Substrat dan produk

Apakah substrat dan hasil tindak balas kimia?

Dalam kimia, substrat ialah nama yang digunakan untuk bahan, sebatian kimia, unsur atau ion yang mengalami perubahan semasa tindak balas yang melibatkan proses kimia. Produk adalah hasil daripada transformasi ini. Dalam proses perindustrian, selalunya terdapat beberapa produk. Selain daripada produk utama, proses juga menghasilkan produk sampingan yang dipanggil. Ini, seterusnya, boleh menjadi substrat untuk proses teknologi lain. Substrat dan produk dalam proses kimia adalah sangat penting dalam skala makmal dan industri. Proses ini tertakluk kepada beberapa undang-undang, peraturan dan prinsip. Berikut adalah sebahagian daripada mereka:

• Keseimbangan kimia

Ia adalah keadaan dinamik yang berkaitan dengan tindak balas kimia boleh balik, di mana kadar transformasi substrat kepada produk adalah sama seperti dalam proses songsang, iaitu dalam transformasi produk menjadi substrat. Ini benar dalam keadaan tertentu termasuk kepekatan, suhu dan tekanan. Apabila keseimbangan kimia berlaku, kepekatan substrat dan produk adalah sama. Walau bagaimanapun, harus diingat bahawa ini bukanlah keadaan yang kekal. Sifat keseimbangan kimia adalah dinamik. Walaupun sedikit gangguan terhadap keadaan tindak balas mengubahnya.

• Prinsip Le Chatelier (Undang-undang Keseimbangan)

Prinsip Le Chatelier menyatakan bahawa apabila sistem dalam keseimbangan kimia tertakluk kepada rangsangan tertentu (contohnya perubahan suhu), keadaan tindak balas yang berlaku berubah sedemikian rupa untuk menghalang sebahagian daripada perubahan yang dikenakan. Juga, kepekatan substrat dan produk mempengaruhi keseimbangan kimia. Sebarang perubahan dalam jumlah mana-mana juzuk mengubah keseimbangan yang ditetapkan. Jika satu produk dikeluarkan daripada sistem, sistem akan bertindak balas sedemikian rupa sehingga sejumlah substrat akan bertindak balas untuk membentuk semula bahan yang dikeluarkan. Keadaan yang sama akan berlaku apabila substrat dikeluarkan daripada sistem. Prinsip Le Chatelier membolehkan (terutamanya dalam proses teknologi) mengawal perjalanan proses kimia. Ia boleh digunakan sama ada untuk meningkatkan kecekapan tindak balas yang berterusan atau mengatasi tindak balas yang tidak diingini.

• Kadar tindak balas kimia

Kadar tindak balas atau proses kimia ditakrifkan sebagai penurunan dalam kepekatan molar substrat, atau peningkatan dalam kepekatan molar produk, setiap unit masa. Nilai kadar tindak balas ditentukan secara eksperimen, dengan mengukur perubahan dalam kepekatan bahan tindak balas dari semasa ke semasa. Kadar tindak balas kimia dipengaruhi oleh kepekatan substrat. Kadar tindak balas adalah berkadar terus dengan kepekatan bahan tindak balas.

Substrat dan produk dalam proses teknologi kimia

Ia adalah satu tugas yang sukar untuk menterjemahkan konsep proses kimia daripada skala makmal kepada skala industri. Antara lain, ia termasuk pemilihan substrat (bahan mentah) yang mencukupi. Ia harus menjimatkan kos untuk mendapatkan substrat, mematuhi prinsip alam sekitar dan semua prosedur yang diperlukan untuk pemprosesan sebelumnya (cth penulenan bijih logam yang diekstrak). Dalam teknologi kimia, proses juga mesti dikaji semula dari segi produk yang akan diperolehi kerana sebagai tambahan kepada produk utama, selalunya apa yang dipanggil produk sampingan terbentuk. Ia adalah penyelesaian biasa untuk mencari pemasangan yang menghasilkan komponen berbeza berdekatan antara satu sama lain. Hasil sampingan yang tidak diingini dalam satu proses mungkin merupakan bahan mentah utama dalam teknologi yang berbeza. Ia juga disyorkan bahawa substrat yang tidak mengalami tindak balas dikitar semula dalam satu gelung. Prinsip di atas, dan beberapa peraturan lain, membolehkan untuk melaksanakan proses teknologi dengan lebih cekap dan pada perbelanjaan tenaga yang lebih rendah. Untuk proses teknologi kimia, keseimbangan bahan dibangunkan untuk setiap pemasangan. Ia menunjukkan jumlah bahan yang digunakan atau dihasilkan, iaitu substrat dan produk. Imbangan bahan menjadi asas untuk mereka bentuk dan membangunkan akaun ekonomi untuk proses kimia sedia ada atau terancang. Ia berdasarkan prinsip pemuliharaan jisim. Baki bahan yang disediakan dengan baik memberikan gambaran keseluruhan yang jelas tentang jumlah substrat yang diperlukan, jumlah produk yang diperoleh, dan mengambil kira penjanaan sisa. Secara grafik, ia mungkin digambarkan menggunakan carta Sankey.

Kepentingan substrat dan produk dalam konteks kimia hijau

Petroleum adalah bahan mentah utama dalam kimia hari ini. Biojisim dan substrat lain yang boleh diperoleh daripada sumber boleh diperbaharui dan oleh itu sepadan dengan prinsip kimia hijau menjadi semakin penting. Trend ini dijangka berterusan pada tahun-tahun akan datang. Biojisim penting bukan sahaja sebagai bahan mentah untuk tujuan tenaga, tetapi ia juga boleh digunakan dengan berkesan untuk mendapatkan bahan kimia, seperti bahan tambahan untuk farmaseutikal , kosmetik dan makanan. Kemajuan dalam teknologi pemprosesan biojisim membolehkan untuk mengekstrak bahan dan bahan kimia bernilai tambah tinggi daripadanya. Pembangunan kaedah untuk mendapatkan substrat terutamanya daripada bahagian tumbuhan, seperti batang, daun atau akar, adalah sama dinamik. Kami kini boleh, sebagai contoh, untuk mensintesis nanopartikel perak menggunakan ekstrak daun kubis. Terutamanya dalam proses volum besar, isu penting ialah pengurusan produk sampingan yang terhasil daripada proses kimia. Ia akan berfaedah untuk mendapatkan bahan yang mudah terbiodegradasi . Polimer terurai, sebagai contoh, semakin penting. Ini adalah polimer yang boleh terurai dalam persekitaran lebih cepat daripada polimer konvensional. Mereka boleh merosot apabila terdedah kepada sinaran, mikroorganisma, enzim atau bahan kimia tertentu.