Жапайы жаратылышта байкалган, ошондой эле адамдын аракетинин натыйжасында пайда болгон кошулмалардын өз ара өзгөрүшүн химиялык процесстер катары кароого болот. Алардагы реактивдер бир эле же ар кандай агрегация абалындагы эки же андан көп заттар болушу мүмкүн. Ушуга жараша бир тектүү же гетерогендик системалар бөлүнөт. Жүргүзүү шарттары, курстун өзгөчөлүктөрү жана жаратылыштагы химиялык процесстердин ролу бул макалада каралат.
Химиялык реакция деген эмнени билдирет
Эгерде баштапкы заттардын өз ара аракеттешүүсүнүн натыйжасында алардын молекулаларынын составдык бөлүктөрү өзгөрүүгө дуушар болуп, атомдордун ядролорунун заряддары өзгөрүүсүз калса, алар химиялык реакциялар же процесстер жөнүндө сөз кылышат. Алардын агымынын натыйжасында пайда болгон продуктылар адам тарабынан өнөр жайда, айыл чарбасында жана күнүмдүк турмушта колдонулат. Өз ара аракеттенүүлөрдүн көп санызаттардын ортосунда жандуу жана жансыз жаратылышта болот. Химиялык процесстер радиоактивдүүлүктүн физикалык кубулуштарынан жана касиеттеринен принципиалдуу айырмачылыкка ээ. Аларда жаңы заттардын молекулалары пайда болот, ал эми физикалык процесстер бирикмелердин курамын өзгөртпөйт, ядролук реакцияларда жаңы химиялык элементтердин атомдору пайда болот.
Химиядагы процесстерди ишке ашыруунун шарттары
Алар ар кандай болушу мүмкүн жана биринчи кезекте реагенттердин мүнөзүнө, сырттан келген энергия агымынын муктаждыгына, ошондой эле процесс жүрүп жаткан агрегация абалына (катуу заттар, эритмелер, газдар) көз каранды. Эки же андан көп кошулмалардын өз ара аракеттенүүсүнүн химиялык механизми катализаторлордун (мисалы, азот кислотасын алуу), температуранын (аммиакты алуу), жарык энергиясынын (фотосинтез) таасири астында ишке ашырылышы мүмкүн. Ферменттердин катышуусу менен тирүү жаратылышта тамак-аш жана микробиологиялык өнөр жайда колдонулуучу ачытуу (спирт, сүт кислотасы, бутирик) химиялык реакциясынын процесстери кеңири таралган. Органикалык синтез тармагында продукция алуу үчүн химиялык процесстин эркин радикалдуу механизминин болушу негизги шарттардын бири болуп саналат. Мисал катары метандын хлор туундуларын (дихлорометан, трихлорметан, төрт хлордуу көмүртек, чынжыр реакцияларынын натыйжасында пайда болгон) өндүрүүнү алса болот.
Бир тектүү катализ
Алар эки же андан көп заттардын ортосундагы байланыштын өзгөчө түрлөрү. Тездеткичтердин катышуусу менен бир тектүү фазада (мисалы, газ – газ) өтүүчү химиялык процесстердин маңызыреакциялар, аралашмалардын бардык көлөмүндө реакцияларды жүргүзүүдөн турат. Эгерде катализатор реакцияга кирүүчү заттар менен бирдей агрегация абалында болсо, ал баштапкы кошулмалар менен кыймылдуу аралык комплекстерди түзөт.
Гомогендүү катализ – бул, мисалы, нефтини кайра иштетүүдө, бензинде, нафтада, газойлдо жана башка отундарда колдонулуучу негизги химиялык процесс. Бул реформалоо, изомерлөө, каталитикалык крекинг сыяктуу технологияларды колдонот.
Гетерогендүү катализ
Гетерогендүү катализде реакцияга кирүүчү заттардын контакты көбүнчө катализатордун өзүнүн катуу бетинде болот. Анын үстүндө активдүү деп аталган борборлор түзүлөт. Булар реакцияга кирүүчү кошулмалардын өз ара аракети өтө тез жүргөн аймактар, башкача айтканда реакция ылдамдыгы жогору. Алар түргө мүнөздүү жана тирүү клеткаларда химиялык процесстер болгон учурда да маанилүү роль ойнойт. Андан кийин алар зат алмашуу - зат алмашуу реакциялары жөнүндө айтышат. Гетерогендик катализге мисал катары сульфат кислотасын өнөр жайлык өндүрүүнү айтса болот. Байланыш аппаратында күкүрт диоксиди менен кычкылтектин газ түрүндөгү аралашмасы ысытылат жана ванадий кычкылынын же ванадилсульфаттын дисперстүү порошок VOSO4 толтурулган торлуу текчелерден өткөрүлөт. Алынган продукт, күкүрт үч кычкылы, андан кийин концентраттуу күкүрт кислотасы менен сиңет. Олеум деп аталган суюктук пайда болот. Сульфат кислотасынын керектүү концентрациясын алуу үчүн аны суу менен суюлтса болот.
Термохимиялык реакциялардын өзгөчөлүктөрү
Энергиянын жылуулук түрүндө бөлүнүп чыгышы же жутулушу абдан чоң практикалык мааниге ээ. Күйүүчү майдын күйүү реакцияларын эске алуу жетиштүү: жаратылыш газы, көмүр, торф. Алар физикалык жана химиялык процесстер, алардын маанилүү мүнөздөмөсү күйүү жылуулук болуп саналат. Жылуулук реакциялары органикалык дүйнөдө да, жансыз жаратылышта да кеңири таралган. Мисалы, тамак сиңирүү процессинде белоктор, липиддер жана углеводдор биологиялык активдүү заттардын – ферменттердин таасири астында ажырайт.
Чыгарылган энергия АТФ молекулаларынын макроэргиялык байланыштары түрүндө топтолот. Диссимиляция реакциялары энергиянын бөлүнүп чыгышы менен коштолот, анын бир бөлүгү жылуулук түрүндө тарайт. Аш сиңирүүнүн натыйжасында ар бир грамм белок 17,2 кДж, крахмал 17,2 кДж, май 38,9 кДж энергия берет. Энергияны бөлүп чыгаруучу химиялык процесстер экзотермиялык, ал эми аны сиңирүүчү процесстер эндотермикалык деп аталат. Органикалык синтез индустриясында жана башка технологияларда термохимиялык реакциялардын жылуулук эффектилери эсептелинет. Муну, мисалы, жылуулукту сиңирүү менен коштолгон реакциялар жүрүп жаткан реакторлорду жана синтез колонналарын жылытууга сарпталган энергиянын көлөмүн туура эсептөө үчүн билүү маанилүү.
Кинетика жана анын химиялык процесстердин теориясындагы ролу
Реакциялашуучу бөлүкчөлөрдүн (молекулалардын, иондордун) ылдамдыгын эсептөө өнөр жайдын алдында турган эң маанилүү милдет. Аны чечүү химиялык өндүрүштөгү технологиялык циклдердин экономикалык эффективдүүлүгүн жана рентабелдүүлүгүн камсыз кылат. жогорулатуу үчүнаммиактын синтези сыяктуу реакциянын ылдамдыгы чечүүчү факторлор азот менен суутектин газ аралашмасындагы басымдын 30 МПа чейин өзгөрүшү, ошондой эле температуранын (температуранын) кескин жогорулашына жол бербөө болот. 450-550 °C оптималдуу.
Сульфат кислотасын алууда колдонулуучу химиялык процесстер, атап айтканда: пириттерди күйгүзүү, күкүрт кычкыл газын кычкылдандыруу, күкүрттүн үч кычкылын олеум менен сиңирүү, ар кандай шарттарда жүргүзүлөт. Бул үчүн пирит меши жана байланыш түзүлүштөрү колдонулат. Алар реакцияга кирүүчү заттардын концентрациясын, температураны жана басымды эске алышат. Бул факторлордун баары реакцияны эң жогорку ылдамдыкта жүргүзүүгө байланыштуу, бул сульфат кислотасынын түшүмдүүлүгүн 96-98%ке чейин жогорулатат.
Табигаттагы физикалык жана химиялык процесстер катары заттардын айлануусу
Белгилүү "Кыймыл - бул жашоо" деген сөздү өз ара аракеттенүүнүн ар кандай түрлөрүнө (кошуу, алмаштыруу, ажыроо, алмашуу реакциялары) кирген химиялык элементтерге да колдонууга болот. Химиялык элементтердин молекулалары жана атомдору тынымсыз кыймылда. Окумуштуулар белгилегендей, химиялык реакциялардын жогоруда аталган түрлөрүнүн бардыгы физикалык кубулуштар менен коштолушу мүмкүн: жылуулуктун чыгышы же анын жутулушу, жарыктын фотондорунун чыгышы, агрегация абалынын өзгөрүшү. Бул процесстер Жердин ар бир кабыгында болот: литосферада, гидросферада, атмосферада, биосферада. Алардын эң маанилүүсү кычкылтек, көмүр кычкыл газы жана азот сыяктуу заттардын айлануусу. Кийинки рубрикада азоттун атмосферада, топуракта жана кандайча айланарын карайбызтирүү организмдер.
Азоттун жана анын кошулмаларынын өз ара конверсиясы
Азот белоктордун зарыл составдык бөлүгү экени белгилүү, демек ал жердеги тиричиликтин бардык түрлөрүнүн пайда болушуна өзгөчө катышат. Азот өсүмдүктөр менен жаныбарларга иондор: аммоний, нитрат жана нитрит иондору түрүндө сиңет. Фотосинтездин натыйжасында өсүмдүктөр глюкозаны гана эмес, аминокислоталарды, глицеринди, май кислоталарын да пайда кылат. Жогорудагы химиялык кошулмалардын баары Кальвин циклинде болгон реакциялардын продуктулары. Көрүнүктүү орус окумуштуусу К. Тимирязев жашыл өсүмдүктөрдүн космостук ролу жөнүндө айтып, башка нерселер менен катар алардын протеиндерди синтездөө жөндөмдүүлүгүнө да токтолгон.
Чөп жегичтер пептиддерди өсүмдүк тамактарынан алышат, ал эми жырткычтар пептиддерди жырткычтын этинен алышат. Сапротрофтуу топурак бактерияларынын таасири астында өсүмдүк жана жаныбарлардын калдыктарынын чиришинде татаал биологиялык жана химиялык процесстер жүрөт. Натыйжада органикалык бирикмелерден азот органикалык эмес түргө өтөт (аммиак, эркин азот, нитраттар жана нитриттер пайда болот). Атмосферага жана топуракка кайтып келгенде, бул заттардын баары кайрадан өсүмдүктөргө сиңишет. Азот жалбырактардын терисинин устьицалары аркылуу кирип, азот жана азот кислоталарынын эритмелери жана алардын туздары өсүмдүктөрдүн тамырынын тамыр түкчөлөрүнө сиңет. Азоттун айлануу цикли кайра кайталанышы үчүн жабылат. Жаратылыштагы азот бирикмелери менен болгон химиялык процесстердин маңызын 20-кылымдын башында орус окумуштуусу Д. Н. Прянишников кеңири изилдеген.
Прошок металлургиясы
Заманбап химиялык процесстер жана технологиялар уникалдуу физикалык жана химиялык касиеттери бар материалдарды жасоого олуттуу салым кошууда. Бул биринчи кезекте нефтини кайра иштетуучу заводдордун, органикалык эмес кислоталарды, боёкторду, лактарды, пластмассаларды чыгаруучу ишканалардын приборлору жана жабдуулары учун езгече маанилуу. Алардын өндүрүшүндө жылуулук алмаштыргычтар, контакттык түзүлүштөр, синтездик колонкалар, трубопроводдор колдонулат. Жабдуулардын үстү жогорку басым астында агрессивдүү медиа менен байланышта болот. Анын үстүнө дээрлик бардык химиялык өндүрүш процесстери жогорку температурада жүргүзүлөт. Температурага жана кислотага туруктуулуктун жогорку ылдамдыгы, коррозияга каршы касиеттери бар материалдарды өндүрүү актуалдуу.
Прошок металлургиясы курамында металл бар порошокторду өндүрүүнү, агломерациялоону жана химиялык агрессивдүү заттар менен реакцияда колдонулуучу заманбап эритмелерге кошууну камтыйт.
Композиттер жана алардын мааниси
Заманбап технологиялардын ичинен эң маанилүү химиялык процесстер композиттик материалдарды алуу реакциялары болуп саналат. Аларга пенопласт, кермет, норпапалст кирет. Өндүрүш үчүн матрица катары металлдар жана алардын эритмелери, керамика жана пластмассалар колдонулат. Толтургуч катары кальций силикат, ак чопо, стронций жана барий ферриддери колдонулат. Жогорудагы заттардын баары композиттик материалдарга соккуга, ысыкка жана эскирүүлөргө туруктуулукту көрсөтөт.
Химиялык инженерия деген эмне
Чийки затты: нефтини, жаратылыш газын, көмүрдү, минералдарды иштетүүдө колдонулуучу каражаттарды жана ыкмаларды изилдөөчү илим тармагы химиялык технология деп аталган. Башкача айтканда, бул адамдын ишинин натыйжасында пайда болгон химиялык процесстер жөнүндөгү илим. Анын бүткүл теориялык базасын математика, кибернетика, физикалык химия жана өнөр жай экономикасы түзөт. Технологияда кандай химиялык процесс (нитрат кислотасын алуу, акиташ ташты ажыратуу, фенол-формальдегиддик пластмассаларды синтездөө) камтылганы маанилүү эмес - азыркы шарттарда адамдын иш-аракетин жеңилдетүүчү, айлана-чөйрөнүн булганышын жок кылуучу, башкаруунун автоматташтырылган системаларысыз мүмкүн эмес. үзгүлтүксүз жана калдыксыз химиялык өндүрүш технологиясы.
Бул макалада биз жапайы жаратылышта (фотосинтез, диссимиляция, азоттун айлануусу) жана өнөр жайда болгон химиялык процесстердин мисалдарын карап чыктык.
