Учение о химических процессах

В конце XIX века химики начали изучать управление химическими процессами. Эта задача не снята с повестки дня и по сегодняшний день. Для управления химическими процессами, разработаны термодинамические и кинетические методы. Все химические реакции обратимы. Можно сместить равновесие в ту или иную сторону. Например, реакция получения аммиака, N₂+2Н₂↔2NН₃, не протекает при обычных условиях, даже при высоких температурах и при больших давлениях. Однако, с использованием катализатора (железа) удалось получить аммиак при 20⁰С и 1 атм. При помощи давления, можно осуществить сдвиг равновесия в сторону получения аммиака.

Химические реакции, в основном, зависят от следующих факторов: температура, давление, наличие катализаторов, состав окружающей среды, наличие реагентов, растворителей и активность стенки реактора.

Успехи в области химических процессов, позволили химикам начать изучение быстропротекающих химических реакций в живых организмах, им удалось получить сверхпрочные и сверхпроводящие материалы. Удалось также провести операции с фрагментом молекулы ДНК, изменяя ее генетический код. Химики технологи близки к созданию молекулярного компьютера, обладающего чрезвычайно большими возможностями.

Перспективными химическими процессами являются плазмохимические процессы. Например, плазмотрон длиной 65 см, диаметром – 15 см. имеет производительность в 75 тонн ацетилена в сутки. Из нитрида бора при 100000 атм. и 2000⁰С синтезирован материал, тверже алмаза. За работу в области фемтохимии (менее 10^-15 секунд), американец египетского происхождения, Ахмед Зивейл, в 1999 году удостоен Нобелевской премии по химии.

Ионно-плазменные напыления в вакууме, применяются для формирования радиотехнических элементов микронных размеров для интегральных схем микроэлектроники. При горении порошков разных металлов, происходит самораспостраняющийся, высокотемпературный синтез. В результате, таких реакций получено множество тугоплавких соединений высокого качества: ТiС, ZrС, VС, NbС, Ta₂С, TaС, TiВ, HfВ.

Реакция, протекающая при давлении выше 100 атм., относится к химии высоких давлений, а при давлении выше 1000 атм. – к химии сверхвысоких давлений. При давлении около 1000 атм. исчезают различия между жидкими и газовыми фазами, а при давлении больше 1000 атм. – между жидкими и твердыми фазами. При давлении 10⁶ атм. образуется металлическая связь. Свойства металлов, при высоких давлениях меняются. Например, сталь, при давлении 12000 атм. становится гибкой, а при 20000 атм. – эластичной как каучук. При давлении 400000 атм., сера становиться электропроводящим материалом. При давлении 2,8 млн. атм., водород становится металлическим. В1954 году искусственный алмаз был синтезирован в США, при давлении 50000 атм. и температуре 2000⁰С. Из алмазного порошка, при давлении 80000 атм. и температуре 1000⁰С, получена особая разновидность черных алмазов – карбонадо, которая тверже алмазов, встречающихся в природе. Карбонадо позволяет обрабатывать природные алмазы. Налажено промышленное производство драгоценных камней: корунда, изумруда и т. д.

В начале 90–х. годов ХХ века, синтезирован керамический материал, на основе оксидов меди, который обладает высокотемпературной (около 170 К) сверхпроводимостью. Полученные магниты, из сверхпроводящих материалов, на основе ниобия, дали возможность построить в Японии поезда на воздушной подушке, развивающие скорость 780 км/ч.