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Energía de reacciones químicas. Energía en la industria química.

Toda la historia del desarrollo de la civilización es la búsqueda de fuentes de energía. Esto sigue siendo muy relevante hoy en día. Después de todo, la energía es una oportunidad para un mayor desarrollo de la industria, obtener cosechas sostenibles, mejorar las ciudades y ayudar a la naturaleza a curar las heridas que le ha infligido la civilización. Por tanto, resolver el problema energético requiere esfuerzos globales. La química aporta una contribución considerable como vínculo entre las ciencias naturales modernas y la tecnología moderna.

El suministro de energía es la condición más importante para el desarrollo socioeconómico de cualquier país, su industria, transporte, agricultura, vida cultural y cotidiana.

Pero en la próxima década, los trabajadores del sector energético todavía no descartarán la madera, el carbón, el petróleo o el gas. Y al mismo tiempo, deben desarrollar intensamente nuevas formas de producir energía.

La industria química se caracteriza por tener estrechos vínculos con todos los sectores de la economía nacional debido a la amplia gama de productos que produce. Esta área de producción se caracteriza por una alta intensidad de material. Los costos de materiales y energía en la producción pueden oscilar entre 2/3 y 4/5 del costo del producto final.

El desarrollo de la tecnología química sigue el camino del uso integrado de materias primas y energía, el uso de procesos continuos y libres de residuos, teniendo en cuenta la seguridad ambiental del medio ambiente, el uso de altas presiones y temperaturas, y los avances en la automatización y cibernetización.

La industria química consume especialmente mucha energía. La energía se gasta en procesos endotérmicos, transporte de materiales, trituración y molienda de sólidos, filtración, compresión de gases, etc. Se requieren importantes gastos energéticos en la producción de carburo de calcio, fósforo, amoníaco, polietileno, isopreno, estireno, etc. La producción química, en conjunto Junto con la producción petroquímica, son áreas de la industria que consumen mucha energía. Producen casi el 7% de los productos industriales y consumen entre el 13 y el 20% de la energía utilizada por toda la industria.

Las fuentes de energía suelen ser recursos naturales tradicionales no renovables: carbón, petróleo, gas natural, turba, esquisto. Últimamente se están agotando muy rápidamente. Las reservas de petróleo y gas natural están disminuyendo a un ritmo particularmente acelerado, pero son limitadas e irreparables. No es sorprendente que esto cree un problema energético.

A lo largo de 80 años, algunas fuentes principales de energía fueron reemplazadas por otras: la madera fue reemplazada por carbón, el carbón por petróleo, el petróleo por gas, el combustible de hidrocarburos por combustible nuclear. A principios de los años 80, alrededor del 70% de la demanda mundial de energía se satisfacía con petróleo y gas natural, el 25% con carbón y lignito y sólo alrededor del 5% con otras fuentes de energía.

En diferentes países el problema energético se resuelve de diferentes maneras, sin embargo, en todas partes la química hace una contribución significativa a su solución. Así, los químicos creen que en el futuro (unos 25-30 años más) el petróleo mantendrá su posición de liderazgo. Pero su contribución a los recursos energéticos disminuirá notablemente y se verá compensada por un mayor uso de carbón, gas, hidrógeno procedente del combustible nuclear, energía solar, energía de las profundidades de la Tierra y otros tipos de energía renovable, incluida la bioenergía.

Ya hoy en día, los químicos están preocupados por el uso máximo y completo de los recursos energéticos y tecnológicos de los recursos combustibles: reducir las pérdidas de calor al medio ambiente, reciclar el calor, maximizar el uso de los recursos combustibles locales, etc.

Dado que entre los tipos de combustible el más escaso es el líquido, muchos países han asignado grandes fondos para crear una tecnología rentable para transformar el carbón en combustible líquido (y también gaseoso). En este ámbito colaboran científicos de Rusia y Alemania. La esencia del proceso moderno de transformación del carbón en gas de síntesis es la siguiente. Se suministra una mezcla de vapor de agua y oxígeno al generador de plasma, que se calienta a 3000°C. Y luego el polvo de carbón ingresa al soplete de gas caliente y, como resultado de una reacción química, se forma una mezcla de monóxido de carbono (II) e hidrógeno, es decir. gas de síntesis. De él se obtiene metanol: CO+2H2CH3OH. El metanol puede sustituir a la gasolina en los motores de combustión interna. En cuanto a la solución de problemas medioambientales, se compara favorablemente con el petróleo, el gas y el carbón, pero, lamentablemente, su calor de combustión es 2 veces menor que el de la gasolina y, además, es agresivo con algunos metales y plásticos.

Se han desarrollado métodos químicos para la eliminación del aceite aglutinante (que contiene hidrocarburos de alto peso molecular), una parte importante del cual permanece en pozos subterráneos. Para aumentar el rendimiento de petróleo, se agregan surfactantes al agua que se inyecta en las formaciones; sus moléculas se colocan en la interfaz petróleo-agua, lo que aumenta la movilidad del petróleo.

La futura reposición de recursos combustibles se combina con el procesamiento sostenible del carbón. Por ejemplo, el carbón triturado se mezcla con aceite y la pasta extraída se expone a hidrógeno bajo presión. Esto produce una mezcla de hidrocarburos. Para producir 1 tonelada de gasolina artificial se gasta alrededor de 1 tonelada de carbón y 1.500 m3 de hidrógeno. Hasta ahora, la gasolina artificial es más cara que la producida a partir del petróleo, pero la posibilidad fundamental de su extracción es importante.

La energía del hidrógeno, que se basa en la combustión de hidrógeno, durante la cual no se generan emisiones nocivas, parece muy prometedora. Sin embargo, para su desarrollo es necesario resolver una serie de problemas relacionados con la reducción del coste del hidrógeno, la creación de medios fiables para almacenarlo y transportarlo, etc. Si estos problemas tienen solución, el hidrógeno se utilizará ampliamente en la aviación, el agua y la tierra. transporte, producción industrial y agrícola.

La energía nuclear contiene posibilidades inagotables; su desarrollo para la producción de electricidad y calor permite liberar una cantidad importante de combustibles fósiles. Aquí los químicos se enfrentan a la tarea de crear sistemas tecnológicos complejos para cubrir los costes energéticos que se producen durante las reacciones endotérmicas que utilizan energía nuclear. Ahora la energía nuclear se está desarrollando siguiendo el camino de la introducción generalizada de reactores de neutrones rápidos. Estos reactores utilizan uranio enriquecido en el isótopo 235U (al menos un 20%) y no requieren un moderador de neutrones.

Actualmente, la energía nuclear y la construcción de reactores son una industria poderosa con una gran inversión de capital. Para muchos países es un importante artículo de exportación. Los reactores y equipos auxiliares requieren materiales especiales, incluidas las de alta frecuencia. La tarea de los químicos, metalúrgicos y otros especialistas es crear dichos materiales. En el enriquecimiento de uranio también trabajan químicos y representantes de otras profesiones afines.

Hoy en día, la energía nuclear se enfrenta a la tarea de desplazar a los combustibles fósiles no sólo del ámbito de la producción de electricidad, sino también del suministro de calor y, en cierta medida, de las industrias metalúrgica y química, mediante la creación de reactores de importancia energética y tecnológica.

Las centrales nucleares encontrarán en el futuro otra aplicación: la producción de hidrógeno. Una parte del hidrógeno producido será consumida por la industria química y la otra parte se utilizará para alimentar las turbinas de gas conectadas en los picos de carga.

Para la fabricación de células solares, el principal material semiconductor es el silicio y los compuestos de silicio. Los químicos ahora están trabajando en el desarrollo de nuevos materiales que conviertan la energía. Pueden ser diferentes sistemas de sales como dispositivos de almacenamiento de energía. Otros éxitos de la energía solar dependen de los materiales que los químicos ofrezcan para la conversión de energía.

En el nuevo milenio, se producirá un aumento en la producción de electricidad debido al desarrollo de la energía solar, así como a la fermentación del metano de los desechos domésticos y otras fuentes no tradicionales de producción de energía.

Junto a las centrales eléctricas gigantes, también existen fuentes de corriente química autónomas que convierten la energía de las reacciones químicas directamente en energía eléctrica. La química juega un papel importante en la resolución de este problema. En 1780, el médico italiano L. Galvani, al observar la contracción de la pata cortada de una rana después de tocarla con alambres de diferentes metales, decidió que había electricidad en los músculos y la llamó “electricidad animal”. A. Volta, siguiendo la experiencia de su compatriota, sugirió que la fuente de electricidad no es el cuerpo del animal: la corriente eléctrica surge del contacto de diferentes cables metálicos. El "antepasado" de las celdas galvánicas modernas puede considerarse el "poste eléctrico" creado por A. Volta en 1800. Este invento parece una torta de capas hecha de varios pares de placas de metal: una placa está hecha de zinc, la segunda está hecha de cobre, apiladas unas encima de otras, y entre ellas se colocan con un fieltro empapado en ácido sulfúrico diluido. Antes de su invención en Alemania por W. Siemens en 1867. Las dinamos galvánicas eran la única fuente de corriente eléctrica. Hoy en día, cuando la aviación, la flota submarina, los cohetes y la electrónica necesitan fuentes de energía autónomas, la atención de los científicos vuelve a atraerse hacia ellas.

Ensayo

El papel de la química en la resolución de problemas energéticos.

Introducción

1. Los orígenes de la química moderna y sus problemas en el siglo XXI

química sociedad energía

El final de la Edad Media estuvo marcado por una retirada gradual del ocultismo, una disminución del interés por la alquimia y la difusión de una visión mecanicista de la estructura de la naturaleza.

Iatroquímica.

Paracelso tenía puntos de vista completamente diferentes sobre los objetivos de la alquimia. El médico suizo Philip von Hohenheim pasó a la historia con este nombre elegido por él. Paracelso, como Avicena, creía que la tarea principal de la alquimia no era encontrar formas de obtener oro, sino la producción de medicinas. Tomó prestada de la tradición alquímica la doctrina de que hay tres partes principales de la materia: mercurio, azufre y sal, que corresponden a las propiedades de volatilidad, inflamabilidad y dureza. Estos tres elementos forman la base del macrocosmos y están asociados con el microcosmos formado por espíritu, alma y cuerpo. Pasando a determinar las causas de las enfermedades, Paracelso argumentó que la fiebre y la peste se producen por un exceso de azufre en el organismo, con un exceso de mercurio se produce parálisis, etc. El principio al que se adherían todos los iatroquímicos era que la medicina es una cuestión de química y todo depende de la capacidad del médico para aislar principios puros de sustancias impuras. Dentro de este esquema, todas las funciones corporales se reducían a procesos químicos, y la tarea del alquimista era encontrar y preparar sustancias químicas con fines médicos.

Los principales representantes de la dirección iatroquímica fueron Jan Helmont, médico de profesión; Francis Sylvius, que disfrutó de gran fama como médico y eliminó los principios "espirituales" de la enseñanza iatroquímica; Andreas Libavi, médico de Rothenburg.

Su investigación contribuyó en gran medida a la formación de la química como ciencia independiente.

Filosofía mecanicista.

Con la disminución de la influencia de la iatroquímica, los filósofos naturales volvieron a recurrir a las enseñanzas de los antiguos sobre la naturaleza. A la vanguardia en el siglo XVII. Surgieron puntos de vista atomistas. Uno de los científicos más destacados, los autores de la teoría corpuscular, fue el filósofo y matemático René Descartes. Expuso sus puntos de vista en 1637 en el ensayo Discurso sobre el método. Descartes creía que todos los cuerpos “consisten en numerosas partículas pequeñas de diversas formas y tamaños, que no encajan entre sí con tanta precisión como para que no queden espacios a su alrededor; Estos huecos no están vacíos, sino llenos de... materia enrarecida”. Descartes no consideraba que sus “pequeñas partículas” fueran átomos, es decir, indivisible; se mantuvo en el punto de vista de la divisibilidad infinita de la materia y negó la existencia del vacío.

Uno de los oponentes más destacados de Descartes fue el físico y filósofo francés Pierre Gassendi.

El atomismo de Gassendi fue esencialmente un recuento de las enseñanzas de Epicuro; sin embargo, a diferencia de este último, Gassendi reconoció la creación de los átomos por parte de Dios; creía que Dios creó una cierta cantidad de átomos indivisibles e impenetrables, de los cuales están compuestos todos los cuerpos; Debe haber un vacío absoluto entre los átomos.

En el desarrollo de la química en el siglo XVII. Un papel especial corresponde al científico irlandés Robert Boyle. Boyle no aceptó las afirmaciones de los filósofos antiguos que creían que los elementos del universo podían establecerse de forma especulativa; esto se refleja en el título de su libro, The Skeptical Chemist. Como partidario del enfoque experimental para la determinación de elementos químicos, no sabía de la existencia de elementos reales, aunque casi descubrió uno de ellos, el fósforo, él mismo. A Boyle se le suele atribuir la introducción del término "análisis" en la química. En sus experimentos sobre análisis cualitativo, utilizó varios indicadores e introdujo el concepto de afinidad química. Basándose en los trabajos de Galileo Galilei Evangelista Torricelli, así como de Otto Guericke, quien demostró los "hemisferios de Magdeburgo" en 1654, Boyle describió la bomba de aire que diseñó y los experimentos para determinar la elasticidad del aire utilizando un tubo en forma de U. Como resultado de estos experimentos, se formuló la conocida ley de proporcionalidad inversa entre el volumen de aire y la presión. En 1668, Boyle se convirtió en miembro activo de la recién organizada Royal Society de Londres y en 1680 fue elegido presidente.

Bioquímica. Esta disciplina científica, que estudia las propiedades químicas de sustancias biológicas, fue al principio una de las ramas de la química orgánica. Se convirtió en una región independiente en la última década del siglo XIX. como resultado de estudios de las propiedades químicas de sustancias de origen vegetal y animal. Uno de los primeros bioquímicos fue el científico alemán Emil Fischer. Sintetizó sustancias como cafeína, fenobarbital, glucosa y muchos hidrocarburos, e hizo una gran contribución a la ciencia de las enzimas: catalizadores de proteínas, aislados por primera vez en 1878. La formación de la bioquímica como ciencia se vio facilitada por la creación de nuevos métodos analíticos. .

En 1923, el químico sueco Theodor Svedberg diseñó una ultracentrífuga y desarrolló un método de sedimentación para determinar el peso molecular de macromoléculas, principalmente proteínas. El asistente de Svedberg, Arne Tiselius, creó ese mismo año el método de electroforesis, un método más avanzado para separar moléculas gigantes, basado en la diferencia en la velocidad de migración de moléculas cargadas en un campo eléctrico. A principios del siglo XX. El químico ruso Mikhail Semenovich Tsvet describió un método para separar pigmentos vegetales pasando su mezcla a través de un tubo lleno de un adsorbente. El método se llamó cromatografía.

En 1944, los químicos ingleses Archer Martini Richard Singh propusieron una nueva versión del método: reemplazaron el tubo con el adsorbente con papel de filtro. Así apareció la cromatografía en papel, uno de los métodos analíticos más comunes en química, biología y medicina, con la ayuda del cual a finales de los años 40 y principios de los 50 era posible analizar mezclas de aminoácidos resultantes de la descomposición de diferentes proteínas y determinar la composición de las proteínas. Como resultado de una minuciosa investigación, se estableció el orden de los aminoácidos en la molécula de insulina y en 1964 se sintetizó esta proteína. Hoy en día, muchas hormonas, medicamentos y vitaminas se obtienen mediante métodos de síntesis bioquímica.

Química cuántica. Para explicar la estabilidad del átomo, Niels Bohr combinó en su modelo los conceptos clásicos y cuánticos del movimiento de los electrones. Sin embargo, la artificialidad de tal conexión quedó clara desde el principio. El desarrollo de la teoría cuántica provocó un cambio en las ideas clásicas sobre la estructura de la materia, el movimiento, la causalidad, el espacio, el tiempo, etc., lo que contribuyó a una transformación radical de la imagen del mundo.

A finales de los años 20 y principios de los 30 del siglo XX, se formaron ideas fundamentalmente nuevas sobre la estructura del átomo y la naturaleza de los enlaces químicos sobre la base de la teoría cuántica.

Después de que Albert Einstein creara la teoría fotónica de la luz (1905) y su derivación de las leyes estadísticas de las transiciones electrónicas en el átomo (1917), el problema onda-partícula se agudizó en la física.

Si en los siglos XVIII y XIX hubo discrepancias entre varios científicos que utilizaban la teoría ondulatoria o corpuscular para explicar los mismos fenómenos en óptica, ahora la contradicción se ha vuelto fundamental: algunos fenómenos se interpretaban desde una posición ondulatoria y otros desde una posición corpuscular. uno. Una solución a esta contradicción fue propuesta en 1924 por el físico francés Louis Victor Pierre Raymond de Broglie, quien atribuyó propiedades ondulatorias a la partícula.

Basándose en la idea de De Broglie sobre las ondas de materia, el físico alemán Erwin Schrödinger derivó en 1926 la ecuación básica de la llamada. Mecánica ondulatoria, que contiene la función de onda y permite determinar los posibles estados de un sistema cuántico y su cambio en el tiempo. Schrödinger dio una regla general para convertir ecuaciones clásicas en ecuaciones de ondas. En el marco de la mecánica ondulatoria, un átomo podría representarse como un núcleo rodeado por una onda estacionaria de materia. La función de onda determinó la densidad de probabilidad de encontrar un electrón en un punto determinado.

En el mismo año 1926, otro físico alemán, Werner Heisenberg, desarrolló su propia versión de la teoría cuántica del átomo en forma de mecánica matricial, partiendo del principio de correspondencia formulado por Bohr.

Según el principio de correspondencia, las leyes de la física cuántica deberían transformarse en leyes clásicas cuando la discreción cuántica tiende a cero a medida que aumenta el número cuántico. De manera más general, el principio de correspondencia puede formularse de la siguiente manera: una nueva teoría que reclame un rango de aplicabilidad más amplio que la antigua debe incluir esta última como un caso especial. La mecánica cuántica de Heisenberg permitió explicar la existencia de estados de energía cuantificados estacionarios y calcular los niveles de energía de varios sistemas.

Friedrich Hund, Robert Sanderson Mulliken y John Edward Lennard-Jones crean en 1929 las bases del método de los orbitales moleculares. La base de MMO es la idea de la pérdida total de la individualidad de los átomos unidos en una molécula. La molécula, por tanto, no está formada por átomos, sino que es un nuevo sistema formado por varios núcleos atómicos y electrones que se mueven en su campo. Hund también creó una clasificación moderna de enlaces químicos; En 1931 llegó a la conclusión de que existen dos tipos principales de enlaces químicos: simples o ?-comunicaciones, y ?-comunicaciones. Erich Hückel extendió el método MO a los compuestos orgánicos, formulando en 1931 la regla de estabilidad aromática (4n+2), que establece si una sustancia pertenece a la serie aromática.

Así, en química cuántica, se distinguen inmediatamente dos enfoques diferentes para comprender los enlaces químicos: el método de los orbitales moleculares y el método de los enlaces de valencia.

Gracias a la mecánica cuántica, en los años 30 del siglo XX se había aclarado en gran medida el método de formación de enlaces entre átomos. Además, en el marco del enfoque de la mecánica cuántica, la doctrina de la periodicidad de Mendeleev recibió una interpretación física correcta.

Probablemente la etapa más importante en el desarrollo de la química moderna fue la creación de varios centros de investigación que, además de la investigación fundamental, también llevaron a cabo investigación aplicada.

A principios del siglo XX. Varias corporaciones industriales crearon los primeros laboratorios de investigación industrial. En Estados Unidos se fundaron el laboratorio químico DuPont y el laboratorio Bell. Después del descubrimiento y la síntesis de la penicilina en la década de 1940, y luego de otros antibióticos, surgieron grandes empresas farmacéuticas, integradas por químicos profesionales. El trabajo en el campo de la química de compuestos macromoleculares fue de gran importancia práctica.

Uno de sus fundadores fue el químico alemán Hermann Staudinger, quien desarrolló la teoría de la estructura de los polímeros. La búsqueda intensiva de métodos para producir polímeros lineales condujo en 1953 a la síntesis de polietileno y luego de otros polímeros con las propiedades deseadas. Hoy en día, la producción de polímeros es la rama más grande de la industria química.

No todos los avances de la química han sido beneficiosos para los humanos. En la producción de pinturas, jabones y textiles se utilizaban ácido clorhídrico y azufre, lo que suponía un gran peligro para el medio ambiente. En el siglo 21 La producción de muchos materiales orgánicos e inorgánicos aumentará debido al reciclaje de sustancias usadas, así como mediante el procesamiento de desechos químicos que representan un riesgo para la salud humana y el medio ambiente.

2. El papel de la química en la resolución de problemas energéticos.

El suministro de energía es la condición más importante para el desarrollo socioeconómico de cualquier país, su industria, transporte, agricultura, vida cultural y cotidiana.

La industria química consume especialmente mucha energía. La energía se gasta en procesos endotérmicos, transporte de materiales, trituración y molienda de sólidos, filtración, compresión de gases, etc. La producción de carburo de calcio, fósforo, amoniaco, polietileno, isopreno, estireno, etc. requiere un importante gasto energético. La producción química, junto con la producción petroquímica, son áreas de la industria que consumen mucha energía. Producen casi el 7% de los productos industriales y consumen entre el 13 y el 20% de la energía utilizada por toda la industria.

Dado que entre los tipos de combustible el más escaso es el líquido, muchos países han asignado grandes fondos para crear una tecnología rentable para transformar el carbón en combustible líquido (y también gaseoso). En este ámbito colaboran científicos de Rusia y Alemania. La esencia del proceso moderno de transformación del carbón en gas de síntesis es la siguiente. Se suministra una mezcla de vapor de agua y oxígeno al generador de plasma, que se calienta a 3000°C. Y luego el polvo de carbón ingresa al soplete de gas caliente y, como resultado de una reacción química, se forma una mezcla de monóxido de carbono (II) e hidrógeno, es decir. gas de síntesis. De él se obtiene metanol: CO+2H2?СH3OH. El metanol puede sustituir a la gasolina en los motores de combustión interna. En cuanto a la solución de problemas medioambientales, se compara favorablemente con el petróleo, el gas y el carbón, pero, lamentablemente, su calor de combustión es 2 veces menor que el de la gasolina y, además, es agresivo con algunos metales y plásticos.

La energía del hidrógeno, que se basa en la combustión de hidrógeno, durante la cual no se generan emisiones nocivas, parece muy prometedora. Sin embargo, para su desarrollo es necesario resolver una serie de problemas relacionados con la reducción del coste del hidrógeno, la creación de medios fiables para almacenarlo y transportarlo, etc. Si estos problemas tienen solución, el hidrógeno se utilizará ampliamente en la aviación, el transporte acuático y terrestre, la producción industrial y agrícola.

Se depositan grandes esperanzas en el aprovechamiento de la radiación solar (energía solar). En Crimea existen paneles solares cuyas células fotovoltaicas convierten la luz solar en electricidad. Las unidades solares térmicas, que convierten la energía solar en calor, se utilizan ampliamente para la desalinización de agua y la calefacción de hogares. Los paneles solares se utilizan desde hace mucho tiempo en estructuras de navegación y naves espaciales. EN
A diferencia de la energía nuclear, el coste de la energía producida mediante paneles solares disminuye constantemente. Para la fabricación de células solares, el principal material semiconductor es el silicio y los compuestos de silicio. Los químicos ahora están trabajando en el desarrollo de nuevos materiales que conviertan la energía. Pueden ser diferentes sistemas de sales como dispositivos de almacenamiento de energía. Otros éxitos de la energía solar dependen de los materiales que los químicos ofrezcan para la conversión de energía.

Junto a las centrales eléctricas gigantes, también existen fuentes de corriente química autónomas que convierten la energía de las reacciones químicas directamente en energía eléctrica. La química juega un papel importante en la resolución de este problema. En 1780, el médico italiano L. Galvani, al observar la contracción de la pata cortada de una rana después de tocarla con alambres de diferentes metales, decidió que había electricidad en los músculos y la llamó “electricidad animal”. A. Volta, siguiendo la experiencia de su compatriota, sugirió que la fuente de electricidad no es el cuerpo del animal: la corriente eléctrica surge del contacto de diferentes cables metálicos. El "antepasado" de las celdas galvánicas modernas puede considerarse el "poste eléctrico" creado por A. Volta en 1800. Este invento parece una torta de capas hecha de varios pares de placas de metal: una placa está hecha de zinc, la segunda está hecha de cobre, apiladas unas encima de otras, y entre ellas se colocan con un fieltro empapado en ácido sulfúrico diluido. Antes de la invención de las dinamos en Alemania por W. Siemens en 1867, las células galvánicas eran la única fuente de corriente eléctrica. Hoy en día, cuando la aviación, la flota submarina, los cohetes y la electrónica necesitan fuentes de energía autónomas, la atención de los científicos vuelve a atraerse hacia ellas.

Conclusión

El uso de la energía nuclear permite abandonar el carbón y el petróleo naturales. Como resultado, se reducen las emisiones de productos de combustión, lo que posiblemente podría provocar un "efecto invernadero" en la Tierra. Parecería que una cantidad insignificante (en comparación con el carbón y el petróleo) de combustible para las centrales nucleares debería ser segura, pero esto está lejos de ser el caso; un ejemplo sorprendente es el accidente de la central nuclear de Chernobyl. En mi opinión, cualquier método para extraer energía (en cualquier forma) de las entrañas de la Tierra es una combinación de características positivas y negativas, y me parece que predominan las no positivas.

No hablé de todas las direcciones para resolver el problema energético por parte de científicos de todo el mundo, sino solo de las principales. En cada país tiene sus propias características: condiciones socioeconómicas y geográficas, provisión de recursos naturales, nivel de desarrollo de la ciencia y la tecnología.

indicando el tema ahora mismo para conocer la posibilidad de obtener una consulta.

Ministerio de Educación de la República de Bielorrusia

Ministerio de Educación de la Federación de Rusia

INSTITUCIÓN ESTATAL DE SUPERIOR

EDUCACIÓN PROFESIONAL

UNIVERSIDAD BIELORRUSIA-RUSA

Departamento de Tecnologías del Metal

Energía de los procesos químicos.

AFINANCIACIÓN QUÍMICA

Pautas para el trabajo autónomo de los estudiantes y clases prácticas de química.

Mogilev 2003

UDC 54 Compilado por: dr. tecnología. ciencias, prof. Lovshenko F.G.,

Doctor. tecnología. Ciencias, Profesor Asociado Lovshenko G.F.

Energía de los procesos químicos. Afinidad química. Instrucciones metodológicas para el trabajo independiente de los estudiantes y la realización de clases prácticas de química - Mogilev: Universidad Bielorruso-Rusa, 2003. - 28 p.

Las directrices proporcionan los principios básicos de la termodinámica. Se presentan ejemplos de resolución de problemas típicos. Se dan las condiciones para las tareas de trabajo independiente.

Aprobado por el Departamento de Tecnologías Metálicas de la Universidad Bielorruso-Rusa (acta de la reunión No. 1 del 1 de septiembre de 2003).

Arte revisor. Rdo. Patsey V.F.

El responsable de la liberación es Lovshenko G.F.

ENERGÍA DE LOS PROCESOS QUÍMICOS. AFINANCIACIÓN QUÍMICA

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República

Energía de los procesos químicos.

Termodinámica química estudia las transiciones de la energía química a otras formas: térmica, eléctrica, etc., establece las leyes cuantitativas de estas transiciones, así como la dirección y los límites de la ocurrencia espontánea de reacciones químicas en determinadas condiciones.

El objeto de estudio en termodinámica es un sistema.

Sistema se llama un conjunto de personas en mutuaacción de sustancias, mentalmente(oen realidad) separado deambiente.

Fase - EsteParte de un sistema que es homogéneo en composición y propiedades en todos sus puntos.y separado de otras partes del sistema por una interfaz.

Distinguir homogéneo Y heterogéneo sistemas. Los sistemas homogéneos constan de una fase, los sistemas heterogéneos constan de dos o más fases.

Un mismo sistema puede estar en diferentes estados. Cada estado del sistema se caracteriza por un determinado conjunto de valores de parámetros termodinámicos. Los parámetros termodinámicos incluyen temperatura, presión, balsaVelocidad, concentración, etc.. Un cambio en al menos un parámetro termodinámico conduce a un cambio en el estado del sistema en su conjunto. Estado termodinámico del sistema nasal.vayutequilibrio , si se caracteriza por ter constanteparámetros modinámicos en todos los puntos del sistema y sin cambiarocurre de forma espontánea (sin el costo del trabajo). En termodinámica química, las propiedades de un sistema se consideran en sus estados de equilibrio.

Dependiendo de las condiciones para la transición de un sistema de un estado a otro, la termodinámica distingue entre procesos isotérmicos, isobáricos, isocóricos y adiabáticos. Los primeros ocurren a una temperatura constante ( t= constante), el segundo – a presión constante (pag = const), otros - a volumen constante (V= const), cuarto – en condiciones de ausencia de intercambio de calor entre el sistema y el medio ambiente ( q = 0).

Las reacciones químicas a menudo ocurren en condiciones isobáricas-isotermas ( pag= constante, t= constante). Estas condiciones se cumplen cuando las interacciones entre sustancias se llevan a cabo en recipientes abiertos sin calentamiento o a una temperatura más alta pero constante.

Energía interna del sistema.

Cuando un sistema pasa de un estado a otro, algunas de sus propiedades cambian, en particular energía interna Ud..

Interno energía sistemas representa conluchar contra toda su energía, que consiste en cinéticay energías potenciales de moléculas, átomos, núcleos atómicos, electrones.Ronov y otros. La energía interna incluye la energía de los movimientos de traslación, rotación y vibración, así como la energía potencial debida a las fuerzas de atracción y repulsión que actúan entre moléculas, átomos y partículas intraatómicas. No incluye la energía potencial de la posición del sistema en el espacio ni la energía cinética del movimiento del sistema en su conjunto.

La energía interna absoluta de un sistema no se puede determinar, pero se puede medir su cambio.  Ud. durante la transición de un estado a otro. Magnitud  Ud. se considera positivo (  Ud.>0), si en algún proceso aumenta la energía interna del sistema.

La energía interna es termodinámica.cangueloción estado sistemas. Esto significa que siempre que el sistema se encuentra en un estado determinado, su energía interna adquiere un cierto valor inherente a ese estado. En consecuencia, el cambio de energía interna no depende de la ruta y método de transición del sistema de un estado a otro y está determinado por la diferencia en los valores de la energía interna del sistema en estos dos estados:

U = U 2 -U 1 , (1)

Dónde Ud. 1 Y Ud. 2 – energía interna del sistema en los estados final e inicial, respectivamente.

Cumplido en cualquier proceso ley de conservación de la energía , expresado por igualdad

q = U+A, (2)

lo que significa que el calor q, suministrada al sistema se gasta en aumentar su energía interna  Ud. y para que el sistema realice el trabajo A por encima del entorno externo. Ecuación (2) – expresión matemática primera ley de la termodinámica .

De la primera ley de la termodinámica se deduce que el aumento de la energía interna del sistema  Ud. en cualquier proceso es igual a la cantidad de calor impartido al sistema q menos la cantidad de trabajo perfecto del sistema A; ya que las cantidades q Y A se puede medir directamente, utilizando la ecuación (2) siempre se puede calcular el valor  Ud. .

En la primera ley de la termodinámica, el trabajo A significa la suma de todos los tipos de trabajo contra las fuerzas que actúan sobre el sistema desde el entorno externo.. Esta cantidad puede incluir trabajo contra las fuerzas de un campo eléctrico externo, trabajo contra las fuerzas de un campo gravitacional, trabajo de expansión contra fuerzas de presión externas y otros tipos de trabajo.

Debido a que el trabajo de expansión es más característico de las interacciones químicas, se suele separar del total:

A = A’ + p V, (pag =constante), (3)

Dónde A' - todo tipo de trabajos, excepto trabajos de ampliación;

R - presión externa;

V– cambio en el volumen del sistema igual a la diferencia V 2 – V 1 (V 2 – volumen de productos de reacción, a V 1 – volumen de materiales de partida).

Si, durante el curso de un proceso particular, el trabajo de expansión es el único tipo de trabajo, la ecuación (3) toma la forma

A = pag V, (4)

Entonces la expresión matemática de la primera ley de la termodinámica (2) se escribirá de la siguiente manera:

q pag =  U+r V, (5)

Dónde q pag– calor suministrado al sistema a presión constante.

Teniendo en cuenta que  Ud. = Ud. 2 – Ud. 1 Y  V = V 2 – V 1 , la ecuación (5) se puede transformar agrupando los valores Ud. Y V por índices relacionados con los estados final e inicial del sistema:

q pag = (Ud. 2 -U t ) + p(V 2 -V t ) = (Ud. 2 +pV 2 ) - (Ud. 1 +pV 1 ). (6)

Cantidad (Ud. + PV) son llamadosentalpía (contenido de calor) del sistema y denotacartah :

H=U +pV.(7)

Sustituyendo la entalpía H en la ecuación (6), obtenemos

q pag = norte 2 – norte 1 =  NORTE, (8)

es decir, calor suministrado al sistema a presión constante,se gasta en aumentar la entalpía del sistema.

Al igual que con la energía interna, el valor absoluto de la entalpía del sistema no se puede determinar experimentalmente, pero es posible midiendo el valor q pag , encontrar el cambio de entalpía  norte cuando un sistema pasa de un estado a otro. Tamaño  norte considerado positivo (  norte>0) si aumenta la entalpía del sistema. porque el valor  norte está determinada por la diferencia ( norte 2 – norte 1 ) y no depende de la forma y el método de llevar a cabo el proceso, la entalpía, como la energía interna, se denomina funciones termodinámicas del estado del sistema.

Efectos térmicos de las reacciones químicas.

suma algebraicamu del calor absorbido durante la reacción y el trabajo realizado menos el trabajo contra las fuerzas de presión externas (r V) nombresvayutefecto térmico de una reacción química .

Leyes termoquímicas. Independencia del calor de una reacción química de la trayectoria del proceso en pag= constante y t= const se estableció en la primera mitad del siglo XIX. El científico ruso G. I. Hess: El efecto térmico de una reacción química no depende de su trayectoria.fluir, pero depende sólo de la naturaleza y condición físicamateriales de partida y productos de reacción (la ley de hess ).

La rama de la termodinámica química que estudia la temperatura.Los efectos de las reacciones químicas se llaman.termoquímica . La termoquímica utiliza una idea simplificada del efecto térmico de una reacción química, que cumple las condiciones para su independencia del proceso. es calidez q t , suministrado al sistema durante la reacción (o liberado como resultado de la reacción) a una temperatura constante.

Si se suministra calor al sistema ( q t> 0), la reacción se llama endotérmica, si se libera calor al ambiente ( q t < 0), реакцию называют экзотермической.

La termoquímica, en primer lugar, estudia reacciones isobáricas-isotermas, como resultado de las cuales solo se realiza trabajo de expansión.  V. El efecto térmico de tales reacciones. q pag , t igual al cambio de entalpía del sistema  h.

Ecuaciones de reacciones químicas, que indican su calor.los efectos altos se llamanecuaciones termoquímicas . Dado que el estado del sistema en su conjunto depende de los estados agregados de las sustancias, en las ecuaciones termoquímicas los estados de las sustancias (cristalino, líquido, disuelto y gaseoso) se indican mediante índices de letras (k), (g), (p) o (d). La modificación alotrópica de la sustancia también está indicada si existen varias de estas modificaciones. Si el estado de agregación de una sustancia o su modificación en determinadas condiciones es evidente, se podrán omitir los índices de letras. Entonces, por ejemplo, a presión atmosférica y temperatura ambiente, el hidrógeno y el oxígeno son gaseosos (esto es obvio), y el producto de reacción H 2 O formado durante su interacción puede ser líquido y gaseoso (vapor de agua). Por tanto, la ecuación de la reacción termoquímica debe indicar el estado agregado del H 2 O:

H 2 + ½O 2 = H 2 O (l) o H 2 + ½O 2 = H 2 O (g).

Actualmente, se acostumbra indicar el efecto térmico de una reacción en forma de cambio de entalpía.  h, igual al calor del proceso isobárico-isotermo q pag , t . A menudo, el cambio de entalpía se escribe como  h o  h . Sobrescrito 0 significa el valor estándar del efecto térmico de la reacción, y el más bajo significa la temperatura a la que ocurre la interacción. A continuación se muestran ejemplos de ecuaciones termoquímicas para varias reacciones:

2C 6 H 6 (l) + 15O 2 = 12CO 2 + 6H 2 O (l),  h = -6535,4 kJ, (a)

2C (grafito) + H 2 = C 2 H 2,  h = 226,7 kJ, (b)

N 2 + 3H 2 = 2NH 3 (g),  h = -92,4 kJ. (V)

En las reacciones (a) y (c), la entalpía del sistema disminuye (  h <0). Эти реакции экзотермические. В реакции (б) энтальпия увеличивается ( h >0); la reacción es endotérmica. En los tres ejemplos el valor  h se refiere al número de moles de sustancias determinado por la ecuación de reacción. Para que el efecto térmico de una reacción se exprese en kilojulios por mol (kJ/mol) de una de las sustancias de partida o productos de reacción, se permiten coeficientes fraccionarios en las ecuaciones termoquímicas:

C6H6(g) + 7 O 2 = 6CO 2 + 3H 2 O (l),  h = -3267,7 kJ,

N2+ =NH3 (g),  h = -46,2 kJ.

Entalpía de formación de compuestos químicos.

entalpía (calor) de formación compuesto químico norte t llamadocambio de entalpía en el proceso de obtención de un mol de este compuestode sustancias simples que son estables a una temperatura dada.

Estándar entalpía (calor) obra vocación compuesto químico norte , Arr. cambio de llamadaentalpía en el proceso de formación de un mol de este compuesto,estar en el estado estándar (T = 298 K y = 101,3 kPa), de sustancias simples,fases y modificaciones también en estados estándar y termodinámicamente estables a una temperatura determinada(Tabla A.1).

Las entalpías estándar de formación de sustancias simples sontrabajar como igualescero , si sus estados de agregación y modificaciónEl catión es estable en condiciones estándar.. Por ejemplo, el calor estándar de formación del bromo líquido (no gaseoso) y del grafito (no del diamante) es igual a cero.

Entalpía estándarla formación de un compuesto es su medidaestabilidad termodinámica,fuerza, expresión cuantitativalas propiedades energéticas del compuestoopiniones.

Cálculos termoquímicos. La mayoría de los cálculos termoquímicos se basan en corolario de la ley de Hess : efecto térmicoEl efecto de una reacción química es igual a la suma de los calores (entalpías) de la reacción.formación de productos de reacción menos la suma de calores (entalpii) formación de sustancias de partida, teniendo en cuenta sus coeficientes estequiométricos en la ecuación de reacción.

norte hora. =   norte Arr. (cont. distrito) -  norte Arr. (ref. pulg.) (9)

La ecuación (9) permite determinar tanto el efecto térmico de la reacción a partir de las entalpías de formación conocidas de las sustancias que participan en la reacción, como una de las entalpías de formación si el efecto térmico de la reacción y todas las demás entalpías de formación son conocido.

El efecto térmico de una reacción química es el efecto energético de un proceso que ocurre a temperatura constante. Utilizando datos de referencia relacionados con 298 K, es posible calcular los efectos térmicos de las reacciones que ocurren a esta temperatura. Sin embargo, al realizar cálculos termoquímicos, que generalmente permiten un ligero error, se pueden utilizar valores estándar del calor de formación incluso cuando las condiciones del proceso difieren de las estándar.

Efectos térmicos de las transformaciones de fase. Las transformaciones de fase suelen acompañar a las reacciones químicas. Sin embargo, los efectos térmicos de las transformaciones de fase suelen ser menores que los efectos térmicos de las reacciones químicas. A continuación se muestran ejemplos de ecuaciones termoquímicas para algunas transformaciones de fase:

H2O (l)  H2O (g),  h = 44,0 kJ/mol,

H2O (k)  H2O (l),  h = 6,0 kJ/mol,

Yo 2(k)  Yo 2(g) ,  h = 62,24 kJ/mol.

Con base en los datos anteriores se puede observar que una transición de fase de un estado más a uno menos condensado conduce a un aumento en la entalpía del sistema (se absorbe calor; el proceso es endotérmico).

t
Y
GRAMO

La transición de una sustancia de un estado amorfo a un estado cristalino siempre va acompañada de la liberación de calor (  h <0) – процесс экзотермический:

Sb (amorfo)  Sb (k) ,  h = -10,62 kJ/mol,

B 2 O 3 (amorfo)  B 2 O 3 (k),  h = -25,08 kJ/mol.

Procesos espontáneos y no espontáneos. Muchos procesos se llevan a cabo de forma espontánea, es decir, sin gasto de trabajo externo. Como resultado, se puede obtener trabajo contra fuerzas externas, proporcional al cambio de energía del sistema que se ha producido. Por lo tanto, el agua fluye espontáneamente por un conducto inclinado o el calor se transfiere de un cuerpo más calentado a uno menos calentado. Durante un proceso espontáneo, el sistema pierde su capacidad de producir trabajo útil.

Un proceso espontáneo no puede proceder en la dirección opuesta tan espontáneamente como en la dirección hacia adelante.. Por lo tanto, el agua no puede fluir por sí sola por un conducto inclinado, y el calor no puede pasar por sí solo de un cuerpo frío a uno caliente. Para bombear agua hacia arriba o transferir calor de la parte fría del sistema a la parte caliente, es necesario realizar trabajos en el sistema. Para procesos que son inversos a los espontáneos, el término “ no espontáneo».

Al estudiar interacciones químicas, es muy importante evaluar la posibilidad o imposibilidad de que ocurran espontáneamente en determinadas condiciones, para averiguarlo. tipo químicocantidad de sustancias. Debe existir un criterio con cuya ayuda sería posible establecer la viabilidad fundamental, la dirección y los límites del curso espontáneo de la reacción a determinadas temperaturas y presiones. La primera ley de la termodinámica no proporciona tal criterio. El efecto térmico de una reacción no determina la dirección del proceso: tanto reacciones exotérmicas como endotérmicas pueden ocurrir espontáneamente.

El criterio para la ocurrencia espontánea de un proceso de forma aislada.sistemas de baño dasegunda ley de la termodinámica . Antes de pasar a considerar esta ley, introduzcamos una idea de la función termodinámica del estado del sistema, llamada entropía.

Entropía. Para caracterizar el estado de una determinada cantidad de una sustancia, que es un conjunto de una gran cantidad de moléculas, se puede indicar la temperatura, la presión y otros parámetros termodinámicos del estado del sistema, o indicar las coordenadas instantáneas de cada una. molécula ( X i , y i , z i) y velocidad de movimiento en las tres direcciones (v xi , v yi , v zi ). En el primer caso se caracteriza el macroestado del sistema, en el segundo, el microestado. Cada macroestado está asociado con una gran cantidad de microestados. El número de microestados con cuya ayuda se realiza un macroestado determinado se llama terprobabilidad moddinámica del estado del sistema y denotar W..

La probabilidad termodinámica del estado de un sistema que consta de solo 10 moléculas de gas es de aproximadamente 1000, pero solo 1 cm 3 de gas contiene 2,710 19 moléculas (n.s.). Para pasar a números que son más convenientes para la percepción y los cálculos, en termodinámica no utilizan la cantidad W., y su logaritmo lnW. A este último se le puede dar la dimensión (J/K) multiplicando por la constante de Boltzmann k:

klnW =S. (10)

Tamaño S llamado entropía sistemas.

La entropía es una función termodinámica del estado de un sistema y su valor depende de la cantidad de sustancia en cuestión. Por lo tanto, es aconsejable relacionar el valor de entropía con un mol de una sustancia (J/(molK)) y expresarlo como

RlnW = S. (11)

Dónde r = kN A – constante molar de los gases;

norte A– La constante de Avogadro.

De la ecuación (11) se deduce que la entropía del sistema aumenta en proporción al logaritmo de la probabilidad termodinámica del estado. W.. Esta relación subyace a la termodinámica estadística moderna.

En pag =constante La entropía es función de la temperatura. T, Además, el punto de congelación y el punto de ebullición son aquellos puntos en los que la entropía cambia de forma especialmente brusca y abrupta.

Entonces, entropía Ses una medida del desorden del sistema. Los “portadores” de entropía son los gases. Si durante una reacción aumenta el número de moles de sustancias gaseosas, entonces la entropía también aumenta.. Aquellos. Sin realizar cálculos, es posible, si es necesario, determinar el signo del cambio en la entropía del sistema:

C (k) + O 2 (g) = CO 2 (g), S  0;

2C (k) + O 2 (g) = 2СО (g), S > 0;

norte2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g) , S< 0.

La tabla A.1 muestra los valores S algunas sustancias (tenga en cuenta que se conocen los valores absolutos de la entropía de las sustancias, mientras que los valores absolutos de la función Ud. Y h no conocida).

Porque la entropía es una función del estado del sistema, entonces cambio de entropía ( S) en una reacción química es igual a la suma de las entropías de los productos de la reacción menos la suma de las entropías de las sustancias de partidateniendo en cuenta sus coeficientes estequiométricos en la ecuación de reacción.

S hora. =  S Arr. (cont. distrito) - S Arr. (ref. pulg.) (12)

Dirección y límite de procesos en forma aislada.sistemas. Segunda ley de la termodinámica. Los sistemas aislados no intercambian calor ni trabajan con el ambiente externo. Con base en la ecuación (9), se puede argumentar que cuando q = 0 Y A = 0 magnitud  Ud. también es cero, es decir, la energía interna de un sistema aislado es constante (Ud.= constante); su volumen también es constante (V = constante). En sistemas aisladosSólo aquellos procesos que van acompañados deaumento de la entropía del sistema: S>0 ; en este caso, el límite para el curso espontáneo del proceso es alcanzar la entropía máxima S max para las condiciones dadas.

La disposición considerada representa una de las formulaciones segunda ley de la termodinámica (la ley es de naturaleza estadística, es decir, es aplicable sólo a sistemas que constan de una gran cantidad de partículas). El requisito de constancia de la energía interna y el volumen del sistema excluye el uso de la entropía como criterio para la dirección y el límite de ocurrencia de reacciones químicas, en las que la energía interna de las sustancias cambia inevitablemente, y también se realiza trabajo de expansión en contra. presión externa.

Factores de entropía y entalpía de reacciones químicas.Ocurriendo en condiciones isobáricas-isotermas. La fuerza impulsora de un proceso que ocurre en condiciones isobáricas-isotermas puede ser el deseo del sistema de pasar a un estado con la menor energía, es decir, liberar calor al medio ambiente, reducir la entalpía ( h<0), o el deseo del sistema de pasar a un estado con la mayor probabilidad termodinámica, es decir, aumentar la entropía ( S>0). Si el proceso se desarrolla de tal manera que  h=0 , entonces el crecimiento de la entropía se convierte en su única fuerza impulsora. Y, a la inversa, siempre que  S = 0 la única fuerza impulsora del proceso es la pérdida de entalpía. En este sentido, podemos hablar de entalpía.  h y entropía t S factores del proceso.

Trabajo máximo. El químico físico holandés Van't Hoff propuso una nueva teoría de la afinidad química que, sin explicar la naturaleza de la afinidad química, se limita a indicar el método de su medición, es decir, da una evaluación cuantitativa de la afinidad química.

Van't Hoff utiliza el trabajo máximo como medida de afinidad química A o A para reacciones que ocurren en V, t= constante o pag, T = constante en consecuencia.

El trabajo máximo es igual a la energía que se debe aplicar al sistema para detener la reacción, es decir, para vencer las fuerzas de afinidad química. Dado que la reacción procede en la dirección de realizar un trabajo máximo positivo, el signo A o A Determina la dirección del flujo espontáneo de la interacción química.

El trabajo máximo a volumen constante es

A = -  U+T S(13)

A = -(U 2 -U 1 ) + T(S 2 - S 1 ) = -[(U 2 – T.S. 2 ) – (Ud. 1 – T.S. 1 )] (14)

donde U 1, S 1 y U 2, S 2 son los valores de la energía interna y la entropía del sistema en los estados inicial y final, respectivamente.

Diferencia (Ud. - T.S.) llamado energía de helmholtz sistemas y se designan con la letra F. De este modo,

A = -  F. (15)

Objeto del trabajo: Familiarización con la tecnología de preparación de agua para centrales nucleares mediante el método de intercambio iónico y comparación de la calidad del agua: para las necesidades tecnológicas de centrales nucleares, agua potable y de lago. Familiarización con la tecnología de preparación de agua para centrales nucleares mediante el método de intercambio iónico y comparación de la calidad del agua: para las necesidades tecnológicas de centrales nucleares, agua potable y de lago.

Objetivos del trabajo Objetivos del trabajo: estudiar las necesidades de agua utilizada para necesidades tecnológicas en una central nuclear moderna utilizando el ejemplo de la central nuclear de Kalinin. estudie los requisitos de agua utilizada para necesidades tecnológicas en una central nuclear moderna utilizando el ejemplo de la central nuclear de Kalinin. familiarizarse con la teoría del método de intercambio iónico, familiarizarse con la teoría del método de intercambio iónico, visitar la estación de toma de agua de Udomlya y familiarizarse con la composición química del agua potable y del agua del lago. Visite la estación de toma de agua de Udomlya y conozca la composición química del agua potable y del agua del lago. comparar los indicadores del análisis químico del agua potable y el agua del segundo circuito de una central nuclear. comparar los indicadores del análisis químico del agua potable y el agua del segundo circuito de una central nuclear.

Objetivos del trabajo Objetivos del trabajo: visitar el taller químico de la central nuclear de Kalinin y familiarizarse: visitar el taller químico de la central nuclear de Kalinin y familiarizarse con: el proceso de preparación del agua durante el tratamiento químico del agua; con el proceso de potabilización de agua en una planta desalinizadora de bloques; visitar el laboratorio expreso del segundo circuito; visitar el laboratorio expreso del segundo circuito; familiarizarse teóricamente con el trabajo del tratamiento especial de agua. familiarizarse teóricamente con el trabajo del tratamiento especial de agua. Sacar conclusiones sobre la importancia del intercambio iónico en la preparación del agua. Sacar conclusiones sobre la importancia del intercambio iónico en la preparación del agua.

Los equipos de las centrales nucleares están sujetos a estrictos requisitos de seguridad, fiabilidad y eficiencia operativa. Los equipos de las centrales nucleares están sujetos a estrictos requisitos de seguridad, fiabilidad y eficiencia operativa. El régimen de química del agua de una central nuclear debe organizarse de modo que la corrosión y otros impactos en los equipos y tuberías de los sistemas de la central nuclear no conduzcan a una violación de los límites y condiciones de su operación segura. El régimen de química del agua de una central nuclear debe organizarse de modo que la corrosión y otros impactos en los equipos y tuberías de los sistemas de la central nuclear no conduzcan a una violación de los límites y condiciones de su operación segura. Relevancia

Características comparativas del agua potable y el agua del 2º circuito de una central nuclear Indicador Unidad de medida Agua potable MPC Agua del 2º circuito Valores de control Femg/l0.0945.00.005

Diagrama esquemático de la parte de desalación del tratamiento químico del agua (ionización) Para preparar BSN FSD 14 OH II BCHOV OH I 10 H I H II 78 Agua prepurificada (clarificada)

El 100% del condensado pasa a través de filtros electromagnéticos, a través de filtros de acción mixta es posible pasar tanto el 100% del agua como parte de ella. Así, con un filtro de acción mixta en funcionamiento (limpiando el 20% del condensado), la conductividad eléctrica específica disminuyó: χ = 0,23 µS/cm - antes de la planta desaladora de bloques y χ = 0,21 µS/cm - después de la planta desaladora de bloques .

Una unidad de potencia con reactores tipo VVER-1000 cuenta con cuatro circuitos cerrados para la recolección y procesamiento de aguas residuales: fugas organizadas y agua de purga del circuito primario; concentrado de boro; agua de purga del generador de vapor; Agua de drenaje y agua especial para lavado. Estas instalaciones incluyen: filtros mecánicos, filtros de cationes H y aniones OH.

Conclusión Todo el drenaje de los equipos de pretratamiento y tratamiento químico del agua se recoge en un tanque de agua de drenaje subterráneo. Después de la neutralización, el agua se suministra al bloque filtrante del lugar de enterramiento profundo. El agua sedimentada se bombea a pozos a una profundidad de aproximadamente 1,5 km. Por tanto, la puesta en servicio de un vertedero profundo elimina la posibilidad de vertido de aguas residuales industriales no radiactivas al medio ambiente.

Conclusión La preparación de agua mediante el método de intercambio iónico le permite alcanzar los valores requeridos para un funcionamiento seguro, confiable y económico del equipo. Sin embargo, este es un proceso bastante costoso: el costo de 1 m 3 de agua potable es de 6,19 rublos y el costo de 1 m 3 de agua desalada químicamente es de 20,4 rublos. (datos de 2007): por qué se utilizan ciclos cerrados de circulación de agua.

Actualmente, es difícil sobreestimar el desarrollo de diversas ramas de la industria química, así como los logros de la ciencia química. La quimización de la economía nacional es parte integral del progreso técnico y está estrechamente relacionada con él. Hay más de 7.000 revistas científicas en todo el mundo que publican nuevos materiales científicos sobre química. De media, se publican más de 100.000 artículos al año. La mejora de las instalaciones de producción química que producen una amplia variedad de productos ha llevado al desarrollo acelerado de la industria química durante los últimos 30 a 40 años. En los últimos 70 años se han creado nuevas industrias: en particular, caucho sintético, fibras y plásticos químicos, fertilizantes minerales, productos fitosanitarios, vitaminas, antibióticos, etc. Muchos polímeros y caucho se utilizan ampliamente en la fabricación de diversas piezas de máquinas. . El petróleo, el carbón, el gas natural, el agua, la madera, etc. son las fuentes más importantes de materias primas para la industria química.

La quimización de la economía nacional es una de las áreas de progreso técnico que contribuye a la intensificación y el desarrollo acelerado de la industria y la agricultura. No hay una sola industria que no utilice productos de petróleo y gas natural. La capacidad de producción de las industrias petroquímica y química se ha multiplicado muchas veces. Además, han surgido muchos procesos tecnológicos nuevos diseñados para la producción a gran escala, y el rápido crecimiento de los polímeros ha estimulado el desarrollo acelerado de la petroquímica, que, junto con la energía, la metalurgia y la ingeniería mecánica, garantiza el progreso técnico en muchas industrias.

Una característica especial de la industria química es la producción de una amplia gama de productos diferentes. Sólo procesando benceno se pueden obtener hexaclorano, clorobenceno, cloruro de bencenosulfonilo, nitrobenceno, fenol, etc. La química moderna se distingue por una variedad de rutas de síntesis. Existen de 20 a 80 esquemas teóricos por esquema tecnológico. Al mismo tiempo, todos los esquemas de procesos tecnológicos existentes se mejoran constantemente. Al mismo tiempo, se desarrollan constantemente métodos tecnológicos para proteger el medio ambiente de la contaminación por emisiones químicas industriales. Un papel importante en esto lo juega la creación e implementación de tecnología libre de residuos para la obtención de materias primas, productos semiacabados y productos terminados. Mantener limpio el medio ambiente es un gran problema social relacionado con el mantenimiento de la salud de las personas. Al mismo tiempo, se combina con una importante tarea económica: el reciclaje y la vuelta a la producción de productos valiosos, materias primas, materiales y agua. Es necesario crear procesos, equipos, esquemas tecnológicos que prevengan la contaminación ambiental. Los cambios tecnológicos deben seguir el camino de reducir la cantidad de emisiones y residuos, reducir el costo de purificar los gases y el agua que circulan en los sistemas de producción y convertirse en empresas de uso integrado de materias primas que funcionen sin residuos. Para crear una producción industrial libre de residuos a escala nacional, se necesitan bases científicas y técnicas para planificar y diseñar complejos territoriales-industriales regionales, en los que los residuos de algunas empresas puedan servir como materia prima para otras. La introducción de tales complejos requiere la reestructuración de las conexiones entre empresas y sectores de la economía nacional, lo que supone un gran coste. Sobre la base de los avances científicos y prácticos existentes, hoy ya es posible crear sistemas económicos y de producción regionales con un alto nivel de cierre en el uso de recursos materiales.

Los procesos químicos se pueden automatizar y optimizar fácilmente. Por lo tanto, en un futuro próximo, los sistemas automatizados de control de procesos, las computadoras para realizar experimentos, la automatización y la racionalización de la recuperación de información se convertirán en algo común.

Los procesos químicos requieren menos costos que otros procesos y son altamente productivos. Actualmente, la síntesis de sustancias químicas que utilizan campos magnéticos de alto voltaje no se lleva a cabo en condiciones de producción. Estas síntesis, al igual que las electrosíntesis, requieren más estudios. Ya hoy se están realizando pruebas sobre algunas reacciones de reducción, oxidación de hidrocarburos, producción de compuestos organometálicos con la participación del metal electrodo, fluoración anódica, producción de sebacato de dimetilo de óxido de propileno para la producción; plásticos y fibras artificiales, iniciación electroquímica de la polimerización, etc.

El último de estos procesos es de gran interés para la posible protección de los metales contra la corrosión, ya que se pueden aplicar compuestos poliméricos a la superficie de los metales.

La química juega un papel extremadamente importante en la creación de productos alimenticios sintéticos. Algunos de ellos ya se pueden obtener hoy en condiciones de laboratorio. Revelar los secretos de la forma química del movimiento de la materia contribuirá al desarrollo de la industria química.

El aspecto más importante del problema de la interacción entre la energía y el medio ambiente en nuevas condiciones es la influencia inversa cada vez mayor: el papel determinante de las condiciones ambientales en la solución de problemas energéticos prácticos (elección del tipo de instalaciones energéticas, ubicación de las empresas, elección de la unidad). capacidades de los equipos energéticos, etc.).

Así, en la etapa actual, el problema de la interacción entre la energía y el medio ambiente es muy multifacético, está en la vanguardia del pensamiento científico y técnico y requiere una atención especial. Un gran número de estudios heterogéneos para determinar los efectos individuales de las instalaciones energéticas en los ríos, en la pureza del aire en las ciudades, en la vegetación, etc. son realizados por hidrólogos, climatólogos, geógrafos, geólogos, biólogos, etc. sobre cuestiones individuales no pudo dar una descripción general del estado del problema, la acumulación de un volumen de materiales contribuyó a la preparación de una etapa cualitativamente nueva en el enfoque de su consideración.

La industria energética moderna se compone de grandes asociaciones con una alta concentración de producción de energía, centralización de su distribución, amplias posibilidades para la intercambiabilidad de recursos energéticos y conexiones internas y externas desarrolladas. Estas características confieren a la energía las características de los grandes sistemas, para cuyo estudio, en el nivel actual de conocimiento, se utiliza productivamente el análisis de sistemas. El desarrollo energético tiene un impacto en diversos componentes del medio natural: la atmósfera (consumo de oxígeno, emisiones de gases, vapores y partículas sólidas), la hidrosfera (consumo de agua, transferencia de aguas residuales, creación de nuevos embalses, vertidos de aguas contaminadas y calentadas). , residuos líquidos) y la litosfera (consumo de combustibles fósiles, cambios en el equilibrio hídrico, cambios en el paisaje, emisiones de sustancias tóxicas sólidas, líquidas y gaseosas en la superficie y en las profundidades). Actualmente, este impacto se está volviendo global, afectando a todos los componentes estructurales de nuestro planeta. La variedad de estructuras, propiedades y fenómenos, que existen como un todo con conexiones internas y externas desarrolladas, nos permite caracterizar el medio ambiente como un gran sistema complejo. Desde un punto de vista humano, el objetivo principal de este gran sistema es garantizar un funcionamiento en equilibrio o cercano a él.

Es obvio que las tareas de desarrollar energía y mantener el equilibrio del funcionamiento natural del medio ambiente natural implican una contradicción objetiva. La interacción de la energía con el medio ambiente ocurre en todas las etapas de la jerarquía del complejo energético y de combustible: producción, procesamiento, transporte, transformación y uso de energía. Esta interacción se debe tanto a los métodos de extracción, procesamiento y transporte de recursos asociados con el impacto en la estructura y el paisaje de la litosfera, el consumo y la contaminación de las aguas de mares, ríos, lagos, cambios en el equilibrio de las aguas subterráneas, la liberación de calor y sustancias sólidas, líquidas y gaseosas a todos los ambientes, y el aprovechamiento de energía eléctrica y térmica procedente de redes generales y fuentes autónomas. La etapa actual del problema de la interacción entre la energía y el medio ambiente debe considerarse como el resultado del complejo desarrollo histórico de estos grandes sistemas que interactúan. Al mismo tiempo, existen diferencias fundamentales en su desarrollo: los cambios fundamentales en el entorno natural ocurren en una escala de tiempo geológico y los cambios en la escala del desarrollo energético ocurren en períodos de tiempo históricamente cortos.

Puntos de vista