Ev » Saç kesimi » Kimyasal reaksiyonların enerjisi. Kimya endüstrisinde enerji

Kimyasal reaksiyonların enerjisi. Kimya endüstrisinde enerji

Medeniyetin gelişiminin tüm tarihi enerji kaynakları arayışıdır. Bu bugün hala çok alakalı. Sonuçta enerji, sanayinin daha da gelişmesi, sürdürülebilir hasat elde edilmesi, şehirlerin iyileştirilmesi ve doğanın uygarlığın açtığı yaraları iyileştirmesine yardımcı olmak için bir fırsattır. Dolayısıyla enerji sorununun çözümü küresel çabalar gerektiriyor. Kimya, modern doğa bilimi ile modern teknoloji arasında bir bağlantı olarak önemli katkılarda bulunmaktadır.

Enerji temini, herhangi bir ülkenin sosyo-ekonomik kalkınmasının, sanayisinin, ulaşımının, tarımının, kültürel ve günlük yaşamının en önemli koşuludur.

Ancak önümüzdeki on yılda enerji çalışanları henüz odun, kömür, petrol veya gazda indirim yapmayacak. Aynı zamanda enerji üretmenin yeni yollarını yoğun bir şekilde geliştirmeleri gerekiyor.

Kimya endüstrisi, ürettiği geniş ürün yelpazesi nedeniyle ulusal ekonominin tüm sektörleriyle yakın ilişkiler içerisindedir. Bu üretim alanı yüksek malzeme yoğunluğu ile karakterize edilir. Üretimdeki malzeme ve enerji maliyetleri, nihai ürünün maliyetinin 2/3'ü ila 4/5'i arasında değişebilir.

Kimya teknolojisinin gelişimi, hammadde ve enerjinin entegre kullanımı, sürekli ve atıksız proseslerin kullanılması, çevrenin çevre güvenliğinin dikkate alınması, yüksek basınç ve sıcaklıkların kullanılması, otomasyon ve otomasyon alanındaki ilerlemeler yolunu izlemektedir. sibernetizasyon.

Kimya endüstrisi özellikle çok fazla enerji tüketmektedir. Enerji endotermik işlemler, malzemelerin taşınması, katıların ezilmesi ve öğütülmesi, filtreleme, gazların sıkıştırılması vb. için harcanır. Kalsiyum karbür, fosfor, amonyak, polietilen, izopren, stiren vb. üretiminde önemli enerji harcamaları gerekir. Birlikte kimyasal üretim Petrokimya üretimi ile sanayinin enerji yoğun alanlarıdır. Endüstriyel ürünlerin neredeyse yüzde 7'sini üreten bu şirketler, tüm sanayinin kullandığı enerjinin yüzde 13-20'sini tüketiyor.

Enerji kaynakları çoğunlukla geleneksel yenilenemeyen doğal kaynaklardır - kömür, petrol, doğal gaz, turba, şist. Son zamanlarda çok çabuk tükeniyorlar. Petrol ve doğal gaz rezervleri özellikle hızlı bir şekilde azalıyor ancak sınırlı ve telafisi mümkün değil. Bunun bir enerji sorunu yaratması şaşırtıcı değil.

80 yıl boyunca, bazı ana enerji kaynaklarının yerini diğerleri aldı: odunun yerini kömür, kömürün yerini petrol, petrolün yerini gaz, hidrokarbon yakıtının yerini nükleer yakıt aldı. 80'li yılların başında dünya enerji talebinin yaklaşık %70'i petrol ve doğal gazdan, %25'i kömür ve kahverengi kömürden ve yalnızca %5'i diğer enerji kaynaklarından karşılanıyordu.

Farklı ülkelerde enerji sorunu farklı şekilde çözülüyor, ancak kimya her yerde çözümüne önemli katkı sağlıyor. Bu nedenle kimyagerler gelecekte (yaklaşık 25-30 yıl daha) petrolün lider konumunu koruyacağına inanıyor. Ancak enerji kaynaklarına katkısı gözle görülür şekilde azalacak ve kömür, gaz, nükleer yakıttan hidrojen enerjisi, güneş enerjisi, dünyanın derinliklerinden gelen enerji ve biyoenerji dahil diğer yenilenebilir enerji türlerinin artan kullanımıyla telafi edilecek.

Zaten bugün kimyagerler, yakıt kaynaklarının maksimum ve kapsamlı enerji-teknolojik kullanımı - çevreye olan ısı kayıplarını azaltmak, ısıyı geri dönüştürmek, yerel yakıt kaynaklarının kullanımını maksimuma çıkarmak vb. - konusunda endişe duymaktadırlar.

Yakıt türleri arasında en kıt olanı sıvı olduğundan, birçok ülke kömürün sıvı (aynı zamanda gazlı) yakıta dönüştürülmesi için uygun maliyetli bir teknoloji oluşturmak üzere büyük fonlar ayırmıştır. Rusya ve Almanya'dan bilim insanları bu alanda işbirliği yapıyor. Kömürü sentez gazına dönüştürmenin modern sürecinin özü aşağıdaki gibidir. 3000°C'ye ısıtılan plazma jeneratörüne su buharı ve oksijen karışımı beslenir. Ve sonra sıcak gaz meşalesine kömür tozu girer ve kimyasal reaksiyon sonucunda bir karbon monoksit (II) ve hidrojen karışımı oluşur, yani. sentez gazı. Metanol bundan elde edilir: CO+2H2CH3OH. Metanol içten yanmalı motorlarda benzinin yerini alabilir. Çevre sorunlarının çözümü açısından petrol, gaz ve kömürle karşılaştırıldığında avantajlıdır ancak maalesef yanma ısısı benzininkinden 2 kat daha düşüktür ve ayrıca bazı metallere ve plastiklere karşı agresiftir.

Önemli bir kısmı yer altı çukurlarında kalan bağlayıcı yağın (yüksek moleküler ağırlıklı hidrokarbonlar içeren) uzaklaştırılması için kimyasal yöntemler geliştirilmiştir. Petrol verimini arttırmak için formasyonlara enjekte edilen suya yüzey aktif maddeler eklenir, molekülleri petrol-su arayüzüne yerleştirilir ve bu da petrolün hareketliliğini arttırır.

Yakıt kaynaklarının gelecekte yenilenmesi, sürdürülebilir kömür işlemeyle birleştirilir. Örneğin ezilmiş kömür yağla karıştırılır ve elde edilen macun basınç altında hidrojene maruz bırakılır. Bu, bir hidrokarbon karışımı üretir. 1 ton yapay benzin üretmek için yaklaşık 1 ton kömür ve 1.500 m3 hidrojen harcanıyor. Yapay benzin şu ana kadar petrolden üretilenden daha pahalı, ancak temel olarak çıkarılma olasılığı önemli.

Hidrojenin yanmasına dayanan ve zararlı emisyonların oluşmadığı hidrojen enerjisi oldukça umut verici görünüyor. Ancak gelişimi için hidrojenin maliyetinin azaltılması, güvenilir depolama ve taşıma araçlarının oluşturulması vb. ile ilgili bir takım sorunların çözülmesi gerekmektedir. Bu sorunlar çözülebilirse hidrojen havacılıkta, suda ve karada yaygın olarak kullanılacaktır. ulaşım, endüstriyel ve tarımsal üretim.

Nükleer enerji tükenmez olasılıklar içeriyor; elektrik ve ısı üretimine yönelik gelişimi, önemli miktarda fosil yakıtın açığa çıkmasını mümkün kılıyor. Burada kimyagerler, nükleer enerjiyi kullanarak endotermik reaksiyonlar sırasında ortaya çıkan enerji maliyetlerini karşılamak için karmaşık teknolojik sistemler oluşturma göreviyle karşı karşıyadır. Artık nükleer enerji, hızlı nötron reaktörlerinin yaygın olarak kullanılmaya başlanması yolunda gelişiyor. Bu tür reaktörler, 235U izotop bakımından zenginleştirilmiş (en az %20 oranında) uranyum kullanır ve bir nötron moderatörü gerektirmez.

Şu anda nükleer enerji ve reaktör inşası, büyük miktarda sermaye yatırımı gerektiren güçlü bir endüstridir. Birçok ülke için önemli bir ihracat kalemidir. Reaktörler ve yardımcı ekipmanlar, yüksek frekanslar da dahil olmak üzere özel malzemeler gerektirir. Kimyagerlerin, metalurjistlerin ve diğer uzmanların görevi bu tür malzemeler yaratmaktır. Kimyacılar ve diğer ilgili mesleklerin temsilcileri de uranyum zenginleştirme üzerinde çalışıyor.

Günümüzde nükleer enerji, fosil yakıtları yalnızca elektrik üretimi alanından değil, aynı zamanda ısı tedarikinden ve bir dereceye kadar enerji teknolojik önemi olan reaktörler yaratarak metalurji ve kimya endüstrilerinden de değiştirme göreviyle karşı karşıyadır.

Nükleer enerji santralleri gelecekte hidrojen üretimi için başka bir uygulama alanı bulacaktır. Üretilen hidrojenin bir kısmı kimya endüstrisi tarafından tüketilecek, diğer kısmı ise pik yüklerde çalıştırılan gaz türbini ünitelerine güç sağlamak için kullanılacak.

Güneş pillerinin üretiminde ana yarı iletken malzeme silikon ve silikon bileşikleridir. Kimyacılar artık enerjiyi dönüştüren yeni malzemeler geliştirmeye çalışıyorlar. Bunlar enerji depolama cihazları olarak farklı tuz sistemleri olabilir. Güneş enerjisinin daha fazla başarısı, kimyagerlerin enerji dönüşümü için sunduğu malzemelere bağlıdır.

Yeni milenyumda, güneş enerjisinin gelişmesi, evsel atıkların metan fermantasyonu ve diğer geleneksel olmayan enerji üretimi kaynakları nedeniyle elektrik üretiminde bir artış meydana gelecektir.

Dev enerji santrallerinin yanı sıra, kimyasal reaksiyonların enerjisini doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren otonom kimyasal akım kaynakları da bulunmaktadır. Kimya bu sorunun çözümünde önemli bir rol oynamaktadır. 1780 yılında İtalyan doktor L. Galvani, kurbağanın kesilen bacağına farklı metallerden yapılmış tellerle dokunduktan sonra kasılmasını gözlemleyerek, kaslarda elektrik olduğuna karar vermiş ve buna "hayvan elektriği" adını vermiştir. Vatandaşının deneyimini sürdüren A. Volta, elektrik kaynağının hayvanın vücudu olmadığını öne sürdü: elektrik akımı farklı metal tellerin temasından kaynaklanıyor. Modern galvanik hücrelerin "atası", 1800 yılında A. Volta tarafından yaratılan "elektrik direği" olarak düşünülebilir. Bu buluş, birkaç çift metal plakadan oluşan bir tabaka pastasına benziyor: bir plaka çinkodan yapılmış, ikincisi yapılmış bakır, üst üste istiflenir ve aralarına seyreltik sülfürik asitle ıslatılmış keçe bir ped ile yerleştirilir. 1867 yılında W. Siemens tarafından Almanya'da icat edilmeden önce. Galvanik dinamolar elektrik akımının tek kaynağıydı. Havacılık, denizaltı filosu, roketçilik ve elektroniğin otonom enerji kaynaklarına ihtiyaç duyduğu günümüzde, bilim adamlarının dikkati yine onlara çekiliyor.

Makale

Enerji problemlerinin çözümünde kimyanın rolü

giriiş

Medeniyetin gelişiminin tüm tarihi enerji kaynakları arayışıdır. Bu bugün hala çok alakalı. Sonuçta enerji, sanayinin daha da gelişmesi, sürdürülebilir hasat elde edilmesi, şehirlerin iyileştirilmesi ve doğanın uygarlığın açtığı yaraları iyileştirmesine yardımcı olmak için bir fırsattır. Bu nedenle enerji sorununun çözümü küresel çabalar gerektiriyor .

1. Modern kimyanın kökenleri ve 21. yüzyıldaki sorunları

kimya topluluğu enerji

Orta Çağ'ın sonu, okültlerden kademeli bir geri çekilme, simyaya olan ilginin azalması ve doğanın yapısına mekanik bir bakış açısının yayılmasıyla işaretlendi.

Iatrokimya.

Paracelsus simyanın amaçları konusunda tamamen farklı görüşlere sahipti. İsviçreli doktor Philip von Hohenheim, seçtiği bu isimle tarihe geçti. İbn Sina gibi Paracelsus da simyanın asıl görevinin altın elde etmenin yollarını aramak değil, ilaç üretimi olduğuna inanıyordu. Simya geleneğinden, uçuculuk, yanıcılık ve sertlik özelliklerine karşılık gelen maddenin üç ana bölümünün (cıva, kükürt, tuz) olduğu doktrinini ödünç aldı. Bu üç unsur makrokozmosun temelini oluşturur ve ruh, ruh ve bedenin oluşturduğu mikrokozmosla ilişkilidir. Hastalıkların nedenlerini belirlemeye devam eden Paracelsus, ateş ve vebanın vücutta aşırı kükürt nedeniyle meydana geldiğini, aşırı cıva felcinin meydana geldiğini vb. Tüm iatrokimyacıların bağlı olduğu prensip, tıbbın bir kimya meselesi olduğu ve her şeyin, doktorun saf prensipleri saf olmayan maddelerden ayırma yeteneğine bağlı olduğuydu. Bu şema dahilinde tüm vücut fonksiyonları kimyasal işlemlere indirgenmişti ve simyacının görevi kimyasal maddeleri tıbbi amaçlar için bulmak ve hazırlamaktı.

İyatrokimyasal yönün ana temsilcileri mesleği doktor olan Jan Helmont'du; Bir hekim olarak büyük üne sahip olan ve iyatrokimya öğretisinden "spiritüel" ilkeleri çıkaran Francis Sylvius; Andreas Libavi, Rothenburg'lu doktor.

Araştırmaları kimyanın bağımsız bir bilim olarak oluşmasına büyük katkı sağladı.

Mekanik felsefe.

İatrokimyanın etkisinin azalmasıyla birlikte doğa filozofları yeniden eskilerin doğa hakkındaki öğretilerine yöneldiler. 17. yüzyılda öne çıktı. atomistik görüşler ortaya çıktı. En önde gelen bilim adamlarından biri - parçacık teorisinin yazarları - filozof ve matematikçi Rene Descartes'ti. Görüşlerini 1637'de Metod Üzerine Söylem adlı makalesinde özetledi. Descartes, tüm cisimlerin "etraflarında hiçbir boşluk kalmayacak şekilde birbirine tam olarak uymayan, çeşitli şekil ve boyutlarda çok sayıda küçük parçacıktan oluştuğuna" inanıyordu; bu boşluklar boş değil, fakat... seyrekleşmiş maddeyle dolu." Descartes "küçük parçacıklarının" atom olduğunu düşünmüyordu. bölünmez; maddenin sonsuz bölünebilirliği görüşünü savundu ve boşluğun varlığını reddetti.

Descartes'ın en önemli rakiplerinden biri Fransız fizikçi ve filozof Pierre Gassendi'ydi.

Gassendi'nin atomizmi esasen Epikuros'un öğretilerinin yeniden anlatımıydı; ancak ikincisinden farklı olarak Gassendi, atomların Tanrı tarafından yaratıldığını kabul etti; Tanrı'nın, tüm cisimleri oluşturan belirli sayıda bölünmez ve nüfuz edilemez atom yarattığına inanıyordu; Atomlar arasında mutlak boşluk olmalıdır.

17. yüzyılda kimyanın gelişiminde. İrlandalı bilim adamı Robert Boyle'un özel bir rolü var. Boyle, evrenin unsurlarının spekülatif olarak belirlenebileceğine inanan eski filozofların açıklamalarını kabul etmedi; Bu, The Skeptical Chemist adlı kitabının başlığına da yansıyor. Kimyasal elementlerin belirlenmesinde deneysel yaklaşımın destekçisi olarak, gerçek elementlerin varlığını bilmiyordu, ancak neredeyse bunlardan birini - fosforu - kendisi keşfediyordu. Boyle genellikle "analiz" terimini kimyaya kazandıran kişi olarak kabul edilir. Nitel analiz üzerine yaptığı deneylerde çeşitli göstergeler kullanmış ve kimyasal afinite kavramını ortaya atmıştır. Boyle, Galileo Galilei Evangelista Torricelli'nin yanı sıra 1654 yılında "Magdeburg yarımkürelerini" gösteren Otto Guericke'nin çalışmalarına dayanarak tasarladığı hava pompasını anlattı ve U şeklinde bir tüp kullanarak havanın elastikiyetini belirlemek için deneyler yaptı. Bu deneylerin sonucunda, hava hacmi ile basınç arasındaki iyi bilinen ters orantı kanunu formüle edildi. 1668'de Boyle, yeni düzenlenen Londra Kraliyet Cemiyeti'nin aktif bir üyesi oldu ve 1680'de başkanı seçildi.

Biyokimya. Biyolojik maddelerin kimyasal özelliklerini inceleyen bu bilimsel disiplin, ilk olarak organik kimyanın dallarından biriydi. 19. yüzyılın son on yılında bağımsız bir bölge haline geldi. Bitki ve hayvan kökenli maddelerin kimyasal özellikleri üzerine yapılan çalışmalar sonucunda. İlk biyokimyacılardan biri Alman bilim adamı Emil Fischer'dı. Kafein, fenobarbital, glikoz ve birçok hidrokarbon gibi maddeleri sentezledi ve ilk kez 1878'de izole edilen enzimler - protein katalizörleri bilimine büyük katkılarda bulundu. Biyokimyanın bir bilim olarak oluşumu, yeni analitik yöntemlerin yaratılmasıyla kolaylaştırıldı. .

1923'te İsveçli kimyager Theodor Svedberg bir ultrasantrifüj tasarladı ve başta proteinler olmak üzere makromoleküllerin moleküler ağırlığını belirlemek için bir sedimantasyon yöntemi geliştirdi. Aynı yıl Svedberg'in asistanı Arne Tiselius, yüklü moleküllerin bir elektrik alanındaki göç hızındaki farka dayanan, dev molekülleri ayırmak için daha gelişmiş bir yöntem olan elektroforez yöntemini yarattı. 20. yüzyılın başında. Rus kimyager Mikhail Semenovich Tsvet, bitki pigmentlerini, karışımlarını bir adsorbanla dolu bir tüpten geçirerek ayırmak için bir yöntem açıkladı. Yönteme kromatografi adı verildi.

1944'te İngiliz kimyagerler Archer Martini Richard Singh, yöntemin yeni bir versiyonunu önerdiler: tüpü adsorban ve filtre kağıdıyla değiştirdiler. Kimya, biyoloji ve tıpta en yaygın analitik yöntemlerden biri olan kağıt kromatografisi bu şekilde ortaya çıktı; bunun yardımıyla 1940'ların sonlarında - 1950'lerin başlarında farklı proteinlerin parçalanmasından kaynaklanan amino asit karışımlarını analiz etmek mümkün oldu ve Proteinlerin bileşimini belirler. Özenli araştırmalar sonucunda insülin molekülündeki amino asitlerin sırası belirlendi ve 1964 yılına kadar bu protein sentezlendi. Günümüzde pek çok hormon, ilaç ve vitamin biyokimyasal sentez yöntemleri kullanılarak elde edilmektedir.

Kuantum kimyası. Niels Bohr, atomun kararlılığını açıklamak için modelinde elektron hareketinin klasik ve kuantum kavramlarını birleştirdi. Ancak böyle bir bağlantının yapaylığı daha baştan belliydi. Kuantum teorisinin gelişimi, maddenin yapısı, hareket, nedensellik, uzay, zaman vb. hakkındaki klasik fikirlerde bir değişikliğe yol açtı ve bu, dünya resminin radikal bir dönüşümüne katkıda bulundu.

20'li yılların sonlarında - 20. yüzyılın 30'lu yıllarının başlarında, kuantum teorisi temelinde atomun yapısı ve kimyasal bağların doğası hakkında temelde yeni fikirler oluşturuldu.

Albert Einstein, ışığın foton teorisini yarattıktan (1905) ve atomdaki elektronik geçişlerin istatistiksel yasalarını çıkardıktan (1917) sonra, fizikte dalga-parçacık problemi daha da ciddi hale geldi.

18. ve 19. yüzyıllarda optikteki aynı fenomeni açıklamak için dalga veya parçacık teorisini kullanan çeşitli bilim adamları arasında farklılıklar varsa, şimdi çelişki temel hale geldi: bazı fenomenler dalga konumundan, bazıları ise parçacık konumundan yorumlanıyordu. bir. Bu çelişkiye bir çözüm, 1924 yılında parçacığa dalga özellikleri atfeden Fransız fizikçi Louis Victor Pierre Raymond de Broglie tarafından önerildi.

De Broglie'nin madde dalgaları fikrine dayanarak, Alman fizikçi Erwin Schrödinger 1926'da sözde temel denklemi türetti. Dalga fonksiyonunu içeren ve bir kuantum sisteminin olası durumlarını ve bunların zaman içindeki değişimini belirlemeye olanak tanıyan dalga mekaniği. Schrödinger, klasik denklemleri dalga denklemlerine dönüştürmek için genel bir kural verdi. Dalga mekaniği çerçevesinde bir atom, sabit bir madde dalgasıyla çevrelenmiş bir çekirdek olarak temsil edilebilir. Dalga fonksiyonu, belirli bir noktada bir elektron bulmanın olasılık yoğunluğunu belirledi.

Aynı 1926'da, başka bir Alman fizikçi Werner Heisenberg, Bohr tarafından formüle edilen yazışma ilkesinden başlayarak, atomun kuantum teorisinin kendi versiyonunu matris mekaniği biçiminde geliştirdi.

Uygunluk ilkesine göre, kuantum sayısı arttıkça kuantum ayrıklığı sıfıra yaklaştığında kuantum fiziği yasalarının klasik yasalara dönüşmesi gerekir. Daha genel olarak, yazışma ilkesi şu şekilde formüle edilebilir: Eskisinden daha geniş bir uygulanabilirlik aralığı iddia eden yeni bir teori, ikincisini özel bir durum olarak içermelidir. Heisenberg'in kuantum mekaniği, sabit kuantize edilmiş enerji durumlarının varlığını açıklamayı ve çeşitli sistemlerin enerji seviyelerini hesaplamayı mümkün kıldı.

Friedrich Hund, Robert Sanderson Mulliken ve John Edward Lennard-Jones 1929'da moleküler yörünge yönteminin temellerini oluşturdular. MMO'nun temeli, bir molekül halinde birleşen atomların bireyselliklerinin tamamen kaybedilmesi fikridir. Dolayısıyla molekül atomlardan oluşmaz, birkaç atom çekirdeğinin ve kendi alanlarında hareket eden elektronların oluşturduğu yeni bir sistemdir. Hund ayrıca kimyasal bağların modern bir sınıflandırmasını da oluşturdu; 1931'de iki ana tür kimyasal bağın olduğu sonucuna vardı: basit veya ?-iletişim ve ?-iletişim. Erich Hückel, 1931'de bir maddenin aromatik seriye ait olup olmadığını belirleyen aromatik stabilite kuralını (4n+2) formüle ederek MO yöntemini organik bileşiklere genişletti.

Böylece kuantum kimyasında kimyasal bağları anlamaya yönelik iki farklı yaklaşım hemen ayırt edilir: moleküler yörüngeler yöntemi ve değerlik bağları yöntemi.

Kuantum mekaniği sayesinde 20. yüzyılın 30'lu yıllarına gelindiğinde atomlar arasında bağ oluşturma yöntemi büyük ölçüde açıklığa kavuşturuldu. Ayrıca kuantum mekaniği yaklaşımı çerçevesinde Mendeleev'in periyodiklik doktrini doğru bir fiziksel yoruma kavuştu.

Modern kimyanın gelişimindeki muhtemelen en önemli aşama, temel araştırmaların yanı sıra uygulamalı araştırmalar da yürüten çeşitli araştırma merkezlerinin oluşturulmasıydı.

20. yüzyılın başında. bir dizi sanayi şirketi ilk endüstriyel araştırma laboratuvarlarını kurdu. DuPont kimya laboratuvarı ve Bell laboratuvarı ABD'de kuruldu. 1940'larda penisilinin ve ardından diğer antibiyotiklerin keşfi ve sentezinden sonra, profesyonel kimyagerlerden oluşan büyük ilaç şirketleri ortaya çıktı. Makromoleküler bileşiklerin kimyası alanındaki çalışmalar büyük pratik öneme sahipti.

Kurucularından biri, polimerlerin yapısı teorisini geliştiren Alman kimyager Hermann Staudinger'di. Doğrusal polimerlerin üretimine yönelik yöntemlere yönelik yoğun araştırmalar, 1953'te polietilenin ve ardından istenen özelliklere sahip diğer polimerlerin sentezine yol açtı. Günümüzde polimer üretimi kimya sanayinin en büyük dalıdır.

Kimyadaki tüm gelişmeler insanlara faydalı olmamıştır. Boya, sabun ve tekstil üretiminde çevreye büyük tehlike oluşturan hidroklorik asit ve kükürt kullanıldı. 21. yüzyılda İnsan sağlığı ve çevre açısından risk oluşturan kimyasal atıkların işlenmesinin yanı sıra, kullanılmış maddelerin geri dönüşümü sayesinde birçok organik ve inorganik malzemenin üretimi artacaktır.

2. Enerji problemlerinin çözümünde kimyanın rolü

Enerji temini, herhangi bir ülkenin sosyo-ekonomik kalkınmasının, sanayisinin, ulaşımının, tarımının, kültürel ve günlük yaşamının en önemli koşuludur.

Kimya endüstrisi özellikle çok fazla enerji tüketmektedir. Enerji endotermik işlemlere, malzemelerin taşınmasına, katıların ezilmesi ve öğütülmesine, filtrelenmesine, gazların sıkıştırılmasına vb. harcanır. Kalsiyum karbür, fosfor, amonyak, polietilen, izopren, stiren vb. üretimi önemli miktarda enerji harcaması gerektirir. Kimya üretimi, petrokimya üretimiyle birlikte endüstrinin enerji yoğun alanlarıdır. Endüstriyel ürünlerin neredeyse yüzde 7'sini üreten bu şirketler, tüm sanayinin kullandığı enerjinin yüzde 13-20'sini tüketiyor.

Yakıt türleri arasında en kıt olanı sıvı olduğundan, birçok ülke kömürün sıvı (aynı zamanda gazlı) yakıta dönüştürülmesi için uygun maliyetli bir teknoloji oluşturmak üzere büyük fonlar ayırmıştır. Rusya ve Almanya'dan bilim insanları bu alanda işbirliği yapıyor. Kömürü sentez gazına dönüştürmenin modern sürecinin özü aşağıdaki gibidir. 3000°C'ye ısıtılan plazma jeneratörüne su buharı ve oksijen karışımı beslenir. Ve sonra sıcak gaz meşalesine kömür tozu girer ve kimyasal reaksiyon sonucunda bir karbon monoksit (II) ve hidrojen karışımı oluşur, yani. sentez gazı. Metanol bundan elde edilir: CO+2H2?СH3OH. Metanol içten yanmalı motorlarda benzinin yerini alabilir. Çevre sorunlarının çözümü açısından petrol, gaz ve kömürle karşılaştırıldığında avantajlıdır ancak maalesef yanma ısısı benzininkinden 2 kat daha düşüktür ve ayrıca bazı metallere ve plastiklere karşı agresiftir.

Hidrojenin yanmasına dayanan ve zararlı emisyonların oluşmadığı hidrojen enerjisi oldukça umut verici görünüyor. Bununla birlikte, gelişimi için hidrojenin maliyetinin azaltılması, güvenilir depolama ve taşıma araçlarının yaratılması vb. ile ilgili bir takım sorunların çözülmesi gerekmektedir. Bu sorunların çözülebilir olması durumunda hidrojen havacılıkta, su ve kara taşımacılığında, endüstriyel ve tarımsal üretimde yaygın olarak kullanılacaktır.

Güneş ışınımının (güneş enerjisi) kullanımına büyük umutlar bağlanıyor. Kırım'da fotovoltaik hücreleri güneş ışığını elektriğe dönüştüren güneş panelleri var. Güneş enerjisini ısıya dönüştüren güneş enerjisi termal üniteleri, suyun tuzdan arındırılması ve evlerin ısıtılmasında yaygın olarak kullanılmaktadır. Güneş panelleri uzun süredir navigasyon yapılarında ve uzay araçlarında kullanılıyor. İÇİNDE
Nükleer enerjiden farklı olarak güneş panelleri kullanılarak üretilen enerjinin maliyeti sürekli düşmektedir. Güneş pillerinin üretiminde ana yarı iletken malzeme silikon ve silikon bileşikleridir. Kimyacılar artık enerjiyi dönüştüren yeni malzemeler geliştirmeye çalışıyorlar. Bunlar enerji depolama cihazları olarak farklı tuz sistemleri olabilir. Güneş enerjisinin daha fazla başarısı, kimyagerlerin enerji dönüşümü için sunduğu malzemelere bağlıdır.

Dev enerji santrallerinin yanı sıra, kimyasal reaksiyonların enerjisini doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren otonom kimyasal akım kaynakları da bulunmaktadır. Kimya bu sorunun çözümünde önemli bir rol oynamaktadır. 1780 yılında İtalyan doktor L. Galvani, kurbağanın kesilen bacağına farklı metallerden yapılmış tellerle dokunduktan sonra kasılmasını gözlemleyerek, kaslarda elektrik olduğuna karar vermiş ve buna "hayvan elektriği" adını vermiştir. Vatandaşının deneyimini sürdüren A. Volta, elektrik kaynağının hayvanın vücudu olmadığını öne sürdü: elektrik akımı farklı metal tellerin temasından kaynaklanıyor. Modern galvanik hücrelerin "atası", 1800 yılında A. Volta tarafından yaratılan "elektrik direği" olarak düşünülebilir. Bu buluş, birkaç çift metal plakadan oluşan bir tabaka pastasına benziyor: bir plaka çinkodan yapılmış, ikincisi yapılmış bakır, üst üste istiflenir ve aralarına seyreltik sülfürik asitle ıslatılmış keçe bir ped ile yerleştirilir. Almanya'da W. Siemens'in 1867'de dinamoyu icat etmesinden önce, galvanik hücreler tek elektrik akımı kaynağıydı. Havacılık, denizaltı filosu, roketçilik ve elektroniğin otonom enerji kaynaklarına ihtiyaç duyduğu günümüzde, bilim adamlarının dikkati yine onlara çekiliyor.

Çözüm

Nükleer enerjinin kullanılması doğal kömür ve petrolün terk edilmesini mümkün kılmaktadır. Sonuç olarak, yanma ürünlerinin emisyonları azalır ve bu da muhtemelen Dünya üzerinde bir “sera etkisine” yol açabilir. Nükleer santraller için çok az miktarda (kömür ve petrolle karşılaştırıldığında) yakıtın güvenli olması gerektiği anlaşılıyor, ancak bu durumdan çok uzak; çarpıcı bir örnek Çernobil nükleer santralindeki kazadır. Bana göre, dünyanın bağırsaklarından enerji (herhangi bir biçimde) çıkarmanın herhangi bir yöntemi, olumlu ve olumsuz özelliklerin bir birleşimidir ve bana öyle geliyor ki, olumlu olmayanlar baskındır.

Dünyanın her yerindeki bilim adamlarının enerji sorununu çözmenin tüm yönlerinden bahsetmedim, sadece ana yönlerden bahsettim. Her ülkenin kendine has özellikleri vardır: sosyo-ekonomik ve coğrafi koşullar, doğal kaynakların sağlanması, bilim ve teknolojinin gelişmişlik düzeyi.

Konsültasyon alma olasılığını öğrenmek için hemen konuyu belirtin.

Belarus Cumhuriyeti Eğitim Bakanlığı

Rusya Federasyonu Eğitim Bakanlığı

DEVLET YÜKSEK KURUMU

PROFESYONEL EĞİTİM

BELARUS-RUS ÜNİVERSİTESİ

Metal Teknolojileri Bölümü

Kimyasal süreçlerin enerjisi.

KİMYASAL AffİNANS

Öğrencilerin bağımsız çalışmaları ve kimyada pratik dersler için yönergeler

Mogilev 2003

UDC 54 Derleyen: dr. teknoloji. bilimler, prof. Lovshenko F.G.,

Doktora teknoloji. Bilimler, Doçent Lovshenko G.F.

Kimyasal süreçlerin enerjisi. Kimyasal yakınlık. Öğrencilerin bağımsız çalışması ve kimyada pratik derslerin yürütülmesi için metodolojik talimatlar - Mogilev: Belarus-Rusya Üniversitesi, 2003. - 28 s.

Kılavuzlar termodinamiğin temel prensiplerini sağlar. Tipik problemlerin çözümüne ilişkin örnekler sunulmaktadır. Bağımsız çalışma görevlerinin koşulları verilmiştir.

Belarus-Rusya Üniversitesi Metal Teknolojileri Bölümü tarafından onaylanmıştır (1 Eylül 2003 tarihli 1 numaralı toplantı tutanağı).

Hakem Art. Rev. Patsey V.F.

Serbest bırakılmanın sorumlusu Lovshenko G.F.

KİMYASAL SÜREÇLERİN ENERJİSİ. KİMYASAL AffİNANS

60x84 1/16 Formatında basılmak üzere imzalanmıştır. Ofset kağıdı. Ekran görüntüsü

Koşullu fırın l. Ah. itibaren. L. Dolaşım 215 kopya. Sipariş No. _______

Yayıncı ve basım:

Devlet yüksek mesleki eğitim kurumu

"Belarus-Rus Üniversitesi"

Lisans LV No.

212005, Mogilev, Mira Caddesi, 43

Cumhuriyet

Kimyasal süreçlerin enerjisi

Kimyasal termodinamik kimyasal enerjinin diğer formlara (termal, elektrik vb.) geçişlerini inceler, bu geçişlerin nicel yasalarını ve ayrıca belirli koşullar altında kimyasal reaksiyonların kendiliğinden ortaya çıkmasının yönünü ve sınırlarını belirler.

Termodinamikte çalışmanın amacı bir sistemdir.

Sistem karşılıklı olarak yaşayan insanların topluluğuna denirMaddelerin eylemi, zihinsel(veyaaslında) ayrıçevre.

Faz - BuBileşimi ve özellikleri her noktada homojen olan bir sistemin parçasıve sistemin diğer parçalarından bir arayüzle ayrılmıştır.

Ayırt etmek homojen Ve heterojen sistemler. Homojen sistemler bir fazdan, heterojen sistemler ise iki veya daha fazla fazdan oluşur.

Aynı sistem farklı durumlarda olabilir. Sistemin her durumu, termodinamik parametrelerin belirli bir değer kümesiyle karakterize edilir. Termodinamik parametreler şunları içerir: sıcaklık, basınç, salhız, konsantrasyon vb.. En az bir termodinamik parametredeki değişiklik, bir bütün olarak sistemin durumunda bir değişikliğe yol açar. Nazal sistemin termodinamik durumuvayutdenge eğer sabit ter ile karakterize ediliyorsasistemin her noktasında ve değişmeden moddinamik parametrelerkendiliğinden oluşur (iş maliyeti olmadan). Kimyasal termodinamikte bir sistemin özellikleri denge durumlarında dikkate alınır.

Bir sistemin bir durumdan diğerine geçiş koşullarına bağlı olarak termodinamik, izotermal, izobarik, izokorik ve adyabatik süreçleri birbirinden ayırır. İlki sabit bir sıcaklıkta meydana gelir ( T= const), ikincisi – sabit basınçta (P = const), diğerleri - sabit hacimde (V= const), dördüncü – sistem ile çevre arasında ısı alışverişinin olmadığı durumlarda ( Q = 0).

Kimyasal reaksiyonlar sıklıkla izobarik-izotermal koşullar altında meydana gelir ( P= sabit, T= sabit). Bu tür koşullar, maddeler arasındaki etkileşimler açık kaplarda ısıtma olmadan veya daha yüksek ancak sabit bir sıcaklıkta gerçekleştirildiğinde karşılanır.

Sistemin iç enerjisi.

Bir sistem bir durumdan diğerine geçtiğinde bazı özellikleri değişir, özellikle içsel enerji sen.

Dahili enerji sistemler ile temsil ederkinetik enerjiden oluşan tüm enerjisiyle savaşınmoleküllerin, atomların, atom çekirdeklerinin, elektronların potansiyel enerjileriRonov ve diğerleri. İç enerji, öteleme, dönme ve titreşim hareketlerinin enerjisini ve ayrıca moleküller, atomlar ve atom içi parçacıklar arasındaki çekim ve itme kuvvetlerinden kaynaklanan potansiyel enerjiyi içerir. Sistemin uzaydaki konumunun potansiyel enerjisini ve sistemin bir bütün olarak hareketinin kinetik enerjisini içermez.

Bir sistemin mutlak iç enerjisi belirlenemez ancak değişimi ölçülebilir  sen bir durumdan diğerine geçiş sırasında. Büyüklük  sen olumlu kabul edilir (  sen>0), herhangi bir süreçte sistemin iç enerjisi artarsa.

İç enerji termodinamiktirkorkakdurum durum sistemler. Bu, sistem kendisini belirli bir durumda bulduğunda, iç enerjisinin bu duruma özgü belirli bir değere sahip olduğu anlamına gelir. Sonuç olarak, iç enerjideki değişim, sistemin bir durumdan diğerine geçiş yoluna ve yöntemine bağlı değildir ve bu iki durumda sistemin iç enerji değerlerindeki farkla belirlenir:

sen = sen 2 -U 1 , (1)

Nerede sen 1 Ve sen 2 – Sistemin sırasıyla son ve başlangıç durumlarındaki iç enerjisi.

Her türlü süreçte uyulur enerji korunumu kanunu eşitlikle ifade edilir

q = U+A, (2)

bu da ısı anlamına geliyor Q, sisteme sağlanan iç enerjinin arttırılması için harcanır  sen ve sistemin iş yapabilmesi için A dış ortamın üstünde. Denklem (2) – matematiksel ifade termodinamiğin birinci yasası .

Termodinamiğin birinci yasasından sistemin iç enerjisindeki artışın sonucu çıkar.  sen Herhangi bir süreçte sisteme verilen ısı miktarına eşittir Q eksi mükemmel sistem çalışması miktarı A; miktarlardan bu yana Q Ve A doğrudan ölçülebilir, denklem (2)'yi kullanarak değeri her zaman hesaplayabilirsiniz  sen .

Termodinamiğin birinci kanununda A işi, dış ortamdan sisteme etki eden kuvvetlere karşı yapılan her türlü işin toplamı anlamına gelir.. Bu miktar, dış elektrik alanı kuvvetlerine karşı işi, yerçekimi alanı kuvvetlerine karşı işi, dış basınç kuvvetlerine karşı genleşme işini ve diğer iş türlerini içerebilir.

Genleşme işi kimyasal etkileşimlerin en karakteristik özelliği olduğundan genellikle toplamdan ayrılır:

A = A' + p V, (p =yapı), (3)

Nerede A' - genişleme işi hariç her türlü iş;

R - dış basınç;

V– sistemin hacmindeki farka eşit değişiklik V 2 – V 1 (V 2 – reaksiyon ürünlerinin hacmi, V 1 – başlangıç malzemelerinin hacmi).

Belirli bir işlem sırasında genişleme işi tek iş türü ise, denklem (3) şu şekli alır:

bir = p V, (4)

O zaman termodinamiğin birinci yasasının (2) matematiksel ifadesi şu şekilde yazılacaktır:

Q P =  Ü+R V, (5)

Nerede Q P– sisteme sabit basınçta sağlanan ısı.

Hesaba katıldığında  sen = sen 2 – sen 1 Ve  V = V 2 – V 1 , Denklem (5), değerlerin gruplandırılmasıyla dönüştürülebilir sen Ve V sistemin son ve başlangıç durumlarına ilişkin endekslere göre:

Q P = (U 2 -U T ) + p(V 2 -V T ) = (U 2 +pV 2 ) - (U 1 +pV 1 ). (6)

Miktar (sen + pV) arandıentalpi sistemin (ısı içeriği) ve şunu belirtir:mektupH :

H=U +pV.(7)

Entalpi H'yi denklem (6)'da değiştirerek şunu elde ederiz:

Q P = N 2 - N 1 =  N, (8)

yani sisteme sabit basınçta sağlanan ısı,Sistemin entalpisini arttırmak için harcanır.

Tıpkı iç enerjide olduğu gibi sistemin entalpisinin de mutlak değeri deneysel olarak belirlenemez ancak değerin ölçülmesiyle mümkündür. Q P , entalpi değişimini bulun  N Bir sistem bir durumdan diğerine geçtiğinde. Boyut  N olumlu kabul edildi (  N>0) sistemin entalpisi artarsa. Çünkü değer  N farkla belirlenir ( N 2 - N 1 ) ve sürecin gerçekleştirilme yoluna ve yöntemine bağlı değildir; iç enerji gibi entalpiye de atıfta bulunulur. sistem durumunun termodinamik fonksiyonları.

Kimyasal reaksiyonların termal etkileri.

Cebirsel toplamreaksiyon sırasında emilen ısının mu'su ve yapılan iş eksi dış basınç kuvvetlerine karşı yapılan iş (R V) isimlervayutkimyasal reaksiyonun termal etkisi .

Termokimyasal yasalar. Bir kimyasal reaksiyonun ısısının proses yolundan bağımsızlığı P= sabit ve T= const 19. yüzyılın ilk yarısında kuruldu. Rus bilim adamı G.I. Hess: Bir kimyasal reaksiyonun termal etkisi onun yoluna bağlı değildirakış, ancak yalnızca doğaya ve fiziksel duruma bağlıdırbaşlangıç malzemeleri ve reaksiyon ürünleri (Hess yasası ).

Kimyasal termodinamiğin termal çalışmaları inceleyen dalıkimyasal reaksiyonların etkilerine denirtermokimya . Termokimya, proses yolundan bağımsız olma koşullarını karşılayan, kimyasal reaksiyonun termal etkisine ilişkin basitleştirilmiş bir fikir kullanır. Bu sıcaklık Q T , Reaksiyon sırasında sisteme sabit bir sıcaklıkta verilir (veya reaksiyon sonucunda salınır).

Sisteme ısı veriliyorsa ( Q T> 0), çevreye ısı salınırsa reaksiyona endotermik denir ( Q T < 0), реакцию называют экзотермической.

Termokimya, her şeyden önce izobarik-izotermal reaksiyonları inceler ve bunun sonucunda yalnızca genleşme çalışması yapılır.  V. Bu tür reaksiyonların termal etkisi Q P , T sistemin entalpisindeki değişime eşit  H.

Isılarını gösteren kimyasal reaksiyon denklemleriyüksek etkilere denirtermokimyasal denklemler . Sistemin durumu bir bütün olarak maddelerin toplam durumlarına bağlı olduğundan, termokimyasal denklemlerde maddelerin durumları (kristal, sıvı, çözünmüş ve gaz halinde) (k), (g), (p) veya harf endeksleri kullanılarak gösterilir. (D). Maddenin allotropik modifikasyonu, bu tür birkaç modifikasyonun mevcut olması durumunda da belirtilir. Bir maddenin agregasyon durumu veya belirli koşullar altında modifikasyonu açıksa, harf indeksleri çıkartılabilir. Dolayısıyla, örneğin atmosferik basınçta ve oda sıcaklığında, hidrojen ve oksijen gaz halindedir (bu açıktır) ve etkileşimleri sırasında oluşan H2O reaksiyon ürünü sıvı ve gaz halinde (su buharı) olabilir. Bu nedenle, termokimyasal reaksiyon denklemi H2O'nun toplam durumunu belirtmelidir:

H2 + ½O2 = H2O (l) veya H2 + ½O2 = H20 (g).

Şu anda, bir reaksiyonun termal etkisini entalpi değişikliği şeklinde belirtmek gelenekseldir.  H izobarik-izotermal sürecin ısısına eşit Q P , T . Genellikle entalpi değişimi şu şekilde yazılır:  H veya  H . Üst simge 0 reaksiyonun termal etkisinin standart değeri anlamına gelir ve daha düşük olanı, etkileşimin meydana geldiği sıcaklık anlamına gelir. Aşağıda çeşitli reaksiyonlar için termokimyasal denklem örnekleri verilmiştir:

2C6H6(l) + 15O2 = 12C02 + 6H20(l),  H = -6535,4 kJ, (a)

2C (grafit) + H2 = C2H2,  H = 226,7 kJ, (b)

N2 + 3H2 = 2NH3(g),  H = -92,4 kJ. (V)

(a) ve (c) reaksiyonlarında sistemin entalpisi azalır (  H <0). Эти реакции экзотермические. В реакции (б) энтальпия увеличивается ( H >0); reaksiyon endotermiktir. Her üç örnekte de değer  H reaksiyon denklemi tarafından belirlenen maddelerin mol sayısını ifade eder. Bir reaksiyonun termal etkisinin, başlangıç maddelerinden veya reaksiyon ürünlerinden birinin molü başına kilojoule (kJ/mol) cinsinden ifade edilebilmesi için, termokimyasal denklemlerde kesirli katsayılara izin verilir:

C6H6(g) + 7 O2 = 6C02 + 3H20(l),  H = -3267,7 kJ,

N2+ =NH3(g),  H = -46,2 kJ.

Kimyasal bileşiklerin oluşum entalpisi.

Entalpi (oluşum ısısı) kimyasal bileşik N T ismindebu bileşiğin bir molünü elde etme sürecinde entalpi değişimiBelirli bir sıcaklıkta kararlı olan basit maddelerin.

Standart entalpi (sıcaklık) obra aramak kimyasal bileşik N , varış. çağrı değişikliğibu bileşiğin bir molünün oluşum sürecindeki entalpi,standart durumda olmak (T = 298 K ve = 101,3 kPa), basit maddelerden,fazlar ve modifikasyonlar aynı zamanda standart durumlardadır ve belirli bir sıcaklıkta termodinamik olarak kararlıdır(Tablo A.1).

Basit maddelerin standart oluşum entalpilerieşit olarak çalışınsıfır , eğer toplanma ve değiştirilme durumlarıkatyon standart koşullar altında stabildir. Örneğin, sıvı bromun (gaz halinde değil) ve grafitin (elmas değil) standart oluşum ısısı sıfıra eşittir.

Standart entalpibir bileşiğin oluşumu onun ölçüsüdürtermodinamik kararlılık,kuvvet, niceliksel ifadebileşiğin enerji özelliklerigörüşler.

Termokimyasal hesaplamalar. Termokimyasal hesaplamaların çoğu Hess yasasının sonucu : termal etkiBir kimyasal reaksiyonun etkisi, reaksiyonun ısılarının (entalpileri) toplamına eşittirreaksiyon ürünlerinin oluşumu eksi ısıların toplamı (enthalpii) reaksiyon denklemindeki stokiyometrik katsayıları dikkate alınarak başlangıç maddelerinin oluşumu.

N saat =   N varış. (devam ilçe) -  N varış. (ref. in.) (9)

Denklem (9), reaksiyona katılan maddelerin bilinen oluşum entalpilerinden reaksiyonun termal etkisini ve reaksiyonun termal etkisi ve diğer tüm oluşum entalpileri eşitse oluşum entalpilerinden birini belirlemenizi sağlar. bilinen.

Kimyasal reaksiyonun termal etkisi, sabit sıcaklıkta meydana gelen bir prosesin enerji etkisidir. 298 K ile ilgili referans verilerini kullanarak bu sıcaklıkta meydana gelen reaksiyonların termal etkilerini hesaplamak mümkündür. Bununla birlikte, termokimyasal hesaplamalar yaparken, genellikle küçük bir hataya izin vererek, proses koşulları standart olanlardan farklı olsa bile, oluşum ısısının standart değerlerini kullanabilirsiniz.

Faz dönüşümlerinin termal etkileri. Faz dönüşümleri sıklıkla kimyasal reaksiyonlara eşlik eder. Ancak faz dönüşümlerinin termal etkileri genellikle kimyasal reaksiyonların termal etkilerinden daha azdır. Aşağıda bazı faz dönüşümleri için termokimyasal denklem örnekleri verilmiştir:

H 2 O (l)  H 2 O (g),  H = 44,0 kJ/mol,

H 2 O (k)  H 2 O (l),  H = 6,0 kJ/mol,

ben 2(k)  ben 2(g),  H = 62,24 kJ/mol.

Yukarıdaki verilere dayanarak şunu belirtmek mümkündür: daha fazla yoğunlaşmış durumdan daha az yoğunlaşmış bir duruma faz geçişi, sistemin entalpisinde bir artışa yol açar (ısı emilir - süreç endotermiktir).

T
VE
G

Bir maddenin amorf durumdan kristal duruma geçişine her zaman ısı salınımı eşlik eder (  H <0) – процесс экзотермический:

Sb (amorf)  Sb (k) ,  H = -10,62 kJ/mol,

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

Kendiliğinden ve kendiliğinden olmayan süreçler. Pek çok süreç kendiliğinden, yani harici iş harcaması yapılmadan gerçekleştirilir. Sonuç olarak sistemin enerjisinde meydana gelen değişimle orantılı olarak dış kuvvetlere karşı iş elde edilebilir. Böylece, su kendiliğinden eğimli bir kanaldan aşağı akar veya ısı, daha ısıtılmış bir gövdeden daha az ısıtılmış bir gövdeye aktarılır. Kendiliğinden gelişen bir süreç sırasında sistem yararlı iş üretme yeteneğini kaybeder.

Kendiliğinden bir süreç, ileri yönde olduğu gibi ters yönde de kendiliğinden ilerleyemez.. Bu nedenle su, eğimli bir kanaldan kendi başına yukarı akamaz ve ısı, soğuk bir cisimden sıcak bir cisme kendi başına hareket edemez. Suyu yukarı doğru pompalamak veya sistemin soğuk kısmından sıcak kısmına ısı aktarmak için sistem üzerinde çalışma yapılması gerekir. Kendiliğinden gerçekleşen süreçlerin tersi olan süreçler için “ kendiliğinden olmayan».

Kimyasal etkileşimleri incelerken, bunların belirli koşullar altında kendiliğinden ortaya çıkma olasılığını veya imkansızlığını değerlendirmek, kimyasal tipmadde miktarı. Belirli sıcaklık ve basınçlarda reaksiyonun kendiliğinden seyrinin temel fizibilitesini, yönünü ve sınırlarını belirlemenin mümkün olacağı bir kriter bulunmalıdır. Termodinamiğin birinci yasası böyle bir kriter sağlamaz. Bir reaksiyonun termal etkisi prosesin yönünü belirlemez: hem ekzotermik hem de endotermik reaksiyonlar kendiliğinden meydana gelebilir.

Tek başına bir sürecin kendiliğinden ortaya çıkması için kriterbanyo sistemleri verirtermodinamiğin ikinci yasası . Bu yasayı incelemeye geçmeden önce, sistemin durumunun termodinamik fonksiyonu hakkında bir fikir verelim. entropi.

Entropi.Çok sayıda molekülün birleşimi olan bir maddenin belirli bir miktarının durumunu karakterize etmek için, sistemin durumunun sıcaklık, basınç ve diğer termodinamik parametrelerini belirtebilir veya her birinin anlık koordinatlarını belirtebilirsiniz. molekül ( X Ben , sen Ben , z Ben) ve her üç yönde de hareket hızı (v xi , v evet , v zi ). İlk durumda, sistemin makro durumu, ikincisinde ise mikro durumu karakterize edilir. Her makro durum çok sayıda mikro durumla ilişkilidir. Belirli bir makrodurumun gerçekleştirildiği mikrodurumların sayısına denir tersistem durumunun moddinamik olasılığı ve belirtmek W.

Yalnızca 10 gaz molekülünden oluşan bir sistemin durumunun termodinamik olasılığı yaklaşık 1000'dir, ancak yalnızca 1 cm3 gaz 2,710 19 molekül (n.s.) içerir. Algılamaya ve hesaplamaya daha uygun sayılara geçmek için termodinamikte niceliği değil, sayıyı kullanırlar. W, ve logaritması lnW. İkincisine Boltzmann sabiti ile çarpılarak boyut (J/K) verilebilir. k:

klnW = S. (10)

Boyut S isminde entropi sistemler.

Entropi, bir sistemin durumunun termodinamik bir fonksiyonudur ve değeri, söz konusu maddenin miktarına bağlıdır. Bu nedenle entropi değerinin bir maddenin bir molü (J/(molK)) ile ilişkilendirilmesi ve şu şekilde ifade edilmesi tavsiye edilir:

RlnW = S. (11)

Nerede R = kN A – molar gaz sabiti;

N A– Avogadro sabiti.

Denklem (11)'den sistemin entropisinin, durumun termodinamik olasılığının logaritmasıyla orantılı olarak arttığı sonucu çıkar. W. Bu ilişki modern istatistiksel termodinamiğin temelini oluşturur.

Şu tarihte: p =yapı entropi sıcaklığın bir fonksiyonudur T,Üstelik donma noktası ve kaynama noktası, entropinin özellikle keskin ve aniden değiştiği noktalardır.

Bu yüzden, entropi Ssistemin bozukluğunun bir ölçüsüdür. Entropinin “taşıyıcıları” gazlardır. Bir reaksiyon sırasında gaz halindeki maddelerin mol sayısı artarsa entropi de artar. Onlar. Hesaplamalar yapmadan, gerekirse sistemin entropisindeki değişimin işaretini belirleyebilirsiniz:

C (k) + O 2 (g) = C02 (g), S  0;

2C (k) + O2 (g) = 2СО (g), S > 0;

N 2(g) + 3H 2(g) = 2NH3(g) , S< 0.

Tablo A.1 değerleri göstermektedir S bazı maddeler (maddelerin entropisinin mutlak değerlerinin bilindiğine dikkat edin, fonksiyonun mutlak değerleri ise sen Ve H bilinmeyen).

Çünkü entropi sistemin durumunun bir fonksiyonudur, o zaman entropi değişimi ( S) bir kimyasal reaksiyonda reaksiyon ürünlerinin entropilerinin toplamı eksi başlangıç maddelerinin entropilerinin toplamına eşittirreaksiyon denklemindeki stokiyometrik katsayıları dikkate alarak.

S saat =  S varış. (devam ilçe) - S varış. (ref. in.) (12)

İzole edilmiş süreçlerin yönü ve sınırısistemler. Termodinamiğin ikinci yasası.İzole sistemler ısı alışverişi yapmaz ve dış ortamla çalışmaz. Denklem (9)'a dayanarak, şu söylenebilir: Q = 0 Ve A = 0 büyüklük  sen aynı zamanda sıfırdır, yani izole edilmiş bir sistemin iç enerjisi sabittir (sen= sabit); hacmi de sabittir (V = sabit). İzole sistemlerdeYalnızca eşlik eden süreçlerSistemin entropisindeki artış: S>0 ; bu durumda sürecin kendiliğinden ilerleyişinin sınırı, verilen koşullar için maksimum entropi Smax'a ulaşmaktır.

Değerlendirilen hüküm formülasyonlardan birini temsil etmektedir termodinamiğin ikinci yasası (Yasa doğası gereği istatistikseldir, yani yalnızca çok sayıda parçacıktan oluşan sistemlere uygulanabilir). Sistemin iç enerjisinin ve hacminin sabitliği gerekliliği, maddelerin iç enerjisinin kaçınılmaz olarak değiştiği kimyasal reaksiyonların ortaya çıkışının yönü ve sınırı için bir kriter olarak entropinin kullanılmasını ve ayrıca buna karşı genleşme çalışmasının yapılmasını hariç tutar. dış basınç.

Kimyasal reaksiyonların entropi ve entalpi faktörleri,izobarik-izotermal koşullar altında meydana gelir.İzobarik-izotermal koşullar altında meydana gelen bir sürecin itici gücü, sistemin en düşük enerjiye sahip bir duruma geçme, yani çevreye ısı verme, entalpiyi azaltma isteği olabilir. ( H<0), veya sistemin en yüksek termodinamik olasılığa sahip bir duruma geçme, yani entropiyi artırma arzusu ( S>0). Süreç bu şekilde ilerlerse  H=0 o zaman entropinin büyümesi onun tek itici gücü haline gelir. Ve tam tersine, sağlanan  S = 0 Sürecin tek itici gücü entalpi kaybıdır. Bu bağlamda entalpiden bahsedebiliriz.  H ve entropi T S süreç faktörleri.

Maksimum çalışma. Hollandalı fiziksel kimyager Van't Hoff, kimyasal afinitenin doğasını açıklamadan, ölçüm yöntemini belirtmekle sınırlı olan, yani kimyasal afinitenin niceliksel bir değerlendirmesini veren yeni bir kimyasal afinite teorisi önerdi.

Van't Hoff, kimyasal ilginin ölçüsü olarak maksimum işi kullanıyor A veya A meydana gelen reaksiyonlar için V, T= sabit veya p, T = buna göre inşa edin.

Maksimum iş, reaksiyonu durdurmak, yani kimyasal afinite kuvvetlerinin üstesinden gelmek için sisteme uygulanması gereken enerjiye eşittir. Reaksiyon pozitif maksimum iş yapma yönünde ilerlediğinden işaret A veya A kimyasal etkileşimin kendiliğinden akışının yönünü belirler.

Sabit hacimde maksimum iş

A = -  U+T S(13)

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

burada U 1, S 1 ve U 2, S 2 sırasıyla sistemin başlangıç ve son durumlarındaki iç enerji ve entropi değerleridir.

Fark (sen - T.S.) isminde Helmholtz enerjisi sistemler ve harfle belirtilir F. Böylece,

A = -  F. (15)

Çalışmanın amacı: İyon değiştirme yöntemini kullanarak nükleer santraller için su hazırlama teknolojisinin tanıtılması ve su kalitesinin karşılaştırılması: nükleer santrallerin teknolojik ihtiyaçları, içme ve göl suyu için. İyon değiştirme yöntemini kullanarak nükleer santraller için su hazırlama teknolojisine aşinalık ve su kalitesinin karşılaştırılması: nükleer santrallerin teknolojik ihtiyaçları, içme ve göl suyu için.

Çalışmanın amaçları İşin amaçları: Kalinin NGS örneğini kullanarak modern bir nükleer santralde teknolojik ihtiyaçlar için kullanılan su gereksinimlerini incelemek. Kalinin NPP örneğini kullanarak modern bir nükleer santralde teknolojik ihtiyaçlar için kullanılan su gereksinimlerini inceleyin. İyon değiştirme yöntemi teorisini öğrenin, iyon değiştirme yöntemi teorisini öğrenin, Udomlya'nın su alma istasyonunu ziyaret edin ve içme suyu ile göl suyunun kimyasal bileşimi hakkında bilgi edinin. Udomlya'nın su alma istasyonunu ziyaret edin ve içme suyu ile göl suyunun kimyasal bileşimi hakkında bilgi edinin. Bir nükleer santralin ikinci devresinin içme suyu ve suyunun kimyasal analiz göstergelerini karşılaştırın. Bir nükleer santralin ikinci devresinin içme suyu ve suyunun kimyasal analiz göstergelerini karşılaştırın.

Çalışmanın amaçları İşin hedefleri: Kalinin NGS'nin kimya atölyesini ziyaret edin ve tanışın: Kalinin NGS'nin kimya atölyesini ziyaret edin ve aşağıdakiler hakkında bilgi edinin: kimyasal su arıtımında su hazırlama süreci; blok tuz giderme tesisinde su arıtma işlemi ile; ikinci devrenin ekspres laboratuvarını ziyaret edin; ikinci devrenin ekspres laboratuvarını ziyaret edin; Özel su arıtma çalışmaları ile teorik olarak tanışın. Özel su arıtma çalışmaları ile teorik olarak tanışın. Su hazırlamada iyon değişiminin önemi hakkında sonuçlar çıkarır. Su hazırlamada iyon değişiminin önemi hakkında sonuçlar çıkarır.

NPP ekipmanı güvenlik, güvenilirlik ve çalışma verimliliği açısından katı gereksinimlere tabidir. NPP ekipmanı güvenlik, güvenilirlik ve çalışma verimliliği açısından katı gereksinimlere tabidir. Bir nükleer santralin su kimyası rejimi, nükleer santral sistemlerinin ekipmanı ve boru hatları üzerindeki korozyon ve diğer etkiler, güvenli çalışmasının sınırlarının ve koşullarının ihlal edilmesine yol açmayacak şekilde organize edilmelidir. Bir nükleer santralin su kimyası rejimi, nükleer santral sistemlerinin ekipmanı ve boru hatları üzerindeki korozyon ve diğer etkiler, güvenli çalışmasının sınırlarının ve koşullarının ihlal edilmesine yol açmayacak şekilde organize edilmelidir. Alaka düzeyi

Bir nükleer santralin 2. devresinden içme suyu ve suyun karşılaştırmalı özellikleri Gösterge Ölçüm birimi İçme suyu MPC 2. devreden su Kontrol değerleri Femg/l0.0945.00.005

Kimyasal su arıtmanın (iyonizasyon) tuzdan arındırma kısmının şematik diyagramı BSN FSD 14 OH II BCHOV OH I 10 H I H II 78 Önceden arıtılmış (arıtılmış) su oluşturmak için

Yoğuşmanın %100'ü elektromanyetik filtrelerden geçirilir, karışık etkili filtrelerden hem suyun %100'ünün hem de bir kısmının geçmesi mümkündür. Yani, çalışan bir karma filtreyle (yoğuşmanın %20'sini temizleyerek) spesifik elektrik iletkenliği azaldı: χ = 0,23 µS/cm - blok tuz giderme tesisinden önce ve χ = 0,21 µS/cm - blok tuz giderme tesisinden sonra .

VVER-1000 tipi reaktörlere sahip bir güç ünitesi, atık suyun toplanması ve işlenmesi için dört kapalı devreye sahiptir: organize sızıntılar ve birincil devre temizleme suyu; bor konsantresi; buhar jeneratörü suyu temizler; suyu ve özel çamaşır suyunu boşaltın. Bu kurulumlar şunları içerir: mekanik filtreler, H-katyon ve OH-anyon filtreleri.

Sonuç Ön arıtma ve kimyasal su arıtma ekipmanından gelen tüm drenaj, bir yer altı drenaj su deposunda toplanır. Nötralizasyondan sonra derin mezar alanının filtre bloğuna su verilir. Çöken su yaklaşık 1,5 km derinliğe kadar kuyulara pompalanmaktadır. Böylece, derin bir bertaraf sahasının devreye alınması, radyoaktif olmayan endüstriyel atık suyun çevreye deşarj edilmesi olasılığını ortadan kaldırır.

Sonuç İyon değiştirme yöntemini kullanarak su hazırlama, ekipmanın güvenli, güvenilir ve ekonomik çalışması için gerekli değerleri elde etmenizi sağlar. Ancak bu oldukça pahalı bir işlemdir: 1 m3 içme suyunun maliyeti 6,19 ruble ve 1 m3 kimyasal olarak tuzdan arındırılmış suyun maliyeti 20,4 ruble. (2007 verileri) - neden kapalı su sirkülasyon döngüleri kullanılıyor?

Şu anda kimya endüstrisinin çeşitli dallarının gelişiminin yanı sıra kimya biliminin başarılarını da abartmak zordur. Ulusal ekonominin kimyasallaşması teknik ilerlemenin ayrılmaz bir parçasıdır ve onunla yakından ilişkilidir. Dünya çapında kimya ile ilgili yeni bilimsel materyaller yayınlayan 7.000'den fazla bilimsel dergi bulunmaktadır. Yılda ortalama 100.000'den fazla makale yayınlanmaktadır. Çok çeşitli ürünler üreten kimyasal üretim tesislerinin gelişmesi, kimya endüstrisinin son 30-40 yılda daha hızlı gelişmesine yol açmıştır. Geçtiğimiz 70 yılda yeni endüstriler yaratıldı: özellikle sentetik kauçuk, kimyasal elyaf ve plastik, mineral gübreler, bitki koruma ürünleri, vitaminler, antibiyotikler vb. Birçok polimer ve kauçuk, çeşitli makine parçalarının imalatında yaygın olarak kullanılmaktadır. . Petrol, kömür, doğalgaz, su, odun vb. kimya sektörünün en önemli hammadde kaynaklarıdır.

Ulusal ekonominin kimyasallaşması, sanayi ve tarımın yoğunlaşmasına ve hızlandırılmış gelişmesine katkıda bulunan teknik ilerleme alanlarından biridir. Petrol ve doğalgaz ürünlerini kullanmayan tek bir sanayi yok. Petrokimya ve kimya endüstrilerinin üretim kapasitesi birçok kez arttı. Buna ek olarak, büyük ölçekli üretim için tasarlanmış birçok yeni teknolojik süreç ortaya çıktı ve polimerlerin hızlı büyümesi, enerji, metalurji ve makine mühendisliğinin yanı sıra birçok endüstride teknik ilerlemeyi sağlayan petrokimyanın hızlı gelişimini teşvik etti.

Kimya endüstrisinin özel bir özelliği, çok çeşitli ürünlerin üretilmesidir. Yalnızca benzenin işlenmesiyle heksakloran, klorobenzen, benzensülfonil klorür, nitrobenzen, fenol vb. elde edilebilir. Modern kimya, çeşitli sentez yolları ile ayırt edilir. Teknolojik şema başına 20 ila 80 teorik şema vardır. Aynı zamanda mevcut tüm teknolojik süreç şemaları sürekli olarak iyileştirilmektedir. Aynı zamanda çevreyi endüstriyel kimyasal emisyonlardan kaynaklanan kirlilikten korumak için sürekli teknolojik yöntemler geliştirilmektedir. Bunda büyük bir rol, hammadde, yarı mamul ve bitmiş ürün elde etmek için atıksız teknolojinin oluşturulması ve uygulanmasıyla oynanır. Çevreyi temiz tutmak insan sağlığının korunmasıyla ilgili büyük bir sosyal sorundur. Aynı zamanda önemli bir ekonomik görevle de birleşiyor: değerli ürünlerin, hammaddelerin, malzemelerin ve suyun geri dönüştürülmesi ve üretime geri döndürülmesi. Çevre kirliliğini önleyecek süreçlerin, ekipmanların, teknolojik şemaların oluşturulması gerekiyor. Teknoloji değişiklikleri, emisyon ve atık miktarının azaltılması, üretim sistemlerinde dolaşan gazların ve suyun arıtılmasının maliyetinin azaltılması ve atıksız çalışan hammaddelerin entegre kullanımına yönelik girişimler haline gelme yolunda ilerlemelidir. Ülke çapında atıksız endüstriyel üretim yaratmak için, bazı işletmelerden gelen atıkların diğerleri için hammadde görevi görebileceği bölgesel bölgesel-endüstriyel komplekslerin planlanması ve tasarlanması için bilimsel ve teknik temellere ihtiyaç vardır. Bu tür komplekslerin uygulamaya konması, işletmeler ile ulusal ekonominin sektörleri arasındaki bağlantıların büyük masraflarla yeniden yapılandırılmasını gerektirir. Mevcut bilimsel ve pratik gelişmelere dayanarak, maddi kaynakları kullanırken yüksek düzeyde kapalılığa sahip bölgesel üretim ve ekonomik sistemler oluşturmak bugün zaten mümkün.

Kimyasal prosesler kolayca otomatikleştirilip optimize edilebilir. Bu nedenle, yakın gelecekte otomatik süreç kontrol sistemleri, deneyleri yürütmek için bilgisayarlar, bilgi erişiminin otomasyonu ve rasyonelleştirilmesi yaygın hale gelecektir.

Kimyasal prosesler diğer proseslere göre daha az maliyet gerektirir ve oldukça verimlidir. Yüksek voltajlı manyetik alanlar kullanılarak kimyasalların sentezi şu anda üretim koşullarında gerçekleştirilmemektedir. Elektrosentezler gibi bu sentezler de daha fazla çalışma gerektirir. Bugün zaten bazı indirgeme reaksiyonları, hidrokarbonların oksidasyonu, elektrot metalinin katılımıyla organometalik bileşiklerin üretimi, anodik florlama, üretim için propilen oksit dimetil sebakatın üretimi; plastikler ve suni elyaflar, polimerizasyonun elektrokimyasal başlatılması vb.

Bu işlemlerin sonuncusu, metallerin yüzeyine polimer bileşikleri uygulanabildiğinden, metallerin korozyondan olası korunması açısından büyük ilgi görmektedir.

Kimya, sentetik gıda ürünlerinin yaratılmasında son derece önemli bir rol oynamaktadır. Bunlardan bazıları bugün laboratuvar koşullarında zaten elde edilebilmektedir. Maddenin hareketinin kimyasal formunun sırlarının ortaya çıkarılması kimya sektörünün gelişmesine katkı sağlayacaktır.

Yeni koşullarda enerji ve çevre arasındaki etkileşim sorununun en önemli yönü, giderek artan ters etkidir - pratik enerji sorunlarının çözümünde çevre koşullarının belirleyici rolü (enerji tesislerinin türünün seçimi, işletmelerin konumu, ünite seçimi). enerji ekipmanlarının kapasiteleri vb.)

Dolayısıyla gelinen aşamada enerji ve çevre arasındaki etkileşim sorunu çok yönlü olup, bilimsel ve teknik düşüncenin ön saflarında yer almakta ve özel dikkat gerektirmektedir. Enerji tesislerinin nehirler, şehirlerdeki hava saflığı, bitki örtüsü vb. üzerindeki bireysel etkilerini belirlemek için çok sayıda heterojen çalışma hidrologlar, klimatologlar, coğrafyacılar, jeologlar, biyologlar vb. tarafından yürütülmektedir. bireysel konularda sorunun genel bir tanımını veremiyordu, bir miktar materyalin birikmesi, onun değerlendirilmesine yönelik yaklaşımda niteliksel olarak yeni bir aşamanın hazırlanmasına katkıda bulundu.

Modern enerji endüstrisi, yüksek konsantrasyonda enerji üretimi, dağıtımının merkezileştirilmesi, enerji kaynaklarının birbiriyle değiştirilebilirliği için geniş olanaklar ve gelişmiş iç ve dış bağlantılara sahip büyük birlikteliklerden oluşur. Bu özellikler, enerjiye, mevcut bilgi düzeyinde sistem analizinin verimli bir şekilde kullanıldığı çalışma için büyük sistemlerin özelliklerini verir. Enerji gelişiminin doğal çevrenin çeşitli bileşenleri üzerinde etkisi vardır: atmosfer (oksijen tüketimi, gazların, buharların ve katı parçacıkların emisyonları), hidrosfer (su tüketimi, atık su transferi, yeni rezervuarların oluşturulması, kirli ve ısıtılmış suların deşarjı) , sıvı atık) ve litosfer (fosil yakıtların tüketimi, su dengesindeki değişiklikler, peyzajdaki değişiklikler, katı, sıvı ve gaz halindeki toksik maddelerin yüzeye ve derinliklere emisyonları). Şu anda bu etki küresel hale geliyor ve gezegenimizin tüm yapısal bileşenlerini etkiliyor. Gelişmiş iç ve dış bağlantılarla tek bir bütün olarak var olan yapıların, özelliklerin ve olayların çeşitliliği, çevreyi karmaşık ve büyük bir sistem olarak tanımlamamıza olanak tanır. İnsan açısından bakıldığında bu büyük sistemin temel amacı dengenin veya buna yakın bir işleyişin sağlanmasıdır.

Enerjiyi geliştirme ve doğal çevrenin doğal işleyişini dengede tutma görevlerinin nesnel bir çelişki içerdiği açıktır. Enerjinin çevre ile etkileşimi, yakıt ve enerji kompleksi hiyerarşisinin tüm aşamalarında meydana gelir: enerjinin üretimi, işlenmesi, taşınması, dönüşümü ve kullanımı. Bu etkileşim, litosferin yapısı ve peyzajı üzerindeki etki, deniz, nehir, göl sularının tüketimi ve kirliliği, yeraltı suyu dengesindeki değişiklikler, ısının, katı, sıvı ve gaz halindeki maddelerin tüm ortamlara salınması ve genel ağlardan ve otonom kaynaklardan elektrik ve termal enerjinin kullanılması. Enerji ve çevre arasındaki etkileşim sorununun mevcut aşaması, etkileşim halindeki bu büyük sistemlerin karmaşık tarihsel gelişiminin bir sonucu olarak değerlendirilmelidir. Aynı zamanda, gelişimlerinde temel farklılıklar vardır: doğal çevredeki temel değişiklikler jeolojik zaman ölçeğinde meydana gelir ve enerji gelişimi ölçeğindeki değişiklikler, tarihsel olarak kısa zaman dilimlerinde meydana gelir.

Görüntüleme