¿Cuál es el proceso químico? El proceso químico: la esencia y el papel en la naturaleza

Las transformaciones mutuas de los compuestos observados enla naturaleza viviente, así como las que resultan de actividades humanas pueden considerarse procesos químicos. Los reactivos en ellos pueden ser dos o más sustancias que están en uno o en diferentes estados agregados. Dependiendo de esto, se distinguen los sistemas homogéneos o heterogéneos. Las condiciones de realización, las características del curso y el papel de los procesos químicos en la naturaleza se considerarán en este documento.

¿Qué se entiende por reacción química?

Si como resultado de la interacción de los materiales de partidalos constituyentes de sus moléculas sufren cambios, y las cargas de los núcleos atómicos siguen siendo las mismas, hablan de reacciones o procesos químicos. Los productos producidos como resultado de su flujo, son utilizados por el hombre en la industria, la agricultura y la vida cotidiana. Se produce una gran cantidad de interacciones entre sustancias, tanto en la naturaleza viva como en la inanimada. Los procesos químicos tienen una diferencia fundamental con respecto a los fenómenos físicos y las propiedades de la radioactividad. Forman moléculas de nuevas sustancias, mientras que los procesos físicos no cambian la composición de los compuestos, y en las reacciones nucleares, se forman átomos de nuevos elementos químicos.

Condiciones para la implementación de procesos en química

Pueden ser diferentes y dependen, antestodo, de la naturaleza de los reactivos entrada de energía necesaria desde el exterior, así como el estado de agregación (sólidos, soluciones, gases) en el que se produce el proceso. El mecanismo químico de la interacción entre una de dos o más compuestos puede llevarse a cabo bajo la acción de catalizadores (por ejemplo, ácido nítrico), temperatura (producción de amoniaco), la energía de luz (fotosíntesis). Con la ayuda de las enzimas en la naturaleza viva de reacción química procesos de fermentación generalizada (alcohol, ácido láctico, ácido butírico) que se utiliza en las industrias de alimentos y microbiológicos. Para los productos en la industria de síntesis orgánica, una de las principales condiciones es la presencia de un mecanismo de radicales libres del proceso químico. Un ejemplo sería la preparación de metano clorado (diclorometano, triclorometano, tetracloruro de carbono producido como consecuencia de reacciones en cadena.

Catálisis homogénea

Son tipos especiales de contacto entre doso varias sustancias. La esencia de los procesos químicos que se producen en una fase homogénea (por ejemplo, gas-gas) con la participación de aceleradores de reacción consiste en llevar a cabo reacciones en todo el volumen de las mezclas. Si el catalizador está en el mismo estado agregado que los reactivos, forma complejos intermedios móviles con los compuestos de partida.

La catálisis homogénea es la principal sustancia químicael proceso, por ejemplo, en el procesamiento de petróleo, la producción de gasolina, nafta, gas oil y otros combustibles. Utiliza tecnologías como el reformado, la isomerización y el craqueo catalítico.

Catálisis heterogénea

En el caso de catálisis heterogénea, contactolas sustancias reactivas se producen, con mayor frecuencia, en la superficie sólida del catalizador en sí. Forma los llamados centros activos. Estas son áreas en las que la interacción de los compuestos reaccionantes se produce muy rápidamente, es decir, la velocidad de reacción es alta. Son específicos de la especie y juegan un papel importante también si ocurren procesos químicos en las células vivas. Luego, habla sobre el metabolismo: reacciones metabólicas. Un ejemplo de catálisis heterogénea es la producción industrial de ácido sulfato. En el aparato de contacto, una mezcla gaseosa de dióxido de azufre y oxígeno se calienta y pasa a través de un estante de celosía lleno con un polvo de vanadio dispersado o sulfato de vanadilo VOSO₄. El producto resultante es trióxido de azufre, luegoes absorbido por el ácido sulfúrico concentrado. Se forma un líquido, llamado óleum. Se puede diluir con agua para obtener la concentración deseada de ácido sulfato.

Características de las reacciones termoquímicas

Aislamiento o absorción de energía en forma de calores de gran importancia práctica. Baste recordar la reacción de la quema de combustible: gas natural, carbón, turba. Son procesos fisicoquímicos, cuya característica importante es el calor de la combustión. Las reacciones térmicas están muy extendidas tanto en el mundo orgánico como en la naturaleza inanimada. Por ejemplo, en el proceso de digestión, las proteínas, los lípidos y los carbohidratos se escinden bajo la acción de sustancias biológicamente activas: enzimas.

La energía liberada se acumula en la formaenlaces macroergicos de las molculas de ATP. Las reacciones de disimilación van acompañadas de la liberación de energía, parte de la cual se disipa en forma de calor. Como resultado de la digestión, cada gramo de proteína da 17, 2 kJ de energía, almidón - 17, 2 kJ, grasa - 38.9 kJ. Los procesos químicos que proceden con la liberación de energía se llaman exotérmicos, y con la absorción de los mismos, endotérmicos. En la industria de la síntesis orgánica y otras tecnologías, se calculan los efectos térmicos de las reacciones termoquímicas. Esto es importante para saber, por ejemplo, para el cálculo correcto de la cantidad de energía utilizada para calentar reactores y columnas de síntesis en las que ocurren reacciones acompañadas de absorción de calor.

Cinética y su papel en la teoría de los procesos químicos

El cálculo de la velocidad de las partículas que reaccionan (moléculas,iones) es la tarea más importante que enfrenta la industria. Su solución proporciona beneficios económicos y rentabilidad de los ciclos tecnológicos en la producción química. Para aumentar la velocidad de dicha reacción, por ejemplo, la síntesis de amoníaco, los factores decisivos serán el cambio de presión en una mezcla gaseosa de nitrógeno e hidrógeno hasta 30 MPa, y también para evitar un aumento brusco de la temperatura (la temperatura óptima es 450-550 ° C).

Procesos químicos utilizados en la producciónácido sulfúrico, a saber: quemado de pirita, oxidación del dióxido de azufre, la absorción de trióxido de azufre por óleum se lleva a cabo en diversas condiciones. Para esto, se usan un horno de pirita y aparatos de contacto. Toman en cuenta las concentraciones de reactivos, temperatura y presión. Todos estos factores se correlacionan para llevar a cabo la reacción a la velocidad más rápida, lo que aumenta el rendimiento de ácido sulfato a 96-98%.

El ciclo de sustancias, como procesos fisicoquímicos en la naturaleza

El conocido dicho "El movimiento es vida" puede seraplicada a los elementos químicos que entran en los diversos tipos de interacción (compuesto de reacción, de sustitución, de descomposición, cambio). Las moléculas y átomos de elementos químicos llegan en movimiento continuo. Como los científicos, todos los tipos anteriores de las reacciones químicas puede ir acompañada de fenómenos físicos: liberación de calor o absorción de los fotones de los rayos de luz, el cambio del estado de agregación. Estos procesos se producen en cada carcasa de la Tierra: litosfera, la hidrosfera, y la atmósfera, la biosfera. El más significativo de estos son los ciclos de sustancias como el oxígeno, el dióxido de carbono y el nitrógeno. A continuación consideramos el título como se produce la circulación de nitrógeno en la atmósfera, el suelo y los organismos vivos.

Interconversión de nitrógeno y sus compuestos

Es bien sabido que el nitrógeno es necesariouna parte integral de las proteínas, y por lo tanto participa en la formación de todo tipo de vida terrenal sin excepción. El nitrógeno es asimilado por plantas y animales en forma de iones: iones de amonio, nitrato y nitrito. Las plantas como resultado de la fotosíntesis forman no solo glucosa, sino también aminoácidos, glicerina y ácidos grasos. Todos los compuestos químicos enumerados anteriormente son productos de reacciones que ocurren en el ciclo de Calvin. El destacado científico ruso K. Timiryazev habló sobre el papel cósmico de las plantas verdes, teniendo en cuenta, entre otras cosas, su capacidad para sintetizar proteínas.

Los herbívoros reciben péptidos dealimentos vegetales y carnívoros, de la carne de las víctimas. Durante la descomposición de restos de plantas y animales bajo la influencia de bacterias del suelo saprótrofas, se producen complejos procesos biológicos y químicos. Como resultado, el nitrógeno de los compuestos orgánicos pasa a una forma inorgánica (se forman amoníaco, nitrógeno libre, nitratos y nitritos). Volviendo a la atmósfera y al suelo, todas estas sustancias son nuevamente asimiladas por las plantas. El nitrógeno llega a través de los estomas de la piel de las hojas, y las soluciones de los ácidos nítrico y nitroso y sus sales son absorbidas por los pelos radiculares de las raíces de las plantas. El ciclo de conversión de nitrógeno se cierra para repetir nuevamente. La esencia de los procesos químicos que ocurren con los compuestos de nitrógeno en la naturaleza se estudió en detalle a principios del siglo 20 por el científico ruso DN Pryanishnikov.

Metalurgia del polvo

Procesos y tecnologías químicas modernashacer una contribución tangible a la creación de materiales con propiedades físicas y químicas únicas. Esto es especialmente importante, antes que nada, para instrumentos y equipos de refinerías de petróleo, empresas que producen ácidos inorgánicos, tintes, barnices, plásticos. En sus intercambiadores de calor de producción, se usan aparatos de contacto, columnas de síntesis, tuberías. La superficie del equipo está en contacto con medios agresivos que están bajo alta presión. Además, casi todos los procesos de producción química se llevan a cabo bajo la influencia de altas temperaturas. Relevante es la producción de materiales con altos niveles de resistencia térmica y ácida, propiedades anticorrosivas.

La metalurgia del polvo incluye los procesos de producción de polvos que contienen metales, la sinterización y la introducción en la composición de aleaciones modernas utilizadas en reacciones con sustancias químicamente agresivas.

Composites y su significado

Entre las tecnologías modernas, las más importanteslos procesos químicos son las reacciones de obtención de materiales compuestos. Estos incluyen espumas, cermets, norpapalsts. Como matriz para la producción utiliza metales y sus aleaciones, cerámicas, plásticos. Como cargas, se usan silicato de calcio, arcilla blanca, ferriones de estroncio y bario. Todas las sustancias anteriores imparten materiales compuestos para impactar la resistencia, el calor y la resistencia al desgaste.

¿Qué es la tecnología química?

Rama, ciencia, dedicada al estudio de fondos ymétodos utilizados en las reacciones de la transformación de materias primas: petróleo, gas natural, carbón, minerales nombrados tecnología química. En otras palabras, es la ciencia de los procesos químicos que ocurre como resultado de la actividad humana. Toda su base teórica es matemática, cibernética, química física, economía industrial. No importa lo que el proceso químico involucrado en la tecnología (recibiendo la descomposición del ácido nitrato de piedra caliza, la síntesis de plásticos de fenol-formaldehído) - en las condiciones actuales, es imposible sin sistemas de control automatizados para facilitar la actividad humana, con exclusión de la contaminación y asegurar una tecnología continua y no residuos de la producción química.

En este trabajo, hemos considerado ejemplos de procesos químicos que ocurren, tanto en la naturaleza viva (fotosíntesis, disimilación, ciclos de nitrógeno) como en la industria.