Un sistema chimico è una combinazione di sostanze che interagiscono tra loro. Il sistema è separato dall'ambiente mentalmente o effettivamente. I sistemi chimici sono suddivisi nei seguenti tipi:

a) omogeneo

b) eterogeneo

c) dispersione

d) invariante

e) monovariante

f) bivariante

g) polivariante.

Un sistema omogeneo è un sistema fisico-chimico contenente una fase.

In un sistema omogeneo che comprende due o più componenti chimici, ciascuno dei componenti è distribuito nel volume di un altro composto sotto forma di molecole, atomi o ioni. I componenti di un sistema omogeneo hanno determinati valori in tutto il sistema o variano continuamente da un punto all'altro del sistema. Sono noti i seguenti sistemi omogenei: ghiaccio, soluzioni liquide o solide, miscele di gas. In questo caso si distinguono sostanze liquide, cristalline e amorfe.

Un sistema eterogeneo è un sistema che comprende diverse parti omogenee (fasi) separate da confini.

Le fasi possono differire l'una dall'altra per composizione e proprietà.

Fase: una parte omogenea di un sistema eterogeneo che ha le stesse proprietà in tutti i punti ed è separata dalle altre parti da confini.

Sistema disperso - un sistema delle particelle più piccole (solide, liquide o gassose) sospese in un mezzo liquido, gassoso o solido (mezzo disperso).

Esempi di sistemi dispersi sono: il latte, in cui le particelle di grasso sono sospese in acqua, nonché varie emulsioni, sospensioni, nebbie, schiume e fumi.

I sistemi dispersi sono studiati nella chimica dei colloidi. Sono noti colloidi liquidi, gelatinosi e solidi.

In termodinamica esistono concetti come sistemi isolati, aperti e stabili, nonché sistemi monovarianti, bivarianti e polivarianti.

Un sistema isolato è un sistema che non può scambiare energia e materia con l’ambiente.

Un sistema aperto scambia energia e materia con l’ambiente.

In un sistema chimico stabile, esiste un equilibrio tra le sostanze che compongono il sistema.

Un sistema monovariante è un sistema chimico in cui due fasi sono in equilibrio.

Un sistema chimico non variante è un sistema in cui tre componenti (o fasi) sono in equilibrio.

Sistema bivariante (polivariante) - un sistema costituito da una fase e dalla somma di tre o più componenti indipendenti e fattori esterni (temperatura e pressione).

Tra gli stati aggregati, sono noti stati condensati in condizioni standard (T = 291,15 K; P = 101,325 kPa).

Le sostanze condensate possono trovarsi allo stato solido o liquido; i solidi possono essere cristallini o amorfi.

La stabilità dei sistemi chimici è raggiunta dalla presenza di legami chimici e interazioni che differiscono per energia e natura. Nei sistemi dispersi hanno luogo i più diversi sistemi di connessioni e interazioni.

Mezzo di dispersione - una sostanza presente come fase estesa in un sistema disperso.

La fase dispersa è una sostanza distribuita nel mezzo.

A seconda delle dimensioni lineari della fase dispersa si formano sistemi dispersi omogenei ed eterogenei. I sistemi dispersi omogenei sono solitamente chiamati soluzioni. Possono essere solidi, liquidi o gassosi. Nelle soluzioni, le dimensioni lineari della fase dispersa non superano 1 nm. I sistemi dispersi eterogenei sono divisi in sistemi colloidali (la dimensione lineare delle particelle è superiore a 100 nm). A seconda dello stato di aggregazione del mezzo disperso si distinguono i solidi (leghe); liquidi (schiume, emulsioni, sospensioni); sistemi di gas dispersi (nebbie, fumi, aerosol, miscele di gas). In questi sistemi sono possibili due o più tipi di confini di fase, nonché due o più tipi di legami chimici. Nelle leghe tra le fasi si formano strati limite con una densità elettronica variabile. Nella formazione delle leghe sono coinvolti principalmente i legami metallici, tuttavia è possibile anche la formazione di legami ionici e covalenti.

Quando si formano le schiume, gas e componenti liquidi sono coinvolti nell'interazione. Nello strato limite è solitamente presente un gas disciolto nel liquido corrispondente. Qui i principali legami chimici sono covalenti. Le emulsioni contengono due o più fasi liquide, mentre le sospensioni hanno fasi solide e liquide (nelle sospensioni, la fase solida è distribuita nel mezzo liquido).

I fumi sono sistemi dispersi in cui le particelle solide sono distribuite in un mezzo gassoso. Allo stesso tempo, nelle nebbie, le particelle della fase liquida si distribuiscono nelle miscele di gas.

In tutti questi casi sono presenti vari legami e interazioni chimiche e si osserva una distribuzione speciale della densità elettronica per i corrispondenti sistemi dispersi.

È noto che le molecole di sostanze chimiche possono essere rappresentate sotto forma di mappe di densità elettronica. Quando si somma tale descrizione, è opportuno rappresentare i sistemi chimici sotto forma di mappe di cambiamenti di densità (o altre proprietà) per fasi reali, tenendo conto dei dati per gli strati interfacciali. Ad esempio, per una sospensione in cui sono distribuite particelle quasi della stessa dimensione e forma, con centri attivi sulla superficie che interagiscono con il mezzo di dispersione, è possibile rappresentare i cambiamenti di densità in una direzione sotto forma di un diagramma.

Lo strato superficiale formato al confine del “mezzo di sospensione-aria” ha solitamente una densità maggiore rispetto al mezzo di dispersione, poiché le particelle chimiche dello strato superficiale sono influenzate dal campo di particelle negli strati interni del mezzo di dispersione e nella fase di dispersione. In questo caso non vengono prese in considerazione le fluttuazioni di densità del mezzo di dispersione e della fase di dispersione. Per rappresentare la formazione e le proprietà dei sistemi dispersi, sono importanti concetti come adsorbimento, chemisorbimento, adesione, coesione, coagulazione, sol, gel, liofobicità, liofilicità.

L'adsorbimento è il processo di aumento della concentrazione di un composto chimico sulla superficie interfacciale in relazione alla concentrazione di questa sostanza nel volume.

Il chemisorbimento è un adsorbimento accompagnato da reazioni chimiche.

I processi di chemisorbimento sono spesso associati (accompagnati) da processi di adesione.

L'adesione è il legame di varie fasi liquide e solide al loro confine.

Coesione - legame (formazione di legami) tra particelle chimiche in una fase omogenea.

Pertanto, l'adesione e la coesione sono processi opposti. A causa dell'adesione, i solidi possono essere isotropi e non scomporsi in fasi separate. Tuttavia, in determinate condizioni, sono possibili distribuzioni di fase o interazioni tra le particelle della fase dispersa. La coagulazione è possibile per i sistemi colloidali.

Coagulazione: adesione delle particelle della fase dispersa nei sistemi colloidali.

Durante la coagulazione in un mezzo di dispersione liquido si formano gel.

I gel sono sistemi colloidali gelatinosi con un mezzo di dispersione liquido.

I sol sono solitamente soluzioni colloidali o sistemi colloidali, comprendenti una fase dispersa e un mezzo disperso che interagiscono tra loro.

Per caratterizzare la capacità delle sostanze di interagire con un mezzo liquido, vengono utilizzati i termini "liofobicità" e "liofilicità".

L'industria chimica è un tipo di industria in cui la lavorazione delle materie prime con metodi chimici è di fondamentale importanza. I principali materiali utilizzati in questo settore sono varie materie prime minerali e petrolio. Il ruolo dell'industria chimica nel mondo moderno è molto importante. Grazie ad esso, le persone possono utilizzare vari prodotti in plastica e plastica, nonché altri prodotti di raffinazione del petrolio. Inoltre, l’industria fornisce esplosivi, fertilizzanti per le necessità agricole, medicinali e così via.

Sviluppo

L'inizio della storia di questo settore è considerato la rivoluzione industriale, avvenuta all'inizio del XVII secolo. Fino al XVI secolo, la "scienza delle sostanze" si sviluppò generalmente molto lentamente, ma non appena le persone impararono ad applicare questa conoscenza nell'industria, molto cambiò. Il primo prodotto dell'industria chimica fu l'acido solforico, che rimane ancora oggi una sostanza estremamente importante e viene utilizzata in molti settori dell'attività umana. A quel tempo, questo composto veniva utilizzato principalmente nella lavorazione dei minerali metallici necessari per la rivoluzione industriale in grandi quantità. Le prime imprese per la produzione di acido solforico furono create in Inghilterra, Francia e Russia.

La seconda fase nello sviluppo di quest'area era la necessità di una produzione di massa di carbonato di sodio. Questa sostanza era necessaria per garantire la produzione di vetro e tessuti.

Nella prima fase, l’Inghilterra ha dato il maggior contributo allo sviluppo del settore. Con il crescente interesse per la chimica organica, lo sviluppo di questa scienza fu sempre più influenzato dalla Germania, i cui scienziati sono ancora considerati tra i migliori specialisti in questo campo. All'inizio del XX secolo, la maggior parte della produzione chimica era localizzata in questo paese, il che, secondo alcuni analisti, ha dato ai leader tedeschi la fiducia nella vittoria nella prima guerra mondiale grazie all'alta qualità degli esplosivi e alla ricerca avanzata sulle armi chimiche. . A proposito, furono le truppe tedesche a usare per la prima volta gas velenosi a scopo militare.

Rami dell'industria chimica

Ora sia la chimica inorganica che quella organica sono rilevanti, ogni anno vengono fatte molte scoperte in queste aree. Gli sviluppi più promettenti sono:

• Raffinazione del petrolio.
• Creazione di medicinali.
• Creazione di fertilizzanti.
• Creazione di polimeri e plastiche.
• Lo studio delle proprietà conduttive delle sostanze.

Gli scienziati lavorano da diversi decenni alla creazione di un conduttore ideale. In caso di successo, l’umanità sarà in grado di utilizzare le risorse del pianeta in modo molto più efficiente.

Industria chimica in Russia

Petrolchimica

La petrolchimica è un ramo chiave dell’industria chimica in Russia. Ciò è in gran parte dovuto al ruolo estremamente importante dell'industria della raffinazione del petrolio nell'economia del paese. Le istituzioni educative diplomano ogni anno decine di migliaia di specialisti petrolchimici. Lo Stato stanzia anche molti soldi per sponsorizzare la ricerca in questo settore.

Il volume delle vendite annuali di tutte le industrie petrolchimiche supera i 500 miliardi di rubli.

Produzione di ammoniaca

Togliattiazot è uno dei principali produttori di ammoniaca al mondo. Negli ultimi tempi l'azienda ha prodotto più di 3 milioni di tonnellate di gas all'anno, una cifra eccezionalmente elevata. Secondo gli esperti, la quota di questa azienda nella produzione mondiale di ammoniaca va dall'8 al 10%, l'azienda è anche impegnata nella produzione di fertilizzanti minerali e occupa circa il 20% del mercato russo in questo settore.

Produzione di fertilizzanti

Una parte importante del settore è la produzione di fertilizzanti. Sul territorio della Russia ci sono depositi molto grandi di materie prime per questo settore. Ben sviluppata è anche la produzione di risorse per creare fertilizzanti chimici. In epoca sovietica, i migliori scienziati lavorarono per migliorare l'efficienza dei fertilizzanti, facendo molte scoperte fondamentali in questo settore. Grazie a ciò la Russia è uno dei più importanti esportatori di fertilizzanti.

Industria farmaceutica

La produzione di medicinali e dei loro componenti è un settore molto promettente. Attualmente, questa industria non copre le esigenze della Russia e la creazione di molti farmaci non è stata nemmeno stabilita. Pertanto, ogni anno investitori stranieri, tra cui grandi aziende chimiche, investono nello sviluppo di questo settore. Tuttavia, secondo gli analisti, un aumento significativo dei volumi di produzione e della qualità dei prodotti si verificherà nella migliore delle ipotesi tra dieci anni.

Industria chimica nel mondo

L'industria chimica più sviluppata si trova in Germania, Gran Bretagna e Stati Uniti. Cioè, tra i paesi europei, i più avanzati sono solitamente gli stati che hanno dato un certo contributo allo sviluppo della chimica come scienza. Nel caso degli Stati Uniti, ciò è dovuto alle condizioni favorevoli per lo sviluppo della chimica e della farmacologia: un buon ambiente economico, la disponibilità di grandi materie prime e un sistema di trasporto sviluppato, nonché l'attrazione dei migliori specialisti da altri paesi.

In particolare, tra le prime cinque aziende con i maggiori profitti ci sono 2 aziende tedesche, 2 britanniche e una statunitense.

L'ambiente è materiale. La materia è di due tipi: sostanza e campo. L'oggetto della chimica è una sostanza (inclusa l'influenza sulla sostanza di vari campi: suono, magnetico, elettromagnetico, ecc.)

Sostanza - tutto ciò che ha una massa a riposo (cioè è caratterizzato dalla presenza di massa quando non è in movimento). Quindi, sebbene la massa a riposo di un elettrone (la massa di un elettrone immobile) sia molto piccola - circa 10 -27 g, anche un elettrone è una sostanza.

La materia esiste in tre stati di aggregazione: gassoso, liquido e solido. Esiste un altro stato della materia: il plasma (ad esempio, c'è il plasma nei temporali e nei fulmini globulari), ma la chimica del plasma non è quasi considerata nel corso scolastico.

Le sostanze possono essere pure, purissime (necessarie, ad esempio, per creare fibre ottiche), possono contenere quantità notevoli di impurità, possono essere miscele.

Tutte le sostanze sono costituite da minuscole particelle chiamate atomi. Sostanze costituite da atomi dello stesso tipo(da atomi di un elemento), chiamato semplice(ad esempio carbone, ossigeno, azoto, argento, ecc.). Le sostanze che contengono atomi interconnessi di diversi elementi sono chiamate complesse.

Se una sostanza (ad esempio nell'aria) contiene due o più sostanze semplici e i loro atomi non sono interconnessi, allora non viene chiamata complessa, ma una miscela di sostanze semplici. Il numero delle sostanze semplici è relativamente piccolo (circa cinquecento), mentre il numero delle sostanze complesse è enorme. Ad oggi si conoscono decine di milioni di sostanze complesse diverse.

Trasformazioni chimiche

Le sostanze sono in grado di interagire tra loro e nascono nuove sostanze. Tali trasformazioni sono chiamate chimico. Ad esempio, una sostanza semplice il carbone interagisce (dicono i chimici - reagisce) con un'altra sostanza semplice - l'ossigeno, provocando la formazione di una sostanza complessa - anidride carbonica, in cui sono legati atomi di carbonio e ossigeno. Tali trasformazioni di una sostanza in un'altra sono chiamate chimiche. Le trasformazioni chimiche sono reazioni chimiche. Quindi, quando lo zucchero viene riscaldato nell'aria, una sostanza dolce complessa - il saccarosio (di cui è composto lo zucchero) - si trasforma in una sostanza semplice - carbone e una sostanza complessa - acqua.

La chimica è lo studio della trasformazione di una sostanza in un'altra. Il compito della chimica è scoprire con quali sostanze questa o quella sostanza può interagire (reagire) in determinate condizioni, cosa si forma in questo caso. Inoltre, è importante scoprire in quali condizioni può procedere questa o quella trasformazione e si può ottenere la sostanza desiderata.

Proprietà fisiche delle sostanze

Ogni sostanza è caratterizzata da una combinazione di proprietà fisiche e chimiche. Le proprietà fisiche sono proprietà che possono essere caratterizzate utilizzando strumenti fisici.. Ad esempio, utilizzando un termometro, è possibile determinare i punti di fusione e di ebollizione dell'acqua. I metodi fisici possono caratterizzare la capacità di una sostanza di condurre una corrente elettrica, determinare la densità di una sostanza, la sua durezza, ecc. Durante i processi fisici, le sostanze rimangono invariate nella composizione.

Le proprietà fisiche delle sostanze si dividono in numerabili (quelle che possono essere caratterizzate con l'aiuto di determinati dispositivi fisici mediante un numero, che indica, ad esempio, la densità, i punti di fusione e di ebollizione, la solubilità in acqua, ecc.) e innumerevoli (quelle che non possono essere caratterizzato da un numero o molto difficile come colore, odore, gusto, ecc.).

Proprietà chimiche delle sostanze

Le proprietà chimiche di una sostanza sono un insieme di informazioni su quali altre sostanze e in quali condizioni una determinata sostanza entra in interazioni chimiche.. Il compito più importante della chimica è identificare le proprietà chimiche delle sostanze.

Le trasformazioni chimiche coinvolgono le particelle più piccole di sostanze: gli atomi. Durante le trasformazioni chimiche, da alcune sostanze si formano altre sostanze e le sostanze originali scompaiono e al loro posto si formano nuove sostanze (prodotti di reazione). UN atomi a Tutto le trasformazioni chimiche vengono preservate. Il loro riarrangiamento avviene, durante le trasformazioni chimiche, i vecchi legami tra gli atomi vengono distrutti e ne nascono nuovi.

Elemento chimico

Il numero di sostanze diverse è enorme (e ognuna di esse ha il proprio insieme di proprietà fisiche e chimiche). Ci sono relativamente pochi atomi nel mondo materiale che ci circonda, che differiscono l'uno dall'altro nelle loro caratteristiche più importanti: circa un centinaio. Ogni tipo di atomo ha il proprio elemento chimico. Un elemento chimico è un insieme di atomi con caratteristiche uguali o simili.. In natura si trovano circa 90 elementi chimici diversi. Ad oggi, i fisici hanno imparato come creare nuovi tipi di atomi assenti sulla Terra. Tali atomi (e, di conseguenza, tali elementi chimici) sono chiamati artificiali (in inglese - elementi artificiali). Finora sono stati sintetizzati più di due dozzine di elementi ottenuti artificialmente.

Ogni elemento ha un nome latino e un simbolo di una o due lettere. Non esistono regole chiare per la pronuncia dei simboli degli elementi chimici nella letteratura chimica in lingua russa. Alcuni lo pronunciano così: chiamano l'elemento in russo (simboli di sodio, magnesio, ecc.), Altri - in lettere latine (simboli di carbonio, fosforo, zolfo), altri - come suona il nome dell'elemento in latino ( ferro, argento, oro, mercurio). È consuetudine pronunciare il simbolo dell'elemento idrogeno H nello stesso modo in cui questa lettera viene pronunciata in francese.

Nella tabella seguente è riportato un confronto tra le caratteristiche più importanti degli elementi chimici e delle sostanze semplici. Ad un elemento possono corrispondere più sostanze semplici (fenomeno dell'allotropia: carbonio, ossigeno, ecc.), o forse uno solo (argon e altri gas inerti).

Recentemente io e i miei amici abbiamo guardato un film piuttosto interessante. Raccontava del nostro futuro, di cosa accadrà alla vita delle persone. In generale, per quanto ho capito il genere di questo film, era fantasy. E in una delle scene hanno parlato della crescita dell'industria chimica, e che presto non potremo vivere pienamente, a causa del fatto che il mondo intero sarà avvolto materiali chimici. Tutti, ovviamente, hanno riso e hanno lasciato passare questo momento, ma ho pensato, cosa davvero industria chimica sta gradualmente prendendo il sopravvento, soppiantando altre aree di attività, e questo mi ha un po’ allertato. Ho deciso di capire tutto e ora voglio dirtelo.

Qual è l'industria chimica

Industria chimica– eccezionale attività in economia, su cui si basa processo di chimicazione, cioè. l'uso di metodi, materiali e processi chimici in vari rami dell'economia.

Si distingue per un’organizzazione complessa che comprende dati di settore:

• preda minerario e chimico materie prime;
• chimica di base;
• chimica dei polimeri(sintesi organica).

Anche spiegando questo termine, ho già concluso il significato di questo settore, e questo significato è infinitamente enorme. Dopotutto, l'industria chimica include la possibilità di consumare materie prime e raccolta differenziata quasi tutti gli scarti di produzione, anche i più tossici. A mio avviso, questo è un argomento molto forte sul ruolo di questa attività nel mondo industriale. Nessuna industria può eguagliare l’industria chimica. industria nella produzione di materiali praticamente nuovi con proprietà predeterminate.

Fattori di localizzazione delle imprese dell'industria chimica

Principalmente a fattori di posizionamento si applica a:

• materie prime fattore;
• consumatore fattore;
• materie prime di consumo fattore.

La specificità dell'ubicazione di queste industrie in Russia è la concentrazione nella parte europea del paese. Ci sono diversi motivi per questa funzionalità. Tra i principali ci sono la vicinanza del consumatore e la disponibilità delle materie prime ( fattore consumatore-materia prima).

Esempi di posizionamento

Fondamentalmente, ovviamente, è da attribuire l'estrazione delle materie prime merce fattore. Per esempio, imprese minerarie e chimiche si trovano a Berezniki e Solikamsk, perché qui si trova uno dei più grandi giacimenti di sali di potassio. I fertilizzanti fosfatici vengono prodotti dalle apatiti estratte nel Khibiny, ma la maggior parte un fattore importante le imprese chimiche lo sono fattore consumatore. Quasi tutti i centri si trovano nelle grandi città. Ad esempio, è più conveniente costruire qualsiasi impresa a San Pietroburgo, dove vivono molte persone e c'è domanda, piuttosto che in una città di provincia con una piccola popolazione.

Basi (idrossidi)- sostanze complesse, le cui molecole hanno nella loro composizione uno o più gruppi idrossilici OH. Molto spesso, le basi sono costituite da un atomo di metallo e un gruppo OH. Ad esempio, NaOH è idrossido di sodio, Ca (OH) 2 è idrossido di calcio, ecc.

Esiste una base: l'idrossido di ammonio, in cui il gruppo ossidrile non è attaccato al metallo, ma allo ione NH 4 + (catione ammonio). L'idrossido di ammonio si forma sciogliendo l'ammoniaca in acqua (reazioni di aggiunta di acqua all'ammoniaca):

NH 3 + H 2 O = NH 4 OH (idrossido di ammonio).

La valenza del gruppo ossidrile è 1. Il numero di gruppi ossidrile nella molecola base dipende dalla valenza del metallo ed è uguale ad essa. Ad esempio NaOH, LiOH, Al (OH) 3, Ca (OH) 2, Fe (OH) 3, ecc.

Tutti i motivi - solidi che hanno colori diversi. Alcune basi sono altamente solubili in acqua (NaOH, KOH, ecc.). Tuttavia, la maggior parte di essi non si dissolve in acqua.

Le basi idrosolubili sono chiamate alcali. Le soluzioni alcaline sono "sapone", scivolose al tatto e piuttosto caustiche. Gli alcali includono idrossidi di metalli alcalini e alcalino terrosi (KOH, LiOH, RbOH, NaOH, CsOH, Ca(OH) 2, Sr(OH) 2, Ba(OH) 2, ecc.). Il resto è insolubile.

Basi insolubili- questi sono idrossidi anfoteri che, quando interagiscono con gli acidi, agiscono come basi e si comportano come acidi con alcali.

Basi diverse differiscono nella loro capacità di scindere i gruppi idrossilici, quindi sono divise in basi forti e deboli a seconda della caratteristica.

Le basi forti donano facilmente i loro gruppi idrossilici in soluzioni acquose, ma le basi deboli no.

Proprietà chimiche delle basi

Le proprietà chimiche delle basi sono caratterizzate dalla loro relazione con acidi, anidridi acide e sali.

1. Agire sugli indicatori. Gli indicatori cambiano colore a seconda dell'interazione con diverse sostanze chimiche. Nelle soluzioni neutre - hanno un colore, nelle soluzioni acide - un altro. Quando interagiscono con le basi, cambiano colore: l'indicatore metilarancio diventa giallo, l'indicatore tornasole diventa blu e la fenolftaleina diventa fucsia.

2. Reagire con ossidi acidi formazione di sale e acqua:

2NaOH + SiO2 → Na2SiO3 + H2O.

3. Reagire con acidi, formando sale e acqua. La reazione dell'interazione di una base con un acido è chiamata reazione di neutralizzazione, poiché dopo il suo completamento il mezzo diventa neutro:

2KOH + H2SO4 → K2SO4 + 2H2O.

4. Reagire con i sali formando un nuovo sale e base:

2NaOH + CuSO4 → Cu(OH)2 + Na2SO4.

5. In grado di decomporsi in acqua e ossido basico quando riscaldato:

Cu (OH) 2 \u003d CuO + H 2 O.

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