Jaký je chemický proces? Chemický proces: podstata a role v přírodě

Vzájemné přeměny sloučenin pozorovaných v živé přírodě, jakož i ty, které vyplývají z lidské činnosti, lze považovat za chemické procesy. Reagenty v nich mohou být buď dvě nebo více látek, které jsou v jednom nebo v různých souhrnných stavech. V závislosti na tom jsou rozlišeny homogenní nebo heterogenní systémy. Podmínky realizace, charakteristiky průběhu a úloha chemických procesů v přírodě budou v tomto článku zvažovány.

Co se rozumí chemickou reakcí

Jestliže v důsledku interakce výchozích látek dochází ke změnám složek jejich molekul a náboje atomových jader zůstávají stejné, hovoříme o chemických reakcích nebo procesech. Výrobky vyrobené v důsledku jejich toku jsou používány člověkem v průmyslu, zemědělství a každodenním životě. Vyskytuje se obrovský počet interakcí mezi látkami, a to jak v živé, tak v neživé povaze. Chemické procesy mají zásadní rozdíl od fyzikálních jevů a vlastností radioaktivity. Tvoří molekuly nových látek, zatímco fyzikální procesy nemění složení sloučenin a jaderné reakce vytvářejí atomy nových chemických prvků.

Podmínky pro implementaci procesů v chemii

Mohou být různé a závisí především na povaze reakčních složek nezbytných přívodu energie z vnějšku, jakož i skupenství (pevné látky, roztoky, plyny), ve kterém se proces. Chemický mechanismus interakce mezi dvěma nebo více sloučenin může být prováděna působením katalyzátorů (např., Kyselina dusičná), teplota (výroba amoniaku), světelná energie (fotosyntéza). S pomocí enzymů v živé přírody chemické reakce zpracovává fermentační rozšířené (alkohol, kyselina mléčná, kyselina máselná) používané v potravinách a mikrobiologických průmyslu. Pro výrobky v organické syntéze průmyslu, jednou z hlavních podmínek je přítomnost radikálového mechanismu chemického procesu. Příkladem může být příprava chlorovaných methanu (dichlormethan, trichlormethan, tetrachlormethan vyrobené v důsledku řetězové reakce.

Homogenní katalýza

Jedná se o speciální typy kontaktů mezi dvěma nebo více látkami. Podstata chemických procesů vyskytujících se v homogenní fázi (například plyn-plyn) za účasti urychlovačů reakce spočívá v provádění reakcí v celém objemu směsí. Je-li katalyzátor ve stejném agregovaném stavu jako činidla, vytváří mobilní meziprodukty s výchozími sloučeninami.

Homogenní katalýza je hlavní chemický proces, například při zpracování ropy, při výrobě benzinu, nafty, plynového oleje a jiných paliv. Používá technologie jako reformování, izomerizace, katalytické krakování.

Heterogenní katalýza

V případě heterogenní katalýzy se kontakt reakčních látek vyskytuje nejčastěji na pevném povrchu samotného katalyzátoru. Tvoří takzvané aktivní centra. Jedná se o oblasti, ve kterých dochází k interakci reakčních sloučenin velmi rychle, reakční rychlost je vysoká. Jsou druhově specifické, a hrají důležitou roli také v případě, že chemických procesů probíhajících v živých buňkách. Pak mluvíme o metabolismu - metabolické reakce. Příklady heterogenní katalýzy je průmyslová příprava kyselého sulfátu. Stykač plynná směs oxidu siřičitého a kyslíku se zahřeje a nechá projít mřížkovou police naplněných částic nebo prášku oxidu vanadu, síran vanadylu Voso₄. Výsledným produktem je oxid sírový, pak se absorbuje koncentrovanou kyselinou sírovou. Vytvoří se kapalina, nazývaná oleum. Může se ředit vodou, aby se dosáhlo požadované koncentrace kyseliny sírové.

Vlastnosti termochemických reakcí

Izolace nebo absorpce energie ve formě tepla má velký praktický význam. Stačí připomenout reakci spalujícího paliva: zemní plyn, uhlí, rašelinu. Jedná se o fyzikálně chemické procesy, jejichž důležitou vlastností je spalné teplo. Tepelné reakce jsou rozšířené jak v organickém světě, tak v neživé povaze. Například při procesu trávení se proteiny, lipidy a uhlohydráty štěpí pod působením biologicky aktivních látek - enzymů.

Uvolněná energie se akumuluje ve formě makroergických vazeb molekul ATP. Disimilační reakce jsou doprovázeny uvolněním energie, jejíž část je rozptýlena jako teplo. V důsledku trávení poskytuje každý gram bílkovin 17, 2 kJ energie, škrob - 17, 2 kJ, tuk - 38,9 kJ. Chemické procesy, které probíhají s uvolňováním energie, se nazývají exotermní a absorpcí - endotermickou. V průmyslu organické syntézy a dalších technologií se vypočítají tepelné účinky termochemických reakcí. Je důležité vědět, například, správný výpočet množství energie použitého pro ohřev reaktorů a syntézních kolon, ve kterých dochází k reakcím doprovázeným absorpcí tepla.

Kinetika a její role v teorii chemických procesů

Rychlost Výpočet reagujících částic (molekuly, ionty), - hlavní problémem průmyslu. Její řešení poskytuje ekonomické výhody a ziskovost technologických cyklů v chemickém průmyslu. Pro zvýšení rychlosti takové reakce jako je syntéza amoniaku rozhodujícími faktory jsou kolísání tlaku v plynné směsi dusíku a vodíku na 30 MPa, a zabraňuje prudký nárůst teploty (optimální teplota je 450- 550 ° C).

Chemické procesy používané při výrobě kyseliny sulfátové, jmenovitě: hoření pyritů, oxidace oxidu siřičitého, absorpce oxidu sírového olejem se provádí za různých podmínek. Za tímto účelem se používají pyritové pece a kontaktní přístroje. Zohledňují koncentrace reakčních složek, teplotu a tlak. Všechny tyto faktory korelují s provedením reakce nejrychleji, což zvyšuje výtěžnost kyseliny sírové na 96-98%.

Cyklus látek, jako fyzikálně chemické procesy v přírodě

Známé poezie "Pohyb je život" lze také aplikovat na chemické prvky vstupující do různých typů interakce (reakce sloučeniny, substituce, rozklad, výměna). Molekuly a atomy chemických prvků přicházejí v nepřetržitém pohybu. Jak vědci ustavili, všechno výše typy chemických reakcí mohou být doprovázeny fyzikálními jevy: uvolněním tepla nebo jeho absorpcí, emisí fotonů světla, změnou agregátního stavu. Tyto procesy se vyskytují v každé plášti Země: lithosféra, hydrosféra, atmosféra, biosféra. Nejvýznamnější z nich jsou cykly látek, jako je kyslík, oxid uhličitý a dusík. V další části se budeme zabývat tím, jak se v atmosféře, půdě a živých organizmech rozkládá dusík.

Interkonverze dusíku a jeho sloučenin

Je dobře známo, že dusík je nezbytnou složkou bílkovin, a proto se podílí na formování všech druhů pozemského života bez výjimky. Dusík je asimilován rostlinami a zvířaty ve formě iontů: ionty amonné, dusičité a dusité. Rostliny jako výsledek fotosyntézy tvoří nejen glukózu, ale také aminokyseliny, glycerin, mastné kyseliny. Všechny výše uvedené chemické sloučeniny jsou produkty reakcí, ke kterým dochází v Calvinově cyklu. Vynikající ruský vědec K. Timiryazev hovořil o kosmické roli zelených rostlin, mimo jiné s ohledem na jejich schopnost syntetizovat bílkoviny.

Živočichové dostávají peptidy z rostlinných potravin a masožravců - z masa obětí. Během rozpadu rostlinných a živočišných pozůstatků pod vlivem saprotrofních půdních bakterií se objevují složité biologické a chemické procesy. Výsledkem je, že dusík z organických sloučenin přechází do anorganické formy (amoniak, volný dusík, nitráty a dusitany se tvoří). Při návratu do atmosféry a půdy jsou všechny tyto látky opět asimilovány rostlinami. Dusík vstupuje přes stomata kůže listů a roztoky dusíku a kyselina dusitá a jejich soli jsou absorbovány kořenovými vlasy kořenů rostlin. Cyklus přeměny dusíku se opět uzavře. Podstata chemických procesů, ke kterým dochází s sloučeniny dusíku v přírodě byl podrobně studován na počátku 20. století ruský vědec DN Pryanishnikov.

Prášková metalurgie

Moderní chemické procesy a technologie značně přispívají k vytváření materiálů s jedinečnými fyzikálními a chemickými vlastnostmi. To je obzvláště důležité zejména pro nástroje a zařízení ropných rafinérií, podniky vyrábějící anorganické kyseliny, barviva, laky, plasty. Ve výrobních výměnách tepla se používají kontaktní přístroje, syntetické sloupky, potrubí. Povrch zařízení je v kontaktu s agresivními médii, které jsou vystaveny vysokému tlaku. Navíc téměř všechny procesy chemické výroby jsou prováděny pod vlivem vysokých teplot. Relevantní je výroba materiálů s vysokou úrovní tepelné a kyselinové odolnosti, antikorozní vlastnosti.

Prášková metalurgie zahrnuje procesy výroby prášků obsahujících kovy, slinování a zavádění moderních slitin používaných při reakcích s chemicky agresivními látkami.

Kompozity a jejich význam

Mezi nejmodernější technologie patří nejdůležitější chemické procesy reakce na získání kompozitních materiálů. Patří sem pěny, cermety, norpapalsty. Jako matrice pro výrobu používají kovy a jejich slitiny, keramiku, plasty. Jako plnidla se používá křemičitan vápenatý, bílá hlína, fermentace stroncia a baryum. Všechny výše uvedené látky dodávají kompozitním materiálům odolnost proti rázům, teplu a opotřebení.

Co je chemická technologie?

Průmysl, věda zabývající se studiem prostředky a metody používané v reakcích zpracování surovin: ropa, zemní plyn, uhlí, minerálních látek, s názvem chemická technologie. Jinými slovy, věda o chemických procesech se objevuje jako důsledek lidské činnosti. Všechny jeho teoretického základu až matematiky, Kybernetika, fyzikální chemie, ekonomika průmyslu. Bez ohledu na to, co je chemický proces, zapojený v technologii (příjem rozklad kyseliny dusičnan vápence, syntéza fenolformaldehydové plastů) - za současných podmínek, že je možné bez automatizované systémy řízení usnadnit lidskou činnost, s výjimkou znečištění životního prostředí, a aby byla zajištěna kontinuita a technologie, která nejsou odpadem chemická výroba.

V tomto příspěvku jsme se zabývali příklady chemických procesů, které se vyskytují jak v živé přírodě (fotosyntéza, disimilace, cyklování dusíkem), tak i v průmyslu.