Irányíthatóság és pályatervezés matematikai vizsgálata kémia reakciók esetében

A kémiai reakciók irányítása alapját képezi a mai vegyiparnak. A reakciók végső kimenetele nagymértékben függ a reakcióban résztvevő anyagok koncentrációjától, az alkalmazott katalizátortól, illetve a külső környezet hőmérsékletétől, nyomásától. Ezeknek a paramétereknek a megváltoztatásával egyes anyagok esetében az eredetitől eltérő vegyületek keletkezhetnek, illetve reverzibilis reakciók esetén a reakció a kívánt irányba eltolható. Például az ammóniaszintézis mólszámcsökkenéssel járó reverzibilis reakció, így a nyomás növelése az ammóniaképződés irányába tolja el az egyensúlyt. A reakció exoterm, ezért a keletkező ammónia mennyisége a hőmérséklet csökkentésével is növelhető.

A hőmérséklettel nem csak egyensúlyi reakciók szabályozhatók. Etanol és tömény kénsav reakciója során 130 °C-on éter, 160°C-on etilén keletkezik. Az étert például altatószerként használják, míg az etilén fontos vegyipari alapanyag, többek között polietilén előállítására használható. Emellett az etilén a növények érését szabályozó hormon is, így a távolról hajón Európába szállított gyümölcsöket ezzel tudják utólag érlelni.

Az előadásban bemutatom, hogyan tudunk kémiai reakciókat matematikailag modellezni. Megvizsgálom, hogyan értelmezhető az irányíthatóság, milyen módszerrel vizsgálható kémiai reakciók esetében. Áttekintem a pályatervezéssel kapcsolatos főbb fogalmakat. Egy példarendszer segítségével bemutatom, hogyan határozható meg a hőmérséklet, illetve az egyes anyagfajták koncentrációinak időfüggvénye pályatervezés segítségével.