生產職能(1 / 2)

生產職能

化學同其它各門自然科學一樣,也是社會生產過程中的重要因素,知識形態的生產力,具有重要的生產職能。

化學的生產職能不同於其它學科的特點,主要在於是以實現物質分子轉變的方式,改變物質的性能,生產多樣的產品,以極大限度地利用各種資源,滿足人類日益增長的物質需要。這是其它學科所難以相比的。因此“化學至今或許仍是所有實驗科學中最實用的學科”。而旦是唯一具有以學科名稱命名的工業部門——“化學工業部”的基礎學科。化學的生產職能的特色,具體表現在以下幾個方麵:

一、提高社會生產水平

化學對物質的加工,不同於其它學科的是,可以在物質的較深層次——分子層次進行加工,從而可以提高產品的數量乃至質量,有力地推進生產的發展。例如,從石油中提取汽油,如果隻是依靠物理方法進行加工,依照石油組分沸點不同而進行蒸餾,由於受到天然石油中汽油組分比例的限製,隻能得到相當於原油總量15—20%的汽油,而且由於抗震性能欠佳而不能適用於壓縮比高的內燃發動機,在質和量上都滿足不了生產上的需要。但是,如果對石油進行深層次的化學加工,進行“熱裂化”或“催化裂化”,把天然石油中高級烷屬烴的大分子“裂化”成小分子,並進一步合成出具有良好的抗震性能的環烷或芳香烴的分子,實現分子的轉變,則不僅可以得到相當於物理加工所得到的3倍以上的汽油,把產率提高到60%以上,而且還可以改善汽油的抗震性能,提高汽油質量,把生產水平提高一大步。這就很好體現了化學加工的優越性。

二、擴大資源利用範圍

化學加工還可以深入物質內部調節元素組成,從而可以改變物質性能,擴大資源利用範圍,以豐補缺,滿足社會生產發展的需要。例如作為當前世界主要能源的石油,地球上的儲量極其有限,若以當前每年開采80億噸的速度消耗,隻還能使用約30年,即將消耗殆盡。然而另一資源煤的儲量則比較高,若以當前每年開采30億噸的速度消耗,則還能使用約200年。不過固態的煤還不能直接代替液態的石油作為內燃機燃料使用。這就需要用化學方法加工,把煤轉化為汽油,以擴大煤的應用範圍。

化學分析表明,煤和汽油的主要差別是在於構成二者的碳氫元素重量比例的不同。煤約為100:4,而汽油約為100:7。由此可知,把煤轉化為汽油的根本途徑就是對煤進行化學“加氫”,調節元素組成,使其達到汽油的“高氫”水平。這個操作通常是在高溫、高壓和催化劑的條件下進行的,稱為“煤加氫直接液化法”。目前這一過程已經在許多國家實現了工業化,開始大量生產“煤造汽油”。美國預計從1990年到2000年間的汽油消耗將達到“煤造汽油”與“油造汽油”對半混合使用的水平。以石油為主的能源結構時代即將過去,以煤為主的能源結構時代即將來臨。顯然,化學技術的進步將在這一時代轉變中起到關鍵性的作用。

化學還可以通過對物質分子的加工,改變物質的存在狀態,使得有效物質得以濃縮或富集,獲取目的產物,提高資源利用能力。例如天然鈾礦石中所含鈾燃料(鈾-235)的濃度甚低,隻為0.7%左右,不能滿足原子能電站維持核裂變反應所要求的3%濃度的低限,不能直接作為核燃料被利用。然而依靠化學卻可以解決這一課題。化學可以通過分子轉變的形式把固態的鈾礦石中的鈾轉化為氣態的六氟化鈾,由此就可以利用“氣相擴散方法”逐步使鈾-235得以富集,再經還原後就可以得到濃度為3%以至90%以上的“濃縮鈾”,成為原子能電站以至原子武器的貴重原料,從而使天然鈾礦得以有效利用,提高了人類對資源的利用能力。

1kg鈾釋放出的原子能,相當於2.5×106kg煤所放出的化學能。化學對鈾礦石的加工和利用,也為人類解決未來的能源危機提供了美好前景。

三、提取製造重要材料

化學還可深入物質分子內部,采用更換原子種類的方法,提取所需物質,發展生產。例如作為當前社會生產重要支柱鋼鐵工業的原料鐵礦石來說,其中所存在的鐵是同氧或硫等原子結合著,並不具備鋼鐵材料的性能,不能直接作為金屬材料使用。為此需要運用化學加工手段把同鐵結合的氧等元素的原子分開,以遊離出單質態的金屬鐵,進而加工成鐵碳合金——生鐵或鋼材。目前工業上通常是以碳或一氧化碳為還原劑,同鐵礦石相作用,更換其原子,變鐵的氧化物為碳的氧化物,從而提取出金屬鐵,進而再煉成鋼,以滿足汽車、拖拉機、機器製造以及國防工業等生產領域的需要。