Međusobne transformacije jedinjenja uočene u divljim životinjama, kao i one koje se javljaju kao rezultat ljudske aktivnosti, mogu se smatrati hemijskim procesima. Reagensi u njima mogu biti dvije ili više tvari koje su u istom ili u različitim agregacijskim stanjima. U zavisnosti od toga, razlikuju se homogeni ili heterogeni sistemi. Uslovi izvođenja, karakteristike toka i uloga hemijskih procesa u prirodi biće razmotreni u ovom radu.
Šta se podrazumijeva pod hemijskom reakcijom
Ako se, kao rezultat interakcije početnih supstanci, sastavni dijelovi njihovih molekula mijenjaju, a naboji jezgara atoma ostaju isti, govore o hemijskim reakcijama ili procesima. Proizvode koji nastaju kao rezultat njihovog protoka čovjek koristi u industriji, poljoprivredi i svakodnevnom životu. Ogroman broj interakcijaizmeđu supstanci, kako u živoj tako i u neživoj prirodi. Hemijski procesi imaju fundamentalnu razliku od fizičkih pojava i svojstava radioaktivnosti. U njima se formiraju molekule novih supstanci, dok fizički procesi ne menjaju sastav jedinjenja, a atomi novih hemijskih elemenata nastaju u nuklearnim reakcijama.
Uslovi za sprovođenje procesa u hemiji
Mogu biti različiti i prvenstveno zavise od prirode reagensa, potrebe za prilivom energije izvana, kao i agregacijskog stanja (čvrste tvari, otopine, plinovi) u kojem se proces odvija. Hemijski mehanizam interakcije između dva ili više spojeva može se odvijati pod djelovanjem katalizatora (na primjer, proizvodnja dušične kiseline), temperature (dobivanje amonijaka), svjetlosne energije (fotosinteza). Uz učešće enzima u živoj prirodi, rasprostranjeni su procesi hemijske reakcije fermentacije (alkohol, mlečna kiselina, maslačna), koji se koriste u prehrambenoj i mikrobiološkoj industriji. Za dobijanje proizvoda u industriji organske sinteze, jedan od glavnih uslova je prisustvo slobodno-radikalnog mehanizma hemijskog procesa. Primjer bi bila proizvodnja hlornih derivata metana (dihlorometan, triklorometan, ugljični tetrahlorid, koji nastaje lančanim reakcijama.
Homogena kataliza
To su posebne vrste kontakta između dvije ili više supstanci. Suština hemijskih procesa koji se odvijaju u homogenoj fazi (na primjer, plin - plin) uz učešće akceleratorareakcije, sastoje se u izvođenju reakcija u cjelokupnom volumenu smjese. Ako je katalizator u istom stanju agregacije kao i reaktanti, on formira mobilne intermedijerne komplekse sa početnim jedinjenjima.
Homogena kataliza je osnovni hemijski proces koji se koristi u, na primjer, preradi nafte, benzina, nafte, plinskog ulja i drugih goriva. Koristi tehnologije kao što su reformiranje, izomerizacija, katalitičko krekiranje.
Heterogena kataliza
U slučaju heterogene katalize dolazi do kontakta reaktanata, najčešće, na čvrstoj površini samog katalizatora. Na njemu se formiraju takozvani aktivni centri. To su područja u kojima se interakcija reagujućih spojeva odvija vrlo brzo, odnosno brzina reakcije je velika. Oni su specifični za vrstu i igraju važnu ulogu i ako se u živim ćelijama dešavaju hemijski procesi. Zatim govore o metabolizmu - metaboličkim reakcijama. Primjer heterogene katalize je industrijska proizvodnja sulfatne kiseline. U kontaktnom aparatu, gasovita mešavina sumpordioksida i kiseonika se zagreva i prolazi kroz rešetkaste police napunjene dispergovanim prahom vanadij oksida ili vanadil sulfata VOSO4. Rezultirajući proizvod, sumpor trioksid, zatim se apsorbira koncentrovanom sumpornom kiselinom. Nastaje tečnost koja se zove oleum. Može se razrijediti vodom kako bi se dobila željena koncentracija sulfatne kiseline.
Osobine termohemijskih reakcija
Oslobađanje ili apsorpcija energije u obliku toplote je od velike praktične važnosti. Dovoljno je prisjetiti se reakcija sagorijevanja goriva: prirodnog plina, uglja, treseta. To su fizički i hemijski procesi čija je važna karakteristika toplota sagorevanja. Toplinske reakcije su rasprostranjene kako u organskom svijetu tako i u neživoj prirodi. Na primjer, u procesu probave, proteini, lipidi i ugljikohidrati se razgrađuju pod djelovanjem biološki aktivnih supstanci - enzima.
Oslobođena energija se akumulira u obliku makroergijskih veza molekula ATP-a. Reakcije disimilacije su praćene oslobađanjem energije, čiji se dio raspršuje u obliku topline. Kao rezultat probave, svaki gram proteina daje 17,2 kJ energije, škrob - 17,2 kJ, masti - 38,9 kJ. Hemijski procesi koji oslobađaju energiju nazivaju se egzotermni, a oni koji je apsorbuju nazivaju se endotermni. U industriji organske sinteze i drugim tehnologijama izračunavaju se toplotni efekti termohemijskih reakcija. Ovo je važno znati, na primjer, za ispravan proračun količine energije koja se koristi za zagrijavanje reaktora i kolona za sintezu u kojima se odvijaju reakcije, praćene apsorpcijom topline.
Kinetika i njena uloga u teoriji hemijskih procesa
Izračunavanje brzine reagujućih čestica (molekula, jona) najvažniji je zadatak s kojim se industrija suočava. Njegovo rešenje obezbeđuje ekonomski efekat i isplativost tehnoloških ciklusa u hemijskoj proizvodnji. Za povećanjebrzini takve reakcije, kao što je sinteza amonijaka, odlučujući faktori će biti promjena tlaka u plinskoj mješavini dušika i vodika do 30 MPa, kao i sprječavanje naglog porasta temperature (temperatura je 450-550 °C optimalno).
Hemijski procesi koji se koriste u proizvodnji sulfatne kiseline, i to: sagorevanje pirita, oksidacija sumpor-dioksida, apsorpcija sumpor-trioksida oleumom, izvode se pod različitim uslovima. Za to se koristi piritna peć i kontaktni uređaji. Uzimaju u obzir koncentraciju reaktanata, temperaturu i pritisak. Svi ovi faktori koreliraju kako bi se reakcija odvijala najvećom brzinom, što povećava prinos sulfatne kiseline na 96-98%.
Krug supstanci kao fizički i hemijski procesi u prirodi
Poznata izreka "Kretanje je život" može se primijeniti i na hemijske elemente koji ulaze u različite vrste interakcija (reakcije kombinacije, supstitucije, razlaganja, razmjene). Molekuli i atomi hemijskih elemenata su u stalnom kretanju. Kao što su naučnici utvrdili, sve gore navedene vrste hemijskih reakcija mogu biti praćene fizičkim fenomenima: oslobađanjem toplote ili njenom apsorpcijom, emisijom fotona svetlosti, promenom agregacionog stanja. Ovi procesi se dešavaju u svakoj ljusci Zemlje: litosferi, hidrosferi, atmosferi, biosferi. Najznačajniji od njih su ciklusi tvari kao što su kisik, ugljični dioksid i dušik. U sljedećem naslovu gledamo kako dušik cirkulira u atmosferi, tlu iživi organizmi.
Međusobna konverzija azota i njegovih jedinjenja
Poznato je da je dušik neophodna komponenta proteina, što znači da je uključen u formiranje svih vrsta zemaljskog života bez izuzetka. Azot apsorbuju biljke i životinje u obliku jona: amonijum, nitrat i nitritni joni. Kao rezultat fotosinteze, biljke ne stvaraju samo glukozu, već i aminokiseline, glicerol i masne kiseline. Sva gore navedena hemijska jedinjenja su produkti reakcija koje se odvijaju u Calvinovom ciklusu. Izvanredni ruski naučnik K. Timiryazev govorio je o kosmičkoj ulozi zelenih biljaka, misleći, između ostalog, na njihovu sposobnost da sintetišu proteine.
Biložderi dobijaju peptide iz biljne hrane, dok mesožderi dobijaju peptide iz mesa plena. Prilikom propadanja biljnih i životinjskih ostataka pod uticajem saprotrofnih bakterija tla, nastaju složeni biološki i hemijski procesi. Kao rezultat, dušik iz organskih spojeva prelazi u neorganski oblik (nastaju amonijak, slobodni dušik, nitrati i nitriti). Vraćajući se u atmosferu i tlo, biljke ponovo apsorbiraju sve ove tvari. Dušik ulazi kroz stomate pokožice lišća, a otopine dušične i dušične kiseline i njihovih soli apsorbiraju korijenske dlake korijena biljaka. Ciklus transformacije azota se zatvara da bi se ponovo ponovio. Suštinu hemijskih procesa koji se dešavaju sa jedinjenjima azota u prirodi detaljno je proučavao početkom 20. veka ruski naučnik D. N. Prjanišnjikov.
Metalurgija praha
Savremeni hemijski procesi i tehnologije daju značajan doprinos stvaranju materijala sa jedinstvenim fizičkim i hemijskim svojstvima. Ovo je posebno važno, prije svega, za instrumente i opremu rafinerija nafte, preduzeća koja proizvode neorganske kiseline, boje, lakove i plastiku. U njihovoj proizvodnji koriste se izmjenjivači topline, kontaktni uređaji, kolone za sintezu, cjevovodi. Površina opreme je u kontaktu sa agresivnim medijima pod visokim pritiskom. Štaviše, gotovo svi procesi hemijske proizvodnje se izvode na visokim temperaturama. Relevantna je proizvodnja materijala sa visokim stopama termičke i kiselinske otpornosti, antikorozivnih svojstava.
Metalurgija praha uključuje proizvodnju prahova koji sadrže metal, sinterovanje i ugradnju u moderne legure koje se koriste u reakcijama sa hemijski agresivnim supstancama.
Kompoziti i njihovo značenje
Među modernim tehnologijama najvažniji hemijski procesi su reakcije dobijanja kompozitnih materijala. To uključuje pjene, kermete, norpapalste. Kao matrica za proizvodnju koriste se metali i njihove legure, keramika i plastika. Kao punila koriste se kalcijum silikat, bijela glina, stroncij i barij feridi. Sve gore navedene supstance daju kompozitnim materijalima otpornost na udarce, toplotu i otpornost na habanje.
Šta je hemijski inženjering
Grana nauke koja proučava sredstva i metode koji se koriste u reakcijama prerade sirovina: nafte, prirodnog gasa, uglja, minerala zvala se hemijska tehnologija. Drugim riječima, to je nauka o hemijskim procesima koji nastaju kao rezultat ljudske aktivnosti. Čitavu njegovu teorijsku osnovu čine matematika, kibernetika, fizička hemija i industrijska ekonomija. Nije bitno koji je hemijski proces uključen u tehnologiju (dobijanje nitratne kiseline, razgradnja krečnjaka, sinteza fenol-formaldehidne plastike) – u savremenim uslovima nemoguće je bez automatizovanih sistema upravljanja koji olakšavaju ljudske aktivnosti, eliminišu zagađenje životne sredine i obezbeđuju kontinuirana tehnologija hemijske proizvodnje bez otpada.
U ovom radu razmatrali smo primjere hemijskih procesa koji se dešavaju iu divljim životinjama (fotosinteza, disimilacija, ciklus dušika) iu industriji.
