انواع فرآیندهای شیمیایی کدام اند؟

انواع فرآیندهای شیمیایی، واکنش های رایج، خاص یا بسیار نادر هستند که در صنایع مختلف برای تولید محصولات متنوع باید انجام گیرند. واکنش های شیمیایی معمولی در آزمایشگاه های تحقیقاتی انجام می شوند تا محققان و دانشمندان به یک سری از نتایج دست پیدا کنند. درک رفتار ماده در شرایط مختلف، بر اساس بررسی همین واکنش های شیمیایی و فرآیندها امکان پذیر است.

واکنش های شیمیایی متعددی هر روزه در اطراف ما اتفاق می افتند و گاهی ما از بسیاری از آنها بی خبر هستیم! به طور مثال، واکنش های سوخت و ساز مواد غذایی در سلول های موجودات زنده رخ می دهند تا انرژی لازم را برای حرکت و زندگی فرآهم سازند.

به طور کلی، انواع فرآیندهای شیمیایی شامل این دسته بندی های اصلی هستند:

واکنش ترکیب (Combination reaction) – واکنش تجزیه (decomposition reaction) – واکنش احتراق (combustion reaction) – واکنش جانشینی یگانه (single displacement reaction) – واکنش جانشینی دوگانه (double displacement reaction).

واکنش شیمیایی چیست؟

یک واکنش شیمیایی شامل فرآیندی است که منجر به تغییراتی در پیوندهای مولکولی مواد و ترکیبات می شود. این واکنش ها می توانند شامل تجزیه، ترکیب، جانشینی، سوختن باشند که یا پیوندهایی تشکیل می شوند یا شکسته می شوند.

در طول انواع فرآیندهای شیمیایی، برخی پارامترهای فیزیکی نیز تغییر پیدا می کند؛ از جمله، آنتالپی، انرژی واکنش، آنتروپی، دما و … . همچنین برخی واکنش ها منجر به تغییر رنگ ترکیبات حاضر در محیط فرآیند می شوند یا برخی محصولات جانبی از جمله گازها، رسوبات یا ذرات معلق را تولید می کنند.

بررسی انواع فرآیندها و واکنش های شیمیایی + مثال

۱- واکنش های ترکیب

در این نوع فرآیندها، دو یا چند ماده در یک محیط مناسب، با یکدیگر ترکیب می شوند و ماده جدیدی را حاصل می کنند.

A + B → AB

۲- واکنش های تجزیه

در واکنش تجزیه، یک ترکیب تحت شرایط مناسب، به دو یا چند ماده تبدیل می شود. برخی از واکنش های تجزیه در دما و فشار بالا یا حتی در حضور کاتالیزور باید انجام گیرند.

AB → A + B

۳- واکنش های احتراق یا سوختن

واکنش های شیمیایی احتراق همیشه با تولید گرما همراه هستند و اکسیژن به عنوان یک محصول جانبی تولید می شود. در فرآیند سوختن، اکسید ماده حاصل می گردد. از سوختن هیدروکربن ها، آب و دی اکسید کربن تولید می شود.

۴- واکنش های جانشینی یگانه

در واکنش های جانشینی یگانه، شرایط ویژه ای باید حاکم باشد تا یک عنصر واکنش پذیرتر از یک ترکیب، با عنصر واکنش پذیر از ترکیب دیگر، جایگزین شود. از این فرآیندها در صنعت برای تولید انواع نمک های معدنی بسیار استفاده می شود. گاهی باید شرایط دمایی، فشار، اسیدیته یا ماهیت محیط واکنش را تنظیم نمود تا جانشینی به درستی انجام شود. در این فرآیندها ممکن است بین گونه های حاضر در محیط واکنش، رقابت هایی وجود داشته باشد که با کنترل شرایط، قابل انجام است. به این حالت، گزینش پذیری در واکنش های جانشینی گفته می شود.

A + BC → AC + B

۵- واکنش های جانشینی دوگانه

در واکنش های جانشینی دوگانه، هر دو ترکیب حاضر در محیط، گروه های خود را با هم مبادله می کنند؛ یعنی یک عامل از یک ترکیب، با عامل از ترکیب دیگر جایگزین می شوند.

AB + CD → AD + CB

درباره انواع واکنش های شیمیایی که در صنایع انجام می شوند، گاهی نام های آشنایی را شنیده اید یا در کتاب ها خوانده اید؛ واکنش های اسید – باز، واکنش اکسیداسیون – احیا، واکنش های خنثی سازی، از این قبیل موارد هستند. در صنایع پتروشیمی و سنتز مواد شیمیایی، طیف گسترده ای از انواع فرآیندهای شیمیایی رخ می دهند که بسیار هم حیاتی هستند.

بیشتر بخوانید: اثرات سمیت فلزات سنگین بر گیاهان + اینفوگرافیک

نگاهی بر فرآیندهای شیمیایی در صنایع مختلف

وقتی قرار است در صنایع شیمیایی و پتروشیمی، انواع پلیمرها، مواد شیمیایی، مواد معطر، انواع ترکیبات آلی و معدنی از طریق انجام واکنش‌های شیمیایی تولید شوند، شرایط واکنش اهمیت زیادی پیدا می‌کند. برخی از مواد از جمله اسیدها و بازها، مسئول کنترل PH محیط فرایندهای شیمیایی هستند.

علاوه بر واکنش‌های شیمیایی، برخی از فرایندهای فیزیکی نیز در صنایع انجام می‌شود که عبارت است از فیلتراسیون و انواع روش‌های جداسازی. تعدادی از واکنش‌های شیمیایی با هدف جداسازی محصولات اصلی و فرآورده‌های فرعی انجام می‌گیرند. هر مرحله به فرمولاسیون بخصوصی نیاز دارد، اما درصد زیادی از ترکیبات به کار رفته، در واقع مواد شیمیایی سنتزی هستند.

در صنایع تولید لاستیک، سرامیک، مواد منفجره، انواع طعم دهنده‌ها، فرایندهای شیمیایی خاص باید انجام گیرد، بنابراین محیط کار برای کارگران، در کنار تجهیزات و دستگاه‌ها، می‌تواند کمی طاقت فرسا باشد!

در برخی از قسمت‌های مختلف یک کارخانه، شرایط دما، وجود گرد و غبار و رطوبت زیاد باعث می‌شود کار کردن در آن مکان‌ها سخت‌تر شود؛ به همین دلیل است که مراجع ایمنی محیط کار و بهداشت کارگران، قوانین و مقرراتی را برای حفظ سلامت جسمی و روانی آنها تعیین کرده است. پوشیدن لباس کار، یکی از این موارد است.

شرایط مختلفی در انجام فرایندهای شیمیایی وجود دارد که بر روی عملکرد تجهیزات و طول عمر آنها تاثیرگذار است. به طور مثال، دیگ‌های بخار، لوله‌های انتقال دهنده آب داغ یا سیالات خورنده تحت آسیب‌های جدی از جمله خوردگی هستند، بنابراین کارگران باید آموزش‌های کافی را برای بازرسی و محافظت و مراقبت از سیستم‌ها و تجهیزات کارخانه دیده باشند و در صورت بروز هر مشکل بتوانند با وضعیت پیش آمده روبرو شوند و اقدامات لازم را انجام دهند.

بیشتر بخوانید: نکات ایمنی هنگام کار با اسیدهای شیمیایی

ایمنی در فرایندهای شیمیایی به چه معنا است؟

انواع فرایندهای شیمیایی در صنایع مختلف تحت شرایط معین و تعریف شده انجام می‌گیرد، با این حال بروز خطرات یا ایجاد مشکلات گاهی اجتناب ناپذیر هستند. برخی از این بحران‌ها مربوط به مواد شیمیایی خطرناک، به شدت آسیب زننده و مخرب بوده و اقدامات احتیاطی برای جلوگیری از بروز آنها به شدت انجام می‌گیرد.

ایمنی در فرایندهای شیمیایی به معنای اقدامات پیشگیرانه از بروز خطراتی نظیر آتش سوزی، انتشار مواد و گازهای سمی در محیط کار، جلوگیری از انفجار و واکنش پذیری ترکیبات و فرآورده‌های بسیار فعال است. ایمنی در هر مرکز صنعتی از اهمیت بالایی برخوردار است و باید برای هر واکنش شیمیایی به طور مجزا قوانینی تعریف شود. حتی اگر مواد شیمیایی خشک را بخواهید جابجا کنید، دستورالعمل‌های بخصوصی دارد که از آتش‌سوزی یا انفجار یا انتشار گرد و غبار و ذرات درشت در هوا جلوگیری می‌کند.

تاثیر فرایندهای شیمیایی بر سلامت محیط زیست و انسان‌ها چگونه است؟

در کارخانجات مختلف به منظور تولید محصولات متنوع از جمله لوازم آرایشی و بهداشتی، رنگ‌ها، حلال‌های شیمیایی، آفت کش‌ها، انواع کودهای شیمیایی، مواد شیمیایی زیستی، ترکیبات آلی و معدنی، اسیدها و طیف گسترده‌ای از مواد پلیمری، لزوماً باید انواع فرایندها و واکنش‌های شیمیایی انجام شوند، پس این سوال مطرح می‌شود که آیا این موارد می‌توانند بر سلامت محیط زیست و انسان‌ها تاثیر منفی بگذارند یا خیر؟

پاسخ به سوال فوق به بررسی دقیق‌تری نیاز دارد اما به طور کلی باید گفت، مراجع مرتبط با محیط زیست، یک سری دستورات و قوانین را به همه صنایع ابلاغ می‌کنند که می‌گوید چطور آلاینده‌های خروجی از کارخانه را به حداقل برسانند یا حذف کنند، یا اینکه چطور باید پسماند کارخانه‌ها و ضایعات و فاضلاب را مدیریت نمایند. پس اگر همه چیز به درستی انجام گیرد، خطر زیست محیطی وجود نخواهد داشت.

با این حال، صنایع، همیشه یکی از منابع تولید آلودگی‌های محیط زیست بوده‌اند. انتشار گازهای گلخانه‌ای به تنهایی مشکلات زیادی را برای جانداران محوطه اطراف آن منطقه ایجاد می‌کند. فاضلاب صنعتی نیز خواه، ناخواه، آلودگی‌هایی را وارد منابع آبی می کنند که نگرانی‌هایی را برای آبزیان منطقه به وجود می‌آورد.

هر ساله تعداد قابل توجهی قوانین و مقررات زیست محیطی برای اطمینان از اینکه صنایع فعال، حداقل آلودگی را تولید می‌کنند وضع می‌شود. مدیران نیز امیدوارند بتوانند گام موثری در این مسیر بردارند و دستورالعمل‌های سخت‌گیرانه را به طور جدی رعایت کنند.

جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

فرایندهای شیمیایی در هر صنعت وجود دارند و همچنین در اطراف ما در زندگی روزمره نیز اتفاق می‌افتند. سوخت و ساز مواد غذایی در سلول‌های موجودات زنده، انجام عمل فتوسنتز در گیاهان، سنتز ترکیبات آلی و معدنی در کارخانه‌ها، نمونه‌هایی از مثال‌های واکنش‌های شیمیایی پرکاربرد هستند. بدون انجام فرایند شیمیایی از هر نوع که باشد، عملاً تولید محصول یا فرآورده‌های جانبی غیر ممکن است؛ و به علاوه باید شرایط انجام واکنش نیز فراهم شود.

منبع: اولتراشیمی – مرجع شیمی و صنعت