От химии к химическим технологиям

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Московской области «Электростальский техникум отраслевых технологий»

От химии к химическим технологиям

г. Электросталь

2015

От химии к химическим технологиям

Современное общество немыслимо без химических технологий. Они охватывают все важнейшие сферы народного хозяйства и различные отрасли экономики. Без применения химических технологий нельзя производить качественное продовольствие и лекарства, жидкокристаллические мониторы и современные средства связи, экологически безопасные автомобили и т.д.

Для производства современных компьютеров нужны интегральные схемы, технология изготовления которых основана на использовании кремния. Однако в природе нет кремния в химически чистом виде. Зато в больших количествах есть диоксид кремния в виде песка. Химические технологии позволяют обычный песок превратить в элементный кремний.

Автомобильный транспорт сжигает громадное количество топлива. Что нужно сделать, чтобы добиться минимального загрязнения атмосферы выхлопными газами? Частично такая проблема решается с помощью автомобильного каталитического конвертора выхлопных газов. Радикальное же ее решение обеспечивается применением химических технологий, а именно химическими манипуляциями над исходным сырьем – сырой нефтью, перерабатываемой в очищенные продукты, эффективно сгораемые в двигателях автомобилей.

Долгое время необходимые человеку товары повседневного спроса (продукты питания, одежда, краски) производились путем переработки преимущественно природного сырья растительного происхождения. Современные химические технологии позволяют синтезировать из сырья не только естественного, но и искусственного происхождения многочисленную и многообразную по своим свойствам продукцию, не уступающую природным аналогам.

Потенциальные возможности химических превращений природных веществ поистине безграничны. Все возрастающие потоки природного сырья: нефти, газа, угля, минеральных солей, силикатов, руды и т.п. – превращаются в краски, лаки, мыло, минеральные удобрения, моторное топливо, пластмассы, искусственные волокна, средства защиты растений, биологически активные вещества, лекарства и различное исходное сырье для производства других необходимых и ценных материалов.

 Около десяти лет назад, насчитывалось более 1 миллиона разновидностей продукции, выпускаемой химической промышленностью. К тому времени общее число известных химических соединений составляло более 8 миллионов, из них примерно 60 тысяч составляли неорганические соединения. Сегодня известно более 18 миллионов химических соединений. Во всех лабораториях нашей планеты ежедневно синтезируется 200–250 новых химических соединений, причем синтез этих веществ зависит от совершенства химических технологий и от эффективности управления химическими превращениями.

  Разработка новых химических веществ – процесс трудоемкий и дорогостоящий. Например, для нахождения и синтеза всего лишь нескольких лекарственных препаратов, пригодных для промышленного производства, необходимо изготовить не менее 4 тысяч разновидностей веществ. Для средств защиты растений данная цифра может достигать и 10 тысяч.

Роль химических технологий в современной промышленности трудно переоценить. Новые методы изготовления той или иной продукции, как правило, базируются на конструкционных материалах, сохраняющих свои свойства за пределами нормальных условий, например, при высокой или сверхвысокой температуре. Высокая эффективность многих аппаратов, двигателей и т.п. достигается при высоких температурах, поэтому создание термостойких материалов – одна из важнейших задач развития современных химических технологий.

К настоящему времени разработаны перспективные способы изготовления термостойких материалов. К ним относятся имплантация ионов на какой-либо поверхности; плазменный синтез – объединение веществ, находящихся в плазменном состоянии; плавление и кристаллизация в отсутствии гравитации; напыление на поликристаллические, аморфные и кристаллические поверхности с помощью молекулярных пучков; химическая конденсация из газовой фазы в тлеющем плазменном разряде и др.

Для изменения локальных химических и физических свойств материалов применяется лазерная технология. Сфокусированный луч мощного импульсного лазера способен кратковременно (в течение 100 нс) создавать чрезвычайно высокую локальную температуру – вплоть до 10 000 градусов по Кельвину. В условиях конденсации газовой фазы лазерный луч может инициировать химическую реакцию. С применением современных технологий получены, например, нитрид кремния(Si₃N₄) и силицид вольфрама (WSi₂) – термостойкие материалы для микроэлектроники. Нитрид кремния обладает превосходными электроизолирующими свойствами даже при небольшой толщине слоя – менее 0,2 микрометра. Силицид вольфрама отличается весьма малым электрическим сопротивлением. Из данных материалов напыляются тонкопленочные элементы интегральных схем. Напыление таких термостойких материалов производится методом плазменного осаждения на менее термостойкую подложку без заметного изменения ее свойств.

В настоящее время химическая технология бурно развивается и совершенствуется, используя новейшие достижения в самых разнообразных областях науки и техники. Особый интерес представляют плазменно-химические процессы, при которых под действием высокой температуры исходные вещества превращаются в ионизированные газы и реагируют с образованием различных продуктов. Перспективы развития химической технологии на основе плазмохимических процессов весьма значительны, так как в высокоионизированной плазме могут протекать процессы, невозможные в других условиях.

Наступает время существенных инноваций в химических технологиях, помогающих создавать новые материалы. Одними из таких новейших достижений науки являются нанотехнологии.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/142332-ot-himii-k-himicheskim-tehnologijam