Međusobne transformacije spojeva uočene u divljim životinjama, kao i one koje se javljaju kao rezultat ljudske aktivnosti, mogu se smatrati kemijskim procesima. Reagensi u njima mogu biti dvije ili više tvari koje su u istom ili u različitim agregacijskim stanjima. Ovisno o tome, razlikuju se homogeni ili heterogeni sustavi. Uvjeti izvođenja, značajke tijeka i uloga kemijskih procesa u prirodi bit će razmotreni u ovom radu.
Što se podrazumijeva pod kemijskom reakcijom
Ako se, kao rezultat interakcije početnih tvari, sastavni dijelovi njihovih molekula mijenjaju, a naboji jezgri atoma ostaju isti, govore o kemijskim reakcijama ili procesima. Proizvode koji nastaju kao rezultat njihovog protoka čovjek koristi u industriji, poljoprivredi i svakodnevnom životu. Ogroman broj interakcijaizmeđu tvari događa, kako u živoj tako i u neživoj prirodi. Kemijski procesi imaju temeljnu razliku od fizikalnih pojava i svojstava radioaktivnosti. U njima nastaju molekule novih tvari, dok fizikalni procesi ne mijenjaju sastav spojeva, a atomi novih kemijskih elemenata nastaju u nuklearnim reakcijama.
Uvjeti za provedbu procesa u kemiji
Mogu biti različiti i prvenstveno ovise o prirodi reagensa, potrebi za dotokom energije izvana, kao i o stanju agregacije (krutine, otopine, plinovi) u kojem se proces odvija. Kemijski mehanizam interakcije između dva ili više spojeva može se provesti pod djelovanjem katalizatora (na primjer, proizvodnja dušične kiseline), temperature (dobivanje amonijaka), svjetlosne energije (fotosinteza). Uz sudjelovanje enzima u živoj prirodi, rasprostranjeni su procesi kemijske reakcije fermentacije (alkohol, mliječna kiselina, maslačna), koji se koriste u prehrambenoj i mikrobiološkoj industriji. Za dobivanje proizvoda u industriji organske sinteze, jedan od glavnih uvjeta je prisutnost slobodno-radikalnog mehanizma kemijskog procesa. Primjer bi bila proizvodnja klorovih derivata metana (diklormetan, triklorometan, ugljik tetraklorid, koji nastaje lančanim reakcijama.
Homogena kataliza
To su posebne vrste kontakta između dvije ili više tvari. Bit kemijskih procesa koji se odvijaju u homogenoj fazi (na primjer, plin - plin) uz sudjelovanje akceleratorareakcije, sastoje se u provođenju reakcija u cijelom volumenu smjese. Ako je katalizator u istom agregacijskom stanju kao i reaktanti, tvori mobilne intermedijarne komplekse s početnim spojevima.
Homogena kataliza je osnovni kemijski proces koji se koristi, na primjer, u rafiniranju nafte, benzina, nafte, plinskog ulja i drugih goriva. Koristi tehnologije kao što su reformiranje, izomerizacija, katalitičko krekiranje.
Heterogena kataliza
U slučaju heterogene katalize dolazi do kontakta reaktanata, najčešće, na čvrstoj površini samog katalizatora. Na njemu se formiraju takozvani aktivni centri. To su područja u kojima se interakcija spojeva koji reagiraju odvija vrlo brzo, odnosno brzina reakcije je visoka. Oni su specifični za vrstu i igraju važnu ulogu i ako se kemijski procesi odvijaju u živim stanicama. Tada govore o metabolizmu – metaboličkim reakcijama. Primjer heterogene katalize je industrijska proizvodnja sulfatne kiseline. U kontaktnom aparatu, plinovita mješavina sumporovog dioksida i kisika se zagrijava i prolazi kroz rešetkaste police ispunjene raspršenim prahom vanadijevog oksida ili vanadil sulfata VOSO4. Rezultirajući produkt, sumporov trioksid, zatim se apsorbira koncentriranom sumpornom kiselinom. Nastaje tekućina koja se zove oleum. Može se razrijediti vodom kako bi se dobila željena koncentracija sulfatne kiseline.
Obilježja termokemijskih reakcija
Oslobađanje ili apsorpcija energije u obliku topline od velike je praktične važnosti. Dovoljno je prisjetiti se reakcija izgaranja goriva: prirodnog plina, ugljena, treseta. To su fizikalni i kemijski procesi čija je važna karakteristika toplina izgaranja. Toplinske reakcije su raširene kako u organskom svijetu tako i u neživoj prirodi. Primjerice, u procesu probave bjelančevine, lipidi i ugljikohidrati se razgrađuju pod djelovanjem biološki aktivnih tvari - enzima.
Oslobođena energija se akumulira u obliku makroergijskih veza molekula ATP-a. Reakcije disimilacije popraćene su oslobađanjem energije čiji se dio raspršuje u obliku topline. Kao rezultat probave, svaki gram proteina daje 17,2 kJ energije, škrob - 17,2 kJ, masti - 38,9 kJ. Kemijski procesi koji oslobađaju energiju nazivaju se egzotermni, a oni koji je apsorbiraju nazivaju se endotermni. U industriji organske sinteze i drugim tehnologijama izračunavaju se toplinski učinci termokemijskih reakcija. Važno je to znati, na primjer, za ispravan izračun količine energije koja se koristi za zagrijavanje reaktora i sinteznih kolona u kojima se odvijaju reakcije, praćene apsorpcijom topline.
Kinetika i njezina uloga u teoriji kemijskih procesa
Izračunavanje brzine reagirajućih čestica (molekula, iona) najvažniji je zadatak s kojim se industrija suočava. Njegovo rješenje osigurava ekonomski učinak i isplativost tehnoloških ciklusa u kemijskoj proizvodnji. Za povećanjebrzina takve reakcije, kao što je sinteza amonijaka, odlučujući čimbenici bit će promjena tlaka u plinskoj mješavini dušika i vodika do 30 MPa, kao i sprječavanje naglog porasta temperature (temp. je 450-550 °C optimalno).
Kemijski procesi koji se koriste u proizvodnji sulfatne kiseline, a to su: izgaranje pirita, oksidacija sumporovog dioksida, apsorpcija sumporovog trioksida oleumom, provode se u različitim uvjetima. Za to se koristi piritna peć i kontaktni uređaji. Uzimaju u obzir koncentraciju reaktanata, temperaturu i tlak. Svi ovi čimbenici koreliraju kako bi se reakcija izvela najvećom brzinom, što povećava prinos sulfatne kiseline na 96-98%.
Krug tvari kao fizički i kemijski procesi u prirodi
Poznata izreka "Kretanje je život" može se primijeniti i na kemijske elemente koji ulaze u različite vrste interakcija (reakcije kombinacije, supstitucije, razgradnje, razmjene). Molekule i atomi kemijskih elemenata su u stalnom kretanju. Kao što su znanstvenici utvrdili, sve gore navedene vrste kemijskih reakcija mogu biti popraćene fizikalnim pojavama: oslobađanjem topline ili njezinom apsorpcijom, emisijom fotona svjetlosti, promjenom stanja agregacije. Ti se procesi odvijaju u svakoj ljusci Zemlje: litosferi, hidrosferi, atmosferi, biosferi. Najznačajniji od njih su ciklusi tvari kao što su kisik, ugljični dioksid i dušik. U sljedećem naslovu gledamo kako dušik cirkulira u atmosferi, tlu iživi organizmi.
Međusobna konverzija dušika i njegovih spojeva
Poznato je da je dušik nužna komponenta bjelančevina, što znači da je uključen u formiranje svih vrsta zemaljskog života bez iznimke. Dušik apsorbiraju biljke i životinje u obliku iona: amonijevih, nitratnih i nitritnih iona. Kao rezultat fotosinteze, biljke ne stvaraju samo glukozu, već i aminokiseline, glicerol i masne kiseline. Svi gore navedeni kemijski spojevi su produkti reakcija koje se događaju u Calvinovom ciklusu. Izvanredni ruski znanstvenik K. Timiryazev govorio je o kozmičkoj ulozi zelenih biljaka, pozivajući se, između ostalog, na njihovu sposobnost sintetiziranja proteina.
Biložderi dobivaju peptide iz biljne hrane, dok mesožderi dobivaju peptide iz mesa plijena. Tijekom propadanja biljnih i životinjskih ostataka pod utjecajem saprotrofnih bakterija tla nastaju složeni biološki i kemijski procesi. Kao rezultat toga, dušik iz organskih spojeva prelazi u anorganski oblik (nastaju amonijak, slobodni dušik, nitrati i nitriti). Vraćajući se u atmosferu i tlo, biljke ponovno apsorbiraju sve te tvari. Dušik ulazi kroz stomate kože lišća, a otopine dušične i dušične kiseline i njihove soli apsorbiraju korijenske dlake korijena biljaka. Ciklus transformacije dušika se zatvara da bi se ponovno ponovio. Suštinu kemijskih procesa koji se odvijaju s dušikovim spojevima u prirodi detaljno je proučavao početkom 20. stoljeća ruski znanstvenik D. N. Pryanishnikov.
Metalurgija praha
Moderni kemijski procesi i tehnologije daju značajan doprinos stvaranju materijala s jedinstvenim fizikalnim i kemijskim svojstvima. To je posebno važno, prije svega, za instrumente i opremu rafinerija nafte, poduzeća koja proizvode anorganske kiseline, boje, lakove i plastiku. U njihovoj proizvodnji koriste se izmjenjivači topline, kontaktni uređaji, sintezni stupovi, cjevovodi. Površina opreme je u kontaktu s agresivnim medijima pod visokim pritiskom. Štoviše, gotovo svi procesi kemijske proizvodnje izvode se na visokim temperaturama. Relevantna je proizvodnja materijala s visokim stopama toplinske i kiselinske otpornosti, antikorozivnih svojstava.
Metalurgija praha uključuje proizvodnju prahova koji sadrže metal, sinteriranje i ugradnju u moderne legure koje se koriste u reakcijama s kemijski agresivnim tvarima.
Kompoziti i njihovo značenje
Među modernim tehnologijama najvažniji kemijski procesi su reakcije dobivanja kompozitnih materijala. To uključuje pjene, kermete, norpapalste. Kao matrica za proizvodnju koriste se metali i njihove legure, keramika i plastika. Kao punila koriste se kalcijev silikat, bijela glina, stroncij i barij feridi. Sve gore navedene tvari daju kompozitnim materijalima otpornost na udarce, toplinu i otpornost na habanje.
Što je kemijsko inženjerstvo
Grana znanosti koja proučava sredstva i metode korištene u reakcijama prerade sirovina: nafte, prirodnog plina, ugljena, minerala zvala se kemijska tehnologija. Drugim riječima, to je znanost o kemijskim procesima koji nastaju kao rezultat ljudske aktivnosti. Cijelu njegovu teorijsku bazu čine matematika, kibernetika, fizička kemija i industrijska ekonomija. Nije važno koji je kemijski proces uključen u tehnologiju (dobivanje nitratne kiseline, razgradnja vapnenca, sinteza fenol-formaldehidne plastike) - u suvremenim uvjetima nemoguće je bez automatiziranih upravljačkih sustava koji olakšavaju ljudske aktivnosti, eliminiraju onečišćenje okoliša i osiguravaju kontinuirana tehnologija kemijske proizvodnje bez otpada.
U ovom radu razmatrali smo primjere kemijskih procesa koji se odvijaju u divljim životinjama (fotosinteza, disimilacija, ciklus dušika) iu industriji.
