41. تعریف راه حل. فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی در طول تشکیل محلول ها. تغییر در آنتالپی و آنتروپی در طول انحلال.
محلول یک سیستم همگن متشکل از دو یا چند جزء (جزئی) است که مقادیر نسبی آنها می تواند در محدوده وسیعی متفاوت باشد. هر محلولی از املاح و یک حلال تشکیل شده است. محیطی که در آن این مواد به شکل مولکول یا یون به طور مساوی توزیع می شوند. معمولاً حلال آن جزء در نظر گرفته می شود که به شکل خالص خود در همان حالت تجمعی محلول حاصل وجود دارد. اگر هر دو جزء قبل از انحلال در یک حالت تجمع بودند، حلال به عنوان جزء در مقدار بیشتری در نظر گرفته می شود. محلول در حالت تعادل با یک املاح را محلول اشباع می گویند. محلول های غیر اشباع با محتوای کم املاح - رقیق؛ با غلظت بالا
1. اثر حرارتی انحلال. بسته به ماهیت مواد، انحلال با آزاد شدن (KOH) یا جذب (NH4NO3) گرما همراه است. 2. تغییر حجم 3. تغییر رنگ محلول
تغییر آنتالپی و آنتروپی در حین انحلال: انحلال به عنوان مجموعه ای از پدیده های فیزیکی و شیمیایی در نظر گرفته می شود که 3 فرآیند اصلی را برجسته می کند: 1. تخریب پیوندهای شیمیایی و بین مولکولی در مواد در حال حل شدن، نیاز به انرژی (آنتالپی افزایش می یابد). 2. برهمکنش شیمیایی حلال با املاح، آزاد شدن انرژی (آنتالپی کاهش می یابد). 3. اختلاط خود به خود محلول مرتبط با انتشار و نیاز به انرژی. هنگام حل مایع و مواد جامدآنتروپی یک سیستم معمولاً با حرکت املاح از حالت مرتب تر به حالت کمتر مرتب افزایش می یابد. هنگامی که گازها در مایعات حل می شوند، با حرکت املاح از حجم بزرگتر به حجم کوچکتر، آنتروپی کاهش می یابد.
42. روشهای بیان غلظت محلولها.
غلظت مقدار یک ماده در واحد جرم محلول یا حلال است.
کسر جرمی - نسبت جرم ماده حل شده به جرم محلول. w=(mb/m)*100%
کسر حجمی - نسبت حجم یک ماده به حجم کل محلول
کسر مول - نسبت مقدار یک املاح به مجموع مقادیر همه مواد تشکیل دهنده محلول. w=nb/(na+nb) nb=mb/µb
غلظت مولی (مولاریته) - نسبت مقدار املاح به حجم محلول. w=nb/V
غلظت مولی (مولالیته) - نسبت مقدار یک املاح به جرم حلال. w=nb/ma
غلظت مولی معادل ها، نسبت تعداد معادل های یک املاح به حجم یک محلول است. w=ne/V
43. قانون رائول
در یک دمای معین، فشار بخار اشباع روی هر مایع یک مقدار ثابت است. تجربه نشان می دهد که وقتی ماده ای در مایع حل می شود، فشار بخار اشباع این مایع کاهش می یابد. بنابراین، فشار بخار اشباع یک حلال روی یک محلول همیشه کمتر از یک حلال خالص در همان دما است. تفاوت بین این مقادیر معمولاً کاهش فشار بخار بر روی محلول نامیده می شود. نسبت مقدار این کاهش به فشار بخار اشباع بر روی حلال خالص را کاهش نسبی فشار بخار بر روی محلول می گویند. قانون رائول: کاهش نسبی فشار بخار اشباع یک حلال بر روی یک محلول برابر با کسر مولی املاح است. پدیده کاهش فشار بخار اشباع بر روی محلول از اصل Le Chatelier ناشی می شود. در ابتدا مایع و بخار در حالت تعادل هستند. هنگامی که یک ماده در یک مایع حل می شود، غلظت مولکول های حلال کاهش می یابد. این سیستم به دنبال جبران این تاثیر است. چگالش بخار شروع می شود و تعادل جدیدی در فشار بخار اشباع کمتر برقرار می شود.
فرآیندهای شیمیایی
| نام پارامتر | معنی |
| موضوع مقاله: | فرآیندهای شیمیایی |
| روبریک (دسته موضوعی) | علم شیمی |
ظهور شیمی ساختاری به این معنی بود که امکان تبدیل کیفی هدفمند مواد، ایجاد طرحی برای سنتز هر ترکیب شیمیایی، از جمله. و قبلا ناشناخته
ماهیت هر ترکیب شیمیایی نه تنها به ترکیب کیفی و کمی بستگی دارد، بلکه به تأثیر متقابل اتم ها و ساختار مولکول نیز بستگی دارد.
ساختار ماده و خواص آن
موادی که دارای ترکیب یکسان ولی ساختار متفاوت هستند نامیده می شوند ایزومرها،اما خود پدیده ایزومریسم به عنوان مثال، fفرمول C 4 H 8 O دارای 21 ماده است.
برای توصیف خواص مواد، شما باید نه تنها ترکیب، بلکه همچنین بدانید ساختار اتصالاین امر از اهمیت ویژه ای برخوردار است شیمی ارگانیک. الکترون های یک عنصر شیمیایی که با هسته و الکترون های یک عنصر شیمیایی دیگر در تعامل هستند، مشخص می شود که به شدت در فضا قرار دارند. از آنجایی که الکترون یک موج الکترومغناطیسی با ناحیه انتشار معین است، این ناحیه دارای جهت است. یعنی یک پیوند شیمیایی در جهت خاصی در فضا تشکیل می شود و جهت گیری فضایی اتم ها را تعیین می کند.
ساختار مولکولی- نظم فضایی و انرژی یک سیستم متشکل از هسته اتم و الکترون.
یک پدیده مهم در شیمی آلی به نام ایزومریسم با ساختار فضایی یک مولکول مرتبط است.
ایزومرهاموادی که ترکیب یکسانی دارند اما ساختار مولکولی متفاوتی دارند.
شیمی ساختار در رابطه با دکترین ترکیب ماده به سطح بالاتری تبدیل شده است. در همان زمان، شیمی از یک علم عمدتاً تحلیلی به یک علم ترکیبی تبدیل شد. دستاورد اصلی این مرحله در توسعه شیمی، ایجاد ارتباط بین ساختار مولکول ها و واکنش پذیری مواد بود.
چهار حالت اصلی ماده - پلاسما، گاز، مایع و جامد (به ترتیب وجود با کاهش دما ذکر شده است) برای مدت طولانی شناخته شده است، اما امروزه دانشمندان دو حالت دیگر را تشخیص می دهند - میعانات با دمای پایین. میعانات - حالت جدیدی از ماده در دماهای بسیار پایین - کمتر از 0.00000001 K (!!!)، ᴛ.ᴇ. در دماهای کمتر از دمای خلاء فضا (در فضا، دما حدود 3 کلوین است).
اجازه دهید با استفاده از یک مثال عینی از یک جسم جامد، تأثیر ساختار اتمی بر خواص ماده را نشان دهیم. برای انجام این کار، ما یک ماده ساده تک اتمی - کربن را انتخاب می کنیم.
کربن در حالت جامد باید کریستالی و بی شکل باشد و هر یک از حالات آن نام خاص خود را دارد.
1. دوده - کربن آمورف به شکل پودر ریز آسیاب شده (تا به امروز مشخص شده است که در ساختار آن در دوده، کک، کربن شیشه ای و مواد مشابه، کربن به درجات مختلف به گرافیت نزدیک می شود. صحبت از خواص دوده، می توان اشاره کرد که دوده هدایت الکتریکی صفر است، ᴛ.ᴇ دوده یک عایق الکتریکی است.
2. تا آغاز دهه 60 اعتقاد بر این بود که تنها دو شکل کریستالی کربن خالص در طبیعت وجود دارد، یعنی پلیمرهای سه و دو بعدی، ᴛ.ᴇ. الماس و گرافیت ساختار گرافیت با لایه هایی مشخص می شود. اتم ها در لایه ها به شدت به یکدیگر متصل هستند، در حالی که برهمکنش های بین لایه ای ناچیز است. به همین دلیل، گرافیت به راحتی به لایه ها تقسیم می شود، این یک ماده کریستالی نرم است. بر خلاف دوده، گرافیت رسانای بسیار خوبی برای الکتریسیته است.
3. الماس ساختار کریستالی مکعبی دارد که به طور کامل از همان اتم های کربن ساخته شده است. بر خلاف گرافیت، الماس یک ماده کریستالی سخت (شاید سخت ترین) است. چنین ویژگی هایی با ساختار آن مرتبط است، زیرا همه اتم ها از یکدیگر فاصله دارند و به شدت به یکدیگر "پیوند" دارند /
4. در سال 1985 ᴦ. خانواده بزرگی از مولکول‌های کربن کروی به نام فولرن‌ها کشف شد. فولرن ها نوع جدیدی از کربن هستند. اینها مولکول های بسته ای از نوع C 60، C 70، C 74 ... هستند که در آنها تمام اتم های کربن روی یک سطح "کروی" قرار دارند. در ساختار فولرن C 60 (قطر مولکولی حدود 1 نانومتر است)، اتم های کربن در راس شش ضلعی های منظم یا پنج ضلعی قرار دارند (در حالت متراکم (کریستالی)، فولرن ها را فولریت می نامند). فولرن ها در برخی از مواد معدنی طبیعی، به عنوان مثال، در شونگیت کارلیایی یافت شده است. بر اساس فولرن، طبقات جدیدی از مواد سنتز شدند: به عنوان مثال، فولریدها از تعامل با فلزات به دست آمدند.
خواص جالب این مواد با "گرفتن درون" توپ از اتم های مختلف - Na، K مرتبط است. فولریدهای حاصل دارای ابررسانایی (در دمای 19-55 K) و هنگام استفاده از فلزات گروه پلاتین، خواص فرومغناطیسی هستند. علاوه بر این آشکار می شوند. یکی از ویژگی های جالب فولرن ها در دما و فشار پایین، توانایی جذب هیدروژن است. در این راستا می توان از فولرن ها به عنوان پایه ای برای تولید باتری استفاده کرد. کپسول فولرن می تواند حاوی داروهاکه به طور انتخابی به اندام یا بافت آسیب دیده تحویل داده می شود/
5. نانولوله های گرافیت - نوع جدیدی از کربن که در سال 1991 به دست آمد. یک نانولوله کربنی باید به صورت یک صفحه گرافیتی که در یک استوانه نورد شده است نشان داده شود. لوله ها در صورتی که از چند لایه گرافیت به دست آمده باشند تک جداره و چند جداره هستند. قطر لوله از یک تا چند ده نانومتر متغیر است و طول آن می تواند تا چند سانتی متر باشد. معمولاً لوله ها با سر نیمکره ای ختم می شوند. نانولوله‌های کربنی دارای خواص مکانیکی (بسیار قوی)، الکتریکی و حرارتی منحصربه‌فردی هستند (رسانایی الکتریکی و حرارتی به فلزات نزدیک یا فراتر رفته است).
6. جایزه نوبل فیزیک در سال 2010 به آندره گیم و کنستانتین نووسیولوف، از روسیه که در بریتانیا کار می کنند، "به خاطر آزمایش های پیشگام بر روی ماده گرافن دو بعدی" اعطا شد. در سال 2004، آنها به طور تجربی امکان به دست آوردن شکل خاصی از کربن را ثابت کردند که ورقه ای به ضخامت یک اتم است که در یک شبکه کریستالی دو بعدی از شش ضلعی های منظم متصل شده است. به عبارت دیگر، گرافن یک لایه منفرد از گرافیت شناخته شده است. گرافن نازک ترین و بادوام ترین مواد شناخته شده است، از سوی دیگر بسیار انعطاف پذیر است و می تواند خواص رسانا (گرافیت فراخوان) و نیمه هادی را نشان دهد.
شیمی ساختاری مدرن به نتایج بزرگی دست یافته است. سنتز مواد آلی جدید، دستیابی به مواد مفید و ارزشمندی را که در طبیعت یافت نمی شوند، ممکن می سازد. به این ترتیب سالانه هزاران کیلوگرم اسید اسکوربیک (ویتامین C)، داروهای جدید بسیاری از جمله آنتی بیوتیک های بی ضرر، داروهای ضد فشار خون، زخم معده و غیره در جهان سنتز می شود.
توسط بیشتر آخرین دستاوردشیمی ساختاری کشف یک دسته کاملاً جدید از ترکیبات آلی فلزی است که به دلیل ساختار دولایه خود، ترکیبات "ساندویچی" نامیده می شوند. مولکول این ماده دو صفحه از ترکیبات هیدروژن و کربن است که بین آنها یک اتم فلز وجود دارد.
تحقیقات در زمینه شیمی ساختاری مدرن در دو جهت امیدوارکننده است:
1) سنتز کریستال ها با حداکثر تقریب به شبکه ایده آل برای به دست آوردن مواد با عملکرد فنی بالا: حداکثر استحکام، پایداری حرارتی، دوام در عملیات و غیره.
2) ایجاد کریستال هایی با عیوب شبکه کریستالی از پیش برنامه ریزی شده برای تولید مواد با خواص الکتریکی، مغناطیسی و غیره مشخص.
3. خصوصیات عمومیراه حل ها
مشخصات فیزیکیآب ها کاملا غیرعادی هستندشگفت انگیزترین آنها این است توانایی آن برای مایع بودن در شرایط عادی. مولکول های ترکیبات شیمیایی مشابه آن (H 2 S یا H 2 Se ) بسیار سنگین تر از آب هستند، اما در این شرایط آنها گازی هستند.
نقطه سه گانه آب، ᴛ.ᴇ. تعادل آب، یخ و بخار،در دمای 0.01 درجه سانتیگراد و فشار 611 Pa مشاهده شد (شکل 8.1). آب فوق سرد، یعنی در حالت مایع در دمای زیر صفر درجه سانتیگراد باقی می ماند، رفتار عجیبی دارد: از یک سو، چگالی آن با کاهش دما کاهش می یابد، از سوی دیگر، به چگالی یخ نزدیک می شود.
فوق العاده حدود مقادیر مجاز هیپوترمی و سوپر گرما زیاد استآب: می توانید آن را در حالت مایع در دمای 40- تا 200+ درجه سانتی گراد نگهداری کنید.
برخلاف اکثر مایعات دیگر، با افزایش دما، حجم مخصوص آن کاهش می‌یابد و چگالی آن افزایش می‌یابد و در دمای 4 درجه سانتیگراد به حداقل (به ترتیب حداکثر) می‌رسد. در مایعات معمولی، چگالی همیشه با کاهش دما کاهش می یابد.
هنگام انجماد، حجم آب تا 10 درصد افزایش می یابد. چگالی آب بیشتر از چگالی یخ است. در حین ذوب کریستال ها، هنگامی که نظم بسته بندی یون به هم می خورد، چگالی 2-4٪ کاهش می یابد. این خاصیت آب از بدنه های آبی در برابر یخ زدگی مداوم محافظت می کند و باعث نجات جان انسان ها می شود. یخ هادی ضعیف گرما است.
خیلی بالا ظرفیت گرماییاب- وقتی یخ ذوب می شود، بیش از دو برابر می شود. به همین دلیل، دریاها و اقیانوس ها ترموستات های غول پیکری هستند که تمام نوسانات دمای هوا را صاف می کنند. به هر حال، بخار آب موجود در جو می تواند عملکردهای مشابهی را انجام دهد. کمبود بخار آب در بیابان ها منجر به نوسانات شدید دمای شب و روز می شود.
آب حلال جهانی است. قاعده انحلال این است که مثل به مثل حل می شود.
تفاوت اصلی آب در پیوندهای هیدروژنی است.(شکل 8.2)،
مولکول آب کوچک است دوقطبی،حاوی بارهای مثبت و منفی در قطب. اگر کانون بارهای مثبت و منفی را با خطوط مستقیم به هم وصل کنید، یک حجم به دست می آید شکل هندسی- چهار وجهی منظم
مجموعه مولکول های آب در حالت گازی، در آب مایع و در یخ وجود دارد. اما همانطور که L. Pauling مشخص کرد، یخ یک کریستال با نظم کامل حتی در حالت OK نیست.ساختار یخ کاملا شل است: هر حفره توسط شش مولکول H 2 0 احاطه شده است، و هر مولکول توسط شش حفره احاطه شده است. اندازه این حفره ها به گونه ای است که یک مولکول می تواند بدون ایجاد اختلال در چارچوب پیوندهای هیدروژنی در آنها جای بگیرد.
یک ماده اگر در آب تجزیه شود و یون هیدروژن ایجاد کند، اسید است و اگر بتواند یون هیدروژن را اضافه کند یا یون هیدروکسید OH را در محلول تشکیل دهد، یک باز است. اسیدیته یا قلیایی بودن یک محلول با pH مشخص می شود که مقیاس آن مقادیری از 0 تا 14 را پوشش می دهد. این مقیاس لگاریتمی، ᴛ.ᴇ است. لگاریتم های غلظت یون های هیدروژن را ترسیم می کند. اسیدیته محلولی با pH 5 10 برابر بیشتر از pH 6 و 100 برابر بیشتر از pH 7 است. محلولی با pH 6 حاوی یک میلیونیم مول یون هیدروژن در هر لیتر است، pH 7 مربوط به یک خنثی است. محیط‌های متوسط و اسیدی‌تر به دنبال محیط‌های زیر و بالاتر - قلیایی هستند.
یک فرآیند شیمیایی (از لاتین processus - پیشرفت) تغییر پی در پی در حالات ماده است که یک حرکت پیوسته و یکپارچه است. فرآیند تبدیل یک ماده به ماده دیگر نامیده می شود واکنش شیمیایی. Van't Hoff با استفاده از رویکرد ترمودینامیکی، واکنش های شیمیایی را طبقه بندی کرد، و همچنین مفاد اصلی سینتیک شیمیایی را فرموله کرد.
در هر سلول حدود 10000 واکنش شیمیایی انجام می شود.
فرآیندهای شیمیایی به دو دسته تقسیم می شوند:
همنوعو ناهمگون(بسته به حالت تجمعسیستم های واکنش دهنده)
خارجیو گرماگیر(بسته به مقدار گرمای آزاد شده و جذب شده)
ردوکس(بسته به تغییر حالت اکسیداسیون ماده مرتبط با انتقال الکترون ها از یک اتم (عامل کاهنده) به اتم های دیگر (عامل اکسید کننده).
مطالعه سرعت و ویژگی های سیر واکنش های شیمیایی درگیر است سینتیک شیمیایی
شرایط و پارامترهای زیر نیز بر سرعت یک واکنش شیمیایی تأثیر می گذارد:
1) طبیعتمواد واکنش دهنده (به عنوان مثال، فلزات قلیایی با تشکیل قلیایی و تکامل هیدروژن در آب حل می شوند، و واکنش بلافاصله در شرایط عادی ادامه می یابد، در حالی که روی، آهن و دیگران به آرامی واکنش می دهند و اکسید می شوند، و فلزات نجیب واکنش نشان نمی دهند. همه)؛
2) درجه حرارت. با افزایش دما برای هر 10 درجه سانتیگراد، سرعت واکنش 2-4 برابر افزایش می یابد (قانون van't Hoff). با بسیاری از مواد، اکسیژن با سرعت قابل توجهی حتی در دماهای معمولی (اکسیداسیون آهسته) شروع به واکنش می کند. هنگامی که دما افزایش می یابد، یک واکنش خشونت آمیز (احتراق) شروع می شود.
3) تمرکز.برای مواد در حالت محلول و گازها، سرعت واکنش های شیمیایی به غلظت واکنش دهنده ها بستگی دارد. احتراق مواد در اکسیژن خالص شدیدتر از هوا است، جایی که غلظت اکسیژن تقریباً 5 برابر کمتر است. در اینجا قانون عمل جرم معتبر است: در دمای ثابت، سرعت یک واکنش شیمیایی با محصول غلظت مواد واکنش دهنده نسبت مستقیم دارد.
4)مساحت سطح پاسخبرای مواد در حالت جامد، سرعت به طور مستقیم با سطح واکنش دهنده ها متناسب است. آهن و گوگرد در حالت جامد فقط با آسیاب و اختلاط اولیه به سرعت واکنش نشان می دهند: سوزاندن چوب برس و کنده ها.
5)کاتالیزور.سرعت واکنش به کاتالیزورها بستگی دارد، موادی که واکنش‌های شیمیایی را تسریع می‌کنند، اما خودشان مصرف نمی‌شوند. AT.استوالد با بررسی شرایط تعادل شیمیایی به کشف پدیده کاتالیزور رسید. تجزیه نمک برتوله و پراکسید هیدروژن در حضور اکسید منگنز (IV) و غیره تسریع می شود.
کاتالیزورها مثبت هستند که واکنش را تسریع می‌کنند و منفی (بازدارنده‌ها) که سرعت آن را کاهش می‌دهند.شتاب انتخابی کاتالیزوری یک واکنش شیمیایی معمولاً کاتالیز نامیده می شود و یکی از تکنیک های فناوری مدرن شیمیایی (تولید مواد پلیمری، سوخت های مصنوعی و غیره) است. اعتقاد بر این است که سهم فرآیندهای کاتالیزوری در صنایع شیمیایی به 80٪ می رسد.
فرآیندهای شیمیایی - مفهوم و انواع. طبقه بندی و ویژگی های دسته "فرایندهای شیمیایی" 2017، 2018.
فرآیندهای شیمیایی زیربنای فناوری شیمیایی است که علم اقتصادی ترین روش ها و ابزارهای پردازش شیمیایی انبوه مواد خام طبیعی و کشاورزی به محصولات مصرفی و محصولات مورد استفاده در سایر شاخه های تولید مواد است.
هر چیزی که با مصرف منابع مادی در اقتصاد ملی مرتبط است، سه چهارم به استفاده از دانش شیمیایی و استفاده از فناوری شیمیایی، "مهارت های شیمیایی" بستگی دارد. علاوه بر این، فناوری نوین شیمیایی با استفاده از دستاوردهای سایر علوم طبیعی - مکانیک کاربردی، علم مواد و سایبرنتیک، به مطالعه و توسعه مجموعه ای از فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی، ماشین ها و دستگاه ها، راه های بهینه برای اجرای این فرآیندها و کنترل آنها در بسیاری از صنایع می پردازد. تولید مواد، محصولات، مواد و محصولات مختلف. فناوری شیمیایی پایه علمی پتروشیمی، کک-شیمیایی، خمیر و کاغذ، مواد غذایی، صنایع میکروبیولوژیکی، صنعت مصالح ساختمانی، متالورژی آهنی و غیرآهنی و سایر صنایع است.
در دهه های اخیر فرآیندهای شیمیایی-تکنولوژیکی تقریباً در تمامی شاخه های تولید صنعتی مورد استفاده قرار گرفته است.
فرآیند شیمیایی-تکنولوژیکی(XTII) را می توان به سه مرحله مرتبط تقسیم کرد:
تامین واکنش دهنده ها به منطقه واکنش؛
در واقع واکنش های شیمیایی
خروج محصولات حاصل از منطقه واکنش.
تامین واکنش دهنده هاممکن است با جذب، جذب یا دفع گازها، تراکم بخارات، ذوب اجزای جامد یا انحلال آنها در مایعات، تبخیر مایعات یا تصعید جامدات انجام شود (به زیر بندهای 4.2.3، 4.2.4 مراجعه کنید).
واکنش های شیمیاییبه عنوان مرحله دوم، CTP ها معمولاً در چندین مرحله متوالی یا موازی پیش می روند که منجر به تولید محصول اصلی و همچنین تعدادی از محصولات جانبی (ضایعات) ایجاد شده در طول تعامل ناخالصی ها با مواد اولیه اصلی می شود. هنگام تجزیه و تحلیل فرآیندهای تولید، اغلب همه واکنش‌ها در نظر گرفته نمی‌شوند، بلکه فقط واکنش‌هایی که تأثیر تعیین‌کننده‌ای بر کیفیت و کمیت محصولات هدف به‌دست‌آمده دارند، در نظر گرفته می‌شوند.
خروج محصولات حاصل از منطقه واکنشمی تواند به طور مشابه با عرضه، از جمله از طریق انتشار، همرفت و انتقال یک ماده از یک فاز (گاز، جامد، مایع) به فاز دیگر انجام شود. در این مورد، سرعت کلی فرآیند تکنولوژیکی با سرعت یکی از سه فرآیند اصلی تشکیل دهنده تعیین می شود که کندتر از سایرین پیش می رود.
انواع فرآیندهای شیمیایی-تکنولوژیکی زیر وجود دارد:
همگن و ناهمگن (می تواند گرمازا و گرماگیر، برگشت پذیر و غیر قابل برگشت باشد).
الکتروشیمیایی؛
کاتالیزوری
همگنفرآیندهاآنهایی که در آنها تمام مواد واکنش دهنده در یک فاز هستند: گاز (g)، جامد (t)، مایع (l) نامیده می شوند. در این فرآیندها، واکنش معمولا سریعتر از فرآیندهای ناهمگن انجام می شود. به طور کلی، مکانیسم کل فرآیند فن آوری در سیستم های همگن، و همچنین کنترل فرآیند ساده تر است. به همین دلیل، در عمل، اغلب به دنبال انجام فرآیندهای دقیقاً همگن، یعنی. اجزای واکنش دهنده را به یک فاز منتقل کنید.
AT فرآیندهای ناهمگن موادی که در حالات (فازها) متفاوتی هستند، دخیل هستند، یعنی. در دو یا سه فاز نمونه هایی از سیستم های دو فازی می توانند عبارتند از: g - (غیر قابل امتزاج). g - t؛ g - t؛ t - t (مختلف). AT عمل صنعتیرایج ترین سیستم ها g - f، g - t، f - t هستند.
فرآیندهای ناهمگن شامل احتراق (اکسیداسیون) جامدات و مایعات، انحلال فلزات در اسیدها و قلیاها و غیره است.
تمام فرآیندهای شیمیایی یا با آزاد شدن یا جذب گرما انجام می شود: اولی ها نامیده می شوند گرمازا،دومین - گرماگیرتعداد اختصاص داده شده
معدن یا گرمای جذب شده در این فرآیند را اثر حرارتی فرآیند (گرمای فرآیند) می گویند.
از نظر تئوری، تمام واکنش های شیمیایی انجام شده در CTP برگشت پذیر هستند. بسته به شرایط، آنها می توانند در هر دو جهت جلو و معکوس جریان داشته باشند. در بسیاری از موارد، تعادل در واکنش ها به طور کامل به سمت محصولات واکنش تغییر می کند و واکنش معکوس، به عنوان یک قاعده، رخ نمی دهد. به همین دلیل فرآیندهای فناوری به دو دسته تقسیم می شوند برگشت پذیرو غیر قابل برگشتدومی فقط در یک جهت جریان دارد.
فرآیندهای الکتروشیمیاییمتعلق به دانشی مانند الکتروشیمی است که فرآیندهای تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی و بالعکس را مورد بررسی و مطالعه قرار می دهد. از آنجایی که جریان الکتریکی حرکت بارهای الکتریکی، به ویژه الکترون ها است، الکتروشیمی بر واکنش هایی متمرکز است که در آن الکترون ها از یک ماده به ماده دیگر عبور می کنند. چنین واکنش هایی در شیمی واکنش های ردوکس نامیده می شوند.
نمونه های پیاده سازی تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکیمی تواند به عنوان سلول های گالوانیکی طراحی شده برای یک تخلیه الکتریکی منفرد عمل کند: پیوسته یا متناوب. پس از تخلیه، عملکرد خود را از دست می دهند. انواع سلول های گالوانیکی باتری های قابل شارژ هستند، به عنوان مثال، یک باتری سربی. بر خلاف سلول های گالوانیکی، عملکرد باتری پس از تخلیه می تواند با عبور جریان مستقیم از یک منبع خارجی از طریق آن بازیابی شود.
فرآیندها تبدیل انرژی الکتریکی به شیمیاییالکترولیز نامیده می شود. بر اساس تئوری یونی الکترولیز، عبور جریان الکتریکی ثابت از الکترولیت با کمک یون ها انجام می شود. در الکترودهایی که جریان الکتریکی را تامین می کنند، الکترون ها به یا از یون ها منتقل می شوند. در این مورد، در یک میدان الکتریکی، یون های دارای بار مثبت (کاتیون ها) به سمت کاتد حرکت می کنند، با بار منفی (آنیون ها) - به سمت آند. در کاتد، کاهش رخ می دهد، در آند، اکسیداسیون یون ها یا مولکول هایی که الکترون را می سازند.
الکترولیز کاربرد وسیعی در فرآیندهای اصلی صنعتی زیر یافته است: استخراج فلزات (آلومینیوم، روی، تا حدی مس). تصفیه (پالایش) فلزات (مس، روی و غیره)؛ آبکاری؛ آندایزاسیون (اکسیداسیون) سطوح.
آبکاری (الکتروپلیت) روی کاتد انجام می شود. کاتد در این حالت در آن غوطه ور است
یک الکترولیت حاوی یونهای فلز الکترورسوب شده. به عنوان آند، یک الکترود ساخته شده از فلزی که پوشش داده می شود استفاده می شود.
روش آبکاری شامل آبکاری - پوشش با ضخامت 5-50 میلی متر و آبکاری - به دست آوردن لایه های نسبتاً ضخیم، اما به راحتی قابل جدا شدن است.
آبکاری برای محافظت از محصولات در برابر خوردگی، افزایش مقاومت در برابر سایش، دادن توانایی بازتاب نور، هدایت الکتریکی، مقاومت در برابر حرارت، ضد اصطکاک و سایر خواص و همچنین برای تکمیل تزئینی استفاده می شود.
آبکاری امکان به دست آوردن نسخه هایی را فراهم می کند که کوچکترین جزئیات یک الگو یا نقش برجسته سطح را بازتولید می کنند.
آندایزاسیون یا اکسیداسیون آندی، تشکیل یک لایه اکسید روی سطح فلز در طول الکترولیز است. این فرآیند معمولاً در معرض آلیاژهای مبتنی بر فلزات سبک قرار می گیرد. لایه‌های اکسید حاصل می‌توانند نازک، یا مانع (کمتر از 1 میکرون)، و ضخیم - فاز، یا مینا مانند (ده‌ها و صدها میکرون) باشند. ساختار و ترکیب شیمیایی اکسیدها به ماهیت فلز، الکترولیت و شرایط فرآیند بستگی دارد. در این صورت اکسیدهای فازی با ساختارهای متفاوت و در نتیجه با خواص متفاوت (سختی، رنگ، هدایت الکتریکی و ...) روی یک فلز به دست می آید. لایه های نازک عمدتا در الکترونیک رادیویی استفاده می شود. لایه های فاز فلز را از خوردگی محافظت می کند، مقاومت در برابر سایش محصولات را ایجاد می کند، پوشش های تزئینی شفاف یا رنگی را تشکیل می دهد.
فرآیندهای کاتالیزوری،کاتالیز نامیده می شود و برای تغییر سرعت واکنش های شیمیایی انجام می شود.
بسته به اینکه کاتالیزور واکنش را تسریع کند یا کند کند، کاتالیز مثبت و منفی وجود دارد. به طور معمول اصطلاح "کاتالیزور*به عنوان شتاب یک واکنش تعریف می شود، در حالی که موادی که آن را کاهش می دهند نامیده می شوند مهار کننده ها
اجزای مهمکاتالیزورهای صنعتی هستند مروج- موادی که افزودن آنها به کاتالیزور در مقادیر کم (معمولاً کسری از درصد) باعث افزایش فعالیت، گزینش پذیری یا پایداری آن می شود.
موادی که اثر آنها بر روی کاتالیزور منجر به کاهش فعالیت آن یا توقف کامل عمل کاتالیزوری می شود، نامیده می شوند. سموم کاتالیزوری
متداول ترین کاتالیزورهای مورد استفاده در صنعت عبارتند از پلاتین، آهن، نیکل، کبالت و اکسیدهای آنها، اکسید وانادیم (V)، آلومینوسیلیکات ها و برخی اسیدهای معدنی.
مقدار زیادی نمک؛ کاتالیزورها در هر دو واکنش ردوکس و اسید-باز استفاده می شوند.
فرآیندهای کاتالیزوری ناشی از انتقال الکترون به عنوان کاتالیز ردوکس نامیده می شود. در تولید آمونیاک، اسید نیتریک، اسید سولفوریک و غیره استفاده می شود.
کاتالیز اسید-باز شامل ترک خوردگی کاتالیزوری، هیدراتاسیون، کم آبی، بسیاری از واکنش های ایزومریزاسیون و تراکم مواد آلی است.
در صنعت، به اصطلاح کاتالیز چند منظوره نیز وجود دارد که در آن دو نوع مهم کاتالیزور مورد بحث در بالا با هم ترکیب می شوند.
مهم ترین چیزها را خیلی سریع قضاوت نکنیم.
هراکلیتوس
فرآیند شیمیایی(از لات فرآیند- ارتقاء) تغییر پی در پی در حالات ماده است، ارتباط نزدیک مراحل متوالی توسعه، نشان دهنده یک حرکت پیوسته و یکپارچه. دکترین فرآیندهای شیمیایی رشته ای از علم است که در آن عمیق ترین نفوذ متقابل فیزیک، شیمی و زیست شناسی وجود دارد. فرآیندهای شیمیایی به دو دسته تقسیم می شوند: همنوعو ناهمگون(بسته به وضعیت کل سیستم های واکنش دهنده)، خارجیو گرماگیر(بسته به مقدار گرمای آزاد شده و جذب شده) اکسید کننده، کاهش دهنده(بسته به رابطه با اکسیژن) و غیره.
تمام فرآیندهایی که در اطراف ما اتفاق می افتد را می توان در سه گروه بزرگ دسته بندی کرد.
1. فرآیندهای خود به خودی که می توان از آنها استفاده کرد
برای تولید انرژی یا انجام کار شرایط
سیر فرآیندهای خود به خود یا قوانین ترمو
دینامیک مشخص شده توسط آنها عبارتند از: الف) در یک ایزوله
سیستم، به عنوان مثال، در سیستمی که هر ماده ای برای آن مستثنی شده است
ny یا تبادل انرژی با محیط زیست، مقدار
از همه انواع انرژی یک مقدار ثابت وجود دارد. ب) تغییر کند
آنتالپی (اثر حرارتی فرآیند، AN) فقط به
نوع و حالت مواد و فرآورده های اولیه و به آن بستگی ندارد
از مسیر انتقال قانون و فرمول های هس نامیده می شود
در سال 1840 توسط او رفت
2. فرآیندهایی که نیاز به هزینه دارند
انرژی یا انجام کار
3. خود سازماندهی یک سیستم شیمیایی، یعنی خود تولید
فرآیند آزاد، بدون تغییر انرژی می گذرد
انبار سیستم، فقط در جهتی انجام می شود که در آن
ترتیب در سیستم افزایش می یابد، یعنی جایی که آنتروپی کاهش می یابد.
توانایی برهمکنش با معرف های شیمیایی مختلف نه تنها با ساختار اتمی و مولکولی آنها، بلکه با شرایط وقوع واکنش های شیمیایی نیز تعیین می شود. فرآیند تبدیل یک ماده به ماده دیگر واکنش شیمیایی نامیده می شود. شرایط برای جریان فرآیندهای شیمیایی در درجه اول شامل عوامل ترمودینامیکی است که وابستگی واکنش ها به دما، فشار و برخی شرایط دیگر را مشخص می کند. شرایط و پارامترهای زیر نیز بر سرعت یک واکنش شیمیایی تأثیر می گذارد:
1) طبیعتمواد واکنش دهنده (به عنوان مثال، فلزات قلیایی با تشکیل مواد قلیایی و تکامل هیدروژن در آب حل می شوند، و واکنش بلافاصله در شرایط عادی ادامه می یابد، در حالی که روی، آهن و دیگران به آرامی واکنش می دهند و اکسید می شوند، در حالی که فلزات نجیب واکنش نشان نمی دهند. همه)؛
2) دما با افزایش دما برای هر 10 درجه سانتیگراد، سرعت واکنش 2-4 برابر افزایش می یابد (قانون van't Hoff). با بسیاری از مواد، اکسیژن با سرعت قابل توجهی حتی در دماهای معمولی (اکسیداسیون آهسته) شروع به واکنش می کند. هنگامی که دما افزایش می یابد، یک واکنش خشونت آمیز (احتراق) شروع می شود.
3) تمرکز.برای مواد در حالت محلول و گازها، سرعت واکنش های شیمیایی به غلظت واکنش دهنده ها بستگی دارد. احتراق مواد در اکسیژن خالص شدیدتر از هوا است، جایی که غلظت اکسیژن تقریباً 5 برابر کمتر است. در اینجا قانون عمل جرم معتبر است: در دمای ثابت، سرعت یک واکنش شیمیایی با محصول غلظت مواد واکنش دهنده نسبت مستقیم دارد.
4) مساحت سطح پاسخبرای مواد در حالت جامد، سرعت به طور مستقیم با سطح واکنش دهنده ها متناسب است. آهن و گوگرد در حالت جامد فقط با آسیاب و اختلاط اولیه به سرعت واکنش نشان می دهند: سوزاندن چوب برس و کنده ها.
5) کاتالیزورسرعت واکنش به کاتالیزورها بستگی دارد، موادی که واکنش‌های شیمیایی را تسریع می‌کنند، اما خودشان مصرف نمی‌شوند. تجزیه نمک برتوله و پراکسید هیدروژن در حضور اکسید منگنز (IV) و غیره تسریع می شود.
برای وارد شدن به یک واکنش شیمیایی، لازم است بر برخی از موانع انرژی مربوط به انرژی فعال سازی غلبه کرد که امکان انباشته شدن آن به شدت به دما بستگی دارد. بسیاری از واکنش ها به زمان زیادی نیاز دارند تا کامل شوند. در این حالت گفته می شود که واکنش به تعادل شیمیایی رسیده است. یک سیستم شیمیایی در حالت تعادل است که سه شرط زیر وجود داشته باشد:
1) هیچ تغییر انرژی در سیستم وجود ندارد (Н = 0).
2) هیچ تغییری در درجه اختلال وجود ندارد (، S = 0).
3) پتانسیل ایزوباریک تغییر نمی کند (J = 0).
Van't Toff با استفاده از رویکرد ترمودینامیکی، واکنش‌های شیمیایی را طبقه‌بندی کرد و همچنین مفاد اساسی سینتیک شیمیایی را فرموله کرد. سینتیک شیمیایی سرعت واکنش های شیمیایی را مطالعه می کند. لو شاتلیه قانون جابجایی تعادل شیمیایی در واکنش های شیمیایی را تحت تأثیر عوامل خارجی - دما، فشار و غیره فرموله کرد. طبق اصل لو شاتلیه، اگر تأثیر خارجی بر سیستمی در حالت تعادل شیمیایی (دما، فشار یا غلظت تغییر می کند)، سپس موقعیت تعادل یک واکنش شیمیایی در جهتی تغییر می کند که این اثر را ضعیف می کند.
واکنش های شیمیایی با توجه به تغییر در کیفیت مواد اولیه و محصولات واکنش به انواع زیر طبقه بندی می شوند:
واکنش های ترکیبی- واکنش هایی که در آن یک ماده از چندین ماده پیچیده تر از مواد اولیه تشکیل می شود.
واکنش های تجزیه- واکنش هایی که در آن چندین ماده از یک ماده پیچیده تشکیل می شود.
واکنش های جایگزینی- واکنش هایی که در آن اتم های یک عنصر جایگزین اتم عنصر دیگر در یک ماده پیچیده می شوند و در این حالت دو اتم جدید تشکیل می شود - ساده و پیچیده.
واکنش های مبادله ایواکنش هایی که در آن واکنش دهنده ها اجزای تشکیل دهنده خود را مبادله می کنند
که از دو ماده پیچیده دو ماده پیچیده جدید تشکیل می شود.
با توجه به اثر حرارتی، واکنش های شیمیایی را می توان به دو دسته تقسیم کرد گرمازا- با انتشار گرما و گرماگیر- دارای قابلیت جذب حرارت با در نظر گرفتن پدیده کاتالیزور می توان واکنش هایی را انجام داد کاتالیزوری- استفاده از کاتالیزورها و غیر کاتالیزوری- بدون استفاده از کاتالیزور. بر اساس برگشت پذیری، واکنش به دو دسته تقسیم می شود برگشت پذیرو غیر قابل برگشت
AT.استوالد با بررسی شرایط تعادل شیمیایی به کشف پدیده کاتالیزور رسید. مشخص شد که تا حد زیادی ماهیت و به ویژه سرعت واکنش‌ها به شرایط جنبشی بستگی دارد که با حضور کاتالیزورها و سایر مواد افزودنی به معرف‌ها و همچنین تأثیر حلال‌ها، دیواره‌های راکتور، تعیین می‌شود. و شرایط دیگر پدیده کاتالیزور- شتاب انتخابی فرآیندهای شیمیایی در حضور مواد (کاتالیزورها) که در فرآیندهای میانی شرکت می کنند، اما در پایان واکنش بازسازی می شوند، به طور گسترده در صنعت استفاده می شود، به عنوان مثال، تثبیت نیتروژن و هیدروژن، روش تماس برای تولید اسید سولفوریک و بسیاری دیگر. اولین سنتز آمونیاک در سال 1918 بر اساس کار Haber، K. Bosch و A. Mittash با استفاده از یک کاتالیزور، که آهن فلزی با افزودن اکسیدهای پتاسیم و آلومینیوم است، در دمای 450-550 انجام شد. درجه سانتیگراد و فشار 300-1000 اتمسفر. در حال حاضر توجه زیادی به استفاده از کاتالیزورهای آلی فلزی و کمپلکس فلزی شده است که با گزینش پذیری و گزینش پذیری عمل متمایز می شوند. همان فرآیند سنتز آمونیاک با استفاده از یک کاتالیزور آلی فلزی در دمای معمولی (18 درجه سانتیگراد) و فشار اتمسفر معمولی انجام شد که چشم‌انداز بزرگی را در تولید کودهای نیتروژن معدنی باز می‌کند. نقش کاتالیزور در سنتز آلی بسیار زیاد است. بزرگترین موفقیت در این مسیر را باید تولید لاستیک مصنوعی مصنوعی از الکل اتیلیکتوسط آکادمیک شوروی S.V. Lebedev در دهه 20 قرن بیستم انجام شد.
آنزیم ها یا بیوکاتالیست ها نقش استثنایی در فرآیندهای بیولوژیکی و فناوری مواد با منشاء گیاهی و حیوانی و همچنین در پزشکی دارند. در حال حاضر بیش از 750 آنزیم شناخته شده است و تعداد آنها هر سال در حال افزایش است. آنزیم ها کاتالیزورهای دو عملکردی و چند عملکردی هستند، زیرا در اینجا یک اثر هماهنگ از دو یا چند گروه از کاتالیزورها با طبیعت متفاوت در مرکز فعال آنزیم بر قطبش پیوندهای بستر خاصی وجود دارد. همین مفهوم زیربنای عمل کاتالیزوری یک آنزیم و تئوری سینتیک عمل آنزیم است. تفاوت اصلی بین آنزیم ها و سایر کاتالیزورها فعالیت بسیار بالا و ویژگی بارز آنها است.
خود سازماندهی سیستم های شیمیایی به سیستم های بیولوژیکی، وحدت و ارتباط متقابل آنها سنتز ترکیبات آلی از غیر آلی را تایید می کند. در سال 1824، شیمیدان آلمانی F. Wehler، شاگرد Berzelius، اولین کسی بود که اسید اگزالیک HOOC-COOH، یک ترکیب آلی را از N-C-C-N معدنی با حرارت دادن آن با آب به دست آورد. جدید نیز دریافت کرد مواد آلی- اوره (اوره) از سیانید آمونیوم. در سال 1854، M. Berthelot در فرانسه، چربی را به صورت مصنوعی بدست آورد. بزرگترین موفقیت شیمی دهه 50-60. قرن 20 اولین سنتز پروتئین های ساده - هورمون انسولین و آنزیم ریبونوکلئوز بود.
دگرگونی های متقابل ترکیبات مشاهده شده در حیات وحش و همچنین در نتیجه فعالیت های انسانی رخ می دهد، می تواند به عنوان فرآیندهای شیمیایی در نظر گرفته شود. معرف های موجود در آنها می توانند دو یا چند ماده باشند که در یک یا در حالت های مختلف تجمع هستند. بسته به این، سیستم های همگن یا ناهمگن متمایز می شوند. شرایط انجام، ویژگی های دوره و نقش فرآیندهای شیمیایی در طبیعت در این کار مورد توجه قرار خواهد گرفت.
منظور از واکنش شیمیایی
اگر در نتیجه برهمکنش مواد اولیه، اجزای تشکیل دهنده مولکول های آنها تغییر کند و بارهای هسته اتم ها ثابت بماند، آنها از واکنش ها یا فرآیندهای شیمیایی صحبت می کنند. محصولاتی که در نتیجه جریان آنها شکل می گیرد توسط انسان در صنعت، کشاورزی و زندگی روزمره استفاده می شود. تعداد زیادی از فعل و انفعالات بین مواد، هم در طبیعت زنده و هم در طبیعت بی جان رخ می دهد. فرآیندهای شیمیایی تفاوت اساسی با پدیده های فیزیکی و خواص رادیواکتیویته دارند. مولکول های مواد جدید در آنها تشکیل می شود، در حالی که فرآیندهای فیزیکی ترکیب ترکیبات را تغییر نمی دهند و اتم های عناصر شیمیایی جدید در واکنش های هسته ای به وجود می آیند.
شرایط اجرای فرآیندها در شیمی
آنها می توانند متفاوت باشند و اول از همه به ماهیت معرف ها، نیاز به هجوم انرژی از خارج و همچنین وضعیت تجمع بستگی دارند. اجسام جامد، محلول ها، گازها) که در آن فرآیند انجام می شود. مکانیسم شیمیایی برهمکنش بین دو یا چند ترکیب را می توان تحت تأثیر کاتالیزورها (مثلاً تولید اسید نیتریک)، دما (به دست آوردن آمونیاک)، انرژی نور (فتوسنتز) انجام داد. با مشارکت آنزیم ها در طبیعت زنده، فرآیندهای واکنش شیمیایی تخمیر (الکل، اسید لاکتیک، بوتیریک) مورد استفاده در صنایع غذایی و میکروبیولوژیکی گسترده شده است. برای به دست آوردن محصولات در صنعت سنتز آلی، یکی از شرایط اصلی وجود مکانیسم رادیکال آزاد فرآیند شیمیایی است. به عنوان مثال، تولید مشتقات کلر متان (دی کلرومتان، تری کلرومتان، تتراکلرید کربن، که در نتیجه واکنش های زنجیره ای ایجاد می شود.
کاتالیز همگن
آنها انواع خاصی از تماس بین دو یا چند ماده هستند. ماهیت فرآیندهای شیمیایی که در یک فاز همگن (به عنوان مثال گاز - گاز) با مشارکت شتاب دهنده های واکنش رخ می دهد، انجام واکنش ها در کل حجم مخلوط ها است. اگر کاتالیزور در حالت تجمع مشابه واکنش دهنده ها باشد، کمپلکس های میانی متحرک را با ترکیبات شروع کننده تشکیل می دهد.
کاتالیز همگن فرآیند شیمیایی اصلی است که به عنوان مثال در پالایش نفت، تولید بنزین، نفتا، نفت گاز و سایر سوخت ها انجام می شود. از فناوری هایی مانند رفرمینگ، ایزومریزاسیون، کراکینگ کاتالیزوری استفاده می کند.
کاتالیز ناهمگن
در مورد کاتالیز ناهمگن، تماس واکنش دهنده ها اغلب روی سطح جامد خود کاتالیزور اتفاق می افتد. به اصطلاح مراکز فعال روی آن شکل می گیرد. اینها مناطقی هستند که در آنها برهمکنش ترکیبات واکنش دهنده بسیار سریع انجام می شود ، یعنی زیاد است. آنها خاص گونه هستند و همچنین در صورت وقوع فرآیندهای شیمیایی در سلول های زنده نقش مهمی ایفا می کنند. سپس آنها در مورد متابولیسم - واکنش های متابولیک صحبت می کنند. نمونه ای از کاتالیز ناهمگن، تولید صنعتی اسید سولفات است. در دستگاه تماس، مخلوط گازی از دی اکسید گوگرد و اکسیژن گرم می شود و از قفسه های شبکه ای پر شده با پودر پراکنده اکسید وانادیم یا وانادیل سولفات VOSO 4 عبور می کند. محصول حاصل، تری اکسید گوگرد، سپس به اسید سولفوریک غلیظ جذب می شود. مایعی به نام اولئوم تشکیل می شود. می توان آن را با آب رقیق کرد تا غلظت مورد نظر اسید سولفات به دست آید.
ویژگی های واکنش های ترموشیمیایی
آزاد شدن یا جذب انرژی به صورت گرما از اهمیت عملی بالایی برخوردار است. کافی است واکنش های احتراق سوخت را یادآوری کنیم: گاز طبیعی، زغال سنگ، ذغال سنگ نارس. آنها فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی هستند که یک ویژگی مهم آنها گرمای احتراق است. واکنش های حرارتی هم در دنیای آلی و هم در طبیعت بی جان گسترده است. به عنوان مثال، در فرآیند هضم، پروتئین ها، لیپیدها و کربوهیدرات ها تحت تأثیر مواد فعال بیولوژیکی - آنزیم ها شکسته می شوند.
انرژی آزاد شده به شکل مولکول های ATP ذخیره می شود. واکنش های غیر همجنس با آزاد شدن انرژی همراه است که بخشی از آن به صورت گرما پراکنده می شود. در نتیجه هضم، هر گرم پروتئین 17.2 کیلوژول انرژی، نشاسته - 17.2 کیلوژول، چربی - 38.9 کیلوژول تامین می کند. فرآیندهای شیمیایی که انرژی آزاد می کنند گرمازا و آنهایی که آن را جذب می کنند گرماگیر نامیده می شوند. در صنعت سنتز آلی و سایر فناوری ها، اثرات حرارتی واکنش های ترموشیمیایی محاسبه می شود. دانستن این مهم است، به عنوان مثال، برای محاسبه صحیح مقدار انرژی مصرف شده برای گرم کردن راکتورها و ستون های سنتزی که در آنها واکنش ها انجام می شود، همراه با جذب گرما.
سینتیک و نقش آن در نظریه فرآیندهای شیمیایی
محاسبه سرعت ذرات واکنش دهنده (مولکول ها، یون ها) مهمترین وظیفه پیش روی صنعت است. راه حل آن تأثیر اقتصادی و سودآوری چرخه های فناوری در تولید مواد شیمیایی را تضمین می کند. برای افزایش سرعت چنین واکنشی، مانند سنتز آمونیاک، عوامل تعیین کننده تغییر فشار در مخلوط گاز نیتروژن و هیدروژن تا 30 مگاپاسکال و همچنین جلوگیری از افزایش شدید دما خواهد بود. دمای مطلوب 450-550 درجه سانتیگراد است.
فرآیندهای شیمیایی مورد استفاده در تولید اسید سولفات، یعنی سوزاندن پیریت، اکسیداسیون دی اکسید گوگرد، جذب تری اکسید گوگرد توسط اولئوم، تحت شرایط مختلفی انجام می شود. برای این کار از کوره پیریت و دستگاه های تماسی استفاده می شود. آنها غلظت واکنش دهنده ها، دما و فشار را در نظر می گیرند. همه این عوامل برای انجام واکنش با بالاترین سرعت در ارتباط هستند که باعث افزایش بازده اسید سولفات به 96-98٪ می شود.
چرخه مواد به عنوان فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی در طبیعت
ضرب المثل معروف "حرکت زندگی است" را می توان در مورد عناصر شیمیایی که در انواع مختلف برهمکنش (واکنش های ترکیب، جانشینی، تجزیه، تبادل) وارد می شوند نیز به کار برد. مولکول ها و اتم های عناصر شیمیایی در حرکت ثابت هستند. همانطور که دانشمندان ثابت کرده اند، همه موارد فوق می تواند با پدیده های فیزیکی همراه باشد: انتشار گرما یا جذب آن، انتشار فوتون های نور، تغییر در حالت تجمع. این فرآیندها در هر پوسته زمین رخ می دهد: لیتوسفر، هیدروسفر، اتمسفر، بیوسفر. مهمترین آنها چرخه موادی مانند اکسیژن، دی اکسید کربن و نیتروژن است. در عنوان بعدی به چگونگی گردش نیتروژن در جو، خاک و موجودات زنده می پردازیم.
تبدیل نیتروژن و ترکیبات آن
به خوبی شناخته شده است که نیتروژن جزء ضروری پروتئین ها است، به این معنی که بدون استثنا در شکل گیری انواع حیات زمینی نقش دارد. نیتروژن توسط گیاهان و حیوانات به شکل یون هایی جذب می شود: یون های آمونیوم، نیترات و نیتریت. در نتیجه فتوسنتز، گیاهان نه تنها گلوکز، بلکه اسیدهای آمینه، گلیسرول، اسید چرب. تمام ترکیبات شیمیایی فوق محصول واکنش هایی هستند که در چرخه کالوین رخ می دهند. K. Timiryazev دانشمند برجسته روسی در مورد نقش کیهانی گیاهان سبز صحبت کرد و از جمله به توانایی آنها در سنتز پروتئین اشاره کرد.
گیاهخواران پپتیدها را از غذاهای گیاهی دریافت می کنند، در حالی که گوشتخواران پپتیدها را از گوشت طعمه دریافت می کنند. در طی پوسیدگی بقایای گیاهی و حیوانی تحت تأثیر باکتری های ساپروتروف خاک، فرآیندهای پیچیده بیولوژیکی و شیمیایی رخ می دهد. در نتیجه، نیتروژن از ترکیبات آلی به شکل غیر آلی تبدیل می شود (آمونیاک، نیتروژن آزاد، نیترات ها و نیتریت ها تشکیل می شوند). با بازگشت به جو و خاک، همه این مواد دوباره جذب گیاهان می شوند. نیتروژن از طریق روزنه های پوست برگ ها وارد می شود و محلول های نیتروژن و املاح آن توسط کرک های ریشه ریشه گیاهان جذب می شود. چرخه تبدیل نیتروژن بسته می شود تا دوباره تکرار شود. ماهیت فرآیندهای شیمیایی رخ داده در طبیعت در آغاز قرن بیستم توسط دانشمند روسی D.N. Pryanishnikov به تفصیل مورد مطالعه قرار گرفت.
متالورژی پودر
فرآیندها و فن آوری های شیمیایی مدرن سهم قابل توجهی در ایجاد مواد با فیزیکی منحصر به فرد و خواص شیمیایی. این به ویژه برای ابزار و تجهیزات پالایشگاه های نفت، شرکت های تولید کننده اسیدهای معدنی، رنگ ها، لاک ها و پلاستیک ها اهمیت دارد. در تولید آنها، مبدل های حرارتی، دستگاه های تماس، ستون های سنتز، خطوط لوله استفاده می شود. سطح تجهیزات تحت فشار بالا با رسانه های تهاجمی در تماس است. علاوه بر این، تقریباً تمام فرآیندهای تولید شیمیایی در دماهای بالا انجام می شود. مربوط به تولید مواد با نرخ بالای مقاومت حرارتی و اسیدی، خواص ضد خوردگی است.
متالورژی پودر شامل فرآیندهای تولید پودرهای حاوی فلز، تف جوشی و ورود به ترکیب آلیاژهای مدرن مورد استفاده در واکنش با مواد تهاجمی شیمیایی است.
کامپوزیت ها و معنی آنها
در میان فناوری های مدرن، مهمترین فرآیندهای شیمیایی، واکنش های به دست آوردن مواد کامپوزیتی است. اینها عبارتند از فوم ها، سرمت ها، نورپاپالست ها. به عنوان ماتریس برای تولید، از فلزات و آلیاژهای آنها، سرامیک و پلاستیک استفاده می شود. سیلیکات کلسیم، خاک رس سفید، استرانسیم و باریم فرید به عنوان پرکننده استفاده می شود. تمام مواد فوق به مواد کامپوزیت مقاومت در برابر ضربه، حرارت و مقاومت در برابر سایش می دهند.
فناوری شیمیایی چیست؟
شاخه ای از علم که به مطالعه ابزار و روش های مورد استفاده در واکنش های فرآوری مواد خام: نفت، گاز طبیعی، زغال سنگ، مواد معدنی می پردازد، فناوری شیمیایی نامیده می شد. به عبارت دیگر، علم فرآیندهای شیمیایی است که در نتیجه فعالیت انسان رخ می دهد. کل پایه نظری آن از ریاضیات، سایبرنتیک، شیمی فیزیک و اقتصاد صنعتی تشکیل شده است. مهم نیست که چه فرآیند شیمیایی در این فن آوری درگیر است (به دست آوردن اسید نیترات، تجزیه سنگ آهک، سنتز پلاستیک های فنل فرمالدئید) - در شرایط مدرن بدون سیستم های کنترل خودکار که فعالیت های انسانی را تسهیل می کند، آلودگی محیطی را حذف می کند، غیرممکن است. فناوری مداوم و بدون ضایعات تولید مواد شیمیایی.
در این مقاله، نمونه‌هایی از فرآیندهای شیمیایی را که هم در حیات وحش (فتوسنتز، تجزیه، چرخه نیتروژن) و هم در صنعت رخ می‌دهند، در نظر گرفتیم.
