Modern kemisk teknik och konstgjorda material. Kemisk teknik. Grunderna för kemisk teknik inom inhemsk utbildning

Skicka ditt bra arbete i kunskapsbasen är enkel. Använd formuläret nedan

Studenter, doktorander, unga forskare som använder kunskapsbasen i sina studier och arbete kommer att vara mycket tacksamma för dig.

Publicerat på http://www.allbest.ru/

FEDERAL UTBILDNINGSBYRÅN

VOLGA POLYTEKNISKA INSTITUTET (GRANCH) I VOLGOGRAD STATE TEKNISKA UNIVERSITETET

AVDELNINGEN FÖR ALLMÄN KEMISK TEKNIK OCH BIOTEKNOLOGI.

ENSKILT ARBETE

Ämne: Nya material inom kemi och möjligheterna att använda dem

Avslutad:

student gr. VE-111

O. V. Kuznetsova

Kontrollerade:

Ivankina. O. M.

Volzhsky, 2008

Introduktion

1. Polymermaterial

2. Syntetiska tyger

3. Bevarande och utbyte av material

6. Optiska material

Bibliografi

Introduktion

Material är ämnen från vilka olika produkter tillverkas: produkter och anordningar, bilar och flygplan, broar och byggnader, rymdfarkoster och mikroelektroniska kretsar, laddade partikelacceleratorer och kärnreaktorer, kläder, skor etc. Varje produkttyp kräver sina egna material med väldefinierade egenskaper. Höga krav har alltid varit och ställs på materialegenskaper.

Modern teknik gör det möjligt att producera en mängd olika högkvalitativa material, men problemet med att skapa nya material med bättre egenskaper är fortfarande relevant för denna dag.

När man letar efter ett nytt material med önskade egenskaper är det viktigt att fastställa dess sammansättning och struktur, samt ge förutsättningar för deras hantering.

Under de senaste decennierna har material syntetiserats med fantastiska egenskaper, till exempel material för termiska sköldar för rymdfarkoster, högtemperatur superledare, etc. Det är knappast möjligt att räkna upp alla typer av moderna material. Med tiden växer deras antal ständigt.

Många strukturella element i moderna flygplan är gjorda av kompositpolymermaterial. Ett av dessa material, Kevlar, överträffar många material, inklusive stål av högsta kvalitet, när det gäller en viktig indikator - styrka / viktförhållande.

1. Polymermaterial

syntetiskt polymert tyg

Plast är material baserade på naturliga eller syntetiska polymerer som kan ta en given form vid uppvärmning under tryck och stabilt behålla det efter kylning. Förutom polymeren kan plast innehålla fyllmedel, stabilisatorer, pigment och andra komponenter. Ibland används andra namn på plast - plast, plast.

Polymerer är byggda av makromolekyler som består av många små grundmolekyler - monomerer. Processen för deras bildning beror på många faktorer, variationer och kombinationer av vilka gör det möjligt att erhålla många sorter av polymerprodukter med olika egenskaper. De viktigaste processerna för bildandet av makromolekyler är polymerisation och polykondensation.

Genom att ändra molekylstrukturen och deras olika kombinationer är det möjligt att syntetisera plast med önskade egenskaper. Ett exempel är syntesen av plast med önskade egenskaper. Ett exempel är ABS - polymer. Den innehåller tre huvudmonomerer: akrylnitrat (A), butadien (B) och styren (C). Den första ger kemisk resistens, den andra ger slagfasthet och den tredje ger hårdhet och enkelhet vid termoplastisk bearbetning. Huvudvärdet av dessa polymerer är ersättning av metaller i olika strukturer.

De mest lovande materialen med hög termisk stabilitet visade sig vara aromatiska och heteroaromatiska strukturer med en stark bensenring: polyfenylensulfid, aromatiska polyamider, fluorpolymerer etc. Dessa material kan användas vid temperaturer på 200-400 grader. De främsta konsumenterna av värmebeständig plast är luftfart och raketer.

2. Syntetiska tyger

Sedan början av 1900 -talet. kemisk teknik började fokusera på skapandet av nya fibrösa material. Hittills är en mängd konstgjorda fibrer tillverkade huvudsakligen av 4 typer av kemiska material: cellulosa (viskos), polyamid, polyakrylnitril och polyestrar.

Produktionsvolymen av syntetmaterial för en klädtillverkare drivs av konsumenternas efterfrågan, som har visat en nedåtgående trend de senaste åren. I detta avseende är en av kemisernas viktigaste uppgifter att föra konstgjorda material närmare i egenskaper och kvalitet till naturliga.

Dagens innovationer har påverkat fibrernas geometri. Tillverkare av textilråvaror strävar efter att göra garnen så tunna som möjligt.

Ihåliga fibrer dök också upp. De motstår kyla bättre. Om en sådan fiber i tvärsnitt inte är rund, utan oval, tar tyget från den lättare bort svett från huden.

En av varianterna av syntet är Kevlar. Det är 5 gånger mer rivresistent än stål och används för att göra skottsäkra jackor. Modedesigners favoritmaterial - elastiskt - är bekvämt inte bara i sportkläder utan även i vardagsdräkter. Det finns ett tyg baserat på små glasbollar som reflekterar ljus. Kläder gjorda av det - bra skydd för dem som är på gatan på natten.

Tekniken för att göra tyg till astronautens kläder är original, som kan skydda honom utanför atmosfären från rymdens kalla kyla och Solens brännande värme. Hemligheten med sådana kläder ligger i miljontals mikroskopiska kapslar inbäddade i tyg eller skum - en massa.

Moderna tyger består ofta av flera lager, såsom metallfolie, garn och fiber, för att ta bort svett.

De senaste tygerna har banat väg för modern klädteknik.

3. Byte av material

Gamla material ersätts av nya. Detta händer vanligtvis i 2 fall: när det är brist på gammalt material och när nytt material är mer effektivt. Ersättningsmaterialet bör ha bättre egenskaper. Till exempel kan plast klassas som substitutmaterial, även om det knappast är möjligt att betrakta dem som definitivt nya material. Plast kan ersätta metall, trä, läder och andra material.

Problemet med att ersätta icke-järnmetaller är inte mindre svårt. I många länder följer de vägen för sin ekonomiska, rationella konsumtion. Fördelarna med plast för många tillämpningar är tydliga: ett ton plast inom maskinteknik sparar 5 till 6 ton metaller. Vid tillverkning av till exempel plastskruvar, kugghjul etc. reduceras antalet bearbetningsoperationer och arbetskraftens produktivitet ökas med 300-1000%. Vid bearbetning av metaller används materialet med 70%, och vid tillverkning av plastprodukter - med 90-95%.

Byte av trä började under 1900 -talets första hälft. Först och främst dök plywood upp, och senare - fiberplattor och spånskivor. Under de senaste decennierna har trä ersatts av aluminium och plast. Exempel inkluderar leksaker, hushållsartiklar, båtar, byggnadsstrukturer och liknande. Samtidigt finns det en trend mot en ökad konsumentefterfrågan på varor av trä.

I framtiden kommer plast att ersättas av kompositmaterial, vars utveckling ägnas stor uppmärksamhet.

4. Kraftiga och värmebeständiga material

Materialutbudet för olika ändamål expanderar ständigt. Det senaste decenniet har skapat en naturvetenskaplig bas för utveckling av grundläggande nya material med önskade egenskaper. Till exempel kännetecknas stål som innehåller 18% nickel, 8% kobolt och 3-5% molybden av hög hållfasthet - förhållandet mellan styrka och densitet är flera gånger högre än för vissa aluminium- och titanlegeringar. Dess huvudsakliga tillämpningsområde är luftfart och raketer.

Sökandet efter nya höghållfasta aluminiumlegeringar fortsätter. Deras täthet är relativt låg och de används vid relativt låga temperaturer - upp till cirka 320 grader. Titanlegeringar med hög korrosionsbeständighet är lämpliga för högtemperaturförhållanden.

Vidareutveckling av pulvermetallurgi pågår. Komprimering av metall och andra pulver är ett av de lovande sätten att öka hållfastheten och förbättra andra egenskaper hos komprimerade material.

Under det senaste decenniet har mycket uppmärksamhet ägnats åt utvecklingen av kompositmaterial, d.v.s. material bestående av komponenter med olika egenskaper. Sådana material innehåller en bas i vilken förstärkande element fördelas: fibrer, partiklar, etc. Kompositer kan innehålla glas, metall, trä, konstgjorda ämnen, inklusive plast. Det stora antalet möjliga kombinationer av komponenter gör att du kan få en mängd olika kompositmaterial.

Vid kombination av poly - och monokristallina trådar med polymermatriser (polyestrar, fenol- och epoxihartser) erhålls material som inte är sämre i hållfasthet än stål, men de är 4-5 gånger lättare.

Framtidens material kommer att vara ett material som inte bara kommer att vara superstarkt, utan också motståndskraftigt mot långvarig exponering för en aggressiv miljö.

Att skapa värmebeständiga material är en av de viktigaste uppgifterna i utvecklingen av modern kemisk teknik.

Hittills har lovande metoder för tillverkning av värmebeständiga material utvecklats. Dessa inkluderar: implantering av joner på vilken yta som helst; plasmasyntes; smältning och kristallisation i frånvaro av gravitation; sprutning på polykristallina, amorfa och kristallina ytor med användning av molekylära strålar; kemisk kondens från gasfasen i en glödande plasmaurladdning etc.

Med användning av modern teknik har till exempel kiselnitrid och volframsilicid, värmebeständiga material för mikroelektronik erhållits. Kiselnitrid har utmärkta elektriska isoleringsegenskaper även med en liten skikttjocklek på mindre än 0,2 mikron. Volframsilicid har ett mycket lågt elektrisk motstånd. Dessa material avsätts i form av en tunn film på elementen i integrerade kretsar. Avsättningen utförs med metoden för plasmavsättning på ett mindre värmebeständigt substrat utan märkbara förändringar i dess egenskaper.

Av praktiskt intresse är en metod för tillverkning av nya keramiska material för tillverkning, till exempel ett helt keramiskt motorblock. förbränning. Den här metoden består i att gjuta en kiselinnehållande polymer i en form med en förutbestämd konfiguration, följt av uppvärmning, i vilken polymeren förvandlas till en värmebeständig och hållbar kiselkarbid eller kiselnitrid.

Ny teknik gör det möjligt att syntetisera mer värmebeständiga material.

5. Material med ovanliga egenskaper

Nitinol är nickel - titanlegering, som har en ovanlig egenskap - att behålla sin ursprungliga form. Därför kallas det ibland minnesmetallen eller metallen med minne. Nitinol kan behålla sin ursprungliga form även efter kallbildning och värmebehandling. Det kännetecknas av super - och termoelasticitet, hög korrosions- och erosionsbeständighet.

Ursprungligen tjänade nitinolprodukter som en fördel för militära ändamål - de användes för att ansluta olika rörledningar i stridsflygplan, till vilka tillgången är begränsad.

En unik design med nitinolkopplingar monterades för sex år sedan i rymden. Montering av ett relativt långt motorfäste traditionella metoder skulle kräva att astronauter stannade länge i rymden, vilket kan utsätta honom för överdriven kosmisk strålning. Gängkopplingarna gjorde det möjligt att snabbt och enkelt montera den 14 meter långa masten.

Den största fördelen kan uppnås genom användning av nitinolkopplingar, inte för att lösa engångsutrymme och snävt riktade militära uppgifter, utan för nationella ekonomiska ändamål. Dessa är gasledningar, oljeledningar, gasledningar, vattenledningar. Gas-, olje- och bensinledningar fyllda med brandfarlig gas, olja respektive bensin utgör en ökad brandrisk och därför kan de inte svetsas under reparationer, och allt restaureringsarbete måste utföras med gängade anslutningar och fästelement. Denna uppgift Det är mycket lättare med korrosionsbeständiga nitinolkopplingar som fungerar när en relativt liten ström passerar genom dem, och ingen öppen eld krävs.

Nitinolklämmor, kopplingar, spiraler används inom medicin. Med hjälp av nitinolfixatorer är de brutna delarna av benen mer effektivt anslutna. På grund av formminnet är trådhylsan bättre fixerad i tandköttet, vilket skyddar lederna från överbelastning. Nitinol, som har förmågan att elastiskt deformeras med 8-10%, uppfattar smidigt belastningen, som en levande tand, och som ett resultat skadar det tandköttet mindre. Nitinolspiralen kan återställa tvärsnittet av ett kärl som påverkas av en viss sjukdom i människokroppen.

Utan tvekan är nitinol ett lovande material, och många andra exempel på dess framgångsrika tillämpning kommer att bli kända inom en snar framtid.

Flytande kristaller är vätskor som, liksom kristaller, har anisotropi av egenskaper associerade med den ordnade orienteringen av molekyler. På grund av det starka beroende av en flytande kristalls egenskaper på yttre påverkan hittar de olika tillämpningar inom teknik (i temperaturgivare, indikatoranordningar, ljusmodulatorer, etc.). Idag, på världsmarknaden för displayteknologier, är flytande kristallanordningar bara sämre än CRT, och när det gäller energieffektivitet på skärmar med ett relativt litet skärmområde har de inga konkurrenter.

Ett flytande kristallämne består av organiska molekyler med en övervägande ordnad orientering i en eller två riktningar. En sådan substans har likviditet som en vätska, och den kristallina ordningen av molekyler bekräftas av dess optiska egenskaper. Det finns tre huvudtyper av flytande kristaller: nematiska, smektiska och kolesteriska.

En av de lovande riktningarna inom kemin hos flytande kristaller är implementeringen av dessa strukturer vid syntesen av polymerer. Molekylär ordningsegenskap hos nematiska flytande kristaller. Det är denna princip som ligger till grund för produktionen av konstgjorda fibrer med extremt hög draghållfasthet, som kan ersätta material för tillverkning av flygplanskroppar, kroppspansar etc.

6. Optiska material

Den elektriska signalen som skickas genom koppartråden ersätts gradvis av en mycket mer informativ ljussignal som sprider sig längs de ljusledande fibrerna.

Förbättring av teknik för produktion av kvartsfilament har gjort det möjligt att minska förlusten av ljusflöde med cirka 100 gånger på mindre än tio år. Ännu mer transparenta fibrer kan tillverkas av nya optiska material som fluoridglasögon. Till skillnad från konventionella glasögon, som består av en blandning av metalloxider, är fluoridglasögon en blandning av metallfluorider.

Fiberoptik erbjuder enorma möjligheter att överföra stora mängder information över långa avstånd. Redan idag har många telefonväxlar, tv, etc. använda fiberoptisk kommunikation med framgång.

Modern kemisk teknik har spelat en viktig roll inte bara i utvecklingen av nya optiska material - optiska fibrer, utan också i skapandet av material för optiska enheter för omkoppling, förstärkning och lagring av optiska signaler. Optiska enheter fungerar på nya tidsskalor för behandling av ljussignaler. Litiumniobat och gallium-aluminiumarsenid används i moderna optiska enheter.

Experimentella studier visar att organiska stereoisomerer, flytande kristaller och polyacetylener har bättre optiska egenskaper än litiumniobat och är mycket lovande material för nya optiska enheter.

7. Material med elektriska egenskaper

I början var sådana material huvudsakligen enkelkristaller av kisel och germanium med en relativt låg koncentration av föroreningar. Efter ett tag fokuserade utvecklarna på enstaka kristaller av heliumarsenid som odlats på enkristallindiumfosfidsubstrat. Modern teknik gör det möjligt att erhålla flera lager av galliumarsenid av olika tjocklek med olika orenhetsinnehåll. Arbetsenheter för lasrar och laserdisplayenheter som används i långvågiga optiska kommunikationslinjer är gjorda av galliumarsenidmaterial.

Under utvecklingen av nya halvledarmaterial upptäcktes oväntat de halvledande egenskaperna hos amorft (icke-kristallint) kisel.

Vid det här laget har helt nya grupper av material med elektrisk konduktivitet upptäckts. Deras fysiska egenskaper beror till stor del på den lokala strukturen och molekylära bindningar. Vissa av dessa material är oorganiska, andra är organiska.

I polymerledare fungerar stora plana molekyler som element i en ledande kolonn och bildar metallmikrocykler, som är anslutna till varandra genom kovalent bundna syreatomer. En sådan kemiskt konstruerad molekyl är elektriskt ledande, och det är en verklig sensation. Atomerna i metallen och gruppen som omger den i den plana makrocykeln kan ersättas och modifieras olika sätt... Som ett resultat är det möjligt att erhålla en polymer med önskade elektriska ledande egenskaper.

Tekniken för tillverkning av polymerledare har redan behärskats, och antalet sorter av sådana ledare växer. Under påverkan av vissa reagenser förvärvar polyparafenylen, parafenylensulfid, polypyrrol och andra polymerer elektriskt ledande egenskaper.

I vissa fasta material med en jonisk mobil struktur jämförs jonrörligheten med jonrörligheten i en vätska. Liknande material används i minnesenheter, displayer, sensorer och som elektrolyter och elektroder i batterier.

När man skapar modern mikroelektronisk teknik och mycket känslig utrustning används en mängd olika material med anisotropa elektriska, magnetiska och optiska egenskaper. Dessa egenskaper har joniska kristaller, organiska molekylkristaller, halvledare och många andra material.

Modern teknik gör det möjligt att erhålla ett material i form av glas, men inte med dielektriska egenskaper, utan med metallisk konduktivitet eller halvledande egenskaper. Denna teknik bygger på snabb frysning av en vätska, kondensering av gasfasen på en mycket kall yta eller implantation av joner på ytan av ett fast ämne.

Således, med användning av modern teknik, är det möjligt att få nya material med en ovanlig uppsättning egenskaper.

8. Högtemperatur superledare

Superledare är ämnen som går i ett supraledande tillstånd vid temperaturer under kritiska.

Många ämnen har supraledande egenskaper: ungefär hälften av metaller (till exempel en nickel-titanlegering med en kritisk temperatur på 9,8 K), flera hundra legeringar och intermetalliska föreningar.

Superledning har också hittats i polymera ämnen. Allt detta vittnar om det faktum att många mineraler har supraledande egenskaper, men deras kritiska temperatur förblev relativt låg under lång tid.

I slutet av 1986. en viktig upptäckt gjordes: det visade sig att vissa fasta föreningar baserade på koppar och syre går i ett supraledande tillstånd vid temperaturer över 90K. Detta fenomen kallas högtemperatur supraledning.

Användningen av köldmedier, till exempel flytande xenon, leder oundvikligen till komplikationer av konstruktioner som inkluderar supraledande material. Detta är en av anledningarna till att begränsa det utbredda införandet av högtemperatur superledande material.

Högtemperaturledningsförmåga, som upptäcktes för över tio år sedan, lovade många frestande framtidsutsikter både inom grundvetenskap och för att lösa rent tekniska problem. Världens ledande forskares ansträngningar syftade till att skaffa nya material och studera deras struktur. Forskning fortsätter, ingen av dem har ännu kunnat lösa problemet med supraledning i allmänhet, men var och en hjälper till att förstå det. Upptäckte många viktiga och intressanta ämnen i kristallstrukturen.

9. Dissociationsmaterial av organometalliska föreningar

Resultaten av de senaste experimentella studierna har visat att termisk dissociation av ett antal organometalliska föreningar ger rena metaller av olika fasta former med unika egenskaper. Dessa organometalliska föreningar inkluderar:

Karbonyler - W (CO), Mo (CO), Fe (CO), Ni (CO),

Metallacetylacetonater -

Rodiumdikarbonylacetonat -

Dessa föreningar är mycket flyktiga i gasformigt tillstånd. De sönderdelas vid uppvärmning till 100-150C. Som ett resultat av termisk dissociation kan en ren metallfas erhållas i olika kondenserade former: fina pulver, metallporrhår, icke-porösa tunnfilmsmaterial, cellulära metaller, metallfibrer och papper.

Högdispergerade pulver består av små partiklar - upp till 1 - 3 mikron och används för framställning av cermets - metallkompositioner med oxider, nitrider, borider, erhållna genom pulvermetallurgi.

Metallvixlar är morrhår med en diameter på 0,5 - 2,0 µm och en längd på 5 - 50 µm. Metallpiskar är av praktiskt intresse för syntesen av nya kompositmaterial med en metall- eller plastmatris.

Icke-porösa tunnfilmsmaterial kännetecknas av en hög packningstäthet av atomer. När det gäller ljusreflektion närmar sig detta material silver.

Cellmetaller bildas under metallavsättning som ett resultat av penetration av ångor från organometalliska föreningar i porerna i vilket material som helst. På detta sätt bildas en cellulär metallstruktur.

10. Tunnfilmsmaterial för lagringsenheter

Varje elektronisk dator, inklusive en persondator, innehåller en informationslagringsenhet - en lagringsenhet som kan samla och lagra en stor mängd information.

Tillverkningen av moderna högkapacitets magnetiska enheter är baserade på användning av tunnfilmsmaterial. Tack vare användningen av nya magnetiska material och som ett resultat av förbättrad tillverkningsteknik för alla tunnfilmselement i den magnetiska lagringsenheten, relativt kortsiktigt ytdensiteten för informationsinspelning har femdubblats.

Inspelning med hög ytdensitet utförs på ett medium, vars arbetsskikt är bildat av ett tunnfilmigt koboltinnehållande material.

En hög registreringstäthet kan uppnås endast med hjälp av givare, vars tunnfilmsmaterial i magnetkretsen kännetecknas av en hög mättad magnetisk induktion och hög magnetisk permeabilitet. Ett mycket känsligt tunnfilmselement används för att reproducera information som registrerats med en hög densitet, det elektriska motståndet förändras i ett magnetfält. Ett sådant element kallas magnetoresistivt. Det sprutas från ett mycket permeabelt magnetiskt material, såsom permalloy.

Således, med användning av tunnfilmsmagnetiska material vid tillverkning av datalagringsanordningar med hög kapacitet, har en ganska hög informationsregistreringstäthet redan förverkligats. Med moderniseringen av sådana lagringsenheter och införandet av nya material bör en ytterligare ökning av informationstätheten förväntas, vilket är mycket viktigt för utvecklingen av moderna tekniska medel för registrering, ackumulering och lagring av information.

Bibliografi

1.S.Kh. Karpenkov. Begreppen modern naturvetenskap. Moskva. 2001

2. Khomchenko G.P. Kemi för universitetssökande. - Högskola, 1985.- 357 sid.

3. Furmer I.E. Allmän kemisk teknik. - M.: Högskola, 1987.- 334 sid.

4. Lakhtin Yu.M., Leontyeva V.P. Materialvetenskap. - M.: Maskinteknik, 1990

Publicerat på Allbest.ru

Liknande dokument

Nya riktningar i utvecklingen av polymerkemi, syntes av polymerer med önskade egenskaper. Bildning av ordnade mikrostrukturer i sampolymerer av block och statistisk struktur. Resultaten av experimentella studier, utsikterna till industriell tillämpning.

abstrakt, tillagd 04/03/2011

Egenskaper hos biologiskt nedbrytbara (biologiskt nedbrytbara) polymerer - material som förstörs till följd av naturliga naturliga (mikrobiologiska och biokemiska) processer. Egenskaper, produktionsmetoder och användningsområden för biologiskt nedbrytbara polymerer.

abstrakt, tillagd 05/12/2011

Vikten av att använda avancerade typer av kompositmaterial, gjuta kompositmaterial med vissa egenskaper. Fysiska och mekaniska egenskaper hos polybutylentereftalat modifierade med en starkt dispergerad blandning av järn och dess oxid.

artikel tillagd 03/03/2010

generella egenskaper nanokompositmaterial: analys av metafysiska egenskaper, huvudsakliga tillämpningsområden. Övervägande av egenskaperna hos metamaterial, metoder för skapande. Kännedom om nanopartiklarnas fysiska, elektroniska och fotofysiska egenskaper.

abstrakt, tillagd 27/09/2013

Om termen "ultrarena material". Metoder för klassificering av material med hög renhet. Erhåller rena järnmetaller. Satelliter av icke-järnmetaller i malmer. Jonbytare. Tillämpning av kemiska metoder för rengöringsmedel istället för fysikaliska.

abstrakt, tillagd 27/02/2003

Kemisk resistens hos oorganiskt och organiskt material. Typer av oorganiska byggmaterial: silikat, keramik, bindande material. Organiska byggmaterial: plast, gummi, gummi, trä.

abstrakt, tillagd 09/04/2011

Användningsområden inom medicin av syntetiska polymerer. Material som används för implantation. Fysiologiskt aktiva vattenlösliga polymerer. Strukturen för polyakrylamidgeler (PAGE) som används inom medicin. Resultat av klinisk tillämpning av PAAG.

abstrakt, tillagd 01/09/2012

Basaltplast - polymerkompositmaterial från XXI -talet. Kemisk sammansättning av basalt- och glastrådar. Syntes av polymera antioxidanter för olika funktionella ändamål. Värmekänsliga sampolymerer. Erhålla kompositbeläggningar.

sammanfattning, tillagd 04/05/2009

Kristallstruktur av grafit och ett diagram över det ömsesidiga arrangemanget av lager i en sexkantig struktur. Klassificering av kol-grafitmaterial och deras framställning av fasta kolhaltiga material (antracit, grafit, koks) och bindemedel (tonhöjd, harts).

abstrakt, tillagd 27/04/2011

Polyeten, plast, skumgummi - konstgjorda (syntetiska) material skapade av människan med hjälp av vetenskapen om kemi. Användning av plast för att skapa ett skyddshölje på metallkablar. Material för tillverkning av skyddsdräkter.

Teknik i ordets vida bemärkelse förstås som en vetenskaplig beskrivning av metoder och produktionsmedel inom alla branscher.

Till exempel är metoder och metoder för metallbearbetning föremål för metallteknik, metoder och metoder för tillverkning av maskiner och apparater är föremål för maskinteknik.

Mekaniska teknikprocesser baseras främst på mekanisk verkan som förändrar utseendet eller fysikaliska egenskaper bearbetade ämnen, men påverkar inte deras kemiska sammansättning.

Processerna för kemisk teknik inkluderar kemisk bearbetning av råvaror baserade på kemiska och fysikalisk -kemiska fenomen som är komplexa i naturen.

Kemisk teknik är vetenskapen om de mest ekonomiska och miljövänliga metoderna för kemisk bearbetning av råa naturmaterial till konsumtionsvaror och produktionsmedel.

Den stora ryska forskaren Mendelejev definierade skillnaderna mellan kemisk och mekanisk teknik enligt följande: ”... från och med imitation kan varje mekanisk fabriksverksamhet förbättra sig även i de mest grundläggande principerna, om det bara finns uppmärksamhet och lust, men vid samtidigt, utan förkunskaper, är framstegen för kemiska anläggningar otänkbara, finns inte och kommer förmodligen aldrig att finnas ”.

Modern kemisk teknik

Modern kemisk teknik, med prestationer av naturliga och tekniska vetenskaper, studerar och utvecklar en uppsättning fysiska och kemiska processer, maskiner och apparater, de optimala sätten att implementera dessa processer och hantera dem i industriell produktion av olika ämnen, produkter, material.

Utvecklingen av vetenskap och industri har lett till en betydande ökning av antalet kemiska industrier. Till exempel produceras nu cirka 80 tusen olika kemiska produkter endast på basis av olja.

Tillväxten av kemisk produktion å ena sidan och utvecklingen av kemiska och tekniska vetenskaper å andra sidan gjorde det möjligt att utveckla de teoretiska grunderna för kemiska tekniska processer.

Teknik för eldfasta icke-metalliska och silikatmaterial;

Kemisk teknik för syntetiskt biologiskt aktiva ämnen, kemiska läkemedel och kosmetika;

Kemisk teknik för organiska ämnen;

Polymerteknik och bearbetning;

Grundläggande processer för kemisk produktion och kemisk cybernetik;

Kemisk teknik för naturliga energibärare och kolmaterial;

Kemisk teknik för oorganiska ämnen.

Kemisk teknik och bioteknik inkluderar en uppsättning metoder, metoder och medel för att erhålla ämnen och skapa material med hjälp av fysiska, fysikalisk -kemiska och biologiska processer.

KEMISK TEKNIK:

Analys och prognoser för utvecklingen av kemisk teknik;

Nya processer inom kemisk teknik;

Teknik för oorganiska ämnen och material;

Nanoteknik och nanomaterial;

Organisk materialteknik;

Katalytiska processer;

Petrokemi och oljeraffinering;

Polymer- och kompositmaterialteknik;

Kemiska och metallurgiska processer för djupbearbetning av malm, teknogena och sekundära råvaror;

Kemi och teknik för sällsynta, spår- och radioaktiva element;

Upparbetning av använt kärnbränsle, bortskaffande av kärnavfall;

Miljöproblem. Skapande av lågavfall och slutna tekniska system;

Processer och anordningar för kemisk teknik;

Teknologi mediciner, hushållskemikalier;

Övervakning av den naturliga och konstgjorda sfären;

Kemisk bearbetning av fasta bränslen och naturliga förnybara råvaror;

Ekonomiska problem med kemisk teknik;

Kemisk cybernetik, modellering och automatisering av kemisk produktion;

Giftproblem, säkerställer säkerheten för kemisk produktion. Yrkessäkerhet och hälsa;

Analytisk kontroll av kemisk industri, produktkvalitet och certifiering;

Kemisk teknik för föreningar med hög molekylvikt

RADIATION-CHEMICAL TECHNOLOGY (RCHT) är ett område inom allmän kemisk teknik som ägnar sig åt att studera processer som sker under påverkan av joniserande strålning (IR) och utveckling av metoder för säker och kostnadseffektiv användning av den senare i den nationella ekonomin , liksom skapandet av lämpliga enheter (apparater, installationer).

RCT används för att erhålla konsumtionsvaror och produktionsmedel, för att ge förbättrade eller nya driftsegenskaper till material och färdiga produkter, för att öka jordbruksproduktionens effektivitet, för att lösa vissa miljöproblem etc.

Kemi i modern teknik

Elpatova Olga Ivanovna,

Kemilärare

Syftet med arbetet är att analysera historien om skapandet av datorer och visa vilka kemiska element som används i utvecklingen av datorteknik.

Under de senaste decennierna har datorteknik utvecklats på vägen mot allt mer miniatyrisering av delar och en allt högre kostnad för deras produktion. Mikroprocessorer från de senaste generationerna innehåller ett stort antal transistorer (10 miljoner eller mer), som mäter en tiondel av en mikron (10-7 meter). Nästa steg mot mikrovärlden kommer att leda till nanometer (10-9 meter) och miljarder transistorer i ett chip. Lite mer - och vi kommer in i intervallet med atomstorlekar, där kvantmekanikens lagar börjar fungera.

Richard Feynman noterade för tjugo år sedan att fysikens lagar inte kommer att förhindra minskning av storleken på beräkningsenheter förrän "tills bitarna når atomernas storlek och kvantbeteendet blir dominerande." Ett annat problem, som indikerar att den moderna tekniken för att skapa datorer håller på att bli föråldrad, är problemet med att närma sig hastighetsgränsen. Således kan moderna datormedia innehålla miljontals poster, som befintliga sökalgoritmer inte längre klarar av.

Detta har lett till en ökning av produktiviteten för datorer som helhet. Utgångspunkten för alla "tekniska genombrott" inom datavetenskap är upptäckter inom grundvetenskap som fysik och kemi.

I datoranvändning det sker en periodisering av utvecklingen av elektroniska datorer. Datorn tillhör en eller annan generation, beroende på typen av huvudelement som används i den eller tekniken för deras tillverkning.

Analysen av historien om skapandet av datorer visade att i utvecklingen av datorteknik har det funnits en tendens till en minskning av nyckelelementens storlek och en ökning av hastigheten för deras byte. Vi tog som grund teorin om fem generationer av datorer istället för sex sedan vi tror att vi är i början av den fjärde och femte generationen.

En av de första kemiska grundämnena i datorns historia är germanium. Germanium ett av de viktigaste elementen för teknisk utveckling, eftersom germanium, tillsammans med kisel, har blivit det viktigaste halvledarmaterialet.

Förbi utseende germanium är inte svårt att förväxla med kisel. Dessa element är inte bara konkurrenter som påstår sig vara det huvudsakliga halvledarmaterialet, utan också analoger. Trots likheten mellan många tekniska egenskaper är det dock ganska enkelt att skilja ett germanium -göt från ett kisel: germanium är mer än dubbelt så tungt som kisel.

Formellt är en halvledare ett ämne med resistivitet från tusendelar till miljontals ohm per cm.

Känsligheten hos germanium är anmärkningsvärd inte bara för yttre påverkan. Germaniums egenskaper påverkas starkt av jämna spårmängder av föroreningar. Föroreningarnas kemiska natur är inte mindre viktig.

Tillägget av ett grupp V -element gör det möjligt att erhålla en halvledare med en elektronisk typ av konduktivitet. Så här förbereds vattenkraftverk (elektroniskt germanium, dopat med antimon). Genom att lägga till ett element i grupp III skapar vi en håltyp av konduktivitet i den (oftast är det GDH - hål germanium dopat med gallium).

Låt oss påminna om att "hål" är platser som frigörs av elektroner som har passerat till en annan energinivå. Den ”lägenhet” som invandraren lämnade kan omedelbart ockuperas av sin granne, men han hade också en egen lägenhet. Migreringarna sker en efter en och hålet rör sig.

Kombinationen av regioner med elektron- och hålledning ledde till grunden för de viktigaste halvledarenheterna - dioder och transistorer.

Skapandet av dioder låg till grundförsta generationens datorerbaserat på vakuumrör på 40 -talet. Dessa är elektriska vakuumdioder och trioder, som är en glödlampa med en volframtråd i mitten.

Volfram är vanligtvis rankade bland sällsynta metaller. Den skiljer sig från alla andra metaller i sin speciella vikt, hårdhet och eldfasthet.

I början av XX -talet. volframtråd började användas i elektriska glödlampor: det låter dig ta upp värmen till 2200 ° C och har en hög ljuseffektivitet. Och i denna egenskap är volfram helt oersättligt idag. Wolframens ersättningsförmåga på detta område förklaras inte bara av dess eldfasthet, utan också av dess plasticitet. Ett kilo volfram dras in i en tråd som är 3,5 km lång,de där. detta kilogram räcker för tillverkning av filament av 23 tusen 60-watts glödlampor. Det är på grund av denna egenskap som den globala elindustrin förbrukar endast cirka 100 ton volfram per år.

Elektronisk fyllning UNIVAC bestod av mer än 5000 vakuumrör. Minnet på kvicksilverflaskor gjorde det möjligt att lagra information upp till en och en halv kilobyte. Det mest anmärkningsvärda elementet i UNIVAC -designen var en speciell lagringsenhet som gjorde det möjligt att skriva information till och läsa från magnettejp. Användningen av ett vakuumrör som huvudelement i en dator skapade många problem. På grund av att glaslampans höjd är 7 cm var bilarna enorma. Var 7-8 minuter. en av lamporna var ur funktion, och eftersom det fanns 15 - 20 tusen av dem i datorn tog det mycket tid att hitta och byta ut den skadade lampan. Dessutom genererade de en enorm mängd värme, och speciella kylsystem krävdes för att driva tidens "moderna" dator.

Framväxten av den första generationen datorer möjliggjordes av tre tekniska innovationer: elektroniska vakuumrör, digital kodning av information och skapandet av artificiella minnesenheter på elektrostatiska rör.

I andra generationens datoreristället för vakuumrör användes transistorer, uppfanns 1948, var det en punktkontaktanordning där tre metalliska "ringar" var i kontakt med en stång av polykristallint germanium. Polykristallint germanium erhöllsgenom att smälta indium på båda sidor av vattenkraftverkets platta. Alla områden behöver germanium av mycket hög renhet - fysiskt och kemiskt. För att uppnå det odlas enkristallgermanium: hela götet är en kristall.

Transistorerna var mer pålitliga, hållbara och hade mycket RAM -minne.

Med uppfinningen av transistorn och användningen av ny teknik för lagring av data i minnet blev det möjligt att avsevärt minska datorns storlek, göra dem snabbare och mer tillförlitliga, och också avsevärt öka datorns minneskapacitet.

Precis som tillkomsten av transistorer ledde till skapandet av den andra generationen av datorer, framväxtenintegrerade kretsarmarkant ny etapp i utvecklingen av datorer - födelsenbilar av tredje generationen.

En integrerad krets, även kallad kristall, är en elektronisk miniatyrkrets etsad på ytan av en kiselkristall med en yta på cirka 10 mm. 2 ... Fram till 1965 tillverkades de flesta halvledarenheter på en germaniumbas. Men under de följande åren började processen med gradvis förflyttning av germanium i sig att utvecklas. kisel ... Detta element är det näst mest förekommande på jorden efter syre. Inte perfekt, men bara högrenhet och ultrarent kisel har blivit det viktigaste halvledarmaterialet. Vid en annan temperatur än absolut noll uppstår inneboende konduktivitet i den, och bärarna av den elektriska strömmen är inte bara fria elektroner utan också de så kallade hålen - platser som lämnas av elektroner.

Genom att införa vissa legeringstillsatser i ultrarent kisel skapas en eller annan typ av konduktivitet i den. Tillägget av element i den tredje gruppen i Mendelejev -bordet leder till skapandet av hålkonduktivitet, och den femte - elektronisk.

Halvledaranordningar av kiseljämför positivt med germanium, först och främst bättre prestanda vid förhöjda temperaturer och lägre backströmmar. En stor fördel med kisel var dess dioxids motståndskraft mot yttre påverkan. Det var hon som gjorde det möjligt att skapa den mest progressiva plana tekniken för produktion av halvledare, som består i att en kiselskiva värms upp i syre eller en blandning av syre med vattenånga, och den är täckt med ett skyddande lager av SiO 2 .

Efter etsning av "fönstren" på rätt ställen introduceras dopningsföroreningar genom dem, kontakter ansluts här och enheten som helhet skyddas samtidigt från yttre påverkan. För germanium är denna teknik ännu inte möjlig: stabiliteten för dess oxid är otillräcklig.

Under angrepp av kisel, galliumarsenid och andra halvledare förlorade germanium sin position som det huvudsakliga halvledarmaterialet. År 1968 producerade USA många fler kiseltransistorer än germanium.

En liten tallrik med kristallint material ca 1 mm i storlek 2 förvandlas till en sofistikerad elektronisk enhet, motsvarande en radioteknisk enhet med 50-100 eller mer konventionella delar. Den kan förstärka eller generera signaler och utföra många andra radiotekniska funktioner.

De första integrerade kretsarna (IC: erna) dök upp 1964. Tillkomsten av IC innebar en verklig revolution inom datorer. Trots allt kan hon ensam ersätta tusentals transistorer, som var och en i sin tur redan har ersatt 40 elektroniska rör. Tredje generationens dators hastighet har ökat 100 gånger och dimensionerna har minskat avsevärt. Samtidigt dök halvledarminne upp, som fortfarande används i persondatorer som operativt minne.

Idén om en integrerad mikrokrets dök upp - en kiselkristall på vilken miniatyrtransistorer och andra element är monterade. Samma år dök det första provet av en integrerad mikrokrets upp, innehållande fem transistorelement på en germaniumkristall. Forskare lärde sig snabbt att placera på en integrerad mikrokrets, först dussintals och sedan hundratals eller fler transistorelement. Tredje generationens datorer körde med upp till en miljon operationer per sekund.

Sedan mitten av 70-talet har det blivit färre och färre grundläggande innovationer inom datavetenskap. Framstegen är mestadels på vägenutveckling av det som redan har uppfunnits och uppfunnits, främst genom att öka kraften och miniatyriseringen av elementbasen och datorerna själva.

I början av 70 -talet. ett försök gjordes för att ta reda på om mer än en integrerad krets kunde placeras på ett chip. Utvecklingen av mikroelektronik har lett till skapandetfjärde generationenbilar och framväxtenstora integrerade kretsar... Nu är det möjligt att placera tusentals integrerade kretsar på en enda kristall.

Detta gjorde det möjligt att kombinera de flesta av datorns komponenter i en enda miniatyrdel - vilket Intel gjorde 1971 med lanseringen av den första mikroprocessorn. Det var möjligt att placera den centrala processorn på en liten dator på ett chip med en yta på endast en kvarts kvadrattum (1,61 cm) 2 ). Mikrodatorns era har börjat.

Integrerade kretsar innehöll redan tusentals transistorer. Vad är hastigheten på en modern mikrodator? Det är 10 gånger högre än hastigheten för en tredje generations dator baserad på integrerade kretsar, 1000 gånger högre än hastigheten för en andra generationens dator med transistorer och 100 000 gånger högre än hastigheten för en första generationens dator baserad på elektronisk rör.

Därför behövs datorer med högre hastighetsegenskaper. Därför har experter runt om i världen tacklat detta problem genom att skapa framtidens datasystem. Experimentell utveckling av en kvantdator pågår just nu,biodator, neurodator, optisk dator, sannolikhetsdator för nanoelektronik, nanodator, nanoroboter, molekylära mekaniska automater, högtemperatur halvledarmaterial.

Under lång tid producerades vardagsvaror som var nödvändiga för en person (mat, kläder, färger) genom bearbetning av främst naturliga råvaror av vegetabiliskt ursprung. Modern kemisk teknik gör det möjligt att syntetisera från råvaror inte bara naturligt, utan också av artificiellt ursprung, många och olika produkter i deras egenskaper, som inte är sämre än naturliga analoger. Potentialen för kemiska omvandlingar av naturliga ämnen är verkligen oändlig. Ökande flöden av naturliga råvaror: olja, gas, kol, mineralsalter, silikater, malm etc. - förvandlas till färger, lacker, tvålar, mineralgödselmedel, motorbränslen, plast, konstgjorda fibrer, växtskyddsmedel, biologiskt aktiva ämnen, läkemedel och olika råvaror för produktion av andra nödvändiga och värdefulla ämnen.

Den vetenskapliga och tekniska utvecklingen av kemisk teknik ökar snabbt. Om i mitten av XIX -talet. det tog 35 år för den industriella utvecklingen av den elektrokemiska processen för aluminiumproduktion, sedan på 50 -talet av XX -talet. storskalig lågtryckspolyetenproduktion etablerades på mindre än 4 år. På stora företag i utvecklade länder är cirka 25% rörelsekapital spenderat på forskning och utveckling, utveckling av ny teknik och material, vilket gör att man på cirka 10 år kan uppdatera sortimentet avsevärt. I många länder producerar industriföretag cirka 50% av produkterna som inte producerades alls för 20 år sedan. På vissa avancerade företag når andelen 75–80%.

Utvecklingen av nya kemikalier är en mödosam och kostsam process. Till exempel, för att hitta och syntetisera endast några få läkemedel som är lämpliga för industriell produktion, är det nödvändigt att producera minst 4000 typer av ämnen. För växtskyddsmedel kan denna siffra uppgå till 10 000. Under den senaste tiden, i USA, för varje kemisk produkt som infördes i massproduktion, fanns det cirka 450 forsknings- och utvecklingsprojekt, varav endast 98 valdes ut för pilotproduktion. Efter pilottester fann endast mer än 50% av de utvalda produkterna en bred praktisk tillämpning. men praktisk betydelse produkterna som erhålls på ett så komplext sätt är så stora att kostnaderna för forskning och utveckling betalar sig mycket snabbt.

Tack vare den framgångsrika interaktionen mellan kemister, fysiker, matematiker, biologer, ingenjörer och andra specialister framträder nya utvecklingar som har gett en imponerande tillväxt i produktionen av kemiska produkter under det senaste decenniet, vilket framgår av följande siffror. Om den totala produktionen i världen under 10 år (1950-1960) ökade med cirka 3 gånger, ökade volymen av kemisk produktion under samma period 20 gånger. Under en tioårsperiod (1961-1970) var den genomsnittliga årliga tillväxten för industriproduktionen i världen 6,7%och kemisk produktion-9,7%. På 70 -talet säkerställde tillväxten av den kemiska produktionen, uppgående till cirka 7%, dess ökning med cirka två gånger. Det antas att med sådana tillväxttakter i slutet av detta århundrade kommer den kemiska industrin att ta förstaplatsen när det gäller produktion.

Kemisk teknik och tillhörande industriell produktion täcker alla de viktigaste områdena i den nationella ekonomin, inklusive olika sektorer av ekonomin. Samspelet mellan kemisk teknik och olika sfärer av mänsklig aktivitet visas konventionellt i fig. 6.1, där notationen införs: MEN- kemiska och textilindustrin, massa och papper och lätt industri, glas- och keramikproduktion, produktion av olika material, konstruktion, gruvdrift, metallurgi; B- maskinteknik och instrumenttillverkning, elektronik och elteknik, kommunikation, militära frågor, jordbruk och skogsbruk, livsmedelsindustrin, säkerhet miljö, vård, hushåll, media; I- öka arbetskraftens produktivitet, spara material, framgång inom sjukvården; G- förbättring av arbets- och levnadsvillkor, rationalisering psykiskt arbete; D- hälsa, mat, kläder, vila; E- boende, kultur, uppfostran, utbildning, miljöskydd, försvar.

Här är några exempel på tillämpning av kemisk teknik. För tillverkning av moderna datorer behövs integrerade kretsar, vars tillverkningsteknik är baserad på användning av kisel. Det finns dock inget kemiskt rent kisel i naturen. Men i stora mängder finns det kiseldioxid i form av sand. Kemisk teknik gör att vanlig sand kan omvandlas till elementärt kisel. Ett annat typiskt exempel. Vägtransporterna förbränner enormt mycket bränsle. Vad behöver göras för att uppnå minimal luftförorening från avgaser? En del av detta problem löses med hjälp av en bilkatalysator för avgaser. Dess radikala lösning tillhandahålls genom användning av kemisk teknik, nämligen kemiska manipulationer över råvaran - råolja, bearbetade till raffinerade produkter som effektivt förbränns i bilmotorer.

En betydande del av världens befolkning är direkt eller indirekt associerad med kemisk teknik. Så, i slutet av 80 -talet av XX -talet. bara i ett land, USA, var mer än 1 miljon människor anställda inom den kemiska industrin och närstående industrier, inklusive över 150 000 forskare och processingenjörer. Under de åren sålde USA cirka 175-180 miljarder dollar i kemiska produkter per år.

Kemisk teknik och tillhörande industri tvingas svara på samhällets önskan att bevara miljön. Beroende på den politiska atmosfären kan denna längtan sträcka sig från rimlig försiktighet till panik. Den ekonomiska konsekvensen är i alla fall en höjning av produktpriserna på grund av kostnaderna för att uppnå det önskade målet att bevara miljön, för att säkerställa arbetarnas säkerhet, för att bevisa att nya produkter är ofarliga och effektiva, etc. Naturligtvis måste alla dessa kostnader betalas av konsumenten och de avspeglar väsentligt produkternas konkurrenskraft.

Av intresse är några siffror relaterade till tillverkade och konsumerade produkter. I början av 70 -talet av XX -talet. den genomsnittliga stadsborna använde 300–500 olika kemiska produkter i sitt dagliga liv, varav cirka 60 - i form av textilier, cirka 200 - i vardagen, på jobbet och på fritiden, cirka 50 läkemedel och samma mängd mat och matlagning. Tillverkningsteknik av vissa mat produkter innehåller upp till 200 olika kemiska processer.

För cirka tio år sedan fanns det mer än 1 miljon sorter av produkter som tillverkades av den kemiska industrin. Vid den tiden var det totala antalet kända kemiska föreningar mer än 8 miljoner, inklusive cirka 60 tusen oorganiska föreningar. Mer än 18 miljoner kemiska föreningar är kända idag. I alla laboratorier på vår planet syntetiseras 200–250 nya kemiska föreningar varje dag. Syntesen av nya ämnen beror på perfektion av kemisk teknik och i stor utsträckning på effektiviteten i hanteringen av kemiska transformationer.

, petrokemisk industri, energi, transport, militär utrustning och många andra.

Kemisk teknik i historisk utveckling

När man överväger utvecklingen av kemisk teknik under 1900 -talet, särskilt efter första världskriget, är det möjligt att avslöja några av dess karakteristiska, specifika egenskaper. Det är känt att 99,5% av jordskorpan består av 14 kemiska element: syre, kisel, kol, aluminium, järn, kalcium, natrium, magnesium, kalium, väte, titan, fosfor, klor och svavel. Men trots den massiva spridningen av många av dessa element drogs de inte in i den kemiska industrins bana på 1800 -talet. Detta gäller lika mycket fluor, titan, klor, magnesium, aluminium och väte.

För kemisk teknik från XX -talet. det är karakteristiskt att referera exakt till dessa vanligaste element. Väte är för närvarande brödet för modern kemi. Syntesen av ammoniak, syntesen av alkoholer, syntesen av flytande bränslen etc. kräver årligen produktion av miljarder kubikmeter väte. Vätgas omfattande inblandning i kemisk produktion är ett kännetecken för 20 -talets kemi.

Av stor betydelse i modern teknik är kiselkemi och i synnerhet kemi för organiska kiselföreningar. Kemin av titan, klor, magnesium, kalium och aluminium är också av exceptionell betydelse. Samtidigt tenderar kemisk teknik, särskilt i samband med utvecklingen av atom- och jetteknik, att använda de mest sällsynta och spridda elementen i jordskorpan, som är den viktigaste grunden för teknik från 1900 -talet.

Grunden för organisk syntes av XIX -talet. var koltjära erhållen genom kokskol. Under 1900-talet ger denna råvara plats för enkla och lättillgängliga gaser från ett brett utbud av fasta bränslen, från torv, lågkvalitativt brunkol till antracit och koks. Gaser från oljeproduktion och raffinering används i stor skala. Under hela XX -talet. naturliga fossila gaser används alltmer (fig. 1).

Figur 1. Produkter som härrör från naturgas (metan).

Således, om på XIX -talet. grunden för den kemiska industrin var koltjära, då under första hälften av 1900 -talet. Den huvudsakliga råvarubasen för den organiska syntesindustrin är kol och olja och gaserna som erhålls från dem: väte, kolmonoxid, ett rikt utbud av kolväten och hela linjen andra material. Kväve, väte, syre, klor, fluor, kolmonoxid, metan, acetylen, eten och några andra gaser är de viktigaste råvarorna för modern kemi. Följaktligen är en karakteristisk egenskap hos den senaste kemiska teknologin användningen av vanliga element som tidigare användes i obetydlig skala, och deras omvandling till grunden för modern kemisk teknik, liksom den utbredda användningen av fasta bränslen, flytande och gasformiga kolväten som kemiska råvaror.

Ett kännetecken för kemisk teknik är också användningen av sällsynta element, i synnerhet associerade med kraven på kärnteknik. Kemi bidrar avsevärt till utvecklingen av kärnteknik, vilket ger den olika material- metaller (uran, litium, etc.), tungt vatten, väte, plast, etc.

Inledningsvis behärskades produktionen av grundutrustning för syntes av ammoniak. Syntespelare, separatorer, vatten- och ammoniakskrubber för rengöring av gaser från koldioxid och kolmonoxid, liksom centrifuger, vakuumfilter, autoklaver för vulkanisering av gummi, pressar för plast, djupkylningsutrustning etc. har designats och byggts. 1920 -talet har de förvärvat kraftfulla oljegasseparationsenheter, mycket effektiv rättnings- och adsorptionsutrustning, högtryckskompressorer och reaktorer, kylenheter etc. kol, metan, acetylen, eten och några andra gaser är de viktigaste råvarorna för modern kemi.

Följaktligen är en karakteristisk egenskap hos den senaste kemiska teknologin användningen av vanliga element som tidigare användes i obetydlig skala och deras omvandling till grunden för modern kemisk teknik, liksom den utbredda användningen av fasta bränslen, flytande och gasformiga kolväten som kemiska råvaror.

Ett kännetecken för kemisk teknik är också användningen av sällsynta grundämnen, särskilt kopplade till kraven på kärnteknik. Kemi bidrar avsevärt till utvecklingen av kärnteknik och ger den olika material - metaller (uran, litium, etc.), tungt vatten, väte, plast, etc.

Det bör noteras att en av funktionerna i modern kemi är kravet på renheten hos de producerade produkterna. Föroreningarna i utgångsmaterialen påverkar ofta negativt egenskaperna hos den resulterande produkten. Under de senaste åren har därför mycket rena utgångsmaterial (monomerer), som innehåller minst 99,8-99,9% av basämnet, alltmer använts i den kemiska industrin. Ett kännetecken för modern kemisk teknik är att den är utrustad med nya metoder för inflytande; särskilt viktigt är användningen av höga tryck från flera hundra till 1500-2000 och över atmosfärer, djupt vakuum (upp till tusendels atmosfär), höga temperaturer upp till flera tusen grader, användning av djupkylning (låga temperaturer nära absolut noll ), liksom användningen av elektriska urladdningar, ultraljud, radioaktiv strålning, etc. Naturligtvis säkerställs ökningen av den tekniska nivån för kemisk produktion i allmänhet och följaktligen den snabba utvecklingen av den organiska syntesindustrin i synnerhet av förse den kemiska industrin med modern, högpresterande utrustning, lämpliga apparater och maskiner. Till en början behärskades produktionen av grundutrustning för syntes av ammoniak. Syntespelare, separatorer, vatten- och ammoniakskrubber för rengöring av gaser från koldioxid och kolmonoxid, liksom centrifuger, vakuumfilter, autoklaver för vulkaniserande gummi, pressar för plast, djupkylningsutrustning etc. har designats och byggts. på 1920-talet förvärvade de kraftfulla oljegasseparationsenheter, mycket effektiv rättnings- och adsorptionsutrustning, högtryckskompressorer och reaktorer, kylenheter etc. Den moderna kemins huvudsakliga trend är önskan att utforma ett ämnes molekylstruktur i förväg i i enlighet med förutbestämda egenskaper. Syntesen av ämnen med förutbestämda egenskaper i modern kemi utförs inte blindt, utan på grundval av en djup studie av lagarna för bildandet av molekyler. Därför genomgår ett antal nya grenar inom kemisk vetenskap en stor utveckling.

I grund och botten, från slumpmässiga sökningar och fynd, gick kemin från 1920 -talet vidare till systematisk ersättning och förflyttning av naturliga knappa material med material som inte bara inte är sämre i kvalitet, utan tvärtom överlägsen dessa naturmaterial . Till exempel har chilenska naturliga nitrat ersatts av syntetiska kväveföreningar. Syntetiskt gummi är inte sämre i kvalitet än naturgummi. Under de senaste åren har några forskare arbetat med att förbättra kvaliteten på inte syntetiskt, utan naturgummi, så att det kan konkurrera med vissa speciella typer av syntetgummi. Stora framgångar har uppnåtts inom syntetfibersyntes, vars produktion går några decennier tillbaka.

Sedan 1920 -talet har naturprodukter pressats åt sidan och ersatts av syntetiska produkter av samma kvalitet. Detta är en helt naturlig process. Faktum är att kemiska metoder för att bearbeta ett ämne, införandet av kemiska processer i produktionen leder till en kraftig minskning av produktionstiden och till en betydande minskning av arbetskostnaderna, och samtidigt för att få produkter av högre kvalitet än organiska produkter... Så, om produktionen av 1 ton konstgjord viskos stapelfiber kräver 70 dagar, tar produktionen av 1 ton bomullsfibrer 238 dagsdagar. Vid tillverkning av rayonsilke är arbetskostnaderna cirka 10 gånger lägre än vid tillverkning av natursilke. När 1 ton etylalkohol (nödvändigt för produktion av ett antal syntetiska produkter) erhålls från petroleumråvaror, reduceras arbetskostnaderna med 20-22 gånger i jämförelse med produktionen av denna alkohol från livsmedelsråvaror. ... För närvarande är 100 tusen oorganiska kemiska föreningar kända i naturen, medan antalet kända organiska ämnen, naturliga och konstgjorda, har överskridit tre miljoner och fortsätter att växa snabbt. Endast industriellt utvecklade föreningar erhållna på basis av olja har 10 tusen namn. Tillsammans med skapandet av nya syntetiska material sker en kontinuerlig process för att förbättra kvaliteten på befintliga ämnen som produceras av industrin. Slutligen har för närvarande den grundläggande möjligheten att artificiellt erhålla naturliga föreningar av vilken komplexitet som helst bevisats. Tiden är inte långt ifrån när laboratorierna för organiska kemister kommer att syntetisera av olika slag komplexa proteinsubstanser som är grunden för livet.

Ett kännetecken för modern teknik är att den utvecklas på grundval av den bredaste användningen av el. Om ångmotorn tidigare till viss del endast tillhandahållit tekniskt "råmaterial" för den kemiska industrin i form av ånga och värme, blir el dessutom väsentligt element ett slags tekniskt "råmaterial" för sådana, till exempel processer som elektrolys.

För produktion av ammoniak, syntetiserat från väte och kväve som erhålls genom elektrolys av vatten, är det nödvändigt att konsumera cirka 12 tusen kWh el. För tillverkning av syntetiskt gummi baserat på eten förbrukas cirka 15 tusen kW-h, och för vissa andra typer av gummi-17 tusen kW-h och ännu mer. Produktionen av ett ton silkesacetat kräver 20 tusen kW-h, ton fosfor-från 14 till 20 tusen kW-h och massor av konstgjorda slipmedel-cirka 6-9 tusen kW-h-det är ungefär samma som för produktion kraftfull traktor.

Utvecklingen av den kemiska industrin kännetecknas av den bredaste automatiseringen av tekniska processer. Omfattande automatisering är främst nödvändig just i den kemiska industrin, som kännetecknas av storskalig produktion. Automatiseringen av den kemiska industrin underlättas av övervägande av kontinuerliga produktionsprocesser i den, liksom skadligt och till och med farligt arbete. Inom den kemiska industrin är processerna för att reglera temperatur, tryck, sammansättning, reaktionshastighet, etc. först och främst automatiserade, eftersom det för kontinuerliga kemiska processer (otillgängligt för direkt observation) är särskilt viktigt att upprätthålla stabiliteten i teknologiska lägen . Inom den kemiska industrin har fullständig mekanisering och automatisering utförts, och endast funktioner som övervakning och kontroll samt genomförandet av förebyggande reparationer återstår för personen.

De viktigaste riktningarna för automatisering av kemisk produktion är introduktionen av nya automatiska enheter baserade på användning av elektroniska matematiska maskiner, övergången till komplex mekanisering och automatisering av hela kemiska anläggningar. I USA var produktionsautomatiseringen mest utvecklad just inom olje- och kemiindustrin. Tillsammans med automatiseringen av kontrollen av enskilda anläggningar tas individuella tekniska processer i drift automatiserade företag som till exempel oljeraffinaderiet, som togs i drift 1949, utrustat med ett elektroniskt styrsystem för produktionsprocesser, och sedan ammoniakanläggningen i Spencer Chemical Company, som kännetecknas av en hög grad av automatisering av produktionen processer. Den snabba utvecklingen av kemin ledde till att bara inom 10-15 år efter andra världskrigets slut skapades hundratals nya material som ersatte metall, trä, ull, siden, glas och mycket mer.

Produktionen av syntetmaterial som krävs för att säkerställa tekniska framsteg inom olika sektorer av den nationella ekonomin utvecklas i en accelererad takt. Samtidigt ökar produktionen av mineralgödselmedel, bekämpningsmedel och ammoniak, en ökning av användningen av olja och naturgaser, koksugnsgas och kolkoksprodukter för produktion av syntetiska hartser, gummi, alkohol, tvättmedel, lacker och färgämnen av hög kvalitet, plast, konstgjorda fibrer är karakteristiska, elektriska isoleringsmaterial, specialmaterial för maskinteknik, radioteknik, etc.

I synnerhet genomförs nya effektiva syntesmetoder för att undvika konsumtion av stora kvantitativa livsmedelsprodukter vid tillverkning av tekniska produkter. Till exempel har konsumtionen av en enorm mängd spannmål för produktion av etylalkohol för produktion av syntetiskt gummi väckt problemet med att ersätta livsmedel med syntetisk alkohol. För att få 1 ton etylalkohol istället för 4 ton spannmål eller 10 ton potatis räcker det med att konsumera 2 ton flytande naturgas. För att producera 1 ton syntetiskt gummi, i stället för nästan 9 ton spannmål eller 22 ton potatis, räcker det med att bara spendera cirka 5 ton flytande gaser från raffinaderier.

Många ekonomer tror att det närmaste decenniet kommer mer än 50% av världens kemiska produkter att härledas från petroleumråvaror. Allt detta talar om stora prestationer inom organisk syntes.

Efter oktoberrevolutionen 1917 krävde utvecklingen av den socialistiska produktionen att utöka området för praktisk tillämpning av kemi, öka rollen för specialkemisk och kemiteknologisk utbildning, höja utbildningsnivån för forskare och lärare samt kemiska ingenjörer. I början av 1920 -talet. oberoende kemiska avdelningar organiseras som en del av fysik- och matematikavdelningarna vid universitet. Dessa avdelningar har infört specialiseringar inom oorganisk, fysisk, organisk, analytisk kemi, biokemi och agrokemi. 1920 inrättades Moskva institutet för kemisk teknik. D.I. Mendelejev. Sedan 1929, på grundval av kemiska institutioner vid universitet, oberoende kemifakulteter för utbildning av specialister för vetenskapliga forskningsinstitutioner och laboratorier för kemisk produktion skapas nya kemiteknologiska institut.

Sedan mitten av 1950-talet. inom kemi och kemisk teknik skapas de finaste metoderna för att undersöka olika ämnen, nya material produceras - kemiska fibrer, plast, sitallar, halvledare, nya fysiologiskt aktiva ämnen och läkemedel, kemiska gödningsmedel och insektsvampmedel. Kemi har trängt in i alla vetenskapsgrenar och den nationella ekonomin. Därför har kemisk utbildning blivit en integrerad del av utbildningen av specialister inom yrkeshögskola, industri, metallurgi, energi, el, mekanik och instrumenttillverkning, geologisk, gruvdrift, olja, jordbruk, skogsbruk, medicin, veterinär, livsmedel, lätt industri, och andra högre och sekundära specialiserade utbildningsinstitutioner.

Specialister för vetenskaplig och pedagogisk verksamhet utbildas huvudsakligen av kemiska avdelningar vid universitet och pedagogiska institut, liksom av avdelningarna för kemisk-biologisk, biologisk-kemisk, naturvetenskap etc.

Utbildningen av kemister vid sovjetiska universitet varar i 5 år (på kvälls- och korrespondensavdelningar - upp till 6 år). Specialkurser i oorganisk, organisk, analytisk, fysisk, kolloidal kemi, kristallkemi, allmän kemisk teknik, kemi av makromolekylära föreningar studeras här. Mer än hälften av studietiden i särskilda discipliner är upptagen av arbetet med studenter i laboratorier. Studenterna klarar industriell praxis(28 veckor) på företag, forskningsinstitutioner och laboratorier.

Utbildningen av specialister i kemi och kemisk teknik och lärare för högre utbildningsinstitutioner fortsätter i forskarskolan. De största centren för utbildning av kemister, förutom universitet, är följande institut: DI Mendeleev, Leningrad Technological uppkallad efter Lensovet, Moscow Institute of Fine Chemical Technology. MV Lomonosov, vitryska teknologin uppkallad efter M.V. S. M. Kirov, Voronezh Technological, Dnepropetrovsk Chemical Technological uppkallad efter F.E. Dzerzhinsky, Ivanovo kemisk-teknologisk, Kazan kemisk-teknologisk uppkallad efter. S. M. Kirov, kazakisk kemiteknologisk, etc.

Specialist-kemister (tekniker-teknologer) utbildas också i sekundära specialiserade utbildningsinstitutioner-i kemiska och kemitekniska tekniska skolor, som i regel ligger i kemikalieindustrins centrum vid stora kemiska anläggningar. År 1977 utbildade över 120 sådana utbildningsinstitutioner tekniker i över 30 kemiska och kemisk-tekniska specialiteter (kemisk teknik för olja, gas, kol, glas och glasprodukter, teknik för kemiska fibrer, etc.). De som tog examen från dessa utbildningsinstitutioner används inom kemisk industri som arbetsledare, arbetsledare, laboratorieassistenter, apparatchiks, etc. Kemiteknologiska yrkesskolor tillgodoser behovet av kvalificerade arbetare för olika grenar av den kemiska industrin.

Att förbättra strukturen och innehållet i kemisk och kemisk ingenjörsutbildning är förknippat med vetenskaplig och undervisningsverksamhet många sovjetiska forskare - A. E. Arbuzov, B.A. Arbuzov, A. N. Bach, S. I. Volfkovich, N. D. Zelinsky, I. A. Kablukov, V. A. Kargin, I. L. Knunyants, D.P. Konovalov, S.V. Lebedeva, SS Nametkina, B.V.Nekrasov, A.N. Nesmeyanov, A.N. .K. Syrkin, VE Tishchenko, AE Favorsky och andra. Skola.

I utvecklade länder är de viktigaste centren för strukturen och innehållet i kemisk och kemiteknologisk utbildning: Storbritannien - Cambridge, Oxford, Bath, Birmingham universitet, Manchester Polytechnic Institute; i Italien - Bologna, Milano universitet; i USA - Kalifornien, Columbia, Michigan tekniska universitet, Toledo University, Kalifornien, Massachusetts Institute of Technology; i Frankrike - Grenoble 1: a, Marseille 1: a, Clermont -Ferrand, Compiegne technical, Lyons 1: a, Montpellier 2: a, 6: e och 7: e universitetet i Paris, Laurent, Toulouse yrkeshögskolor; i Hepmania - Dortmund, Hannover, Stuttgart universitet, högre tekniska skolor i Darmstadt och Karlsruhe; i Japan - Kyoto, Okayam, Osaka, Tokyo universitet, etc.

, M., 1971;

Grundläggande teknik och petrokemisk syntes, red. A.I. Dinces och L.A. Potolovsky, M., 1960.