Модуль1 Змістовий модуль 1. Атомно-молекулярне вчення. Періодичний закон.

Тема 1. Вступ. Хімія як предмет природознавства. Роль хімії у вивченні природи і розвитку техніки. Хімія і екологія.

Хімія – природнича наука, яка вивчає матеріальний світ у всій розмаїтості форм його існування і явищ, що відбуваються в ньому. Предметом природничих наук є матерія і рух у їхній нерозривній єдності.

Уся природа, увесь світ об’єктивно існують поза і незалежно від свідомості людини. Матерія – це філософська категорія для позначення об’єктів і систем, загальної основи всіх явищ, властивостей, зв’язків і відношень. Формами буття і розвитку матерії є рух, простір і час. Джерело руху матерії закладене в ній самій як внутрішня суперечність предметів і явищ. Простір виражає співіснування і відокремленість матеріальних об’єктів один від одного, їхні розміри, тип симетрії, порядок розміщення. Час характеризує послідовність явищ, тривалість, швидкість матеріальних процесів.

Універсальними властивостями матерії є її нестворюваність і незнищуваність, структурність, взаємоперетворюваність і суперечливість, вічність існування у часі, нескінченність у просторі.

Розвиток хімічної промисловості – одна з найважливіших умов науково-технічного поступу. Наприклад, хімічна промисловість виробляє синтетичні хімічно та корозійно стійкі полімерні матеріали, які широко застосовують у промисловості, на транспорті, у будівництві, сільському господарстві, медицині, побуті тощо. Завдяки хімії створено різноманітні конструкційні, термостійкі матеріали, надтверді і некородувальні сплави, нові види штучного палива. З розвитком хімії тісно пов’язаний розвиток медицини: розроблено нові ефективні лікарські препарати, виготовляють замінники крові, деякі штучні органи. І хоча багато нових хімічних продуктів не знаходять практичного застосування, проте вони відіграють важливу роль у процесі пізнання, допомагаючи перетворення. Для розробки способів синтезу нових матеріалів важливо знати чинники, що визначають, як швидко і наскільки відбуваються необхідні перетворення. Такі відомості допомагають або взагалі уникати їх. Вони необхідні, наприклад, для розроблення способів очищення автомобільних викидних газів, для знижен-ня вартості добрив та ін.

Головні хімічні галузі такі:

• нафтохімічна промисловість і продукти переробки нафти;

• виробництво замінників натуральних матеріалів – дерева,

шкіри тощо;

• виробництво мінеральних добрив, гербіцидів та засобів

боротьби зі шкідниками;

• виробництво особливо чистих матеріалів;

• виробництво матеріалів з наперед заданими властивостями;

• виробництво функціональних матеріалів з оптимальним набором властивостей: стійких до агресивного середовища, до надвисоких та наднизьких температур і тисків тощо.

В епоху науково-технічного поступу шкідливий вплив людини на довкілля (антропогенний вплив) порівняно з силами природи зростає так, що часто природа вже не в стані виправити порушення екологічної рівноваги, спричинені діями людини. Шкідливі викиди виробництва забруднюють воду й атмосферу, як наслідок – вимирають види рослин, тварин, погіршується здоров’я людей, а в глобальному масштабі змінюється клімат Землі. Донедавна розвиток людського суспільства і самоочищення довкілля від техногенних забруднень перебували в динамічній екологічній рівновазі. Проте останніми роками інтенсивне збільшення кількості населення планети, надзвичайно інтенсивний розвиток промисловості, сільського і комунального господарства й інші чинники антропогенної дії на довкілля призвели до різних негативних наслідків, з якими біосфера, незважаючи на колосальні екологічні резерви, впоратися не спроможна. Передусім це стосується забруднення біосфери хімічними речовинами – ксенобіотиками (не властивими природі), порушення природних геохімічних цик- лів, а також інтенсивного, нераціонального використання природних ресурсів, що перешкоджає природі самовідтворювати ці ресурси. Невідновні ресурси вичерпуються швидше, ніж людське суспільство здатне перебудувати власну економіку.

Екологічна ситуація в Україні сьогодні є кризовою. До цього призвели структурні деформації господарства, за яких перевагу віддавали сировинно-видобувним галузям промисловості, використання здебільшого енерго- та ресурсомістких технологій без будівництва ефективних очисних споруд.

Серед головних причин незадовільного стану довкілля називають такі:

• застарілі технології виробництва з високою енерго- та матеріаломісткістю, що в два-три рази перевищують відповідні показники в розвинених країнах;

• високий рівень концентрації промислових об’єктів у дея-ких регіонах;

• відсутність ефективних природоохоронних технологій (зворотних систем водозабезпечення, очисних споруд тощо), незадовільний рівень експлуатації природоохоронних споруд;

• відсутність ефективного правового й економічного механізмів, які сприяли б запровадженню екологічно безпечних технологічних процесів.

Хімія і хімічна технологія разом з чорною і кольоровою металургією, автомобільним транспортом і теплоенергетикою є значним джерелом забруднення довкілля. Газуваті, рідкі й тверді відходи виробництва – потужні джерела забруднення.

Наприклад, під час згорання палива, виплавляння металів, переробки нафти тощо утворюється низка газуватих відходів. Найчастіше вони містять оксиди карбону, діоксид сульфуру, оксиди нітрогену, які є причиною, зокрема, кислотних дощів. До найбільших забрудників атмосферного повітря належать підприємства теплоенергетики, які дають близько 29 % усіх шкідливих забруднень, а також металургійні підприємства та підприємства нафтохімічного комплексу, що в значній кількості викидають у повітря вуглеводні, сірководень, оксиди сульфуру і сульфатну кислоту, сполуки флуору та ін.

Рідкими відходами є промислові та побутові стічні води. Оскільки чимало виробництв використовує значну кількість води для промивання, вилуговування (розчинення) та охолодження, то після застосування стічні води містять чимало розчинених неорганічних сполук, серед яких іони важких металів: купруму, цинку, кадмію, нікелю, хрому, меркурію тощо. До органічних забруднювачів води належать фенол, стирол, бензен, пестициди, діоксин, поверхнево-активні речовини (ПАР). Хімічні підприємства викидають у відкриті водойми близько 70 млн м3 неочищених або недостатньо очищених стоків, серед яких значна кількість – токсичні. Внаслідок забруднення річок, озер, потрапляння в ґрунтові води ці речовини надходять у питну воду та їжу, призводячи до отруєння людей, а інколи навіть до генетичних змін в організмі.

Головними джерелами забруднення поверхневих вод є скидання неочищених чи недостатньо очищених комунально-побутових і промислових стічних вод, поверхневий стік води з сільськогосподарських угідь та забудованих територій, а також ерозія ґрунтів на водозабірній площі.

До твердих належать відходи, для яких наразі нема технологій переробки – це пусті породи, будівельне і побутове сміття, тверді відходи електростанцій та ін. Значне забруднення земель спричинює теплова енергетика внаслідок накопичення великої кількості таких відходів, як зола, шлаки та пил.

Україна з її багаторічною енергетично-сировинною спеціалізацією та низьким технологічним рівнем промисловості належить до держав з найвищими абсолютними обсягами утворення та накопичення відходів. Щороку у поверхневих сховищах складують понад 1,5 млрд т твердих відходів. У різних звалищах, шламосховищах, відвалах і териконах нагромаджено понад 20 млрд т відходів, які займають близько 130 тис. га земель. Значна кількість відходів (до 90 %) утворюється на підприємствах гірничодобувної промисловості під час розробки родовищ та збагачення корисних копалин. Сьогодні утилізують лише третину загальної кількості відходів. Частка ж вторинної сировини в загальному споживанні ресурсів не перевищує 15 %. Високотоксичними є до 2 % усіх промислових відходів. Однак і досі в Україні не збудовано жодного спеціалізованого підприємства з переробки таких відходів. Проблему ускладнює ще й те, що не розроблено належно організованої системи збирання і зберігання токсичних відходів, немає техніки й обладнання, бракує моніторингового контролю якості стічних вод та заохочення підприємств самостійно вирішувати власні екологічні проблеми. Тому токсичні відходи, наприклад, гальванічні шлами та промивні води, в значних обсягах часто потрапляють у каналізаційні стоки.

Значного забруднення зазнала велика територія країни після аварії на Чорнобильській АЕС. Радіоактивно забрудненими виявилось понад 9 млн га території 12 областей України. З господарського використання вилучено 180 тис. га сільськогосподарських угідь, 150 тис. га лісу: агропромислове і лісогосподарське виробництво обмежено на 256 тис. га. В ході аварійних та дезактиваційних робіт у зоні відчуження створено понад 800 тимчасових могильників радіоактивних відходів. В об’єкті “Укриття” сконцентровано близько 180 т паливовмісної маси сумарною радіоактивністю 7,4 ⋅ 1017 Бк.

Отже, хімічні аспекти вирішення проблем довкілля охоплюють питання, пов’язані з хімічним забрудненням біосфери і його впливом на екологічні рівноваги, з характеристикою головних хімічних забруднювачів і способів визначення ступеня забруднення, з хімічними методами боротьби із забрудненням навколишнього середовища, з пошуком нових екологічно чистих джерел енергії.