การเปลี่ยนแปลงร่วมกันของสารประกอบที่พบในสัตว์ป่า เช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นจากกิจกรรมของมนุษย์ ถือได้ว่าเป็นกระบวนการทางเคมี รีเอเจนต์ในสารเหล่านี้อาจเป็นสารตั้งแต่สองชนิดขึ้นไปที่อยู่ในสถานะการรวมตัวเดียวกันหรือต่างกันก็ได้ ขึ้นอยู่กับสิ่งนี้ระบบที่เป็นเนื้อเดียวกันหรือต่างกันนั้นมีความโดดเด่น บทความนี้จะพิจารณาเงื่อนไขการดำเนินการ คุณลักษณะของหลักสูตร และบทบาทของกระบวนการทางเคมีในธรรมชาติ
ปฏิกิริยาเคมีหมายถึงอะไร
หากผลของปฏิกิริยาของสารตั้งต้น ส่วนประกอบต่างๆ ของโมเลกุลมีการเปลี่ยนแปลง และประจุของนิวเคลียสของอะตอมยังคงเหมือนเดิม จะพูดถึงปฏิกิริยาเคมีหรือกระบวนการ ผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการหมุนเวียนของมนุษย์ใช้ในอุตสาหกรรม เกษตรกรรม และชีวิตประจำวัน การโต้ตอบจำนวนมากระหว่างสารที่เกิดขึ้นทั้งในธรรมชาติที่มีชีวิตและไม่มีชีวิต กระบวนการทางเคมีมีความแตกต่างพื้นฐานจากปรากฏการณ์ทางกายภาพและคุณสมบัติของกัมมันตภาพรังสี โมเลกุลของสารใหม่ก่อตัวขึ้นในขณะที่กระบวนการทางกายภาพไม่เปลี่ยนองค์ประกอบของสารประกอบ และอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีใหม่เกิดขึ้นในปฏิกิริยานิวเคลียร์
เงื่อนไขการนำกระบวนการไปปฏิบัติในวิชาเคมี
พวกมันอาจแตกต่างกันและขึ้นอยู่กับธรรมชาติของรีเอเจนต์เป็นหลัก ความจำเป็นในการไหลเข้าของพลังงานจากภายนอก เช่นเดียวกับสถานะของการรวมตัว (ของแข็ง สารละลาย ก๊าซ) ที่กระบวนการเกิดขึ้น กลไกทางเคมีของปฏิกิริยาระหว่างสารประกอบตั้งแต่สองชนิดขึ้นไปสามารถทำได้ภายใต้การกระทำของตัวเร่งปฏิกิริยา (เช่น การผลิตกรดไนตริก) อุณหภูมิ (การได้รับแอมโมเนีย) พลังงานแสง (การสังเคราะห์ด้วยแสง) ด้วยการมีส่วนร่วมของเอนไซม์ในธรรมชาติของสิ่งมีชีวิต กระบวนการของปฏิกิริยาเคมีของการหมัก (แอลกอฮอล์ กรดแลคติก บิวทิริก) ที่ใช้ในอุตสาหกรรมอาหารและจุลชีววิทยาเป็นที่แพร่หลาย เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ในอุตสาหกรรมการสังเคราะห์สารอินทรีย์ เงื่อนไขหลักประการหนึ่งคือการมีอยู่ของกลไกอนุมูลอิสระของกระบวนการทางเคมี ตัวอย่างจะเป็นการผลิตคลอรีนอนุพันธ์ของมีเทน (ไดคลอโรมีเทน, ไตรคลอโรมีเทน, คาร์บอนเตตระคลอไรด์ที่เกิดจากปฏิกิริยาลูกโซ่
ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกัน
เป็นการสัมผัสพิเศษระหว่างสารตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไป สาระสำคัญของกระบวนการทางเคมีที่เกิดขึ้นในเฟสที่เป็นเนื้อเดียวกัน (เช่น แก๊ส - แก๊ส) โดยมีส่วนร่วมของตัวเร่งปฏิกิริยาปฏิกิริยาประกอบด้วยการทำปฏิกิริยาในปริมาตรทั้งหมดของสารผสม หากตัวเร่งปฏิกิริยาอยู่ในสถานะการรวมตัวเดียวกันกับตัวทำปฏิกิริยา ก็จะเกิดสารเชิงซ้อนกลางเคลื่อนที่ด้วยสารประกอบเริ่มต้น
การเร่งปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันเป็นกระบวนการทางเคมีพื้นฐานที่ใช้ในโรงกลั่นน้ำมัน น้ำมันเบนซิน แนฟทา น้ำมันแก๊ส และเชื้อเพลิงอื่นๆ มันใช้เทคโนโลยีเช่นการปฏิรูป isomerization การแตกตัวเร่งปฏิกิริยา
ตัวเร่งปฏิกิริยาต่างกัน
ในกรณีของตัวเร่งปฏิกิริยาที่ต่างกัน การสัมผัสของสารตั้งต้นมักเกิดขึ้นบนพื้นผิวแข็งของตัวเร่งปฏิกิริยาเอง ที่เรียกว่าศูนย์แอคทีฟนั้นถูกสร้างขึ้น เหล่านี้เป็นบริเวณที่ปฏิกิริยาของสารประกอบที่ทำปฏิกิริยาดำเนินไปอย่างรวดเร็ว กล่าวคือ มีอัตราการเกิดปฏิกิริยาสูง พวกมันเป็นสายพันธุ์เฉพาะและมีบทบาทสำคัญเช่นกันหากกระบวนการทางเคมีเกิดขึ้นในเซลล์ที่มีชีวิต จากนั้นพวกเขาก็พูดถึงเมแทบอลิซึม - ปฏิกิริยาเมตาบอลิซึม ตัวอย่างของตัวเร่งปฏิกิริยาต่างกันคือการผลิตกรดซัลเฟตทางอุตสาหกรรม ในอุปกรณ์สัมผัส ส่วนผสมของก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์และออกซิเจนจะถูกให้ความร้อนและส่งผ่านชั้นวางตาข่ายที่เต็มไปด้วยผงวานาเดียมออกไซด์หรือวานาดิลซัลเฟตที่กระจายตัวอยู่ VOSO4 ผลลัพธ์ที่ได้คือ ซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ ถูกดูดซับโดยกรดซัลฟิวริกเข้มข้น ของเหลวที่เรียกว่าโอเลี่ยมก่อตัวขึ้น สามารถเจือจางด้วยน้ำเพื่อให้ได้ความเข้มข้นของกรดซัลเฟตที่ต้องการ
คุณสมบัติของปฏิกิริยาเทอร์โมเคมี
การปล่อยหรือดูดซับพลังงานในรูปของความร้อนมีความสำคัญมากในทางปฏิบัติ พอเพียงเพื่อระลึกถึงปฏิกิริยาการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง: ก๊าซธรรมชาติ ถ่านหิน ถ่านหินพรุ เป็นกระบวนการทางกายภาพและทางเคมี ซึ่งเป็นลักษณะสำคัญที่ความร้อนจากการเผาไหม้ ปฏิกิริยาความร้อนเป็นที่แพร่หลายทั้งในโลกอินทรีย์และในธรรมชาติที่ไม่มีชีวิต ตัวอย่างเช่น ในกระบวนการย่อยอาหาร โปรตีน ไขมันและคาร์โบไฮเดรตจะถูกย่อยสลายภายใต้การกระทำของสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ - เอ็นไซม์
พลังงานที่ปล่อยออกมาจะถูกสะสมในรูปของพันธะมหภาคของโมเลกุล ATP ปฏิกิริยาการสลายตัวจะมาพร้อมกับการปลดปล่อยพลังงานซึ่งส่วนหนึ่งจะกระจายไปในรูปของความร้อน จากการย่อยอาหาร โปรตีนแต่ละกรัมให้พลังงาน 17.2 kJ, แป้ง - 17.2 kJ, ไขมัน - 38.9 kJ กระบวนการทางเคมีที่ปล่อยพลังงานเรียกว่าคายความร้อน และกระบวนการที่ดูดซับพลังงานเรียกว่าดูดความร้อน ในอุตสาหกรรมการสังเคราะห์สารอินทรีย์และเทคโนโลยีอื่นๆ จะคำนวณผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเทอร์โมเคมี สิ่งสำคัญคือต้องรู้สิ่งนี้ ตัวอย่างเช่น สำหรับการคำนวณปริมาณพลังงานที่ใช้เพื่อให้ความร้อนแก่เครื่องปฏิกรณ์และคอลัมน์การสังเคราะห์ที่ถูกต้องในการคำนวณที่ถูกต้องซึ่งเกิดปฏิกิริยาขึ้นพร้อมกับการดูดซับความร้อน
จลนพลศาสตร์และบทบาทในทฤษฎีกระบวนการทางเคมี
การคำนวณความเร็วของอนุภาคที่ทำปฏิกิริยา (โมเลกุล ไอออน) เป็นงานที่สำคัญที่สุดที่อุตสาหกรรมต้องเผชิญ โซลูชันนี้ช่วยรับรองผลทางเศรษฐกิจและความสามารถในการทำกำไรของวัฏจักรเทคโนโลยีในการผลิตสารเคมี เพื่อการเพิ่มขึ้นความเร็วของปฏิกิริยาดังกล่าว เช่น การสังเคราะห์แอมโมเนีย ปัจจัยชี้ขาดจะเป็นการเปลี่ยนแปลงของความดันในก๊าซผสมของไนโตรเจนและไฮโดรเจนสูงถึง 30 MPa ตลอดจนป้องกันอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว (อุณหภูมิ) คือ 450-550 °C เหมาะสมที่สุด).
กระบวนการทางเคมีที่ใช้ในการผลิตกรดซัลเฟต ได้แก่ การเผาไหม้ของไพไรต์ การเกิดออกซิเดชันของซัลเฟอร์ไดออกไซด์ การดูดซึมของซัลเฟอร์ไตรออกไซด์โดยโอเลี่ยม ดำเนินการภายใต้สภาวะต่างๆ สำหรับสิ่งนี้จะใช้เตาเผาหนาแน่นและอุปกรณ์สัมผัส โดยคำนึงถึงความเข้มข้นของสารตั้งต้น อุณหภูมิ และความดัน ปัจจัยทั้งหมดเหล่านี้สัมพันธ์กันในการทำปฏิกิริยาในอัตราสูงสุด ซึ่งเพิ่มผลผลิตของกรดซัลเฟตเป็น 96-98%
วัฏจักรของสารเป็นกระบวนการทางกายภาพและทางเคมีในธรรมชาติ
คำว่า "การเคลื่อนไหวคือชีวิต" ที่รู้จักกันดียังสามารถนำไปใช้กับองค์ประกอบทางเคมีที่เข้าสู่ปฏิกิริยาประเภทต่างๆ (ปฏิกิริยาของการรวมกัน การแทนที่ การสลายตัว การแลกเปลี่ยน) โมเลกุลและอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีมีการเคลื่อนที่ตลอดเวลา ตามที่นักวิทยาศาสตร์ได้กำหนดขึ้น ปฏิกิริยาเคมีทุกประเภทข้างต้นอาจมาพร้อมกับปรากฏการณ์ทางกายภาพ เช่น การปลดปล่อยความร้อนหรือการดูดซับ การปล่อยโฟตอนของแสง การเปลี่ยนแปลงสถานะของการรวมกลุ่ม กระบวนการเหล่านี้เกิดขึ้นในทุกเปลือกโลก: เปลือกโลก ไฮโดรสเฟียร์ บรรยากาศ ชีวมณฑล ที่สำคัญที่สุดคือวัฏจักรของสาร เช่น ออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์ และไนโตรเจน ในหัวข้อถัดไป เราจะมาดูกันว่าไนโตรเจนหมุนเวียนในบรรยากาศ ดิน และ. อย่างไรสิ่งมีชีวิต
การแปลงระหว่างไนโตรเจนกับสารประกอบ
เป็นที่ทราบกันดีว่าไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบที่จำเป็นของโปรตีน ซึ่งหมายความว่ามันมีส่วนเกี่ยวข้องกับการก่อตัวของชีวิตบนโลกทุกประเภทโดยไม่มีข้อยกเว้น ไนโตรเจนถูกดูดซับโดยพืชและสัตว์ในรูปของไอออน: แอมโมเนียม ไนเตรต และไนไตรต์ไอออน ผลจากการสังเคราะห์ด้วยแสง พืชไม่เพียงสร้างกลูโคสเท่านั้น แต่ยังสร้างกรดอะมิโน กลีเซอรอล และกรดไขมันด้วย สารประกอบเคมีข้างต้นทั้งหมดเป็นผลผลิตจากปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในวัฏจักรคาลวิน นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียชื่อ K. Timiryazev กล่าวถึงบทบาทของจักรวาลของพืชสีเขียว โดยกล่าวถึงความสามารถในการสังเคราะห์โปรตีน
สัตว์กินพืชได้เปปไทด์จากอาหารจากพืช ในขณะที่สัตว์กินเนื้อได้เปปไทด์จากเนื้อเหยื่อ ในช่วงการสลายตัวของพืชและสัตว์ยังคงอยู่ภายใต้อิทธิพลของแบคทีเรียในดิน saprotrophic กระบวนการทางชีวภาพและทางเคมีที่ซับซ้อนเกิดขึ้น เป็นผลให้ไนโตรเจนจากสารประกอบอินทรีย์ผ่านเข้าสู่รูปแบบอนินทรีย์ (แอมโมเนีย, ไนโตรเจนอิสระ, ไนเตรตและไนไตรต์เกิดขึ้น) เมื่อกลับสู่บรรยากาศและดิน สารเหล่านี้ทั้งหมดจะถูกพืชดูดซึมอีกครั้ง ไนโตรเจนเข้าสู่ผิวใบและสารละลายของกรดไนตริกและไนตรัสและเกลือของพวกมันจะถูกดูดซับโดยขนรากของรากพืช วัฏจักรของการเปลี่ยนแปลงไนโตรเจนใกล้จะเกิดซ้ำอีกครั้ง สาระสำคัญของกระบวนการทางเคมีที่เกิดขึ้นกับสารประกอบไนโตรเจนในธรรมชาติได้รับการศึกษาอย่างละเอียดในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย D. N. Pryanishnikov
ผงโลหะ
กระบวนการและเทคโนโลยีทางเคมีสมัยใหม่มีส่วนสำคัญต่อการสร้างวัสดุที่มีคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีที่เป็นเอกลักษณ์ สิ่งนี้สำคัญอย่างยิ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเครื่องมือและอุปกรณ์ของโรงกลั่นน้ำมัน สถานประกอบการที่ผลิตกรดอนินทรีย์ สีย้อม น้ำยาเคลือบเงา และพลาสติก ในการผลิตจะใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนอุปกรณ์สัมผัสคอลัมน์สังเคราะห์ท่อ พื้นผิวของอุปกรณ์สัมผัสกับสื่อที่มีฤทธิ์รุนแรงภายใต้แรงดันสูง นอกจากนี้ กระบวนการผลิตสารเคมีเกือบทั้งหมดยังดำเนินการที่อุณหภูมิสูง ความเกี่ยวข้องคือการผลิตวัสดุที่มีอัตราการต้านทานความร้อนและกรดสูง และคุณสมบัติป้องกันการกัดกร่อน
ผงโลหะรวมถึงการผลิตผงที่ประกอบด้วยโลหะ การเผาผนึกและการรวมตัวเป็นโลหะผสมสมัยใหม่ที่ใช้ทำปฏิกิริยากับสารเคมีที่มีฤทธิ์รุนแรง
คอมโพสิตและความหมาย
ในบรรดาเทคโนโลยีสมัยใหม่ กระบวนการทางเคมีที่สำคัญที่สุดคือปฏิกิริยาของวัสดุคอมโพสิต ได้แก่ โฟม เซอร์เม็ท นอปาปาลสต์ เป็นเมทริกซ์สำหรับการผลิต โลหะและโลหะผสม เซรามิก และพลาสติกถูกนำมาใช้ ใช้แคลเซียมซิลิเกต ดินเหนียวสีขาว สตรอนเทียม และแบเรียมเฟอร์ไรด์เป็นสารตัวเติม สารทั้งหมดข้างต้นช่วยให้วัสดุคอมโพสิตทนต่อแรงกระแทก ทนความร้อน และการสึกหรอ
วิศวกรรมเคมีคืออะไร
สาขาวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาวิธีการและวิธีการที่ใช้ในการทำปฏิกิริยาของวัตถุดิบในการแปรรูป: น้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ ถ่านหิน แร่ธาตุ เรียกว่าเทคโนโลยีเคมี กล่าวอีกนัยหนึ่งก็คือศาสตร์แห่งกระบวนการทางเคมีที่เกิดขึ้นจากกิจกรรมของมนุษย์ ฐานทางทฤษฎีทั้งหมดประกอบด้วยคณิตศาสตร์ ไซเบอร์เนติกส์ เคมีเชิงฟิสิกส์ และเศรษฐศาสตร์อุตสาหกรรม ไม่สำคัญว่ากระบวนการทางเคมีใดที่เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยี (การได้รับกรดไนเตรต, การสลายตัวของหินปูน, การสังเคราะห์พลาสติกฟีนอล - ฟอร์มาลดีไฮด์) - ในสภาพที่ทันสมัย เป็นไปไม่ได้หากไม่มีระบบควบคุมอัตโนมัติที่อำนวยความสะดวกในกิจกรรมของมนุษย์ กำจัดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม เทคโนโลยีการผลิตสารเคมีที่ต่อเนื่องและปราศจากของเสีย
ในบทความนี้ เราได้พิจารณาตัวอย่างกระบวนการทางเคมีที่เกิดขึ้นทั้งในสัตว์ป่า (การสังเคราะห์ด้วยแสง การกระจายตัว วัฏจักรไนโตรเจน) และในอุตสาหกรรม