Управление химическими процессами

Управление химическими процессами составляет одну из основных научных проблем в этой области знаний. Дело в том, что большинство химических реакций развивается стихийно, и поэтому они трудноуправляемы. В частности, некоторые из них протекают неоднозначным образом, реализуя тот или иной вариант развития процесса и создавая при этом множество побочных продуктов. Другие, например реакции горения и взрыва, невозможно или очень трудно остановить. Наконец, определенные в принципе возможные реакции пока не удается осуществить.

Для многих химических реакций характерна обратимость, т. е. они могут протекать в обратном направлении с образованием исходных продуктов.

В зависимости от природы реагентов и условий протекания равновесие между прямой и обратной реакциями может смещаться в одну или другую сторону. Реакции, у которых равновесие смещено в прямом направлении, т. е. в сторону образования целевых продуктов, не нуждаются в специальном управлении. Однако известно значительное количество реакций, у которых равновесие смещено в обратном направлении. Для получения целевых продуктов такими реакциями необходимо управлять. Во многих случаях требуемый результат достигается применением термодинамических методов, т. е. проведением реакций при повышенных температуре, давлении и концентрации реагирующих веществ.

Термодинамические методы в основном позволяют управлять направленностью химических реакций, однако важно также иметь возможность регулировать скорость протекания реакций. Управление скоростью химических реакций составляет предмет химической кинетики, изучающей зависимость протекания химических процессов от всей совокупности факторов, связанных с реализацией этих процессов. Речь идет о таких факторах, как природа реагентов и их чистота, присутствие катализаторов, растворителей и других добавок, материала и конструкции химического реактора и ряд других.

В частности, существенную роль при протекании химических реакций играют растворители: в одних случаях они запускают реакцию, которая без них просто не начинается, в других – ускоряют ее, т. е. выполняют функцию катализаторов, в третьих – замедляют ход реакции, т. е. являются ингибиторами.

Явление катализа послужило основой для возникновения целой отрасли химии, оно широко используется в химическом производстве, обеспечивая его высокую эффективность. Такое современное направление практической химии, как тонкий органический синтез, немыслимо без применения катализаторов. Речь, таким образом, идет о роли катализа в создании новых материалов, в том числе не встречающихся в природе. Но самую важную роль отвела катализу природа в проявлении феномена возникновения и эволюции живой материи, которые в принципе невозможны без участия особого рода катализаторов – ферментов.

Дата добавления: 2015-07-08