmaning tabiati nafaqat sifat va miqdoriy tarkibga, balki atomlarning o'zaro ta'siriga va molekula tuzilishiga ham bog'liq.

Moddaning tuzilishi va uning xossalari

Tarkibi bir xil, ammo tuzilishi har xil bo'lgan moddalar deyiladi izomerlar, va hodisaning o'zi - izomerizm. Masalan, f C 4 H 8 O formulasida 21 ta modda mavjud.

Moddalarning xususiyatlarini tavsiflash uchun siz nafaqat tarkibini, balki tarkibini ham bilishingiz kerak ulanish tuzilishi. Bu organik kimyo uchun alohida ahamiyatga ega. Bir kimyoviy elementning elektronlari boshqa kimyoviy elementning yadrosi va elektronlari bilan o'zaro ta'sirlashib, kosmosda qat'iy lokalizatsiya qilingan (joylashgan) bo'lib chiqadi. Elektron ma'lum bir tarqalish maydoniga ega bo'lgan elektromagnit to'lqin bo'lganligi sababli, bu maydon yo'nalishga ega. Ya'ni, kimyoviy bog'lanish fazoda ma'lum bir yo'nalishda hosil bo'ladi va atomlarning fazoviy yo'nalishini belgilaydi.

Molekula tuzilishi– atom yadrolari va elektronlardan tashkil topgan tizimning fazoviy va energiya tartibliligi.

Organik kimyoda izomeriya deb ataladigan muhim hodisa molekulaning fazoviy tuzilishi bilan bog'liq.

Izomerlar- tarkibi bir xil, ammo molekulyar tuzilishi boshqacha bo'lgan moddalar.

Strukturaviy kimyo moddalar tarkibini o'rganishga nisbatan yuqori darajaga aylandi. Shu bilan birga, kimyo asosan analitik fandan sintetik fanga aylandi. Kimyo taraqqiyotidagi bu bosqichning asosiy yutug‘i molekulalarning tuzilishi va moddalarning reaktivligi o‘rtasida bog‘lanishning o‘rnatilishi bo‘ldi.

Moddaning to'rtta asosiy holati - plazma, gazsimon, suyuq va qattiq (harorat pasayganda mavjudligi tartibida sanab o'tilgan) uzoq vaqtdan beri ma'lum bo'lgan, ammo bugungi kunda olimlar yana ikkita holatni - past haroratli kondensatlarni aniqlaydilar. Kondensat - materiyaning ultra past haroratlarda yangi holati - 0,00000001 K (!!!), ᴛ.ᴇ dan kam. fazo vakuumining haroratidan past haroratlarda (kosmosda harorat taxminan 3 K).

Atom tuzilishining materialning xususiyatlariga ta'sirini ko'rsatish uchun qattiq jismning aniq misolidan foydalanamiz. Buning uchun biz oddiy monotomik materialni - uglerodni tanlaymiz.

Qattiq holatda uglerod kristalli va amorf bo'lishi kerak va uning har bir holati o'z nomiga ega.

1. Kuyik - mayda maydalangan kukun holidagi amorf uglerod (hozirgi kunda kuyik, koks, shishasimon uglerod va shunga o'xshash materiallarda o'z tuzilishida uglerod grafitga har xil darajada yaqinlashishi aniqlangan. Kuyning xossalari haqida gapiradigan bo'lsak, u ta'kidlash mumkinki, kuyikning elektr o'tkazuvchanligi nolga teng, kuyikish elektr izolyatoridir.

2. 60-yillarning boshlariga qadar tabiatda sof uglerodning faqat ikkita kristalli shakli, ya'ni uch va ikki o'lchovli polimerlar, ᴛ.ᴇ mavjud deb hisoblangan. olmos va grafit. Grafitning tuzilishi qatlamlar bilan tavsiflanadi; qatlamlardagi atomlar bir-biri bilan kuchli bog'langan, qatlamlararo o'zaro ta'sir esa ahamiyatsiz. Shu sababli, grafit osongina qatlamlarga bo'linadi, u yumshoq kristall materialdir. Tuzdan farqli o'laroq, grafit elektr tokini juda yaxshi o'tkazuvchidir.

3. Olmos bir xil uglerod atomlaridan qurilgan kub kristalli tuzilishga ega. Grafitdan farqli o'laroq, olmos qattiq kristalli materialdir (ehtimol eng qiyin). Bunday xususiyatlar uning tuzilishi bilan bog'liq, chunki barcha atomlar bir-biridan teng masofada joylashgan va bir-biriga mahkam bog'langan.

4. 1985 yil ᴦ. Sferik uglerod molekulalarining katta oilasi, fullerenlar topildi. Fullerenlar uglerodning yangi turidir. Bular C 60, C 70, C 74 ... tipidagi yopiq molekulalar bo'lib, ularda barcha uglerod atomlari "sferik" sirtda joylashgan. Fulleren C 60 tuzilishida (molekulaning diametri taxminan 1 nm) uglerod atomlari muntazam olti burchakli yoki beshburchaklar (kondensatsiyalangan (kristal) holatda, fullerenlar fulleritlar deb ataladi) uchlarida joylashgan. Fullerenlar ba'zi tabiiy minerallarda, masalan, Karelian shungitida topilgan. Fulleren asosida moddalarning yangi sinflari sintez qilindi: masalan, metallar bilan o'zaro ta'sir qilish natijasida fulleridlar olingan.

Ushbu materiallarning qiziqarli xususiyatlari turli atomlar to'pining "ichkarida tutilishi" bilan bog'liq - Na, K. Olingan fulleridlar o'ta o'tkazuvchanlikka ega (19-55 K haroratda) va platina guruhidagi metallardan foydalanganda ferromagnit xususiyatlar mavjud. qo'shimcha ravishda namoyon bo'ladi. Past harorat va bosimdagi fullerenlarning qiziqarli xususiyati vodorodni yutish qobiliyatidir. Shu munosabat bilan, qayta zaryadlanuvchi batareyalar ishlab chiqarish uchun asos sifatida fullerenlardan foydalanish mumkin. Fulleren kapsulasi shikastlangan organ yoki to'qimalarga tanlab yuboriladigan dorilarni o'z ichiga olishi mumkin.

5. Grafit nanotubalar - uglerodning yangi turi, 1991 yilda olingan. Uglerodli nanotubka silindrga o'ralgan grafit tekisligi sifatida ko'rsatilishi kerak. Quvurlar bir devorli yoki ko'p devorli bo'lishi mumkin, agar ular bir nechta grafit qatlamlaridan yasalgan bo'lsa. Naychaning diametri birdan bir necha o'nlab nanometrgacha, uzunligi esa bir necha santimetrga etishi mumkin; odatda quvurlar yarim sharsimon bosh bilan tugaydi. Uglerod nanotubalari noyob mexanik (juda kuchli), elektr va issiqlik xususiyatlariga ega (elektr va issiqlik o'tkazuvchanligi metallarnikiga yaqinlashadi yoki undan oshadi).

6. Fizika boʻyicha 2010-yilgi Nobel mukofoti Buyuk Britaniyada ishlayotgan rossiyalik muhojirlar Andre Geym va Konstantin Novoselovga “ikki oʻlchovli material grafenini oʻrganish boʻyicha kashshof tajribalari uchun” berildi. 2004 yilda ular oddiy olti burchakli ikki o'lchovli kristall panjara bilan bog'langan qalinligi bir atom bo'lgan varaq bo'lgan uglerodning maxsus shaklini olish imkoniyatini eksperimental ravishda isbotladilar. Boshqacha qilib aytganda, grafen taniqli grafitning alohida qatlamidir. Grafen ma'lum bo'lgan eng nozik va eng kuchli materialdir; boshqa tomondan, u juda moslashuvchan, o'tkazgich (grafitni eslang) va yarim o'tkazgichning xususiyatlarini ko'rsatishga qodir.

Zamonaviy strukturaviy kimyo katta natijalarga erishdi. Yangi organik moddalarning sintezi tabiatda uchramaydigan foydali va qimmatli materiallarni olish imkonini beradi. Shunday qilib, har yili dunyo bo'ylab minglab kilogramm askorbin kislotasi (vitamin C) va ko'plab yangi dorilar, jumladan, zararsiz antibiotiklar, gipertenziyaga qarshi dorilar, oshqozon yarasi va boshqalar sintezlanadi.

Strukturaviy kimyoning eng so'nggi yutug'i ikki qatlamli tuzilishi tufayli "sendvich birikmalari" deb ataladigan mutlaqo yangi metall organometall birikmalarining kashf etilishidir. Ushbu moddaning molekulasi ikkita vodorod va uglerod birikmalaridan iborat bo'lib, ular orasida metall atomi joylashgan.

Zamonaviy strukturaviy kimyo sohasidagi tadqiqotlar ikkita istiqbolli yo'nalishda davom etmoqda:

1) yuqori texnik ko'rsatkichlarga ega bo'lgan materiallarni olish uchun ideal panjaraga maksimal yaqinlashish bilan kristallarni sintez qilish: maksimal quvvat, issiqlikka chidamlilik, chidamlilik va boshqalar;

2) belgilangan elektr, magnit va boshqa xususiyatlarga ega bo'lgan materiallarni ishlab chiqarish uchun oldindan dasturlashtirilgan kristall panjara nuqsonlari bilan kristallarni yaratish.

3. Eritmalarning umumiy xarakteristikalari

Suvning fizik xususiyatlari butunlay anomaldir. Ulardan eng hayratlanarlisi uning normal sharoitda suyuqlik bo'lish qobiliyati. Shu kabi kimyoviy birikmalarning molekulalari (H 2 S yoki H 2 Se) suvdan ancha og'irroqdir, ammo bu sharoitda ular gazsimon bo'ladi.

Suvning uch nuqtasi, ᴛ.ᴇ. suv, muz va bug' balansi; 0,01 ° S haroratda va 611 Pa bosimda kuzatiladi (8.1-rasm). O'ta sovutilgan suv, ya'ni 0 ° C dan past suyuqlik holatida qolib, o'zini g'alati tutadi: bir tomondan, uning zichligi haroratning pasayishi bilan kamayadi, boshqa tomondan, u muz zichligiga yaqinlashadi.

Favqulodda past sovutish va qizib ketishning ruxsat etilgan qiymatlari chegaralari katta suv: -40 dan +200 ° C gacha bo'lgan haroratda uni suyuq holatda saqlashingiz mumkin.

Ko'pgina boshqa suyuqliklardan farqli o'laroq, harorat oshishi bilan uning solishtirma hajmi kamayadi va zichligi oshib, 4 ° C da minimal (mos ravishda maksimal) ga etadi. Oddiy suyuqliklarda zichlik har doim haroratning pasayishi bilan kamayadi.

Muzlaganda suv hajmi 10% gacha oshadi. Suvning zichligi muzning zichligidan kattaroqdir. Kristallar erib ketganda, ionlarni o'rashning muntazamligi buzilganda, zichlik 2-4% ga kamayadi. Suvning bu xususiyati suv omborlarini to'liq muzlashdan himoya qiladi, ulardagi hayotni saqlaydi. Muz issiqlikni yomon o'tkazuvchi hisoblanadi.

Juda baland issiqlik sig'imi suv- muz eriganda, u ikki baravar ko'payadi. Shu sababli, dengizlar va okeanlar ulkan termostatlar bo'lib, havo haroratining barcha tebranishlarini yumshatadi. Aytgancha, atmosferadagi suv bug'lari ham xuddi shu funktsiyalarni bajarishi mumkin. Cho'llarda suv bug'ining etishmasligi kechasi va kunduzi haroratning keskin o'zgarishiga olib keladi.

Suv universal erituvchidir. Eritilish qoidasi shuki, o'xshash eriydi.

Suvning asosiy farqi uning vodorod aloqalaridadir.(8.2-rasm),

Suv molekulasi kichikdir dipol, qutblarda musbat va manfiy zaryadlarni o'z ichiga oladi. Agar siz musbat va manfiy zaryadlarning epitsentrlarini to'g'ri chiziqlar bilan bog'lasangiz, siz uch o'lchamli geometrik shaklga ega bo'lasiz - oddiy tetraedr.

Suv molekulalari majmuasi gazsimon holatda, suyuq suvda va muzda mavjud. Ammo, L. Pauling taʼkidlaganidek, muz hatto O.K da toʻliq tartiblangan kristall emas. Muzning tuzilishi ancha boʻsh: har bir boʻshliq oltita H 2 0 molekulasi bilan oʻralgan va har bir molekula oltita boʻshliq bilan oʻralgan. . Ushbu bo'shliqlarning o'lchami shundayki, ular vodorod bog'lanish tizimini buzmasdan bitta molekulani sig'dira oladi.

Agar modda suvda dissotsiatsiyalanib, vodorod ionlarini hosil qilsa, kislota, eritmaga vodorod ionlarini qo'shish yoki gidroksid ionlarini OH hosil qilish qobiliyatiga ega bo'lsa, asos hisoblanadi. Eritmaning kislotaliligi yoki ishqoriyligi pH indikatori bilan tavsiflanadi, uning shkalasi 0 dan 14 gacha bo'lgan qiymatlarni qamrab oladi. Bu shkala logarifmik, ᴛ.ᴇ. Unda vodorod ionlari kontsentratsiyasining logarifmlari chizilgan. pH 5 bo'lgan eritmaning kislotaligi pH 6 ga qaraganda 10 marta va pH 7 ga qaraganda 100 baravar yuqori. pH 6 bo'lgan eritma 1 litrda milliondan bir mol vodorod ionini o'z ichiga oladi, pH 7 neytralga to'g'ri keladi. muhit, pastda esa ko'proq kislotali muhitlar va yuqorida - ishqoriy.

Kimyoviy jarayon (lotincha processus — oldinga siljish) — doimiy, birlashgan harakatni ifodalovchi materiya holatlarining ketma-ket oʻzgarishi. Ayrim moddalarni boshqa moddalarga aylantirish jarayoni odatda deyiladi kimyoviy reaksiya. Van't Xoff termodinamik yondashuvdan foydalanib, kimyoviy reaksiyalarni tasnifladi va kimyoviy kinetikaning asosiy tamoyillarini ham shakllantirdi.

Har bir hujayrada 10 000 ga yaqin kimyoviy reaksiyalar sodir bo'ladi.

Kimyoviy jarayonlar quyidagilarga bo'linadi:

gomo- Va heterojen(reaktsion tizimlarning agregat holatiga qarab),

ekzo- Va endotermik(ajraladigan va so'rilgan issiqlik miqdoriga qarab),

redoks(elektronlarning ayrim atomlardan (qaytaruvchi) boshqa atomlarga (oksidlovchi agent) o'tishi bilan bog'liq bo'lgan moddaning oksidlanish darajasining o'zgarishiga qarab).

U kimyoviy reaktsiyalarning tezligi va xususiyatlarini o'rganadi. kimyoviy kinetika.

Kimyoviy reaktsiya tezligiga quyidagi shartlar va parametrlar ham ta'sir qiladi:

2) harorat. Haroratning har 10 °C ortishi bilan reaksiya tezligi 2-4 marta ortadi (van't-Xoff qoidasi). Kislorod ko'plab moddalar bilan oddiy haroratlarda (sekin oksidlanish) sezilarli tezlikda reaksiyaga kirisha boshlaydi. Harorat ko'tarilgach, zo'ravon reaktsiya (yonish) boshlanadi;

4)reaksiya yuzasi maydoni. Qattiq holatda bo'lgan moddalar uchun tezlik reaksiyaga kirishuvchi moddalarning sirt maydoniga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Qattiq holatda temir va oltingugurt faqat oldindan maydalash va aralashtirish bilan etarlicha tez reaksiyaga kirishadi: cho'tka va loglarni yoqish;

5)katalizator. Reaksiya tezligi katalizatorlarga, iste'mol qilinmasdan kimyoviy reaktsiyalarni tezlashtiradigan moddalarga bog'liq. IN. Ostvald kimyoviy muvozanat sharoitlarini o'rganib, kataliz hodisasini kashf etdi. Bertolet tuzi va vodorod peroksidning parchalanishi marganets (IV) oksidi va boshqalar ishtirokida tezlashadi.

Katalizatorlar reaktsiyani tezlashtiradigan ijobiy va sekinlashtiruvchi salbiy (ingibitorlar). Kimyoviy reaksiyaning katalitik selektiv tezlashishi odatda kataliz deb ataladi va zamonaviy kimyoviy texnologiya (polimer materiallari, sintetik yoqilg'i va boshqalar ishlab chiqarish) texnikasi hisoblanadi. Kimyo sanoatida katalitik jarayonlarning ulushi 80% ga etadi, deb ishoniladi.

Kimyoviy jarayonlar - tushunchasi va turlari. "Kimyoviy jarayonlar" toifasining tasnifi va xususiyatlari 2017, 2018 y.