Учение о химических процессах реферат

Обновлено: 08.07.2024

Роль химии в системе современного научного знания определяется, во-первых, местом химической формы материи в закономерном мировом процессе развития и, во-вторых, комплексом задач, которые ставит общество перед химическими технологиями в сфере материального производства и охраны окружающей среды.

1. Особенности химии как науки

2. Химическая форма материи

3. Теория химической эволюции

Список использованной литературы

Нужна помощь в написании реферата?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Химическое вещество возникло из физической формы материи, и поэтому все химические процессы могут быть достаточно глубоко объяснены только на основе изучения их физических механизмов.

1. Особенности химии как науки

С древних времен химия была непосредственно связана с хозяйственной деятельностью общества. Можно считать, что основная проблема химии — это проблема генезиса свойств вещества как ключ к производственной задаче получения веществ с нужными свойствами. Специалисты по истории естествознания выделяют четыре сменявшие друг друга концептуальные схемы химии. Смена этих концептуальных схем вела к углублению теоретических представлений о строении и свойствах химической формы материи. Углубление теоретического анализа химизма, в свою очередь, использовалось для создания все более крупномасштабных химических технологий в сфере производства. Рассмотрим основные концептуальные схемы химического знания более подробно.

До возникновения научных способов анализа свойств вещества древнегреческие философы предложили первые умозрительные объяснения качественного разнообразия тел природы. Такие мыслители, как Левкипп, Демокрит, Эпикур, римлянин Тит Лукреций Кар предложили атомистическую теорию строения материи. Это была гениальная догадка о существовании атомов — мельчайших неделимых частиц, различиями которых объяснялись и различия свойств макроскопических тел. При всей своей наивности идея атома оказалась пророческой: теории современной химии фактически основываются на этом понятии (которое, конечно, было многократно уточнено в ходе развития науки). В противовес атомизму Гераклит, Эмпедокл и Аристотель разрабатывали континуалистское (антиатомистическое) видение мира. По их мнению, вещи состоят из различных сочетаний четырех дискретных стихий: земли, воды, воздуха и огня. И атомистическая, и континуалистская концепции вещества были слабо связаны с практической производственной деятельностью и уже не удовлетворяют современным критериям научности, сохраняя преимущественно историческое значение.

Первая строго научная концептуальная система химии, сохраняющая до настоящего времени теоретическую и практическую ценность, — учение, разработанное во 2-й половине XVII века английским ученым Р. Бойлем. В это время потребности раннекапиталистической промышленности привели к формированию экспериментальной науки. Экспериментальный подход в области физики позволил опровергнуть многочисленные ошибочные взгляды на законы природы, установить, например, постоянство ускорения свободного падения (Г. Галилей), сформулировать законы механики (И. Ньютон) и т.д. В химии метод научного эксперимента привел к не менее значительной научной революции. Р. Бойль отверг представления о четырех стихиях как основе вещественного мира, ввел понятие элементов как простых, далее неразложимых тел, из которых состоят химические соединения, и показал, что наименьшей частицей простого тела является состоящая из атомов корпускула. Экспериментальная химия становится наукой о составе веществ, или, по определению Д.И. Менделеева, наукой о химических элементах и их соединениях. В рамках первой концептуальной системы химии создается возможность целенаправленного изменения химического состава веществ. Технологические процессы этого типа господствовали в химическом производстве вплоть до начала промышленной революции конца XVIII — начала XIX вв.

Однако триумф структурной химии длился не так долго. В начале XX в. интенсивное развитие автомобилестроения, авиации, энергетики и приборостроения стало предъявлять к науке более высокие требования. Возникает потребность получения в очень большом количестве материалов с заранее заданными свойствами: высокооктанового моторного топлива, особых смазок, специальных каучуков и пластмасс, высокостойких изоляторов, жаропрочных органических и неорганических полимеров, полупроводников. Методы структурной химии, основанные на использовании веществ растительного происхождения, не могли обеспечить достаточных масштабов производства и качественного многообразия синтезируемых продуктов.

Нужна помощь в написании реферата?

В последние десятилетия намечается переход к наиболее сложной, четвертой концептуальной системе химической науки — эволюционной химии. Рассмотрение химической формы материи в развитии — как ступени закономерного процесса эволюции материального мира в центом — позволит выйти на новый уровень и в сфере химической технологии. Этот уровень связан прежде всего с реализацией идеи крупнейших ученых прошлого — возможностью копирования, воспроизведения сложных химических процессов, происходящих в живом организме (самоорганизация химических систем, ферментативный катализ и т.п.). Химия на этом уровне впервые берет на вооружение метод историзма и с его помощью пытается решить проблему биогенеза, освоить каталитический опыт живой природы, моделировать биосистемы с целью осуществления самых разнообразных процессов — от фотохимического разложения воды на кислород и водород до синтеза моделей биополимеров в комплексе с биорегуляторами. К наиболее интересным исследованиям в области эволюционной химии можно отнести работы М. Кальвина по химической эволюции, И. Пригожина — по термодинамике необратимых процессов и теорию саморазвития открытых каталитических систем А.П. Руденко.

2. Химическая форма материи

Одной из актуальных теоретических проблем современной химии является вопрос о статусе химической формы материи. От решения этой проблемы непосредственно зависит определение самостоятельного или подчиненного характера химии как науки, ее места в системе научного знания и стратегии дальнейшего развития.

Согласно первой, получившей распространение в результате создания квантовой химии, химическое можно полностью свести к физическому. С этой точки зрения химия является наукой о поведении электронов в атомах и молекулах, а химическое качество, поскольку его носители слагаются из физических компонентов, есть не что иное, как физическое, принявшее особо сложную форму. Химия в таком случае превращается в одну из отраслей физической науки.

Согласно второй точке зрения атомы, молекулы и другие надатомные структуры следует рассматривать как специфические химические субстраты, обладающие в то же время физическим способом взаимодействия. Если не существует специфического химического взаимодействия, то не существует и химической формы движения материи, так как определенная форма движения всегда включает в себя и определенное взаимодействие такого же уровня сложности. Отрицание особой химической формы движения ведет, в свою очередь, к отрицанию специфического химического субстрата, химической формы материи, поскольку каждая форма движения и взаимодействия находится в прямой связи с формой материи.

Согласно третьей точке зрения существует самостоятельная химическая форма материи, способом существования которой является специфическая химическая форма движения, представляющая собой химические реакции. Химическими носителями, то есть субстратами химических процессов, являются атомы, молекулы, свободные радикалы, каталитические системы и другие надатомные структуры. Элементарной (простейшей) субстратной единицей химической реакции выступает особое химическое образование — атом. Специфически химическая природа атома, молекулы и других химических систем выражается в существовании специфической химической формы движения. Этот подход, наиболее точно соответствующий данным современной науки, может быть обоснован рядом аргументов в пользу существования самостоятельного химического качества. Существование самостоятельной химической формы материи, обладающей особым химическим качеством, подтверждается следующими фактами.

Нужна помощь в написании реферата?

В-третьих, химические связи между качественно различными атомами с физической точки зрения различаются только количественно, например, величиной электроотрицательности. С точки зрения химии они, наоборот, качественно различны, так как качественно различаются образующие их химические элементы. Синтез совершенно новых классов химических веществ с самыми удивительными свойствами не ведет к появлению каких-либо принципиально новых физических энергий. В этой ситуации проявляется общая закономерность взаимосвязи основных форм материи: качественные изменения высшего опираются на количественные изменения включенных в него элементов низшей формы материи.

В-пятых, химические качества намного разнообразнее физических. Если весь вещественный мир состоит из трех типов элементарных частиц, то его химическое многообразие выражается в существовании миллионов соединений (даже без учета полимеров и намного большего числа белков и нуклеиновых кислот). Многообразие химического превосходит многообразие физической формы материи и в процессуальном плане. Так, одинаковые с точки зрения макроскопической физики явления — изменения температуры, превращение энергии из одного вида в другой — оказываются физически одинаковыми результатами процессов, которые по своему химическому содержанию различаются не только количественно, но и качественно. Такое физическое явление, как разогрев, может быть следствием тысяч разнообразных химических процессов.

Таким образом, данные современной науки достаточно убедительно показывают, что химическая форма материи — не одна из разновидностей физических явлений, а новая, самостоятельная, качественно более сложная ступень эволюции материального мира, обладающая собственным специфическим субстратом и законами развития.

3. Теория химической эволюции

Как отмечалось выше, основной особенностью современного уровня анализа химической формы материи является переход от третьей теоретической системы — учения о химических процессах — к четвертой, получившей название эволюционной химии. Само возникновение эволюционной химии стало результатом предшествующего пути развития, пройденного этой наукой. Оно подготовлено изучением и созданием все более сложных веществ и все более глубоким проникновением в законы их строения и механизмы изменений.

Нужна помощь в написании реферата?

Идея перехода химического знания к эволюционной парадигме в своем наиболее абстрактном аспекте связана с общефилософской концепцией развитии как бесконечного восхождения от низшего к высшему, роста богатства содержания предметов и явлений. Эта интерпретация учения о развитии основана на большом ансамбле фактов из всех областей научного знания — физики, химии, биологии, наук об обществе. Факты показывают, например, что в известной нам части Вселенной действует ярко выраженная тенденция материальных объектов к усложнению, доминирующая над тенденциями деградации и распада. По подсчетам Г. Кастлера и Л. Блюменфельда, в случае равенства вероятности процессов упрощения и усложнения материи вероятность возникновения жизни из аминокислот, пиримидинов, пуринов, полифосфатов, сахаров и т.д. за 2 на 10 в 9-й степени лет развития Земли оказалась бы равной 10 в минус 255-й степени или даже 10 в минус 800-й, что делает это событие, по существу, невозможным. С точки зрения уровня квантово-механических процессов вероятность появления жизни оказывается практически равной нулю. Таким образом, направленность процесса развития материи в целом от низшего к высшему, от простого к сложному должна быть признана объективной закономерностью, изучение которой становится одной из главных задач научного знания на достаточно высокой ступени его развития. Именно такая ступень достигнута в настоящее время химической наукой.

Перспективный путь исследования процессов химической эволюции основывается на анализе реакционной способности химических веществ как важнейшего проявления природы химического объекта.

Реакционная способность химических элементов (то есть их способность вступать в реакции с другими веществами) включает в себя две стороны: количественную и качественную. Количественная сторона реакционной способности — это легкость и быстрота образования связей, а также число атомов, которые может интегрировать данный элемент. Качественная сторона выражается в многообразии различных химических элементов, с которыми может вступать в реакции данный элемент, и многообразие образуемых ими соединений. Реакционная способность одного и того же элемента может оцениваться по-разному в зависимости от того, с какой точки зрения — качественной или количественной — мы будем подходить к ней. Так, с количественной точки зрения наибольшей реакционной способностью обладает фтор: он легко и быстро вступает в реакции со множеством веществ, является, например, единственным элементом, который окисляет кислород. Почти такой же активностью обладают другие галогены, все они в количественном плане намного активнее, чем элементы-органогены. Однако соединения, которые образуют галогены, в большинстве своем оказываются низкомолекулярными и обладают слабой реакционной способностью, которая ограничивает возможности дальнейших превращений. Элементы-органогены, наоборот, образуют огромное количество высокомолекулярных и очень активных соединений. Это объясняется прежде всего природой атомов углерода, их уникальной способностью образовывать сложные разветвленные цепи, обладать разными степенями окисления в составе одной и той же молекулы. Благодаря этому они могут создавать чрезвычайно сложные органические вещества. Следовательно, с качественной стороны углерод превосходит по реакционной способности все остальные химические элементы.

В химии ярко проявляется одна из общих закономерностей материального мира — неравномерность распределения интенсивности процесса развития в пространстве и во времени. Преобладание прогрессивного направления развития в живой природе не означает, что все биологические виды во все эпохи эволюционируют с одинаковой интенсивностью. Идея общественного прогресса также не подразумевает, что все человеческие индивиды и все социальные структуры постоянно находятся в состоянии прогрессивного развития. Аналогичным образом современная химия обнаруживает в природе два существенно различных типа реакций. Первый из них не включает в себя в непосредственном виде процессы эволюции веществ, второй, наоборот, закладывает основы для эволюционных изменений.

Нужна помощь в написании реферата?

Таким образом, химический индивид приобретает способность изменить свою природу, сохранив себя. На данном этапе развития материи становится хорошо заметен диалектический процесс отрицания отрицания. Слабые и эфемерные физические силы, проявляющие себя при взаимодействии частиц и лишь слегка модифицирующие молекулу при сохранении ее химической структуры, накапливаются в макромолекулах и их комплексах. Эти силы формируют специфическую структуру живого, включающую фермент-субстратные агрегаты, межмолекулярные образования нуклеопротеидов, гликолепидов, комплементарные соответствия в двойной спирали ДНК, взаимодействия ДНК, РНК и белков. Все эти слабые физические взаимодействия определяются водородными связями, полярными, диполь-дипольными и вандерваальсовыми силами, которые предваряют химический процесс, готовят его, но еще не исчерпывают.

химия естествознание эволюционный материя

История развития химии представляет процесс последовательного формирования четырех концептуальных систем. Можно, таким образом, установить прямое соответствие между уровнями организации химических систем и исторической последовательностью теоретических концепций, лежащих в основе химической науки. По степени сложности химические системы могут быть разделены на четыре уровня:

1) атом химического элемента;

2) молекула химического соединения как унитарная система;

3) система реагирующих веществ;

4) высокоорганизованная каталитическая система, способная к саморазвитию.

Нужна помощь в написании реферата?

Эта иерархия материальных систем программирует, предопределяет формирование иерархии из четырех концептуальных систем химии:

1) учение о составе;

2) структурная химия;

3) учение о химическом процессе;

4) эволюционная химия.

Список использованной литературы

Нужна помощь в написании реферата?

Аистов И. А., Голиков П. А., Зайцев В. В. Концепция современного естествознания. — СПб.: Питер, 2005.

Вернадский В. И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения — М., 1987.

Войткевич Г. В. Химическая эволюция Солнечной системы. — М.: Наука, 1991.

Введение
Под влиянием новых требований производства возникло учение о химических процессах, в котором учитывается изменение свойств вещества под влиянием температуры, давления, растворителей и других факторов. После этого химия становится наукой уже не только и не столько о веществах как законченных предметах, но и наукой о процессах и механизмах изменения вещества. Благодаря этому онаобеспечила создание производства синтетических материалов, заменяющих дерево и металл в строительных работах, пищевое сырье в производстве олифы, лаков, моющих средств и смазочных материалов. Производство искусственных волокон, каучуков, этилового спирта и многих растворителей стало базироваться на нефтяном сырье, а производство азотных удобрений — на основе азота воздуха. Появилась технология нефтехимическихпроизводств с ее поточными системами, обеспечивающими непрерывные высокопроизводительные процессы.
Так, еще в 1935 г. такие материалы, как кожа, меха, резина, волокна, моющие средства, олифа, лаки, уксусная кислота, этиловый спирт, производились всецело из животного и растительного сырья, в том числе из пищевого. На это расходовались десятки миллионов тонн зерна, картофеля, жиров, сырой кожи и т.д. Но уже в1960-е гг. 100% технического спирта, 80% моющих средств, 90% олифы и лаков, 40% волокон, 70% каучука и около 25% кожевенных материалов изготовлялись на основе газового и нефтяного сырья. Помимо этого, химия дает ежегодно сотни тысяч тонн мочевины и нефтяного белка в качестве корма скоту и около 200 млн. т удобрений.
Столь впечатляющие успехи были достигнуты на основе учения о химических процессах— области науки, в которой осуществлена наиболее глубокая интеграция физики, химии и биологии. В основу данного учения положены химическая термодинамика и кинетика, поэтому этот раздел науки в равной степени принадлежит физике и химии. Одним из основоположников этого научного направления стал русский химик Н.Н. Семенов — лауреат Нобелевской премии, основатель химической физики. Он в своейНобелевской лекции 1965 г. заявил, что химический процесс — это то основное явление, которое отличает химию от физики, делает ее более сложной наукой. Химический процесс становится первой ступенью при восхождении от таких относительно простых физических объектов, как электрон, протон, атом, молекула, к сложным, многоуровневым живым системам. Ведь любая клетка живого организма, по существу, представляет собойсвоеобразный сложный реактор. Поэтому химия становится мостом от объектов физики к объектам биологии.
Учение о химических процессах базируется на идее, что способность к взаимодействию различных химических реагентов определяется кроме всего прочего и условиями протекания химических реакций. Эти условия могут оказывать воздействие на характер и результаты химических реакций.
Подавляющее большинство химическихреакций находится во власти стихии. Конечно, есть реакции, которые не требуют особых средств управления или особых условий. Таковы всем известные реакции кислотно-основного взаимодействия (нейтрализации). Однако подавляющее большинство реакций являются трудно контролируемыми. Есть реакции, которые просто не удается осуществить, хотя они в принципе осуществимы. Существуют реакции, которые трудно остановить:горения и взрывы. И, наконец, встречаются реакции, которые трудно ввести в одно желательное русло, так как они самопроизвольно создают десятки непредвиденных ответвлений с образованием сотен побочных продуктов. Поэтому важнейшей задачей для химиков становится умение управлять химическими процессами, добиваясь нужных результатов.
Методы управления химическими процессами
В самом общем виде методыуправления химическими процессами можно подразделить на термодинамические и кинетические.
Термодинамические методы влияют на смещение химического равновесия реакции. Кинетические методы влияют на скорость протекания химической реакции.
Выделение химической термодинамики в самостоятельное направление обычно связывают с появлением в 1884 г. книги.

Чтобы читать весь документ, зарегистрируйся.

Связанные рефераты

Химический процесс

. ядер, и образуются новые химические вещества. В отличие от ядерных реакций, при.

химические процессы

. Простейшим носителем химических свойств служит атом (в том числе ионизированный) – система.

энергетика химических процессов

. 1.Энергетика химических процессов Химические реакции чаще.

Математическое моделирование химических процессо

. органики, чем МТБЭ. Служит сырьём для получения многих химических веществ, таких, как.

17 Стр. 127 Просмотры

Использование химических процессов в технике

. Использование химических процессов в технике Содержание: 1. ЗНАЧЕНИЕ.

Многочисленные эксперименты по изучению свойств химических элементов в первой половине XIX в. привели ученых к убеждению, что свойства веществ и их качественное разнообразие обусловлены не только составом элементов, но и структурой их молекул. К этому времени в химическом производстве стала преобладать переработка огромных масс вещества растительного и животного происхождения. Их качественное разнообразие потрясающе велико-сотни тысяч химических соединений, состав которых крайне однообразен, так как они состоят из нескольких элементов-органогенов (углерода, водорода, кислорода, серы, азота, фосфора).

Работа содержит 1 файл

Структурная химия и учение о химических процессах. Взаимосвязь химии и физики. Объем 10-12 стр..doc

Многочисленные эксперименты по изучению свойств химических элементов в первой половине XIX в. привели ученых к убеждению, что свойства веществ и их качественное разнообразие обусловлены не только составом элементов, но и структурой их молекул. К этому времени в химическом производстве стала преобладать переработка огромных масс вещества растительного и животного происхождения. Их качественное разнообразие потрясающе велико-сотни тысяч химических соединений, состав которых крайне однообразен, так как они состоят из нескольких элементов-органогенов ( углерода, водорода, кислорода, серы, азота, фосфора).

Наука считает, что только эти шесть элементов составляют основу живых систем, из-за чего они получили название органогенов. Весовая доля этих элементов в живом организме составляет 97,4%. Кроме того, в состав биологически важных компонентов живых систем входят еще 12 элементов: натрий, калий, кальций, магний, железо, цинк, кремний, алюминий, хлор, медь, кобальт, бор.

Особая роль отведена природой углероду. Этот элемент способен организовать связи с элементами, противостоящими друг другу, и удерживать их внутри себя. Атомы углерода образуют почти все типы химических связей. На основе шести органогенов и еще около 20 других элементов природа создала около 8 млн. различных химических соединений, обнаруженных к настоящему времени. 96% из них приходится на органические соединения.

Объяснение необычайно широкому разнообразию органических соединений при столь бедном элементном составе было найдено в явлениях изомерии и полимерии. Так было положено начало второму уровню развития химических знаний, который получил название структурной химии.

Структура - это устойчивая упорядоченность качественно неизменной системы (молекулы). Под данное определение подпадают все структуры, которые исследуются в химии: квантово-механические, основанные на понятиях валентности и химического сродства, и др.

Она стала более высоким уровнем по отношению к учению о составе вещества, включив его в себя. При этом химия из преимущественно аналитической науки превратилась в синтетическую. Главным достижением этого этапа развития химии стало установление связи между структурой молекул и реакционной способностью веществ.

Возникновение структурной химии означало, что появилась возможность для целенаправленного качественного преобразования веществ, для создания схемы синтеза любых химических соединений, в том числе и ранее неизвестных.

Основы структурной химии были заложены Дж. Дальтоном, который показал, что любое химическое вещество представляет собой совокупность молекул, состоящих из определенного количества атомов одного, двух или трех химических элементов. Затем И.-Я. Берцелиус выдвинул идею, что молекула представляет собой не простое нагромождение атомов, а определенную упорядоченную структуру атомов, связанных между собой электростатическими силами.

Важнейшим шагом в развитии структурной химии стало появление теории химического строения органических соединений русского химика A.M. Бутлерова, который считал, что образование молекул из атомов происходит за счет замыкания свободных единиц сродства, но при этом он указывал на то, с какой энергией (большей или меньшей) это сродство связывает вещества между собой. Иными словами, Бутлеров впервые в истории химии обратил внимание на энергетическую неравноценность разных химических связей. Эта теория позволила строить структурные формулы любого химического соединения, так как показывала взаимное влияние атомов в структуре молекулы, а через это объясняла химическую активность одних веществ и пассивность других.

В XX в. структурная химия получила дальнейшее развитие. В частности, было уточнено понятие структуры, под которой стали понимать устойчивую упорядоченность качественно неизменной системы. Также было введено понятие атомной структуры -устойчивой совокупности ядра и окружающих его электронов, находящихся в электромагнитном взаимодействии друг с другом, - и молекулярной структуры - сочетания ограниченного числа атомов, имеющих закономерное расположение в пространстве и связанных друг с другом химической связью с помощью валентных электронов.

Однако дальнейшее развитие химической науки и основанного на ее достижениях производства показали более точно возможности и пределы структурной химии.

Например, многие реакции органического синтеза на основе структурной химии давали очень низкие выходы необходимого продукта и большие отходы в виде побочных продуктов. Вследствие этого их нельзя было использовать в промышленном масштабе.

Структурная химия неорганических соединений ищет пути получения кристаллов для производства высокопрочных материалов с заданными свойствами, обладающих термостойкостью, сопротивлением агрессивной среде и другими качествами, предъявляемыми сегодняшним уровнем развития науки и техники. Решение этих вопросов наталкивается на различные препятствия. Выращивание, например, некоторых кристаллов требует исключения условий гравитации. Поэтому такие кристаллы выращивают в космосе, на орбитальных станциях.

Учение о химических процессах - область науки, в которой осуществлена наиболее глубокая интеграция физики, химии и биологии. В основе этого учения находятся химическая термодинамика и кинетика, поэтому оно в равной степени принадлежит физике и химии. Одним из основоположников этого научного направления стал русский химик Н.Н. Семенов, основатель химической физики.

Учение о химических процессах базируется на идее, что способность к взаимодействию различных химических реагентов определяется кроме всего прочего и условиями протекания химических реакций, которые могут оказывать воздействие на характер и результаты этих реакций.

Важнейшей задачей химиков становится умение управлять химическими процессами, добиваясь нужных результатов. В самом общем виде методы управления химическими процессами можно подразделить на термодинамические (влияют на смещение химического равновесия реакции) и кинетические (влияют на скорость протекания химической реакции).

Для управления химическими процессами разработаны термодинамический и кинетический методы.

Французский химик А. Ле Шателье в конце XIX в. сформулировал принцип подвижного равновесия, обеспечив химиков методами смещения равновесия в сторону образования целевых продуктов. Эти методы управления и получили название термодинамических. Каждая химическая реакция в принципе обратима, но на практике равновесие смещается в ту или иную сторону. Это зависит как от природы реагентов, так и от условий процесса. Термодинамические методы преимущественно влияют на направление химических процессов, а не на их скорость.

Скоростью химических процессов управляет химическая кинетика, в которой изучается зависимость протекания химических процессов от строения исходных реагентов, их концентрации, наличия в реакторе катализаторов и других добавок, способов смешения реагентов, материала и конструкции реактора и т. п.

Химическая кинетика. Объясняет качественные и количественные изменения в химических процессах и выявляет механизм реакции. Реакции проходят, как правило, ряд последовательных стадий, которые составляют полную реакцию. Скорость реакции зависит от условий протекания и природы веществ, вступивших в нее. К ним относятся концентрация, температура и присутствие катализаторов. Описывая химическую реакцию, ученые скрупулезно отмечают все условия ее протекания, поскольку в других условиях и при иных физических состояниях веществ эффект будет разный.

Задача исследования химических реакций является очень сложной. Ведь практически все химические реакции представляют собой отнюдь не простое взаимодействие исходных реагентов, а сложные цепи последовательных стадий, где реагенты взаимодействуют не только друг с другом, но и со стенками реактора, могущими как катализировать (ускорять), так и ингибировать (замедлять) процесс.

Катализ - ускорение химической реакции в присутствии особых веществ - катализаторов, которые взаимодействуют с реагентами, но в реакции не расходуются и не входят в конечный состав продуктов. Он был открыт в 1812 г. российским химиком К. Г. С. Кирхгофом.

Сущность катализа сводится к следующему:

1) активная молекула реагента достигается за счет их неполновалентного взаимодействия с веществом катализатора и состоит в расслаблении химических связей реагента;

2) в общем случае любую каталитическую реакцию можно представить проходящей через промежуточный комплекс, в котором происходит перераспределение расслабленных (неполновалентных) химических связей.

Применение катализаторов изменило всю химическую промышленность. Катализ необходим при производстве маргарина, многих пищевых продуктов, а также средств защиты растений. Почти вся промышленность основной химии (60-80%) основаны на каталитических процессах. Химики не без основания говорят, что некаталитических процессов вообще не существует, поскольку все они протекают в реакторах, материал стенок которых служит своеобразным катализатором.

С участием катализаторов скорость некоторых реакций возрастает в 10 млрд. раз. Есть катализаторы, позволяющие не просто контролировать состав конечного продукта, но и способствующие образованию молекул определенной формы, что сильно влияет на физические свойства продукта (твердость, пластичность).

В современных условиях одно из важнейших направлений развития учения о химических процессах - создание методов управления этими процессами. Поэтому сегодня химическая наука занимается разработкой таких проблем, как химия плазмы, радиационная химия, химия высоких давлений и температур.

Химия плазмы изучает химические процессы в низкотемпературной плазме при 1000-10 000 °С. Такие процессы характеризуются возбужденным состоянием частиц, столкновением молекул с заряженными частицами и очень высокими скоростями химических реакций. В плазмохимических процессах скорость перераспределения химических связей очень высока, поэтому они очень производительны.

Одним из самых молодых направлений в исследовании химических процессов является радиационная химия, которая зародилась во второй половине XX в. Предметом ее разработок - стали превращения самых разнообразных веществ под воздействием ионизирующих излучений. Источниками ионизирующего излучения служат рентгеновские установки, ускорители заряженных частиц, ядерные реакторы, радиоактивные изотопы. В результате радиационно-химических реакций вещества получают повышенную термостойкость и твердость.

Еще одна область развития учения о химических процессах - химия высоких и сверхвысоких давлений. Химические превращения веществ при давлениях выше 100 атм относятся к химии высоких давлений, а при давлениях выше 1000 атм - к химии сверхвысоких давлений. При высоком давлении сближаются и деформируются электронные оболочки атомов, что ведет к повышению реакционной способности веществ. При давлении 102-103 атм. исчезает различие между жидкой и газовой фазами, а при 103-105 атм. -между твердой и жидкой фазами. При высоком давлении сильно меняются физические и химические свойства вещества. Например, при давлении 20 000 атм. металл становится эластичным, как каучук.

Химические процессы представляют собой сложнейшее явление как в неживой, так и в живой природе. Эти процессы изучают химия, физика и биология. Перед химической наукой стоит принципиальная задача - научиться управлять химическими процессами. Дело в том, что некоторые процессы не удается осуществить, хотя в принципе они осуществимы, другие трудно остановить - реакции горения, взрывы, а часть из них трудноуправляема, поскольку они самопроизвольно создают массу побочных продуктов.

3. Взаимосвязь химии и физики

Наряду с процессами дифференциации самой химической науки, в настоящее время идут в интеграционные процессы химии с другими отраслями естествознания. Особенно интенсивно развиваются взаимосвязи между физикой и химией. Этот процесс сопровождается возникновением все новых и новых смежных физико-химических отраслей знания.
Вся история взаимодействия химии я физики полна примеров обмена идеями, объектами и методами исследования. На разных этапах своего развития физика снабжала химию понятиями и теоретическими концепциями, оказавшими сильное воздействие на развитие химии. При этом, чем больше усложнялись химические исследования, тем больше аппаратура и методы расчетов физики проникали в химию. Необходимость измерения тепловых эффектов реакции, развитие спектрального и рентгеноструктурного анализа, изучение изотопов и радиоактивных химических элементов, кристаллических решеток вещества, молекулярных структур потребовали создания и привели к использованию сложнейших физических приборов эспектроскопов, масс-спектрографов, дифракционных решеток, электронных микроскопов и т.д.

Для управления химическими процессами разработаны термодинамический и кинетический методы.

Французский химик А. Лее Шателье в конце XIX в. сформулировал принцип подвижного равновесия, обеспечив химиков методами смещения равновесия в сторону образования целевых продуктов. Эти методы управления и получили название термодинамических. Каждая химическая реакция в принципе обратима, но на практике равновесие смещается в ту или иную сторону. Это зависит как от природы реагентов, так и от условий процесса.

Термодинамические методы преимущественно влияют на направление химических процессов, а не на их скорость.

Объясняет качественные и количественные изменения в химических процессах и выявляет механизм реакции. Реакции проходят, как правило, ряд последовательных стадий, которые составляют полную реакцию. Скорость реакции зависит от условий протекания и природы веществ, вступивших в нее. К ним относятся концентрация, температура и присутствие катализаторов.

Сущность катализа сводится к следующему:

Каталитические процессы различаются по своей физической и химической природе на следующие типы:

гетерогенный катализ - химическая реакция взаимодействия жидких или газообразных реагентов на поверхности твердого катализатора;

гомогенный катализ - химическая реакция в газовой смеси или в жидкости, где растворены катализатор и реагенты;

электрокатализ - реакция на поверхности электрода в контакте с раствором и под действием электрического тока;

фотокатализ - реакция на поверхности твердого тела или в жидком растворе, стимулируется энергией поглощенного излучения.

Применение катализаторов изменило всю химическую промышленность. Катализ необходим при производстве маргарина, многих пищевых продуктов, а также средств защиты растений. Почти вся промышленность основной химии (60-80 %) основаны на каталитических процессах. Химики не без основания говорят, что некаталитических процессов вообще не существует, поскольку все они протекают в реакторах, материал стенок которых служит своеобразным катализатором.

С участием катализаторов скорость некоторых реакций возрастает в 10 млрд раз. Есть катализаторы, позволяющие не просто контролировать состав конечного продукта, но и способствующие образованию молекул определенной формы, что сильно влияет на физические свойства продукта (твердость, пластичность).

Читайте также: