ფორმირების ქიმიური პროცესები. ქიმიური პროცესები ტექნოლოგიაში. კინეტიკა და მისი როლი ქიმიური პროცესების თეორიაში

თქვენი კარგი სამუშაოს გაგზავნა ცოდნის ბაზაში მარტივია. გამოიყენეთ ქვემოთ მოცემული ფორმა

სტუდენტები, კურსდამთავრებულები, ახალგაზრდა მეცნიერები, რომლებიც იყენებენ ცოდნის ბაზას სწავლასა და მუშაობაში, ძალიან მადლობლები იქნებიან თქვენი.

გამოქვეყნებულია http://www.allbest.ru/

შესავალი

წარმოების ახალი მოთხოვნების გავლენით წარმოიშვა ქიმიური პროცესების დოქტრინა, რომელიც ითვალისწინებს ნივთიერების თვისებებში ცვლილებებს ტემპერატურის, წნევის, გამხსნელების და სხვა ფაქტორების გავლენის ქვეშ. ამის შემდეგ, ქიმია ხდება მეცნიერება არა მხოლოდ და არა იმდენად ნივთიერებების, როგორც სრული ობიექტების შესახებ, არამედ მეცნიერება მატერიის ცვლილების პროცესებისა და მექანიზმების შესახებ. ამის წყალობით, მან უზრუნველყო სინთეზური მასალების წარმოების შექმნა, რომლებიც ცვლის ხეს და ლითონს სამშენებლო სამუშაოებში, საკვები ნედლეულის საშრობი ზეთების, ლაქების წარმოებაში, სარეცხი საშუალებებიდა ლუბრიკანტები. ხელოვნური ბოჭკოების, რეზინის წარმოება, ეთილის სპირტიდა ბევრი გამხსნელი დაიწყო დაფუძნებული ნავთობის ნედლეულზე და წარმოებაზე აზოტოვანი სასუქები-- ჰაერის აზოტზე დაფუძნებული. გაჩნდა ნავთობქიმიური წარმოების ტექნოლოგია თავისი ნაკადის სისტემებით, რომლებიც უზრუნველყოფენ უწყვეტ, მაღალი ხარისხის პროცესებს. ქიმიური რეაქციის ელექტრონი

ამგვარად, ჯერ კიდევ 1935 წელს, მასალები, როგორიცაა ტყავი, ბეწვი, რეზინი, ბოჭკოები, სარეცხი საშუალებები, საშრობი ზეთი, ლაქები, ძმარმჟავა, ეთილის სპირტი მთლიანად წარმოებული იყო ცხოველური და მცენარეული ნედლეულისგან, მათ შორის საკვებიდან. ამაზე დაიხარჯა ათობით მილიონი ტონა მარცვლეული, კარტოფილი, ცხიმები, ნედლი ტყავი და ა.შ. მაგრამ უკვე 1960-იან წლებში. 100% ტექნიკური სპირტი, 80% სარეცხი საშუალებები, 90% საშრობი ზეთები და ლაქები, 40% ბოჭკოები, 70% რეზინი და დაახლოებით 25% ტყავის მასალა მზადდებოდა გაზისა და ნავთობის ნედლეულისგან. გარდა ამისა, ქიმია ყოველწლიურად აწარმოებს ასობით ათასი ტონა შარდოვანას და ნავთობის პროტეინს პირუტყვის საკვებად და დაახლოებით 200 მილიონ ტონა სასუქს.

ასეთი შთამბეჭდავი წარმატებები მიღწეულია ქიმიური პროცესების შესწავლის საფუძველზე - მეცნიერების სფერო, რომელშიც ფიზიკის, ქიმიისა და ბიოლოგიის ღრმა ინტეგრაცია განხორციელდა. ეს დოქტრინა ემყარება ქიმიურ თერმოდინამიკას და კინეტიკას, ამიტომ მეცნიერების ეს განყოფილება თანაბრად ეკუთვნის ფიზიკას და ქიმიას. ამ სამეცნიერო მიმართულების ერთ-ერთი ფუძემდებელი იყო რუსი ქიმიკოსი ნ.ნ. სემენოვი არის ნობელის პრემიის ლაურეატი, ქიმიური ფიზიკის ფუძემდებელი. 1965 წელს თავის ნობელის ლექციაში მან განაცხადა, რომ ქიმიური პროცესი არის ფუნდამენტური ფენომენი, რომელიც განასხვავებს ქიმიას ფიზიკისგან და აქცევს მას უფრო რთულ მეცნიერებად. ქიმიური პროცესი ხდება პირველი ნაბიჯი ასვლაში ისეთი შედარებით მარტივი ფიზიკური ობიექტებიდან, როგორიცაა ელექტრონი, პროტონი, ატომი, მოლეკულა, რთულ, მრავალ დონის ცოცხალ სისტემებამდე. ყოველივე ამის შემდეგ, ცოცხალი ორგანიზმის ნებისმიერი უჯრედი არსებითად ერთგვარი რთული რეაქტორია. ამრიგად, ქიმია ხდება ხიდი ფიზიკის ობიექტებიდან ბიოლოგიის ობიექტებამდე.

ქიმიური პროცესების დოქტრინა ემყარება იმ აზრს, რომ ურთიერთქმედების უნარი სხვადასხვას შორის ქიმიური რეაგენტებიგანისაზღვრება, სხვა საკითხებთან ერთად, ქიმიური რეაქციების პირობებით. ამ პირობებმა შეიძლება გავლენა მოახდინოს ქიმიური რეაქციების ბუნებასა და შედეგებზე.

ქიმიური რეაქციების აბსოლუტური უმრავლესობა ელემენტების წყალობაა. რა თქმა უნდა, არის რეაქციები, რომლებიც არ საჭიროებს სპეციალურ კონტროლს ან განსაკუთრებული პირობები. ეს არის მჟავა-ტუტოვანი ურთიერთქმედების (ნეიტრალიზაციის) ცნობილი რეაქციები. თუმცა, რეაქციების აბსოლუტური უმრავლესობის კონტროლი რთულია. არის რეაქციები, რომლებიც უბრალოდ ვერ განხორციელდება, თუმცა პრინციპში შესაძლებელია. არის რეაქციები, რომელთა შეჩერება რთულია: წვა და აფეთქებები. და ბოლოს, არის რეაქციები, რომლებიც ძნელია ერთ სასურველ მიმართულებაში შეყვანა, რადგან ისინი სპონტანურად ქმნიან ათეულობით გაუთვალისწინებელ ტოტს ასობით ქვეპროდუქტის წარმოქმნით. ამიტომ ქიმიკოსებისთვის ყველაზე მნიშვნელოვანი ამოცანაა ქიმიური პროცესების კონტროლის უნარი, სასურველი შედეგების მიღწევა.

ქიმიური პროცესების კონტროლის მეთოდები

ძალიან ზოგადი ხედიქიმიური პროცესების კონტროლის მეთოდები შეიძლება დაიყოს თერმოდინამიკურ და კინეტიკურად.

თერმოდინამიკური მეთოდები გავლენას ახდენს რეაქციის ქიმიური წონასწორობის ცვლილებაზე. კინეტიკური მეთოდები გავლენას ახდენს ქიმიური რეაქციის სიჩქარეზე.

ქიმიური თერმოდინამიკის, როგორც დამოუკიდებელი მიმართულების გაჩენა, ჩვეულებრივ, დაკავშირებულია ჰოლანდიელი ქიმიკოსის ჯ. ვან ჰოფის წიგნის „ესეები ქიმიური დინამიკის შესახებ“ 1884 წელს გამოჩენასთან. ის ასაბუთებს კანონებს, რომლებიც ადგენენ ქიმიური რეაქციის მიმართულების დამოკიდებულებას ტემპერატურის ცვლილებებზე და რეაქციის თერმულ ეფექტზე. ქიმიური პროცესების ენერგია მჭიდრო კავშირშია თერმოდინამიკის კანონებთან. ქიმიურ რეაქციებს, რომლებიც ათავისუფლებენ ენერგიას, ეწოდება ეგზოთერმული რეაქციები. მათში ენერგია გამოიყოფა ერთდროულად შემცირებით შინაგანი ენერგიასისტემები. ასევე არსებობს ენდოთერმული რეაქციები, რომლებიც წარმოიქმნება ენერგიის შთანთქმით. ამ რეაქციებში სისტემის შიდა ენერგია იზრდება სითბოს შემოდინების გამო. რეაქციის დროს გამოთავისუფლებული ენერგიის რაოდენობის გაზომვით (ქიმიური რეაქციის თერმული ეფექტი) შეიძლება ვიმსჯელოთ სისტემის შიდა ენერგიის ცვლილებაზე.

ამავდროულად, ფრანგმა ქიმიკოსმა ა. ლე შატელიემ ჩამოაყალიბა თავისი ცნობილი პრინციპი მობილური წონასწორობის შესახებ, ქიმიკოსებს აღჭურვა მეთოდებით წონასწორობის გადასატანად სამიზნე პროდუქტების ფორმირებისკენ. კონტროლის ამ მეთოდებს თერმოდინამიკური მეთოდები ეწოდება.

ყველა ქიმიური რეაქცია პრინციპში შექცევადია, მაგრამ პრაქტიკაში წონასწორობა იცვლება ამა თუ იმ მიმართულებით. ეს დამოკიდებულია როგორც რეაგენტების ბუნებაზე, ასევე პროცესის პირობებზე. არსებობს მრავალი რეაქცია, რომლებშიც წონასწორობა გადადის საბოლოო პროდუქტების წარმოქმნისკენ: მათ შორისაა ნეიტრალიზაციის რეაქცია, რეაქციები მზა პროდუქტების მოცილებით გაზების ან ნალექების სახით.

თუმცა, არსებობს მრავალი ქიმიური რეაქცია, რომელშიც წონასწორობა გადადის მარცხნივ, საწყისი ნივთიერებების წარმოქმნისკენ. მათი განსახორციელებლად საჭიროა სპეციალური თერმოდინამიკური ბერკეტები - ტემპერატურისა და წნევის მატება (თუ რეაქცია ხდება აირის ფაზაში), ასევე რეაქტანტების კონცენტრაცია (თუ რეაქცია ხდება თხევად ფაზაში).

თერმოდინამიკური მეთოდები ძირითადად გავლენას ახდენს ქიმიური პროცესების მიმართულებაზე და არა მათ სიჩქარეზე.

ქიმიური პროცესების სიჩქარეს აკონტროლებს ქიმიური კინეტიკა, რომელიც შეისწავლის ქიმიური პროცესების მიმდინარეობის დამოკიდებულებას სხვადასხვა სტრუქტურულ და კინეტიკურ ფაქტორებზე - საწყისი რეაგენტების სტრუქტურა, მათი კონცენტრაცია, რეაქტორში კატალიზატორებისა და სხვა დანამატების არსებობა, მეთოდები. რეაგენტების შერევით, რეაქტორის მასალისა და დიზაინის შესახებ და ა.შ. ქიმიური რეაქციების შესწავლის ამოცანა ძალიან რთულია. ყოველივე ამის შემდეგ, მისი გადაჭრისას აუცილებელია გაირკვეს ურთიერთქმედების მექანიზმი არა მხოლოდ ორი რეაგენტის, არამედ „მესამე სხეულის“ ურთიერთქმედების მექანიზმის შესახებაც, რომელთაგან შეიძლება რამდენიმე იყოს. ამ შემთხვევაში, ყველაზე მიზანშეწონილია ეტაპობრივი გადაწყვეტა, რომელშიც პირველ რიგში იზოლირებულია ერთ-ერთი "მესამე სხეულის", ყველაზე ხშირად კატალიზატორის ყველაზე ძლიერი ეფექტი.

გარდა ამისა, უნდა გვესმოდეს, რომ თითქმის ყველა ქიმიური რეაქცია არავითარ შემთხვევაში არ არის საწყისი რეაგენტების მარტივი ურთიერთქმედება, არამედ თანმიმდევრული ეტაპების რთული ჯაჭვები, სადაც რეაგენტები ურთიერთქმედებენ არა მხოლოდ ერთმანეთთან, არამედ რეაქტორის კედლებთანაც. შეუძლია პროცესის როგორც კატალიზირება (აჩქარება) ასევე დათრგუნვა (შენელება).

ასევე, ქიმიური პროცესების ინტენსივობაზე გავლენას ახდენს შემთხვევითი მინარევები. სხვადასხვა ხარისხის სისუფთავის ნივთიერებები ზოგ შემთხვევაში უფრო აქტიურ რეაგენტებად ვლინდება, ზოგ შემთხვევაში კი ინერტულად. მინარევებს შეიძლება ჰქონდეს როგორც კატალიზური, ასევე ინჰიბიტორული ეფექტი. ამიტომ, ქიმიური პროცესის გასაკონტროლებლად, რეაქტიულ ნივთიერებებს ემატება გარკვეული დანამატები.

ამრიგად, „მესამე სხეულების“ გავლენა ქიმიური რეაქციების მიმდინარეობაზე შეიძლება შემცირდეს კატალიზებამდე, ე.ი. დადებითი გავლენა ქიმიურ პროცესზე, ან ინჰიბირება, რომელიც აფერხებს პროცესს.

როგორც ზემოთ აღინიშნა, ქიმიური ელემენტების ურთიერთქმედების უნარი განისაზღვრება არა მხოლოდ მათი მოლეკულური სტრუქტურით, არამედ იმ პირობებით, რომლებშიც ხდება კავშირი. ეს პირობები გავლენას ახდენს ქიმიური რეაქციების შედეგზე. ყველაზე დიდ გავლენას ახდენს ცვლადი შემადგენლობის მქონე ნივთიერებები, რომლებშიც ცალკეულ კომპონენტებს შორის კავშირი სუსტია. ეს არის ასეთი ნივთიერებების რეაქცია, რომელზეც სხვადასხვა კატალიზატორებს აქვთ ძლიერი გავლენა.

კატალიზი არის ქიმიური რეაქციის აჩქარება სპეციალური ნივთიერებების - კატალიზატორების თანდასწრებით, რომლებიც ურთიერთქმედებენ რეაგენტებთან, მაგრამ არ მოიხმარენ რეაქციაში და არ არიან საბოლოო პროდუქტების ნაწილი. კატალიზი 1812 წელს აღმოაჩინა რუსმა ქიმიკოსმა კ. კირჩჰოფი. კატალიზური პროცესები განსხვავდება მათი ფიზიკური და ქიმიური ბუნებით შემდეგი ტიპები:

* ჰეტეროგენული კატალიზი - თხევადი ან აირისებრი რეაგენტების ურთიერთქმედების ქიმიური რეაქცია ხდება მყარი კატალიზატორის ზედაპირზე;

* ჰომოგენური კატალიზი - ქიმიური რეაქცია ხდება ან გაზის ნარევი, ან სითხეში, სადაც იხსნება კატალიზატორიც და რეაგენტებიც;

* ელექტროკატალიზი - რეაქცია ხდება ელექტროდის ზედაპირზე ხსნართან კონტაქტში და ზემოქმედების ქვეშ ელექტრო დენი;

* ფოტოკატალიზი - რეაქცია ხდება მყარი ან თხევადი ხსნარის ზედაპირზე და სტიმულირდება შთანთქმის გამოსხივების ენერგიით.

ჰეტეროგენული კატალიზი ყველაზე გავრცელებულია თანამედროვე ქიმიაში ყველა კატალიზური რეაქციის ჩასატარებლად.

კატალიზატორების გამოყენებამ საფუძველი ჩაუყარა რადიკალურ ცვლილებას მთელ ქიმიურ ინდუსტრიაში. მათი წყალობით შესაძლებელი გახდა ორგანული სინთეზის ნედლეულის სახით გამოყენებული პარაფინები და ციკლოპარაფინები, რომლებიც აქამდე „ქიმიურ მკვდრად“ ითვლებოდა. კატალიზი აუცილებელია მარგარინის, მრავალი საკვები პროდუქტის და მცენარეთა დაცვის საშუალებების წარმოებაში. ძირითადი ქიმიის თითქმის მთელი ინდუსტრია (არაორგანული მჟავების, ფუძეების და მარილების წარმოება) და "მძიმე" ორგანული სინთეზი, მათ შორის საწვავის და საპოხი მასალების წარმოება, ეფუძნება კატალიზს. ბოლო დროს, წვრილი ორგანული სინთეზი სულ უფრო კატალიზური ხდება. მთელი ქიმიის 60-80% ეფუძნება კატალიზურ პროცესებს. ქიმიკოსები, უმიზეზოდ, ამბობენ, რომ არაკატალიზური პროცესები საერთოდ არ არსებობს, რადგან ისინი ყველა რეაქტორებში მიმდინარეობს, რომელთა კედლების მასალა ერთგვარ კატალიზატორს ემსახურება.

დიდი ხნის განმავლობაში, კატალიზი თავისთავად ბუნების საიდუმლოდ რჩებოდა, რამაც გამოიწვია თეორიების ფართო სპექტრი, როგორც წმინდა ქიმიური, ასევე ფიზიკური. ეს თეორიები, თუნდაც მცდარი, სასარგებლო აღმოჩნდა, თუნდაც მხოლოდ იმიტომ, რომ მათ მეცნიერები ახალ ექსპერიმენტებამდე მიიყვანა. საქმე ის არის, რომ ინდუსტრიულად მნიშვნელოვანი ქიმიური პროცესების უმეტესობისთვის, კატალიზატორები შეირჩა უთვალავი ცდისა და შეცდომის შედეგად. ასე, მაგალითად, ამიაკის სინთეზის რეაქციისთვის 1913-1914 წწ. გერმანელმა ქიმიკოსებმა სცადეს 20 ათასზე მეტი ქიმიური ნაერთი კატალიზატორად, ელემენტების პერიოდული ცხრილის მიყოლებით და სხვადასხვა გზით აერთიანებდნენ მათ.

დღეს ჩვენ შეგვიძლია გამოვიტანოთ გარკვეული დასკვნები კატალიზის არსის შესახებ.

1. რეაქციაში მყოფი ნივთიერებები შედიან კონტაქტში კატალიზატორთან და ურთიერთქმედებენ მასთან, რის შედეგადაც ხდება ქიმიური ბმების შესუსტება. თუ რეაქცია ხდება კატალიზატორის არარსებობის შემთხვევაში, მაშინ რეაქტიული ნივთიერებების მოლეკულების გააქტიურება უნდა მოხდეს რეაქტორის გარედან ენერგიის მიწოდებით.

2. ზოგად შემთხვევაში, ნებისმიერი კატალიზური რეაქცია შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც შუალედური კომპლექსის გავლით, რომელშიც ხდება დასუსტებული ქიმიური ბმების გადანაწილება.

3. შემთხვევათა აბსოლუტურ უმრავლესობაში კატალიზატორები წარმოადგენენ ბერთოლიდის ტიპის ნაერთებს ცვლადი შემადგენლობით, რომლებიც ხასიათდება შესუსტებული ქიმიური ბმების ან თუნდაც თავისუფალი ვალენტობის არსებობით, რაც მათ მაღალ ქიმიურ აქტივობას აძლევს. ბერთოლიდის ტიპის ნაერთების მოლეკულები შეიცავს ენერგიულად არაჰომოგენური ბმების ფართო სპექტრს ან თუნდაც თავისუფალ ატომებს ზედაპირზე.

4. რეაგენტების კატალიზატორთან ურთიერთქმედების შედეგებია რეაქციის მიმდინარეობა მოცემული მიმართულებით და რეაქციის სიჩქარის ზრდა, ვინაიდან კატალიზატორის ზედაპირზე რეაქტიული მოლეკულების შეხვედრების რაოდენობა იზრდება. გარდა ამისა, კატალიზატორი ითვისებს ეგზოთერმული რეაქციის ენერგიის გარკვეულ ნაწილს, რათა ენერგიულად გამოიკვებოს რეაქციის ყველა ახალი მოქმედება და მისი საერთო აჩქარება.

მისი განვითარების ამჟამინდელ ეტაპზე ქიმიამ აღმოაჩინა მრავალი ეფექტური კატალიზატორი. მათ შორისაა იონგამცვლელი ფისები, ორგანული მეტალის ნაერთები და მემბრანული კატალიზატორები. ბევრს აქვს კატალიზური თვისებები ქიმიური ელემენტებიპერიოდული ცხრილი, მაგრამ ყველაზე მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ პლატინის ჯგუფის ლითონები და იშვიათი დედამიწის ლითონები.

კატალიზატორების მონაწილეობით, ზოგიერთი რეაქციის სიჩქარე იზრდება 10 მილიარდჯერ. არსებობს კატალიზატორები, რომლებიც არა მხოლოდ საშუალებას გაძლევთ გააკონტროლოთ საბოლოო პროდუქტის შემადგენლობა, არამედ ხელი შეუწყოთ გარკვეული ფორმის მოლეკულების წარმოქმნას, რაც დიდ გავლენას ახდენს ფიზიკური თვისებებიპროდუქტი (სიხისტე, მოქნილობა).

ქიმიური პროცესების დოქტრინის განვითარების მიმართულება

თანამედროვე პირობებში, ქიმიური პროცესების შესწავლის განვითარების ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი მიმართულებაა ამ პროცესების კონტროლის მეთოდების შექმნა, ამიტომ ქიმიური მეცნიერება დაკავებულია ისეთი პრობლემების შემუშავებით, როგორიცაა პლაზმური ქიმია, რადიაციული ქიმია, მაღალი ქიმია. წნევა და ტემპერატურა.

პლაზმური ქიმია

პლაზმური ქიმია სწავლობს ქიმიურ პროცესებს დაბალი ტემპერატურის პლაზმაში 1000-დან 10000°C-მდე ტემპერატურაზე. ასეთ პროცესებს ახასიათებს ნაწილაკების აღგზნებული მდგომარეობა, მოლეკულების შეჯახება დამუხტულ ნაწილაკებთან და ქიმიური რეაქციების ძალიან მაღალი სიჩქარით. პლაზმურ-ქიმიურ პროცესებში ქიმიური ბმების გადანაწილების სიჩქარე ძალიან მაღალია: ქიმიური გარდაქმნების ელემენტარული მოქმედებების ხანგრძლივობაა დაახლოებით 10-13 წმ, რეაქციის შექცევადობის თითქმის სრული არარსებობით. მსგავსი ქიმიური პროცესების სიჩქარე ჩვეულებრივ რეაქტორებში შექცევადობის გამო ათასობითჯერ მცირდება. ამიტომ, პლაზმურ-ქიმიური პროცესები ძალიან პროდუქტიულია. მაგალითად, მეთანის პლაზმურ-ქიმიური რეაქტორის პროდუქტიულობა (მისი ზომები: სიგრძე - 65 სმ, დიამეტრი - 15 სმ) შეადგენს 75 ტონა აცეტილენს დღეში. ამ რეაქტორში 3000-3500°C ტემპერატურაზე მეთანის დაახლოებით 80% წამის მეათათასედში გარდაიქმნება აცეტილენად.

პლაზმური ქიმია ბოლო დროს სულ უფრო და უფრო დანერგილია სამრეწველო წარმოება. უკვე შექმნილია ფხვნილის მეტალურგიის ნედლეულის წარმოების ტექნოლოგიები, შემუშავებულია მთელი რიგი ქიმიური ნაერთების სინთეზის მეთოდები. 1970-იან წლებში პლაზმური ფოლადის დნობის ღუმელები შეიქმნა უმაღლესი ხარისხის ლითონების დასამზადებლად. შემუშავებულია იარაღების ზედაპირის იონ-პლაზმური დამუშავების მეთოდები, რომელთა აცვიათ წინააღმდეგობა რამდენჯერმე იზრდება.

პლაზმური ქიმია შესაძლებელს ხდის მანამდე უცნობი მასალების სინთეზირებას, როგორიცაა ლითონის ბეტონი, რომელშიც სხვადასხვა ლითონი გამოიყენება შემაკავშირებელ ელემენტად. ლითონის ბეტონი წარმოიქმნება კლდის ნაწილაკების შერწყმით და ლითონთან მყარად შეკუმშვით. მისი თვისებები ათობით და ასეულჯერ აღემატება ჩვეულებრივ ბეტონს.

რადიაციული ქიმია

ქიმიური პროცესების შესწავლის ერთ-ერთი ყველაზე ახალგაზრდა სფეროა რადიაციული ქიმია, რომელიც წარმოიშვა მე-20 საუკუნის მეორე ნახევარში. მისი კვლევის საგანი იყო სხვადასხვა ნივთიერებების ტრანსფორმაცია მაიონებელი გამოსხივების გავლენის ქვეშ. მაიონებელი გამოსხივების წყაროებია რენტგენის აპარატები, დამუხტული ნაწილაკების ამაჩქარებლები, ბირთვული რეაქტორებირადიოაქტიური იზოტოპები. რადიაციულ-ქიმიური რეაქციების შედეგად ნივთიერებები იღებენ გაზრდილ სითბოს წინააღმდეგობას და სიმტკიცეს.

რადიაციულ-ქიმიური ტექნოლოგიის ყველაზე მნიშვნელოვანი პროცესებია პოლიმერიზაცია, ვულკანიზაცია, კომპოზიტური მასალების წარმოება, მათ შორის პოლიმერული ბეტონის წარმოება ჩვეულებრივი ბეტონის ნებისმიერი პოლიმერით გაჟღენთვით და შემდეგ მისი დასხივებით. ასეთ ბეტონებს აქვთ ოთხჯერ მეტი სიმტკიცე, წყალგაუმტარი და მაღალი კოროზიისადმი მდგრადია.

მაღალი წნევისა და ტემპერატურის ქიმია

ქიმიური პროცესების შესწავლის ფუნდამენტურად ახალი და უკიდურესად მნიშვნელოვანი სფეროა ცეცხლგამძლე და კერამიკული მასალების თვითგამრავლება მაღალი ტემპერატურის სინთეზი. როგორც წესი, მათი წარმოება ხორციელდება ფხვნილის მეტალურგიის მეთოდით, რომლის არსი არის ლითონის ფხვნილების დაწნეხვა და შეკუმშვა მაღალ ტემპერატურაზე (1200-2000°C). თავად გამრავლების სინთეზი გაცილებით მარტივია: ის ეფუძნება ერთი ლითონის წვას მეორეში ან ლითონის წვას აზოტში, ნახშირბადში, სილიციუმში და ა.შ.

დიდი ხანია ცნობილია, რომ წვის პროცესი არის ჟანგბადის ერთობლიობა წვად ნივთიერებასთან, ამიტომ წვა არის წვადი ნივთიერების ჟანგვის რეაქცია. ამ შემთხვევაში ელექტრონები გადადიან დაჟანგული ნივთიერების ატომებიდან ჟანგბადის ატომებამდე. ამ თვალსაზრისით, წვა შესაძლებელია არა მხოლოდ ჟანგბადში, არამედ სხვა ჟანგვის აგენტებშიც. ამ დასკვნას ემყარება თვითგამრავლებადი მაღალტემპერატურული სინთეზი - თერმული წვის პროცესი ქ. მყარი. ის წარმოადგენს, მაგალითად, ტიტანის ფხვნილის წვას ბორის ფხვნილში, ან ცირკონიუმის ფხვნილის წვას სილიკონის ფხვნილში. ამ სინთეზის შედეგად მიიღება უმაღლესი ხარისხის ასობით ცეცხლგამძლე ნაერთი.

ძალიან მნიშვნელოვანია, რომ ეს ტექნოლოგია არ საჭიროებს რთულ პროცესებს, იყოს მაღალტექნოლოგიური და ადვილად ავტომატიზირებული იყოს.

მაღალი წნევის ქიმია

ქიმიური პროცესების შესწავლის განვითარების კიდევ ერთი სფეროა მაღალი და ულტრა მაღალი წნევის ქიმია. 100 ატმ-ზე მეტი წნევის დროს ნივთიერებების ქიმიური გარდაქმნები მიეკუთვნება მაღალი წნევის ქიმიას, ხოლო 1000 ატმზე ზევით - ულტრა მაღალი წნევის ქიმიას. მაღალი წნევა ქიმიაში გამოიყენება მე-20 საუკუნის დასაწყისიდან. -- ამიაკის წარმოება ხდებოდა 300 ატმ წნევით და 600°C ტემპერატურაზე. მაგრამ ახლახან გამოიყენეს დანადგარები, რომლებშიც მიიღწევა 5000 ატმ წნევა და ტესტები ტარდება 600 000 ატმ წნევით, რაც მიიღწევა აფეთქების დარტყმის ტალღის გამო წამის მემილიონედში. ზე ბირთვული აფეთქებებიწარმოიქმნება კიდევ უფრო მაღალი წნევა.

მაღალი წნევის დროს ატომების ელექტრონული გარსები ერთმანეთს უახლოვდება და დეფორმირდება, რაც იწვევს ნივთიერებების რეაქტიულობის ზრდას. 102-103 ატმ წნევის დროს ქრება სხვაობა თხევადი და აირის ფაზებს შორის, ხოლო 103-105 ატმ-ზე მყარ და თხევად ფაზებს შორის. მაღალი არტერიული წნევით, ფიზიკური და ქიმიური თვისებებინივთიერებები. მაგალითად, 20000 ატმ წნევის დროს ლითონი ხდება ელასტიური, რეზინის მსგავსად. უბრალო წყალიზე მაღალი ტემპერატურადა წნევა ქიმიურად აქტიური ხდება. წნევის მატებასთან ერთად, ბევრი ნივთიერება გარდაიქმნება მეტალურ მდგომარეობაში. ამრიგად, 1973 წელს მეცნიერებმა დააფიქსირეს მეტალის წყალბადი 2,8 მილიონი ატმოსფეროზე წნევით.

ულტრა მაღალი წნევის ქიმიის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი მიღწევა იყო ბრილიანტების სინთეზი. ის მუშაობს 50000 ატმ წნევაზე და 2000°C ტემპერატურაზე. ამ შემთხვევაში, გრაფიტი კრისტალიზდება ბრილიანტად. ბრილიანტების სინთეზირება ასევე შესაძლებელია დარტყმითი ტალღების გამოყენებით. ბოლო დროს ყოველწლიურად იწარმოება ტონა სინთეტიკური ბრილიანტი, რომელიც მხოლოდ ოდნავ განსხვავდება ბუნებრივისგან თავისი თვისებებით. შედეგად მიღებული ბრილიანტები გამოიყენება სამრეწველო მიზნებისთვის - საჭრელ და საბურღი მოწყობილობებში. შესაძლებელი გახდა შავი ბრილიანტების - კარბონადოს სინთეზირება, რომლებიც ბუნებრივ ბრილიანტებზე უფრო მყარია. ისინი გამოიყენება ბრილიანტების თავად დასამუშავებლად.

ამჟამად შეიქმნა სამრეწველო წარმოება არა მხოლოდ ხელოვნური ბრილიანტების, არამედ სხვა ძვირფასი ქვების - კორუნდის (წითელი ლალი), ზურმუხტისა და ა.შ. მაღალი წნევით სინთეზირებულია სხვა მასალებიც, რომლებიც მაღალი სითბოს მდგრადია. ამრიგად, ბორის ნიტრიდი სინთეზირებული იყო ბორის ნიტრიდისგან 100000 ატმოსფეროზე და 2000°C ტემპერატურაზე - მასალა, რომელიც შესაფერისია ძალიან მძიმე მასალებისგან დამზადებული ნაწილების ბურღვისა და დასაფქვავად ძალიან მაღალ ტემპერატურაზე.

ქიმიური პროცესებისა და სისტემების ენერგია

ქიმიური რეაქციები არის ურთიერთქმედება ატომებსა და მოლეკულებს შორის, რაც იწვევს ახალი ნივთიერებების წარმოქმნას, რომლებიც განსხვავდება ორიგინალისგან. ქიმიური შემადგენლობაან შენობა. ქიმიური რეაქციები, ბირთვული რეაქციებისგან განსხვავებით, არ ცვლის არც ატომების მთლიან რაოდენობას სისტემაში და არც ელემენტების იზოტოპურ შემადგენლობას.

სისტემა არის კოსმოსიდან იზოლირებული სხეულების ერთობლიობა. თუ სისტემაში შესაძლებელია მასის და სითბოს გაცვლა ყველა მის შორის კომპონენტები, მაშინ ასეთ სისტემას თერმოდინამიკური ეწოდება. ქიმიური სისტემა, რომელშიც შეიძლება მოხდეს რეაქციები, არის თერმოდინამიკური სისტემის განსაკუთრებული შემთხვევა. თუ სისტემას შორის და გარემოარ არის მასა და სითბოს გადაცემა, მაშინ ასეთ სისტემას იზოლირებული ეწოდება. თუ არ არის მასის გადაცემა, მაგრამ სითბოს გაცვლა შესაძლებელია, მაშინ სისტემას ეწოდება დახურული. თუ მასა და სითბოს გაცვლა შესაძლებელია სისტემასა და გარემოს შორის, მაშინ სისტემა ღიაა. სისტემას, რომელიც შედგება რამდენიმე ფაზისგან, ეწოდება ჰეტეროგენული, ერთფაზიან სისტემას ეწოდება ერთგვაროვანი.

ქიმიური სისტემის მდგომარეობა განისაზღვრება მისი თვისებებით: ტემპერატურა, წნევა, კონცენტრაცია, მოცულობა, ენერგია.

რეაქცია, რომელიც ხდება ერთგვაროვან სისტემაში, ვითარდება მთელ მის მოცულობაში და ეწოდება ერთგვაროვანი. ინტერფეისზე მომხდარი რეაქციები ჰეტეროგენულია.

სისტემის თერმოდინამიკური აღწერისთვის გამოიყენება ეგრეთ წოდებული სისტემის მდგომარეობის ფუნქციები - ეს არის ნებისმიერი ფიზიკური სიდიდე, რომლის მნიშვნელობებიც ცალსახად არის განსაზღვრული. თერმოდინამიკური თვისებებისისტემები. TO აუცილებელი ფუნქციებისისტემის სახელმწიფოები მოიცავს:

სისტემის ჯამური ენერგია (E);

სისტემის შიდა ენერგია (U);

ენთალპია (ან სითბოს შემცველობა) არის ნივთიერების მიერ მისი წარმოქმნის დროს დაგროვილი ენერგიის საზომი (H):

ენტროპია არის სისტემის უწესრიგობის საზომი (S);

გიბსის ენერგია არის სისტემის სტაბილურობის საზომი მუდმივი წნევის დროს (G):

ჰელმჰოლცის ენერგია არის სისტემის სტაბილურობის საზომი მუდმივი მოცულობით (F):

სპონტანური პროცესის შესაძლებლობა შეიძლება ვიმსჯელოთ გიბსის თავისუფალი ენერგიის ფუნქციის ცვლილების ნიშნით: თუ?G< 0, т.е. в процессе взаимодействия происходит уменьшение свободной энергии, то процесс термодинамически возможен. Если?G >0, მაშინ პროცესი ვერ გაგრძელდება. ამრიგად, ყველა პროცესი შეიძლება სპონტანურად წარიმართოს თავისუფალი ენერგიის შემცირების მიმართულებით.

ქიმიურ ურთიერთქმედებას ჩვეულებრივ თან ახლავს თერმული ეფექტი. პროცესებს, რომლებიც წარმოიქმნება სითბოს გათავისუფლებით, ეწოდება ეგზოთერმული (?H< 0), а идущие с поглощением теплоты - эндотермическими (?Н > 0).

იზობარულ პირობებში ქიმიური პროცესების თერმული ეფექტი განისაზღვრება ენთალპიის ცვლილებით, ე.ი. განსხვავება საბოლოო და საწყისი მდგომარეობების ენთალპიებს შორის. ლავუაზიე-ლაპლასის კანონის მიხედვით: ნივთიერების წარმოქმნის დროს გამოთავისუფლებული სითბო ტოლია მისი იმავე რაოდენობის პირვანდელ კომპონენტებად დაშლისას შთანთქმულ სითბოს.

თერმოქიმიური კანონების უფრო ღრმა განზოგადება მოცემულია ჰესის კანონით: ქიმიური რეაქციების თერმული ეფექტი, რომელიც ხდება მუდმივ წნევაზე ან მუდმივ მოცულობაზე, არ არის დამოკიდებული შუალედური ეტაპების რაოდენობაზე, მაგრამ განისაზღვრება მხოლოდ სისტემის საწყისი და საბოლოო მდგომარეობებით.

თერმოდინამიკის პირველი კანონი (ენერგიის შენარჩუნების კანონი) - ენერგია არ ქრება და არ ჩნდება ისევ არაფრიდან პროცესის დროს, მას შეუძლია გადავიდეს ერთი ფორმიდან მეორეზე მხოლოდ მკაცრად ექვივალენტური ურთიერთობებით.

თერმოდინამიკის II კანონი - როდესაც პროცესი ხდება შექცევადი პროცესების იზოლირებულ სისტემაში, ენტროპია უცვლელი რჩება, მაგრამ შეუქცევადი პროცესების დროს ის იზრდება. .

დასკვნა

ქიმია არის სოციალური მეცნიერება. მისი უმაღლესი მიზანია დააკმაყოფილოს თითოეული ადამიანის და მთელი საზოგადოების მოთხოვნილებები. კაცობრიობის ბევრი იმედები ქიმიას მიმართავს. მოლეკულური ბიოლოგია, გენეტიკური ინჟინერია და ბიოტექნოლოგია და მასალების მეცნიერება ფუნდამენტურად ქიმიური მეცნიერებებია. მედიცინისა და ჯანდაცვის პროგრესი არის დაავადებათა ქიმიის, მედიკამენტების, საკვების პრობლემები; ნეიროფიზიოლოგია და ტვინის ფუნქცია, პირველ რიგში, არის ნეიროქიმია, ქიმია და მეხსიერების ქიმია. კაცობრიობა ქიმიისგან ახალ მასალებს ელის ჯადოსნური თვისებები, ენერგიის ახალი წყაროები და ბატარეები, ახალი სუფთა და უსაფრთხო ტექნოლოგიები და ა.შ.

როგორც ფუნდამენტური მეცნიერება, ქიმია ჩამოყალიბდა მე-20 საუკუნის დასაწყისში ახალ, კვანტურ მექანიკასთან ერთად. და ეს უდავო ჭეშმარიტებაა, რადგან ქიმიის ყველა ობიექტი არის ატომები, მოლეკულები, იონები და ა.შ. - კვანტური ობიექტებია. ქიმიაში ძირითადი მოვლენებია ქიმიური რეაქციები და ქიმიური პროცესები ე.ი. ატომის ბირთვების გადაწყობა და ელექტრონული გარსების, რეაქტიული მოლეკულების ელექტრონული სამოსის პროდუქტის მოლეკულებად გადაქცევა ასევე კვანტური მოვლენაა.

ქიმიური პროცესების საჭიროება წარმოიქმნება ახალი წარმოების მოთხოვნების გავლენის ქვეშ. ადრე შესწავლილი შემადგენლობის დოქტრინისა და სტრუქტურული თეორიების საფუძველზე ქიმიის მთავარი პრობლემის გადაჭრის მეთოდები აშკარად არ იყო საკმარისი აქ და ჩნდება ახალი დონე - ქიმიური ცოდნის დონე - ცოდნა ქიმიური პროცესების შესახებ. ქიმია ხდება მეცნიერება არა მხოლოდ და არა იმდენად სუბსტანციების, როგორც სრული ობიექტების, არამედ მეცნიერება მატერიის ცვლილების პროცესებისა და მექანიზმების შესახებ. ამის წყალობით მან უზრუნველყო სინთეზური მასალების წარმოება.

თანამედროვე საზოგადოებაში ქიმიური პროცესების შესწავლა აუცილებელი ცოდნაა, ვინაიდან მეცნიერებას სჭირდება განვითარება და ახალი აღმოჩენებისკენ სწრაფვა და ამაში წვლილი მხოლოდ ადამიანს შეუძლია.

გამოყენებული ლიტერატურის სია

1. Bochkarev A. I. - თანამედროვე საბუნებისმეტყველო მეცნიერების ცნებები: სახელმძღვანელო უნივერსიტეტის სტუდენტებისთვის A. I. Bochkarev, T. S. Bochkareva, S. V. Saksonov; რედაქტორი პროფ. ა.ი.ბოჭკარევა. - Tolyatti: TGUS, 2008. - 386გვ. [ელექტრონული რესურსი]www.tolgas.ru (წვდომის თარიღი 11/14/2102)

2. სადოხინი ა.პ. თანამედროვე საბუნებისმეტყველო მეცნიერების ცნებები: სახელმძღვანელო უნივერსიტეტის სტუდენტებისთვის, რომლებიც სწავლობენ ჰუმანიტარულ და სპეციალობებს ეკონომიკასა და მენეჯმენტში / A.P. სადოხინი. -- მე-2 გამოცემა, შესწორებული. და დამატებითი - M.: UNITY-DANA, 2006. - 447 გვ. [ელექტრონული რესურსი] http://www.twirpx.com/file/20132/ (წვდომის თარიღი: 12/10/2102)

გამოქვეყნებულია Allbest.ru-ზე

მსგავსი დოკუმენტები

ბიოსფეროს განმარტება, მისი ევოლუცია, საზღვრები და შემადგენლობა, დაცვა. ცოცხალი მატერიის თვისებები. ატომების ბიოგენური მიგრაცია. ბიომასა, მისი გავრცელება პლანეტაზე. მცენარეების, ცხოველების და მიკროორგანიზმების როლი ნივთიერებების ციკლში. ბიოსფერო და ენერგიის ტრანსფორმაცია.

ტესტი, დამატებულია 09/15/2013


წესრიგი, ბუნებაში არეულობა, თერმული მოძრაობის თავისებურებები, როგორც ქაოტური, არაორგანიზებული წესრიგის მაგალითი. ენერგიის გაფანტვის პროცესის ფენომენი. ქიმიური პროცესები და ნივთიერებების თვისებები. სხეულების ხარისხი რაკეტაში მაღალი სიჩქარის პირობებში.

კურსის სამუშაო, დამატებულია 03/11/2010


თვითორგანიზაციის თეორიის შესწავლა. თვითორგანიზების სისტემების განვითარების მთავარი კრიტერიუმი. არაწონასწორობის პროცესები და ღია სისტემები. დისპაციური სტრუქტურების თვითორგანიზება. ბელოუსოვ-ჟაბოტინსკის ქიმიური რეაქცია. თვითორგანიზება ფიზიკურ მოვლენებში.

რეზიუმე, დამატებულია 09/30/2010


ბირთვის განვითარება, როგორც ევკარიოტული უჯრედის ერთ-ერთი სტრუქტურული ელემენტი, რომელიც შეიცავს გენეტიკურ ინფორმაციას დნმ-ის მოლეკულებში. ბირთვული კონვერტი, ბირთვი, მატრიცა, როგორც ბირთვის სტრუქტურული ელემენტები. მოლეკულების რეპლიკაციისა და ტრანსკრიფციის პროცესების მახასიათებლები.

პრეზენტაცია, დამატებულია 01/08/2012


უჯრედის მემბრანის მეშვეობით ნივთიერებების გავლის მექანიზმების ანალიზი. ძირითადი პროცესები, რომლითაც ნივთიერებები შეაღწევენ მემბრანაში. მარტივი და გაადვილებული დიფუზიის თვისებები. აქტიური ტრანსპორტის სახეები. იონური არხები, მათი განსხვავება ფორებისგან, გრადიენტი.

პრეზენტაცია, დამატებულია 11/06/2014


აზოტოვანი ნივთიერებების ტრანსფორმაცია მცენარეებში. ხარისხიანი მცენარეული ზეთებიფაქტორებიდან გამომდინარე გარე გარემო. ზეთის თესლის მომწიფების დროს ნივთიერებების ტრანსფორმაცია. ვერნალიზება, მისი არსი და მნიშვნელობა. ტემპერატურისა და სინათლის გავლენა თესლის მოსვენებაზე.

ტესტი, დამატებულია 09/05/2011


გლუკოზის დაშლის შესაძლო გზების ანალიზი. აერობული მეტაბოლიზმის კომპონენტებისა და ფუნქციონირების პრინციპის განსაზღვრა. ორგანული მჟავების წარმოქმნისა და საწყისი სუბსტრატების ბიოტრანსფორმაციის პროცესები, რომლებიც განსხვავდება ნახშირწყლებისგან ქიმიური ბუნებით.

რეზიუმე, დამატებულია 06/09/2015


მატერიის, ენერგიისა და დესტრუქციული ბლოკების ნაკადები ეკოსისტემებში. ბიოლოგიური პროდუქტიულობის პრობლემები. რიცხვების, ბიომასისა და ენერგიის პირამიდები. ბიოტასა და ფიზიკურ გარემოს შორის მატერიისა და ენერგიის ტრანსფორმაციის პროცესები. ნივთიერებების ბიოქიმიური მიმოქცევა.

რეზიუმე, დამატებულია 26/06/2010


ნიუტონის გრავიტაციის კანონი. ფარდობითობის სპეციალური თეორია. თერმოდინამიკის მეორე კანონი. იდეები ატომების სტრუქტურის შესახებ. ქიმიური კინეტიკური მეთოდები. წონასწორობის, წონასწორობის გამოსხივების ცნებები. ბირთვული შერწყმის რეაქციები. ბიოტიკური ციკლის მახასიათებლები.

ტესტი, დამატებულია 04/16/2011


მცენარეებში ნივთიერებების სეკრეციის პროცესების მიერ შესრულებული ძირითადი ფუნქციების აღწერა. ალელოპათიის, ექსკრეციისა და სეკრეციის კონცეფცია. სპეციალიზებული სეკრეტორული სტრუქტურების ფუნქციები მცენარეებში. ნივთიერებების სეკრეციაში მონაწილე ეპიდერმული წარმონაქმნების ჯგუფები.

ქიმიური რეაქციები ხდება რეაგენტების სპონტანურად შერევის ან ფიზიკური კონტაქტის დროს, გათბობით, კატალიზატორების მონაწილეობით (კატალიზი), სინათლის მოქმედებით (ფოტოქიმიური რეაქციები), ელექტრული დენი (ელექტროდის პროცესები), მაიონებელი გამოსხივება (რადიაციული-ქიმიური რეაქციები), მექანიკური ზემოქმედება(მექანიკური რეაქციები), დაბალი ტემპერატურის პლაზმაში (პლაზმოქიმიური რეაქციები) და ა.შ. ნივთიერებების სპონტანური ტრანსფორმაცია ხდება იმ პირობით, რომ მათ აქვთ საკმარისი ენერგია სისტემის საწყისი და საბოლოო მდგომარეობების გამყოფი პოტენციური ბარიერის დასაძლევად (აქტივაციის ენერგია).

კლასიფიკაცია

არსებობს დიდი რიცხვინიშნები, რომლებითაც შესაძლებელია ქიმიური რეაქციების კლასიფიცირება.

რეაქტიული სისტემის ფაზური შემადგენლობის მიხედვით

• ჰომოგენური ჰომოფაზური რეაქციები.

NaOH (r.) + HCl (r.) → NaCl (r.) + H 2 O

• ჰეტეროგენული ჰეტეროფაზიური რეაქციები

CaCO 3 (t.) + 2HCl (r.) → CaCl 2 (r.) + CO 2 (გ.) + H 2 O (ლ.)

• ჰეტეროგენული ჰომოფაზური რეაქციები

NH 3 (გ) + HCl (გ) → NH 4 Cl (t)

• ჰომოგენური ჰეტეროფაზიური რეაქციები

რეაგენტების ჟანგვის მდგომარეობების შეცვლით

ამ შემთხვევაში არის განსხვავება

• რედოქსის რეაქციები

2H 2 + O 2 = 2H 2 O

დისპროპორციული რეაქციის მაგალითია ამონიუმის ნიტრატის დაშლის რეაქცია გაცხელებისას. ამ შემთხვევაში, ჟანგვის აგენტია ნიტრო ჯგუფის აზოტი (+5), ხოლო აღმდგენი საშუალება არის ამონიუმის კატიონის აზოტი (-3):

NH 4 NO 3 = N 2 O + 2H 2 O (250 °C-მდე)

• არარედოქსული რეაქციები - შესაბამისად, რეაქციები, რომლებშიც არ ხდება ატომების ჟანგვის მდგომარეობების ცვლილება, მაგალითად, ზემოაღნიშნული ნეიტრალიზაციის რეაქცია.

რეაქციის თერმული ეფექტის მიხედვით

ყველა რეაქციას თან ახლავს თერმული ეფექტი. როდესაც რეაგენტებში ქიმიური ბმები იშლება, გამოიყოფა ენერგია, რომელიც ძირითადად გამოიყენება ახალი ქიმიური ბმების შესაქმნელად. ზოგიერთ რეაქციაში ამ პროცესების ენერგიები ახლოსაა და ამ შემთხვევაში რეაქციის საერთო თერმული ეფექტი ნულს უახლოვდება. სხვა შემთხვევებში შეიძლება გამოვყოთ

• ეგზოთერმული რეაქციები,

• ენდოთერმული რეაქციები,

რეაქციის თერმული ეფექტი (რეაქციის ენთალპია, Δ r H), რომელსაც ხშირად აქვს ძალიან მნიშვნელოვანი, შეიძლება გამოითვალოს ჰესის კანონის გამოყენებით, თუ ცნობილია რეაქტანტების და პროდუქტების წარმოქმნის ენთალპიები. როდესაც პროდუქტების ენთალპიების ჯამი ნაკლებია რეაგენტების ენთალპიების ჯამზე (Δ r H< 0) наблюдается სითბოს გათავისუფლება, წინააღმდეგ შემთხვევაში (Δ r H > 0) - შთანთქმის.

რეაქტიული ნაწილაკების ტრანსფორმაციის ტიპის მიხედვით

• კავშირები: 2Cu + O 2 = 2CuO,
• დაშლა: 2HgO = 2Hg + O 2,
• ჩანაცვლება: Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu,
• გაცვლა: NaCl + H 2 SO 4 = HCl + NaHSO 4.

ქიმიურ რეაქციებს ყოველთვის თან ახლავს ფიზიკური ეფექტები: ენერგიის შეწოვა და გამოყოფა, მაგალითად, სითბოს გადაცემის სახით, რეაგენტების აგრეგაციის მდგომარეობის ცვლილება, რეაქციის ნარევის ფერის ცვლილება და ა.შ. ამ ფიზიკური ზემოქმედებით ხშირად ფასდება ქიმიური რეაქციების პროგრესი.

მატერიაში მიმდინარე ქიმიური პროცესები განსხვავდება როგორც ფიზიკური პროცესებისგან, ასევე ბირთვული გარდაქმნებისაგან. ფიზიკურ პროცესებში ჩართული ნივთიერებები ინარჩუნებენ თავის თვისებებს უცვლელად, მაგრამ შეიძლება შეიცვალოს გარე ფორმაან აგრეგაციის მდგომარეობა.

ქიმიურ პროცესებში (ქიმიურ რეაქციებში) მიიღება ახალი ნივთიერებები რეაგენტებისგან განსხვავებული თვისებებით, მაგრამ ახალი ელემენტების ატომები არასოდეს წარმოიქმნება. რეაქციაში მონაწილე ელემენტების ატომებში აუცილებლად ხდება ელექტრონული გარსის ცვლილებები.

ბირთვულ რეაქციებში ცვლილებები ხდება ყველა მონაწილე ელემენტის ატომურ ბირთვებში, რაც იწვევს ახალი ელემენტების ატომების წარმოქმნას.

ქიმიური რეაქციების გამოყენებით შესაძლებელია პრაქტიკულად მნიშვნელოვანი ნივთიერებების მიღება, რომლებიც ბუნებაში შეზღუდული რაოდენობით გვხვდება, მაგალითად აზოტოვანი სასუქები, ან საერთოდ არ გვხვდება რაიმე მიზეზით, მაგალითად სულფონამიდები და სხვა სინთეზური ნივთიერებები. მედიკამენტები, პოლიეთილენი და სხვა პლასტმასი. ქიმია შესაძლებელს ხდის ბუნებისთვის უცნობი ახალი ნივთიერებების სინთეზს, რომლებიც აუცილებელია ადამიანის სიცოცხლისთვის. ამავდროულად, გარემოზე და მიმდინარე ბუნებრივ პროცესებზე არასწორმა ან უპასუხისმგებლო ქიმიურმა ზემოქმედებამ შეიძლება გამოიწვიოს დადგენილი ბუნებრივი ქიმიური ციკლების დარღვევა, რაც გარემოს პრობლემას (გარემოს დაბინძურება) აქტუალურს ხდის და ართულებს ამოცანას. რაციონალური გამოყენებაბუნებრივი რესურსები და დედამიწაზე ბუნებრივი ჰაბიტატების დაცვა.

ლიტერატურა

• ქიმია: მითითება. რედ./ W. Schröter, K.-H. Lautenschläger, H. Bibrak et al.: Trans. მასთან. - მ.: ქიმია, 1989 წ.

Ქიმიური რეაქცია- ეს არის ერთი ან მეტი საწყისი ნივთიერების გადაქცევა ნივთიერებებად, რომლებიც განსხვავდება მათგან ქიმიური შემადგენლობით ან სტრუქტურით. ქიმიურ რეაქციაში ჩართულ საწყის მასალებს ე.წ რეაგენტები . რეაგენტების ურთიერთქმედების დროს წარმოქმნილ ნივთიერებებს ე.წ რეაქციის პროდუქტები . ბირთვული რეაქციებისგან განსხვავებით, ქიმიური რეაქციების დროს არც ატომების საერთო რაოდენობა იცვლება რეაქციის სისტემაში და არც ქიმიური ელემენტების იზოტოპური შემადგენლობა. ეს გამოწვეულია იმით, რომ ქიმიური პროცესები არ მოქმედებს ატომების ბირთვებზე, რომლებიც ქმნიან რეაგენტის მოლეკულებს. ეს პროცესები ტარდება ვალენტური ელექტრონების ურთიერთქმედების გამო და თან ახლავს რეაქტიული ატომების გარე ელექტრონული გარსების სტრუქტურის ცვლილებას.

საწყისი ნივთიერებებისა და რეაქციის პროდუქტების რაოდენობისა და შემადგენლობის მიხედვით არსებობს ქიმიური რეაქციების ოთხი ძირითადი ტიპი:

 გგაერთიანება – რამდენიმე მარტივი ან რთული ნივთიერებიდან წარმოიქმნება ერთი რთული ნივთიერება: 2Cu + O 2 = 2CuO;

 დაშლა– რთული ნივთიერებისგან წარმოიქმნება რამდენიმე მარტივი ან რთული ნივთიერება: 2H 2 O = 2H g + O 2;

 ცვლილება- მარტივი ნივთიერების ატომი ცვლის რთული ნივთიერების ერთ-ერთ ატომს:

Fe+CuSO 4 =FeSO 4 +Cu;

 გაცვლაართული ნივთიერებები ცვლის მათ შემადგენელ ნაწილებს:

NaCl + H 2 SO 4 = HCl + NaHSO 4.

ატომების ჟანგვის მდგომარეობის შეცვლით მონიშნეთ:

 რეაქციები ჟანგვის მდგომარეობის შეცვლის გარეშე (მაგალითად, იონური გაცვლის რეაქციები):

NaOH+HCl=NaCl+H2O;

 რეაქციები ჟანგვის მდგომარეობის ცვლილება (რედოქსის რეაქციები): H 2 + Cl 2 = 2HCl.

თერმული ეფექტით რეაქციები გამოირჩევა:

 ეგზოთერმული- რეაქციები, რომლებიც წარმოიქმნება ენერგიის გამოყოფით:

4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3 + Q;

 ენდოთერმული- რეაქციები, რომელსაც თან ახლავს ენერგიის შთანთქმა:

CaCO 3 = CaO + CO 2 – Q.

მიერ სხვა ნივთიერებების არსებობის საჭიროება რეაქციები გამოირჩევა:

 კატალიზური– ხდება მხოლოდ კატალიზატორების მონაწილეობით: SO 2 + O 2 SO 3 ;

 არა კატალიზური- ხდება კატალიზატორების მონაწილეობის გარეშე: 2NO + O 2 = 2NO 2.

მიერ შექცევადობა რეაქციები გამოირჩევა:

 შეუქცევადი– ვაგრძელებთ მანამ, სანამ საწყისი ნივთიერებები მთლიანად არ გარდაიქმნება პროდუქტებად, შეუქცევადი რეაქციის დროს ხსნარში წარმოიქმნება ოდნავ დისოციაციური ნივთიერება - ნალექი, გაზი, წყალი: BaCl 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2HCl;

 შექცევადი– მიმდინარეობს როგორც რეაქციის პროდუქტების, ასევე საწყისი ნივთიერებების წარმოებისკენ: N 2 + 3H 2 ↔2CO 2.

სხვადასხვა ქიმიური რეაგენტების ურთიერთქმედების უნარი განისაზღვრება არა მხოლოდ მათი ატომურ-მოლეკულური სტრუქტურით, არამედ იმ პირობებით, რომლებშიც ხდება ქიმიური რეაქციები. მათ შორისაა თერმოდინამიკური ფაქტორები (ტემპერატურა, წნევა და ა.შ.) და კინეტიკური ფაქტორები (ყველაფერი, რაც დაკავშირებულია ნივთიერებების გადაცემასთან და მათი შუალედური ფორმების წარმოქმნასთან). მათი გავლენა ქიმიურ რეაქციებზე ვლინდება ქიმიის კონცეპტუალურ დონეზე, რომელსაც ზოგადად უწოდებენ დოქტრინას. ქიმიური პროცესები .

ქიმიური პროცესების შესწავლა არის ფიზიკის ღრმა ურთიერთშეღწევის სფერო,ქიმია და ბიოლოგია.მართლაც, ეს დოქტრინა ეფუძნება ქიმიური თერმოდინამიკა და კინეტიკა, რომლებიც თანაბრად ეხება ქიმიას და ფიზიკას. ბიოლოგიური მეცნიერების მიერ შესწავლილი ცოცხალი უჯრედი, ამავე დროს, არის მიკროსკოპული ქიმიური რეაქტორი, რომელშიც ხდება გარდაქმნები, რომელთაგან ბევრი ქიმია სწავლობს და ცდილობს განახორციელოს მაკროსკოპული მასშტაბით. ამრიგად, ადამიანი ავლენს ღრმა კავშირს, რომელიც არსებობს ფიზიკურ, ქიმიურ და ბიოლოგიურ მოვლენებს შორის და ამავდროულად, ცოცხალი ბუნებიდან იღებს გამოცდილებას, რომელიც მას სჭირდება ახალი ნივთიერებებისა და მასალების მისაღებად.

თანამედროვე ქიმიური ტექნოლოგიების უმეტესობა დანერგილია კატალიზატორების გამოყენებით - ნივთიერებები, რომლებიც ზრდის რეაქციის სიჩქარეს მასში მოხმარების გარეშე.

თანამედროვე ქიმიაში ასევე განვითარდა მიმართულება, რომლის პრინციპიც არის ენერგიის გააქტიურება რეაგენტი (ანუ ენერგიის მიწოდება გარედან) საწყისი ბმების სრულ გაწყვეტამდე. ამ შემთხვევაში ჩვენ ვსაუბრობთ მაღალ ენერგიებზე. ეს არის ე.წ ექსტრემალური მდგომარეობების ქიმია, მაღალი ტემპერატურის, მაღალი წნევის, დიდი რაოდენობით კვანტური ენერგიის გამოსხივების გამოყენებით (ულტრაიისფერი, რენტგენის სხივები, გამა გამოსხივება). ეს ტერიტორია მოიცავს პლაზმური ქიმია(ქიმია დაფუძნებულია რეაგენტების პლაზმურ მდგომარეობაზე), აგრეთვე ტექნოლოგიები, რომლებშიც პროცესის გააქტიურება მიიღწევა მიმართული ელექტრონული ან იონური სხივებით (ელიონის ტექნოლოგიები).

ექსტრემალური მდგომარეობების ქიმია საშუალებას იძლევა მივიღოთ ნივთიერებები და მასალები, რომლებიც უნიკალურია მათი თვისებებით: კომპოზიტური მასალები, მაღალი ტემპერატურის შენადნობები და ლითონის ფხვნილები, ნიტრიდები, ცეცხლგამძლე ლითონების სილიციდები და კარბიდები, სხვადასხვა თვისებების საფარები.

სხვადასხვა თერმოდინამიკური პრობლემების გადაჭრისას გამოიყენება სპეციალური ფუნქციები - თერმოდინამიკური პოტენციალი.თერმოდინამიკური პოტენციალების გამოხატვის ცოდნა, პროცესების სხვა მახასიათებლები შეიძლება გამოითვალოს სისტემის დამოუკიდებელი პარამეტრების მეშვეობით. ჩამოვთვალოთ რამდენიმე მათგანი.

თერმოდინამიკის პირველი კანონის გამონათქვამში ჩანაცვლება dQ= dU+ dA მუშაობის ფორმულები dA= PDVდა სითბოს რაოდენობა შექცევად პროცესში dQ= TdS, ვიღებთ dU= TdS– PDV (1).

ეს გამოხატულება, რომელიც აერთიანებს თერმოდინამიკის პირველ და მეორე კანონებს, არის შინაგანი ენერგიის მთლიანი დიფერენციალი, ხოლო მთლიანი დიფერენციალური განტოლება არის:

თუ შევადარებთ მას გამონათქვამთან (1), მივიღებთ:

ასე რომ, შიდა ენერგიის ნაწილობრივი წარმოებული ენტროპიასთან მიმართებაში უდრის ტემპერატურას, წარმოებული მოცულობის მიმართ აღებული საპირისპირო ნიშნით უდრის წნევას და თავად შიდა ენერგია არის თერმოდინამიკური პოტენციალი. კიდევ ერთი თერმოდინამიკური პოტენციალი შემოიღო გ.ჰელმჰოლცმა (1877). მან აჩვენა, რომ ფუნქცია ფ = უ– თ.ს., რომელსაც თავისუფალ ენერგიას უწოდებენ, შეიძლება იყოს თერმოდინამიკური წონასწორობის კრიტერიუმი.

მოდით ვიპოვოთ სრული თავისუფალი ენერგიის დიფერენციალი: dF= dU– TdS– SDT, მაშინ გამონათქვამის (1) გამოყენებით შეგვიძლია დავწეროთ: dF= TdS– PDV– TdS– SDT= – SDT– PDV. იმის გათვალისწინებით (როგორც ადრე) რომ dF არის ცვლადების მთლიანი დიფერენციალი თდა ვ, ჩვენ ვიღებთ:

.

თავისუფალი ენერგიის ფიზიკური მნიშვნელობა ფაშკარაა გამოთქმიდან for dF. ზე თ= კონსტ dT= 0, მაშინ dF= – PDV= – dA, ანუ თავისუფალი ენერგიის შემცირება უდრის სისტემის მიერ იზოთერმულ პროცესში შესრულებულ სამუშაოს. ცოცხალ ორგანიზმებში სხეულის მუდმივი ტემპერატურის შენარჩუნება საშუალებას გვაძლევს ვივარაუდოთ, რომ მათ მიერ შესრულებული სამუშაო ხდება თავისუფალი ენერგიის შემცირებით.

თერმოდინამიკური პოტენციალი, ე.წ გიბსის ფუნქცია (გ): გ= ფ+ pV= უ– თ.ს.+ pV. დიფერენცირებისას ვიღებთ: dG= dU– TdS– SDT+ PDV+ VdP. განტოლების (1) გათვალისწინებით, ბოლო განტოლება შეიძლება გადაიწეროს შემდეგნაირად: dG= TdS– PDV– TdS– SDT+ PDV+ ვდპ= – SDT+ ვდპ. მიღებული განტოლების შედარებისას მთლიანი დიფერენციალური გამოსახულებით, ჩვენ ვწერთ:

.

გიბსის პოტენციალი გამოიყენება ენტროპიისა და მოცულობის გამოსათვლელად იზობარულ-იზოთერმული პროცესებში. როდესაც სისტემა მიდრეკილია წონასწორობისკენ შეუქცევად იზობარულ-იზოთერმული პროცესის დროს dQ  TdSდა გიბსის დიფერენციალისთვის ზემოთ დაწერილი ტოლობის ნაცვლად გამოიყენება შემდეგი: dG– SDT+ VdP. მაგრამ ვინაიდან ამ პროცესში dT = 0,დპ= 0, მაშინ dG0. და ეს განხორციელდება მანამ, სანამ წონასწორობის მდგომარეობა დამყარდება, როცა dG გახდება ნულის ტოლი. შეგვიძლია ვთქვათ, რომ არათანაბარი იზობარულ-იზოთერმული პროცესების დროს გიბსის ფუნქცია წონასწორობის მდგომარეობაში მცირდება მინიმუმამდე. იზოთერმული პროცესების დროს, რომლებიც წარმოიქმნება მოცულობის ცვლილების გარეშე, მცირდება ჰელმჰოლცის პოტენციალი - თავისუფალი ენერგია.

როდესაც სისტემაში ნაწილაკების რაოდენობა იცვლება, ე.წ ქიმიური პოტენციალი(). შემდეგ (1) განტოლების ნაცვლად უნდა დაწეროთ: dU= TdS– PDV+ dN. Აქ dN – სისტემაში ნაწილაკების რაოდენობის ცვლილება. სხვა პოტენციალის გამონათქვამები შესაბამისად შეიცვლება: dF= – SDT– PDV+ dN,dG= – SDT+ ვდპ+ dN. შემდეგ ქიმიური პოტენციალისთვის შესაბამისი პარამეტრების მუდმივი წყვილი ( ს,ვ), (თ,ვ), (თ,გვ) შეიძლება დაიწეროს:

.

ამრიგად, თერმოდინამიკური პოტენციალი უდრის პოტენციალის ცვლილებას თითო ნაწილაკზე შესაბამის პროცესში. და რეაქცია შესაძლებელია, თუ მას თან ახლავს პოტენციალის შემცირება. როდესაც ქვა გრავიტაციულ ველში ვარდება, მისი პოტენციური ენერგია მცირდება. მსგავსი პროცესი შეინიშნება ქიმიურ რეაქციაშიც: როდესაც ის ხდება, მისი თავისუფალი ენერგია გადადის უფრო დაბალ დონეზე. ამ მაგალითებში ანალოგია სრულია, ვინაიდან ენტროპიის ცვლილება არ არის. მაგრამ ქიმიურ რეაქციებში მხედველობაში უნდა იქნას მიღებული ენტროპიის ცვლილება და რეაქციის შესაძლებლობა არ ნიშნავს, რომ ის სპონტანურად წარიმართება. თერმოდინამიკა განმარტავს: რეაქცია მოხდება მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ ნივთიერებების ენერგია მცირდება და ენტროპია იზრდება. ენტროპია იზრდება იმის გამო, რომ ატომების განლაგება მცირე მოლეკულაში ნაკლებად არის მოწესრიგებული, ვიდრე დიდში.

მაგრამ რეალური პროცესები და მდგომარეობები ყველაზე ხშირად არათანასწორობაა და სისტემები ღიაა. ასეთი პროცესები განიხილება არათანაბარი თერმოდინამიკა.

მოდით, სწრაფად ნუ ვიმსჯელებთ ყველაზე მნიშვნელოვან საკითხებზე.

ჰერაკლიტე

ქიმიური პროცესი (ლათ."პროცესი" - წინსვლა) წარმოადგენს მატერიის მდგომარეობებში თანმიმდევრულ ცვლილებას, განვითარების თანმიმდევრულ ეტაპებს შორის მჭიდრო კავშირს, რაც წარმოადგენს უწყვეტ ერთიან მოძრაობას. ქიმიური პროცესების შესწავლა არის მეცნიერების სფერო, რომელშიც არის ქიმიისა და ბიოლოგიის ფიზიკის ყველაზე ღრმა ურთიერთშეღწევა. ქიმიური პროცესები იყოფა ჰომო- და ჰეტეროგენებად (დამოკიდებულია რეაქტიული სისტემების აგრეგაციის მდგომარეობიდან), ეგზო- და ენდოთერმულ (დამოკიდებულია გამოთავისუფლებული და შთანთქმული სითბოს რაოდენობაზე), ჟანგვითი, შემცირებით (დამოკიდებულია ჟანგბადთან დამოკიდებულებით), და ა.შ.

ყველა პროცესი შეიძლება გაერთიანდეს სამ დიდ ჯგუფად:

• 1. სპონტანური პროცესები, რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას ენერგიის მისაღებად ან სამუშაოს შესასრულებლად. სპონტანური პროცესების წარმოქმნის პირობებია: ა) იზოლირებულ სისტემაში, ე.ი. სისტემაში, რომლისთვისაც გამორიცხულია ნებისმიერი მატერიალური ან ენერგიის გაცვლა გარემოსთან, ყველა სახის ენერგიის ჯამი არის მუდმივი მნიშვნელობა; ბ) ენთალპიის ცვლილება (პროცესის თერმული ეფექტი, DP) დამოკიდებულია მხოლოდ საწყისი ნივთიერებებისა და პროდუქტების ტიპსა და მდგომარეობაზე და არ არის დამოკიდებული გარდამავალ გზაზე. ამ დამოკიდებულებას ჰქვია ჰესის კანონი, რომელიც ჩამოყალიბდა ჰესის მიერ 1840 წელს.
• 2. პროცესები, რომლებიც მოითხოვს ენერგიის ან სამუშაოს ხარჯვას.
• 3. ქიმიური სისტემის თვითორგანიზება, ე.ი. სპონტანური პროცესი, რომელიც მიმდინარეობს სისტემის ენერგიის რეზერვის შეცვლის გარეშე, ხდება მხოლოდ იმ მიმართულებით, რომლითაც სისტემაში წესრიგი მცირდება, ე.ი. სადაც არეულობა იზრდება (D5 > 0).

სხვადასხვა ქიმიური რეაგენტების ურთიერთქმედების უნარი განისაზღვრება არა მხოლოდ მათი ატომურ-მოლეკულური სტრუქტურით, არამედ იმ პირობებით, რომლებშიც ხდება ქიმიური რეაქციები. ერთი ნივთიერების მეორეში გადაქცევის პროცესს ქიმიური რეაქცია ეწოდება. ქიმიური პროცესების წარმოშობის პირობები მოიცავს, პირველ რიგში, თერმოდინამიკურ ფაქტორებს, რომლებიც ახასიათებენ რეაქციების დამოკიდებულებას ტემპერატურაზე, წნევაზე და ზოგიერთ სხვა პირობებზე. ქიმიური რეაქციის სიჩქარეზე ასევე გავლენას ახდენს შემდეგი პირობები და პარამეტრები:

• 1) რეაქტიული ნივთიერებების ბუნება (მაგალითად, ტუტე ლითონები წყალში იხსნება ტუტეების წარმოქმნით და წყალბადის გამოთავისუფლებით და რეაქცია მყისიერად მიმდინარეობს ნორმალურ პირობებში; თუთია, რკინა და სხვები ნელა რეაგირებენ და ქმნიან ოქსიდებს და კეთილშობილს. ლითონები საერთოდ არ რეაგირებენ);
• 2) ტემპერატურა (ტემპერატურის ყოველი 10 °C მატებაზე, რეაქციის სიჩქარე იზრდება 2-4-ჯერ - ვან ჰოფის წესი). ჟანგბადი იწყებს რეაქციას ბევრ ნივთიერებასთან შესამჩნევი სიჩქარით უკვე ჩვეულებრივ ტემპერატურაზე (ნელი დაჟანგვა). ტემპერატურის მატებასთან ერთად იწყება ძალადობრივი რეაქცია (წვა);
• 3) კონცენტრაცია (დაშლილ მდგომარეობაში მყოფი ნივთიერებებისთვის და აირებისთვის ქიმიური რეაქციების სიჩქარე დამოკიდებულია რეაქციაში მყოფი ნივთიერებების კონცენტრაციაზე. სუფთა ჟანგბადში ნივთიერებების წვა უფრო ინტენსიურად ხდება, ვიდრე ჰაერში, სადაც ჟანგბადის კონცენტრაცია თითქმის 5-ჯერ ნაკლებია. ). აქ მოქმედებს მასის მოქმედების კანონი: მუდმივ ტემპერატურაზე ქიმიური რეაქციის სიჩქარე პირდაპირპროპორციულია რეაქციაში მყოფი ნივთიერებების კონცენტრაციის პროდუქტის;
• 4) რეაქციის ზედაპირის ფართობი (მყარ მდგომარეობაში მყოფი ნივთიერებებისთვის - სიჩქარე პირდაპირპროპორციულია რეაქციაში მყოფი ნივთიერებების ზედაპირის. რკინა და გოგირდი მყარ მდგომარეობაში საკმაოდ სწრაფად რეაგირებენ მხოლოდ წინასწარი დაფქვით და შერევით: ფუნჯის და მორების წვა);
• 5) კატალიზატორი (რეაქციის სიჩქარე დამოკიდებულია კატალიზატორებზე, ნივთიერებებზე, რომლებიც აჩქარებენ ქიმიურ რეაქციებს, მაგრამ თავად არ მოიხმარენ. ბერტოლეტის მარილისა და წყალბადის ზეჟანგის დაშლა აჩქარებულია მანგანუმის (IV) ოქსიდის არსებობისას და ა.შ.).

ქიმიურ რეაქციაში შესვლისთვის აუცილებელია აქტივაციის ენერგიის შესაბამისი გარკვეული ენერგეტიკული ბარიერის გადალახვა, რომლის დაგროვების შესაძლებლობა ძლიერ დამოკიდებულია ტემპერატურაზე. ბევრი რეაქცია დიდი ხანის განმვლობაშივერ მთავრდება. ამ შემთხვევაში, ამბობენ, რომ რეაქციამ მიაღწია ქიმიურ წონასწორობას. ქიმიური სისტემა წონასწორობის მდგომარეობაშია, თუ დაკმაყოფილებულია შემდეგი სამი პირობა:

• 1) სისტემაში ენერგეტიკული ცვლილებები არ ხდება (AN = 0);
• 2) არ შეიცვლება არეულობის ხარისხი (AS = 0);
• 3) იზობარული პოტენციალი არ იცვლება (A/ = 0).

ვან'ტ ჰოფმა თერმოდინამიკური მიდგომის გამოყენებით მოახდინა ქიმიური რეაქციების კლასიფიკაცია და ასევე ჩამოაყალიბა ქიმიური კინეტიკის ძირითადი პრინციპები. ქიმიური კინეტიკა სწავლობს ქიმიური რეაქციების სიჩქარეს. ლე შატელიემ ჩამოაყალიბა ქიმიური წონასწორობის კანონი ქიმიურ რეაქციებში გარე ფაქტორების გავლენის ქვეშ - ტემპერატურა, წნევა და ა.შ. წნევა ან კონცენტრაცია იცვლება), შემდეგ წონასწორული პოზიციის ქიმიური რეაქცია იცვლება იმ მიმართულებით, რომელიც ასუსტებს ამ ეფექტს.

საწყისი ნივთიერებებისა და რეაქციის პროდუქტების ხარისხის ცვლილების მიხედვით ქიმიური რეაქციები კლასიფიცირდება შემდეგ ტიპებად:

• - რეაქციები კავშირები- რეაქციები, რომლებშიც რამდენიმე ნივთიერება ქმნის ერთ ნივთიერებას, უფრო რთულს, ვიდრე ორიგინალი;
• - დაშლა -რეაქციები, რომლებშიც ერთი რთული ნივთიერებისგან წარმოიქმნება რამდენიმე ნივთიერება;
• - ცვლილება- რეაქციები, რომლებშიც ერთი ელემენტის ატომები ცვლის მეორე ელემენტის ატომს რთული ნივთიერებადა ამავე დროს ყალიბდება ორი ახალი - მარტივი და რთული;
• - გაცვლა -რეაქციები, რომლებშიც რეაქციაში მყოფი ნივთიერებები ცვლის მათ შემადგენელ ნაწილებს, რის შედეგადაც ორი რთული ნივთიერებისგან წარმოიქმნება ორი ახალი რთული ნივთიერება.

თერმული ეფექტის მიხედვით, ქიმიური რეაქციები შეიძლება დაიყოს ეგზოთერმული -სითბოს გამოყოფით და ენდოთერმული -სითბოს შთანთქმით. კატალიზის ფენომენის გათვალისწინებით, რეაქციები შეიძლება იყოს კატალიზური -კატალიზატორების გამოყენებით და იეკატალიტიკური -არ გამოიყენება კატალიზატორები. რეაქციის შექცევადობაზე დაყრდნობით, იყოფა შექცევადიდა შეუქცევადი.

ოსტვალდმა ქიმიური წონასწორობის პირობების შესწავლით მივიდა კატალიზის ფენომენის აღმოჩენამდე. აღმოჩნდა, რომ რეაქციების ბუნება და განსაკუთრებით სიჩქარე დიდწილად დამოკიდებულია კინეტიკურ პირობებზე, რომლებიც განისაზღვრება რეაგენტების კატალიზატორებისა და სხვა დანამატების არსებობით, აგრეთვე გამხსნელების, რეაქტორის კედლებისა და სხვა პირობების გავლენით. კატალიზის ფენომენი - ქიმიური პროცესების შერჩევითი აჩქარება ნივთიერებების (კატალიზატორები) თანდასწრებით, რომლებიც მონაწილეობენ შუალედურ პროცესებში, მაგრამ რეგენერაციას განიცდიან რეაქციის ბოლოს - ფართოდ გამოიყენება ინდუსტრიაში. მაგალითად, ამიაკის სამრეწველო წარმოება, გოგირდმჟავას წარმოების საკონტაქტო მეთოდი და მრავალი სხვა. ამიაკის სინთეზი პირველად 1918 წელს განხორციელდა ჰაბერის, ბოშის და მიტაშის მუშაობის საფუძველზე კატალიზატორის გამოყენებით. მეტალის რკინაკალიუმის და ალუმინის ოქსიდების დამატებით, 450-550 ° C ტემპერატურაზე და 300-1000 ატმ წნევაზე. ამჟამად დიდი ყურადღება ეთმობა ორგანული და ლითონ-კომპლექსური კატალიზატორების გამოყენებას, რომლებიც ხასიათდებიან მაღალი სელექციურობითა და სელექციური მოქმედებით. ამიაკის სინთეზის იგივე პროცესი ლითონის ორგანული კატალიზატორის გამოყენებით შესაძლებელი იყო ნორმალურ ტემპერატურაზე (18 °C) და ნორმალურად. ატმოსფერული წნევა, რაც ხსნის დიდ პერსპექტივებს მინერალური აზოტის სასუქების წარმოებაში განსაკუთრებით დიდია კატალიზის როლი ორგანულ სინთეზში. ყველაზე დიდი წარმატება ამ მიმართულებით უნდა იყოს აღიარებული, როგორც ხელოვნური და სინთეზური რეზინის წარმოება ეთილის სპირტიდან, რომელიც 20-იან წლებში განხორციელდა საბჭოთა აკადემიკოსის ს.ვ. XX საუკუნე

ფერმენტები, ანუ ბიოკატალიზატორები განსაკუთრებულ როლს ასრულებენ ბიოლოგიურ პროცესებში და მცენარეული და ცხოველური წარმოშობის ნივთიერებების ტექნოლოგიაში, ასევე მედიცინაში. დღეისათვის ცნობილია 750-ზე მეტი ფერმენტი და მათი რიცხვი ყოველწლიურად იზრდება. ფერმენტები არის ორფუნქციური და მრავალფუნქციური კატალიზატორები, რადგან აქ არის ფერმენტის აქტიურ ცენტრში სხვადასხვა ხასიათის კატალიზატორების ორი ან რამდენიმე ჯგუფის კოორდინირებული ეფექტი გარკვეული სუბსტრატის ბმების პოლარიზაციაზე. იგივე კონცეფცია საფუძვლად უდევს ფერმენტის კატალიზურ მოქმედებას და ფერმენტის მოქმედების კინეტიკის თეორიას.

თვითორგანიზება ქიმიური სისტემებიბიოლოგიურში, მათი ერთიანობა და ურთიერთდაკავშირება დასტურდება ორგანული ნაერთების სინთეზით არაორგანულიდან. 1824 წელს გერმანელმა ქიმიკოსმა F. Wöhler-მა, ბერცელიუსის სტუდენტმა, პირველმა მიიღო ოქსილის მჟავა HOOC-COOH, ორგანული ნაერთი, არაორგანული ციანოგენისგან MCCA წყლით გაცხელებით. ანალოგიურად, ამონიუმის ციანიდისგან მიიღეს ახალი ორგანული ნივთიერება, შარდოვანა (შარდოვანა). 1854 წელს საფრანგეთში, M. Berthelot-მა მოიპოვა ცხიმი სინთეზურად. ქიმიის უდიდესი წარმატება 50-60-იან წლებში იყო. XX საუკუნე იყო მარტივი ცილების - ჰორმონის ინსულინის და ფერმენტის რიბონუკლეაზას პირველი სინთეზი.

ქიმიური და ფიზიკური პროცესები

აკადემიის ქიმიურ ლაბორატორიაში გასართობი მეცნიერებებიახალგაზრდა ტელემაყურებელს პროფესორი დიმიტრი ივანოვიჩი ხვდება. დროა გაერკვნენ, თუ როგორ განსხვავდება ქიმიური და ფიზიკური პროცესები.

ქიმიური პროცესები ქმნის ნივთიერებებს, რომლებიც აქამდე არ არსებობდა. ეს ნივთიერებები მიიღება ზოგიერთი საწყისი ნივთიერებისგან და განსხვავდება მათგან მათი თვისებებით. ამ თვალსაზრისით, ქიმიური და ფიზიკური პროცესები სრულიად განსხვავებულია. ყოველივე ამის შემდეგ, ფიზიკური პროცესები არ წარმოქმნის ახალ ნივთიერებებს. უბრალოდ, ნივთიერებები ცვლის მათ მასას, აგრეგაციის მდგომარეობას, მოცულობას და ა.შ. თავად ნივთიერება იგივე რჩება, როგორიც იყო. ფიზიკური პროცესების მაგალითებია წყლის დაშლა და კრისტალიზაცია, გაყინვა და აორთქლება. ყველა ამ ფენომენთან ერთად, ნივთიერება მხოლოდ ფორმას იცვლის და იგივე რჩება. მაგალითად, წვა არის ქიმიური პროცესი, რადგან წვის დროს (დაჟანგვის პროცესში), მაგალითად, მეთანის აირი, ჩნდება ახალი ნივთიერებები - ნახშირბადის მონოქსიდი და წყლის ორთქლი. ქიმიურ რეაქციებს ხშირად თან ახლავს სითბოს შეწოვა ან გათავისუფლება და ნივთიერებების ფერის შეცვლა.

მოგვიანებით გადაცემაში პროფესორი საოცარ მოწყობილობაზე - შტორმ მინაზე ისაუბრებს. ამ მოწყობილობის გამოყენებით შეგიძლიათ ამინდის ცვლილებების პროგნოზირება. დიმიტრი ივანოვიჩი არამარტო ისაუბრებს ამაზე, არამედ აჩვენებს, თუ როგორ შეიძლება შტორმ მინის დამზადება. გადაცემის ბოლოს დიმიტრი ივანოვიჩი გამოავლენს ჩოგბურთის ბურთების დამზადების საიდუმლოებას. გამოდის, რომ ეს საქმე ქიმიის გარეშე არ შეიძლება.