Wederzijdse transformaties van verbindingen die in dieren in het wild worden waargenomen, en die optreden als gevolg van menselijke activiteit, kunnen worden beschouwd als chemische processen. Reagentia daarin kunnen twee of meer stoffen zijn die zich in dezelfde of verschillende aggregatietoestanden bevinden. Afhankelijk hiervan worden homogene of heterogene systemen onderscheiden. De voorwaarden voor dirigeren, de kenmerken van de cursus en de rol van chemische processen in de natuur komen in dit artikel aan bod.
Wat wordt bedoeld met een chemische reactie
Als, als gevolg van de interactie van de oorspronkelijke stoffen, de samenstellende delen van hun moleculen veranderingen ondergaan en de ladingen van de atoomkernen hetzelfde blijven, spreken ze van chemische reacties of processen. De producten die door hun vloei ontstaan, worden door de mens gebruikt in de industrie, de landbouw en het dagelijks leven. Enorm aantal interactiestussen stoffen komt voor, zowel in de levende als in de levenloze natuur. Chemische processen hebben een fundamenteel verschil met de fysische verschijnselen en eigenschappen van radioactiviteit. Daarin worden moleculen van nieuwe stoffen gevormd, terwijl fysische processen de samenstelling van verbindingen niet veranderen, en bij kernreacties ontstaan atomen van nieuwe chemische elementen.
Voorwaarden voor de implementatie van processen in de chemie
Ze kunnen verschillend zijn en zijn voornamelijk afhankelijk van de aard van de reagentia, de behoefte aan een instroom van energie van buitenaf, evenals de aggregatietoestand (vaste stoffen, oplossingen, gassen) waarin het proces plaatsvindt. Het chemische mechanisme van interactie tussen twee of meer verbindingen kan worden uitgevoerd onder invloed van katalysatoren (bijvoorbeeld de productie van salpeterzuur), temperatuur (verkrijging van ammoniak), lichtenergie (fotosynthese). Met de deelname van enzymen aan de levende natuur, zijn de processen van de chemische reactie van fermentatie (alcohol, melkzuur, boterzuur), die worden gebruikt in de voedsel- en microbiologische industrie, wijdverbreid. Om producten in de organische synthese-industrie te verkrijgen, is een van de belangrijkste voorwaarden de aanwezigheid van een mechanisme van vrije radicalen van het chemische proces. Een voorbeeld is de productie van chloorderivaten van methaan (dichloormethaan, trichloormethaan, tetrachloorkoolstof, resulterend uit kettingreacties.
Homogene katalyse
Het zijn speciale soorten contact tussen twee of meer stoffen. De essentie van chemische processen die plaatsvinden in een homogene fase (bijvoorbeeld gas - gas) met de deelname van versnellersreacties, bestaan uit het uitvoeren van reacties in het gehele volume van mengsels. Als de katalysator zich in dezelfde staat van aggregatie bevindt als de reactanten, vormt deze mobiele intermediaire complexen met de uitgangsverbindingen.
Homogene katalyse is een chemisch basisproces dat bijvoorbeeld wordt gebruikt in olieraffinage, benzine, nafta, gasolie en andere brandstoffen. Het maakt gebruik van technologieën zoals reforming, isomerisatie, katalytisch kraken.
Heterogene katalyse
In het geval van heterogene katalyse vindt het contact van de reactanten meestal plaats op het vaste oppervlak van de katalysator zelf. Er worden zogenaamde actieve centra op gevormd. Dit zijn gebieden waar de interactie van de reagerende verbindingen zeer snel verloopt, dat wil zeggen dat de reactiesnelheid hoog is. Ze zijn soortspecifiek en spelen ook een belangrijke rol als er chemische processen plaatsvinden in levende cellen. Dan praten ze over metabolisme - metabole reacties. Een voorbeeld van heterogene katalyse is de industriële productie van sulfaatzuur. In het contactapparaat wordt een gasvormig mengsel van zwaveldioxide en zuurstof verwarmd en door roosterplanken geleid die gevuld zijn met gedispergeerd poeder van vanadiumoxide of vanadylsulfaat VOSO4. Het resulterende product, zwaveltrioxide, wordt vervolgens geabsorbeerd door geconcentreerd zwavelzuur. Een vloeistof genaamd oleum wordt gevormd. Het kan worden verdund met water om de gewenste concentratie sulfaatzuur te verkrijgen.
Kenmerken van thermochemische reacties
Het vrijkomen of opnemen van energie in de vorm van warmte is van groot praktisch belang. Het volstaat om de verbrandingsreacties van brandstof te herinneren: aardgas, steenkool, turf. Het zijn fysische en chemische processen, waarvan de verbrandingswarmte een belangrijk kenmerk is. Thermische reacties zijn wijdverbreid, zowel in de organische wereld als in de levenloze natuur. Tijdens het verteringsproces worden eiwitten, lipiden en koolhydraten bijvoorbeeld afgebroken onder invloed van biologisch actieve stoffen - enzymen.
De vrijgekomen energie wordt geaccumuleerd in de vorm van macro-erge bindingen van ATP-moleculen. Dissimilatiereacties gaan gepaard met het vrijkomen van energie, waarvan een deel in de vorm van warmte wordt afgevoerd. Als resultaat van de spijsvertering levert elke gram eiwit 17,2 kJ energie, zetmeel - 17,2 kJ, vet - 38,9 kJ. Chemische processen die energie vrijgeven, worden exotherm genoemd, en die die energie absorberen, worden endotherm genoemd. In de organische synthese-industrie en andere technologieën worden de thermische effecten van thermochemische reacties berekend. Dit is bijvoorbeeld van belang om te weten voor de juiste berekening van de hoeveelheid energie die wordt gebruikt om de reactoren en synthesekolommen waarin reacties plaatsvinden, samen met de opname van warmte, te verwarmen.
Kinetica en zijn rol in de theorie van chemische processen
Het berekenen van de snelheid van reagerende deeltjes (moleculen, ionen) is de belangrijkste taak voor de industrie. Zijn oplossing zorgt voor het economische effect en de winstgevendheid van technologische cycli in de chemische productie. voor verhogingde snelheid van een dergelijke reactie, zoals de synthese van ammoniak, zullen de beslissende factoren een verandering in druk in een gasmengsel van stikstof en waterstof tot 30 MPa zijn, evenals het voorkomen van een sterke temperatuurstijging (de temperatuur is 450-550 °C is optimaal).
Chemische processen die worden gebruikt bij de productie van sulfaatzuur, namelijk: pyrietverbranding, zwaveldioxide-oxidatie, absorptie van zwaveltrioxide door oleum, worden onder verschillende omstandigheden uitgevoerd. Hiervoor worden een pyrietoven en contactapparaten gebruikt. Ze houden rekening met de concentratie van reactanten, temperatuur en druk. Al deze factoren correleren om de reactie met de hoogste snelheid uit te voeren, wat de opbrengst aan sulfaatzuur verhoogt tot 96-98%.
Cyclus van stoffen als fysische en chemische processen in de natuur
Het bekende gezegde "Beweging is leven" kan ook worden toegepast op chemische elementen die verschillende soorten interactie aangaan (reacties van combinatie, substitutie, ontbinding, uitwisseling). Moleculen en atomen van chemische elementen zijn constant in beweging. Zoals wetenschappers hebben vastgesteld, kunnen alle bovengenoemde soorten chemische reacties gepaard gaan met fysieke verschijnselen: het vrijkomen van warmte of de absorptie ervan, de emissie van lichtfotonen, een verandering in de aggregatietoestand. Deze processen vinden plaats in elke schaal van de aarde: lithosfeer, hydrosfeer, atmosfeer, biosfeer. De belangrijkste hiervan zijn de kringlopen van stoffen als zuurstof, kooldioxide en stikstof. In de volgende kop bekijken we hoe stikstof circuleert in de atmosfeer, de bodem enlevende organismen.
Interconversie van stikstof en zijn verbindingen
Het is algemeen bekend dat stikstof een noodzakelijk bestanddeel van eiwitten is, wat betekent dat het zonder uitzondering betrokken is bij de vorming van alle soorten aards leven. Stikstof wordt door planten en dieren opgenomen in de vorm van ionen: ammonium-, nitraat- en nitrietionen. Door fotosynthese vormen planten niet alleen glucose, maar ook aminozuren, glycerol en vetzuren. Alle bovenstaande chemische verbindingen zijn producten van reacties die plaatsvinden in de Calvin-cyclus. De vooraanstaande Russische wetenschapper K. Timiryazev sprak over de kosmische rol van groene planten, onder meer verwijzend naar hun vermogen om eiwitten te synthetiseren.
Herbivoren halen hun peptiden uit plantaardig voedsel, terwijl carnivoren hun peptiden uit prooivlees halen. Tijdens het verval van plant- en dierresten onder invloed van saprotrofe bodembacteriën treden complexe biologische en chemische processen op. Hierdoor gaat stikstof uit organische verbindingen over in een anorganische vorm (er ontstaan ammoniak, vrije stikstof, nitraten en nitrieten). Terugkerend naar de atmosfeer en de bodem, worden al deze stoffen weer opgenomen door planten. Stikstof komt binnen via de huidmondjes van de huid van de bladeren, en oplossingen van salpeter- en salpeterzuur en hun zouten worden geabsorbeerd door de wortelharen van de wortels van planten. De cyclus van stikstoftransformatie sluit zich om zich opnieuw te herhalen. De essentie van chemische processen die plaatsvinden met stikstofverbindingen in de natuur werd in het begin van de 20e eeuw in detail bestudeerd door de Russische wetenschapper D. N. Pryanishnikov.
Poedermetallurgie
Moderne chemische processen en technologieën leveren een belangrijke bijdrage aan het creëren van materialen met unieke fysische en chemische eigenschappen. Dit is in de eerste plaats vooral belangrijk voor instrumenten en apparatuur van olieraffinaderijen, bedrijven die anorganische zuren, kleurstoffen, vernissen en kunststoffen produceren. Bij hun productie worden warmtewisselaars, contactapparaten, synthesekolommen en pijpleidingen gebruikt. Het oppervlak van de apparatuur komt onder hoge druk in contact met agressieve media. Bovendien worden bijna alle chemische productieprocessen bij hoge temperaturen uitgevoerd. Relevant is de productie van materialen met hoge thermische en zuurbestendigheid, anticorrosieve eigenschappen.
Poedermetallurgie omvat de productie van metaalbevattende poeders, sintering en opname in moderne legeringen die worden gebruikt bij reacties met chemisch agressieve stoffen.
Composieten en hun betekenis
Onder moderne technologieën zijn de belangrijkste chemische processen de reacties om composietmaterialen te verkrijgen. Deze omvatten schuimen, cermets, norpapalsten. Als matrix voor productie worden metalen en hun legeringen, keramiek en kunststoffen gebruikt. Als vulstoffen worden calciumsilicaat, witte klei, strontium en bariumferriden gebruikt. Alle bovengenoemde stoffen geven composietmaterialen slagvastheid, hitte- en slijtvastheid.
Wat is chemische technologie
De tak van wetenschap die de middelen en methoden bestudeert die worden gebruikt bij de reacties van de verwerking van grondstoffen: olie, aardgas, steenkool, mineralen, werd chemische technologie genoemd. Met andere woorden, het is de wetenschap van chemische processen die plaatsvinden als gevolg van menselijke activiteit. De gehele theoretische basis bestaat uit wiskunde, cybernetica, fysische chemie en industriële economie. Het maakt niet uit welk chemisch proces bij de technologie betrokken is (verkrijging van nitraatzuur, ontleding van kalksteen, synthese van fenol-formaldehyde-kunststoffen) - in moderne omstandigheden is het onmogelijk zonder geautomatiseerde controlesystemen die menselijke activiteiten vergemakkelijken, milieuvervuiling elimineren en zorgen voor continue en afvalvrije chemische productietechnologie.
In dit artikel hebben we voorbeelden bekeken van chemische processen die zowel in dieren in het wild (fotosynthese, dissimilatie, stikstofcyclus) als in de industrie voorkomen.
