11. Химическая технология неорганических веществ (структура). Сырье.

Хими́ческая техноло́гия — наука о наиболее экономичных и экологически целесообразных методах и средствах переработки сырых природных материалов в продукты потребления и промежуточные продукты.

Неорганическая химическая технология включает переработку минерального сырья (кроме металлических руд), получение кислот, щелочей, минеральных удобрений. Органическая химическая технология – переработку нефти, угля, природного газа и других горючих ископаемых, получение синтетических полимеров, красителей, лекарственных средств и других веществ.

Все процессы химической технологии разделяют в зависимости от общих кинетических закономерностей протекания процесса на пять основных групп:

• гидромеханические;

• тепловые;

• массобменные (или диффузионные) процессы;

• химические процессы;

• механические процессы.

По организационно-технической структуре процессы делятся на периодические и непрерывные.

Химические процессы подразделяется на технологию неорганических веществ (производство кислот, щелочей, соды, силикатных материалов, минеральных удобрений, солей и т. д.) и технологию органических веществ (синтетический каучук, пластмассы, красители, спирты, органические кислоты и др.).

НЕОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ, получение неорганических соединений. Как правило, состоит из нескольких последовательных или параллельных процессов - механических, химических, физико-химических. В общем случае неорганический синтез включает смешение реагентов, активацию реакционной смеси и собственно химическую реакцию, выделение и очистку целевого продукта.

Выбор метода смешения определяется свойствами реагентов и продуктов и их агрегатным состоянием. Труднее всего получать однородные смеси сильно отличающихся по свойствам веществ, особенно находящихся в разных агрегатных состояниях или в виде порошков.

Наиболее распространенные методы активации - повышение температуры и давления. При этом увеличивается скорость процессов, а также достигнуто изменение выхода и фазового состояния продуктов. Повышение давления может также приводить к изменению направления химической реакции, понижению скорости химических реакций в случае твердых тел, расширению области гомогенности твердых фаз, стабилизации более плотных фаз (напр., алмаза). В специальных устройствах достигают давления порядка 10⁸-10⁹ Па.. Для активации используют также катализаторы, электрический ток , интенсивное световое излучение, ионизирующее и микроволновое излучение, магнитные поля, ультразвук, мощные пучки заряженных частиц и др. Твердые вещества активируют измельчением, истиранием, сочетанием высокого давления со сдвигом, а также спец. мех. приемами .

Для синтеза неорганических соединений используют реакции: окислительно-восстановительную, комплексообразования, разложения и другие, которые могут осуществляться в газовой, жидкой, твердой фазах или в гетерогенных системах.

Большинство методов очистки неорганических веществ основано на изменении агрегатного состояния очищаемого вещества или примесей, переводе их в различные фазы с последующим разделением фаз.

Многие синтезы проводят в водных и неводных растворах. При этом целевой компонент или примеси переводят в осадок (осаждение, кристаллизация, высаливание, вымораживание), газовую фазу (перегонка), несмешивающуюся с исходным раствором вторую жидкую фазу (жидкостная экстракция), пену (ионная флотация), на поверхность или в объем твердого сорбента (ионообменная сорбция). Вещества в микрограммовых количествах получают также соосаждением.

Газообразные вещества очищают путем селективной конденсации (или десублимации), селективного поглощения растворами, расплавами или гранулированными твердыми веществами, твердые вещества - перекристаллизацией (в частности, в гидротермальных условиях; см. Гидротермальные процессы), зонной плавкой ,с помощью химических транспортных реакций и др. Для очистки часто используют селективное окисление, восстановление или комплексообразование. Применяют также различные виды хроматографии, мембранные процессы разделения, дистилляцию, ректификацию.

Использование вакуума при проведении неорганического синтеза обеспечивает большую чистоту продуктов, а в случае термически неустойчивых веществ - больший выход. Методы плазмохимии предусматривают переведение реагентов с помощью электрических разрядов, электрической дуги или высокочастотных излучений в состояние низкотемпературной плазмы с послед. закаливанием продуктов.

При получении тугоплавких соединений применяют методы порошковой металлургии, реакционное спекание, химическое осаждение из газовой фазы. Некоторые сильно экзотермичные реакции проводят в условиях горения, например синтез Р₂О₅-сжиганием Р на воздухе, SF₆-сжиганием S в потоке F₂, некоторые тугоплавкие соединения получают при беспламенном горении.

Для получения термически неустойчивых соединений, однородных смесей тонких порошков (с послед. их спеканием), для проведения реакций в матрично-изолированном состоянии используют криогенную технику. Для ионной имплантации и синтеза неустойчивых веществ применяют атомные, ионные, молекулярные или кластерные пучки.

При синтезе многих твердых веществ большое внимание уделяют их текстуре или структуре, а также морфологии поверхности, поскольку эти характеристики сильно влияют на свойства неорганических материалов. Так, сферические однородные частицы порошков получают плазменной обработкой или с помощью золь-гель процесса. Разработаны специальные методы монокристаллов выращивания, получения монокристаллических пленок, в т.ч. эпитаксиальных, и волокон. Созданы методы сохранения высокотемпературных кристаллических модификаций некоторых веществ (напр., кубический ZrO₂) при низких температурах, способы получения веществ в аморфном состоянии, приемы синтеза аморфных "сплавов" разнородных веществ (напр., сплавы Si или Ge, содержащие водород, фтор, азот и др.), различных стеклокристаллических материалов.