3.Учение о химических процессах

Одним из основоположников этого направления в химии стал русский химик Н.Н. Семенов. Он считал, что химический процесс — это мост от простых физических объектов, таких, как электрон, протон, молекула, к образованию живой системы - клетки. Именно химический процесс делает химию более сложной наукой, чем физика, он показывает несводимость химического уровня организации материи к физическому уровню.

Конечно, есть реакции, которые не требуют особых средств управления: реакция нейтрализации, реакции, сопровождаю­щиеся образованием осадков или газов. Однако подавляющее большинство — трудноконтролируемые: или их просто не удает­ся осуществить, хотя они в принципе осуществимы; либо их трудно остановить; либо сложно получить желаемый результат, поскольку образуются десятки побочных реакций.

Каждая химическая реакция обратима и представляет собой перераспределение химических связей. Однако на практике рав­новесие смещается в ту или иную сторону в зависимости от природы реагентов и условий процесса.

Основными методами управления химическими процессами являются термодинамические и кинетические. Термодинамиче­ское воздействие влияет на направленность химических процессов, а не на их скорость. Управлением скоростью химических процессов занимается химическая кинетика. Она устанавливает зависимость хода химических процессов от множества структур­но-кинетических факторов: строения исходных реагентов и их концентрации, наличия в реакторе катализаторов, ингибиторов и других добавок, способов смещения реагентов и т.д. Основ­ными рычагами управления реакцией выступают температура, давление и концентрация реагирующих веществ. Сложность исследования химических реакций проявляется в том, что они представляют собой не простое взаимодействие исходных реагентов, а сложные цепи последовательных стадий, где реагенты взаимодействуют друг с другом и со стенками ре­актора, которые могут катализировать, ингибировать процесс. Наибольшую проблему представляют случайные примеси. Так, вещества различной степени чистоты в одних случаях ведут себя как агрессивные агенты, в других — как инертные. В одних случаях примеси могут выступать как катализаторы, в других -как ингибиторы. Катализаторы вступают в контакт с реагирующими вещест­вами и ослабляют химические связи, что приводит к увеличе­нию скорости реакции. Применение катализаторов привело к перестройке всей химической промышленности. В настоящее время катализ используется в пищевой промышленности, в ка­честве средств защиты растений, неорганических кислот, щело­чей и солей, горюче-смазочных материалов, органическом син­тезе и т.д. На современном этапе развития учение о химических про­цессах занимается разработкой таких проблем, как химия плаз­мы (ионизированный газ), радиационная химия, химия высоких давлений и температур.Химия плазмы исследует протекание химических реакций при температурах 1000—10 000°С. В этом случае скорость пере­распределения химических связей очень высока (10~¹³с) при полном отсутствии обратимости реакции. Плазмохимия позво­ляет синтезировать ранее неизвестные материалы (металлобе-тон), получать высококачественные металлы и др. Радиационная химия позволяет осуществлять вулканизацию, полимеризацию, производство полимербетонов.

Химия высоких давлений и температур позволяет осуществ­лять самораспространяющийся синтез тугоплавких и керамиче­ских материалов — тепловой процесс горения в твердых телах. Горением в химии называется процесс перемещения электронов от атомов горючего тела к атомам кислорода, например горение порошка титана в порошке бора. В результате такого синтеза получаются сотни тугоплавких соединений самого высокого ка­чества.