Застосування[ред.]

Нафта — найважливіше джерело рідкого палива, мастил, сировина для синтетичних матеріалів тощо. Нафта займає провідне місце в світовому паливно-енергетичному господарстві. Її частка в загальному споживанні енергоресурсів безперервно зростає: 3% в 1900 р., 5% перед Першою світовою війною 1914–1918 рр., 17,5% напередодні Другої світової війни 1939–1945 рр., 24% у 1950 р., 41,5% у 1972 р., 48% в 2004 р. У перспективі ця частка буде меншати внаслідок зростання застосування атомної і інших видів енергії, а також збільшення вартості видобутку.

Детонаційна стійкість є основним показником якості бензинів. Вона характеризує здатність бензину згорати в двигуні від іскри без детонації. Детонацією називається такий режим роботи двигуна, при якому частина палива самозаймається і в результаті тиск у двигуні наростає не плавно, а стрибками, порушуючи роботу двигуна. Мірою детонаційної стійкості є октанове число, яке вимірюється у сотому шкалою. За нуль шкали прийнята детонаційна стійкість н-гептану. За 100% прийнята детонаційна стійкість ізооктану, а точніше 2,2,4 - триметилпентана. Таким чином, ОЧ - показник детонаційної стійкості бензину, чисельно рівний процентному змісту ізооктану в еталонній суміші з н-гептаном, яка за детонаційної стійкості еквівалентнавипробуваному бензину. 

ам’яне вугілля – один з видів викопного палива, перехідний стан від бурого вугілля до антрациту. Кам’яного вугілля розробляється більше, ніж будь-якого іншого, приблизно 2,5 мільярда тонн на рік, це приблизно близько 700 кг на кожного жителя нашої Землі. Кам’яне вугілля використовують для вироблення електроенергії на теплоелектростанціях, як паливо у приватних будинках, на фабриках і багато іншого. Кам’яне вугілля горить світиться полум’ям і має більш високу теплоту горіння, ніж бурий.

До складу кам’яного вугілля входить волога від 3% до 12%, також міститься до 32% летких займистих речовин.

У хімічний склад кам’яного вугілля входить:

 вуглець від 75% до 93% (залежно від сорту, місця розташування),

 водень від 4% до 6%,

 кисень від 3% до 19%

 азот до 2,7%

Кам’яне вугілля, як і нафта, не індивідуальна речовина. До його складу входять вільний вуглець (до 10%), органічні речовини, що містять Карбон, Гідроген, Оксиген, Сульфур, Нітроген, мінеральні речовини (вони залишаються у вигляді шлаку після спалювання вугілля).      

Вам відомо, що вугілля використовується як паливо, але не меншого значення надається хімічній переробці вугілля з метою вилучення величезної кількості цінних речовин.      

Унаслідок нагрівання до 1000 ◦С без доступу повітря вугілля перетворюється на кокс. Цей продукт на 96-98% складається з вуглецю. Основна галузь застосування – металургія.      

Разом з коксом утворюються коксовий газ і кам’яновугільна смола, що є багатим джерелом різноманітних речовин,- з неї їх виділено близько 500. Перегонкою і хімічною обробкою кам’яновугільної смоли добувають ароматичні вуглеводні: толуол, нафталін, феноли, інші цінні речовини.      

Кам’яновугільна смола і коксовий газ перероблюються на коксохімічних заводах.      

У розвитку синтетичної органічної хімії кам’яновугільна смола відіграла особливу роль. Як джерело хімічних сполук кам’яне вугілля почало використовуватись раніше, ніж нафта і природний газ. На основі продуктів, виділених із кам’яновугільної смоли, виникли цілі галузі хімічної промисловості – виробництво синтетичних барвників, лікарських препаратів, засобів захисту рослин, вибухових речовин тощо.      

Кам’яновугільна смола виявилася доступною сировиною для виробництва всіх цих продуктів, що уможливило їх багатотоннажне виробництво. Отже, кам’яне вугілля – цінна хімічна сировина, яку вигідніше переробляти, ніж спалювати.

      Кам'яне вугілля використовується як технологічна, енерго-технологічна і енергетична сировина, при виробництві коксу і напівкоксу з отриманням великої кількості хімічних продуктів (нафталін, феноли, пек тощо), на основі яких одержують добрива, пластмаси, синтетичні волокна, лаки, фарби і т.і. Один з найбільш перспективних напрямів використання кам'яного вугілля – скраплення (зрідження) - гідрогенізація вугілля з отриманням рідкого палива. При переробці кам'яного вугілля отримують також активне вугілля, штучний графіт і т.д.; в промислових масштабах вилучається ванадій, германій і сірка; розроблені методи отримання галію, молібдену, цинку, свинцю. Існують різні схеми неенергетичного використання кам'яного вугілля на основі термохімічної, хімічної та іншої переробки з метою їх повного комплексного використання і забезпечення охорони довкілля. Для задоволення потреб економіки Україна щорічно використовує близько 100 млн.т вугілля, з яких майже 80 млн.т видобувається вітчизняними підприємствами.

Життя людини повсякденно пов’язане зі спалюванням горючих речовин у побуті, на транспорті, у промисловості. Крім користі застосування нафтопродуктів, вугілля і природного газу створює ряд проблем, негативних для розвитку цивілізації та загалом для виживання людства.

Тепловий баланс нашої планети підтримується завдяки тому, що діоксид карбону і вода, які містяться в атмосфері, поглинають енергію сонячного випромінювання (інфрачервону частину спектра), а потім пере випромінюють її. Таким чином на планеті зберігається тепло.

Поглинання і випромінювання енергії діоксидом карбону та іншими речовинами спричинює парниковий ефект. Отже, можна сказати, що ми живемо в умовах парникового ефекту, і це відповідає нормальному станові атмосфери, комфорту для нас. Проте посилення цього ефекту може мати згубні наслідки, а саме – глобальне підвищення температури й у зв’язку з цим – зміну клімату.

До цього може призвести підвищення концентрації вуглекислого газу за рахунок спалювання горючих речовин. Протягом останніх 100 років у результаті техногенної діяльності людини вміст вуглекислого газу в атмосфері невпинно зростає.

Крім парникового ефекту в результаті переробки і використання горючих корисних копалин атмосфера забруднюється шкідливими речовинами, такими як оксид карбону (ІІ) СО (від невпинного згоряння пального у двигунах), оксид сульфуру (IV) SO2 (утворюється з сірки, що міститься у вугіллі і бензині), метан СН4 (витік газу), сірководень Н2S (виділяється під час перегонки нафти), оксиди нітрогену NO, NO2 (під час високотемпературного горіння) та ін.

Усі ц речовини спричинюють фотохімічних смог[1], кислотні дощі тощо.

Фотохімічний смог утворюється в результаті реакцій, що відбуваються під впливом сонячного світла (фотохімічні реакції). При цьому, крім наявних у повітрі зарубників, додатково утворюється діоксид нітрогену та озон. Останній реагує з вуглеводнями, що виділяються в повітря від неповного згоряння пального. У результаті утворюються сполуки, безпечні для здоров’я людей і шкідливі для довкілля.

Фотохімічний смог вперше спостерігався в Лос-Анджелесі, де багато сонця та автомобілів.

Крім цього, під час згоряння пального утворюється дим, в якому містяться дрібні частинки вуглецю і твердих вуглеводнів, що не згоріли, а також сполуки Кадмію, Плюмбуму, Меркурію та інших елементів, надзвичайно шкідливих для здоров’я.

Яким чином можна позбутися шкідливих забрудників, що утворюються в результаті використання палива і пального?

По-перше, можна ощадливо використовувати ці продукти, тим самим зменшуючи кількість шкідливих викидів. По-друге, можна вилучати з палива сірку ще до його використання. По-третє, створювати технологічні умови повного згоряння вугілля в котельнях, на теплоелектростанціях та бензину у двигунах автомобілів. По-четверте, можна уловлювати відходи після згоряння палива за допомогою фільтрів. По-п’яте, можна замінити джерела енергії: замість енергії палива використовувати енергію сонця, вітру, води, ядерну та геотермальну енергію.

Переваги природного і попутного нафтового газу - Дешевий вид палива - Володіє високою теплотворною здатністю (теплота згоряння 1м3 газу 54400 кДж) - Легко транспортується по газопроводах - Екологічно чистий вид палива.

Органічні речовини в живій природі були першими об’єктами досліджен­ня науки, що згодом дістала назву органічна хімія. Уперше це поняття ввів шведський науковець Й. Я. Берцеліус (мал. 1.3). У своєму підручнику з хімії (1827) вія наголошував, що у живій природі елементи підпорядкова­ні іншим законам, ніж у неживій, тож органічні речовини не можуть ут­ворюватися під впливом звичайних фізичних і хімічних сил, для цього потрібна особлива «життєва сила*. Тому органічну хімію Й. Я. Берцеліус визначив, як хімію рослинних і тваринних речовин. Аби довести обмеже­ність цього твердження, досить пригадати відомі вам з основної школи пер­ші синтези органічних сполук1 «in vitro*. До того ж, поглянувши навколо, ви пересвідчитеся: чи не на кожному кроці ми використовуємо синте­тичні органічні речовини, яких у живій природі немає (наведіть кілька прикладів).

Однак жива природа з давніх-давен була й залишається невичерпним джерелом органічних речовин, важливість яких неможливо переоцінити. Олії та тваринні жири, різноманітні смолисті, клейкі й цукристі речовини, крохмаль, віск, духмяні есенції, барвники рослинного й тваринного похо­дження ще в другій половині І ст. описав в енциклопедичному творі «При­роднича історія* римлянин Гай Пліній-Секунд (назвіть органічні речовини живої природи, які ви вже вивчали на уроках хімії і біології).

До сьогодні людство використовує органічні речовини, вироблені живи­ми організмами, аби задовольнити матеріальні потреби, передусім - у хар­чових продуктах, зручному одязі, комфортному житлі, теплі, дотриманні гігієни, збереженні здоров’я тощо. Доведемо це на прикладі целюлози (про цей біополімер - головну складову клітинних стінок рослин - ви дізналися в 9-му класі). Незважаючи на те, що організм людини практично не засвоює целюлозу, вона відіграє важливу роль у харчуванні і підтриманні здоров’я. Світовою медичною спільнотою визнано, що нестача клітковини в раціоні є однією з найважливіших причин погіршення здоров’я і, як наслідок, якості життя. Люди, у харчуванні яких достатньо рослинних продуктів і клітко­вини, набагато менш схильні до таких захворювань, як рак кишечнику, а також надмірна маса тіла й ожиріння.

Водночас саме целюлоза, що міститься в рослинах, є основною поживною речовиною у складі корму для багатьох сільськогосподарських тварин, яких використовують для одержання м’яса, молока, жиру, яєць, вовни, щетини, шкіри, кісток, пуху й пір’я (назвіть органічні речовини в складі цих продуктів).

Лляний і бавовняний одяг має високі гігі­єнічні властивості і привабливий зовнішній вигляд (мал. 5.1).

Вата — складова будь-якої аптечки невід­кладної допомоги. Усі ці речі виготовлено з волокон целюлози.

Деревина, головною складовою якої також є целюлоза, — чи не найдавніший вид палива, що й досі не втратив своєї актуальності й при­вабливості.

Пелети ~ гранули з відходів деревообробно­го виробництва, подрібненої соломи, лушпин­ня соняшнику тощо (мал. 5.2). Теплотворна здатність пелет щонайменше у 1,5 раза біль­ша, ніж у деревини, і порівнянна з вугіллям.

Тож недарма в Європі їх вважають паливом для сталого майбуття.

Пригадайте: за визначенням Комісії OOH зі сталого розвитку його мета - задовольняти потреби сучасного суспільства, не піддаючи небезпеці можливість майбутніх поколінь за­довольняти свої потреби.

Задоволення духовних потреб людини, зумовлених суспільним існуван­ням, також тісно пов’язане з використанням целюлози. Зокрема, винай­дення паперу - важлива історична віха в культурному розвитку людства. Це відразу розширило застосування писемності, яка до цього часу зали­шалася надбанням лише правителів, їхніх наближених і вузького кола науковців. Хоча наразі листування, читання, спілкування, навчання з ви­користанням паперу поступається місцем електронним книжкам, пошті, зв’язку на основі комп’ютерних технологій, але папір як історичний, суспільний, мистецький, технологічний феномен викликає щире захоп­лення.

Дізнайтеся більше... Хто не чув про орігамі (мал. 5.3) - мистецтво складання паперу, започатковане у храмових обрядах Сходу. Воно дотепер дарує радість і красу мільйонам людей в усьому світі. Показово, що в XXl столітті техніка орігамі набула зовсім нового змісту. Йдеться про унікальні властивості молекул ДНК (пригадайте: її склад, будову й біоло­гічні функції ви вивчали на уроках хімії в основній школі і біології у 10-му класі).

Пол Ротемунд (Каліфорнійський технологічний інститут, Пасадена, США) 2006 року оприлюднив новий спосіб збирання складних двовимірних наноструктур з молекул ДНК, що ґрунтується на здатності цієї речовини до самоорганізації. Дослідники використали природне «стремління* молекул ДНК до формування подвійних спіралей і скручування (згинання) ділянок ланцюга. Причиною цього є різноманітні взаємодії між фрагментами моле­кул: утворення водневих зв’язків, електростатична взаємодія заряджених функціональних груп тощо. Саме сили міжмолекулярної взаємодії змушу­ють довгий ланцюг ДНК скластися.

Наприкінці 2008 р. міжнародна наукова група, очолювана Йоргеном Кьємсом з Інституту молекулярної біології Університету Opxyca і Данського

Національного центру ДНК-нано - технологій, створила тривимірні «скульптури» з ДНК, що вирізня­ються жорсткістю стінок і наявніс­тю рухомих деталей. Такі ДНК - скриньки (мал. 5.4) із замками в перспективі можуть бути викорис­тані для прицільного транспорту­вання лікарських засобів всередині організму, створення ДНК-комп’ю - тера, що сам себе збирає. Це яскра­вий приклад єдності складу, будови та зумовлених ними властивостей і біологічних функцій речовини.

Про головне

Жива природа — невичерпне джерело органічних речовин.

Хімія живого — один зі стратегічних напрямів розвитку сучасної хі­мічної науки.

40 і 41