Qual é o processo químico? O processo químico: a essência eo papel na natureza

As transformações mútuas de compostos observadas ema natureza viva, assim como as resultantes das atividades humanas, podem ser consideradas processos químicos. Os reagentes neles podem ser duas ou mais substâncias que estão em um ou em diferentes estados agregados. Dependendo disso, sistemas homogêneos ou heterogêneos são distinguidos. As condições de realização, as características do curso e o papel dos processos químicos na natureza serão considerados neste artigo.

O que se entende por uma reação química

Se, como resultado da interação dos materiais de partidaos constituintes de suas moléculas sofrem mudanças, e as cargas dos núcleos atômicos permanecem as mesmas, elas falam de reações ou processos químicos. Os produtos produzidos como resultado de seu fluxo são usados ​​pelo homem na indústria, na agricultura e na vida cotidiana. Um grande número de interações entre substâncias ocorre, tanto na natureza viva como na inanimada. Os processos químicos têm uma diferença fundamental em relação aos fenômenos físicos e propriedades da radioatividade. Eles formam moléculas de novas substâncias, enquanto os processos físicos não alteram a composição dos compostos e, nas reações nucleares, formam-se átomos de novos elementos químicos.

Condições para a implementação de processos em química

Eles podem ser diferentes e dependem, antesem geral, sobre a natureza dos reagentes, a necessidade de fornecimento externo de energia, bem como o estado agregado (sólidos, soluções, gases) em que o processo ocorre. O mecanismo químico de interação entre dois ou mais compostos pode ser realizado sob a influência de catalisadores (por exemplo, produção de ácido nítrico), temperatura (produção de amônia), energia luminosa (fotossíntese). Com a participação de enzimas na natureza viva, os processos da reação química de fermentação (alcoólica, láctica, ácida) utilizados nas indústrias de alimentos e microbiologia são difundidos. Para obter produtos na indústria de síntese orgânica, uma das principais condições é a presença de um mecanismo de radical livre do processo químico. Um exemplo pode ser a produção de derivados de cloro do metano (diclorometano, triclorometano, tetracloreto de carbono, formado como consequência de reações em cadeia.

Catálise homogênea

Eles são tipos especiais de contato entre doisou várias substâncias. A essência dos processos químicos que ocorrem em uma fase homogênea (por exemplo, gás-gás) com a participação de aceleradores de reação compõe-se em executar reações em todo o volume das misturas. Se o catalisador está no mesmo estado agregado que os reagentes, forma complexos intermediários móveis com os compostos de partida.

A catálise homogênea é a principal substância químicao processo, por exemplo, no processamento de petróleo, a produção de gasolina, nafta, gasóleo e outros combustíveis. Utiliza tecnologias como reforma, isomerização, craqueamento catalítico.

Catálise heterogênea

No caso de catálise heterogênea, entre em contatosubstâncias reagentes ocorrem, mais frequentemente, na superfície sólida do próprio catalisador. Forma os chamados centros ativos. Estas são áreas nas quais a interação de reagir compostos ocorre muito rapidamente, isto é, a taxa de reação é alta. Eles são específicos da espécie e desempenham um papel importante também se os processos químicos ocorrem em células vivas. Então fale sobre o metabolismo - reações metabólicas. Um exemplo de catálise heterogênea é a produção industrial de ácido sulfato. No equipamento de contato, uma mistura gasosa de dióxido de enxofre e oxigênio é aquecida e passada através dos bastidores de treliça preenchidos com um pó de óxido de vanádio disperso ou sulfato de vanadil VOSO₄. O produto resultante é o trióxido de enxofre,é absorvido pelo ácido sulfúrico concentrado. Um líquido é formado, chamado oleum. Pode ser diluído com água para obter a concentração desejada de ácido sulfato.

Características de reações termoquímicas

Isolamento ou absorção de energia na forma de caloré de grande importância prática. Basta recordar a reação da queima de combustível: gás natural, carvão, turfa. São processos físico-químicos, cuja característica importante é o calor da combustão. As reações térmicas são generalizadas tanto no mundo orgânico quanto na natureza inanimada. Por exemplo, no processo de digestão, proteínas, lipídios e carboidratos são clivados sob a ação de substâncias biologicamente ativas - enzimas.

A energia liberada é acumulada na formaligações macroérgicas de moléculas de ATP. As reações de dissimilação são acompanhadas pela liberação de energia, parte da qual é dissipada como calor. Como resultado da digestão, cada grama de proteína dá 17, 2 kJ de energia, amido - 17, 2 kJ, gordura - 38,9 kJ. Os processos químicos que procedem com a liberação de energia são chamados exotérmicos e com a absorção do mesmo - endotérmico. Na indústria de síntese orgânica e outras tecnologias, os efeitos térmicos de reações termoquímicas são calculados. É importante saber, por exemplo, o cálculo correto da quantidade de energia usada para aquecer reatores e colunas de síntese nas quais ocorrem reações acompanhadas de absorção de calor.

Cinética e seu papel na teoria de processos químicos

O cálculo da velocidade das partículas reagentes (moléculas,é a tarefa mais importante que a indústria enfrenta. Sua solução proporciona benefícios econômicos e rentabilidade dos ciclos tecnológicos na produção química. Para aumentar a velocidade de tal reação, por exemplo, a síntese de amônia, os fatores decisivos serão a mudança na pressão em uma mistura de gás de nitrogênio e hidrogênio até 30 MPa, e também prevenir um aumento na temperatura (a temperatura ótima é 450-550 ° C).

Processos químicos utilizados na produçãoácido sulfato, nomeadamente: queima de pirite, oxidação de dióxido de enxofre, a absorção de trióxido de enxofre por oleum é realizada sob várias condições. Para isso, um forno de pirita e aparelhos de contato são usados. Eles levam em conta as concentrações de reagentes, temperatura e pressão. Todos esses fatores se correlacionam para realizar a reação no ritmo mais rápido, o que aumenta o rendimento do ácido sulfato para 96-98%.

O ciclo de substâncias, como processos físico-químicos na natureza

O famoso ditado "O movimento é a vida" pode seraplicam-se também a elementos químicos que entram em vários tipos de interação (reações de composto, substituição, decomposição, troca). Moléculas e átomos de elementos químicos chegam em movimento contínuo. Conforme estabelecido pelos cientistas, todos os tipos acima de reações químicas podem ser acompanhados por fenômenos físicos: a liberação de calor ou sua absorção, emissão de fótons de luz, uma mudança no estado agregado. Esses processos ocorrem em cada concha da Terra: a litosfera, a hidrosfera, a atmosfera, a biosfera. Os mais significativos são os ciclos de substâncias como oxigênio, dióxido de carbono e nitrogênio. No próximo tópico, veremos como o nitrogênio é circulado na atmosfera, no solo e nos organismos vivos.

Interconversão de nitrogênio e seus compostos

Sabe-se que o nitrogênio é necessáriouma parte integrante das proteínas e, portanto, participa da formação de todos os tipos de vida terrena, sem exceção. O nitrogênio é assimilado por plantas e animais na forma de íons: íons amônio, nitrato e nitrito. As plantas, como resultado da fotossíntese, formam não apenas glicose, mas também aminoácidos, glicerina e ácidos graxos. Todos os compostos químicos listados acima são produtos de reações que ocorrem no ciclo de Calvin. O notável cientista russo K. Timiryazev falou sobre o papel cósmico das plantas verdes, tendo em vista, entre outras coisas, sua capacidade de sintetizar proteínas.

Herbívoros recebem peptídeos dealimentos vegetais e carnívoros - da carne das vítimas. Durante a decomposição de restos de plantas e animais sob a influência de bactérias do solo saprotróficas, ocorrem processos biológicos e químicos complexos. Como resultado, o nitrogênio de compostos orgânicos passa para uma forma inorgânica (amônia, nitrogênio livre, nitratos e nitritos são formados). Voltando à atmosfera e ao solo, todas essas substâncias são novamente assimiladas pelas plantas. O nitrogênio entra pelos estômatos da pele das folhas, e as soluções dos ácidos nítrico e nitroso e seus sais são absorvidos pelos pêlos radiculares das raízes das plantas. O ciclo de conversão de nitrogênio se fecha para repetir novamente. A essência dos processos químicos que ocorrem com compostos de nitrogênio na natureza foi estudada em detalhes no início do século 20 pelo cientista russo DN Pryanishnikov.

Metalurgia do pó

Processos e tecnologias químicas modernasfazer uma contribuição tangível para a criação de materiais com propriedades físicas e químicas únicas. Isto é especialmente importante, em primeiro lugar, para instrumentos e equipamentos de refinarias de petróleo, empresas produtoras de ácidos inorgânicos, corantes, vernizes, plásticos. Em seus trocadores de calor de produção, são utilizados aparelhos de contato, colunas de síntese e tubulações. A superfície do equipamento está em contato com meios agressivos que estão sob alta pressão. Além disso, quase todos os processos de produção química são realizados sob a influência de altas temperaturas. Relevante é a produção de materiais com altos níveis de resistência térmica e ácida, propriedades anti-corrosão.

A metalurgia do pó inclui os processos de produção de pós contendo metais, a sinterização e a introdução na composição de ligas modernas usadas em reações com substâncias quimicamente agressivas.

Compósitos e seu significado

Entre as tecnologias modernas, as mais importantesprocessos químicos são as reações de obtenção de materiais compósitos. Estes incluem espumas, cermets, norpapalsts. Como matriz de produção, use metais e suas ligas, cerâmicas, plásticos. Como enchimentos, são utilizados silicato de cálcio, argila branca, estrôncio ferrium e bário. Todas as substâncias acima mencionadas conferem materiais compostos para resistência ao impacto, calor e resistência ao desgaste.

O que é tecnologia química?

Branch, ciência, envolvida no estudo de fundos emétodos utilizados nas reacções do processamento de matéria-prima: petróleo, gás natural, carvão, minerais nomeados tecnologia química. Em outras palavras, a ciência de processos químicos que ocorrem como um resultado da actividade humana. Toda a sua base teórica até matemática, cibernética, físico-química, economia industrial. Não importa qual é o processo químico envolvido na tecnologia (recebendo decomposição ácida de nitrato de pedra calcária, a síntese de plásticos de fenol-formaldeído) - sob condições actuais, é impossível sem sistemas de controlo automatizado para facilitar a actividade humana, excluindo a poluição e assegurar uma tecnologia contínua e não resíduos de produção química.

Neste artigo, consideramos exemplos de processos químicos que ocorrem, tanto na natureza viva (fotossíntese, dissimilação, ciclagem de nitrogênio), quanto na indústria.