Створення нових матеріалів

Створення нових матеріалів — актуальне завдання сьогодення. У сучасних технологіях часто використовують великий тиск, температуру й агресивну дію хімічних речовин. Матеріали з новими, покращеними властивостями мають замінити застарілі, що недостатньо стійкі й міцні. Нових матеріалів вимагають і високотехнологічні галузі: космічна й атомна техніка, електроніка. Для практичних потреб необхідні такі матеріали, як полімери, барвники, волокна.

Із розвитком медицини виникла потреба в заміні частини органів та тканин в організмах. Матеріали, які можна використовувати для виготовлення різноманітних імплантів, створюють у хімічних лабораторіях (мал. 38.1).

Особливе місце серед нових матеріалів посідають композити — матеріали, що складаються із пластмасової основи (матриці) і наповнювача. За багатьма властивостями — міцністю, в’язкістю тощо — композити набагато перевищують традиційні матеріали, завдяки чому потреби суспільства в них невпинно збільшуються (мал. 38.2). На створення композитів витрачають дедалі більше зусиль і ресурсів, а головними споживачами композитів сьогодні є автомобільна й космічна галузі.

Синтетичні барвники

Природні барвники — це органічні сполуки, які виробляють живі організми і які забарвлюють тваринні й рослинні клітини і тканини. Переважно це сполуки жовтих, коричневих, чорних і червоних кольорів, серед них дуже мало синіх і фіолетових, а зелені майже не трапляються.

До другої половини XIX століття доступними були тільки природні барвники. Уперше штучно барвник було отримано 1883 року — у лабораторії був синтезований індиго Адольфом Байером. Сучасна промисловість виробляє тисячі синтетичних барвників різноманітного складу будь-якого кольору й відтінку. Їх застосовують для фарбування волокон і різних текстильних матеріалів, шкіри, хутра, паперу, деревини тощо (мал. 38.3). Розчинні в органічних розчинниках синтетичні барвники використовують для забарвлення бензинів, парафіну,

спиртів, восків, олій, пластмас, гум. Останнім часом багато зусиль витрачається на розробку барвників, які можна використовувати для виготовлення рідкокристалічних дисплеїв, в електронній техніці.

Створенню нових барвників присвячено багато досліджень по всьому світі. В Україні цей напрямок розробляється у багатьох наукових школах, зокрема в Інституті органічної хімії (м. Київ), Київському національному університеті імені Тараса Шевченка, Фізико-хіміч-ному інституті імені О. В. Богатсько-го (м. Одеса), Інституті монокристалів (м. Харків), Харківському національному університеті імені В. Н. Каразіна. Зі створенням та промисловим виробництвом пов’язано багато імен наших співвітчизників: Б. М. Красовицького, А. І. Кіпріанова тощо.

Сировинна проблема

Людство добуває дедалі більше природних копалин для виготовлення нових речовин і матеріалів. За останні п’ять років корисних копалин було добуто більше, ніж за всю історію людства. Уже сьогодні багато країн відчувають брак окремих видів сировинних ресурсів. В Україні, наприклад, не вистачає нафти й природного газу.

Для розв’язання сировинної проблеми останніми десятиліттями активно розвивається новий напрямок хімії — «Зелена хімія» (Green Chemistry), метою якого є розвиток замкнених технологій, безпечних для навколишнього середовища. Також у світі прийнята та реалізується концепція сталого розвитку (мал. 38.4). Вона передбачає такі принципи природокористування, які дозволять «передати» нашу планету нащадкам невиснаженою та забезпечити їхній розвиток, а не примусити їх розв’язувати численні екологічні проблеми.

Мал. 38.4. Концепція сталого розвитку є результатом балансу трьох основних складових: економічної, соціальної та екологічної

Хіміки пропонують методи комплексного та раціонального використання сировини, її комплексної переробки, ліквідації відходів, багато з яких завдають шкоди навколишньому середовищу і здоров’ю людини.

Енергетична проблема

Забезпеченість енергією є найважливішою умовою соціально-економічного розвитку будь-якої країни — її промисловості, транспорту, сільського господарства, сфер культури, побуту. Особливо багато енергії споживає хімічна промисловість. Хімічні виробництва (разом з нафтохімічними) є найбільш енергоємними галузями індустрії. Ви-

пускаючи приблизно 7 % промислової продукції, вони споживають близько 13-20 % енергії, що витрачається всією промисловістю.

Джерелами енергії є переважно традиційні природні ресурси — вугілля, нафта, природний газ, торф, сланці. У різних країнах енергетичну проблему вирішують по-різному, і чималий внесок у її розв’язання робить саме органічна хімія.

Насамперед розвивається напрямок добування біопалива — палива, придатного для використання в автомобілях, але виготовленого не з вичерпних копалин, а з рослинної сировини. Крім цього створення нових матеріалів дасть змогу активно розвивати напрямки альтернативної енергетики. Це, зокрема, речовини для активного поглинання, перетворення та акумулювання сонячної енергії.

Ключова ідея

Потужним поштовхом розвитку органічної хімії є необхідність застосування нових речовин та технологій для розв'язання актуальних проблем людства.

Контрольні запитання

553. Схарактеризуйте роль органічної хімії у розв'язуванні сировинної, енергетичної, продовольчої проблем, створенні нових матеріалів.

Міні-проекти

554. Назвіть продукти хімічних виробництв, які використовують у повсякденному житті.

555. Наведіть приклади несприятливого впливу хімічних речовин, знань або технологій на навколишнє середовище або людину.

556. Опишіть, яким було б ваше життя, якби в ньому не було продуктів хімічного виробництва.

557. Схарактеризуйте роль органічної хімії у створенні нових матеріалів, розв'язанні енергетичної та сировинної проблем.

Це матеріал з підручника Хімія 10 клас Григорович