Kémiai folyamatok. Szórakoztató Tudományok Akadémia. Kémia. Videó Az oldatok koncentrációjának kifejezési módszerei

Kémiai folyamatok

Paraméter neve	Jelentése
Cikk témája:	Kémiai folyamatok
Rubrika (tematikus kategória)	Kémia

A szerkezeti kémia megjelenése lehetőséget teremtett az anyagok célzott minőségi átalakítására, sémát hozva létre bármely kémiai vegyület szintézisére, beleértve a kémiai vegyületeket is. és korábban ismeretlen.

Bármely kémiai vegyület jellege nemcsak a minőségi és mennyiségi összetételtől függ, hanem az atomok kölcsönös hatásától és a molekula szerkezetétől is.

Az anyag szerkezete és tulajdonságai

Az azonos összetételű, de eltérő szerkezetű anyagokat nevezzük izomerek,és maga a jelenség - izoméria. Például f A C 4 H 8 O képlet 21 anyagot tartalmaz.

Az anyagok tulajdonságainak leírásához nemcsak az összetételt kell ismernie, hanem azt is kapcsolati szerkezet. Ez különösen fontos a szerves kémia szempontjából. Az egyik kémiai elem elektronjai, amelyek kölcsönhatásba lépnek egy másik kémiai elem atommagjával és elektronjaival, szigorúan lokalizáltak (elhelyezkednek) a térben. Mivel az elektron egy elektromágneses hullám egy bizonyos terjedési területtel, ennek a területnek van iránya. Vagyis egy kémiai kötés egy bizonyos irányban jön létre a térben, és meghatározza az atomok térbeli orientációját.

Molekula szerkezete– atommagokból és elektronokból álló rendszer térbeli és energiarendezettsége.

A szerves kémiában az izomerizmusnak nevezett fontos jelenség a molekula térbeli szerkezetéhez kapcsolódik.

Izomerek- azonos összetételű, de eltérő molekulaszerkezetű anyagok.

A szerkezeti kémia magasabb szintre emelkedett az anyag összetételének vizsgálatával kapcsolatban. Ezzel egy időben a kémia túlnyomórészt analitikus tudományból szintetikus tudomány lett. A kémia fejlődésének ezen szakaszának fő eredménye a molekulák szerkezete és az anyagok reakciókészsége közötti kapcsolat megteremtése volt.

Az anyag négy fő halmazállapota - plazma, gázhalmazállapotú, folyékony és szilárd (létezési sorrendben, ahogy a hőmérséklet csökken) - régóta ismert, de ma a tudósok még két halmazállapotot azonosítanak - az alacsony hőmérsékletű kondenzátumokat. A kondenzátum egy új halmazállapotú anyagnak vége alacsony hőmérsékletek- kevesebb, mint 0,00000001 K (!!!), ᴛ.ᴇ. a tér vákuum hőmérséklete alatti hőmérsékleten (űrben a hőmérséklet kb. 3 K).

Majd megmutatjuk konkrét példa Az atomi szerkezet szilárd test hatása az anyag tulajdonságaira. Ehhez egy egyszerű egyatomos anyagot - szenet - választunk.

Szilárd állapotban a szénnek kristályosnak és amorfnak kell lennie, és minden állapotának saját neve van.

1. Korom - amorf szén finomra őrölt por formájában (mára megállapították, hogy szerkezetében a koromban, kokszban, üveges szénben és hasonló anyagokban a szén különböző mértékben megközelíti a grafitot. A korom tulajdonságairól szólva Megjegyzendő, hogy a korom elektromos vezetőképessége nulla, a korom elektromos szigetelő.

2. A 60-as évek elejéig azt hitték, hogy a tiszta szénnek csak két kristályos formája létezik a természetben, nevezetesen a három- és kétdimenziós polimerek, ᴛ.ᴇ. gyémánt és grafit. A grafit szerkezetét rétegek jellemzik; a rétegekben lévő atomok erősen kötődnek egymáshoz, míg a rétegek közötti kölcsönhatások elhanyagolhatóak. Emiatt a grafit könnyen rétegekre osztható, ez egy puha kristályos anyag. A koromtól eltérően a grafit nagyon jó elektromos vezető.

3. A gyémánt köbös kristályszerkezetű, ugyanazokból a szénatomokból épül fel. A grafittal ellentétben a gyémánt kemény kristályos anyag (talán a legkeményebb). Az ilyen tulajdonságok a szerkezetéhez kapcsolódnak, mivel az összes atom egyenlő távolságra van egymástól és szorosan „kötött” egymáshoz/

4. 1985-ben ᴦ. A gömb alakú szénmolekulák, a fullerének nagy családját fedezték fel. Fullerének - új megjelenés szén. Ezek C 60, C 70, C 74 ... típusú zárt molekulák, amelyekben minden szénatom egy „gömb alakú” felületen helyezkedik el. A fullerén C 60 szerkezetében (a molekula átmérője kb. 1 nm) a szénatomok szabályos hatszögek vagy ötszögek csúcsaiban helyezkednek el (kondenzált (kristályos) állapotban a fulleréneket fulleriteknek nevezzük). Fulleréneket találtak egyes természetes ásványokban, például a karéliai shungitban. A fullerén alapján új anyagosztályokat állítottak elő: például fullerideket kaptak fémekkel való kölcsönhatás révén.

Ezeknek az anyagoknak az érdekes tulajdonságai a különböző atomok - Na, K - „befogásával” kapcsolatosak. A kapott fulleridek szupravezető képességgel rendelkeznek (19-55 K hőmérsékleten), platinacsoportba tartozó fémek használatakor pedig ferromágneses tulajdonságok járulékosan megnyilvánult. A fullerének érdekes tulajdonsága alacsony hőmérsékleten és nyomáson a hidrogén felszívó képessége. Ebben a tekintetben lehetőség van fullerének felhasználására az újratölthető akkumulátorok gyártásához. Egy fullerén kapszula tartalmazhat gyógyszerek, amely szelektíven kerül a sérült szervbe vagy szövetbe/

5. Grafit nanocsövek - új típusú szén, 1991-ben szerezték be. A szén nanocsövet úgy kell ábrázolni, mint egy hengerbe hengerelt grafitsíkot. A csövek lehetnek egyfalúak vagy többfalúak, ha több grafitrétegből készülnek. A cső átmérője egytől több tíz nanométerig terjed, hossza pedig több centimétert is elérhet; általában a csövek félgömb alakú fejben végződnek. A szén nanocsövek egyedülálló mechanikai (nagyon erős), elektromos és termikus tulajdonságokkal rendelkeznek (az elektromos és hővezető képesség megközelíti vagy meghaladja a fémekét).

6. A 2010-es fizikai Nobel-díjat Andre Geim és Konsztantyin Novoselov, az Egyesült Királyságban dolgozó oroszországi bevándorlók kapták „a grafén kétdimenziós anyagának tanulmányozásában végzett úttörő kísérleteikért”. 2004-ben kísérletileg bebizonyították a szén speciális formájának előállítását, amely egy atom vastagságú lap, amely szabályos hatszögekből álló kétdimenziós kristályrácsba kapcsolódik. Más szavakkal, a grafén a jól ismert grafit egyik különálló rétege. A grafén a legvékonyabb és legerősebb ismert anyag, másrészt nagyon rugalmas, képes a vezető (emlékezzünk a grafit) és a félvezető tulajdonságaira is.

A modern szerkezeti kémia nagyszerű eredményeket ért el. Az új szerves anyagok szintézise lehetővé teszi olyan hasznos és értékes anyagok előállítását, amelyek a természetben nem találhatók meg. Így évente több ezer kilogramm aszkorbinsavat (C-vitamint) és számos új gyógyszert szintetizálnak világszerte, beleértve az ártalmatlan antibiotikumokat, a magas vérnyomás elleni gyógyszereket, a gyomorfekélyt stb.

A szerkezetkémia legújabb vívmánya a fémorganikus vegyületek egy teljesen új osztályának felfedezése, amelyeket kétrétegű szerkezetük miatt „szendvicsvegyületeknek” neveznek. Ennek az anyagnak a molekulája két hidrogén- és szénvegyület-lemezből áll, amelyek között egy fématom található.

A modern szerkezetkémia kutatása két ígéretes irányban halad:

1) kristályok szintézise az ideális rácshoz maximálisan közelítve magas műszaki mutatókkal rendelkező anyagok előállításához: maximális szilárdság, hőállóság, tartósság stb.;

2) előre programozott kristályrácshibákkal rendelkező kristályok létrehozása meghatározott elektromos, mágneses és egyéb tulajdonságokkal rendelkező anyagok előállításához.

3. Általános jellemzők megoldásokat

A víz fizikai tulajdonságai teljesen anomálisak. A legcsodálatosabb közülük az hogy normál körülmények között folyékony legyen. A hasonló kémiai vegyületek (H 2 S vagy H 2 Se) molekulái sokkal nehezebbek, mint a víz, de ilyen körülmények között gázhalmazállapotúak.

Három vízpont, ᴛ.ᴇ. víz, jég és gőz egyensúlya, 0,01 °C hőmérsékleten és 611 Pa nyomáson figyelhető meg (8.1. ábra). A túlhűtött, azaz 0°C alatt folyékony állapotban maradó víz furcsán viselkedik: egyrészt a hőmérséklet csökkenésével csökken a sűrűsége, másrészt megközelíti a jég sűrűségét

Rendkívüli az alulhűtés és túlmelegedés megengedett értékeinek határai nagyok víz: -40 és +200 °C közötti hőmérsékleten folyékony állapotban tarthatja.

A legtöbb folyadékkal ellentétben a hőmérséklet emelkedésével fajlagos térfogata csökken, sűrűsége nő, és 4 °C-on éri el a minimumot (illetve maximumot). A közönséges folyadékokban a sűrűség mindig csökken a hőmérséklet csökkenésével.

Fagyáskor a víz térfogata akár 10%-kal is megnő. A víz sűrűsége nagyobb, mint a jég sűrűsége. Amikor a kristályok megolvadnak, amikor az iontömörödés szabályszerűsége megszakad, a sűrűség 2-4%-kal csökken. A víz ezen tulajdonsága megvédi a tározókat a teljes fagyástól, életet mentve bennük. A jég rossz hővezető.

Nagyon magas hőkapacitás víz- amikor a jég elolvad, több mint kétszeresére nő. Emiatt a tengerek és óceánok óriási termosztátok, amelyek kisimítják a levegő hőmérsékletének minden ingadozását. Egyébként a légkörben lévő vízgőz is képes ellátni ugyanezeket a funkciókat. A vízgőz hiánya a sivatagokban az éjszakai és nappali hőmérséklet éles ingadozásához vezet.

A víz univerzális oldószer. A feloldódás szabálya az, hogy a hasonló feloldódik hasonlóvá.

A víz közötti fő különbség a hidrogénkötésekben rejlik.(8.2. ábra),

A vízmolekula kicsi dipól, amelyek a pólusokon pozitív és negatív töltéseket tartalmaznak. Ha a pozitív és negatív töltések epicentrumait egyenes vonalakkal köti össze, háromdimenziós geometriai alakzatot kap - egy szabályos tetraédert

A vízmolekulák komplexe gáz halmazállapotban, folyékony vízben és jégben létezik. De ahogy L. Pauling megállapította, a jég még O K-nál sem teljesen rendezett. A jég szerkezete meglehetősen laza: minden üreget hat H 2 0 molekula vesz körül, és minden molekulát hat üreg vesz körül. . Ezeknek az üregeknek a mérete akkora, hogy egyetlen molekulát is el tudnak helyezni anélkül, hogy megzavarnák a hidrogénkötés vázát.

Egy anyag sav, ha vízben disszociálva hidrogénionokat képez, és bázis, ha oldatban hidrogénionokat képes hozzáadni vagy hidroxidionokat OH képezni. Az oldat savasságát vagy lúgosságát a pH-mutató jellemzi, melynek skálája 0-tól 14-ig terjedő értékeket takar. Ez a skála logaritmikus, ᴛ.ᴇ. Rajzoljuk a hidrogénionok koncentrációjának logaritmusait. Az 5-ös pH-jú oldat savassága 10-szer nagyobb, mint a 6-os és 100-szor nagyobb, mint a 7-esé. A pH 6-os oldat 1 milliomod mól hidrogéniont tartalmaz 1 literenként, a pH 7 a semlegesnek felel meg. környezet, és a savasabb környezetek, és a fentiek - lúgosak.

A kémiai folyamat (a latin processus - előrehaladás szóból) az anyag halmazállapotainak egymást követő változása, amely folyamatos, egységes mozgást jelent. Egyes anyagok más anyagokká való átalakításának folyamatát általában ún kémiai reakció.

Van't Hoff termodinamikai megközelítéssel osztályozta a kémiai reakciókat, és megfogalmazta a kémiai kinetika alapelveit is. Mindegyik cellában körülbelül 10 000 van.

kémiai reakciók

A kémiai folyamatok a következőkre oszthatók: homo- És heterogén

(a reagáló rendszerek aggregáltsági állapotától függően), homo- exo- endoterm

(a felszabaduló és elnyelt hő mennyiségétől függően), redox

(az anyag oxidációs állapotának változásától függően, amely egyes atomok elektronjainak átvitelével jár (redukálószer) más atomokhoz (oxidálószer). Tanulmányozza a kémiai reakciók sebességét és jellemzőit.

kémiai kinetika.

1) A kémiai reakció sebességét a következő feltételek és paraméterek is befolyásolják: természet reagáló anyagok (például az alkálifémek vízben oldva lúgokat képeznek és hidrogént szabadítanak fel, és a reakció normál körülmények között

2) azonnal, de a cink, a vas és mások lassan reagálnak és oxidokat képeznek, a nemesfémek pedig egyáltalán nem reagálnak); hőmérséklet

3) . Minden 10 °C-os hőmérséklet-emelkedésnél a reakciósebesség 2-4-szeresére nő (Hoff szabálya). Az oxigén már normál hőmérsékleten is észrevehető sebességgel reagál sok anyaggal (lassú oxidáció). A hőmérséklet emelkedésével heves reakció (égés) kezdődik; Oldott anyagok és gázok esetében a kémiai reakciók sebessége a reagáló anyagok koncentrációjától függ. Az anyagok égése a tiszta oxigénben intenzívebben megy végbe, mint a levegőben, ahol az oxigénkoncentráció majdnem 5-ször kisebb. Itt érvényes a tömeghatás törvénye: állandó hőmérsékleten a kémiai reakció sebessége egyenesen arányos a reagáló anyagok koncentrációjának szorzatával;

4)reakciófelület. Szilárd halmazállapotú anyagok esetén az arány egyenesen arányos a reagáló anyagok felületével. A vas és a kén szilárd állapotban csak előzetes őrléssel és keveréssel reagál elég gyorsan: bozótfa és rönk égetése;

5)katalizátor. A reakció sebessége a katalizátoroktól függ, olyan anyagoktól, amelyek felgyorsítják a kémiai reakciókat anélkül, hogy elfogyna. IN. Ostwald a kémiai egyensúly feltételeit tanulmányozva jutott el a katalízis jelenségének felfedezéséhez. A berthollet só és a hidrogén-peroxid bomlása felgyorsul mangán (IV) oxid jelenlétében stb.

A katalizátorok pozitívak, amelyek gyorsítják a reakciót, és negatívak (inhibitorok), amelyek lassítják azt. A kémiai reakció katalitikus szelektív gyorsítását általában katalízisnek nevezik, és a modern kémiai technológia egyik technikája (gyártás polimer anyagok, szintetikus üzemanyag stb.). Úgy gondolják, hogy a vegyiparban a katalitikus folyamatok aránya eléri a 80%-ot.

Kémiai folyamatok fogalma és típusai. A "Vegyi eljárások" kategória besorolása és jellemzői 2017, 2018.

A kémiai-technológiai folyamat, amint azt fentebb bemutattuk, kémiai, fizikai-kémiai, fizikai és mechanikai műveletek kombinációja, amelyek egymással összekapcsolódnak, és amelyeket meghatározott sorrendben hajtanak végre a végtermék előállítása érdekében. Maga a kémiai folyamat a kémiai rendszer második és fő alrendszere. Hatékonysága megköveteli bizonyos feltételek betartását, amelyek tartalmát a technológiai rendszer határozza meg.

Technológiai mód– ez egy olyan paraméterkészlet, amely biztosítja a kémiai folyamat stabil és leghatékonyabb lefolytatását.

Folyamat paraméter nevezd meg a mennyiséget , a készülék működési módjának egyik mutatóját jellemzi. A paraméter általában olyan mennyiségi érték, amely lehetővé teszi az eszköz működésének számszerűsítését. A kémiai folyamat fő paraméterei a hőmérséklet, nyomás, a reagensek aránya, időegységenkénti fogyasztásuk, érintkezési idő, az alapanyagok térfogati betáplálási sebessége, katalizátor aktivitása, recirkulációs együttható, áramerősség, feszültség stb. Az optimális paraméterek kombinációja lehetővé teszi, hogy az eljárást a céltermék lehető legmagasabb hozamával és minőségével, nagy sebességgel és minimális költséggel hajtsák végre.

Mint fentebb említettük, a kémiai folyamat alkotja a fő alrendszert - a nyersanyagok kémiai átalakítását. Egy vagy több kémiai reakcióban megy végbe, a tömeg- és hőátadás jelenségeivel együtt. Ha egy kémiai átalakulási folyamat egy szakaszban megy végbe a sztöchiometrikus egyenlet szerint, akkor azt egyszerűnek nevezzük. A fennmaradó reakciók összetettek. Ide tartoznak a reverzibilis, láncos, párhuzamos, szekvenciális, konjugált és egyéb reakciók. A kémiai reakciókat számos kritérium szerint osztályozzák:

Által fázis állapot reakciórendszer ( homofázis vagy heterofázisos);

A kölcsönhatás mechanizmusa szerint;

visszafordíthatóság szerint ( visszafordítható és visszafordíthatatlan);

A hőhatás előjele szerint [ hőtermelő(+ N) És exo- (- N)];

A katalizátor használatától függően ( katalitikus és nem katalitikus);

hőmérséklet szerint ( alacsony hőmérséklet és magas hőmérséklet);

A reakció sorrendjében.

Alul a táblázat látható. 5.1 A kémiai reakciók technológiai osztályozása.

A homogén folyamatok felerősödése. Ha a reakció a fázis nagy részében megy végbe, akkor azt homogénnek nevezzük. A homogén reakciók közé tartoznak például az oldatokban végbemenő reakciók . Homogén rendszerekben a reakció a reaktor teljes térfogatában megy végbe. Az ilyen eljárásokban a reakciósebesség a reakcióközeg összetételének, hőmérsékletének és nyomásának változtatásával fokozható.

A reakcióközeg összetételének befolyása a reagensek koncentrációjától és fizikai és kémiai tulajdonságaiktól függ.

Ismeretes, hogy a tömeghatás törvénye szerint egy homogén típusú reakcióhoz
Az aA + bB cC + dD így van írva:

(- V A) = kC a A C b B , (5.1)

hol ( V A) – a kémiai reakció sebessége;

SA, S B– az A és B reagensek moláris koncentrációi;

a, b- reakciósorrend az A és B reagenseknél;

k- reakciósebesség állandó.

5.1. táblázat

Osztályozási jel	Példák kémiai reakciókra
1. A reakció mechanizmusa és kémiája: - egyszerű irreverzibilis - egyszerű reverzibilis - kedvezőtlen egyensúlyi állapottal - összetett irreverzibilis - párhuzamos az előzővel - szekvenciális (szekvenciális) - komplex reverzibilis	2KClO 3 = 2KCl + 3O 2 SO 2 + 0,5O 2 SO 3 3H 2 + N 2 2NH 3 NH 3 + 1,25 O 2 = NO + 1,5 H 2 O NH 3 + 1,5 O 2 = N 2 + 3H 2 O 5 CH 3 +O 2 = C 6 H 5 CH 2 UN= C 6 H 5 CHO + H 2 O CO + H 2 O CO 2 + H 2 CO + H 2 O CH 3 OH
2. A reakció termikus hatásának nagysága és előjele: - erősen exoterm - gyengén exoterm - erősen endoterm - gyengén endoterm	SO 2 + O 2 + 297 kJ/mol C6H12=CH3(CH2)2CH=CH-CH3+59,9 kJ/mol C6H12 = C6H6 + 3H2 – 221 kJ/mol ROH + R 1 COOH RCOOR 1 + H 2 O – 50 kJ/mol
3. Kinetikai modell – reakciósorrend: - nulla - első - második - harmadik - tört	A reakciósebesség egyenlete: -V A = kC A =k -V A = kC A -V = kC A C B ; -V = kC2A; -V = kC 2 B - V = kC 2 A C B ; -V = k C A C B 2 -V = kC A C D 1.5
4. Rendszeraktiválás módja: reakcióhőmérséklet befolyása: - magas hőmérséklet (500 o C felett) - közepes hőmérséklet (160-500 o C) - alacsony hőmérséklet (160 o C alatt) - nyomás alatti reakció - katalitikus, elektrokémiai, fotokémiai stb. reakciók	Szénhidrogén alapanyagok pirolízise Paraffinok oxidációja Izobután alkilezése olefinekkel Katalitikus krakkolás Katalitikus reformálás, paraffinok halogénezése

A, B – kezdeti reagensek;

V – reakciósebesség;

k - sebességi állandó;

C – koncentráció.

Így a reakciósebesség arányos a reagensek koncentrációinak szorzatával, a reakció sorrendjével megegyező hatványokkal, ami alapján a következő következtetéseket vonjuk le:

1) minél nagyobb a koncentrációérték, annál nagyobb a reakciósebesség;

2) a reakciósebesség nagyobb mértékben függ a sebességi egyenletben nagyobb mértékben szereplő reagenstől;

3) ha a különböző sorrendű reakciók egyidejűleg mennek végbe, akkor a koncentráció változása erősebben befolyásolja a magasabb rendű reakció sebességét.

Ezek a minták a technológiai technika hátterében állnak - az egyik reagens feleslegében. Ebben az esetben előnyösebb a reakcióegyenletben szereplő reagenst nagyobb sztöchiometrikus együtthatóval feleslegben venni. De számos oka van annak, hogy sok gázfázisú és folyadékfázisú folyamatban a reagenseket oldószerrel hígítják, pl. csökkenti koncentrációjukat. Ennek több oka is van:

a) a reakciómassza túlmelegedésének lehetősége erősen exoterm reakció nagy sebességgel végrehajtásakor;

b) alacsony koncentrációk alkalmazása - összetett reakciók szelektív előfordulásának követelménye, ha a mellékreakció magasabb rendű;

c) a reakciót kísérő fizikai folyamatok bekövetkezésének feltételeinek javítása, mert A hígítás lehetővé teszi a viszkozitás csökkentését, elősegíti a reakciómassza egyenletes keveredését és szállítását, valamint intenzívebb és egyenletesebb hőátadást biztosít.

A hőmérséklet hatása A reakció sebességét az Arrhenius-egyenlet írja le:

k = A e - E / RT(5.2)

Ahol k– sebességi állandó;

A– pre-exponenciális tényező;

E- aktiváló energia, kJ/mol;

R- gázállandó, kJ/mol;

T– hőmérséklet, o TO.

Ebből az egyenletből az következik, hogy mivel a hőmérséklet is benne van a kitevőben, nagyon nagy befolyása van a reakció sebességére. Ugyanezen okból az aktiválási energia jelentős hatással van a sebességre, de más előjellel.

A kémiai technológiában alkalmazott nyomástartomány igen széles. Az olajfinomításnál a legtöbb folyamatban a nyomás 1-5 tartományban van MPa, de vannak olyan folyamatok, amelyek nyomása legfeljebb 32 MPa(hidrokrakkolás) és vákuumban (fűtőolaj rektifikálása). A petrolkémiában a folyamatok legfeljebb nyomáson ismertek 100Mpa(etilén polimerizációja). Számos oka van annak, hogy a magas energiaköltségek ellenére a magas nyomást széles körben alkalmazzák a vegyi technológiában:

1. A nyomás jelentősen megnöveli a gázfázisú folyamatok sebességét, mert ebben az esetben a reagensek koncentrációja meredeken növekszik.

2. A nyomás befolyásolja a reverzibilis reakciók kémiai egyensúlyának helyzetét, a nyomás növekedése az egyensúlyt a közvetlen reakció felé tolja el, ha a folyamat térfogatcsökkenéssel megy végbe.

3. A nyomás növeli a forrás- és olvadáspontot. Ezt az effektust használják olyan anyagok folyadékfázisú folyamatainak végrehajtására, amelyek normál nyomáson gáz halmazállapotúak.

4. A nyomás növelése sok esetben lehetővé teszi a szintézis hőmérsékletének csökkentését, ami fontos a reagensek vagy eljárási termékek alacsony hőstabilitású rendszerekben.

Heterogén folyamatok felerősödése. A heterogén rendszerek egy folytonos (folyamatos) közegből és egy diszkrét fázisból állnak, amely egy vagy több komponenst tartalmaz. Az ilyen rendszerek példáit a táblázat tartalmazza. 5.2.

Egy heterogén rendszerben a kémiai kölcsönhatás területe a fázis határfelülete.

A heterogén reakció sebessége több párhuzamosan lezajló folyamat paramétereinek összetett függvénye: kívülről a reakcióközegbe történő tömegátadás, maga a kémiai reakció, valamint a folyamattermékek eltávolítása a reakciótérből.

A heterogén reakciók elemi szakaszai különböző sebességgel mennek végbe. Sőt, stacioner folyamat körülményei között az összes szakasz sebessége azonos lesz, és megegyezik a leglassabb fokozat sebességével. Ezt a szakaszt ún korlátozó. Ezért a heterogén folyamatokban felerősödésük a korlátozó szakasz felgyorsulásával jár.

A probléma megoldására a reakciórégió fogalmát bevezették a heterogén folyamatok elméletébe. Ezen elmélet szerint heterogén reakció lejátszódhat kinetikai, diffúziós vagy átmenet (diffúzió-kinetikai) területeken. Ezeknek a területeknek a neve közvetlenül kapcsolódik a korlátozó szakaszhoz.

5.2. táblázat

A diszperz rendszerek típusai

Diszpergált fázis – diszpergált közeg	A rendszerek típusa	Példák
T-F	Szolok, szuszpenziók, szuszpenziók	Fém szolok, hidraulikus felfüggesztések
F-F	Emulziók	Feldolgozási emulziók, kenőanyagok
G-F	Habok, gázemulziók	Habok, buborékoló réteg, forrásban lévő és kavitáló folyadék
T-T	Szilárd kolloidok	Ötvözetek
F-T	Porózus testek, kapilláris rendszerek	Adszorbensek, nedves testek, ioncserélők, szűrőrétegek
G-T	Porózus és kapilláris rendszerek	Szilikagél, aktív szén, zeolitok, katalizátorok, membránok, szűrők
T–G	Aeroszolok, szuszpenziók	Füst, fluid ágy
F-G	Aeroszolok	Köd, cseppek
G-G	Heterogén gázok	Gázok szétválása, gázok sűrűség-ingadozása

G – gáz; F – folyékony; T – szilárd

Ha a korlátozó szakasz egy kémiai átalakulás, akkor azt mondják a kinetikai régióról a folyamat előrehaladását. A számhoz kinetikai tényezők magában foglalja a hőmérsékletet, a nyomást, a reagensek és a katalizátor koncentrációját, az utóbbi természetét és aktivitását stb.

Ha a korlátozó szakasz a tömegátadás sebessége, akkor a reakció beindul diffúziós régió. Ismeretes, hogy az ebben a régióban előforduló folyamatok esetében a sebesség arányos a határfelület területével és a folyamat hajtóerejével (koncentrációváltozás), amelynek hatására tömegátadás történik:

V = k S C , (5.3)

Ahol k– arányossági együttható;

S– interfész terület;

C– koncentráció változás.

Ebből az egyenletből az következik, hogy a folyamat sebessége növelhető a fázisok érintkezési felületének növelésével. Ezt a célt a szilárd katalizátor őrlésével és belső szerkezetének (porozitásának) fejlesztésével érik el. Folyékony termékeket tartalmazó rendszerekben az érintkezési felület növelésére olyan technikákat alkalmaznak, mint csomagolóeszközök, buborékolás, habréteg stb. A sebességi állandó értékét a következő összefüggés határozza meg:

k = D/ (5.4)

Ahol D– diffúziós együttható;

A diffúziós határréteg vastagsága.

A hőmérséklet növekedésével a diffúziós együttható nő, de sokkal kisebb mértékben, mint a kémiai reakció sebessége. A hőmérsékleti tényezőt azonban gyakran használják a diffúziós folyamatok sebességének növelésére. Hatékonyabb technika az érintkező fázisok keverésének fokozása, ami a diffúziós réteg vastagságának csökkenését eredményezi, ami az anyagátviteli folyamat sebességi állandójának meredek növekedéséhez vezet.

A nagyításhoz hajtóerő tömegtranszfer folyamatok ( VEL), ami a koncentráció gradiens:

C = C – C *,

Ahol C és C*- a komponens tényleges és egyensúlyi koncentrációja az átviteli fázisban, használja a következő technikákat:

1) a nyersanyag-összetevők koncentrációjának növelése;

2) a folyamattermékek eltávolítása a reakciózónából;

3) az egyensúly eltolódása a koncentráció gradienst növelő irányba VEL.

Így az anyagátadási folyamatok intenzitását meghatározó diffúziós tényezők közé tartozik a fázismozgás lineáris sebessége, a keverőberendezések fordulatszáma, a fázisinterfész jellemzői stb. Mivel a diffúziós tényezőket nagymértékben az áramlások hidrodinamikája határozza meg, így a diffúziós tényezőket nagymértékben meghatározzák az áramlások hidrodinamikája. gyakran nevezik hidrodinamikusnak.

Ha a tömegátadás és a reakció sebessége összehasonlítható, akkor azt mondják, hogy a folyamat beindul átmeneti régió.

A kinetikai tartományban a reakció végrehajtása (nincs diffúziógátlás) a legelőnyösebb, de valójában a diffúziós tartományban számos ipari folyamatot hajtanak végre. Ez elsősorban a magas hőmérsékletű folyamatokra vonatkozik, amikor a kémiai reakciók nagy sebessége miatt nehéz elkerülni a diffúziógátlást.

Összefoglalva a következő következtetéseket vonhatjuk le:

A heterogén reakció sebességét a sebességkorlátozó szakasz sebessége határozza meg;

Mind a kémiai átalakítási folyamatok, mind a tömegtranszfer folyamatok korlátozóak lehetnek;

A heterogén reakció fokozásához kinetikai és diffúziós faktorokat is alkalmazni kell;

A kinetikai régióban lejátszódó folyamatok erősítésére kinetikai faktorokat, a diffúziós régióban pedig diffúziós faktorokat kell alkalmazni.

Irreverzibilis reakciókon alapuló folyamatok felerősödése.Az irreverzibilis reakciók közé tartoznak azok a reakciók, amelyek csak előrefelé fordulnak elő. Az ilyen eljárások végrehajtására szolgáló technológia fejlesztése során két fő célt követnek: a reakciósebesség és a céltermék hozamának növelését. A termék hozama az ilyen eljárásokban arányos az átalakulás mértékével A komplex irreverzibilis reakció végrehajtására szolgáló technológia kidolgozásakor minden figyelmet fordítanak a folyamat szelektivitásának növelésére. Ezt a célt az optimális reagenskoncentrációk és hőmérsékletek, valamint a legszelektívebb katalizátorok kiválasztásával érik el.

Szelektivitás S reakciók a fő és a sebességek arányával becsülhetők meg mellékhatások:

S = V 1 / V 2 =k 1 C A a / k 2 C A b = k C A a – b, (5.5)

Ahol k = k 1 / k 2 .

Az egyenlet alapján következtetések vonhatók le a koncentráció szelektivitásra gyakorolt ​​hatásáról:

1) at a>b(a célreakció sorrendje nagyobb, mint a mellékreakció) szelektivitás arányos a maximális koncentráció értékkel;

2) mikor a< b a szelektivitás arányos a minimális koncentrációértékekkel;

3) mikor a = b koncentráció nem befolyásolja a szelektivitást: S = kC A 0 = k.

A reakciószelektivitásra a katalízisnek van a legerősebb hatása. A katalízis egy összetett reakciórendszer, amelynek eredményeként a reakció során számos nehézség csökken a nem katalizált folyamatokhoz képest. Ez a hatás az aktiválási energia csökkenésével és/vagy a preexponenciális tényező növekedésével jár a reakció kinetikai egyenletében.

Reverzibilis reakciókon alapuló folyamatok felerősödése.A reverzibilis reakciók közé tartoznak azok a reakciók, amelyek egyidejűleg fordulnak elő előre és hátrafelé.

Reverzibilis reakcióban aA + bB = dD a tömeghatás törvényének megfelelően az előre és visszafelé irányuló reakciók sebessége a következő lesz:

V pr = k / C A a C B b ; (5.6)

V fordulat = k // C D d, (5.7)

Ahol VEL– koncentráció;

k / , k //- előre és fordított reakciók sebességi állandói;

a, b, d–sztöchiometrikus együtthatók (reakciósorrendek) a folyamat résztvevői számára A, B, D.

A reverzibilis reakció teljes sebessége megegyezik az előre és a fordított reakció sebessége közötti különbséggel: V = V pr - V arr Az egyensúly pillanatában Vpr = Vobr

C D d / C A a C B b = k / / k // = K r, (5.8)

Ahol K R– egyensúlyi állandó.

Az átalakulás azon fokát, amelynél az egyensúly létrejön, egyensúlynak nevezzük. Termelési körülmények között a rendszer általában nem kerül egyensúlyi állapotba, mert egyensúlyi állapotban a reaktor termelékenysége nulla. A reaktor az egyensúlyi állapottól távoli üzemmódban működik, attól függően, hogy az egyensúlynak a reakciótermékek képződése irányába történő eltolása milyen költséggel jár.

Vannak könnyen eltolható egyensúlyi és kedvezőtlen egyensúlyi helyzetű reakciók, amelyeknél az elfogadható konverzió 30% vagy ennél is kisebb lehet.

A nyomás, a hőmérséklet vagy a koncentráció megváltozásakor az egyensúly elmozdulása Le Chatelier elvének hatálya alá tartozik, amely kimondja: a kialakult egyensúlyi rendszerre gyakorolt ​​külső hatás ennek a hatásnak a csökkenése felé tolja el.

A Le Chatelier-elv hatásának példájaként vegyük az ammónia szintézis reakcióját: 3H 2 + N 2 2NH 3. Ez a reakció egyszerű, reverzibilis, exoterm, térfogatcsökkenéssel megy végbe. Az egyik reagens koncentrációjának növelése a direkt reakció sebességének növekedéséhez vezet, pl. a céltermék kialakulása felé. Ebben az esetben a folyamat mozgatórugója a külső hatás nagysága.

Ugyanez a hatás érhető el a rendszerben lévő nyomás növelésével. Valójában a nyomás növelésével növeljük a folyamat összes résztvevőjének koncentrációját, de a reagensek koncentrációjának növekedése jelentősebb lesz, mert a kiindulási anyagok móljainak száma nagyobb, mint a reakciótermékek száma. Ennek a folyamatnak a mozgatórugója a végtermékek és a kiindulási termékek mennyiségének különbsége. Ezért a végtermékek és a kiindulási termékek egyenlő térfogata esetén lehetetlen az egyensúlyt a rendszerben lévő nyomás változtatásával eltolni.

A hőmérséklet-változások hatása az egyensúlyi eltolódásra ebben a reakcióban a következő. Mivel a reakció exoterm, a folyamat hőmérsékletének csökkentésével az egyensúly az ammóniaképződés irányába tolható el. A mozgatóerő ebben az esetben ennek a hőmérséklet-változásnak az abszolút nagysága.

Le Chatelier elve lehetővé teszi, hogy minőségileg értékeljük a fő folyamatparaméterek befolyását a reverzibilis kémiai reakció irányára. Az egyensúlyi eltolódás mennyiségi értékelése a hőmérséklet változásával vagy annak lehetőségével, hogy egy adott reakció állandó nyomáson megy végbe (nevezetesen állandó nyomáson az ipari kémiai-technológiai folyamatokban, általában kémiai reakciókat hajtanak végre) lehetséges, ha ebben a folyamatban a szabadenergia változásának előjele és nagysága ismert Gibbs:

G = G kon. - G start . , (5.9)

Ahol G startÉs G con. – a reaktánsok és a folyamattermékek Gibbs-szabad energiájának értékei.

Ennek a különbségnek a negatív értéke azt jelenti, hogy a reakció elvileg haladhat előre. Minél nagyobb ennek a különbségnek az abszolút értéke, annál nagyobb a folyamat hajtóereje.

Mint ismeretes:

G = H - T S, (5.10)

Ahol H = H kon. - H kezdés. – entalpia változás;

S = S kon. – S könyörögni.– entrópiaváltozás;

N start , N con. , S kezdet, S vége. – a rendszer állapotai, amelyek megfelelnek az entalpia és entrópia kezdeti és végső értékeinek.

Ezen egyenlet szerint G értékét és előjelét az értékek határozzák meg , S, És T.

A termodinamika 1. főtétele szerint:

N = U-P V, (5.11)

Ahol U- változás belső energia;

V– térfogatváltozás P = állandó.

A mérlegelt feltételek mellett N abszolút értékben megegyezik, de előjelében ellentétes a reakció termikus hatásával K (K = - H).

Az entrópia változása első közelítéssel megbecsülhető, ha figyelembe vesszük, hogy a rendszer rendezetlenségének mértékeként tekinthető. A növekedésével fellépő folyamatokat (gáztágulás, oldódás, párolgás, olvadás, bomlási reakciók), amelyek a térfogat növekedésével mennek végbe, az entrópia növekedése jellemzi. A rendezetlenség csökkenésével járó folyamatok (kondenzáció, kristályosodás, addíciós reakciók, komplexképződés) az entrópia csökkenésének felelnek meg.

A reverzibilis reakciók esetén a technológiai folyamat lebonyolításának optimális paramétereinek kiválasztásakor a termodinamikai törvényszerűségek mellett figyelembe kell venni a folyamatok kinetikájával összefüggő sajátosságait is. A reverzibilis exo- és endoterm reakciók egyensúlyi sebességére és helyzetére gyakorolt ​​hőmérséklet hatásának természete eltérő.

Alacsony konverziós fokú reverzibilis exoterm reakció esetén, amikor a reakciótömegben a kiindulási termékek koncentrációja kellően magas és a reakciótermékek koncentrációja alacsony, a reverzibilis reakció irreverzibilisként megy végbe. Ezért a hőmérséklet emelkedésével a sebessége nő. A végtermékek koncentrációjának növekedésével és a kiindulási termékek koncentrációjának csökkenésével az előre és fordított reakciók közötti sebességkülönbség csökken, és eljön egy pillanat, amikor összehasonlítják őket, és egyensúlyba kerül, és a technológiai folyamat leáll. Hogy ez ne fordulhasson elő, folyamatos vegyipari technológiai folyamatokban a álló üzemmód Folyamatos friss alapanyag-ellátás és folyamatos folyamattermékek kibocsátása.

Reverzibilis endoterm reakcióban a hőmérséklet emelkedésével az előrehaladó reakció sebessége gyorsabban növekszik, mint a fordított reakcióé. Ennek eredményeként az előre- és hátramenet sebességkülönbsége is megnő.

A fentiek alapján a reverzibilis reakciók kémiai technológiai folyamatának hőmérsékleti rendjének megválasztása a következőképpen indokolható:

1) mivel reverzibilis endoterm reakció esetén a hőmérséklet emelkedése mindkét optimalizálási kritériumra (sebesség és egyensúlyi eltolódás) pozitív hatással van, az ilyen reakció jobban végrehajtható állandóan megemelt hőmérsékleten.

2) a hőmérséklet kétértelmű befolyása a reverzibilis exoterm reakció optimalizálási kritériumaira csökkenő hőmérsékleti módot igényel: a folyamat magasabb hőmérsékleten kezdődik, majd az optimális hőmérsékletek mentén redukálódik. Ez a technika időszakos folyamatokra alkalmazható. Folyamatos folyamatokban állandó hőmérsékletet tartanak fenn, mivel nincs végtermék-felhalmozódás és nem megújuló alapanyag-fogyasztás jelensége.

Biztonsági kérdések

1. Ismertesse a „kémiai technológiai folyamat” fogalmát!

2. Határozza meg a „technológiai mód” fogalmát. Milyen paraméterek határozzák meg?

3. Mutassa be a CTP alapját meghatározó reakciók osztályozását!

4. Írja fel a tömeghatás törvényének egyenletét! E törvény szemszögéből fejtse ki a koncentráció hatását a homogén folyamatok intenzitásának módszereire!

5. Írja fel az Arrhenius-egyenletet! Az egyenlet alapján magyarázza meg a hőmérséklet és az aktiválási energia hatását a kémiai folyamatok sebességére.

6. Ismertesse a nyomás hatását a homogén folyamatok sebességére! Milyen abszolút nyomásokat alkalmaznak a kémiai technológiában? Mondjon példákat.

7. Adja meg a heterogén rendszerek osztályozását! Mondjon példákat.

8. Nevezze meg a heterogén folyamatok elemi szakaszait!

9. Határozza meg a folyamat korlátozó szakaszát! Milyen területeken fordulhat elő heterogén reakció?

10. Milyen tényezőktől függ a diffúziós tartományban végbemenő heterogén reakció sebessége? Adja meg ennek az összefüggésnek a megfelelő egyenletét!

11. Mi a tömegtranszfer folyamat mozgatórugója? Hogyan befolyásolja a heterogén folyamatok sebességét? Hogyan növelhető a koncentráció gradiens?

12. Határozza meg a „kémiai egyensúly” fogalmát! Hogyan lehet eltörni? Le Chatelier elve.

13. Írja fel a Gibbs-egyenletet! Ennek alapján ismertesse a kémiai reakció bekövetkezésének alapvető lehetőségét és a folyamat hajtóerejének nagyságát!

6. TÉMA

IPARI KATALIZIS

Jelenleg lehetetlen elképzelni a modern olajfinomítást és petrolkémiát katalizátorok használata nélkül. Az ipari kémiai technológiai eljárások mintegy 90%-a katalizátorok, mint aktivátorok felhasználásával történik. Ilyenek például az ammónia, salétromsav és kénsav, metanol, sztirol, butadién előállítására szolgáló technológiák az olajfinomításban - katalitikus krakkolás és reformálás, hidrogénezés és hidrokrakkolás, izobután alkilezés és paraffin szénhidrogének izomerizálása, oxigenátok előállítása stb.

A katalitikus eljárásoknak számos fontos előnye van a nem katalitikus eljárásokkal szemben. Amellett, hogy a katalizátorok használata ugrásszerűen felgyorsítja a kémiai reakciók sebességét, az ezeket alkalmazó folyamatok folyamatossá, hulladékmentessé és kevésbé energiaigényessé szervezhetők. Magas műszaki és gazdasági mutatókkal rendelkeznek, és magasabb hozamot biztosítanak a céltermékeknek.

A katalizátorok alkalmazása lehetővé teszi a kémiai technológiai folyamatok intenzívebbé tételét, esetenként olyan folyamatok végrehajtását, amelyek a gyakorlatban katalizátorok alkalmazása nélkül nem valósíthatók meg. Különösen fontos a katalizátorok alkalmazása reverzibilis exoterm folyamatokban, amelyekben a katalizátorok alkalmazása lehetővé teszi a folyamat hőmérsékletének jelentős csökkentését és a nyersanyagok elfogadható átalakítási fokának elérését.

A katalízis a leginkább hatékony módszer a kémiai reakciók sebességének és szelektivitásának növelése. A katalízis fogalma egy összetett reakciórendszert foglal magában, melynek eredményeként a reakcióút energetikai, térbeli és egyéb akadályai csökkennek a katalizátor nélküli folyamatokhoz képest. A reagensek és a katalizátor fázisállapotától függően vannak homogén és heterogén katalízis. Ha a reagensek és a katalizátor ugyanabban a folyadék- vagy gázfázisban vannak, akkor ez homogén katalízis, ha különböző fázisban vannak (gáz-szilárd vagy folyékony-szilárd), akkor ez heterogén katalízis. Létezik homogén-heterogén katalízis is, amikor egy heterogén katalizátoron induló reakció egy másik fázis térfogatában folytatódik.

Heterogén katalízis

Ez a fajta katalízis a legelterjedtebb a kémiai technológiában. Számos előnnyel rendelkezik, mint például a technológiai termékektől való könnyű elválasztás, a nagy hőállóság és a viszonylag könnyű regenerálhatóság.

A katalitikus heterogén reakciókat számos olyan jelenség kíséri, amelyek a kémiai és fázisösszetételben heterogének szilárd anyagok tulajdonságaihoz kapcsolódnak. A legfontosabb szerepet a katalizátorok kristályrácsának szerkezeti zavarai (hibái) játsszák. Ezek a megsértések meghatározzák a felületi atomok energiaheterogenitását, és bizonyos szorpciós kapacitást biztosítanak a katalizátor felületén. Általánosságban elmondható, hogy a katalizátorok alkalmazásának hatékonyságát kémiai és fizikai tulajdonságaik összetettsége határozza meg.

A katalizátorok kémiai tulajdonságai. A katalizátorok fő tulajdonságai közé tartozik aktivitás (A), szelektivitás (S) és termelékenység (P).

Tevékenység ( kg/m 2 h) a katalizátor teljes reakciósebessége, és a képlet segítségével számítható ki

A = G p / F, (6.1)

Ahol G p- az átalakított reagens mennyisége egységnyi felületre, időre F.

A katalizátor teljes működési ciklusa három szakaszra osztható:

1) katalizátor kifejlesztése;

2) állandó aktivitás időszaka - a katalizátor élettartama;

3) a katalizátor deaktiválása.

A „fejlődés” kifejezés a katalizátor aktivitásának a reakcióközeg hatására bekövetkező spontán növekedését jelenti. A különböző katalizátorok folyamatos működési ideje széles határok között változhat: a katalizátor élettartamára vonatkozó követelményeket a deaktivált katalizátor frissre cseréjének költsége és a regeneráció lehetősége határozza meg. Tekintettel a csere magas költségeire, e műveletek számának csökkentése nagyon észrevehető gazdasági hatást fejt ki. A katalizátor aktivitás csökkenésének jelenségét öregedésnek, fáradtságnak vagy mérgezésnek nevezik.

Öregedés egy természetes folyamat, amelyben az aktivitás a katalizátorréteg egészében csökken. Fáradtság – ez az egyenetlen aktivitáscsökkenés a katalizátorrétegben veszélyes folyamat, mert jóval a katalizátor élettartamának lejárta előtt nyilvánul meg a helytelen működés következtében.

A katalizátor deaktiválódásának fő okai a következők: karbonizáció, szinterezés, kontaktmérgek általi mérgezés és mineralizáció.

Karbonizáció szénhidrogén nyersanyagok feldolgozása során fordul elő. A katalizátort szénlerakódások (koksz) borítják erősen kondenzált aromás szerkezetek formájában, amelyek mély kémiai átalakulások eredményeként képződnek. Ilyen eljárások közé tartozik a katalitikus krakkolás és reformálás, a hidrokrakkolás, a dehidrogénezés és az izomerizálás. A kokszlerakódások blokkolják a katalizátor felületét, aminek következtében annak aktivitása rövid időn belül meredeken csökken, ami esetenként 10-30 min.

Szinterezés (szinterelés)általában oxidatív regeneráció eredménye, melynek során a katalizátor hőmérséklete eléri a 600 o-t VELés magasabb, vagy magas hőmérsékletű folyamat következménye, rosszul szervezett hőelvezetéssel. A szinterezés csökkenti az aktív felület méretét a fém- vagy oxidkatalizátor krisztallitjainak megnagyobbodása következtében, és növeli a berendezés hidraulikus ellenállását. Ezért a probléma megoldásának egyik feladata a katalizátor komponensek szerkezetének stabilizálása. A stabilizálás szerkezeti támogatással történik. Ilyen promoter például az ammónia szintézisében az alumínium-oxid Al2O3, amely a vaskristályok közé kerülve megakadályozza azok agglomerációját. A króm-oxid hasonló hatással van a nikkel katalizátorra a szénhidrogének hidrogénezése során. Cr2O3. Nem kevésbé fontos a hordozó stabilizálása, mivel ez biztosítja a fémkatalizátornak egy nagyon fejlett felületet.

Mérgezés– ez a katalizátor aktivitásának részleges vagy teljes elvesztése kontaktmérgeknek nevezett anyagok hatására. Mérgezés esetén a méreg sajátos hatása figyelhető meg mind a katalizátorral, mind a reakcióval kapcsolatban.

A mérgezés mechanizmusa változó. A fémkatalizátorokra gyakorolt ​​hatásuk alapján a kontaktmérgek három típusra oszthatók:

1) nemfémeket tartalmazó molekulák N, P, As, O, S, Se, beleértve és az ebből a csoportból származó szabad elemek, kivéve a nitrogént, amelyek megkötik a katalizátorfémet magányos elektronpárok révén (hidrogén-szulfid, tiofén, arzin, foszfin stb.);

2) fémek leválása (higany-, ólom-, bizmut-, ón-, kadmium-, vas-, stb. ionok) intermetallikus vegyületek képződésével, amelyek során d– elektronok;

3) több kötést tartalmazó molekulák ( CO, HCN stb.), magasabb adszorpciós jellemzőkkel rendelkezik, mint a reakciómasszában lévő többi anyag.

A katalizátorokat többféleképpen védik a kontaktmérgektől:

1) a méreg inaktív állapotba helyezése;

2) a nyersanyagok tisztítása a kontaktmérgektől az előkészítés szakaszában;

3) kontaktmérgeknek ellenálló katalizátorok használata.

Az első védekezési módszer alkalmazására példa az eltávolítási technika CO az ammónia szintéziséhez szállított hidrogénben, magának a hidrogénnek a segítségével ( CO– kontaktméreg a vaskatalizátorhoz):

CO + 3H 2 CH 4 + H 2 O.

A keletkező metán a hidrogén inert szennyezője, ezért nem károsítja a katalizátort.

A katalizátor védelmének második módszerére példa a benzinfrakciók előzetes hidrogénezése kén-, nitrogén- és oxigéntartalmú vegyületektől, mielőtt platinakatalizátoron reformálásra küldenék:

RSH+H2=RH+H2S;

RNH2 + H2 = RH + NH3;

ROH + H 2 = RH + H 2 O.

A fenti reakciók alumínium-kobalt-molibdén katalizátoron mennek végbe ( AKM).

A legérdekesebb és ígéretes irány mérgekkel szemben ellenálló katalitikus kompozíciók kifejlesztése.

A fenti módszerek a katalizátorok mérgek elleni védelmére nem függetlenek egymástól, ezért egy eljárásban egyidejűleg is használhatók.

A katalizátoraktivitás csökkenésének másik oka a nyersanyagban található ásványi szennyeződések lerakódása a felületén. Ezek a szennyeződések kemiszorbeálódnak, megváltoztatva a katalizátor felületének kémiai összetételét.

Szelektivitás (szelektivitás)– a katalizátor minőségének legfontosabb mutatója, amely a célreakció előnyös gyorsulásában áll a mellékreakciókhoz képest. Ezt a céltermék képződésének relatív sebességével mérik:

S = - V A / R = - V A / A. (6.2)

Ahol V A– a céltermék képződési sebessége, a reagensből számítva A;

A=R– teljes reakciósebesség (aktivitás).

Könnyű beküldeni jó munkáját a tudásbázisba. Használja az alábbi űrlapot

Diákok, végzős hallgatók, fiatal tudósok, akik a tudásbázist tanulmányaikban és munkájukban használják, nagyon hálásak lesznek Önnek.

Közzétéve: http://www.allbest.ru/

Bevezetés

Az új gyártási követelmények hatására kialakult a kémiai folyamatok doktrínája, amely figyelembe veszi az anyag tulajdonságainak változását a hőmérséklet, nyomás, oldószerek és egyéb tényezők hatására. Ezek után a kémia nemcsak az anyagokról, mint inkább a teljes tárgyakról, hanem az anyag változási folyamatairól és mechanizmusairól is tudomány lesz. Ennek köszönhetően biztosította a fát és fémet helyettesítő szintetikus anyagok gyártásának megteremtését építési munkák, élelmiszer-alapanyagok szárító olajok, lakkok, tisztítószerek és kenőanyagok gyártásában. A mesterséges szálak, gumik, etil-alkohol és számos oldószer gyártása kőolaj-alapanyagra, a nitrogénműtrágyák előállítása pedig levegőnitrogénre épült. Megjelent a petrolkémiai gyártástechnológia a folyamatos, nagy teljesítményű folyamatokat biztosító áramlási rendszereivel. kémiai reakció elektron

Így még 1935-ben teljes egészében állati és növényi nyersanyagokból, köztük élelmiszerekből állították elő az olyan anyagokat, mint a bőr, szőrme, gumi, rostok, mosószerek, szárítóolaj, lakkok, ecetsav, etil-alkohol. Több tízmillió tonna gabonát, burgonyát, zsírt, nyers bőrt stb. De már az 1960-as években. 100% műszaki alkohol, 80% mosószer, 90% szárító olajok és lakkok, 40% szálak, 70% gumi és körülbelül 25% bőr anyagok készültek gáz és olaj alapanyagokból. Emellett a kémia évente több százezer tonna karbamidot és kőolajfehérjét állít elő állati takarmányként, valamint mintegy 200 millió tonna műtrágyát.

Ilyen lenyűgöző sikereket a kémiai folyamatok tanulmányozása alapján értek el – egy olyan tudományterületen, ahol a fizika, a kémia és a biológia legmélyebb integrációját valósították meg. Ez a doktrína a kémiai termodinamikán és kinetikán alapul, ezért a tudománynak ez a része egyaránt a fizikához és a kémiához tartozik. Ennek a tudományos iránynak az egyik alapítója az orosz kémikus N.N. Semenov Nobel-díjas, a kémiai fizika megalapítója. 1965-ben tartott Nobel-előadásában kijelentette, hogy a kémiai folyamat az az alapvető jelenség, amely megkülönbözteti a kémiát a fizikától, és összetettebb tudománnyá teszi. A kémiai folyamat az első lépés az olyan viszonylag egyszerű fizikai objektumoktól, mint az elektron, proton, atom, molekula, a bonyolult, többszintű élő rendszerek felé. Hiszen egy élő szervezet bármely sejtje lényegében egyfajta összetett reaktor. Ezért a kémia hídvá válik a fizika tárgyaitól a biológia tárgyai felé.

A kémiai folyamatok vizsgálata azon az elgondoláson alapul, hogy a különféle kémiai reagensek kölcsönhatási képességét többek között a kémiai reakciók körülményei határozzák meg. Ezek a körülmények befolyásolhatják a kémiai reakciók természetét és eredményeit.

A kémiai reakciók túlnyomó többsége az elemek kiszolgáltatottja. Természetesen vannak olyan reakciók, amelyek nem igényelnek különösebb ellenőrzést ill speciális feltételek. Ezek a sav-bázis kölcsönhatás (semlegesítés) jól ismert reakciói. A reakciók túlnyomó többsége azonban nehezen kontrollálható. Vannak olyan reakciók, amelyeket egyszerűen nem lehet végrehajtani, bár elvileg megvalósíthatók. Vannak reakciók, amelyeket nehéz megállítani: égés és robbanás. És végül vannak olyan reakciók, amelyeket nehéz egy kívánt irányba bevezetni, mivel spontán módon tucatnyi előre nem látható ágat hoznak létre több száz melléktermék képződésével. Ezért a vegyészek legfontosabb feladata a kémiai folyamatok irányításának képessége, a kívánt eredmények elérése.

Módszerek a kémiai folyamatok szabályozására

A legáltalánosabb formában a kémiai folyamatok szabályozására szolgáló módszerek termodinamikai és kinetikai módszerekre oszthatók.

A termodinamikai módszerek befolyásolják a reakció kémiai egyensúlyának eltolódását. A kinetikai módszerek befolyásolják a kémiai reakció sebességét.

A kémiai termodinamika, mint önálló irányzat megjelenése általában a holland J. van’t Hoff kémikus „Esszék a kémiai dinamikáról” című könyvének 1884-ben történő megjelenéséhez kötődik. Alátámasztja azokat a törvényszerűségeket, amelyek megállapítják a kémiai reakció irányának a hőmérsékletváltozástól és a reakció termikus hatásától való függését. A kémiai folyamatok energiája szorosan összefügg a termodinamika törvényeivel. Az energiát felszabadító kémiai reakciókat exoterm reakcióknak nevezzük. Bennük az energia a rendszer belső energiájának csökkenésével egyidejűleg szabadul fel. Vannak endoterm reakciók is, amelyek az energia elnyelésével mennek végbe. Ezekben a reakciókban a rendszer belső energiája megnő a hő beáramlása miatt. A reakció során felszabaduló energia mennyiségének mérésével (a kémiai reakció termikus hatása) megítélhető a rendszer belső energiájának változása.

Ugyanakkor A. Le Chatelier francia kémikus megfogalmazta híres mobil egyensúlyi elvét, amely módszerekkel látta el a vegyészeket az egyensúly eltolására a céltermékek képződése felé. Ezeket a szabályozási módszereket termodinamikai módszereknek nevezzük.

Minden kémiai reakció elvileg visszafordítható, de a gyakorlatban az egyensúly eltolódik egyik vagy másik irányba. Ez a reagensek természetétől és az eljárás körülményeitől is függ. Számos reakció van, amelyben az egyensúly a végtermékek képződése felé tolódik el: ezek közé tartozik a semlegesítési reakció, a reakciók a késztermékek gázok vagy csapadék formájában történő eltávolításával.

Sok olyan kémiai reakció van azonban, amelyben az egyensúly balra tolódik el, a kiindulási anyagok képződése felé. Végrehajtásukhoz speciális termodinamikai karokra van szükség - a hőmérséklet és a nyomás növelésére (ha a reakció gázfázisban megy végbe), valamint a reagensek koncentrációjára (ha a reakció folyadékfázisban megy végbe).

A termodinamikai módszerek elsősorban a kémiai folyamatok irányát, nem pedig sebességüket befolyásolják.

A kémiai folyamatok sebességét a kémiai kinetika szabályozza, amely a kémiai folyamatok lefolyásának különböző szerkezeti és kinetikai tényezőktől való függését vizsgálja - a kiindulási reagensek szerkezete, koncentrációja, katalizátorok és egyéb adalékok jelenléte a reaktorban, módszerek a keverő reagensekről, a reaktor anyagáról és kialakításáról stb. A kémiai reakciók tanulmányozása nagyon nehéz feladat. Valójában a megoldás során nem csak két reagens, hanem „harmadik testek” kölcsönhatásának mechanizmusát kell kideríteni, amelyek közül több is lehet. Ebben az esetben a legmegfelelőbb a lépésenkénti megoldás, amelyben először az egyik „harmadik test” legerősebb hatását, leggyakrabban egy katalizátort izolálják.

Ezenkívül meg kell érteni, hogy szinte minden kémiai reakció egyáltalán nem a kezdeti reagensek egyszerű kölcsönhatása, hanem egymást követő szakaszok összetett láncolata, ahol a reagensek nemcsak egymással, hanem a reaktor falaival is kölcsönhatásba lépnek. katalizálhatja (gyorsíthatja) és gátolhatja (lassítja) a folyamatot.

A kémiai folyamatok intenzitását a véletlenszerű szennyeződések is befolyásolják. A változó tisztaságú anyagok egyes esetekben aktívabb reagensekként, másokban inertként mutatkoznak meg. A szennyeződéseknek katalitikus és gátló hatása is lehet. Ezért a kémiai folyamat szabályozása érdekében bizonyos adalékanyagokat adnak a reagáló anyagokhoz.

Így a „harmadik testek” befolyása a kémiai reakciók lefolyására katalízisre, azaz katalízisre redukálható. egy kémiai folyamatra gyakorolt ​​pozitív hatás, vagy a folyamatot visszatartó gátlás.

Mint fentebb említettük, a képesség kémiai elemek A kapcsolatot nemcsak molekulaszerkezetük határozza meg, hanem a kapcsolat létrejöttének feltételei is. Ezek a körülmények befolyásolják a kémiai reakciók kimenetelét. A legnagyobb hatást a változó összetételű anyagok érik, amelyekben az egyes komponensek közötti kapcsolatok gyengébbek. Az ilyen anyagok reakciójára a különféle katalizátorok erősen befolyással vannak.

A katalízis egy kémiai reakció felgyorsítása speciális anyagok jelenlétében - olyan katalizátorok, amelyek kölcsönhatásba lépnek a reagensekkel, de nem fogyasztanak el a reakcióban, és nem részei a végtermékeknek. A katalízist 1812-ben fedezte fel az orosz kémikus, K.S. Kirchhoff. A katalitikus folyamatok fizikai és kémiai természetükben a következő típusokra különböznek:

* heterogén katalízis - a folyékony vagy gáznemű reagensek közötti kölcsönhatás kémiai reakciója a szilárd katalizátor felületén megy végbe;

* homogén katalízis - kémiai reakció megy végbe gázelegyben vagy folyadékban, ahol a katalizátor és a reagensek egyaránt feloldódnak;

* elektrokatalízis - a reakció az elektróda felületén, az oldattal érintkezve és elektromos áram hatására megy végbe;

* fotokatalízis - a reakció szilárd anyag felületén vagy folyékony oldatban megy végbe, és az elnyelt sugárzás energiája stimulálja.

A heterogén katalízis a legelterjedtebb a modern kémia összes katalitikus reakciójának 80%-ának végrehajtására.

A katalizátorok alkalmazása az egész vegyipar gyökeres változásának alapjául szolgált. Nekik köszönhetően lehetővé vált az eddig „kémiai halottnak” tekintett paraffinok és cikloparaffinok szerves szintézis alapanyagaként történő felhasználása. A katalízis szükséges a margarin előállításához, sok esetben élelmiszeripari termékek, valamint növényvédő szerek. A bázikus kémia (szervetlen savak, bázisok és sók előállítása) és a „nehéz” szerves szintézis szinte teljes iparága, beleértve az üzemanyagok és kenőanyagok gyártását is, katalízisen alapul. Az utóbbi időben a finom szerves szintézis egyre inkább katalitikussá vált. Az összes kémia 60-80%-a katalitikus folyamatokon alapul. A vegyészek nem ok nélkül mondják, hogy nem katalitikus folyamatok egyáltalán nem léteznek, hiszen ezek mind reaktorokban zajlanak, amelyek falainak anyaga egyfajta katalizátorként szolgál.

Maga a katalízis hosszú ideig a természet rejtélye maradt, és sokféle elmélet született, mind tisztán kémiai, mind fizikai értelemben. Ezek az elméletek, még ha tévesek is, hasznosnak bizonyultak, már csak azért is, mert új kísérletekhez vezették a tudósokat. A helyzet az, hogy a legtöbb iparilag fontos kémiai folyamathoz a katalizátorokat számtalan próba és hiba során választották ki. Így például az ammóniaszintézis reakciójához 1913-1914-ben. A német kémikusok több mint 20 ezer kémiai vegyületet próbáltak ki katalizátorként, az elemek periódusos rendszerét követve és különféle módon kombinálva.

Ma már levonhatunk néhány következtetést a katalízis lényegéről.

1. A reagáló anyagok érintkezésbe kerülnek a katalizátorral és kölcsönhatásba lépnek vele, ami a kémiai kötések gyengülését eredményezi. Ha a reakció katalizátor hiányában megy végbe, akkor a reagáló anyagok molekuláinak aktiválódása úgy kell, hogy történjen a reaktor kívülről történő energiaellátásával.

2. Általánosságban elmondható, hogy bármely katalitikus reakció egy köztes komplexen megy keresztül, amelyben a gyengített kémiai kötések újraeloszlása ​​megy végbe.

3. A katalizátorok az esetek túlnyomó többségében változó összetételű berthollid típusú vegyületek, amelyeket gyengített kémiai kötések vagy akár szabad vegyértékek jelenléte jellemez, ami nagy kémiai aktivitást ad. A berthollid típusú vegyületek molekulái sokféle energetikailag inhomogén kötést vagy akár szabad atomokat tartalmaznak a felszínen.

4. A reagensek katalizátorral való kölcsönhatásának következménye a reakció adott irányú előrehaladása és a reakciósebesség növekedése, mivel a katalizátor felületén a reagáló molekulák találkozásainak száma megnő. Ezenkívül a katalizátor felveszi az exoterm reakció energiájának egy részét, hogy energikusan táplálja a reakció minden új aktusát és annak általános gyorsulását.

Fejlesztésének jelenlegi szakaszában a kémia számos hatékony katalizátort fedezett fel. Ezek közé tartoznak az ioncserélő gyanták, a fémorganikus vegyületek és a membránkatalizátorok. Számos kémiai elem katalitikus tulajdonságokkal rendelkezik. periódusos rendszer, de a legfontosabb szerepet a platinacsoportba tartozó fémek és a ritkaföldfémek játsszák.

Katalizátorok részvételével egyes reakciók sebessége 10 milliárdszorosára nő. Vannak olyan katalizátorok, amelyek nemcsak a végtermék összetételének szabályozását teszik lehetővé, hanem elősegítik egy bizonyos alakú molekulák képződését is, ami nagyban befolyásolja fizikai tulajdonságok termék (keménység, hajlékonyság).

A kémiai folyamatok tanának fejlődési iránya

IN modern körülmények között A kémiai folyamatok tanulmányozásának fejlesztésének egyik legfontosabb iránya e folyamatok szabályozására szolgáló módszerek megalkotása, ezért a kémiai tudomány olyan problémák kidolgozásával foglalkozik, mint a plazmakémia, a sugárzási kémia, a nagy nyomások és hőmérsékletek kémiája.

Plazma kémia

A plazmakémia az alacsony hőmérsékletű plazmában 1000 és 10 000°C közötti hőmérsékleten zajló kémiai folyamatokat vizsgálja. Az ilyen folyamatokat a részecskék gerjesztett állapota, a molekulák és a töltött részecskék ütközése, valamint a kémiai reakciók igen nagy sebessége jellemzi. A plazmakémiai folyamatokban a kémiai kötések újraeloszlásának sebessége nagyon magas: a kémiai átalakulások elemi aktusainak időtartama körülbelül 10-13 s, a reakció reverzibilitásának szinte teljes hiánya mellett. A hasonló kémiai folyamatok sebessége a hagyományos reaktorokban a reverzibilitás miatt ezerszeresére csökken. Ezért a plazmakémiai folyamatok nagyon produktívak. Például egy metán plazmakémiai reaktor (méretei: hossza - 65 cm, átmérője - 15 cm) termelékenysége napi 75 tonna acetilén. Ebben a reaktorban 3000-3500°C hőmérsékleten a metán körülbelül 80%-a acetilénné alakul a másodperc tízezred része alatt.

A plazmakémiát az utóbbi időben egyre inkább bevezetik az ipari termelésbe. A porkohászati ​​alapanyagok előállítására már megalkották a technológiákat, és számos kémiai vegyületre kidolgoztak szintézismódszereket. Az 1970-es években A plazma acélolvasztó kemencéket a legmagasabb minőségű fémek előállítására hozták létre. A szerszámok felületének ionplazmás kezelésére olyan módszereket dolgoztak ki, amelyek kopásállósága többszörösére nő.

A plazmakémia lehetővé teszi korábban ismeretlen anyagok, például fémbeton szintetizálását, amelyben különféle fémek. A fémbeton a kőzetrészecskék összeolvasztásával és fémmel való szilárd összenyomásával jön létre. Tulajdonságai tízszer és százszor jobbak a hagyományos betonnál.

Sugárzás kémia

A kémiai folyamatok kutatásának egyik legfiatalabb területe a sugárkémia, amely a XX. század második felében keletkezett. Fejlesztéseinek témája a legkülönfélébb anyagok hatás alatti átalakulása volt ionizáló sugárzás. Az ionizáló sugárzás forrásai közé tartoznak a röntgengépek, a töltött részecskegyorsítók, atomreaktorok, radioaktív izotópok. A sugárzási-kémiai reakciók eredményeként az anyagok fokozott hőállóságot és keménységet kapnak.

A sugárkémiai technológia legfontosabb folyamatai a polimerizáció, vulkanizálás, kompozit anyagok előállítása, ezen belül a polimerbeton előállítása a közönséges beton bármilyen polimerrel történő impregnálásával, majd besugárzásával. Az ilyen betonokban négyszer több nagy szilárdságú, vízállóak és rendkívül korrózióállóak.

Magas nyomások és hőmérsékletek kémiája

A kémiai folyamatok kutatásának alapvetően új és rendkívül fontos területe a tűzálló, ill. kerámia anyagok. Előállításukat jellemzően porkohászati ​​módszerrel végzik, melynek lényege a fémporok magas hőmérsékleten (1200-2000°C) történő sajtolása és préselése. Maga a terjedési szintézis sokkal egyszerűbb: egyik fémnek a másikban való elégetésén, vagy egy fém nitrogénben, szénben, szilíciumban stb. való elégetésén alapul.

Régóta ismert, hogy az égési folyamat oxigén és éghető anyag kombinációja, ezért az égés egy éghető anyag oxidációs reakciója. Ebben az esetben az elektronok az oxidált anyag atomjaitól az oxigénatomok felé mozognak. Ebből a szempontból az égés nemcsak oxigénben, hanem más oxidálószerekben is lehetséges. Ezen a következtetésen alapul az önszaporodó magas hőmérsékletű szintézis, a szilárd anyagokban történő égés termikus folyamata. Ez például titánpor bórporban vagy cirkóniumpor szilíciumporban való elégetését jelenti. A szintézis eredményeként több száz, a legjobb minőségű tűzálló vegyületet kapunk.

Nagyon fontos, hogy ez a technológia ne igényeljen nehézkes folyamatokat, magas technológiai színvonalú és könnyen automatizálható legyen.

Nagynyomású kémia

A kémiai folyamatok tanulmányozásának másik fejlesztési területe a nagy és ultramagas nyomások kémiája. Az anyagok kémiai átalakulása 100 atm feletti nyomáson a nagynyomású kémiához, 1000 atm feletti nyomáson pedig az ultramagas nyomású kémiához tartozik. A kémiában a XX. század eleje óta alkalmazzák a magas nyomást. -- ammónia termelés 300 atm nyomáson és 600 °C hőmérsékleten végeztük. A közelmúltban azonban olyan berendezéseket használtak, amelyekben 5000 atm nyomás érhető el, és a teszteket 600 000 atm nyomáson végzik, amelyet a robbanás lökéshulláma miatt érnek el a másodperc milliomod részen belül. A nukleáris robbanások még nagyobb nyomást produkálnak.

Nagy nyomáson az atomok elektronikus héjai közelebb kerülnek egymáshoz és deformálódnak, ami az anyagok reakcióképességének növekedéséhez vezet. 102-103 atm nyomáson a folyadék- és gázfázis, 103-105 atm-nél a szilárd és folyékony fázis közötti különbség eltűnik. Nagy nyomáson az anyagok fizikai és kémiai tulajdonságai nagymértékben megváltoznak. Például 20 000 atm nyomáson a fém rugalmassá válik, mint a gumi. A közönséges víz magas hőmérsékleten és nyomáson kémiailag aktívvá válik. A nyomás növekedésével sok anyag fémes halmazállapotúvá alakul. Így 1973-ban a tudósok fémes hidrogént figyeltek meg 2,8 millió atm nyomáson.

Az ultra-nagynyomású kémia egyik legfontosabb vívmánya a gyémántok szintézise volt. 50 000 atm nyomáson és 2000 °C hőmérsékleten működik. Ebben az esetben a grafit gyémántokká kristályosodik. A gyémántok lökéshullámok segítségével is szintetizálhatók. A közelmúltban évente több tonna szintetikus gyémántot állítanak elő, amelyek tulajdonságaiban csak kis mértékben térnek el a természetes gyémántoktól. A keletkező gyémántokat ipari célokra használják - vágó- és fúróberendezésekben. Lehetett fekete gyémántokat – carbonadókat – szintetizálni, amelyek keményebbek, mint a természetes gyémántok. Maguk a gyémántok feldolgozására használják őket.

Jelenleg nemcsak mesterséges gyémántokból, hanem egyéb gyémántokból is ipari termelés folyik drágakövek- korund (vörös rubin), smaragd stb. Magas nyomáson más anyagokat is szintetizálnak, amelyeket nagy hőállóság jellemez. Így a bór-nitridből 100 000 atm nyomáson és 2000 °C hőmérsékleten bór-nitridet szintetizáltak - ez az anyag rendkívül kemény anyagokból készült alkatrészek nagyon magas hőmérsékleten történő fúrására és köszörülésére alkalmas.

Kémiai folyamatok és rendszerek energiája

A kémiai reakciók az atomok és molekulák közötti kölcsönhatások, amelyek az eredeti anyagoktól eltérő új anyagok képződéséhez vezetnek. kémiai összetétel vagy épület. A kémiai reakciók a nukleáris reakciókkal ellentétben nem változtatják meg sem a rendszerben lévő atomok összlétszámát, sem az elemek izotópösszetételét.

A rendszer a tértől elszigetelt testek halmaza. Ha egy rendszer lehetővé teszi a tömeg- és hőcserét az összes alkotóeleme között, akkor az ilyen rendszert termodinamikainak nevezzük. Az a kémiai rendszer, amelyben reakciók léphetnek fel, a termodinamikai rendszerek speciális esete. Ha nincs tömeg- és hőátadás a rendszer és a környezet között, akkor az ilyen rendszert izoláltnak nevezzük. Ha nincs tömegátadás, de hőcsere lehetséges, akkor a rendszert zártnak nevezzük. Ha a rendszer és a környezet között tömeg- és hőcsere is lehetséges, akkor a rendszer nyitott. A több fázisból álló rendszert heterogénnek, az egyfázisú rendszert homogénnek nevezzük.

Egy kémiai rendszer állapotát tulajdonságai határozzák meg: hőmérséklet, nyomás, koncentráció, térfogat, energia.

A homogén rendszerben végbemenő reakciók a teljes térfogatban fejlődnek ki, és homogénnek nevezzük. A határfelületen fellépő reakciók heterogének.

Egy rendszer termodinamikai leírásához az úgynevezett rendszerállapot-függvényeket használjuk – ez minden olyan fizikai mennyiség, amelynek értékei egyedileg meghatározottak. termodinamikai tulajdonságok rendszerek. A rendszerállapot legfontosabb funkciói a következők:

A rendszer teljes energiája (E);

A rendszer belső energiája (U);

Az entalpia (vagy hőtartalom) az anyag által képződése során felhalmozott energia mértéke (H):

Az entrópia egy rendszer rendezetlenségének mértéke (S);

A Gibbs-energia a rendszer stabilitásának mértéke állandó nyomáson (G):

A Helmholtz-energia a rendszer állandó térfogatú (F) stabilitásának mértéke:

A spontán folyamat lehetőségét a Gibbs-szabadenergia-függvény változásának előjelével lehet megítélni: ha?G< 0, т.е. в процессе взаимодействия происходит уменьшение свободной энергии, то процесс термодинамически возможен. Если?G >0, akkor a folyamat nem folytatódhat. Így minden folyamat spontán módon a szabadenergia csökkenésének irányába haladhat.

A kémiai kölcsönhatás általában hőhatással jár. A hő felszabadulásával járó folyamatokat exotermnek (H< 0), а идущие с поглощением теплоты - эндотермическими (?Н > 0).

Az izobár körülmények között zajló kémiai folyamatok termikus hatását az entalpia változása határozza meg, i.e. a végső és a kezdeti állapot entalpiája közötti különbség. A Lavoisier-Laplace törvény szerint: az anyag képződése során felszabaduló hő megegyezik azzal a hővel, amelyet ugyanannyi anyag eredeti komponenseire való bomlása során felvesznek.

A termokémiai törvényszerűségek mélyebb általánosításait a Hess-törvény adja: az akár állandó nyomáson, akár állandó térfogaton végbemenő kémiai reakciók termikus hatása nem függ a közbenső szakaszok számától, hanem csak a rendszer kezdeti és végső állapota határozza meg.

A termodinamika első főtétele (energiamegmaradás törvénye) - az energia nem tűnik el és nem jelenik meg újra a semmiből egy folyamat során, csak szigorúan egyenértékű kapcsolatokban tud átjutni egyik formából a másikba.

A termodinamika II. főtétele - ha egy folyamat reverzibilis folyamatok elszigetelt rendszerében megy végbe, az entrópia változatlan marad, de irreverzibilis folyamatok során növekszik. .

Következtetés

A kémia társadalomtudomány. Legfőbb célja, hogy minden ember és az egész társadalom igényeit kielégítse. Az emberiség sok reménye a kémia felé fordul. A molekuláris biológia, a géntechnológia és a biotechnológia, valamint az anyagtudomány alapvetően kémiai tudományok. Az orvostudomány és az egészségügy fejlődése a betegségek, gyógyszerek, élelmiszerek kémiájának problémái; A neurofiziológia és az agyműködés mindenekelőtt a neurokémia, a kémia, az emlékezet kémiája. Az emberiség új, mágikus tulajdonságokkal rendelkező anyagokat, új energiaforrásokat és akkumulátorokat, új tiszta és biztonságos technológiákat vár el a kémiától.

A kémia alapvető tudományként a XX. század elején alakult ki, az új, kvantummechanikával együtt. És ez vitathatatlan igazság, mert a kémia minden tárgya atom, molekula, ion stb. - kvantum objektumok. A kémia fő eseményei a kémiai reakciók és kémiai folyamatok, azaz. Az atommagok átrendeződése és az elektronhéjak, a reaktáns molekulák elektronruháinak átalakulása termékmolekulákká szintén kvantumesemény.

A kémiai eljárások iránti igény az új termelési követelmények hatására jelentkezik. A kémia fő problémájának megoldására a korábban vizsgált összetételtanon és szerkezetelméleteken alapuló módszerek itt nyilvánvalóan nem voltak elegendőek, és egy új szint – a kémiai ismeretek – a kémiai folyamatokkal kapcsolatos ismeretek szintje lép fel. A kémia nemcsak az anyagok, mint inkább a teljes tárgyak tudományává válik, hanem az anyag változási folyamatainak és mechanizmusainak tudományává. Ennek köszönhetően biztosította a szintetikus anyagok előállítását.

A modern társadalomban a kémiai folyamatok tanulmányozása szükséges tudás, hiszen a tudománynak fejlődnie kell, új felfedezésekre kell törekednie, és ehhez csak az ember járulhat hozzá.

Felhasznált irodalom jegyzéke

1. Bochkarev A. I. - A modern természettudomány fogalmai: tankönyv egyetemisták számára A. I. Bochkarev, T. S. Bochkareva, S. V. Saksonov; szerkesztette prof. A. I. Bocskareva. - Toljatti: TGUS, 2008. - 386 p. [elektronikus forrás]www.tolgas.ru (hozzáférés dátuma: 2102.11.14.)

2. Sadokhin A.P. A modern természettudomány fogalmai: tankönyv bölcsész és közgazdasági és gazdálkodási szakos egyetemisták számára / A.P. Sadokhin. -- 2. kiadás, átdolgozva. és további - M.: UNITY-DANA, 2006. - 447 oldal [elektronikus forrás] http://www.twirpx.com/file/20132/ (Hozzáférés dátuma: 2102.10.12.)

Közzétéve az Allbest.ru oldalon

...

Hasonló dokumentumok

A bioszféra meghatározása, evolúciója, határai és összetétele, védelme. Az élő anyag tulajdonságai. Az atomok biogén migrációja. Biomassza, eloszlása ​​a bolygón. A növények, állatok és mikroorganizmusok szerepe az anyagok körforgásában. Bioszféra és energiaátalakítás.

teszt, hozzáadva 2013.09.15


Rend, rendezetlenség a természetben, a hőmozgás sajátosságai, mint a kaotikus, rendezetlen rend példája. Az energiadisszipációs folyamat jelensége. Az anyagok kémiai folyamatai és tulajdonságai. Testek minősége egy rakétában nagy sebességű körülmények között.

tanfolyami munka, hozzáadva 2010.11.03


Az önszerveződés elméletének tanulmányozása. Az önszervező rendszerek kialakításának fő kritériuma. Nem egyensúlyi folyamatok és nyílt rendszerek. Disszipatív struktúrák önszerveződése. Belousov-Zhabotinsky kémiai reakciója. Önszerveződés a fizikai jelenségekben.

absztrakt, hozzáadva: 2010.09.30


A sejtmag, mint az eukarióta sejt egyik szerkezeti eleme, amely DNS-molekulákban tartalmaz genetikai információkat. A magburok, mag, mátrix, mint az atommag szerkezeti elemei. A molekulák replikációs és transzkripciós folyamatainak jellemzői.

bemutató, hozzáadva: 2012.08.01


Az anyagok sejtmembránon való áthaladásának mechanizmusainak elemzése. A fő folyamatok, amelyek során az anyagok behatolnak a membránba. Az egyszerű és könnyített diffúzió tulajdonságai. Az aktív szállítás típusai. Ioncsatornák, különbségük a pórusoktól, gradiens.

bemutató, hozzáadva 2014.11.06


Nitrogéntartalmú anyagok átalakulása növényekben. Minőség növényi olajok környezeti tényezőktől függően. Anyagok átalakulása olajos magvak érése során. Vernalizáció, lényege és jelentősége. A hőmérséklet és a fény hatása a magvak nyugalmára.

teszt, hozzáadva: 2011.09.05


A glükóz lebomlásának lehetséges útjainak elemzése. Az aerob anyagcsere összetevőinek és működési elvének meghatározása. A szénhidrátoktól kémiai természetükben eltérő szerves savak képződésének és biotranszformációjának folyamatai.

absztrakt, hozzáadva: 2015.09.06


Anyagáramlások, energia és pusztító blokkok az ökoszisztémákban. A biológiai termelékenység problémái. Számok, biomassza és energia piramisai. Az anyag és az energia átalakulási folyamatai a bióta és a fizikai környezet között. Az anyagok biokémiai keringése.

absztrakt, hozzáadva: 2010.06.26


Newton gravitációs törvénye. Speciális relativitáselmélet. A termodinamika második főtétele. Ötletek az atomok szerkezetéről. A kémiai kinetika módszerei. Az egyensúly fogalmai, az egyensúlyi sugárzás. Atomfúziós reakciók. A biotikus ciklus jellemzői.

teszt, hozzáadva: 2011.04.16


A növényekben az anyagok kiválasztásának folyamatai által végzett fő funkciók leírása. Az allelopátia, kiválasztás és szekréció fogalma. Speciális szekréciós struktúrák funkciói a növényekben. Az anyagok kiválasztásában részt vevő epidermális képződmények csoportjai.

Kémiai folyamatoknak tekinthetők az élő természetben megfigyelhető vegyületek kölcsönös átalakulása, valamint az emberi tevékenység hatására bekövetkező átalakulások. A bennük lévő reagensek lehetnek két vagy több anyag, amelyek azonos vagy eltérő aggregációs állapotban vannak. Ettől függően homogén vagy heterogén rendszereket különböztetnek meg. Ebben a munkában a tanfolyam feltételeiről, sajátosságairól és a kémiai folyamatok természetben betöltött szerepéről lesz szó.

Mit értünk kémiai reakció alatt?

Ha a kiindulási anyagok kölcsönhatása következtében molekuláik alkotórészei változáson mennek keresztül, de az atommagok töltései változatlanok maradnak, akkor kémiai reakciókról vagy folyamatokról beszélünk. Az áramlásuk eredményeként keletkező termékeket az ember az iparban, a mezőgazdaságban és a mindennapi életben hasznosítja. Az élő és az élettelen természetben egyaránt hatalmas számú kölcsönhatás lép fel az anyagok között. A kémiai folyamatok alapvetően különböznek a fizikai jelenségektől és a radioaktivitás tulajdonságaitól. Új anyagok molekulái képződnek bennük, miközben a fizikai folyamatok nem változtatják meg a vegyületek összetételét, hanem nukleáris reakciókúj kémiai elemek atomjai keletkeznek.

A kémiai folyamatok végrehajtásának feltételei

Különbözőek lehetnek, és mindenekelőtt a reagensek természetétől, a kívülről beáramló energia szükségességétől, valamint az aggregáció állapotától (szilárd anyagok, oldatok, gázok) függnek, amelyben a folyamat végbemegy. A két vagy több vegyület közötti kölcsönhatás kémiai mechanizmusa végrehajtható katalizátorok (például salétromsav előállítása), hőmérséklet (ammónia termelése) vagy fényenergia (fotoszintézis) hatására. Az élő természetben enzimek részvételével a kémiai fermentációs reakciók (alkoholos, tejsav, vajsav) folyamatai elterjedtek, az élelmiszer- és mikrobiológiai iparban használatosak. A szerves szintézis iparban történő termékek előállításához az egyik fő feltétel a kémiai folyamat szabad gyökös mechanizmusának jelenléte. Ilyen például a metán klórozott származékainak (diklór-metán, triklór-metán, szén-tetraklorid) előállítása, amelyek láncreakciók eredményeként keletkeznek.

Homogén katalízis

Két vagy több anyag közötti érintkezés speciális típusait képviselik. A homogén fázisban (például gáz - gáz) a reakciógyorsítók részvételével lezajló kémiai folyamatok lényege, hogy a reakciókat a keverékek teljes térfogatában hajtsák végre. Ha a katalizátor ugyanolyan aggregált állapotban van, mint a reagensek, akkor mobil intermedier komplexeket képez a kiindulási vegyületekkel.

A homogén katalízis egy alapvető kémiai folyamat, amelyet például az olajfinomításnál, benzin, benzin, gázolaj és más típusú üzemanyagok előállításánál hajtanak végre. Olyan technológiákat használ, mint a reformálás, az izomerizálás és a katalitikus krakkolás.

Heterogén katalízis

Heterogén katalízis esetén a reagáló anyagok érintkezése leggyakrabban magának a katalizátornak a szilárd felületén történik. Úgynevezett aktív központok képződnek rajta. Ezek olyan területek, ahol a reagáló vegyületek kölcsönhatása nagyon gyorsan, azaz magas. Fajspecifikusak, és akkor is fontos szerepet játszanak, ha élő sejtekben kémiai folyamatok mennek végbe. Aztán az anyagcseréről – anyagcsere-reakciókról – beszélnek. A heterogén katalízisre példa a szulfátsav ipari előállítása. Egy kontaktberendezésben kén-dioxid és oxigén gáznemű keverékét felmelegítik, és a vanádium-oxid vagy a vanadil-szulfát VOSO 4 diszpergált porával töltött rácspolcokon keresztül vezetik át. A kapott terméket, a kén-trioxidot ezután tömény kénsavba abszorbeálják. Egy óleum nevű folyadék keletkezik. Vízzel hígítva a kívánt koncentrációjú szulfátsavat kapjuk.

A termokémiai reakciók jellemzői

Fontos az energia hő formájában történő felszabadulása vagy elnyelése gyakorlati jelentősége. Elég csak felidézni az üzemanyagok égési reakcióit: földgáz, szén, tőzeg. Ezek fizikai és kémiai folyamatok fontos jellemzője ami az égéshő. A termikus reakciók mind a szerves világban, mind az élettelen természetben elterjedtek. Például az emésztési folyamat során a fehérjék, lipidek és szénhidrátok biológiailag aktív anyagok - enzimek - hatására lebomlanak.

A felszabaduló energia ATP molekulák formájában halmozódik fel. A disszimilációs reakciók energia felszabadulásával járnak, melynek egy része hő formájában disszipálódik. Az emésztés eredményeképpen minden gramm fehérje 17,2 kJ energiát biztosít, a keményítő - 17,2 kJ, a zsír - 38,9 kJ. Az energiát felszabadító kémiai folyamatokat exotermnek, az energiát elnyelő kémiai folyamatokat endotermnek nevezzük. A szerves szintézis iparban és más technológiákban a termokémiai reakciók termikus hatásait számítják ki. Ezt fontos tudni például a reaktorok és szintézisoszlopok fűtésére felhasznált energia mennyiségének helyes kiszámításához, amelyekben hőelnyeléssel járó reakciók mennek végbe.

A kinetika és szerepe a kémiai folyamatok elméletében

Az ipar előtt álló legfontosabb feladat a részecskék (molekulák, ionok) reakciósebességének kiszámítása. Megoldása gazdasági hatást és a technológiai ciklusok jövedelmezőségét biztosítja a vegyipari gyártásban. Az ilyen reakciók sebességének növeléséhez, például az ammónia szintéziséhez, a döntő tényező a nitrogén és hidrogén gázelegy nyomásának 30 MPa-ra történő megváltoztatása, valamint a hőmérséklet hirtelen emelkedésének megakadályozása (az optimális hőmérséklet 450-550 °C).

A szulfátsav előállításához használt kémiai eljárások, nevezetesen: piritek elégetése, kén-dioxid oxidációja, kén-trioxid óleum általi abszorpciója, különböző körülmények között zajlanak. Erre a célra piritkemencét és érintkezőeszközöket használnak. Figyelembe veszik a reagáló anyagok koncentrációját, a hőmérsékletet és a nyomást. Mindezek a tényezők összefüggésben állnak a reakció legnagyobb sebességgel történő végrehajtásával, ami 96-98%-ra növeli a szulfátsav hozamát.

Az anyagok körforgása mint fizikai és kémiai folyamatok a természetben

A jól ismert mondás: „A mozgás az élet” olyan kémiai elemekre is alkalmazható, amelyek különféle kölcsönhatásba lépnek (kombinációs, helyettesítési, bomlási, cserereakciók). A kémiai elemek molekulái és atomjai folyamatos mozgásban vannak. Amint azt a tudósok megállapították, a fentiekhez mind fizikai jelenségek társulhatnak: hő felszabadulása vagy elnyelése, fényfotonok kibocsátása, az aggregációs állapot megváltozása. Ezek a folyamatok a Föld minden héjában előfordulnak: litoszférában, hidroszférában, légkörben, bioszférában. Ezek közül a legjelentősebbek az olyan anyagok körforgása, mint az oxigén, a szén-dioxid és a nitrogén. A következő címben azt nézzük meg, hogyan kering a nitrogén a légkörben, a talajban és az élő szervezetekben.

A nitrogén és vegyületeinek interkonverziója

Köztudott, hogy a nitrogén elengedhetetlen szerves része fehérjék, ami azt jelenti, hogy kivétel nélkül részt vesz a földi élet minden típusának kialakításában. A nitrogént a növények és állatok ionok formájában szívják fel: ammónium-, nitrát- és nitrit-ionok. A fotoszintézis eredményeként a növények nemcsak glükózt, hanem aminosavakat, glicerint és zsírsavakat is termelnek. A fenti kémiai vegyületek mindegyike a Calvin-ciklusban végbemenő reakciók terméke. A kiváló orosz tudós, K. Timirjazev a zöld növények kozmikus szerepéről beszélt, többek között fehérjeszintetizáló képességükről.

A növényevők növényi táplálékból, míg a húsevők a ragadozó húsából szerzik be a peptideket. A szaprotróf talajbaktériumok hatására a növényi és állati maradványok bomlása során összetett biológiai és kémiai folyamatok mennek végbe. Ennek eredményeként a nitrogén a szerves vegyületek szervetlen formába megy át (ammónia, szabad nitrogén, nitrátok és nitritek képződnek). Visszatérve a légkörre és a talajra, ezeket az anyagokat ismét felszívják a növények. A nitrogén a levélbőr sztómáin keresztül jut be, a nitrogénoldatokat és sóikat pedig a növényi gyökerek gyökérszőrei szívják fel. A nitrogén konverziós ciklus bezárul, hogy megismétlődjön. A természetben előforduló kémiai folyamatok lényegét a 20. század elején részletesen tanulmányozta D. N. Pryanishnikov orosz tudós.

Porkohászat

A modern kémiai eljárások és technológiák jelentősen hozzájárulnak az egyedi fizikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkező anyagok létrehozásához. Ez elsősorban az olajfinomítók, a szervetlen savakat, színezékeket, lakkokat és műanyagokat gyártó vállalkozások műszerei és berendezései számára fontos. Gyártásukban hőcserélőket, érintkező eszközöket, szintézis oszlopokat és csővezetékeket használnak. A berendezés felülete érintkezésbe kerül az alatta elhelyezkedő agresszív közegekkel magas nyomású. Ezenkívül szinte minden vegyi gyártási folyamatot magas hőmérsékleten hajtanak végre. Sürgősen olyan anyagokat kell beszerezni, amelyek magas hő- és savállósággal és korróziógátló tulajdonságokkal rendelkeznek.

A porkohászat magában foglalja a fémtartalmú porok előállításának, szinterezésének és a kémiailag agresszív anyagokkal való reakciókban használt modern ötvözetek összetételébe való beépítésének folyamatait.

Kompozitok és jelentésük

A modern technológiák közül a legfontosabb kémiai folyamatok a kompozit anyagok előállítására irányuló reakciók. Ide tartoznak a habok, cermetek és norpapalsták. Fémeket és ötvözeteiket, kerámiákat és műanyagokat használnak mátrixként a gyártáshoz. Töltőanyagként kalcium-szilikátot, fehér agyagot, stronciumot és bárium-ferridet használnak. A fenti anyagok mindegyike ütésállóságot, hőállóságot és kopásállóságot biztosít a kompozit anyagoknak.

Mi az a kémiai technológia

Az a tudományág, amely a nyersanyagok: olaj, földgáz, szén, ásványok feldolgozásának reakcióiban alkalmazott eszközök és módszerek vizsgálatával foglalkozik, ún. kémiai technológia. Más szóval, ez az emberi tevékenység eredményeként fellépő kémiai folyamatok tudománya. Teljes elméleti bázisa matematikából, kibernetikából, fizikai kémiából és ipari közgazdaságtanból áll. Nem mindegy, hogy milyen kémiai folyamat zajlik a technológiában (nitrátsav előállítása, mészkő lebontása, fenol-formaldehid műanyagok szintézise) – modern körülmények között lehetetlen az emberi tevékenységet elősegítő, a környezetszennyezést kiküszöbölő automatizált vezérlőrendszerek nélkül, valamint folyamatos és hulladékmentes vegyszergyártási technológia biztosítása.

Ebben a munkában az élő természetben (fotoszintézis, disszimiláció, nitrogén körforgás) és az iparban lezajló kémiai folyamatokra is példákat vizsgáltunk.

Kémiai reakciók a reagensek spontán keveredésekor vagy fizikai érintkezésekor, melegítéssel, katalizátorok részvételével (katalízis), fény hatására (fotokémiai reakciók), elektromos árammal (elektródos folyamatok), ionizáló sugárzással (sugárzás-kémiai reakciók), mechanikai hatásokkal lépnek fel. (mechanokémiai reakciók), alacsony hőmérsékletű plazmában (plazmakémiai reakciók), stb. Az anyagok spontán átalakulása akkor következik be, ha elegendő energiával rendelkeznek a rendszer kezdeti és végső állapotát elválasztó potenciálgát leküzdéséhez (Aktivációs energia).

Osztályozás

Létezik nagy számban jelek, amelyek alapján a kémiai reakciók osztályozhatók.

A reagáló rendszer fázisösszetételének megfelelően

• Homogén homofázisos reakciók.

Az ilyen típusú reakciókban a reakcióelegy homogén, és a reagensek és a termékek ugyanabba a fázisba tartoznak. Ilyen reakciók például az ioncserélő reakciók, például egy sav és lúg semlegesítése oldatban:

NaOH (r.) + HCl (r.) → NaCl (r.) + H 2 O

• Heterogén heterofázisos reakciók

Ebben az esetben a reagensek különböző fázisállapotúak, és a reakciótermékek is bármilyen fázisállapotban lehetnek. A reakciófolyamat a fázishatáron megy végbe. Példa erre a szénsavsók (karbonátok) reakciója Bronsted-savakkal:

CaCO 3 (t.) + 2HCl (r.) → CaCl 2 (r.) + CO 2 (g.) + H 2 O (l.)

• Heterogén homofázisos reakciók

Az ilyen reakciók egy fázison belül mennek végbe, de a reakcióelegy heterogén. Például az ammónium-klorid képződésének reakciója gáznemű hidrogén-kloridból és ammóniából:

NH 3 (g.) + HCl (g.) → NH 4 Cl (t.)

• Homogén heterofázisos reakciók

Az ilyen reakcióban lévő reagensek és termékek egy fázison belül léteznek, de a reakció a határfelületen megy végbe. Ilyen reakciók például néhány heterogén katalitikus reakció, például az ammónia szintézisének reakciója hidrogénből és nitrogénből:

A reaktánsok oxidációs állapotának megváltoztatásával

Ebben az esetben van különbség

• Redox reakciók

amelyben egy elem atomjai (oxidálószer) helyreállítják, vagyis csökkentik az oxidációs állapotukat, és egy másik elem atomjai (redukálószer) oxidálódik, vagyis növelik oxidációs állapotukat. A redoxreakciók speciális esetei a diszproporcionálási reakciók, amelyekben az oxidáló és redukálószer ugyanazon elem különböző oxidációs állapotú atomjai.

Az oxidációs-redukciós reakcióra példa a hidrogén (redukálószer) oxigénben (oxidálószer) való elégetése víz keletkezése céljából:

2H 2 + O 2 = 2H 2 O

Az aránytalanítási reakcióra példa az ammónium-nitrát bomlási reakciója melegítés közben. Ebben az esetben az oxidálószer a nitrocsoport nitrogénje (+5), a redukálószer pedig az ammóniumkation nitrogénje (-3):

• NH 4 NO 3 = N 2 O + 2H 2 O (250 °C-ig)

Nem redox reakciók - olyan reakciók, amelyekben az atomok oxidációs állapota nem változik, például a fenti semlegesítési reakció.

A reakció termikus hatása szerint

• Minden reakciót hőhatások kísérnek. A reagensekben lévő kémiai kötések felbomlásakor energia szabadul fel, amelyet főként új kémiai kötések kialakítására használnak fel. Egyes reakciókban ezeknek a folyamatoknak az energiája közel van, és ebben az esetben a reakció összhőhatása megközelíti a nullát. Más esetekben meg lehet különböztetni

exoterm reakciók, amelyek vele járnak hőleadás,

• (pozitív termikus hatás) például a hidrogén fenti elégetése

endoterm reakciók, melynek során hő elnyelődik

(negatív hőhatás) a környezetből.< 0) наблюдается A gyakran nagy jelentőségű reakció termikus hatása (reakcióentalpia, ΔrH) a Hess-törvény segítségével számítható ki, ha a reaktánsok és a termékek képződési entalpiája ismert. Ha a termékek entalpiáinak összege kisebb, mint a reaktánsok entalpiáinak összege (Δ r H hőleadás , egyébként (Δ r H > 0) -.

abszorpció

• A reagáló részecskék átalakulásának típusa szerint
• csatlakozások: 2Cu + O 2 = 2CuO,
• bomlás: 2HgO = 2Hg + O 2,
• helyettesítés: Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu,

A kémiai reakciókat mindig fizikai hatások kísérik: energia felvétele és felszabadulása, például hőátadás formájában, a reagensek aggregációs állapotának megváltozása, a reakcióelegy színének megváltozása stb. e fizikai hatások alapján ítélik meg gyakran a kémiai reakciók előrehaladását.

Az anyagban végbemenő kémiai folyamatok különböznek mind a fizikai folyamatoktól, mind a nukleáris átalakulásoktól. IN fizikai folyamatok a résztvevő anyagok változatlanul megőrzik tulajdonságaikat, de megváltoztathatják külső formájukat vagy aggregációs állapotukat.

A kémiai folyamatok (kémiai reakciók) során új, a reagensektől eltérő tulajdonságú anyagokat kapnak, de új elemek atomjai soha nem képződnek. A reakcióban részt vevő elemek atomjaiban szükségszerűen előfordulnak az elektronhéj módosulásai.

A magreakciókban az összes érintett elem atommagjában változások következnek be, ami új elemek atomjainak kialakulásához vezet.

Kémiai reakciók segítségével gyakorlatilag fontos anyagokat lehet előállítani, amelyek korlátozott mennyiségben fordulnak elő a természetben, például nitrogénműtrágyák, vagy valamilyen okból egyáltalán nem találhatók meg, például szulfonamidok és más szintetikus drogok, polietilén és egyéb műanyagok. . A kémia lehetővé teszi új, a természet számára ismeretlen anyagok szintetizálását, amelyek az emberi élethez szükségesek. Ugyanakkor a környezetre és a folyamatban lévő természetes folyamatokra gyakorolt ​​alkalmatlan vagy felelőtlen vegyszerhatás a kialakult természetes kémiai körfolyamatok megzavarásához vezethet, ami a környezeti problémát (környezetszennyezés) sürgetővé teszi, és megnehezíti az ésszerű használat feladatát. természeti erőforrásokés a természetes élőhelyek megőrzése a Földön.

Irodalom

• Kémia: Hivatkozás. szerk./ W. Schröter, K.-H. Lautenschläger, H. Bibrak et al.: Trans. vele. - M.: Kémia, 1989.