Учение о химических процессах

В конце XIX века химики начали изучать управление химическими процессами. Эта задача не снята с повестки дня и по сегодняшний день. Для управления химическими процессами, разработаны термодинамические и кинетические методы. Все химические реакции обратимы. Можно сместить равновесие в ту или иную сторону. Например, реакция получения аммиака, N₂+2Н₂↔2NН₃, не протекает при обычных условиях, даже при высоких температурах и при больших давлениях. Однако, с использованием катализатора (железа) удалось получить аммиак при 20⁰С и 1 атм. При помощи давления, можно осуществить сдвиг равновесия в сторону получения аммиака.

Химические реакции, в основном, зависят от следующих факторов: температура, давление, наличие катализаторов, состав окружающей среды, наличие реагентов, растворителей и активность стенки реактора.

Успехи в области химических процессов, позволили химикам начать изучение быстропротекающих химических реакций в живых организмах, им удалось получить сверхпрочные и сверхпроводящие материалы. Удалось также провести операции с фрагментом молекулы ДНК, изменяя ее генетический код. Химики технологи близки к созданию молекулярного компьютера, обладающего чрезвычайно большими возможностями.

Перспективными химическими процессами являются плазмохимические процессы. Например, плазмотрон длиной 65 см, диаметром – 15 см. имеет производительность в 75 тонн ацетилена в сутки. Из нитрида бора при 100000 атм. и 2000⁰С синтезирован материал, тверже алмаза. За работу в области фемтохимии (менее 10^-15 секунд), американец египетского происхождения, Ахмед Зивейл, в 1999 году удостоен Нобелевской премии по химии.

Ионно-плазменные напыления в вакууме, применяются для формирования радиотехнических элементов микронных размеров для интегральных схем микроэлектроники. При горении порошков разных металлов, происходит самораспостраняющийся, высокотемпературный синтез. В результате, таких реакций получено множество тугоплавких соединений высокого качества: ТiС, ZrС, VС, NbС, Ta₂С, TaС, TiВ, HfВ.

Реакция, протекающая при давлении выше 100 атм., относится к химии высоких давлений, а при давлении выше 1000 атм. – к химии сверхвысоких давлений. При давлении около 1000 атм. исчезают различия между жидкими и газовыми фазами, а при давлении больше 1000 атм. – между жидкими и твердыми фазами. При давлении 10⁶ атм. образуется металлическая связь. Свойства металлов, при высоких давлениях меняются. Например, сталь, при давлении 12000 атм. становится гибкой, а при 20000 атм. – эластичной как каучук. При давлении 400000 атм., сера становиться электропроводящим материалом. При давлении 2,8 млн. атм., водород становится металлическим. В1954 году искусственный алмаз был синтезирован в США, при давлении 50000 атм. и температуре 2000⁰С. Из алмазного порошка, при давлении 80000 атм. и температуре 1000⁰С, получена особая разновидность черных алмазов – карбонадо, которая тверже алмазов, встречающихся в природе. Карбонадо позволяет обрабатывать природные алмазы. Налажено промышленное производство драгоценных камней: корунда, изумруда и т. д.

В начале 90–х. годов ХХ века, синтезирован керамический материал, на основе оксидов меди, который обладает высокотемпературной (около 170 К) сверхпроводимостью. Полученные магниты, из сверхпроводящих материалов, на основе ниобия, дали возможность построить в Японии поезда на воздушной подушке, развивающие скорость 780 км/ч.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие методы разработаны для управления химическими процессами?

2. Как вы считаете, химические реакции обратимы или не обратимы?

3. Как можно сместить равновесие химических реакций в ту или иную сторону?

4. Каким образом, удалось получить аммиак, при 20⁰С и 1 атм.?

5. От каких факторов, в основном, зависят химические реакции?

6. Что позволило химикам получить сверхпрочные и сверхпроводящие материалы?

7. Что позволило химикам провести операцию, с фрагментом молекулы ДНК, изменяя ее генетический код?

8. Ученые, какой области науки близки к созданию молекулярного компьютера, обладающего чрезвычайно большими возможностями?

9. Какой производительностью обладает плазматрон длиной 65 см., диаметром – 15 см.?

10. Из какого соединения, при 100000 атм. и 2000⁰С синтезирован материал, тверже алмаза?

11. За какую работу, в 1999 году, американец египетского происхождения, Ахмед Зивейл удостоен Нобелевской премии по химии?

12. Какой метод применяются для формирования радиотехнических элементов микронных размеров для интегральных схем микроэлектроники?

13. Как называют область химии, где реакция протекает, при давлении выше 100 атм.?

14. Как называют область химии, где реакция протекает, при давлении выше 1000 атм.?

15. Около какого давления исчезают различия между жидкими и газовыми фазами?

16. Около какого давления исчезают различия между жидкими и твердыми фазами?

17. При каких давлениях образуется металлическая связь?

18. Какой становится сталь при давлении 12000 атм., а при 20000 атм.?

19. При каких давлениях водород становится металлическим?

20. В каком году был синтезирован, в США, при давлении 50000 атм. искусственный алмаз?

21. При каком давлении и температуре получено карбонадо твёрже алмаза?

22. В каких годах был синтезирован керамический материал, на основе оксидов меди, который обладает высокотемпературной (около 170 К) сверхпроводимостью?

23. Из каких материалов, полученные магниты дали возможность построить в Японии поезда на воздушной подушке, развивающие скорость 780 км/ч?

……******……