Sự biến đổi lẫn nhau của các hợp chất được quan sát thấy trong động vật hoang dã, cũng như xảy ra do hoạt động của con người, có thể được coi là quá trình hóa học. Thuốc thử trong chúng có thể là hai hoặc nhiều chất ở cùng một trạng thái hoặc ở các trạng thái tập hợp khác nhau. Tùy thuộc vào điều này, các hệ thống đồng nhất hoặc không đồng nhất được phân biệt. Các điều kiện để tiến hành, các đặc điểm của quá trình và vai trò của các quá trình hóa học trong tự nhiên sẽ được xem xét trong bài báo này.
Phản ứng hóa học có nghĩa là gì
Nếu, do kết quả của sự tương tác của các chất ban đầu, các phần cấu thành của phân tử của chúng trải qua những thay đổi, và điện tích của hạt nhân nguyên tử vẫn giữ nguyên, thì chúng nói đến các phản ứng hoặc quá trình hóa học. Các sản phẩm hình thành do dòng chảy của chúng được con người sử dụng trong công nghiệp, nông nghiệp và đời sống hàng ngày. Số lượng lớn các tương tácgiữa các chất xảy ra, cả trong tự nhiên sống và vô tri. Các quá trình hóa học có sự khác biệt cơ bản so với các hiện tượng vật lý và tính chất của sự phóng xạ. Các phân tử của các chất mới được hình thành trong chúng, trong khi các quá trình vật lý không làm thay đổi thành phần của các hợp chất, và nguyên tử của các nguyên tố hóa học mới phát sinh trong phản ứng hạt nhân.
Điều kiện để thực hiện các quá trình trong hóa học
Chúng có thể khác nhau và phụ thuộc chủ yếu vào bản chất của thuốc thử, nhu cầu về dòng năng lượng từ bên ngoài, cũng như trạng thái tập hợp (chất rắn, dung dịch, khí) mà quá trình xảy ra. Cơ chế hóa học của sự tương tác giữa hai hay nhiều hợp chất có thể được thực hiện dưới tác dụng của chất xúc tác (ví dụ, sản xuất axit nitric), nhiệt độ (thu được amoniac), năng lượng ánh sáng (quang hợp). Với sự tham gia của các enzym trong tự nhiên sống, các quá trình phản ứng hóa học của quá trình lên men (rượu, axit lactic, butyric), được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm và vi sinh, được phổ biến rộng rãi. Để có được sản phẩm trong công nghiệp tổng hợp hữu cơ, một trong những điều kiện chính là sự hiện diện của cơ chế tạo gốc tự do của quá trình hóa học. Một ví dụ là sản xuất các dẫn xuất clo của metan (diclometan, triclometan, cacbon tetraclorua, tạo ra từ các phản ứng dây chuyền.
Xúc tác đồng nhất
Chúng là những kiểu tiếp xúc đặc biệt giữa hai hoặc nhiều chất. Thực chất của các quá trình hóa học xảy ra ở pha đồng nhất (ví dụ: khí - khí) có sự tham gia của chất xúc tiếnphản ứng, bao gồm việc thực hiện các phản ứng trong toàn bộ thể tích của hỗn hợp. Nếu chất xúc tác ở cùng trạng thái tập hợp với các chất phản ứng, nó sẽ tạo thành các phức chất trung gian di động với các hợp chất ban đầu.
Xúc tác đồng nhất là một quá trình hóa học cơ bản được sử dụng trong, chẳng hạn như lọc dầu, xăng, naphtha, dầu khí và các nhiên liệu khác. Nó sử dụng các công nghệ như cải cách, đồng phân hóa, crackinh xúc tác.
Xúc tác không đồng nhất
Trong trường hợp xúc tác dị thể, sự tiếp xúc của các chất phản ứng thường xảy ra trên bề mặt rắn của chính chất xúc tác. Cái gọi là trung tâm hoạt động được hình thành trên đó. Đây là những khu vực mà sự tương tác của các hợp chất phản ứng diễn ra rất nhanh, tức là tốc độ phản ứng cao. Chúng đặc trưng cho loài và cũng đóng một vai trò quan trọng nếu các quá trình hóa học xảy ra trong tế bào sống. Sau đó, họ nói về sự trao đổi chất - phản ứng trao đổi chất. Một ví dụ về xúc tác dị thể là sản xuất công nghiệp axit sunfat. Trong thiết bị tiếp xúc, một hỗn hợp khí của lưu huỳnh điôxít và ôxy được làm nóng và đi qua các giá mạng chứa đầy bột phân tán của ôxít vanađi hoặc vanadyl sunfat VOSO4. Sản phẩm thu được, lưu huỳnh trioxit, sau đó được hấp thụ bởi axit sunfuric đặc. Một chất lỏng được gọi là oleum được hình thành. Nó có thể được pha loãng với nước để có được nồng độ axit sunfat mong muốn.
Đặc điểm của phản ứng nhiệt hóa
Việc giải phóng hoặc hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt có tầm quan trọng thực tế rất lớn. Nó chỉ đủ để nhớ lại các phản ứng cháy của nhiên liệu: khí đốt tự nhiên, than đá, than bùn. Chúng là các quá trình vật lý và hóa học, một đặc tính quan trọng của nó là nhiệt của quá trình cháy. Phản ứng nhiệt phổ biến rộng rãi cả trong thế giới hữu cơ và trong tự nhiên vô tri. Ví dụ, trong quá trình tiêu hóa, protein, lipid và carbohydrate bị phân hủy dưới tác dụng của các hoạt chất sinh học - enzyme.
Năng lượng giải phóng được tích lũy dưới dạng liên kết macroergic của các phân tử ATP. Phản ứng phân tán đi kèm với sự giải phóng năng lượng, một phần năng lượng bị tiêu tán dưới dạng nhiệt. Kết quả của quá trình tiêu hóa, mỗi gam chất đạm cung cấp 17,2 kJ năng lượng, tinh bột - 17,2 kJ, chất béo - 38,9 kJ. Các quá trình hóa học giải phóng năng lượng được gọi là tỏa nhiệt, và những quá trình hấp thụ nó được gọi là thu nhiệt. Trong công nghiệp tổng hợp hữu cơ và các công nghệ khác, hiệu ứng nhiệt của các phản ứng nhiệt hóa được tính toán. Điều quan trọng là phải biết điều này, ví dụ, để tính toán chính xác lượng năng lượng được sử dụng để đốt nóng các lò phản ứng và cột tổng hợp, trong đó các phản ứng diễn ra, kèm theo sự hấp thụ nhiệt.
Động học và vai trò của nó trong lý thuyết về các quá trình hóa học
Tính toán tốc độ của các hạt phản ứng (phân tử, ion) là nhiệm vụ quan trọng nhất mà ngành công nghiệp phải đối mặt. Giải pháp của nó đảm bảo hiệu quả kinh tế và lợi nhuận của các chu trình công nghệ trong sản xuất hóa chất. Để tăngTốc độ của một phản ứng như vậy, chẳng hạn như quá trình tổng hợp amoniac, các yếu tố quyết định sẽ là sự thay đổi áp suất trong hỗn hợp khí nitơ và hydro lên đến 30 MPa, cũng như việc ngăn chặn sự gia tăng mạnh nhiệt độ (nhiệt độ là 450-550 ° C là tối ưu).
Các quá trình hóa học được sử dụng trong sản xuất axit sunfat, cụ thể là: đốt cháy pyrit, oxy hóa lưu huỳnh đioxit, hấp thụ lưu huỳnh trioxit bằng oleum, được thực hiện trong các điều kiện khác nhau. Đối với điều này, một lò nung pyrit và các thiết bị tiếp xúc được sử dụng. Họ tính đến nồng độ của chất phản ứng, nhiệt độ và áp suất. Tất cả các yếu tố này tương quan với nhau để thực hiện phản ứng ở tốc độ cao nhất, làm tăng sản lượng axit sunfat lên 96-98%.
Chu trình của các chất là quá trình vật lý và hóa học trong tự nhiên
Câu nói nổi tiếng "Chuyển động là sự sống" cũng có thể được áp dụng cho các nguyên tố hóa học tham gia vào nhiều dạng tương tác khác nhau (phản ứng kết hợp, thay thế, phân hủy, trao đổi). Phân tử, nguyên tử của các nguyên tố hóa học luôn chuyển động không đổi. Như các nhà khoa học đã xác định, tất cả các loại phản ứng hóa học trên đều có thể đi kèm với các hiện tượng vật lý: tỏa nhiệt hoặc hấp thụ nó, phát ra photon ánh sáng, thay đổi trạng thái tập hợp. Các quá trình này xảy ra trong mọi lớp vỏ của Trái đất: thạch quyển, thủy quyển, khí quyển, sinh quyển. Quan trọng nhất trong số này là chu kỳ của các chất như oxy, carbon dioxide và nitơ. Trong tiêu đề tiếp theo, chúng ta xem xét cách nitơ luân chuyển trong khí quyển, đất vàsinh vật sống.
Sự chuyển hóa giữa nitơ và các hợp chất của nó
Ai cũng biết rằng nitơ là một thành phần cần thiết của protein, có nghĩa là nó có liên quan đến sự hình thành của tất cả các loại cuộc sống trên trái đất, không có ngoại lệ. Nitơ được thực vật và động vật hấp thụ dưới dạng các ion: ion amoni, nitrat và nitrit. Kết quả của quá trình quang hợp, thực vật không chỉ tạo thành glucose mà còn tạo thành các axit amin, glixerol và axit béo. Tất cả các hợp chất hóa học trên đều là sản phẩm của các phản ứng xảy ra trong chu trình Calvin. Nhà khoa học xuất sắc người Nga K. Timiryazev đã nói về vai trò vũ trụ của thực vật xanh, cùng với những thứ khác, đề cập đến khả năng tổng hợp protein của chúng.
Động vật ăn cỏ lấy peptit từ thức ăn thực vật, trong khi động vật ăn thịt lấy peptit từ thịt con mồi. Trong quá trình thối rữa của xác thực vật và động vật dưới tác động của vi khuẩn đất saprotrophic, các quá trình sinh học và hóa học phức tạp xảy ra. Kết quả là nitơ từ các hợp chất hữu cơ chuyển sang dạng vô cơ (amoniac, nitơ tự do, nitrat và nitrit được tạo thành). Trở lại bầu khí quyển và đất, tất cả các chất này lại được thực vật hấp thụ. Nitơ xâm nhập qua lỗ khí của vỏ lá, các dung dịch axit nitric và nitơ và muối của chúng được các lông hút của rễ cây hấp thụ. Chu trình biến đổi nitơ khép lại để lặp lại một lần nữa. Bản chất của các quá trình hóa học xảy ra với các hợp chất nitơ trong tự nhiên đã được nhà khoa học Nga D. N. Pryanishnikov nghiên cứu chi tiết vào đầu thế kỷ 20.
Luyện kim
Các quy trình và công nghệ hóa học hiện đại đóng góp đáng kể vào việc tạo ra các vật liệu có các đặc tính vật lý và hóa học độc đáo. Điều này đặc biệt quan trọng, trước hết là đối với các dụng cụ và thiết bị của các nhà máy lọc dầu, các xí nghiệp sản xuất axit vô cơ, thuốc nhuộm, vecni và chất dẻo. Trong sản xuất của họ, thiết bị trao đổi nhiệt, thiết bị tiếp xúc, cột tổng hợp, đường ống được sử dụng. Bề mặt của thiết bị tiếp xúc với môi trường xâm thực dưới áp suất cao. Hơn nữa, hầu hết tất cả các quá trình sản xuất hóa chất đều được thực hiện ở nhiệt độ cao. Có liên quan là sản xuất vật liệu có tỷ lệ chịu nhiệt và axit cao, đặc tính chống ăn mòn.
Luyện kim bột bao gồm sản xuất bột chứa kim loại, thiêu kết và kết hợp thành các hợp kim hiện đại được sử dụng trong các phản ứng với các chất có tính xâm thực hóa học.
Composites và ý nghĩa của chúng
Trong số các công nghệ hiện đại, quy trình hóa học quan trọng nhất là phản ứng thu được vật liệu composite. Chúng bao gồm bọt, gốm kim loại, đá kim loại. Như một ma trận để sản xuất, kim loại và hợp kim của chúng, gốm và nhựa được sử dụng. Canxi silicat, đất sét trắng, stronti và ferit bari được sử dụng làm chất độn. Tất cả các chất trên tạo cho vật liệu composite khả năng chống va đập, chịu nhiệt và chống mài mòn.
Kỹ thuật hóa học là gì
Ngành khoa học nghiên cứu các phương tiện và phương pháp được sử dụng trong các phản ứng chế biến nguyên liệu thô: dầu mỏ, khí đốt tự nhiên, than đá, khoáng sản, được gọi là công nghệ hóa học. Nói cách khác, nó là khoa học về các quá trình hóa học xảy ra do hoạt động của con người. Toàn bộ cơ sở lý thuyết của nó được tạo thành từ toán học, điều khiển học, hóa học vật lý và kinh tế công nghiệp. Không quan trọng quá trình hóa học nào tham gia vào công nghệ (thu được axit nitrat, phân hủy đá vôi, tổng hợp nhựa phenol-fomanđehit) - trong điều kiện hiện đại không thể thiếu các hệ thống điều khiển tự động tạo thuận lợi cho các hoạt động của con người, loại bỏ ô nhiễm môi trường và đảm bảo công nghệ sản xuất hóa chất liên tục và không có chất thải.
Trong bài báo này, chúng tôi đã xem xét các ví dụ về các quá trình hóa học xảy ra cả trong động vật hoang dã (quang hợp, phân hủy, chu trình nitơ) và trong công nghiệp.
