Las transformaciones mutuas de compuestos observadas en la vida silvestre, además de ocurrir como resultado de la actividad humana, pueden considerarse procesos químicos. Los reactivos en ellos pueden ser dos o más sustancias que se encuentran en el mismo o en diferentes estados de agregación. Dependiendo de esto, se distinguen sistemas homogéneos o heterogéneos. En este artículo se considerarán las condiciones de conducción, las características del curso y el papel de los procesos químicos en la naturaleza.
Qué se entiende por reacción química
Si, como resultado de la interacción de las sustancias iniciales, las partes constituyentes de sus moléculas sufren cambios, y las cargas de los núcleos de los átomos permanecen iguales, se habla de reacciones o procesos químicos. Los productos formados como resultado de su flujo son utilizados por el hombre en la industria, la agricultura y la vida cotidiana. Gran cantidad de interacciones.entre las sustancias se da, tanto en la naturaleza viva como en la inanimada. Los procesos químicos tienen una diferencia fundamental con los fenómenos físicos y las propiedades de la radiactividad. En ellos se forman moléculas de nuevas sustancias, mientras que los procesos físicos no modifican la composición de los compuestos, y en las reacciones nucleares surgen átomos de nuevos elementos químicos.
Condiciones para la implementación de procesos en química
Pueden ser diferentes y dependen principalmente de la naturaleza de los reactivos, la necesidad de una entrada de energía desde el exterior, así como el estado de agregación (sólidos, soluciones, gases) en el que ocurre el proceso. El mecanismo químico de interacción entre dos o más compuestos puede llevarse a cabo bajo la acción de catalizadores (por ejemplo, la producción de ácido nítrico), temperatura (obtención de amoníaco), energía luminosa (fotosíntesis). Con la participación de enzimas en la naturaleza viva, los procesos de reacción química de fermentación (alcohol, ácido láctico, butírico), utilizados en la industria alimentaria y microbiológica, están muy extendidos. Para obtener 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 producción de derivados clorados del metano (diclorometano, triclorometano, tetracloruro de carbono), resultantes de reacciones en cadena.
Catálisis homogénea
Son tipos especiales de contacto entre dos o más sustancias. La esencia de los procesos químicos que ocurren en una fase homogénea (por ejemplo, gas - gas) con la participación de aceleradores.reacciones, consisten en llevar a cabo reacciones en todo el volumen de mezclas. Si el catalizador se encuentra en el mismo estado de agregación que los reactivos, forma complejos intermedios móviles con los compuestos de partida.
La catálisis homogénea es un proceso químico básico que se utiliza, por ejemplo, en la refinación de petróleo, la gasolina, la nafta, el gasóleo y otros combustibles. Utiliza tecnologías como reformado, isomerización, craqueo catalítico.
Catálisis heterogénea
En el caso de catálisis heterogénea, el contacto de los reactivos se produce, con mayor frecuencia, en la superficie sólida del propio catalizador. En él se forman los llamados centros activos. Estas son áreas donde la interacción de los compuestos que reaccionan se produce muy rápidamente, es decir, la velocidad de reacción es alta. Son específicos de cada especie y también desempeñan un papel importante si se producen procesos químicos en las células vivas. Luego hablan de 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 estantes de celosía llenos de polvo disperso de óxido de vanadio o sulfato de vanadilo VOSO4. El producto resultante, trióxido de azufre, es luego absorbido por ácido sulfúrico concentrado. Se forma un líquido llamado oleum. Se puede diluir con agua para obtener la concentración deseada de ácido sulfato.
Características de las reacciones termoquímicas
La liberación o absorción de energía en forma de calor es de gran importancia práctica. Baste recordar las reacciones de combustión del combustible: gas natural, carbón, turba. Son procesos físicos y químicos, una característica importante de los cuales es el calor de 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 descomponen bajo la acción de sustancias biológicamente activas: las enzimas.
La energía liberada se acumula en forma de enlaces macroérgicos de moléculas de ATP. Las reacciones de disimilación van acompañadas de liberación de energía, parte de la cual se disipa en forma de calor. Como resultado de la digestión, cada gramo de proteína proporciona 17,2 kJ de energía, almidón - 17,2 kJ, grasa - 38,9 kJ. Los procesos químicos que liberan energía se denominan exotérmicos y los que la absorben se denominan endotérmicos. En la industria de la síntesis orgánica y otras tecnologías, se calculan los efectos térmicos de las reacciones termoquímicas. Es importante saber esto, por ejemplo, para el cálculo correcto de la cantidad de energía utilizada para calentar los reactores y las columnas de síntesis en las que tienen lugar las reacciones, acompañadas de la absorción de calor.
La cinética y su papel en la teoría de los procesos químicos
Calcular la velocidad de reacción de las partículas (moléculas, iones) es la tarea más importante a la que se enfrenta la industria. Su solución asegura el efecto económico y la rentabilidad de los ciclos tecnológicos en la producción química. para aumentarla velocidad de tal reacción, como la síntesis de amoníaco, los factores decisivos serán un cambio en la presión en una mezcla gaseosa de nitrógeno e hidrógeno hasta 30 MPa, así como la prevención de un aumento brusco de la temperatura (la temperatura es 450-550 °C es óptimo).
Los procesos químicos utilizados en la producción de ácido sulfatado, a saber: combustión de piritas, oxidación de dióxido de azufre, absorción de trióxido de azufre por el oleum, se llevan a cabo en diversas condiciones. Para ello, se utilizan un horno de pirita y dispositivos de contacto. Tienen en cuenta la concentración de los reactivos, la temperatura y la presión. Todos estos factores se correlacionan para llevar a cabo la reacción a la velocidad más alta, lo que aumenta el rendimiento del ácido sulfatado al 96-98 %.
Ciclo de las sustancias como procesos físicos y químicos en la naturaleza
El conocido dicho "Movimiento es vida" también se puede aplicar a los elementos químicos que entran en varios tipos de interacción (reacciones de combinación, sustitución, descomposición, intercambio). Las moléculas y los átomos de los elementos químicos están en constante movimiento. Como han establecido los científicos, todos los tipos de reacciones químicas anteriores pueden ir acompañados de fenómenos físicos: la liberación de calor o su absorción, la emisión de fotones de luz, un cambio en el estado de agregación. Estos procesos ocurren en cada capa de la Tierra: litosfera, hidrosfera, atmósfera, biosfera. Los más significativos son los ciclos de sustancias como el oxígeno, el dióxido de carbono y el nitrógeno. En el siguiente encabezado, observamos cómo circula el nitrógeno en la atmósfera, el suelo yorganismos vivos.
Interconversión de nitrógeno y sus compuestos
Es bien sabido que el nitrógeno es un componente necesario de las proteínas, lo que significa que interviene en la formación de todo tipo de vida terrestre sin excepción. El nitrógeno es absorbido por plantas y animales en forma de iones: iones de amonio, nitrato y nitrito. Como resultado de la fotosíntesis, las plantas no solo forman glucosa, sino también aminoácidos, glicerol y ácidos grasos. Todos los compuestos químicos anteriores 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, refiriéndose, entre otras cosas, a su capacidad para sintetizar proteínas.
Los herbívoros obtienen sus péptidos de los alimentos vegetales, mientras que los carnívoros obtienen sus péptidos de la carne de sus presas. Durante la descomposición de los restos de plantas y animales bajo la influencia de las bacterias saprotróficas del suelo, ocurren 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). Al regresar a la atmósfera y al suelo, todas estas sustancias son nuevamente absorbidas por las plantas. El nitrógeno ingresa a través de los estomas de la piel de las hojas, y las soluciones de ácidos nítrico y nitroso y sus sales son absorbidas por los pelos de las raíces de las plantas. El ciclo de transformación del nitrógeno se cierra para repetirse nuevamente. La esencia de los procesos químicos que ocurren con los compuestos de nitrógeno en la naturaleza fue estudiada en detalle a principios del siglo XX por el científico ruso D. N. Pryanishnikov.
Metalurgia de polvos
Los procesos y tecnologías químicos modernos contribuyen significativamente a la creación de materiales con propiedades físicas y químicas únicas. Esto es especialmente importante, en primer lugar, para instrumentos y equipos de refinerías de petróleo, empresas que producen ácidos inorgánicos, tintes, barnices y plásticos. En su producción, se utilizan intercambiadores de calor, dispositivos de contacto, columnas de síntesis, tuberías. La superficie del equipo está en contacto con medios agresivos a alta presión. Además, casi todos los procesos de producción química se llevan a cabo a altas temperaturas. Relevante es la producción de materiales con altas tasas de resistencia térmica y ácida, propiedades anticorrosivas.
La pulvimetalurgia incluye la producción de polvos que contienen metales, la sinterización y la incorporación en aleaciones modernas utilizadas en reacciones con sustancias químicamente agresivas.
Compuestos y su significado
Entre las tecnologías modernas, los procesos químicos más importantes son las reacciones de obtención de materiales compuestos. Estos incluyen espumas, cermets, norpapalsts. Como matriz para la producción se utilizan metales y sus aleaciones, cerámicas y plásticos. Como cargas se utilizan silicato de calcio, arcilla blanca, estroncio y ferritas de bario. Todas las sustancias anteriores dan a los materiales compuestos resistencia al impacto, al calor y al desgaste.
Qué es la ingeniería química
La rama de la ciencia que estudia los medios y métodos utilizados en las reacciones de procesamiento de materias primas: petróleo, gas natural, carbón, minerales, se denominó tecnología química. En otras palabras, es la ciencia de los procesos químicos que ocurren como resultado de la actividad humana. Toda su base teórica está compuesta por las matemáticas, la cibernética, la química física y la economía industrial. No importa qué proceso químico esté involucrado en la tecnología (obtención de ácido de nitrato, descomposición de piedra caliza, síntesis de plásticos de fenol-formaldehído): en las condiciones modernas es imposible sin sistemas de control automatizados que faciliten las actividades humanas, eliminen la contaminación ambiental y aseguren tecnología de producción química continua y libre de residuos.
En este documento, consideramos ejemplos de procesos químicos que ocurren tanto en la vida silvestre (fotosíntesis, disimilación, ciclo del nitrógeno) como en la industria.
