Зэрлэг ан амьтдад ажиглагдсан нэгдлүүдийн харилцан хувирал, түүнчлэн хүний үйл ажиллагааны үр дүнд үүсдэг химийн процесс гэж үзэж болно. Тэдгээрийн урвалжууд нь ижил эсвэл өөр өөр нэгтгэх төлөвт байгаа хоёр ба түүнээс дээш бодис байж болно. Үүнээс хамааран нэгэн төрлийн эсвэл гетероген системийг ялгадаг. Хийх нөхцөл, хичээлийн онцлог, байгаль дахь химийн үйл явцын үүрэг зэргийг энэхүү нийтлэлд авч үзэх болно.
Химийн урвал гэж юу гэсэн үг вэ
Хэрэв анхны бодисуудын харилцан үйлчлэлийн үр дүнд тэдгээрийн молекулуудын бүрэлдэхүүн хэсгүүд өөрчлөгдөж, атомын цөмийн цэнэг ижил хэвээр байвал тэдгээр нь химийн урвал эсвэл процессын тухай ярьдаг. Тэдний урсгалын үр дүнд бий болсон бүтээгдэхүүнийг хүн үйлдвэр, хөдөө аж ахуй, өдөр тутмын амьдралд ашигладаг. Асар их хэмжээний харилцан үйлчлэлбодисуудын хооронд амьд ба амьгүй байгальд хоёуланд нь тохиолддог. Химийн процессууд нь цацраг идэвхт бодисын физик үзэгдэл, шинж чанараас үндсэн ялгаатай байдаг. Тэдгээрийн дотор шинэ бодисын молекулууд үүсдэг бол физик процесс нь нэгдлүүдийн найрлагыг өөрчлөхгүй бөгөөд цөмийн урвалын явцад шинэ химийн элементийн атомууд үүсдэг.
Хими дэх процессуудыг хэрэгжүүлэх нөхцөл
Тэдгээр нь өөр өөр байж болох бөгөөд үндсэндээ урвалжуудын шинж чанар, гаднаас орж ирж буй энергийн хэрэгцээ, түүнчлэн үйл явц явагдаж буй нэгтгэлийн төлөв (хатуу, уусмал, хий) зэргээс шалтгаална. Хоёр ба түүнээс дээш нэгдлүүдийн хоорондын харилцан үйлчлэлийн химийн механизмыг катализатор (жишээлбэл, азотын хүчил үйлдвэрлэх), температур (аммиак авах), гэрлийн энерги (фотосинтез) -ийн нөлөөн дор гүйцэтгэж болно. Амьд байгальд ферментийн оролцоотойгоор хоол хүнс, микробиологийн үйлдвэрт ашигладаг исгэх (архи, сүүн хүчил, бутирик) химийн урвалын процессууд өргөн тархсан байдаг. Органик синтезийн үйлдвэрт бүтээгдэхүүн олж авахын тулд үндсэн нөхцлүүдийн нэг нь химийн процессын чөлөөт радикал механизмтай байх явдал юм. Жишээлбэл, метаны хлорын дериватив (дихлорметан, трихлорметан, нүүрстөрөгчийн дөрвөн хлорид, гинжин урвалын үр дүнд бий болсон) үйлдвэрлэл байж болно.
Нэг төрлийн катализ
Эдгээр нь хоёр ба түүнээс дээш бодис хоорондын тусгай төрлийн холбоо юм. Хурдасгуурын оролцоотой нэгэн төрлийн үе шатанд (жишээлбэл, хий - хий) явагддаг химийн процессын мөн чанарурвалууд нь хольцын нийт эзэлхүүн дэх урвалыг явуулахаас бүрдэнэ. Хэрэв катализатор нь урвалд орох бодистой ижил агрегаттай байвал эхлэлийн нэгдлүүдтэй хөдөлгөөнт завсрын цогцолбор үүсгэдэг.
Нэг төрлийн катализ нь газрын тос боловсруулах, бензин, нафта, хийн тос болон бусад түлш зэрэгт хэрэглэгддэг үндсэн химийн процесс юм. Энэ нь шинэчлэгдэх, изомержих, каталитик крекинг гэх мэт технологийг ашигладаг.
Гетероген катализ
Нэг төрлийн бус катализын үед урвалд орох бодисуудын контакт нь ихэвчлэн катализаторын хатуу гадаргуу дээр тохиолддог. Үүн дээр идэвхтэй гэж нэрлэгддэг төвүүд үүсдэг. Эдгээр нь урвалд орж буй нэгдлүүдийн харилцан үйлчлэл маш хурдан явагддаг, өөрөөр хэлбэл урвалын хурд өндөр байдаг газар юм. Эдгээр нь төрөл зүйлийн өвөрмөц шинж чанартай бөгөөд амьд эсэд химийн процесс явагдах тохиолдолд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Дараа нь тэд бодисын солилцооны тухай ярьдаг - бодисын солилцооны урвал. Гетероген катализын жишээ бол сульфатын хүчлийн үйлдвэрлэлийн үйлдвэрлэл юм. Холбоо барих төхөөрөмжид хүхрийн давхар исэл ба хүчилтөрөгчийн хийн хольцыг халааж, ванадийн исэл эсвэл ванадилийн сульфат VOSO4-аар дүүргэсэн торны тавиураар дамжуулдаг. Үүний үр дүнд үүссэн бүтээгдэхүүн болох хүхрийн гурвалсан исэл нь төвлөрсөн хүхрийн хүчилд шингэдэг. Олеум гэж нэрлэгддэг шингэн үүсдэг. Сульфатын хүчлийн хүссэн концентрацийг авахын тулд усаар шингэлж болно.
Термохимийн урвалын онцлог
Эрчим хүчийг дулаан хэлбэрээр ялгаруулах буюу шингээх нь практик ач холбогдолтой. Түлшний шаталтын урвалыг эргэн санахад хангалттай: байгалийн хий, нүүрс, хүлэр. Эдгээр нь физик, химийн процессууд бөгөөд тэдгээрийн чухал шинж чанар нь шаталтын дулаан юм. Дулааны урвал нь органик ертөнц болон амьгүй байгальд өргөн тархсан байдаг. Жишээлбэл, хоол боловсруулах явцад уураг, өөх тос, нүүрс ус нь биологийн идэвхт бодис болох ферментийн нөлөөн дор задардаг.
Чөлөөлөх энерги нь ATP молекулуудын макроэргик холбоо хэлбэрээр хуримтлагддаг. Дисимиляцийн урвал нь энерги ялгарах дагалддаг бөгөөд түүний нэг хэсэг нь дулаан хэлбэрээр тархдаг. Хоол боловсруулалтын үр дүнд нэг грамм уураг нь 17.2 кЖ энерги, цардуул - 17.2 кДж, өөх тос - 38.9 кДж өгдөг. Эрчим хүч ялгаруулдаг химийн процессыг экзотермик, шингээхийг эндотермик гэж нэрлэдэг. Органик синтезийн үйлдвэрлэл болон бусад технологид термохимийн урвалын дулааны нөлөөллийг тооцдог. Жишээлбэл, дулаан шингээх урвал явагддаг реактор, синтезийн багануудыг халаахад зарцуулсан энергийн хэмжээг зөв тооцоолохын тулд үүнийг мэдэх нь чухал юм.
Кинетик ба түүний химийн процессын онол дахь үүрэг
Бөөмийн (молекул, ион) урвалд орох хурдыг тооцоолох нь салбарын өмнө тулгарч буй хамгийн чухал ажил юм. Үүний шийдэл нь химийн үйлдвэрлэлийн технологийн мөчлөгийн эдийн засгийн үр нөлөө, ашигт ажиллагааг баталгаажуулдаг. нэмэгдүүлэхийн тулдаммиакийн нийлэгжилт гэх мэт ийм урвалын хурд нь шийдвэрлэх хүчин зүйл нь азот ба устөрөгчийн хийн хольц дахь даралтыг 30 МПа хүртэл өөрчлөх, мөн температурын огцом өсөлтөөс урьдчилан сэргийлэх явдал юм. 450-550 °C нь хамгийн тохиромжтой).
Сульфатын хүчлийг үйлдвэрлэхэд ашигладаг химийн процессууд, тухайлбал: пиритийг шатаах, хүхрийн давхар исэл исэлдүүлэх, хүхрийн гурвалсан ислийг олеимд шингээх зэрэг нь янз бүрийн нөхцөлд явагддаг. Үүний тулд пиритийн зуух, холбоо барих төхөөрөмжийг ашигладаг. Тэд урвалд орох бодисын концентраци, температур, даралтыг харгалзан үздэг. Эдгээр бүх хүчин зүйлүүд нь урвалыг хамгийн өндөр хурдаар явуулахад хамааралтай бөгөөд энэ нь сульфатын хүчлийн гарцыг 96-98% хүртэл нэмэгдүүлдэг.
Байгалийн физик, химийн процесс болох бодисын эргэлт
"Хөдөлгөөн бол амьдрал" гэсэн алдартай хэллэгийг янз бүрийн төрлийн харилцан үйлчлэлд (хослол, орлуулах, задрах, солилцох урвал) ордог химийн элементүүдэд ч хэрэглэж болно. Химийн элементийн молекул, атомууд байнгын хөдөлгөөнд байдаг. Эрдэмтдийн тогтоосноор дээрх бүх төрлийн химийн урвалууд нь физик үзэгдлүүд дагалдаж болно: дулаан ялгарах эсвэл түүний шингээлт, гэрлийн фотон ялгарах, нэгтгэх төлөвийн өөрчлөлт. Эдгээр үйл явц нь дэлхийн бүх бүрхүүлд тохиолддог: литосфер, гидросфер, агаар мандал, биосфер. Эдгээрээс хамгийн чухал нь хүчилтөрөгч, нүүрстөрөгчийн давхар исэл, азот зэрэг бодисын эргэлт юм. Дараагийн гарчигт бид азотын агаар мандал, хөрс, болонамьд организм.
Азот ба түүний нэгдлүүдийн харилцан хувиргалт
Азот нь уургийн зайлшгүй бүрэлдэхүүн хэсэг гэдгийг сайн мэддэг бөгөөд энэ нь дэлхийн бүх төрлийн амьдралыг бий болгоход оролцдог гэсэн үг юм. Азотыг ургамал, амьтанд ион хэлбэрээр шингээдэг: аммони, нитрат, нитрит ионууд. Фотосинтезийн үр дүнд ургамал нь зөвхөн глюкоз төдийгүй амин хүчил, глицерол, өөх тосны хүчлийг үүсгэдэг. Дээрх бүх химийн нэгдлүүд нь Калвины мөчлөгт тохиолддог урвалын бүтээгдэхүүн юм. Оросын нэрт эрдэмтэн К. Тимирязев ногоон ургамлын сансар огторгуйд гүйцэтгэх үүргийн талаар ярихдаа уураг нийлэгжүүлэх чадварыг дурдсан байдаг.
Өвсөн тэжээлтэн амьтан пептидээ ургамлын гаралтай хоолноос авдаг бол махчин амьтан пептидээ махны махнаас авдаг. Сапротроф хөрсний бактерийн нөлөөн дор ургамал, амьтны үлдэгдэл ялзрах үед биологийн болон химийн нарийн төвөгтэй процессууд явагддаг. Үүний үр дүнд органик нэгдлүүдээс азот нь органик бус хэлбэрт шилждэг (аммиак, чөлөөт азот, нитрат, нитритүүд үүсдэг). Агаар мандал, хөрсөнд буцаж ирэхэд эдгээр бүх бодисууд ургамалд дахин шингэдэг. Азот нь навчны арьсны стоматаар орж, азотын болон азотын хүчлийн уусмал, тэдгээрийн давсны уусмал нь ургамлын үндэсийн үсээр шингэдэг. Азотын хувирлын мөчлөг дахин давтагдахаар хаагдана. Байгаль дахь азотын нэгдлүүдтэй холбоотой химийн процессын мөн чанарыг Оросын эрдэмтэн Д. Н. Прянишников 20-р зууны эхээр нарийвчлан судалжээ.
Нунтаг металлурги
Орчин үеийн химийн процесс, технологи нь физик, химийн өвөрмөц шинж чанартай материалыг бүтээхэд ихээхэн хувь нэмэр оруулж байна. Энэ нь юуны түрүүнд газрын тос боловсруулах үйлдвэр, органик бус хүчил, будагч бодис, лак, хуванцар үйлдвэрлэдэг аж ахуйн нэгжүүдийн багаж хэрэгсэл, тоног төхөөрөмжид онцгой ач холбогдолтой юм. Тэдний үйлдвэрлэлд дулаан солилцогч, холбоо барих төхөөрөмж, синтезийн багана, дамжуулах хоолойг ашигладаг. Тоног төхөөрөмжийн гадаргуу нь өндөр даралтын дор түрэмгий зөөвөрлөгчидтэй харьцдаг. Түүнээс гадна бараг бүх химийн үйлдвэрлэлийн процессууд өндөр температурт явагддаг. Дулааны болон хүчилд тэсвэртэй, зэврэлтээс хамгаалах өндөр үзүүлэлттэй материал үйлдвэрлэх нь чухал юм.
Нунтаг металлурги нь метал агуулсан нунтаг үйлдвэрлэх, агломержуулах, химийн түрэмгий бодисуудтай урвалд оруулах орчин үеийн хайлш болгон нэгтгэх үйл ажиллагаа орно.
Нийлмэл материал ба тэдгээрийн утга
Орчин үеийн технологийн дотроос хамгийн чухал химийн процесс нь нийлмэл материалыг олж авах урвал юм. Эдгээрт хөөс, кермет, норпапалст орно. Үйлдвэрлэлийн матрицын хувьд металл ба тэдгээрийн хайлш, керамик, хуванцарыг ашигладаг. Кальцийн силикат, цагаан шавар, стронций, барийн ферридийг дүүргэгч болгон ашигладаг. Дээрх бүх бодисууд нь нийлмэл материалд цохилт, халуунд тэсвэртэй, элэгдэлд тэсвэртэй байдаг.
Хими инженер гэж юу вэ
Газрын тос, байгалийн хий, нүүрс, ашигт малтмалын түүхий эдийг боловсруулах урвалын арга, арга хэрэгслийг судалдаг шинжлэх ухааны салбарыг химийн технологи гэж нэрлэдэг. Өөрөөр хэлбэл хүний үйл ажиллагааны үр дүнд үүсдэг химийн процессуудын шинжлэх ухаан юм. Түүний бүх онолын суурь нь математик, кибернетик, физик хими, аж үйлдвэрийн эдийн засгаас бүрддэг. Технологид ямар химийн процесс хамрагдах нь хамаагүй (нитратын хүчил олж авах, шохойн чулууны задрал, фенол-формальдегидийн хуванцарыг нэгтгэх) - орчин үеийн нөхцөлд хүний үйл ажиллагааг хөнгөвчлөх, хүрээлэн буй орчны бохирдлыг арилгах, аюулгүй байдлыг хангах автомат удирдлагын системгүйгээр боломжгүй юм. тасралтгүй, хаягдалгүй химийн үйлдвэрлэлийн технологи.
Энэ нийтлэлд бид зэрлэг ан амьтдад (фотосинтез, ялгаралт, азотын эргэлт) болон үйлдвэрлэлд тохиолддог химийн процессуудын жишээг авч үзсэн.
