Тема 3: Значення хімії як науки і її роль у вирішенні глобальних проблем людства.

Спеціальність: № 5.12010102 „Сестринська справа ”

Семестр: ІІ

Кількість навчальних годин: 2

АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ: Розрізняють такі основні науки про природу – фізика, хімія, біологія, предметом вивчення яких є матерія, тобто весь матеріальний свят з усією різноманітністю його існування і перетворень.

Хімія серед наук про природу посідає місце між фізикою та біологією.

Хімічні знання значною мірою формуються на основі фізичних і, у свою чергу, становлять основу для формування біологічних знань. У своїй сукупності ці взаємозв’язані види знань дають змогу зрозуміти сучасну наукову картину світу.

Навчальні цілі: В результаті самостійної роботи студент повинен

Знати:

• значення хімії як науки;

• значення хімії у розв’язанні сировинної проблеми;

• значення хімії у розв’язанні енергетичної проблеми.

Міждисциплінарна інтеграція: медична хімія, біологія.

Зміст теми

Вивчення хімії за допомогою знань про речовини, їхній склад, будову, властивості, застосування, про хімічні реакції й закономірності їх перебігу, роль хімії в синтезі нових матеріалів тощо дає змогу зрозуміти наукову картину хімічної реальності, так звану хімічну картину світу. Вона являє собою лише фрагмент, частину матеріального світу, але без неї неможливо набути цілісного уявлення про загальну наукову картину світу.

Людина дедалі глибше проникає в таємниці мікро- і макросвіту. У зв’язку з новими науковими відкриттями може виникнути низка проблем, розв’язання яких, на думку вчених, викличе створення нових теорій, що також внесуть певні зміни у наукову картину світу. Усе це засвідчує матеріальність світу, різноманітність форм руху матерії, її пізнаваність і невичерпність.

Значення хімії у розв’язанні сировинної проблеми.

Сировина – невід’ємний елемент будь-якого виробничого процесу, в тім числі й хіміко-технологічного.

Природні матеріали, що використовуються у виробництві промислових продуктів, називаються сировиною.

Природа, що нас оточує, здається, є невичерпною коморою, з якої промисловість бере сировину. У міру розвитку науки і техніки дедалі більше нових корисних копалин використовується для добування продуктів виробництва, з’являються нові види сировини, розширюється сировинна база промисловості.

У зв'язку з бурхливим розвитком промисловості у XX ст. різко збільшився обсяг добування й переробки корисних копалин. За останні 40 років багатьох корисних копалин було видобуто більше, ніж за всю історію людства. Тепер у світі щорічно вилучається й переробляється 100 млрд т гірських порід. А в хімічному виробництві як сировину використовують не лише гірські породи. Це призводить до того, що багато які сировинні джерела швидко виснажуються, внаслідок чого й виникає сировинна проблема. Уже тепер багато країн відчувають гостру нестачу окремих видів сировинних ресурсів. В Україні, наприклад, не вистачає такої горючої мінеральної сировини, як нафта і природний газ.

Невідповідність між запасами і споживанням деяких видів сировини висуває проблему її бережливого й раціонального використання. У зв'язку з цим хіміки ставлять перед собою такі найголовніші завдання:

1. розвідування й застосування дешевої сировини, нових видів альтернативних сировинних матеріалів;

2. комплексне використання сировини;

3. розробка нових ефективних методів рециркуляції, тобто багаторазового використання різних видів сировини, наприклад металів;

4. використання відходів як сировини.

Останнім часом хіміки намагаються застосовувати місцеву сировину. Це вигідно, оскільки не вимагає витрат на далекі перевезення.

Історія розвитку хімічної промисловості знає чимало прикладів, коли та чи інша речовина з пустої породи або відходів виробництва перетворювалася на цінну сировину. Наприклад, хлорид калію KCl наприкінці минулого сторіччя був пустою породою під час добування кухонної солі з сильвініту (мінерал KCl•NaCl). Тепер сильвініт переробляють з метою вилучення з нього хлориду калію KCl для виробництва цінних мінеральних добрив, а хлорид натрію NaCI перетворився на відходи.

Багато рідкісних металів раніше не знаходили застосування через їх промислову недоступність, але потреби в цих металах атомної енергетики, мікроелектроніки, радіотехніки, космічної техніки, які сьогодні визначають науково-технічний прогрес, зробили можливим промислове добування розсіяних елементів.

Комплексне використання сировини спрямовується на застосування всіх її головних частин для добування корисних продуктів або матеріалів. Це означає, що з одного виду сировини можна добути велику кількість різних продуктів. Наприклад, нині деревина використовується не лише як джерело виготовлення меблів, а й як джерело величезних матеріальних і цінностей.

Хіміки відповідають за раціональне використання сировини, її комплексну переробку, ліквідацію відходів, багато з яких завдають непоправної шкоди довкіллю та здоров'ю людини. Отже, розробка нових способів комплексного використання сировини має величезне значення.

Хімія має велике значення і в розробці способів переведення речовин, що прореагували, у початковий стан для їх повторного використання (рециркуляція, регенерація сировини).

Невичерпним джерелом сировини є промислові й побутові відходи. Вони отруюють водойми, заражують грунт і повітря, захаращують території. Завдання хіміків полягає у знешкодженні відходів. Для цього будують спеціальні очисні споруди.

В Україні встановлено норми допустимого вмісту речовин у газоподібних промислових викидах і стічних водах. Але головне завдання хіміків полягає у створенні безвідхідних виробництв, де відходи використовуються для добування необхідних продуктів. Реалізація такого завдання тісно поєднана з комплексним використанням сировини і комбінуванням виробництв, коли відходи одного заводу стають сировиною для іншого, і тоді завод переростає у комбінат.

Значення хімії у розв’язанні енергетичної проблеми.

Забезпеченість енергією є найважливішою умовою соціально-економічного розвитку будь-якої країни, її промисловості, транспорту, сільського господарства, сфер культури і побуту.

Особливо багато енергії споживає хімічна промисловість. Енергія витрачається на здійснення ендотермічних процесів, на транспортування матеріалів, кришіння та здрібнення твердих речовин, фільтрування, стиснення газів тощо. Значних затрат енергії потребують виробництва карбіду кальцію, фосфору, аміаку, поліетилену, ізопрену, стиролу тощо. Хімічні виробництва разом із нафтохімічними є найенергоємнішими галузями індустрії. Випускаючи майже 7 % промислової продукції, вони споживають у межах 13-20 % енергії, що витрачається всією промисловістю.

Іншими словам хімічний прогрес і перетворення енергії – це єдине ціле. Кожний хімічний процес зв’язаний з перетворенням енергії частково з її поглинанням, а частково – з виділенням. Найбільша доля енергії, яка виробляється в усьому світі, виділяється під час хімічних процесів, а саме при спалювання нафти, природного газу і вугілля. До того ж актуальні проблеми перетворення світлової і теплової енергії в електричну можуть бути розв’язані лише на базі хімічних процесів. Далі, сучасні установки для виробництва енергії немислимі без високоякісних термостійких матеріалів і теплоносіїв. Отже, хіміки в такій же мірі відповідальні за прогрес в галузі енергогосподарства, як і самі енергетики.

Таким чином, одержання в достатній кількості дешевої енергії – це не тільки основа для подальшого розвитку хімії, але одночасно і поле її діяльності. Тому з повним правом можна стверджувати, що без хімії не може бути енергії.

Джерелами енергії найчастіше є традиційні невідновні природні ресурси – вугілля, нафта, природний газ, торф, сланці. Останнім часом вони дуже швидко виснажуються. Особливо прискореними темпами зменшуються запаси нафти і природного газу, а вони обмежені й непоправні. Не дивно, що це породжує енергетичну проблему.

У різних країнах енергетичну проблему розв’язують по-різному, проте всюди в її розв’язання значний внесок робить хімія. Так, хіміки вважають, що й у майбутньому (приблизно ще років 25-30) нафта збереже свою позицію лідера. Але її внесок в енергоресурси помітно скоротиться і буде компенсуватися зрослим внеском вугілля, газу, водневої енергетики, ядерного пального, енергії Сонця, енергії земних глибин та інших видів відновної енергії, включаючи біоенергетику.

Уже сьогодні хіміки турбуються про максимальне і комплексне енерготехнологічне використання паливних ресурсів – зменшення втрат теплоти у навколишнє середовище, вторинне використання теплоти, максимальне застосування місцевих паливних ресурсів тощо.

Розроблено хімічні методи вилучення в’язкої нафти (містить високомолекулярні вуглеводні), значна частина якої залишається у підземних коморах. Для збільшення виходу нафти у воду, яку закачують у пласт, додають поверхнево-активні речовини. Їхні молекули розміщуються на межі нафта-вода, що збільшує рухливість нафти.

На майбутнє поповнення паливних ресурсів поєднують із раціональною переробкою вугілля. Наприклад, подрібнене вугілля змішується з нафтою, на добуту пасту діють воднем під тиском. При цьому утворюється суміш вуглеводнів. На добування 1 т штучного бензину витрачається близько 1 т вугілля і 1500 м³ водню. Поки що штучний бензин дорожчий від добутого з нафти, проте важлива принципова можливість його добування.

Великі надії покладають на використання сонячної радіації (геліоенергетика). У Криму діють сонячні батареї, фотогальванічні елементи яких перетворюють сонячне світло в електрику. Для опріснення води й опалення житла широко використовуються сонячні термоустановки, що перетворюють сонячну енергію на теплоту. Сонячні батареї вже давно застосовуються у навігаційних спорудах і на космічних кораблях. На відміну від ядерної вартість енергії, яку добувають за допомогою сонячних батарей, постійно знижується.

Рекомендована література:

1. Буринська Н.М., Величко Л.П. Хімія, 11 кл.: Підручник для серед. загальноосвіт. закладів. – Київ; Ірпінь: ВТФ «Перун», 2001. – 176 с.

2. Макареня А.А. «Перспективи розвитку хімії на рубежі ХХ – ХХІст.»

Матеріали для самоконтролю:

1. Яке місце посідає хімія серед наук про природу?

2. Що вивчає хімія як наука?

3. Що називають сировиною?

4. Які корисні копалини ви знаєте?

5. У чому суть сировинної проблеми?

6. Розкрийте значення хімії у розв’язанні сировинної проблеми.

7. Що є джерелами енергії?

8. Чим викликана енергетична проблема та її загострення останнім часом?

9. Розкрийте значення хімії у розв’язанні енергетичної