Vəhşi təbiətdə müşahidə olunan, eləcə də insan fəaliyyəti nəticəsində baş verən birləşmələrin qarşılıqlı çevrilmələri kimyəvi proseslər hesab edilə bilər. Onların tərkibindəki reagentlər eyni və ya müxtəlif birləşmə vəziyyətində olan iki və ya daha çox maddə ola bilər. Bundan asılı olaraq homojen və ya heterojen sistemlər fərqləndirilir. Keçirilmə şərtləri, kursun xüsusiyyətləri və kimyəvi proseslərin təbiətdəki rolu bu yazıda nəzərdən keçiriləcək.
Kimyəvi reaksiya dedikdə nə nəzərdə tutulur
Əgər ilkin maddələrin qarşılıqlı təsiri nəticəsində onların molekullarının tərkib hissələri dəyişikliklərə məruz qalırsa və atomların nüvələrinin yükləri dəyişməz qalırsa, onlar kimyəvi reaksiyalardan və ya proseslərdən danışırlar. Onların axını nəticəsində əmələ gələn məhsullar insan tərəfindən sənayedə, kənd təsərrüfatında və məişətdə istifadə olunur. Böyük sayda qarşılıqlı əlaqəmaddələr arasında həm canlı, həm də cansız təbiətdə baş verir. Kimyəvi proseslər radioaktivliyin fiziki hadisələri və xassələrindən əsaslı şəkildə fərqlənir. Onlarda yeni maddələrin molekulları əmələ gəlir, fiziki proseslər isə birləşmələrin tərkibini dəyişmir və nüvə reaksiyalarında yeni kimyəvi elementlərin atomları yaranır.
Kimyada proseslərin həyata keçirilməsi şərtləri
Onlar müxtəlif ola bilər və ilk növbədə reagentlərin təbiətindən, xaricdən enerji axınına ehtiyacdan, həmçinin prosesin baş verdiyi aqreqasiya vəziyyətindən (bərk maddələr, məhlullar, qazlar) asılıdır. İki və ya daha çox birləşmə arasında qarşılıqlı təsirin kimyəvi mexanizmi katalizatorların (məsələn, azot turşusunun istehsalı), temperaturun (ammiakın alınması), işıq enerjisinin (fotosintez) təsiri altında həyata keçirilə bilər. Canlı təbiətdə fermentlərin iştirakı ilə qida və mikrobioloji sənayedə istifadə olunan fermentasiya (spirt, laktik turşu, butirik) kimyəvi reaksiya prosesləri geniş yayılmışdır. Üzvi sintez sənayesində məhsul əldə etmək üçün əsas şərtlərdən biri kimyəvi prosesin sərbəst radikal mexanizminin olmasıdır. Məsələn, metandan xlor törəmələrinin (zəncirvari reaksiyalar nəticəsində yaranan diklorometan, trixlorometan, karbon tetraklorid) istehsalı ola bilər.
Homojen kataliz
Onlar iki və ya daha çox maddə arasında xüsusi təmas növləridir. Sürətləndiricilərin iştirakı ilə homojen fazada (məsələn, qaz - qaz) baş verən kimyəvi proseslərin mahiyyətireaksiyalar, qarışıqların bütün həcmində reaksiyaların aparılmasından ibarətdir. Əgər katalizator reaktivlərlə eyni birləşmə vəziyyətindədirsə, o, başlanğıc birləşmələrlə mobil ara komplekslər əmələ gətirir.
Homojen kataliz, məsələn, neft emalı, benzin, nafta, qazoylu və digər yanacaqlarda istifadə olunan əsas kimyəvi prosesdir. O, reforminq, izomerləşdirmə, katalitik krekinq kimi texnologiyalardan istifadə edir.
Heterojen kataliz
Heterojen kataliz zamanı reaktivlərin təması ən çox katalizatorun özünün bərk səthində baş verir. Onun üzərində aktiv deyilən mərkəzlər formalaşır. Bunlar reaksiya verən birləşmələrin qarşılıqlı təsirinin çox sürətlə getdiyi, yəni reaksiya sürətinin yüksək olduğu sahələrdir. Onlar növə xasdır və canlı hüceyrələrdə kimyəvi proseslər baş verdikdə də mühüm rol oynayır. Sonra maddələr mübadiləsi - metabolik reaksiyalar haqqında danışırlar. Heterojen kataliz nümunəsi sulfat turşusunun sənaye istehsalıdır. Kontakt aparatında kükürd dioksid və oksigenin qaz qarışığı qızdırılır və dispers vanadium oksid tozu və ya vanadil sulfat VOSO4 ilə doldurulmuş qəfəs rəflərindən keçirilir. Nəticədə məhsul, kükürd trioksidi daha sonra konsentratlaşdırılmış sulfat turşusu tərəfindən udulur. Oleum adlanan maye əmələ gəlir. İstədiyiniz sulfat turşusunun konsentrasiyasını əldə etmək üçün su ilə seyreltilə bilər.
Termokimyəvi reaksiyaların xüsusiyyətləri
Enerjinin istilik şəklində buraxılması və ya udulması böyük praktik əhəmiyyətə malikdir. Yanacağın yanma reaksiyalarını xatırlamaq kifayətdir: təbii qaz, kömür, torf. Bunlar fiziki və kimyəvi proseslərdir, onların mühüm xarakteristikası yanma istiliyidir. İstilik reaksiyaları həm üzvi aləmdə, həm də cansız təbiətdə geniş yayılmışdır. Məsələn, həzm prosesində zülallar, lipidlər və karbohidratlar bioloji aktiv maddələrin - fermentlərin təsiri altında parçalanır.
Ayrılmış enerji ATP molekullarının makroergik bağları şəklində toplanır. Dissimilyasiya reaksiyaları enerjinin ayrılması ilə müşayiət olunur, onun bir hissəsi istilik şəklində dağılır. Həzm nəticəsində hər qram protein 17,2 kJ, nişasta 17,2 kJ, yağ 38,9 kJ enerji verir. Enerji buraxan kimyəvi proseslərə ekzotermik, onu udanlara isə endotermik deyilir. Üzvi sintez sənayesində və digər texnologiyalarda termokimyəvi reaksiyaların istilik effektləri hesablanır. Bunu bilmək vacibdir, məsələn, istilik udulması ilə müşayiət olunan reaksiyaların baş verdiyi reaktorların və sintez sütunlarının qızdırılması üçün sərf olunan enerjinin miqdarının düzgün hesablanması üçün.
Kinetika və onun kimyəvi proseslər nəzəriyyəsində rolu
Reaksiyaya girən hissəciklərin (molekullar, ionlar) sürətinin hesablanması sənayenin qarşısında duran ən mühüm vəzifədir. Onun həlli kimyəvi istehsalda texnoloji dövrlərin iqtisadi effektini və rentabelliyini təmin edir. Artırmaq üçünammonyak sintezi kimi belə bir reaksiyanın sürəti həlledici amillər azot və hidrogenin qaz qarışığında təzyiqin 30 MPa-a qədər dəyişməsi, həmçinin temperaturun kəskin artmasının qarşısının alınması (temperatur) olacaqdır. 450-550 °C optimaldır).
Sulfat turşusunun istehsalında istifadə olunan kimyəvi proseslər, yəni: piritlərin yandırılması, kükürd dioksidin oksidləşməsi, kükürd trioksidin oleum tərəfindən udulması müxtəlif şəraitdə aparılır. Bunun üçün bir pirit sobası və əlaqə cihazları istifadə olunur. Onlar reaktivlərin konsentrasiyasını, temperaturu və təzyiqi nəzərə alırlar. Bütün bu amillər sulfat turşusunun məhsuldarlığını 96-98%-ə qədər artıran reaksiyanın ən yüksək sürətlə aparılması ilə əlaqələndirilir.
Təbiətdə fiziki və kimyəvi proseslər kimi maddələrin dövranı
Məşhur “Hərəkət həyatdır” deyimini müxtəlif növ qarşılıqlı təsirlərə (birləşmə, əvəzetmə, parçalanma, mübadilə reaksiyaları) daxil olan kimyəvi elementlərə də aid etmək olar. Kimyəvi elementlərin molekulları və atomları daimi hərəkətdədir. Alimlərin müəyyən etdiyi kimi, yuxarıda göstərilən kimyəvi reaksiyaların bütün növləri fiziki hadisələrlə müşayiət oluna bilər: istiliyin buraxılması və ya onun udulması, işıq fotonlarının buraxılması, birləşmə vəziyyətində dəyişiklik. Bu proseslər Yerin hər bir qabığında baş verir: litosfer, hidrosfer, atmosfer, biosfer. Bunlardan ən əhəmiyyətlisi oksigen, karbon qazı və azot kimi maddələrin dövrələridir. Növbəti başlıqda azotun atmosferdə, torpaqda və necə dövr etdiyinə baxacağıqcanlı orqanizmlər.
Azot və onun birləşmələrinin qarşılıqlı çevrilməsi
Məlumdur ki, azot zülalların zəruri tərkib hissəsidir, yəni o, istisnasız olaraq yer üzündəki həyatın bütün növlərinin formalaşmasında iştirak edir. Azot bitkilər və heyvanlar tərəfindən ionlar şəklində udulur: ammonium, nitrat və nitrit ionları. Fotosintez nəticəsində bitkilər təkcə qlükoza deyil, həm də amin turşuları, qliserin və yağ turşuları əmələ gətirir. Yuxarıda göstərilən kimyəvi birləşmələrin hamısı Kalvin dövründə baş verən reaksiyaların məhsullarıdır. Görkəmli rus alimi K. Timiryazev yaşıl bitkilərin kosmik rolundan danışaraq, digər məsələlərlə yanaşı, onların zülal sintez etmək qabiliyyətinə də istinad etmişdir.
Ot yeyənlər peptidlərini bitki qidalarından, ətyeyənlər isə peptidlərini yırtıcı ətdən alırlar. Saprotrof torpaq bakteriyalarının təsiri altında bitki və heyvan qalıqlarının çürüməsi zamanı mürəkkəb bioloji və kimyəvi proseslər baş verir. Nəticədə üzvi birləşmələrdən azot qeyri-üzvi formaya keçir (ammiak, sərbəst azot, nitratlar və nitritlər əmələ gəlir). Atmosferə və torpağa qayıdaraq, bütün bu maddələr yenidən bitkilər tərəfindən udulur. Azot yarpaqların qabığının stomatası vasitəsilə daxil olur, azot və azot turşularının məhlulları və onların duzları isə bitkilərin köklərinin kök tükləri tərəfindən sorulur. Azotun çevrilmə dövrü yenidən təkrarlanmaq üçün bağlanır. Təbiətdə azot birləşmələri ilə baş verən kimyəvi proseslərin mahiyyəti 20-ci əsrin əvvəllərində rus alimi D. N. Pryanişnikov tərəfindən ətraflı öyrənilmişdir.
Toz Metallurgiyası
Müasir kimyəvi proseslər və texnologiyalar unikal fiziki və kimyəvi xassələrə malik materialların yaradılmasına mühüm töhfə verir. Bu, ilk növbədə, neft emalı zavodlarının, qeyri-üzvi turşular, boyalar, laklar, plastiklər istehsal edən müəssisələrin alətləri və avadanlıqları üçün xüsusilə vacibdir. Onların istehsalında istilik dəyişdiriciləri, əlaqə cihazları, sintez sütunları, boru kəmərləri istifadə olunur. Avadanlığın səthi yüksək təzyiq altında aqressiv mühitlə təmasdadır. Üstəlik, demək olar ki, bütün kimyəvi istehsal prosesləri yüksək temperaturda aparılır. Müvafiq olan yüksək istilik və turşu müqaviməti, antikorroziya xüsusiyyətləri olan materialların istehsalıdır.
Toz metallurgiyasına metal tərkibli tozların istehsalı, sinterləşdirilməsi və kimyəvi aqressiv maddələrlə reaksiyalarda istifadə edilən müasir ərintilərə daxil edilməsi daxildir.
Kompozitlər və onların mənası
Müasir texnologiyalar arasında ən mühüm kimyəvi proseslər kompozit materialların alınması reaksiyalarıdır. Bunlara köpüklər, kerametlər, norpapalstlar daxildir. İstehsal üçün bir matris olaraq metallar və onların ərintiləri, keramika və plastiklərdən istifadə olunur. Doldurucu kimi kalsium silikat, ağ gil, stronsium və barium ferridləri istifadə olunur. Yuxarıda göstərilən maddələrin hamısı kompozit materiallara zərbəyə, istiliyə və aşınmaya davamlılıq verir.
Kimya mühəndisliyi nədir
Xammalın emalı reaksiyalarında istifadə olunan vasitə və üsulları öyrənən elm sahəsi: neft, təbii qaz, kömür, faydalı qazıntılar kimyəvi texnologiya adlanırdı. Başqa sözlə desək, insan fəaliyyəti nəticəsində baş verən kimyəvi proseslər haqqında elmdir. Onun bütün nəzəri bazasını riyaziyyat, kibernetika, fiziki kimya və sənaye iqtisadiyyatı təşkil edir. Texnologiyada hansı kimyəvi prosesin (nitrat turşusunun alınması, əhəng daşının parçalanması, fenol-formaldehid plastmaslarının sintezi) olmasının əhəmiyyəti yoxdur - müasir şəraitdə insan fəaliyyətini asanlaşdıran, ətraf mühitin çirklənməsini aradan qaldıran, istehsal prosesini təmin edən avtomatlaşdırılmış idarəetmə sistemləri olmadan mümkün deyil. davamlı və tullantısız kimyəvi istehsal texnologiyası.
Bu yazıda biz həm canlılar aləmində (fotosintez, dissimilyasiya, azot dövrü) həm də sənayedə baş verən kimyəvi proseslərin nümunələrini nəzərdən keçirdik.
