Wechselseitige Umwandlungen von Verbindungen, die in Wildtieren beobachtet werden und als Ergebnis menschlicher Aktivitäten auftreten, können als chemische Prozesse betrachtet werden. Reagenzien in ihnen können entweder zwei oder mehr Substanzen sein, die sich in demselben oder in unterschiedlichen Aggregatzuständen befinden. Je nachdem unterscheidet man homogene oder heterogene Systeme. Die Bedingungen für das Dirigieren, die Besonderheiten des Kurses und die Rolle chemischer Prozesse in der Natur werden in dieser Arbeit betrachtet.
Was versteht man unter einer chemischen Reaktion
Wenn sich durch die Wechselwirkung der Ausgangsstoffe die Bestandteile ihrer Moleküle verändern und die Ladungen der Atomkerne gleich bleiben, spricht man von chemischen Reaktionen oder Prozessen. Die durch ihren Fluss entstehenden Produkte werden vom Menschen in Industrie, Landwirtschaft und im Alltag genutzt. Riesige Anzahl von Interaktionenzwischen Stoffen geschieht, sowohl in der belebten als auch in der unbelebten Natur. Chemische Prozesse unterscheiden sich grundlegend von den physikalischen Phänomenen und Eigenschaften der Radioaktivität. In ihnen werden Moleküle neuer Substanzen gebildet, während physikalische Prozesse die Zusammensetzung von Verbindungen nicht verändern und Atome neuer chemischer Elemente in Kernreaktionen entstehen.
Bedingungen für die Durchführung von Verfahren in der Chemie
Sie können unterschiedlich sein und hängen in erster Linie von der Art der Reagenzien, dem Bedarf an Energiezufuhr von außen sowie dem Aggregatzustand (Feststoffe, Lösungen, Gase) ab, in dem der Prozess abläuft. Der chemische Mechanismus der Wechselwirkung zwischen zwei oder mehr Verbindungen kann unter Einwirkung von Katalysatoren (z. B. Herstellung von Salpetersäure), Temperatur (Gewinnung von Ammoniak), Lichtenergie (Photosynthese) durchgeführt werden. Unter Beteiligung von Enzymen in der lebenden Natur sind die Prozesse der chemischen Fermentationsreaktion (Alkohol, Milchsäure, Butter), die in der Lebensmittel- und mikrobiologischen Industrie verwendet werden, weit verbreitet. Um Produkte in der organischen Syntheseindustrie zu erh alten, ist eine der Hauptbedingungen das Vorhandensein eines Radikalmechanismus des chemischen Prozesses. Ein Beispiel wäre die Herstellung von Chlorderivaten von Methan (Dichlormethan, Trichlormethan, Tetrachlorkohlenstoff, die aus Kettenreaktionen resultieren.
Homogene Katalyse
Es handelt sich um spezielle Arten des Kontakts zwischen zwei oder mehr Stoffen. Die Essenz chemischer Prozesse, die in einer homogenen Phase (z. B. Gas - Gas) unter Beteiligung von Beschleunigern ablaufenReaktionen bestehen darin, Reaktionen im gesamten Volumen der Mischungen durchzuführen. Befindet sich der Katalysator im gleichen Aggregatzustand wie die Edukte, bildet er mit den Ausgangsverbindungen bewegliche Zwischenkomplexe.
Homogene Katalyse ist ein grundlegender chemischer Prozess, der beispielsweise bei der Ölraffination, Benzin, Naphtha, Gasöl und anderen Kraftstoffen verwendet wird. Es verwendet Technologien wie Reformierung, Isomerisierung, katalytisches Cracken.
Heterogene Katalyse
Bei der heterogenen Katalyse findet der Kontakt der Reaktanten meistens auf der festen Oberfläche des Katalysators selbst statt. Darauf bilden sich sogenannte aktive Zentren. Dies sind Bereiche, in denen die Wechselwirkung der reagierenden Verbindungen sehr schnell abläuft, dh die Reaktionsgeschwindigkeit hoch ist. Sie sind artspezifisch und spielen auch dann eine wichtige Rolle, wenn in lebenden Zellen chemische Prozesse ablaufen. Dann sprechen sie über Stoffwechsel - Stoffwechselreaktionen. Ein Beispiel für heterogene Katalyse ist die industrielle Herstellung von Sulfatsäure. In der Kontaktapparatur wird ein gasförmiges Gemisch aus Schwefeldioxid und Sauerstoff erhitzt und durch Gitterböden geleitet, die mit dispergiertem Pulver aus Vanadiumoxid oder Vanadylsulfat VOSO4 gefüllt sind. Das resultierende Produkt, Schwefeltrioxid, wird dann von konzentrierter Schwefelsäure absorbiert. Dabei entsteht eine Flüssigkeit namens Oleum. Es kann mit Wasser verdünnt werden, um die gewünschte Konzentration an Sulfatsäure zu erh alten.
Merkmale thermochemischer Reaktionen
Die Freisetzung oder Aufnahme von Energie in Form von Wärme ist von großer praktischer Bedeutung. Es genügt, an die Verbrennungsreaktionen von Brennstoffen zu erinnern: Erdgas, Kohle, Torf. Sie sind physikalische und chemische Prozesse, deren wichtiges Merkmal die Verbrennungswärme ist. Thermische Reaktionen sind sowohl in der organischen Welt als auch in der unbelebten Natur weit verbreitet. Beispielsweise werden im Verdauungsprozess Proteine, Lipide und Kohlenhydrate unter Einwirkung biologisch aktiver Substanzen – Enzyme – abgebaut.
Die freigesetzte Energie wird in Form von makroergen Bindungen von ATP-Molekülen akkumuliert. Dissimilationsreaktionen gehen mit der Freisetzung von Energie einher, von der ein Teil in Form von Wärme abgeführt wird. Als Ergebnis der Verdauung liefert jedes Gramm Protein 17,2 kJ Energie, Stärke - 17,2 kJ, Fett - 38,9 kJ. Chemische Prozesse, die Energie freisetzen, werden als exotherm bezeichnet, solche, die Energie aufnehmen, als endotherm. In der organischen Syntheseindustrie und anderen Technologien werden die thermischen Effekte thermochemischer Reaktionen berechnet. Diese zu kennen ist beispielsweise wichtig für die korrekte Berechnung des Energieaufwands zur Beheizung der Reaktoren und Synthesekolonnen, in denen Reaktionen unter Wärmeaufnahme stattfinden.
Kinetik und ihre Rolle in der Theorie chemischer Prozesse
Die Berechnung der Reaktionsgeschwindigkeit von Teilchen (Molekülen, Ionen) ist die wichtigste Aufgabe der Industrie. Seine Lösung sichert die Wirtschaftlichkeit und Rentabilität von Technologiekreisläufen in der chemischen Produktion. Zur SteigerungFür die Geschwindigkeit einer solchen Reaktion, wie der Synthese von Ammoniak, sind die entscheidenden Faktoren eine Druckänderung in einem Gasgemisch aus Stickstoff und Wasserstoff bis zu 30 MPa sowie die Verhinderung eines starken Temperaturanstiegs (der Temperatur 450-550 °C ist optimal).
Chemische Prozesse, die bei der Herstellung von Sulfatsäure verwendet werden, nämlich: Pyritverbrennung, Schwefeldioxidoxidation, Absorption von Schwefeltrioxid durch Oleum, werden unter verschiedenen Bedingungen durchgeführt. Dazu werden ein Pyritofen und Kontaktgeräte verwendet. Sie berücksichtigen die Konzentration der Reaktanten, Temperatur und Druck. Alle diese Faktoren korrelieren, um die Reaktion mit der höchsten Geschwindigkeit durchzuführen, was die Ausbeute an Sulfatsäure auf 96-98 % erhöht.
Stoffkreisläufe als physikalische und chemische Prozesse in der Natur
Das bekannte Sprichwort "Bewegung ist Leben" lässt sich auch auf chemische Elemente anwenden, die verschiedene Arten von Wechselwirkungen (Verbindungs-, Substitutions-, Zersetzungs-, Austauschreaktionen) eingehen. Moleküle und Atome chemischer Elemente sind in ständiger Bewegung. Wie Wissenschaftler festgestellt haben, können alle oben genannten Arten chemischer Reaktionen von physikalischen Phänomenen begleitet sein: der Freisetzung von Wärme oder ihrer Absorption, der Emission von Lichtphotonen, einer Änderung des Aggregatzustands. Diese Prozesse finden in jeder Hülle der Erde statt: Lithosphäre, Hydrosphäre, Atmosphäre, Biosphäre. Die wichtigsten davon sind die Kreisläufe von Stoffen wie Sauerstoff, Kohlendioxid und Stickstoff. In der nächsten Überschrift sehen wir uns an, wie Stickstoff in der Atmosphäre, im Boden und im Boden zirkuliertlebende Organismen.
Umwandlung von Stickstoff und seinen Verbindungen
Stickstoff ist bekanntlich ein notwendiger Bestandteil von Proteinen und somit ausnahmslos an der Entstehung aller Arten von irdischem Leben beteiligt. Stickstoff wird von Pflanzen und Tieren in Form von Ionen aufgenommen: Ammonium-, Nitrat- und Nitritionen. Als Ergebnis der Photosynthese bilden Pflanzen nicht nur Glukose, sondern auch Aminosäuren, Glycerin und Fettsäuren. Alle oben genannten chemischen Verbindungen sind Reaktionsprodukte des Calvin-Zyklus. Der herausragende russische Wissenschaftler K. Timiryazev sprach über die kosmische Rolle grüner Pflanzen und verwies unter anderem auf ihre Fähigkeit, Proteine zu synthetisieren.
Pflanzenfresser erh alten ihre Peptide aus pflanzlicher Nahrung, während Fleischfresser ihre Peptide aus Beutefleisch beziehen. Bei der Verwesung pflanzlicher und tierischer Überreste unter dem Einfluss saprotropher Bodenbakterien laufen komplexe biologische und chemische Prozesse ab. Dadurch geht Stickstoff aus organischen Verbindungen in eine anorganische Form über (es entstehen Ammoniak, freier Stickstoff, Nitrate und Nitrite). Zurück in die Atmosphäre und den Boden werden alle diese Stoffe wieder von Pflanzen aufgenommen. Stickstoff dringt durch die Sp altöffnungen der Blatthaut ein, und Lösungen von Salpetersäure und salpetrigen Säuren und ihren Salzen werden von den Wurzelhaaren der Pflanzenwurzeln absorbiert. Der Kreislauf der Stickstoffumwandlung schließt sich, um sich erneut zu wiederholen. Das Wesen chemischer Prozesse, die mit Stickstoffverbindungen in der Natur ablaufen, wurde Anfang des 20. Jahrhunderts vom russischen Wissenschaftler D. N. Pryanishnikov eingehend untersucht.
Pulvermetallurgie
Moderne chemische Prozesse und Technologien leisten einen wesentlichen Beitrag zur Schaffung von Materialien mit einzigartigen physikalischen und chemischen Eigenschaften. Dies ist vor allem für Instrumente und Ausrüstung von Ölraffinerien, Unternehmen, die anorganische Säuren, Farbstoffe, Lacke und Kunststoffe herstellen, besonders wichtig. Bei ihrer Herstellung werden Wärmetauscher, Kontaktgeräte, Synthesekolonnen, Rohrleitungen verwendet. Die Oberfläche der Geräte steht mit aggressiven Medien unter hohem Druck in Kontakt. Darüber hinaus werden fast alle chemischen Produktionsprozesse bei hohen Temperaturen durchgeführt. Relevant ist die Herstellung von Materialien mit hoher Wärme- und Säurebeständigkeit sowie Korrosionsschutzeigenschaften.
Die Pulvermetallurgie umfasst die Herstellung von metallh altigen Pulvern, das Sintern und das Einarbeiten in moderne Legierungen, die bei Reaktionen mit chemisch aggressiven Stoffen verwendet werden.
Komposite und ihre Bedeutung
Unter den modernen Technologien sind die wichtigsten chemischen Prozesse die Reaktionen zur Gewinnung von Verbundwerkstoffen. Dazu gehören Schäume, Cermets, Norpapalste. Als Matrix für die Produktion werden Metalle und deren Legierungen, Keramiken und Kunststoffe verwendet. Als Füllstoffe werden Calciumsilikat, weißer Ton, Strontium- und Bariumferride verwendet. Alle oben genannten Substanzen verleihen Verbundwerkstoffen Schlagfestigkeit, Hitze- und Verschleißfestigkeit.
Was ist Chemieingenieurwesen
Der Wissenschaftszweig, der die Mittel und Methoden untersucht, die bei den Reaktionen der Verarbeitung von Rohstoffen verwendet werden: Öl, Erdgas, Kohle, Mineralien, wurde als chemische Technologie bezeichnet. Mit anderen Worten, es ist die Wissenschaft von chemischen Prozessen, die als Ergebnis menschlicher Aktivitäten ablaufen. Ihre gesamte theoretische Basis besteht aus Mathematik, Kybernetik, physikalischer Chemie und Industrieökonomie. Es spielt keine Rolle, welcher chemische Prozess an der Technologie beteiligt ist (Gewinnung von Salpetersäure, Zersetzung von Kalkstein, Synthese von Phenol-Formaldehyd-Kunststoffen) - unter modernen Bedingungen ist dies ohne automatisierte Kontrollsysteme unmöglich, die menschliche Aktivitäten erleichtern, Umweltverschmutzung beseitigen und sicherstellen kontinuierliche und abfallfreie chemische Produktionstechnologie.
In diesem Artikel haben wir Beispiele für chemische Prozesse betrachtet, die sowohl in der Tierwelt (Photosynthese, Dissimilation, Stickstoffkreislauf) als auch in der Industrie vorkommen.
