Qual è il processo chimico? Il processo chimico: l'essenza e il ruolo in natura

Le mutue trasformazioni dei composti osservate inla natura vivente, così come quelle derivanti da attività umane possono essere considerate processi chimici. I reagenti in essi contenuti possono essere due o più sostanze che si trovano in uno o in diversi stati aggregati. A seconda di ciò, si distinguono sistemi omogenei o eterogenei. In questo documento verranno prese in considerazione le condizioni di svolgimento, le caratteristiche del corso e il ruolo dei processi chimici in natura.

Cosa si intende per reazione chimica

Se come risultato dell'interazione dei materiali di partenzai costituenti delle loro molecole subiscono cambiamenti e le cariche dei nuclei atomici rimangono le stesse, parlano di reazioni o processi chimici. I prodotti prodotti come risultato del loro flusso, sono usati dall'uomo nell'industria, nell'agricoltura e nella vita quotidiana. Un numero enorme di interazioni tra sostanze si verificano, sia nella vita che nella natura inanimata. I processi chimici hanno una differenza fondamentale rispetto ai fenomeni fisici e alle proprietà della radioattività. Formano molecole di nuove sostanze, mentre i processi fisici non cambiano la composizione dei composti e nelle reazioni nucleari si formano atomi di nuovi elementi chimici.

Condizioni per l'implementazione dei processi in chimica

Possono essere diversi e dipendono, primain generale, sulla natura dei reagenti, sulla necessità di fornire energia esterna, così come sullo stato aggregato (solidi, soluzioni, gas) in cui avviene il processo. Il meccanismo chimico dell'interazione tra due o più composti può essere effettuato sotto l'influenza di catalizzatori (ad esempio, produzione di acido nitrico), temperatura (produzione di ammoniaca), energia luminosa (fotosintesi). Con la partecipazione di enzimi nella natura vivente, i processi della reazione chimica di fermentazione (alcolica, lattica, acida) utilizzati nelle industrie alimentari e microbiologiche sono diffusi. Per ottenere prodotti nell'industria della sintesi organica, una delle condizioni principali è la presenza di un meccanismo di radicali liberi del processo chimico. Un esempio può essere la produzione di derivati ​​del cloro di metano (diclorometano, triclorometano, tetracloruro di carbonio, formato a seguito di reazioni a catena.

Catalisi omogenea

Sono tipi speciali di contatto tra dueo più sostanze. L'essenza dei processi chimici che si verificano in una fase omogenea (ad esempio gas-gas) con la partecipazione di acceleratori di reazione consiste nel portare avanti reazioni in tutto il volume delle miscele. Se il catalizzatore si trova nello stesso stato aggregato dei reagenti, forma complessi intermedi mobili con i composti di partenza.

La catalisi omogenea è la sostanza chimica principaleil processo, ad esempio, nella lavorazione del petrolio, la produzione di benzina, nafta, gasolio e altri combustibili. Utilizza tecnologie come reforming, isomerizzazione, cracking catalitico.

Catalisi eterogenea

Nel caso di catalisi eterogenea, contattaresostanze reattive si verificano, più spesso, sulla superficie solida del catalizzatore stesso. Forma i cosiddetti centri attivi. Queste sono aree in cui l'interazione dei composti reagenti procede molto rapidamente, cioè la velocità di reazione è alta. Sono specifici delle specie e svolgono un ruolo importante anche se i processi chimici si verificano nelle cellule viventi. Quindi parla di metabolismo - reazioni metaboliche. Un esempio di catalisi eterogenea è la produzione industriale di acido solfato. Nell'apparato di contatto, una miscela gassosa di anidride solforosa e ossigeno viene riscaldata e fatta passare attraverso uno scaffale reticolato riempito con una polvere dispersa di ossido di vanadio o solfato di vanadio VOSO₄. Il prodotto risultante è triossido di zolfo, quindiè assorbito dall'acido solforico concentrato. Si forma un liquido, chiamato oleum. Può essere diluito con acqua per ottenere la concentrazione desiderata di acido solfato.

Caratteristiche delle reazioni termochimiche

Isolamento o assorbimento di energia sotto forma di caloreè di grande importanza pratica Basti ricordare la reazione del combustibile in fiamme: gas naturale, carbone, torba. Sono processi fisico-chimici, la cui caratteristica importante è il calore della combustione. Le reazioni termiche sono diffuse sia nel mondo organico che nella natura inanimata. Ad esempio, nel processo di digestione, proteine, lipidi e carboidrati vengono scissi sotto l'azione di sostanze biologicamente attive - gli enzimi.

L'energia rilasciata viene accumulata nella formalegami macroergici di molecole di ATP. Le reazioni di dissimilazione sono accompagnate dal rilascio di energia, parte della quale viene dissipata sotto forma di calore. Come risultato della digestione, ogni grammo di proteine ​​fornisce 17, 2 kJ di energia, amido - 17, 2 kJ, grasso - 38,9 kJ. I processi chimici che procedono con il rilascio di energia sono chiamati esotermici e con l'assorbimento di esso - endotermico. Nell'industria della sintesi organica e di altre tecnologie, vengono calcolati gli effetti termici delle reazioni termochimiche. Questo è importante sapere, ad esempio, per il calcolo corretto della quantità di energia utilizzata per riscaldare i reattori e le colonne di sintesi in cui si verificano reazioni accompagnate da assorbimento di calore.

Cinetica e il suo ruolo nella teoria dei processi chimici

Il calcolo della velocità delle particelle reagenti (molecole,ioni) è il compito più importante per l'industria. La sua soluzione offre vantaggi economici e redditività dei cicli tecnologici nella produzione chimica. Per aumentare la velocità di una tale reazione come sintesi di ammoniaca fattori determinanti sono la variazione di pressione nella miscela gassosa di azoto e idrogeno a 30 MPa, e prevenire un brusco aumento di temperatura (temperatura ottimale è 450- 550 ° C).

Processi chimici utilizzati nella produzioneacido solfato, vale a dire: la combustione di pirite, l'ossidazione del biossido di zolfo, l'assorbimento di triossido di zolfo per oleum viene effettuata in varie condizioni. Per questo vengono utilizzati un forno di pirite e apparati di contatto. Prendono in considerazione le concentrazioni di reagenti, la temperatura e la pressione. Tutti questi fattori sono correlati per effettuare la reazione alla massima velocità, che aumenta la resa di acido solfato al 96-98%.

Il ciclo di sostanze, come i processi fisico-chimici in natura

Il famoso detto "Il movimento è vita" può esseresi applicano anche agli elementi chimici che entrano in vari tipi di interazione (reazioni di composto, sostituzione, decomposizione, scambio). Molecole e atomi di elementi chimici arrivano in continuo movimento. Come stabilito dagli scienziati, tutti i suddetti tipi di reazioni chimiche possono essere accompagnati da fenomeni fisici: il rilascio di calore o il suo assorbimento, l'emissione di fotoni di luce, un cambiamento nello stato aggregato. Questi processi si verificano in ogni involucro della Terra: la litosfera, l'idrosfera, l'atmosfera, la biosfera. Il più significativo di questi sono i cicli di sostanze come ossigeno, anidride carbonica e azoto. Nella prossima sezione vedremo come viene fatto circolare l'azoto nell'atmosfera, nel suolo e negli organismi viventi.

Interconversione dell'azoto e dei suoi composti

È noto che l'azoto è necessarioparte integrante delle proteine ​​e quindi partecipa alla formazione di tutti i tipi di vita terrena senza eccezioni. L'azoto è assimilato da piante e animali sotto forma di ioni: ammonio, nitrato e ioni nitrito. Le piante come risultato della fotosintesi formano non solo glucosio, ma anche aminoacidi, glicerina, acidi grassi. Tutti i composti chimici sopra elencati sono prodotti di reazioni che si verificano nel ciclo di Calvin. L'eccezionale scienziato russo K. Timiryazev ha parlato del ruolo cosmico delle piante verdi, avendo in vista, tra le altre cose, la loro capacità di sintetizzare le proteine.

Gli erbivori ricevono peptidi dacibo vegetale e carnivoro - dalla carne delle vittime. Durante il decadimento di resti di piante e animali sotto l'influenza di batteri del suolo saprotropico, si verificano complessi processi biologici e chimici. Di conseguenza, l'azoto dei composti organici passa in forma inorganica (si formano ammoniaca, azoto libero, nitrati e nitriti). Ritornando all'atmosfera e al suolo tutte queste sostanze vengono nuovamente assimilate dalle piante. L'azoto passa attraverso gli stomi della pelle delle foglie e le soluzioni degli acidi nitrico e nitroso e dei loro sali vengono assorbite dai peli radicali delle radici delle piante. Il ciclo di conversione dell'azoto si chiude per ripetere di nuovo. L'essenza dei processi chimici che si verificano con i composti dell'azoto in natura è stata studiata in dettaglio all'inizio del 20 ° secolo dallo scienziato russo DN Pryanishnikov.

Metallurgia delle polveri

Processi e tecnologie chimiche modernedare un contributo tangibile alla creazione di materiali con proprietà fisiche e chimiche uniche. Ciò è particolarmente importante, in primo luogo, per gli strumenti e le attrezzature delle raffinerie di petrolio, le imprese che producono acidi inorganici, coloranti, vernici, materie plastiche. Nella loro produzione vengono utilizzati scambiatori di calore, apparati di contatto, colonne di sintesi, condotte. La superficie dell'apparecchiatura è a contatto con fluidi aggressivi sottoposti ad alta pressione. Inoltre, quasi tutti i processi di produzione chimica sono effettuati sotto l'influenza di alte temperature. Rilevante è la produzione di materiali con alti livelli di resistenza termica e agli acidi, proprietà anti-corrosione.

La metallurgia delle polveri comprende i processi di produzione di polveri contenenti metalli, la sinterizzazione e l'introduzione nella composizione delle moderne leghe utilizzate nelle reazioni con sostanze chimicamente aggressive.

Compositi e loro significato

Tra le moderne tecnologie, la più importantei processi chimici sono le reazioni di ottenere materiali compositi. Questi includono schiume, cermet, norpapalsts. Come matrice per la produzione utilizzare metalli e loro leghe, ceramica, plastica. Come riempitivi si usano calcio silicato, argilla bianca, stronzio ferrium e bario. Tutte le suddette sostanze impartiscono materiali compositi alla resistenza agli urti, al calore e alla resistenza all'usura.

Cos'è la tecnologia chimica?

Filiale, scienza, impegnata nello studio dei fondi emetodi utilizzati nelle reazioni di trasformazione delle materie prime: petrolio, gas naturale, carbone, minerali chiamati tecnologia chimica. In altre parole, la scienza dei processi chimici che si verificano come risultato dell'attività umana. Tutti della sua base teorica la matematica, la cibernetica, chimica fisica, economia industriale. Non importa quale il processo chimico coinvolto nella tecnologia (ricezione decomposizione dell'acido nitrato di calcare, la sintesi di plastiche fenolo-formaldeide) - nelle condizioni attuali è impossibile senza sistemi automatizzati per facilitare l'attività umana, escludendo l'inquinamento e garantire una tecnologia continuo e non rifiuti della produzione chimica.

In questo documento abbiamo preso in considerazione esempi di processi chimici che si verificano, sia nella natura vivente (fotosintesi, dissimilazione, ciclo dell'azoto), sia nell'industria.