Масштаби хімічної промисловості. Традиційні матеріали з новими властивостями Повідомлення на тему сучасні хімічні технології

Деревина

Один із видів сировини текстильної промисловості – целюлоза, що виробляється з деревини. Але все ж таки значна маса деревини йде на виготовлення різноманітних пиломатеріалів для будівельної та меблевої промисловості. Виробництво целюлози для паперової промисловості складає 80% та синтетичних волокон – 20%.

У меблевій промисловості широко застосовуються деревостружкові та деревноволокнисті плити, виготовлення яких базується на органічних сполучних речовинах. Сучасні хімічні технології при виробництві деревоволокнистих плит та целюлози дозволяють використовувати будь-який дерев'яний матеріалнавіть той, який раніше вважався не придатним для обробки.

Деревина на відміну від викопної паливної сировини порівняно швидко відновлюється. У зв'язку з цим, а також через те, що ціни на викопну органічну сировину зростатимуть, слід очікувати, що основна частка виробництва пластмас, еластомерів та синтетичних волокон буде реалізована при переробці деревини у проміжну хімічну сировину – етилен, бутадієн та фенол. А це означає, що деревина стане не лише будівельним матеріалом та сировиною для виробництва паперу, але й важливою хімічною сировиною для отримання штучних речовин: фурфуролу, фенолу, текстилю, палива, цукру, білків, вітамінів та інших цінних продуктів. Наприклад, із 100 кг деревини можна виготовити приблизно 20 л спирту, 22 кг кормових дріжджів або 12 кг етилену.

Деревина – не єдиний вид органічної сировини. Інші різновиди біомаси: солома, очерет тощо – за допомогою хімічних технологій можуть перетворюватися на такі ж цінні продукти, що й ті, що виробляються з деревини.

Мікробіологи виявили, що гриби, що викликають білу гнилизна деревини, можуть приносити користь. Їхня здатність видозмінювати деякі компоненти деревини покладена в основу нової технологіївиготовлення будівельних матеріалів: після обробки грибом тирса, стружки та інші відходи склеюються в монолітну масу. Так отримують екологічно чисті дерев'яні плити.

Одна з найважливіших галузей використання деревини – целюлозно-паперова промисловість. Світове виробництво целюлози в середині 70-х досягло 100 млн. т на рік. В даний час з деревини виготовляється основна маса різних видів паперу та картону. Технологія їхнього виготовлення порівняно проста. Спочатку шматочки деревини завбільшки з сірникову коробку перетворюють на волокнисту деревну масу. Потім після формування та пресування такої маси з доданими до неї клеєм, наповнювачами та пігментними барвниками здійснюється процес сушіння. Така відносно нескладна технологія застосовується давно, але все ж таки відрізняється від тієї, на підставі якої ще в 105 р. пекінський придворний Цай Лунь вперше виготовив папір з волокон конопель, льону та ганчірки.

Які зміни намітилися в технології виробництва паперу в останні десятиліття? Зміни передусім пов'язані з появою замінника паперу – синтетичного матеріалу. При синтезі природних та штучних матеріалів значно покращується якість паперу. Наприклад, введення пластмас у волокнисту масу підвищує міцність, еластичність паперу, його стійкість до деформації тощо.

Папір із пластмаси особливо гарний для високоякісного друкування географічних карт, репродукцій тощо. Частка пластмасового паперу, що виробляється, порівняно невелика.

З розвитком електронно-обчислювальної техніки та масового виробництваперсональних комп'ютерів папір перестає бути основним носієм інформації. Проте все ж таки зростання обсягів друкованої продукції (книг, газет, журналів тощо), а також зростання виробництва промислової продукції, що потребує пакувальних матеріалів, неминуче призводить до щорічного приросту виробництва паперу приблизно на 5%. І це означає, що потреба у деревині – найважливішому природному сировину – постійно зростає.

Ще в V тисячолітті до н. е. у стародавньому Єгипті виплавлялися перші склоподібні матеріали. Скляний посуд у тому вигляді, як він представляється нам сьогодні, виготовлявся у XV ст. до зв. е. Проте водночас скло довгий часне знаходило широкого застосування, оскільки ні броню, ні каску, ні навіть ручну палицю з настільки крихкого матеріалу виготовити не можна.

Перші гіпотези про структуру скла з'явилися в 20-30-ті роки XX ст., Хоча з давніх часів виплавлялися скла більше 800 різних складів, з яких вироблялося близько 43 тис. різновидів виробів. Як і раніше, скло має один істотний недолік - крихкістю. Створити скло некрихким – одне з найважчих завдань навіть із урахуванням сучасних технологій.

Скло складається з силікатної маси (до 75% SiO 2). Результати електронно-мікроскопічних досліджень структури скла показали, що при охолодженні розплаву скла виникають краплеподібні області, що відрізняються від навколишньої маси розплаву хімічним складом і стійкістю до хімічних впливів. Розміри таких областей від 2 до 60 нм. Змінюючи величину, число та склад даних областей, можна виготовити скляний посуд з дуже високою хімічною стійкістю. При розподілі краплеподібних областей відбувається кристалізація – утворюються кристали (розміром близько 1 мкм) зі структурою склокерамічної речовини – ситал.Таким чином, можна виготовити прозорий або схожий на фарфор матеріал, коефіцієнт теплового розширення якого варіюється в таких широких межах, що його можна міцно з'єднувати з багатьма металами. Деякі склокерамічні матеріали витримують високотемпературний перепад, тобто. не розтріскуються при різкому охолодженні від 1000 ° С до кімнатної температури.

На початку 70-х років розроблено новий різновид ситалу, який можна обробляти, як звичайний метал, тобто його можна обточувати, фрезерувати, свердлити, а на деталях з нього можна навіть наносити гвинтове різьблення. Область застосування ситалів – автомобілебудування, електротехніка, хімічне машинобудування, домашнє господарство.

Скло, охолоджене за нормальної температури, має міцність на вигин близько 50 Н/мм 2 , а термічно загартоване скло – приблизно 140 Н/мм 2 . При додатковій хімічній обробці утворюється надміцне скло з міцністю на вигин від 700 до 2000 Н/мм 2 . Хімічна обробка у тому, що у поверхні скла невеликі за розміром іони натрію шляхом іонного обміну замінюються більшими іонами калію. Хімічно зміцнене скло не розбивається навіть при сильному ударі і піддається механічній обробці, на відміну від термічно загартованого скла.

Високу міцність мають композиційні матеріали, що включають хімічно оброблені скла з шарами пластику. Такий матеріал у деяких конструкціях може замінити метал. Бронескло товщиною 20-40 мм, що складається з кількох склеєних штучною смолою шибок, не пробивається кулею при пострілі з пістолета.

Іноді для облицювання будівель застосовуються кольорові стекла, те чи інше фарбування якого досягається введенням оксидів металів. Кольорове скло поглинає інфрачервоне випромінювання. Такою ж властивістю володіють стекла з напиленим на їхню поверхню тонким шаром металу або сплаву. Дані скла сприяють підтримці нормального мікроклімату в приміщенні: влітку вони затримують промені сонця, а взимку зберігають тепло.

Широко застосовуються скловолокнисті матеріали. Ними можна армувати, обробляти, склеювати, декорувати, ізолювати, фільтрувати тощо. Обсяг їх випуску величезний – 1980р. він становив близько 1 млн. т/рік. Стеклоніті для текстильної промисловості мають діаметр близько 7 мкм(З 10 г скла можна витягнути нитку довжиною 160 км). Стеклонити має міцність до 40 Н/мм 2 , що набагато міцніше за сталеву нитку. Тканина зі скловолокна не змочується та стійка до деформації, на неї можна наносити різнокольорові малюнки.

Застосування скловолокна як світлопровід породило нову галузь природознавства – волоконну оптику. Скловолокна – дуже перспективні засоби передачі.

Добре відомі ізоляційні властивості скла. Однак останнім часом все частіше говорять про напівпровідникове скло, яке виготовляється методом тонкоплівкової технології. Таке скло містить оксиди металів, що й забезпечує їм незвичайні, напівпровідникові властивості.

За допомогою низькоплавкої емалі зі скла (570 ° С) вдалося виготовити надійне покриття для алюмінію. Покритий емаллю алюміній має комплекс цінних властивостей: високу корозійну стійкість, еластичність, удароміцність та ін. Емалі можна надати різні кольори. Такий матеріал витримує агресивну промислову атмосферу, що не піддається старінню.

Область застосування склопродукції постійно розширюється, а це означає, що сьогодні скло стає універсальним матеріалом. Сучасне скло – традиційний матеріал, що має нові властивості.

Силікатні та керамічні матеріали

Будівельна індустрія, що постійно розвивається, споживає все більшу кількість будівельних матеріалів. Понад 90% із них – силікатні матеріали, серед яких лідирує бетон. Його виробництво у світі перевищує 3 млрд. т/рік. На бетон припадає 70% від загального обсягу всіх будівельних матеріалів. Найважливіша та найдорожча складова бетону – цемент. Його світове виробництво з 1950 до 1980рр. збільшилося майже в 7 разів і в 1980 досягло майже 1 млрд. т.

Міцність на стиснення звичайного бетону становить 5-60 Н/мм 2 лабораторних зразківперевищує 100 Н/мм2. Високоміцний бетон виходить в результаті термічної активації цементної сировини при 150 ° С. Високим вимогам відповідає полімербетон, але він поки ще дорогий. Освоєно виробництво та вогнетривкого бетону, що витримує температуру до 1800°С. Процес затвердіння звичайного бетону становить щонайменше 60–70% загального виробничого часу. На жаль, дієвий та легко доступний прискорювач схоплювання – хлорид кальцію – викликає корозію залізної арматури, тому провадиться пошук нових дешевих прискорювачів затвердіння. Іноді застосовуються інгібітори схоплювання бетону.

Знаходить застосування силікатний бетон, що складається з суміші вапна та кварцового піску, або золи вугільних фільтрів. Міцність силікатного бетону може досягати від 15 до 350 Н/мм2, тобто перевищувати міцність бетону на основі цементу.

Цікавий бетон з полімерною структурою. Він легкий, у нього можна забивати цвяхи. Полімерна структура створюється введенням алюмінієвого порошку як розширювальну добавку.

Розробляються різні сорти легкого бетону із цементу та полімерів невеликої щільності. Такий бетон відрізняється високими теплоізоляційними властивостями та міцністю, малим вологопоглинанням та легко піддається обробці різними способами.

При введенні азбесту в цементний розчин виходить асбобетон - широко поширений будівельний матеріал, стійкий до змін погодних умов.

Широке застосування знаходять керамічні матеріали. З кераміки виготовляють понад 60 тис. різних виробів – від мініатюрних феритових сердечників до гігантських ізоляторів для високовольтних установок. Звичайні керамічні матеріали (порцеляна, фаянс, кам'яна кераміка) отримують при високій температурі із суміші каоліну (або глини), кварцу та польового шпату. З кераміки виготовляються великоформатні блоки, пориста і пустотіла цегла, а для спеціальних цілей (наприклад, для димових труб) – загартована цегла.

В останні десятиліття до кераміки стали відносити безсилікатні композиційні матеріали з різних оксидів, карбідів, силіцидів, боридів і нітридів. Такі матеріали поєднують у собі високі термічну та корозійну стійкість та міцність. Деякі композиційні матеріали починають руйнуватися лише за температури вище 1600° З.

Високоміцнісні матеріали, в яких (в результаті пресування порошку при 1700° С) до 65% Аl 2 Про 3 впроваджується в кристалічну решітку Si 3 N 4 витримують температуру вище 1200° С. У судинах з такого матеріалу можна плавити мідь, алюміній та інші метали. З комбінації кремній-алюміній-азот-кисень можна отримати різноманітні керамічні матеріали, що володіють високими технічними якостями.

Металокерамічні композиційні матеріали мають високу твердість та надзвичайно високу термостійкість. З них виготовляються камери згоряння для космічних ракет та деталі для металорізальних інструментів. Такі матеріали виготовляються методом порошкової металургії з металів (заліза, хрому, ванадію, молібдену та ін.) та оксидів металів (переважно Аl 2 Про 3), карбідів, боридів, нітридів або силіцидів. У металокераміці поєднуються якості кераміки та металів.

Порівняно недавно – на початку 90-х років – синтезовано керамічний матеріал на основі оксидів міді, що має дивовижну властивість – високотемпературну надпровідність. Такий матеріал переходить у надпровідний стан при 170 К.

Поза сумнівом, в результаті дослідження структури та властивостей нових керамічних матеріалів будуть знайдені способи синтезу композитів із раніше невідомими властивостями.

Засоби збереження матеріалів

Важливо як отримати високоякісний матеріал, а й зберегти його. Вплив довкілляпогіршує якість матеріалу: відбувається його передчасне старіння, руйнування і т. п. До суттєвого руйнування металів, особливо небарвних, наводить їх корозія, при тривалому впливі вологи деревина піддається гниття і т. д. Тому для збереження якості матеріалів та виготовлених із них виробів застосовуються різні засоби захисту.

Прийнято вважати, що людина навчилася виготовляти металеві вироби понад 4500 років тому, і з того часу вона бореться з корозією. За деякими оцінками, щорічні втрати заліза в результаті корозії становлять майже 15% світової продукції сталі, а це означає, що кожна сьома домна на земній кулі працює марно.

Найпоширеніша міра захисту від корозії – забарвлення, тобто нанесення захисного шару масляної чи синтетичної фарби. Шар фарби захищає вироби з деревини від гниття. Широко використовуються фарби на основі алкідних смол.

Звичайне покриття здається ефективним, коли фарба наноситься на чисту поверхню. Однак процес очищення поверхні – трудомістка операція, тому проводиться пошук захисних покриттів для нанесення на пошкоджену корозією поверхню без її попереднього очищення. Одне з таких покриттів вже синтезовано у вигляді фарби, що містить ціанамід цинку, при реагуванні якого з іржею утворюється ціанамід заліза, що надійно захищає поверхню від корозії.

Для приготування фарб та лаків широко застосовуються органічні розчинники та розріджувачі. Після нанесення фарби органічні речовини випаровуються, забруднюючи атмосферу. Такої вади позбавлені рідкі лаки без розчинників, а також фарби, розбавлені водою. Дуже ефективно порошкоподібне покриття електростатичним способом, при якому як сполучні речовини застосовуються термопласти і «пошиті полімери» (епоксидні смоли, полівінілацетат, поліолефіни). За допомогою поліефірів і високомолекулярних поліамодів можна отримати кольорові або прозорі шари товщиною близько 0,02 мм, що міцно зчіплюються з поверхнею, що фарбується.

Представляють практичний інтерес електропровідні фарби, необхідні виготовлення друкованих схем, антен тощо.

Антикорозійні властивості мають нержавіючі сталі, що містять дорогі метали хрому або нікелю. Набагато дешевшим є напилення на звичайну сталь шару алюмінію або хрому невеликої товщини – менше 0,001 мкм.

Один із перспективних способів захисту від корозії – формування шару своєрідної іржі, що оберігає метал від подальшої руйнації. Звичайна іржа, що складається з пухкого шару оксиду заліза, сприяє подальшому руйнуванню матеріалу. Захисний шар іржі утворюється на поверхні деталей зі сталі, що містить, наприклад, 0,7-0,15% фосфору, 0,25-0,55% міді, 0,5-1,25% хрому та 0,65% нікелю. До теперішнього часу вже розроблені десятки різновидів таких сталей, що мають дивовижну властивість самозахисту. Їх можна формувати і зварювати, а вартість їх на 10-30% вище звичайних сталей. З них можна виготовляти вагони, цистерни, трубопроводи, будівельні конструкціїта багато іншого, що потребує стійкості до атмосферних впливів.

Заміна матеріалів

На зміну старим матеріалам приходять нові. Це відбувається зазвичай у двох випадках: коли виникає дефіцит старого матеріалу та коли новий матеріалефективніший. Матеріал-заступник повинен мати кращі властивості. Наприклад, до матеріалів-замінників можна віднести пластмаси, хоча вважати їх безумовно новими матеріалами навряд чи можливо. Пластмаси можуть замінити метал, дерево, шкіру та інші матеріали. Понад 1/3 світового споживання пластмас посідає промисловість. Проте, за деякими оцінками, лише 8–15% сталі замінюється пластмасами (переважно під час виготовлення трубопроводів), бетоном та іншими матеріалами. Сталь має цілком прийнятне співвідношення між вартістю та міцністю, можливістю варіювання властивостей та способів обробки – всі ці якості стримують швидке та масове її витіснення пластмасами та іншими матеріалами.

Не менш складною є проблема заміни кольорових металів. У багатьох країнах йдуть шляхом економного, раціонального їх споживання.

Переваги пластмас для багатьох сфер застосування цілком очевидні: 1 т пластмас у машинобудуванні заощаджує 5–6 т металів. На виготовлення пластмасових виробів потрібно всього 12-33% робочого часу, необхідного для виготовлення тих самих виробів з металу. У виробництві, наприклад, пластмасових гвинтів, зубчастих коліс та ін. скорочується кількість операцій обробки та підвищується продуктивність праці на 300–1000%. При обробці металів матеріал використається на 70%, а при виготовленні виробів із пластмас – на 90–95%.

Заміна іншого широко застосовуваного матеріалу – деревини – почалося ще першій половині XX в. Насамперед з'явилася фанера, а пізніше – деревноволокнисті та деревостружкові плити. В останні десятиліття деревина стала витіснятися алюмінієм та пластмасами. Як приклади можна назвати іграшки, предмети побуту, човни, будівельні конструкції тощо. У той самий час спостерігається тенденція збільшення споживчого попиту товари, виготовлені з деревини.

Надалі пластмаси замінятимуться композиційними матеріалами, розробці яких приділяється велика увага.

Хімія у сучасних технологіях

Єлпатова Ольга Іванівна,

Викладач хімії

Мета роботи – проаналізувати історію створення ЕОМ та показати, які хімічні елементи використовуються у розвитку комп'ютерних технологій.

Протягом кількох останніх десятиліть комп'ютерна технологія розвивається на шляху дедалі більшої мініатюризації деталей та дедалі більшого подорожчання їх виробництва. Мікропроцесори останніх поколінь містять величезну кількість транзисторів (10 млн. і більше), що мають розміри в десяту частку мікрона (10-7 метри). Наступний крок у бік мікросвіту приведе до нанометрів (10-9 метра) та мільярдам транзисторів в одному чіпі. Ще трохи - і ми потрапимо до діапазону атомних розмірів, де всі починають діяти закони квантової механіки.

Річард Фейнман ще років двадцять тому зауважив, що закони фізики не перешкоджатимуть зменшенню розмірів обчислювальних пристроїв доти, «поки биті, не досягнуть розмірів атомів, і квантова поведінка не стане домінуючим». Інша проблема, що вказує на те, що сучасна технологія створення комп'ютерів зживає себе – це проблема наближення до межі швидкодії. Так, сучасні комп'ютерні носії здатні вміщувати мільйони записів, із якими не справляються існуючі алгоритми пошуку.

Це призвело до підвищення продуктивності ЕОМ загалом. Відправною точкою всіх «технологічних проривів» комп'ютерної технікиє відкриття у фундаментальних науках, таких як фізика та хімія.

В обчислювальної технікиІснує періодизація розвитку електронних обчислювальних машин. ЕОМ відносять до того чи іншого покоління залежно від типу основних використовуваних у ній елементів або технології їх виготовлення.

Аналіз історії створення ЕОМ показав, що у розвитку комп'ютерних технологій намітилася тенденція до зменшення розмірів ключових елементів та збільшення швидкості їх перемикання. За основу взяли теорію про п'ять поколіннях комп'ютерів замість шести, т.к. ми вважаємо, що знаходимося на рубежі четвертого та п'ятого поколіннях.

Однією з перших хімічних елементів що у історії ЕОМ є германій.Німеччина один з найважливіших елементів для технічного прогресу, оскільки поруч із кремнієм германій став найважливішим напівпровідниковим матеріалом.

На вигляд германій неважко сплутати з кремнієм. Ці елементи як конкуренти, претендують звання головного напівпровідникового матеріалу, а й аналоги. Втім, незважаючи на подібність багатьох технічних властивостей, відрізнити германієвий зливок від кремнієвого досить просто: германій у два з лишком рази важчий за кремній.

Формально напівпровідник – це речовина з питомим опором від тисячних часток до мільйонів омів на 1 см.

Чудова чутливість германію як до зовнішніх впливів. На характеристики германію сильно впливають навіть незначні кількості домішок. Не менш важливою є хімічна природа домішок.

Додавання елемента V групи дозволяє отримати напівпровідник з електронним типом провідності. Так готують ГЕС (німецький електронний, легований сурмою). Додавши ж елемент ІІІ групи, ми створимо у ньому дірковий тип провідності (найчастіше це ГДГ – германій дірковий, легований галієм).

Нагадаємо, що «дірки» – це місця, звільнені електронами, що перейшли на інший енергетичний рівень. «Квартиру», звільнену переселенцем, може одразу зайняти його сусід, але той теж мав свою квартиру. Переселення відбуваються одне за одним, і дірка зсувається.

Поєднання областей з електронною та дірковою провідністю лягло в основу найважливіших напівпровідникових приладів – діодів та транзисторів.

Створення діодів лягло в основупершого покоління комп'ютерівна основі електронних ламп у 40-х роках. Це електровакуумні діоди і тріоди, що являють собою скляну колбу, у центрі якої розміщувалася вольфрамова нитка напруження.

Вольфрам зараховують зазвичай до рідкісних металів. Він відрізняється від решти металів особливою вагою, твердістю і тугоплавкістю.

На початку XX ст. вольфрамову нитку стали застосовувати в електричних лампочках: вона дозволяє доводити напруження до 2200 ° C і має велику світловіддачу. І в цій якості вольфрам абсолютно незамінний у наші дні. Незамінність вольфраму у цій галузі пояснюється як його тугоплавкостью, а й пластичністю. З одного кілограма вольфраму витягується дріт завдовжки 3,5 км,тобто. цього кілограма достатньо виготовлення ниток розжарювання 23 тис. 60-ватных лампочек. Саме завдяки цій властивості світова електротехнічна промисловість споживає близько 100 т вольфраму на рік.

Електронне начиння UNIVAC становило понад 5000 вакуумних ламп. Пам'ять на ртутних колбах дозволяла зберігати інформацію обсягом до півтора кілобайта. Найбільш примітним елементом у конструкції UNIVAC був спеціальний накопичувач, який дозволяв записувати інформацію та зчитувати її з магнітної стрічки. Використання електронної лампи як основний елемент ЕОМ створювало безліч проблем. Через те, що висота скляної лампи - 7см, машини були величезних розмірів. Кожні 7-8 хв. одна з ламп виходила з ладу, тому що в комп'ютері їх було 15 - 20 тисяч, то для пошуку та заміни пошкодженої лампи вимагалося дуже багато часу. Крім того, вони виділяли величезну кількість тепла, і для експлуатації "сучасного" комп'ютера на той час були потрібні спеціальні системи охолодження.

Поява першого покоління комп'ютерів стала можливою завдяки трьом технічним нововведенням: електронним вакуумним лампам, цифровому кодуванню інформації та створенню пристроїв штучної пам'яті на електростатичних трубках.

Во другому поколінні комп'ютерівзамість електронних ламп використовувалисятранзистори, винайдені в 1948 р. Це був точково-контактний прилад, в якому три металеві "усики" контактували з бруском із полікристалічного германію. Полікристалічний германій отримуваливплавленням індія з обох боків пластинки ГЕС. Для всіх областей потрібен германій дуже високої чистоти – фізичної та хімічної. Досягнення її вирощують монокристалічний германій: весь злиток – один кристал.

Транзистори були більш надійні, довговічні, мали велику оперативну пам'ять.

З винаходом транзистора та використанням нових технологій зберігання даних у пам'яті з'явилася можливість значно зменшити розміри комп'ютерів, зробити їх швидшими та надійнішими, а також значно збільшити ємність пам'яті комп'ютерів.

Подібно до того, як поява транзисторів призвела до створення другого покоління комп'ютерів, появаінтегральних схемознаменувало собою новий етап у розвитку обчислювальної техніки – народженнямашин третього покоління.

Інтегральна схема, яку також називають кристалом, є мініатюрною електронну схему, витравлену на поверхні кремнієвого кристала площею близько 10 мм. 2 . До 1965 р. більшість напівпровідникових приладів робилася на германієвій основі. Але в наступні роки став розвиватися процес поступового витіснення германію самимкремнієм . Цей елемент – другий за поширеністю Землі після кисню. Чи не ідеальний, а просто високочистий і надчистий кремній став найважливішим напівпровідниковим матеріалом. При температурі, яка відрізняється від абсолютного нуля, у ньому виникає власна провідність, причому носіями електричного струмує не лише вільні електрони, а й так звані дірки – місця, що залишені електронами.

Вводячи у надчистий кремній ті чи інші легуючі добавки, у ньому створюють провідність тієї чи іншої типу. Добавки елементів третьої групи Менделєєвської таблиці ведуть до створення дірочної провідності, а п'ятої - електронної.

Кремнієві напівпровідникові приладивигідно відрізняються від германієвих, перш за все кращою працездатністю при підвищених температурах та меншими зворотними струмами. Великою перевагою кремнію виявилася і стійкість його двоокису до зовнішніх впливів. Саме вона дозволила створити найбільш прогресивну планарну технологію виробництва напівпровідникових приладів, яка полягає в тому, що кремнієву пластинку нагрівають у кисні або суміші кисню з водяною парою, і вона покривається захисним шаром SiO 2 .

Витруєвши потім у потрібних місцях «віконця», через них вводять легуючі домішки, тут же приєднують контакти, а прилад загалом тим часом захищений від зовнішніх впливів. Для германію така технологія поки що неможлива: стійкість його двоокису недостатня.

Під тиском кремнію, арсеніду галію та інших напівпровідників германій втратив становище головного напівпровідникового матеріалу. У 1968 р. США вироблялося вже набагато більше кремнієвих транзисторів, ніж германієвих.

Маленька пластинка із кристалічного матеріалу розмірами приблизно 1 мм. 2 перетворюється на складний електронний прилад, еквівалентний радіотехнічному блоку з 50-100 і більше стандартних деталей. Він здатний посилювати або генерувати сигнали та виконувати багато інших радіотехнічних функцій.

Перші інтегральні схеми (ІС) з'явилися торік у 1964 року. Поява ІС означало справжню революцію у обчислювальної техніки. Адже вона одна здатна замінити тисячі транзисторів, кожен із яких у свою чергу вже замінив 40 електронних ламп. Швидкодія ЕОМ третього покоління зросла у 100 разів, а габарити значно зменшилися. У цей же час з'являється напівпровідникова пам'ять, яка й досі використовується в персональних комп'ютерах як оперативна.

З'явилася ідея інтегральної мікросхеми – кремнієвого кристала, який монтуються мініатюрні транзистори та інші елементи. У тому ж році з'явився перший зразок інтегральної мікросхеми, що містить п'ять транзисторних елементів кристалі германію. Вчені досить швидко навчилися розміщувати на одній інтегральній мікросхемі спочатку десятки, а потім сотні та більше транзисторних елементів. Комп'ютери третього покоління працювали зі швидкістю до мільйона операцій на секунду.

Починаючи з середини 70-х все менше стає важливих новацій у комп'ютерній науці. Прогрес іде переважно шляхомрозвитку того, що вже винайдено і придумано, - насамперед, за рахунок підвищення потужності та мініатюризації елементної бази та самих комп'ютерів.

На початку 70-х. була спроба з'ясувати, чи можна одному кристалі розмістити більше однієї інтегральної схеми. Розвиток мікроелектроніки призвело до створеннячетвертого поколіннямашин та появівеликих інтегральних схем. З'явилася можливість розміщувати на одному-єдиному кристалі тисячі інтегральних схем.

Це дозволило об'єднати в єдиній мініатюрній деталі більшість компонентів комп'ютера - що й зробила 1971 р. фірма Intel, випустивши перший мікропроцесор. Центральний процесор невеликого комп'ютера виявилося можливим розмістити на кристалі, площею всього чверть квадратного дюйма (1,61 см.) 2 ). Почалася епоха мікрокомп'ютерів.

Інтегральні схеми містили вже тисячі транзисторів. Яка ж швидкодія сучасної мікро ЕОМ? Воно в 10 разів перевищує швидкодію ЕОМ третього покоління на інтегральних схемах, в 1000 разів - швидкодію ЕОМ другого покоління на транзисторах і в 100000 разів - швидкодію ЕОМ першого покоління на електронних лампах.

Отже, потрібні комп'ютери із вищими швидкісними характеристиками. Тому фахівці у всьому світі взялися за вирішення цієї проблеми шляхом створення обчислювальної системи майбутнього. В даний час ведуться експериментальні розробки квантового комп'ютера,біокомп'ютера, нейрокомп'ютера, оптичного комп'ютера, ймовірнісного комп'ютера наноелектроніки, нанокомп'ютера, нанороботів, молекулярно-механічних автоматів, високотемпературних напівпровідникових матеріалів

1. 1. Введення3
2. 2. Хімічна промышленность3
3. 3. Хімічна технологія7
4. 4. Висновок8

Список литературы9

Вступ

Хімічна промисловість - друга після електронної провідна галузь індустрії, яка найбільш швидко забезпечує впровадження досягнень науково-технічного прогресуу всі сфери господарства та сприяє прискоренню розвитку продуктивних сил у кожній країні. Особливість сучасної хімічної промисловості - орієнтація головних наукомістких виробництв (фармацевтичного, полімерних матеріалів, реагентів та особливо чистих речовин), а також продукції парфумерно-косметичної, побутової хімії і т.д. на забезпечення повсякденних потреб людини та її здоров'я.

Розвиток хімічної промисловості зумовив процес хімізації народного господарства. Він передбачає повсюдне широке використання продукції галузі, всіляке використання хімічних процесів у різні галузі господарства. Такі галузі промисловості, як нафтопереробка, теплова енергетика(крім АЕС), целюлозно-паперова, чорна і кольорова металургія, отримання будівельних матеріалів (цемент, цегла і т.д.), а також багато виробництва харчової промисловості засновані на використанні хімічних процесів зміни структур вихідного речі. ства. У цьому вони часто потребують продукції самої хімічної промисловості, тобто. цим стимулюють її прискорене розвиток.

Хімічна промисловість

Хімічна промисловість - галузь промисловості, що включає виробництво продукції з вуглеводневої, мінеральної та іншої сировини шляхом його хімічної переробки. Валовий обсяг виробництва хімічної промисловості у світі становить близько 2 трлн. дол. Обсяг промислового виробництва хімічної та нафтохімічної промисловості Росії у 2004 році склав 528156 млн. рублів.

Хімічна промисловість виділилася окрему галузь із початком промислового перевороту. Перші заводи з виробництва сірчаної кислоти - найважливішої з мінеральних кислот, що застосовуються людиною, були побудовані в 1740 (Великобританія, Річмонд), в 1766 (Франція, Руан), в 1805 (Росія, Підмосков'я), в 1810 (Німеччина, Лейпциг). Для забезпечення потреб текстильної та скляної промисловості, що розвиваються, виникло виробництво кальцинованої соди. Перші содові заводи з'явилися у 1793 (Франція, Париж), у 1823 (Великобританія, Ліверпуль), у 1843 (Німеччина, Шенебек-на-Ельбі), у 1864 (Росія, Барнаул). З розвитком у середині ХІХ ст. сільського господарства з'явилися заводи штучних добрив: у 1842 р. у Великій Британії, у 1867 р. у Німеччині, у 1892 р. у Росії.

Сировинні зв'язки, раннє виникнення промисловості сприяли становленню Великобританії, як світового лідера в хімічному виробництві, протягом трьох чвертей ХІХ ст. З кінця ХІХ ст. зі зростанням потреби економік в органічних речовин лідером у хімічній промисловості стає Німеччина. Завдяки швидкому процесу концентрації виробництв, високого рівнянауково-технічного розвитку, активної торгової політикиНімеччина на початку XX ст. завойовує світовий ринок хімічної продукції. У США хімічна промисловість почала розвиватися пізніше, ніж у Європі, але вже до 1913 року за обсягом виробництва хімічної продукції США зайняли і з тих пір утримують перше місце у світі серед країн. Цьому сприяють багаті запаси з корисними копалинами, розвинена транспортна мережу, потужний внутрішній ринок. Лише до кінця 80-х років хімічна індустрія країн ЄС у загальному обчисленні перевищила обсяги виробництва у США.

Таблиця 1

Підгалузі хімічної промисловості

Підгалузь
Неорганічна хімія	Виробництво аміаку, Содові виробництва, Сірчанокислотні виробництва
Органічна хімія	Акрилонітрил, Фенол, Окис етилену, Карбамід
Кераміка	Силікатні виробництва
Нафтохімія	Бензол, Етилен, Стирол
Агрохімія	Добрива, Пестициди, Інсектициди, Гербіциди
Полімери	Поліетилен, Бакеліт, Поліестер
Еластомери	Гума, Неопрен, Поліуретани
Вибухові речовини	Нітрогліцерин, Нітрат амонію, Нітроцелюлоза
Фармацевтична хімія	Лікарські препарати: Синтоміцин, Таурін, Ранітідін.
Парфумерія і косметика	Кумарін, Ванілін, Камфора

Усі зазначені специфічні особливості хімічної промисловості надають у час великий впливом геть структуру галузі. У хімічній промисловості збільшується частка наукомісткої продукції високої вартості. Отримання багатьох видів масової продукції, що вимагає великих витрат сировини, енергії, води та небезпечної для навколишнього середовища, стабілізується або навіть скорочується. Проте процеси структурної перебудови йдуть по-різному в окремих групах держав і регіонів. Це помітно впливає на географічність тих чи інших груп виробництв у світі.

Найбільший вплив на розвиток господарства світу та умови повсякденному життілюдського суспільства надали у другій половині XX ст. полімерні матеріали, продукція їхньої переробки.

Промисловість полімерних матеріалів. На неї і виробництво вихідних для синтезу видів вуглеводнів, напівпродуктів з них припадає від 30 до 45% вартості продукції хімічної промисловості розвинених країн світу. Це основа всієї галузі, її ядро, тісно пов'язане практично з усіма хімічними виробництвами. Сировина для отримання вихідних вуглеводнів, напівпродуктів та самих полімерів — головним чином нафту, попутний та природний газ. Їх споживання для виробництва цього широкого кола продуктів порівняно невелике: всього 5-6% нафти, що видобувається у світі, і 5-6% природного газу.

Промисловість пластмас та синтетичних смол. Синтетичні смоли в основному йдуть для отримання хімічних волокон, а пластмаси найчастіше є вихідними конструкційними матеріалами. Це зумовлює використання їх у багатьох сферах промисловості, будівництва, а також виробів з них у побуті. Багато видів пластмас, ще більша кількість їх марок створено в останні десятиліття. Виділяється цілий клас пластмас промислового призначення для найвідповідальніших виробів в машинобудуванні (фторопласти та ін).

Промисловість хімічних волокон революціонізувала всю легку промисловість. У 30-ті роки. роль хімічних волокон у структурі текстильних була мізерна: 30% їх становила шерсть, близько 70% - бавовна та інші волокна рослинного походження. Хімічні волокна все ширше використовуються в технічних цілях. Сфера їх застосування в господарстві та побутовому споживанні безперервно зростає.

Промисловість синтетичного каучуку. Попит на гумотехнічні вироби у світі (одних лише автомобільних покришок виробляється щорічно 1 млрд.) все більшою мірою забезпечує використання синтетичного каучуку. На його частку припадає 2/3 всього одержання натурального та синтетичного каучуків. Виробництво останнього має цілу низку переваг (менше витрати коштів на спорудження заводів, ніж на створення плантацій; менше витрат праці на його заводське отримання; більше низька цінав порівнянні з натуральним каучуком і т.д.). Тому його випуск склався більш як у 30 державах.

Промисловість мінеральних добрив. Використання азотних, фосфорних і калійних добрив багато в чому визначає рівень розвитку сільського господарства країн та регіонів. Мінеральні добрива є наймасовішою продукцією хімічної промисловості.

Фармацевтична промисловість набуває виключно великого значення для охорони здоров'я населення планети. Зростаюча потреба у її продукції зумовлена:

1) швидким старінням населення, насамперед у багатьох промислових державах світу, що вимагає впровадження нових складних препаратів у лікувальну практику;

2) збільшенням серцево-судинних та онкологічних захворювань, а також появою нових хвороб (СНІД), для боротьби з якими потрібні все більш ефективні препарати;

3) створенням нових поколінь антибіотиків через пристосування мікроорганізмів до старих їх форм.

Гумотехнічна промисловість. Продукція цієї галузі дедалі більше орієнтується забезпечення потреб населення.

Крім безлічі побутових гумових виробів (килимки, іграшки, шланги, взуття, м'ячі і т.д.), які стали звичайними споживчими товарами, зростає попит на комплектуючі деталі з гуми для багатьох видів продукції машинобудування. Сюди відносяться засоби наземного безрейкового транспорту: шини для автомобіля, велосипеда, тракторів, шасі літаків тощо. Гумові вироби, такі як трубопроводи, прокладки, ізолятори та інші необхідні для багатьох видів продукції. Цим пояснюється найширший асортимент гумотехнічних виробів (він перевищує 0,5 млн. найменувань).

Серед найбільш масових виробів галузі виділяється виробництво покришок (шин) для різних видівтранспорту. Випуск цих виробів визначається кількістю транспортних засобів, що виготовляються у світі, обчислюваних багатьма десятками мільйонів одиниць кожного з них. На виробництво покришок витрачається 3/4 натурального і синтетичного каучуків, значна частина синтетичних волокон, що йдуть на виробництво кордної тканини - каркаса шин. Крім того, для отримання гуми як наповнювач необхідний різні видисажі - також продукту однієї з галузей хімічної промисловості - сажі. Все це визначає тісний взаємозв'язок гумової промисловості з іншими галузями хімічної.

Про рівень розвитку країни можна судити за рівнем розвитку хімічної промисловості. Вона забезпечує господарство сировиною та матеріалами, дає можливість застосовувати нові технологічні процесиу всіх галузях господарства. Внутрішньогалузевий склад хімічної промисловості дуже складний:

1) основна хімія,

2) хімія органічного синтезу.

Фармацевтика, фотохімія, побутова хімія, парфумерія відносяться до тонкої хімії та можуть використовувати як органічну, так і неорганічну сировину. Міжгалузеві зв'язки хімічної промисловості великі - немає такої галузі господарства, з якою вона не була б пов'язана. Науковий комплекс, електроенергетика, металургія, паливна промисловість, легка промисловість - хімія - текстильна промисловість, сільське господарство, харчова промисловість, будівництво, машинобудування, ВПК Хімічна промисловість може використовувати різноманітну сировину: нафту, газ, вугілля, ліс, корисні копалини, навіть повітря. Отже, розташовуватись хімічні підприємства можуть повсюдно. Географія хімічної промисловості велика: виробництво калійних добрив тяжіє до районів видобутку сировини, виробництво азотних добрив - до споживача, виробництво пластмас, полімерів, волокон, каучуку - до районів переробки нафтової сировини. Хімічна промисловість - одна з передових галузей науково-технічної революції, поряд з машинобудуванням ця динамічна галузь сучасної індустрії.

Основні риси розміщення подібні до рис розміщення машинобудування; у світовій хімічній промисловості склалися 4 головні регіони. Найбільший із них — Західна Європа. Особливо швидкими темпами у багатьох країнах регіону хімічна промисловість стала розвиватися після Другої світової війни, коли у структурі галузі стала лідирувати нафтохімія. В результаті, центри нафтохімії та нафтопереробки розташовуються у морських портах та на трасах магістральних нафтопроводів.

Другий за значенням регіон - США, де хімічна промисловість характеризується великою різноманітністю. Основним фактором розміщення підприємств став сировинний фактор, що багато в чому сприяло територіальній концентрації хімічних виробництв. Третій регіон - Східна та Південно-Східна Азія, особливо важливу роль відіграє Японія (з потужною нафтохімією на базі привізної нафти). Зростає також значення Китаю та нових індустріальних країн, що спеціалізуються в основному на виробництві синтетичних продуктів та напівфабрикатів.

Четвертий регіон — країни СНД, що мають у своєму розпорядженні різноманітну хімічну промисловість, орієнтовану як на сировинний, так і на енергетичний фактор.

Хімічна технологія

Хімічна технологія - це наука про процеси та методи хімічної переробки сировини та проміжних продуктів.

Виявляється, всі процеси, пов'язані з переробкою та отриманням речовин, незважаючи на їхнє зовнішнє різноманіття, діляться на кілька споріднених, однотипних груп, у кожній з них застосовуються подібні апарати. Усього таких груп 5 - це хімічні, гідромеханічні, теплові, масообмінні та механічні процеси.

У будь-якому хімічному виробництві ми зустрічаємо одночасно всі або майже всі ці процеси. Розглянемо, наприклад, технологічну схему, в якій отримують продукт З двох вихідних рідких компонентів А і по реакції: А + В-С.

Вихідні компоненти проходять крізь фільтр, у якому очищаються від твердих частинок. Потім насосом вони подаються в реактор, попередньо нагріваючись до температури реакції теплообміннику. Продукти реакції, що включають в себе компонент і домішки компонентів, що не прореагували, направляються на поділ в ректифікаційну колону. По висоті колони відбувається багаторазовий обмін компонентами між рідиною, що стікає, і парами, що піднімаються з кип'ятильника. При цьому пари збагачуються компонентами, що мають меншу температуру кипіння ніж продукт. Виходять із верхньої частини колони пари компонентів конденсуються в дефлегматоре. Частина конденсату повертається в реактор, а інша частина (флегма) прямує на зрошення колони ректифікації. Чистий продукт виводиться з окропу, охолоджуючись до нормальної температури в теплообміннику.

Встановлення закономірностей кожної із груп процесів хімічної технології відкрило зелене світло перед хімічною промисловістю. Адже тепер розрахунок будь-якого, найновішого хімічного виробництва виконується за відомими методиками і майже завжди можна використовувати апарати, що випускаються серійно.

Швидкий розвиток хімічної технології став основою хімізації народного господарства нашої країни. Створюються нові галузі хімічного виробництва, а головне, процеси та апарати хімічної технології широко впроваджуються в інші галузі народного господарства та побут. Вони лежать в основі виробництва добрив, будівельних матеріалів, бензину та синтетичних волокон. Будь-яке сучасне виробництвонезалежно від того, що воно випускає - автомобілі, літаки або дитячі іграшки, не обходиться без хімічної технології.

Одне з найцікавіших завдань, яке можна вирішити за допомогою хімічної технології в недалекому майбутньому,— використання ресурсів Світового океану. Вода океану містить майже всі елементи, необхідні людині. У ній розчинено 5,5 млн. т золота та 4 млрд. т урану, величезні кількості заліза, марганцю, магнію, олова, свинцю, срібла та інших елементів, запаси яких на суші виснажуються. Але для цього необхідно створити абсолютно нові процеси та апарати хімічної технології.

Висновок

Хімічна промисловість, як і машинобудування, одна з найскладніших за своєю структурою галузей промисловості. У ній чітко виділяються напівпродуктові галузі (основної хімії, органічної хімії), базові (полімерних матеріалів - пластмас і синтетичних смол, хімічних волокон, синтетичного каучуку, мінеральних добрив), переробні (синтетичних барвників лаків та фарб, фармацевтична фотохімічна, реактивів, побутової хімії, виробів гумотехніки). Асортименти її продукції — близько 1 млн. найменувань, видів, типів, марок продукції.

Хімічна технологія - наука про найбільш економічні та екологічно доцільні методи та засоби переробки сирих природних матеріалів у продукти споживання та проміжні продукти.

Поділяється на технологію неорганічних речовин (виробництво кислот, лугів, соди, силікатних матеріалів, мінеральних добрив, солей тощо) та технологію органічних речовин (синтетичний каучук, пластмаси, барвники, спирти, органічні кислоти та ін.);

Список літератури

1. 1. Доронін А. А. Нове відкриття американських хіміків. / Коммерсант, №56, 2004р.
   1. 2. Килимник А. Б. Фізична хімія: Навчальний посібник. Тамбов: Вид-во Тамб. держ. техн. ун-ту, 2005. 80 с.
   2. 3. Кім А.М., Органічна хімія, 2004
      1. 4. Перепелкін К. Є. Полімерні композити на основі хімічних волокон, їх основні види, властивості та застосування / Технічний текстиль №13, 2006
   3. 5. Травень В.Ф. Органічна хімія: Підручник для вузів у 2-х томах. – М.: Академкнига, 2004. – Т.1. – 727 с., т.2. – 582 с.

Під технологією у широкому значенні цього слова розуміють науковий опис методів та засобів виробництва у будь-якій галузі промисловості.

Наприклад, методи та засоби обробки металів становлять предмет технології металів, методи та засоби виготовлення машин та апаратів предмет технології машинобудування.

Процеси механічної технології засновані переважно на механічному впливі, що змінює зовнішній виглядабо Фізичні властивостіоброблюваних речовин, але не впливає на їх хімічний склад.

Процеси хімічної технології включають хімічну переробку сировини, засновану на складних за своєю природою хімічних та фізико-хімічних явищ.

Хімічна технологія - наука про найбільш економічні та екологічно обґрунтовані методи хімічної переробки сирих природних матеріалів у предмети споживання та засоби виробництва.

Великий російський учений Менделєєв так визначав різницю між хімічної і механічної технологією: «... починаючи з наслідування, всяке механически-фабричная справа може вдосконалюватися у навіть найголовніших принципах, якщо є лише уважність і бажання, але заодно, без попереднього знання , прогрес хімічних заводів немислимий, немає і існувати, напевно, будь-коли».

Сучасна хімічна технологія

Сучасна хімічна технологія, використовуючи досягнення природних і технічних наук, вивчає та розробляє сукупність фізичних та хімічних процесів, машин та апаратів, оптимальні шляхи здійснення цих процесів та управління ними при промисловому виробництвірізних речовин, продуктів, матеріалів.

Розвиток науки та промисловості призвело до значного зростання кількості хімічних виробництв. Наприклад, зараз лише на основі нафти виробляють близько 80 тис. різних хімічних продуктів.

Зростання хімічного виробництва, з одного боку, та розвиток хімічних та технічних наук з іншого, дозволили розробити теоретичні основихіміко-технологічних процесів.

Технологія тугоплавких неметалевих та силікатних матеріалів;

Хімічна технологія синтетичних біологічно активних речовин, хіміко-фармацевтичних препаратів та косметичних засобів;

хімічна технологія органічних речовин;

Технологія та переробка полімерів;

Основні процеси хімічних виробництв та хімічна кібернетика;

Хімічна технологія природних енергоносіїв та вуглецевих матеріалів;

Хімічна технологія неорганічних речовин.

Хімічна технологія і біотехнологія включає сукупність методів, способів і засобів отримання речовин і створення матеріалів за допомогою фізичних, фізико-хімічних та біологічних процесів.

ХІМІЧНА ТЕХНОЛОГІЯ:

Аналіз та прогнози розвитку хімічної технології;

Нові процеси у хімічній технології;

Технологія неорганічних речовин та матеріалів;

Нанотехнології та наноматеріали;

Технологія органічних речовин;

каталітичні процеси;

Нафтохімія та нафтопереробка;

Технологія полімерних та композиційних матеріалів;

Хіміко-металургійні процеси глибокої переробки рудної, техногенної та вторинної сировини;

Хімія та технологія рідкісних, розсіяних та радіоактивних елементів;

Переробка відпрацьованого ядерного палива; утилізація відходів атомної енергетики;

Екологічні проблеми. Створення маловідходних та замкнутих технологічних схем;

Процеси та апарати хімічної технології;

Технологія лікарських засобів, побутова хімія;

Моніторинг природної та техногенної сфери;

Хімічна переробка твердих паливта природної відновлюваної сировини;

Економічні проблеми хімічної технології;

Хімічна кібернетика, моделювання та автоматизація хімічних виробництв;

Проблеми токсичності, забезпечення безпеки хімічних виробництв. Охорона праці;

Аналітичний контроль хімічних виробництв, якість та сертифікація продукції;

Хімічна технологія високомолекулярних сполук

РАДІАЦІЙНО-ХІМІЧНА ТЕХНОЛОГІЯ (РХТ) - область загальної хімічної технології, присвячена дослідженню процесів, що протікають під дією іонізуючих випромінювань (ІІ) та розробці методів безпечного та економічно ефективного використання останніх у народному господарстві, а також створенню відповідних пристроїв (апаратів, установок).

РХТ застосовується для отримання предметів споживання та засобів виробництва, для надання матеріалам та готовим виробам покращених або нових експлуатаційних властивостей, підвищення ефективності сільськогосподарського виробництва, вирішення деяких проблем екології та ін.