Основные проблемы современной химии

В результате хозяйственной деятельности человека изменяется газовый состав и запыленность нижних слоев атмосферы. Так, при выбросе отходов промышленного химического производства

Основные проблемы современной химии

Информация

Химия

Другие материалы по предмету

Химия

Сдать работу со 100% гаранией

План

 

Введение

. Современные концепции химии

. Химическая промышленность и экологические проблемы химии

Заключение

Список использованной литературы

 

Введение

 

Химия в истекшем столетии заняла центральное место в естествознании. По темпам развития она существенно опережает другие естественные и точные науки. Объем химических знаний сейчас удваивается в среднем за 11-12 лет, в то время как в середине прошлого века этот период составлял около 40 лет. Одной из причин развития и совершенствования современного мира, базы материальной культуры цивилизованного мира стали достижения химии. Ведь именно химия играет важную роль в создании новых материалов, лекарств, средств защиты растений, продуктов питания и многого другого. Она является основой большинства технологических процессов во всех областях промышленности. Более 80% современных технологий энергетики, электроники, металлургии, пищевой и легкой отраслей промышленности, сельского хозяйства, а также все 100% нефтепереработки - это почти чистая химия.

Химия - не простая сумма знаний, а строгие, логически обоснованные системы понятий о веществах, химических реакциях, технологических процессах.

Р. Бойль писал: «...Химики видели свою задачу в приготовлении лекарств, в получении и превращении металлов. Я рассматриваю химию с совершенно иных позиций не как врач или алхимик, но как философ». «Ближайший предмет химии, - по словам Д.И. Менделеева, - составляет изучение однородных веществ, из сложения которых составлены все тела мира, превращений их друг в друга и явлений, сопровождающих такие превращения».

До XX в химия находилась в центре философских дебатов. Об атомной гипотезе Дж. Дальтона спорили исключительно химики - одни полагали, что атомы действительно существуют, а другие считали их лишь удобными фикциями. Однако открытие радиоактивности и рождение квантовой теории привели к тому, что атомы переместились в область физики, которая в то время подверглась революционным преобразованиям.

Целью настоящей работы является исследование основных проблем современной химии.

 

1. Современные концепции химии

 

Химия 21 века предстает перед нами как весьма разветвленная система знаний, которая находится в процессе интенсивного развития. К числу концептуальных направлений развития современной химии относятся:

) Проблема химического элемента. Впервые в мире в конце 80-х годов 20 в. в нашей стране был получен сверхтвердый материал - гексанит-Р. Это разновидность нитрида бора с температурой плавления 3200оС и твердостью, близкой к твердости алмаза. Но подлинный переворот в теории химических элементов произвела химия фторорганических соединений. Она открыла совершенно новый мир органических веществ. Изделия из фторуглерода принимаются в качестве материала для изготовления внутренних органов человека (сердечных клапанов, кровеносных сосудов и т.п.). Синтез уникальных материалов заставляет по-новому исследовать все химические элементы и накапливать данные для новых концепций химических элементов.

) Исследование структуры химических соединений. Современная структурная химия достигла больших результатов. Последним ее достижением является открытие совершенно нового класса металлоорганических соединений. Молекула этого вещества представляет собой две пластины из соединений водорода и углерода, между которыми находится атом какого-либо металла.

Исследования в области современной структурной химии идут по двум перспективным направлениям:

-синтез кристаллов с максимальным приближением к идеальной решетке для получения материалов с высокими техническими показателями: максимальной прочностью, термической стойкостью, долговечностью в эксплуатации и др.;

-создание кристаллов с заранее запрограммированными дефектами для производства материалов с заданными электрическими, магнитными и другими свойствами.

3)Учение о химических процессах. Например, были получены полимербетоны путем пропитки обычного бетона каким-либо полимеров с последующим облучением.

Одним из самых молодых направлений в исследовании химических процессов является радиационная химия, которая зародилась во второй половине 20 в. Предмет ее разработок - превращения самых разнообразных веществ под воздействием ионизирующих излучений.

Сегодня также принципиально новой и исключительно важной областью учения о химических процессах является самораспространяющийся высокотемпературный синтез тугоплавких и керамических материалов.

) Эволюционная химия. Ее возникновению способствовали исследования в области моделирования биокатализаторов и реальные достижения «нестационарной кинетики».

Так, сегодня активно используются факторы, влияющие на скорость реакции. Раздел химии, изучающий скорость и механизмы химических реакций называется химической кинетикой. Скорость химической реакции определяется изменением количества реагирующих веществ за единицу времени в единице объема (для гомогенных систем) или на единице поверхности (для гетерогенных систем).

Для гомогенных систем, в которых реакции протекают во всем объеме системы:

D n

v = ± (1)

V Dt

где v - скорость химической реакции, D n - изменение количества вещества, V - объем системы, D t - интервал времени, в котором определяют скорость реакции.

Для того, чтобы скорость реакции была величиной положительной, знак ± перед дробью дает возможность выбора: + - если скорость реакции определяется по изменению количества продукта реакции, - - если скорость определяется по изменению количества исходного вещества.

Отношение количества вещества к объему системы есть не что иное, как молярная концентрация данного вещества, С. Тогда равенство (1) принимает вид:

 

v = ± (2)

Dt

 

Для гетерогенных систем, в которых реакция протекает на поверхности раздела фаз:

 

D n

v = ± (3)

S Dt

 

где S - площадь поверхности раздела фаз, на которой идет химическая реакция.

Гетерогенная система - система, состоящая из нескольких фаз, разграниченных между собой поверхностями раздела. Фаза - отдельная однородная часть гетерогенной системы. Например, при 00С лёд, вода и образующийся над ними пар образуют гетерогенную систему из трех фаз: твердой - льда, жидкой - воды и газообразной - водяного пара. Система, состоящая из одной фазы, будет гомогенной. Примеры гомогенных систем: смеси газов, истинные растворы и т.д. Примеры гетерогенных систем: любые системы, в которых участвуют реагенты в твердом состоянии, несмешивающиеся жидкости и т.д.

Скорость химической реакции, как правило, выражается в моль/лс для гомогенных систем и в моль/м2с для гетерогенных систем.

Так как скорость реакции изменяется со временем (по мере расходования реагентов скорость реакции обычно снижается), то мы можем вычислить только среднюю скорость реакции в определенном временном интервале 0t.

Можно относить изменение концентрации к бесконечно малому промежутку времени, определяя истинную (мгновенную) скорость vмгн. в данный момент как производную от концентрации по времени

 

vмгн. = ± (4)

dt

 

На рисунке 1 приведен график зависимости концентрации исходного вещества от времени. В каждый момент времени (например, t1) мгновенная скорость реакции равна тангенсу угла наклона касательной к графику функции C = f (t).

 

 

C

 

 

 

 

C = f (t)

 

 

a t

t1

Рис. 1Эффективные и неэффективные столкновения реагирующих частиц. Активированный комплекс

 

Химическая реакция происходит только при контакте, при столкновении частиц реагирующих веществ (молекул, ионов, радикалов и т.д.). Однако не всякое столкновение частиц приводит к преобразованию таких частиц и к перегруппировке атомов. Если при столкновении частицы не обладают достаточной энергией, то столкновение будет неэффективным, упругим, подобным столкновению бильярдных шаров. Если же энергия частиц будет достаточно высока, то столкновение будет эффективным, в результате такого столкновения возникает активированный комплекс, происходит перераспределение электронной плотности, перегруппировка атомов, и образуются новые частицы - частицы продуктов реакции.

Рассмотрим такой процесс на примере реакции H2 + I2 ® 2 HI.

 

 

 

 

 

При столкновении молекулы водорода с молекулой йода, если они обладают достаточной энергией, сначала образуется активированный комплекс H2 --- I2 . Далее происходит перераспределение электронной плотности, переключение связей, активированный комплекс распадается на две молекулы HI. Активированный комплекс существует очень короткое время (порядка 10-13 с).

Активированный комплекс будет возникать только в том случае, если в момент столкновения молекулы будут обладать достаточной энергией - энергией активации, за счет которой можно преодолеть отталкивание электронных оболочек и запустить процесс перераспределения электронной плотности.

Энергия активации Еа - это некоторое избыточное количество энергии (по сравнению со средней), необходимое для вступления молекул в реакцию.

Схематически изменение суммарной теплоты образования исходных веществ и продуктов реакции можно изобразить в виде энергетической диаграммы реакции. На рис. 2 представлена такая диаграмма для экзотермической реакции. Как видим, при протекании реакции преодолевается энергетический барьер - энергия активации для образования активированного

Лучшие

Похожие работы

1 2 3 4 > >>