Perubahan bersama sebatian yang diperhatikan dalam hidupan liar, serta berlaku akibat aktiviti manusia, boleh dianggap sebagai proses kimia. Reagen di dalamnya boleh sama ada dua atau lebih bahan yang sama atau dalam keadaan pengagregatan yang berbeza. Bergantung kepada ini, sistem homogen atau heterogen dibezakan. Syarat pengendalian, ciri kursus dan peranan proses kimia dalam alam semula jadi akan dipertimbangkan dalam kertas ini.
Apakah yang dimaksudkan dengan tindak balas kimia
Jika, hasil daripada interaksi bahan awal, bahagian konstituen molekulnya mengalami perubahan, dan cas nukleus atom kekal sama, ia bercakap tentang tindak balas atau proses kimia. Produk yang terbentuk hasil daripada alirannya digunakan oleh manusia dalam industri, pertanian dan kehidupan seharian. Jumlah interaksi yang besarantara bahan berlaku, baik dalam alam yang hidup dan tidak bernyawa. Proses kimia mempunyai perbezaan asas daripada fenomena fizikal dan sifat radioaktiviti. Molekul bahan baharu terbentuk di dalamnya, manakala proses fizikal tidak mengubah komposisi sebatian, dan atom unsur kimia baharu timbul dalam tindak balas nuklear.
Syarat untuk pelaksanaan proses dalam kimia
Ia boleh berbeza dan bergantung terutamanya pada sifat reagen, keperluan untuk kemasukan tenaga dari luar, serta keadaan pengagregatan (pepejal, larutan, gas) di mana proses itu berlaku. Mekanisme kimia interaksi antara dua atau lebih sebatian boleh dijalankan di bawah tindakan pemangkin (contohnya, pengeluaran asid nitrik), suhu (mendapatkan ammonia), tenaga cahaya (fotosintesis). Dengan penyertaan enzim dalam alam semula jadi, proses tindak balas kimia penapaian (alkohol, asid laktik, butirik), yang digunakan dalam industri makanan dan mikrobiologi, meluas. Untuk mendapatkan produk dalam industri sintesis organik, salah satu syarat utama ialah kehadiran mekanisme radikal bebas proses kimia. Contohnya ialah penghasilan derivatif klorin metana (diklorometana, triklorometana, karbon tetraklorida, terhasil daripada tindak balas berantai.
Pemangkin homogen
Ia adalah jenis sentuhan istimewa antara dua atau lebih bahan. Intipati proses kimia yang berlaku dalam fasa homogen (contohnya, gas - gas) dengan penyertaan pemecuttindak balas, terdiri dalam menjalankan tindak balas dalam keseluruhan isipadu campuran. Jika mangkin berada dalam keadaan pengagregatan yang sama seperti bahan tindak balas, ia membentuk kompleks perantaraan mudah alih dengan sebatian permulaan.
Pemangkinan homogen ialah proses kimia asas yang digunakan dalam, contohnya, penapisan minyak, petrol, nafta, minyak gas dan bahan api lain. Ia menggunakan teknologi seperti reforming, isomerization, catalytic cracking.
Pemangkinan heterogen
Dalam kes pemangkinan heterogen, sentuhan bahan tindak balas berlaku, paling kerap, pada permukaan pepejal mangkin itu sendiri. Pusat aktif yang dipanggil terbentuk di atasnya. Ini adalah kawasan di mana interaksi sebatian bertindak balas berjalan dengan sangat cepat, iaitu, kadar tindak balas adalah tinggi. Mereka adalah khusus spesies dan memainkan peranan penting juga jika proses kimia berlaku dalam sel hidup. Kemudian mereka bercakap tentang metabolisme - tindak balas metabolik. Contoh pemangkinan heterogen ialah pengeluaran industri asid sulfat. Dalam radas sentuhan, campuran gas sulfur dioksida dan oksigen dipanaskan dan melalui rak kekisi yang diisi dengan serbuk tersebar vanadium oksida atau vanadyl sulfat VOSO4. Hasil yang terhasil, sulfur trioksida, kemudiannya diserap oleh asid sulfurik pekat. Cecair dipanggil oleum terbentuk. Ia boleh dicairkan dengan air untuk mendapatkan kepekatan asid sulfat yang diingini.
Ciri tindak balas termokimia
Pelepasan atau penyerapan tenaga dalam bentuk haba adalah amat penting secara praktikal. Cukuplah untuk mengingati tindak balas pembakaran bahan api: gas asli, arang batu, gambut. Ia adalah proses fizikal dan kimia, ciri pentingnya ialah haba pembakaran. Tindak balas terma meluas dalam kedua-dua dunia organik dan dalam alam semula jadi tidak bernyawa. Contohnya, dalam proses penghadaman, protein, lipid dan karbohidrat dipecahkan di bawah tindakan bahan aktif secara biologi - enzim.
Tenaga yang dibebaskan terkumpul dalam bentuk ikatan makroergik molekul ATP. Tindak balas disimilasi disertai dengan pembebasan tenaga, sebahagian daripadanya dilesapkan dalam bentuk haba. Hasil daripada pencernaan, setiap gram protein menyediakan 17.2 kJ tenaga, kanji - 17.2 kJ, lemak - 38.9 kJ. Proses kimia yang membebaskan tenaga dipanggil eksotermik, dan proses yang menyerapnya dipanggil endotermik. Dalam industri sintesis organik dan teknologi lain, kesan terma tindak balas termokimia dikira. Adalah penting untuk mengetahui ini, sebagai contoh, untuk pengiraan yang betul tentang jumlah tenaga yang digunakan untuk memanaskan reaktor dan lajur sintesis di mana tindak balas berlaku, disertai dengan penyerapan haba.
Kinetik dan peranannya dalam teori proses kimia
Mengira kelajuan zarah bertindak balas (molekul, ion) ialah tugas paling penting yang dihadapi oleh industri. Penyelesaiannya memastikan kesan ekonomi dan keuntungan kitaran teknologi dalam pengeluaran kimia. Untuk peningkatankelajuan tindak balas sedemikian, seperti sintesis ammonia, faktor penentu akan menjadi perubahan tekanan dalam campuran gas nitrogen dan hidrogen sehingga 30 MPa, serta pencegahan peningkatan mendadak dalam suhu (suhu ialah 450-550 °C adalah optimum).
Proses kimia yang digunakan dalam penghasilan asid sulfat, iaitu: pembakaran pirit, pengoksidaan sulfur dioksida, penyerapan sulfur trioksida oleh oleum, dijalankan dalam pelbagai keadaan. Untuk ini, relau pirit dan peranti kenalan digunakan. Mereka mengambil kira kepekatan bahan tindak balas, suhu dan tekanan. Semua faktor ini berkorelasi untuk menjalankan tindak balas pada kadar tertinggi, yang meningkatkan hasil asid sulfat kepada 96-98%.
Kitaran bahan sebagai proses fizikal dan kimia dalam alam semula jadi
Pepatah terkenal "Pergerakan ialah kehidupan" juga boleh digunakan untuk unsur kimia yang memasuki pelbagai jenis interaksi (tindak balas gabungan, penggantian, penguraian, pertukaran). Molekul dan atom unsur kimia sentiasa bergerak. Seperti yang telah ditetapkan oleh saintis, semua jenis tindak balas kimia di atas boleh disertai dengan fenomena fizikal: pembebasan haba atau penyerapannya, pelepasan foton cahaya, perubahan dalam keadaan pengagregatan. Proses ini berlaku dalam setiap cangkang Bumi: litosfera, hidrosfera, atmosfera, biosfera. Yang paling ketara ialah kitaran bahan seperti oksigen, karbon dioksida dan nitrogen. Dalam tajuk seterusnya, kita melihat bagaimana nitrogen beredar di atmosfera, tanah danorganisma hidup.
Saling penukaran nitrogen dan sebatiannya
Adalah diketahui umum bahawa nitrogen adalah komponen protein yang diperlukan, yang bermaksud bahawa ia terlibat dalam pembentukan semua jenis kehidupan dunia tanpa pengecualian. Nitrogen diserap oleh tumbuhan dan haiwan dalam bentuk ion: ion ammonium, nitrat dan nitrit. Hasil daripada fotosintesis, tumbuhan bukan sahaja membentuk glukosa, tetapi juga asid amino, gliserol, dan asid lemak. Semua sebatian kimia di atas adalah hasil tindak balas yang berlaku dalam kitaran Calvin. Saintis Rusia yang cemerlang K. Timiryazev bercakap tentang peranan kosmik tumbuhan hijau, merujuk, antara lain, kepada keupayaan mereka untuk mensintesis protein.
Herbivora mendapat peptida mereka daripada makanan tumbuhan, manakala karnivor memperoleh peptida mereka daripada daging mangsa. Semasa pereputan tumbuhan dan haiwan kekal di bawah pengaruh bakteria tanah saprotropik, proses biologi dan kimia yang kompleks berlaku. Akibatnya, nitrogen daripada sebatian organik melepasi bentuk bukan organik (ammonia, nitrogen bebas, nitrat dan nitrit terbentuk). Kembali ke atmosfera dan tanah, semua bahan ini diserap semula oleh tumbuhan. Nitrogen masuk melalui stomata kulit daun, dan larutan asid nitrik dan nitrus serta garamnya diserap oleh rambut akar akar tumbuhan. Kitaran penjelmaan nitrogen ditutup untuk berulang lagi. Intipati proses kimia yang berlaku dengan sebatian nitrogen dalam alam semula jadi telah dikaji secara terperinci pada awal abad ke-20 oleh saintis Rusia D. N. Pryanishnikov.
Metalurgi Serbuk
Proses dan teknologi kimia moden memberi sumbangan besar kepada penciptaan bahan dengan sifat fizikal dan kimia yang unik. Ini amat penting, pertama sekali, untuk instrumen dan peralatan kilang penapisan minyak, perusahaan yang menghasilkan asid tak organik, pewarna, varnis dan plastik. Dalam pengeluaran mereka, penukar haba, peranti kenalan, lajur sintesis, saluran paip digunakan. Permukaan peralatan bersentuhan dengan media agresif di bawah tekanan tinggi. Selain itu, hampir semua proses pengeluaran kimia dijalankan pada suhu tinggi. Relevan ialah penghasilan bahan dengan kadar rintangan haba dan asid yang tinggi, sifat anti-karat.
Metalurgi serbuk termasuk pengeluaran serbuk yang mengandungi logam, pensinteran dan penggabungan ke dalam aloi moden yang digunakan dalam tindak balas dengan bahan kimia yang agresif.
Komposit dan maksudnya
Di antara teknologi moden, proses kimia yang paling penting ialah tindak balas untuk mendapatkan bahan komposit. Ini termasuk buih, cermet, norpapals. Sebagai matriks untuk pengeluaran, logam dan aloinya, seramik, dan plastik digunakan. Kalsium silikat, tanah liat putih, strontium dan ferida barium digunakan sebagai pengisi. Semua bahan di atas memberikan bahan komposit rintangan hentaman, haba dan rintangan haus.
Apakah itu kejuruteraan kimia
Cabang sains yang mengkaji cara dan kaedah yang digunakan dalam tindak balas pemprosesan bahan mentah: minyak, gas asli, arang batu, mineral, dipanggil teknologi kimia. Dalam erti kata lain, ia adalah sains proses kimia yang berlaku akibat aktiviti manusia. Keseluruhan asas teorinya terdiri daripada matematik, sibernetik, kimia fizikal, dan ekonomi industri. Tidak kira apa proses kimia yang terlibat dalam teknologi (mendapatkan asid nitrat, penguraian batu kapur, sintesis plastik fenol-formaldehid) - dalam keadaan moden adalah mustahil tanpa sistem kawalan automatik yang memudahkan aktiviti manusia, menghapuskan pencemaran alam sekitar, dan memastikan teknologi pengeluaran kimia yang berterusan dan bebas sisa.
Dalam kertas ini, kami mempertimbangkan contoh proses kimia yang berlaku dalam hidupan liar (fotosintesis, pelesapan, kitaran nitrogen) dan dalam industri.
