ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, наука о процессах, методах и средствах массовой хим. переработки сырья и промежуточных продуктов.

X. т. возникла в кон. 18 в. и почти до 30-х гг. 20 в. состояла из описания отдельных хим. произ-в, их осн. оборудования, материальных и энергетич. балансов. По мере развития химической промышленности и возрастания числа хим. произ-в возникла необходимость изучения и установления общих закономерностей построения оптимальных хи-мико-технологич. процессов, их пром. реализации и рациональной эксплуатации.

Осн. задача X. т.- сочетание в единой технологич. системе разнообразных хим. превращений с физико-химич. и механич. процессами: измельчением и сортировкой твёрдых материалов (см., напр., Дробление), образованием и разделением гетерогенных систем (см., напр., Фильтрование, Центрифугирование, Отстаивание, Диспергирование), массообменом (см. Ректификация, Абсорбция, Адсорбция, Кристаллизация, Экстракция) и теплообменом, фазовыми превращениями (см. Фазовый переход), сжатием газов, созданием высоких и низких темп-р, электрич., магнитных, ультразвуковых полей и т. д. К X. т. относятся также транспортировка, складирование и хранение сырья, полуфабрикатов и готовых продуктов, контроль и автоматизация производственных процессов, выбор конструкционных материалов для пром. аппаратуры, а также типов и единичных мощностей аппаратов.

Методы X. т. используют не только в хим., но и во мн. др. отраслях пром-сти: нефтехимич., металлургич., строительных материалов, стекольной, текст., целл.-бум., фармацевтич., пищевой и др.

Теоретич. основы X. т.- учение о процессах и аппаратах и хим. кибернетика (в т. ч. математич. моделирование и оптимизация химико-технологич. процессов, автоматизированные системы управления).

Для решения задач X. т. используются достижения в развитии всех разделов химии (особенно физ. химии), физики, механики, биологии, математики, технической кибернетики (в т. ч. автоматизированных систем управления), пром. экономики и т. д.

X. т. классифицируется по различным принципам: 1) по сырью (напр., технология переработки минерального, растительного или животного сырья; технология угля, нефти и т. п.); 2) по потребительскому, или товарному, признаку (напр., технология удобрений, красителей, фармацевтич. препаратов); 3) по группам периодич. системы элементов (напр., технология щелочных металлов, тяжёлых металлов и др.); 4) по типам хим. реакций и процессов (технология хлорирования, сульфирования, электролиза и т. п.).

Развитие X. т. идёт по пути комплексного использования сырья и энергии в пределах данного произ-ва или в кооперации с др. произ-вами, конструирования высокопроизводительной аппаратуры из химически стойких материалов, разработки непрерывных и замкнутых ("безотходных") процессов, исключающих загрязнение воздушного и водного бассейнов вредными пром. отходами, расширения диапазонов темп-р и давлений, использования каталитич. реакций, применения процессов в псевдоожижен-ном слое, развития систем автоматизации, контрольно-измерительной техники и т. п.

Лит.: Вольфкович С. И., Егоров А. П., Эпштейн Д. А., Общая химическая технология, т. 1, М. - Л., 1952;

Общая химическая технология под ред. С. И. Вольфковича, т. 2, М., 1959; К а-ф а р о в В. В., Методы кибернетики в хи" мии и химической технологии, 2 изд М 1971.

ХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА,

науч. область, пограничная между химией и новыми разделами физики. Возникновение X. ф. было подготовлено многими выдающимися открытиями в физике нач. 20 в. (см. Атомная физика, Квантовая механика). Как следствие быстрого прогресса физики появились новые возможности теоретич. и экспериментального решения хим. проблем, а это, в свою очередь, привело к расширению исследований с применением физ. методов. Складывались совр. представления о строении и электрич. свойствах атомов и молекул, природе межмолекулярных сил и элементарного акта хим. взаимодействия. После открытия нем. учёным М. Боденштейном неразветвлённых цепных реакций (1913) и установления В. Нернстом принципиального хим. механизма таких реакций начался новый этап развития кинетики химической, Механизм хим. реакций рассматривается как сложная совокупность элементарных хим. процессов с участием молекул, атомов, свободных радикалов, ионов, возбуждённых частиц. Открыты и изучены ранее неизвестные типы хим. реакций, напр, цепные разветвлённые реакции (Н. Н. Семёнов, С. Хиншелвуд), и явления, свойственные этому типу реакций; создана теория процессов горения и взрывов, базирующаяся на хим. кинетике (Семёнов).

Впервые термин чХ. ф." в понимании, близком к современному, ввёл нем. учёный А. Эйкен, опубликовав чКурс химической физики" (1930). До этого (1927) вышла книга В. Н. Кондратьева, Н. Н. Семёнова и Ю. Б. Харитона "Электронная химия", название к-рой в известной мере раскрывает смысл терминачХ. ф.". В 1931 был организован Ин-т хим. физики АН СССР; с 1933 в США издается чЖурнал химической физики" (Journal of Chemical Physics).

Уже с 20-30-х гг. к X. ф. стали относить работы по изучению строения электронной оболочки атома; квантово-механич. природы хим. сил; строения и свойств молекул, кристаллов и жидкостей; проблем хим. кинетики - природы элементарных актов хим. взаимодействия, свойств свободных радикалов, квантовом еханич. теории реакционной способности соединений, фотохимич. реакций и реакций в разрядах, теории горения и взрывов.

Совр. этап в развитии X. ф. характеризуется широким применением многочисленных весьма эффективных физ. методов, дающих большой объём информации о структуре атомов и молекул и механизмах хим. реакций. Это спект-рально-оптич. методы, масс-спектромет-ри% метод молекулярных пучков, рентгеноструктурный анализ, электронная микроскопия, электромагнитные методы определения поляризуемости, магнитной восприимчивости, электронография в ионография, нейтронография и нейтроно-спектроскопич. методы, электронный парамагнитный резонанс, ядерный магнитный резонанс, ядерный квадруполь-ный резонанс, двойные резонансы, метод спинового эха, хим. поляризация электронов и ядер, гамма-резонансная спектроскопия, методы установления структурных и динамич. свойств молекул с помощью мезонов и позитронов, методы определения импульсов электронов в молекулах, импульсные методы изучения быстрых процессов (импульсный радио-лиз, импульсный, в т. ч. лазерный, фотолиз), ударно-волновые и др. методы.

Растёт значение квантовой химии, применение ЭВМ для расчёта электронного строения и свойств хим. соединений и выполнения др. расчётов, необходимых для развития теории хим. реакций.

Большое внимание уделяется изучению механизмов элементарных актов хим. превращения в газовой и конденсированной фазах. Применительно к гаэофазным реакциям интенсивно исследуется кинетика неравновесных процессов, важных в условиях высоких темп-р и глубокого вакуума, выясняется роль колебательного возбуждения молекул. Разрабатывается теория туннельных переходов в кинетике хим. реакций, устанавливаются критерии, характеризующие темп-ры, ниже к-рых туннельные переходы преобладают над барьерными. Изучаются особенности процессов при темп-pax, близких к абс. нулю. Развивается химия низких темп-р (низкотемпературные реакции протекают направленно, с весьма высоким выходом целевых продуктов, с большими, иногда взрывными, скоростями).

Интенсивно ведутся работы по химии высоких энергий - области X. ф., связанной с исследованиями кинетики, механизма и практич. приложений процессов, в к-рых энергии отд. атомов, молекул, радикалов превышают энергию теплового движения, а зачастую и энергию хим. связей.

Важным разделом химико-физич. исследований является фотохимия, имеющая большое значение для теории хим. процессов, решения проблем фотосинтеза, фоторецепции, фотографии, свето-стабилизации полимерных материалов. С помощью современных импульсных методов исследуются весьма быстрые фотопроцессы, что важно для установления механизма элементарных реакций. Изучается механизм фотохромизма, знание к-рого необходимо в связи с широким применением фотохромных материалов в технике.

Ведутся теоретич. и прикладные исследования в области низкотемпературной плазмы, разрабатываются общие принципы неравновесной кинетики хим. реакций в плазме и науч. основы плазмо-химич. технологии (см. Плаэмохимия).

Сравнительно новое направление X. ф.- изучение хим. превращений конденсированных веществ в результате их сжатия под действием ударных волн. Изучается кинетика быстрых неизотермич. реакций в условиях адиабатич. расширения и сжатия газов.

Возрастает роль и значение работ по ядерной химии, к-рая занимается изучением хим. последствий ядерных процессов (ядерные реакции, радиоактивный распад), исследованиями в области химии новых трансурановых элементов, а также своеобразных систем (в частности, мезоатомов), возникающих при воздействии на вещество позитронов и мезонов. Развиваются методы радиационной химии.

Одним из фундаментальных следствий теории цепных процессов является вывод об образовании высоких концентраций свободных атомов и радикалов в ходе цепных разветвлённых реакций. Этот вывод лежит в основе многочисленных теоретич. и экспериментальных работ, имеющих большое практич. значение. Развиваются исследования цепных процессов с энергетич. разветвлениями цепи. На основе таких процессов создаются хим. лазеры. Новым науч. направлением становится изучение влияния магнитных полей на механизм реакций с участием свободных радикалов. Сохраняет своё большое теоретич. и практич. значение изучение теплового взрыва, горения и детонации.

Большое внимание уделяется изучению кинетики и механизма хим. реакций в твёрдом теле (см. также Топохимиче-ские реакции) и химико-физич. аспектам катализа. В области гетерогенного катализа X. ф. сосредоточивает внимание на изучении свойств частиц, адсорбированных на поверхности катализатора, установлении структуры и распределения активных центров на поверхности твёрдых тел, разработке элементарного акта гетерогенного катализа. Перспективным объектом химико-физич. изучения становится металлокомплекс-ный катализ, приближающийся по эффективности к ферментативному.

В области электрохимии X. ф. разрабатывает квантовохимич. обоснование особенностей электрохимич. реакций, занимается экспериментальным изучением механизма элементарного акта электродных реакций, а также процессов в объёме раствора, сопровождающихся переносом электронов, исследованием сольватированных электронов, теоретич. анализом темновой и фотоэмиссии электронов из металла в раствор.

Химико-физич. методы и подходы становятся эффективным инструментом науч. исследований во всех разделах хим. науки. Совр. физическая химия также во всё возрастающей степени использует при решении хим. проблем новейшие достижения физики и физич. методы исследования.

Лит.: Кондратьев В. Н., С е м е-н о в Н. Н., X а р и т о н Ю. Б., Электронная химия, М. - Л., 1927; Э и к е н А., Курс химической физики, пер. с нем., вып. 1-3, М. - Л., 1933-1935; С е м е-н о в Н. Н., Кондратьев В. Н., Эмануэль Н. М., Химическая физика в Академии наук СССР, " Вестник Академии наук СССР", 1974, № 2, с. 49; С е м е н о в Н. Н., Химическая физика. (Физические основы химической кинетики), Черноголовка, 1975. ^ ~ Ц- М. Эмануэль.