uabooks.top » Химия » 37. Роль органической химии в решении глобальных проблем человечества, создании новых материалов
Інформація про новину
  • Переглядів: 58
  • Дата: 21-10-2020, 02:57
21-10-2020, 02:57

37. Роль органической химии в решении глобальных проблем человечества, создании новых материалов

Категорія: Химия




Материал параграфа поможет вам:

  • понять роль органической химии в сфере переработки сырья;
  • узнать о биотехнологиях;
  • оценить значение органической химии в решении энергетической и продовольственной проблем, охране здоровья человека, создании новых материалов.

Химические реакции с участием органических веществ составляют основу многих технологических процессов. Их осуществляют в нефтеперерабатывающей промышленности, производстве метанола, этанола, уксусной кислоты, других органических соединений. Превращения органических веществ происходят на предприятиях легкой и пищевой промышленности.

Органическая химия и переработка сырья.

В различых технологиях используется много органических соединений. Исходными веществами в химических производствах часто являются углеводороды. Их запасы в природе ограничены и не восстанавливаются. Поэтому такое сырье обычно используют экономно и перерабатывают с наибольшим выходом полезных веществ, применяя оптимальные режимы проведения реакций. Разработка эффективных технологических процессов является одной из основных задач, которые решают химики вместе с другими специалистами.

Ныне переработка нефти заключается не только в ее перегонке. Высокотемпературные фракции — керосин, газойль, мазут — подвергают сильному нагреванию при повышенном давлении, наличии катализаторов; названия соответствующих процессов — крекинг, риформинг. В таких условиях разрываются химические связи в карбоновых цепях молекул углеводородов и образуются новые молекулы. Вследствие этого возрастает выход бензина, повышается его качество.

Это интересно

В соответствии с прогнозами, разведанных запасов нефти и газа хватит человечеству на 50 лет.

Любое производство невозможно без отходов. Их переработка должна быть обязательной, комплексной и максимально полной с одно

временным обезвреживанием токсичных веществ. Отходы, которые используются или перерабатываются, называют вторичными ресурсами. Очень актуальной является переработка использованных изделий из полимеров и пластмасс (рис. 113), в результате которой снова получают полимеры.

Рис. 113.

Пластмассовые емкости перед утилизацией

Органическая химия и энергетическая проблема. Природный газ и продукты нефтепереработки являются традиционным сырьем для мировой энергетики. Запасы нефти и газа на планете уменьшаются. Поэтому наряду с поиском новых источников получения энергии активно привлекается в энергетическую сферу уголь, которого в недрах Земли значительно больше.

Это интересно

На уголь приходится около 80 % массы всех горючих ископаемых.

Часть угля с помощью химических реакций превращают в смеси горючих газов. В специальных установках на уголь действуют при высокой температуре ограниченным количеством воздуха, водяным паром, углекислым газом. Образующиеся газовые смеси содержат карбон(П) оксид, водород, метан. Они как вид топлива имеют существенные преимущества перед углем. В мире используют также технологии превращения угля под действием водорода в жидкое горючее. Расширяется использование горючих сланцев как энергетического сырья. Из сланцев по соответствующей технологии получают сланцевый газ.

Органическая химия и продовольственная проблема. Рост численности населения на планете требует увеличения производства пищевых продуктов. Однако многие страны, преимущественно малоразвитые, ощущают их недостаток. Почва со временем теряет плодородие, сельскохозяйственные растения все чаще поражаются болезнями и вредителями.

Среди мероприятий, направленных на решение продовольственной проблемы, — использование средств защиты растений от болезней и вредителей — пестицидов, фунгицидов (рис. 114), а также стимуляторов роста растений. Это, как правило, — определенные органические соединения или их смеси. Повышению производительности животноводства способствуют белковые кормовые добавки.

Рис. 114.

Химические

средства

защиты

растений

Пищевые продукты недостаточно производить в необходимом количестве. Важно также обеспечить их хранение. Ученые, работающие в области органической химии, ведут поиск эффективных и вместе с тем безопасных консервантов, стабилизаторов, эмульгаторов, а технологи и инженеры обеспечивают их производство.

Биотехнологии. В последнее время в промышленность и другие сферы производства внедряются технологии, которые существенным образом отличаются от традиционных. Особое место среди них занимают биотехнологии — процессы превращения органиче

ских веществ с участием микроорганизмов или продуктов их жизнедеятельности.

Одной из первых биотехнологий, примененных человеком, был процесс изготовления вина из соков винограда, других ягод и фруктов. Вам известно, что брожение углеводов с образованием этанола вызывают дрожжи, имеющиеся на поверхности плодов. При участии других микроорганизмов скисает молоко вследствие молочнокислого брожения. Эти процессы ныне широко используются в пищевой промышленности.

Растения — возобновляемый природный ресурс. C привлечением биотехнологий все больше такого сырья, а также отходов земледелия перерабатывается на смеси горючих газов — так называемый биогаз (рис. 115).

Рис. 115.

Производство

биогаза

C биотехнологиями связано производство медицинских препаратов для профилактики и лечения инфекционных и других болезней. В области охраны окружающей среды используется способность определенных бактерий и микроорганизмов разлагать нефть, нефтепродукты, токсичные соединения в промышленных и бытовых сточных водах. Достижения биотехнологий мы применяем и в быту. Например, современные стиральные порошки содержат биодобавки, способные разлагать органические загрязнения на тканях.

Биотехнологии экономически выгодны и экологически безопасны. Однако их разработка предусматривает проведение длительных и

сложных экспериментов, поскольку процессы, в которых принимают участие микроорганизмы, протекают достаточно медленно.

Наиболее перспективным для Украины является применение биотехнологий в сельском хозяйстве и медицине, а также производство биотоплива. Специалистов соответствующей квалификации готовят высшие учебные заведения.

Органическая химия и здоровье человека.

Преобладающее большинство лекарственных средств является органическими соединениями. За последние десятилетия заметно выросло количество медицинских препаратов, которые дают возможность побеждать болезни, в частности те, которые ранее считались неизлечимыми. Ученые, имея информацию о группах атомов, содержащихся в молекулах органических веществ и обуславливающих их биологическую активность, синтезируют новые соединения. Биологи и медики после тщательных исследований определяют, какие из них являются наиболее эффективными с целью дальнейшего использования в лечебной практике. Весомые результаты в исследовании строения биологически активных веществ принадлежат нобелевскому лауреату Дороти Кроуфут-Ходжкин.

Органическая химия и создание новых материалов. Развитие современной техники, производство компьютеров, средств связи и записи информации, создание космических аппаратов, строительство невозможны без использования новых материалов с необходимыми механическими и физическими свойствами, высокой термо- и морозостойкостью (рис. 116). Изобретенные химиками пластмассы все чаще заменяют стекло, металлы, керамику. Будучи легкими, прочными, они не подвергаются коррозии; их легко обрабатывать, придавать им определенную форму.

Дороти Мэри Кроуфут-Ходжкин (1910—1994)

Английский химик и биохимик, член Лондонского королевского общества. Занималась исследованием структуры аминокислот, пептидов. Осуществила рентгеноструктурный анализ пенициллина, витамина B12, изучала гемоглобин, другие белки, содержащиеся в крови. Установила пространственное строение молекулы инсулина, состоящей почти из 800 атомов. Выступала во многих странах с лекциями о важности этого препарата для больных диабетом. Возглавляла антивоенное Пагуошское движение ученых. Член академий наук многих стран. Лауреат Нобелевской премии по химии (1964).

Рис. 116.

Изделия из сверхустойчивого полимера — тефлона

Синтетические волокна имеют много преимуществ по сравнению с природными. Благодаря их механическим свойствам и химической устойчивости, эти волокна с успехом используют в легкой промышленности (производство обуви, одежды, спортивного снаряжения), транспортной сфере, научном и медицинском оборудовании, военной технике. Оптические волокна на основе органических полимеров стали незаменимыми в системах передачи информации, приборах медицинской диагностики.

Материал, изложенный в параграфе, доказывает, что развитие общества без внедрения

достижений органической химии и технологии органических веществ невозможно.

ВЫВОДЫ

Исследования в области органической химии позволяют совершенствовать процессы переработки нефти, природного газа, угля. Расширяется сфера использования биотехнологий — процессов превращения растительного сырья при участии микроорганизмов.

Сельское хозяйство располагает многочисленными средствами защиты растений, которые способствуют росту продовольственных ресурсов.

Химики синтезируют новые биологически активные органические соединения, проявляющие высокую эффективность в лечении многих болезней.

Благодаря достижениям ученых, исследующих полимеры, создаются новые материалы с заданными свойствами, которые постепенно заменяют традиционные.

266. Назовите как можно больше видов природного сырья, из которого получают органические вещества.

267. Какие требования, по вашему мнению, должны предъявляться к материалам на основе органических веществ, используемым:

а) в космической технике;

б) на морских судах?

268. Представьте ситуацию, когда запасы нефти на Земле почти исчерпались. Какими могут быть действия развитых стран с приближением такого кризиса?

269. Какой рецепт приготовления теста для пирога, блинов, других мучных изделий можно считать биотехнологией?

270. Как, используя химические реакции, можно удалить примесь фенола из газовых выбросов химического предприятия, состоящих из азота, кислорода и водяного пара?

Послесловие

В этом учебном году продолжалось ваше ознакомление с важнейшими органическими веществами. Вы расширили свои знания об углеводородах — родоначальниках других органических соединений, а также о спиртах, карбоновых кислотах, углеводах, узнали об альдегидах, эстерах, аминах, ароматических соединениях — бензене и феноле. На уроках и со страниц учебника вы получили информацию об органических полимерах и материалах на их основе, биологически активных веществах. Теперь каждый из вас знает, что органические вещества в значительной степени отличаются от неорганических по составу, строению, свойствам.

Среди органических соединений имеется много таких, которые важны для человека, его здоровья. В живом организме протекает множество химических реакций, при которых органические вещества образуются и взаимодействуют с другими веществами.

Развитие общества невозможно без использования пластмасс, синтетических волокон, эффективных фармацевтических препаратов, средств бытовой химии. Ученые совершенствуют технологические процессы, работают над тем, чтобы достичь более полной переработки природного органического сырья, не загрязняя природу и не причиняя вреда здоровью человека.

Надеемся, что у вас сформировалось представление о разделе химической науки — органической химии, и вы поняли, насколько широкие перспективы открывают перед человечеством достижения в этой области.

Мы уверены, что знания по химии, полученные в 10 классе, пригодятся вам в разных жизненных ситуациях, обогатят вашу эрудицию.

Желаем дальнейших успехов в учебе!

 

Это материал учебника Химия 10 класс Попель, Крикля

 





^