Химическая технология, ч. 1. - Гончаров А.И
Скачать (прямая ссылка):
Під впливом світла відбуваються фотохімічні процеси, які мають вирішальне значення в житті рослинного світу і широко використовуються нині в хімічній технології, фотографії, медицині та ін. Механізм фотохімічних процесів полягає в активації молекул реагуючих речовин при поглинанні фотонів. При цьому змінюється електронна структура молекул: електрони зовнішніх оболонок атомів, які здійснюють хімічний зв'язок, збуджуються і молекула стає здатною до хімічних перетворень.
Фотохімічні реакції можна поділити на дві основні групи. До першої належать реакції, термодинамічно здатні до самочинного перебігу в даних умовах. Для них світло та інші електромагнітні коливання є ініціатором.
Друга група фотохімічних реакцій — це реакції, які в даних умовах не здатні термодинамічно відбуватись самочинно; для їх перебігу потрібна безперервна витрата світлової енергії. Кількість перетвореної речовини в цьому разі прямо пропорційна кількості поглинутої енергії світла.
Обидві групи фотохімічних реакцій відбуваються в природі і використовуються в промисловості. До фотохімічних реакцій належать реакції хлорування і бромування вуглеводнів та інших сполук, синтези деяких високополімерів (полістиролу), сульфохлорування парафінів та ін. До фотохімічних реакцій другої групи можна віднести природний процес фотосинтезу, тобто синтез вуглеводів у рослинах з CO2 повітря під дією сонячного світла, що поглинається пігментом рослин — хлорофілом.
У процесі фотосинтезу рослинний світ земної кулі щороку засвоює 175 млрд. т вуглецю з CO2 земної атмосфери, а 1 м2 зеленого листя синтезує близько 15 кг сухої органічної речовини. Розв'язання проблеми промислового фотосинтезу, тобто розкриття механізму цього процесу і відтворення його в промисловості, задовольнило б харчові й енергетичні потреби всього людства.
Окремою групою хімічних процесів, що здійснюються під впливом світла, є фотокаталітичні реакції, в яких світло поглинається не реагуючими речовинами, а каталізатором, що прискорює фотохімічну реакцію. Такі реакції відбуваються, як правило, між газоподібними або рідкими реагентами на поверхні твердого каталізатора внаслідок взаємодії каталізатора і світлової енергії. Під дією світла відбувається збудження електронів на поверхні каталізатора, тобто звільнення частини електронів і збільшення їх концентрації біля поверхні, що сприяє подоланню енергетичного бар'єра реакції.
Фотокаталізаторами служать деякі напівпровідники (ZnO, CdO, SnO2), які здатні до фотоутворення продуктів реакції без зміни свого складу і структури після закінчення процесу.
Радідщішій_-хімії належить велике майбутнє. Радіаційно-хімічні реакції відбуваються під дією іонізуючого випромінювання високої енергії — високочастотних електромагнітних коливань (рентгенівське проміння і 7-промені) і частинок великої енергії (прискорені P- і ос-частинки, нейтрони та ін.). Як джерела випромінювання використовуються ізотопні установки з довгоживучими радіоактивними
З*
67
ізотопами, наприклад 60Co, ядерні реактори, прискорювачі частинок і т. п.
Механізм дії іонізуючих випромінювань відрізняється і від дії каталізаторів, і від світлової енергії. Під час проходження випромінювань високої енергії через реагуючу систему відбувається передача енергії реагентам, що супроводжується іонізацією і збудженням молекул.
Безпосередня активація реагуючих молекул внаслідок дії випромінювання супроводжується відриванням електронів з внутрішніх оболонок атомів з наданням їм енергії. Вторинні електрони, в свою чергу, іонізують або активують молекули. Таким чином, первинний процес відривання електронів супроводжується вторинними процесами — руйнуванням зв'язків між атомами, утворенням вільних радикалів і валентно-ненасичених атомів, тобто певними хімічними перетвореннями.
Вивчення впливу випромінювання на активність гетерогенних каталізаторів показує, що у такий спосіб можна в широких межах змінювати і регулювати активність та селективність каталізаторів, особливо напівпровідникових.
Останніми роками почали здійснювати різні радіаційні хіміко-технологічні процеси в промисловості. Це реакції органічного синтезу, які відбуваються за ланцюговим або близьким до нього механізмом, що ініціюються випромінюванням: хлорування, сульфування, окислення, приєднання за подвійним зв'язком тощо. Промисловим процесом є, наприклад, синтез етилброміду, що здійснюється прямим приєднанням HBr до C2H4 під дією ^-променів.
Надзвичайно важливою галуззю промислової радіаційної хімії є різні перетворення полімерів, особливо вулканізація каучуку. Прл-мдсловість вже освоїла.,радіаційну полімеризацію етилену і пряме добування поліетиленових плівок і "виробів зшиван-ням макромолекул, тобто утворенням хімічних зв'язків між ними внаслідок дії випромінювання.
Під впливом випромінювання багато реакцій відбуваються з утворенням нових продуктів, наприклад реакції гідрування CO можуть призвести до утворення формальдегіду з дальшою конденсацією йою у вищі сахариди.
Великі перспективи має використання в хімічній технології гшаз^. Мйхімічніі^.іірс^ііе^^ Плазма — це своєрідний стан, коли внаслідок дії високої температури речовина перетворюється на іонізований газ, в якому містяться заряджені частинки — вільні електрони та іони. В результаті іонізації плазма стає електропровідною, але вона електронейтральна (квазинейтральна), оскільки позитивний заряд іонів і негативний заряд електронів в середньому взаємно нейтралізуються.
