uabooks.top

E téma tananyaga segít nektek:

értékelni a kémia szerepét az új anyagok létrehozásában, jelentőségét a nyersanyag-, az energetikai- és az élelmiszer-problémák megoldása terén; tudatosítani a kémia szerepét az új technológiák fejlesztésében.

A kémia szerepe az új anyagok létrehozásában. A XX. században a hagyományos Einyagok már nem tudták biztosítani az emberiség szükségleteit. A tudósok olyan mesterségesen előállított anyagokat fedeztek fel, amelyek tulajdonságaikban felülmúlták a hagyományos anyagokat. A vegyészek által előállított műanyagok egyre jobban helyettesítik az üveget, fémeket, szálakat. Könnyűek, szilárdak, kémiailag stabilak, nem korrodálnak, könnyen megmunkálhatok és alakíthatók. A szintetikus szálak több tulajdonságukban jobbnak bizonyultak, mint a természetesek; ezeket különböző területeken alkalmazzák.

A modem technika, a számítógép, az információk átadása és rögzítése, űrhajózási és űrkutatási eszközök előállítása elképzelhetetlen a megfelelő elektromos, mágneses, optikai tulajdonságokkal, nagyfokú hő- és fagyállósággal rendelkező új anyagok fel-használása nélkül. Van olyan anyag, mely a mechanikai vagy a fényenergiát elektromos energiává alakítja. A műszeriparban és az orvostudományban optikai szálakat használnak, amelyek lehetővé teszik a gyors információk átadását, fizikai mennyiségek különböző közegben történő mérését, az emberi test diagnosztikájának végzését.

Az utóbbi évtizedekben intenzíven fejlődik a nanométerekben (lnm = 10'⁹m)' mérhető részecskékből álló anyagok előállítása és felhasználása. Az ilyen részecskékből álló anyagokat nanovegyüle-teknek nevezik (93. ábra). Vannak közöttük nagyon erős, szilárd, egyúttal könnyű és rugalmas anyagok. Ezekből vékony számítógép-képernyőket, miniatűr elektromos eszközöket, víz- és légtisztító szűrőket készítenek. Annak érdekében, hogy a nanovegyületek szükséges tulajdonságokkal rendelkezzenek, a tudósok meghatározzák a részecskék optimális méreteit és az anyagba való elhelyezését. A nanovegyületek orvosi gyakorlatban történő alkalmazásának egyik példája az ezüst nanoré-szecskéket tartalmazó vizes szuszpenzió, melynek antimikrobiális hatása van.

Érdekes

tudnivaló

Az alumínium-oxid alapú ultra vékony nanoanyag ellenáll az erős

deformációnak és visszaállítja a kezdeti alakját.

¹ Hasonló méretekkel rendelkeznek a nagyméretű atomok és több óriásmolekula.

Az elektronikában és az energetikában fémvezetőket (fémek vagy ötvözeteik illetve félvezetők)

alkalmaznak. Mivel a fémeknek egy bizonyos ellenállásuk van, az elektromos energia egy része elvesztik. A vezetőképesség hőmérsékletfüggő. Alacsony hőmérsékleten egyes anyagok, akár hőszigetelők ellenállása a nullára esik vissza; ez a jelenség a szupravezetés. A múlt század közepén olyan anyagokat fedeztek fel, melyek -250 °С alatt szupravezető képességet mutattak. Az elmúlt évtizedekben előállítottak magas hőmérsékletű (-140 °С) szupravezetőket. Szupravezetőket használnak a legerősebb elektromágnesek létrehozásához (ezt használják az orvosi MRI-ben és a részecskegyorsítókban), digitális áramkörök készítéséhez és a mobiltelefonok bázisállomásainak mikrohullám-szűrőiben. A kutatások mai iránya, a szobahőmérsékletű szupravezetők előállítása, ekkor a nagyfeszültségű hálózatok gyakorlatilag veszteség nélkül működnének.

93. ábra

Nanocsövek két- és háromdimenziós modellje

Érdekes

tudnivaló

Az első magas-hőmérsékletű szupravezető anyag három elem - ittrium, bárium és réz komplex oxidja.

A kémia és az új technológiai irányzatok. Az

emberiség fejlődése elképzelhetetlen a kémia vívmányai nélkül, hiszen számos technológiai folyamat alapját képezik a kémiai reakciók. Ezeket széleskörűen alkalmazzak a fémkohászatban, az üveg- és műtrágyagyártásban, különböző szerves és szervetlen anyagok - polimerek, cement, szóda, égetett mész -előállítására. A közelmúltban a termelés különböző területein olyan technológiákat vezetnek be, amelyek jelentősen különböznek a hagyományosaktól.

A vas, ipari fontosságú elem, a leggyakrabban alkalmazott fém. A vaskohászat két folyamatból áll: először a vasércet szénnel redukálják, majd mészkővel kivonják a salakot, ezután a keletkezett nyersvasból kémiai reakciók segítségével eltávolítják a szennyeződéseket és acéllá ötvözik. Ezek a folyamatok nagyon magas hőmérsékleten játszódnak le és jelentősen szennyezik a környezetet. A fejlett országokban a közelmúlt-

ban sikeresen megvalósították a vasércből a nyersvasgyártás egylépcsős eljárását. A vas-oxi-dokat szilárd állapotban redukálják hidrogénnel, vagy hidrogén és szén(II)-oxid keverékével. A reakció hőmérséklete több száz fokkal alacsonyabb, mint a nagyolvasztós eljárásnál és a hulladékok mennyisége is elhanyagolható. Ennek a technológiának a terméke a szivacsos vas, melyben a fémes vason kívül benne van az érc meddője is. A vasszivacs megolvasztásakor a vasolvadék és a meddő salak alakjában válik el egymástól, és ezután vagy tiszta vasként használják fel, vagy acélt készítenek belőle.

írjátok fel a Fe₂O₃ képletű vasoxid és a hidrogén, illetve a szén(II)-oxid közötti reakcióegyenletet.

Érdekes

tudnivaló

A penicillin, a sztreptomicin és több más antibiotikum a mikroorganizmusok élettevékenységének termékei.

Egyre nagyobb teret hódítanak a biotechnológiák — élő szervezetek illetve azok termékeinek fel-használása az anyagok átalakításának folyamatához. Ilyen technológiát alkalmaznak a biogázok (éghető gázkeverékek) növényi maradványokból, illetve állattartás utáni hulladékokból való előállításánál, a mezőgazdaságban növényvédelemnél, az orvostudományban gyógyszerek előállításánál. A környezetvédelemben az ipari és a háztartások által kibocsátott szennyvizek tisztításánál egyes baktériumoknak és mikroorganizmusoknak azt a képességét aknázzák ki, hogy elbontják a kőolajat, a kőolajtermékeket és egyes mérgező anyagokat.

A kémia szerepe az élebniszei>pFoblémák megoldásában. A modem mezőgazdaság tudományos alapokra épül. Az agrokémikusok megvizsgálják a talaj összetételét, meghatározzák savasságát, makro- és mikroelem tartalmát, tápértékét (94. ábra). A kapott eredmények alapján megállapítják, hogy az adott területen milyen növényt ajánlatos vagy érdemes termeszteni, meghatározzák a műtrágyák mennyiségét és kiszórásának idejét.

Mivel a mezőgazdasági kultúrákat egyre gyakrabban támadják meg különféle betegségek, kártevők, amin a növényvédő szerek (peszticidek, fungi-cidek) széleskörű felhasználása segíthet. A növekedési stimulátorokkal erősíthető a növények immunitása és gyorsítható a fejlődésük.

94. ábra

Vegyi talajelemző az autó platóján

A kémia és a nyersanyagok problémája.

A különböző technológiai folyamatokban a természetben nagy mennyiségben előforduló anyagokat alkalmaznak: vizet, levegőt és annak összetevőit, kőzeteket, érceket, ásványi anyagokat, kőolajat, földgázt, szenet, faanyagot, illetve cellulózt stb. A természetes erőforrások mennyisége azonban véges. Ezért takarékosan kell felhasználni, kiaknázni őket, a hasznos anyagok maximális hozamának és a hulladékok minimális mennyiségének biztosításával, az optimális reakciók kiválasztásával.

Minden termelés hulladékképződéssel jár. Az EU szabványai szerint a hulladékok feldolgozását kötelező érvényűvé, a komplexitás biztosítása mellett a lehető legteljesebbé kell tenni, s a technológiai folyamatokban olyan kémiai reakciókat kell alkalmazni, melyekkel semlegesíthetek a toxikus anyagok. A hasznosítási eljárást követően a hulladékok mint másodnyersanyagok, illetve energiahordozók kerülnek vissza a termelési folyamatba. Ebben a tekintetben igencsak beszédesek a következő számok: az új gépkocsik átlagosan 40%-ban újrahasznosított fémekből, a repülőgépek 60%-ban újraöntött alumíniumból, az ékszerek 90%-ban újraöntött aranyból készülnek.

A kémia szerepe az energetikai problémák megoldásában. Az atomerőművek fontos részei az energiaellátásnak. Ebben az urán ércéből való kinyerését (a reaktorok üzemanyagának előállítását), a radioaktív hulladékok feldolgozásával kapcsolatos problémák megoldását a kémia teszi lehetővé.

Az iparban, a technikai és a közlekedési eszközökben, a mindennapi életben széleskörűen használnak akkumulátorokat (95. ábra), primer elemeket, üzemanyagcellákat. Ezekben oxidációs-redukciós folyamatok biztosítják az energiatermelést. Napjainkban

a tudósok olyan hatékony kémiai áramforrásokat próbálnak kifejlesztem, amelyek nem tartalmaznak ólmot, kadmiumot vagy más mérgező anyagot.

95. ábra

A jövő közlekedési eszköze az elektromos autó

A napsugárzás - kimeríthetetlen energiaforrás. Felhasználni olyan vegyületek segítenek, amelyek elektromos energiává alakítják át a fény energiáját. A tudósok folyamatosan munkálkodnak azon, hogy a napelemekhez újabb, olcsóbb és hatékonyabb anyagokat állítsanak elő, és kidolgozzák a gyártási technológiájukat.

ÖSSZEFOGLALÁS

Sok ipari technológia alapját képezik kémiai reakciók. Egyre szélesebb körben alkalmazzák a biotechnológiákat, intenzíven fejlődik a nano-vegyületek kutatása, előállításának és alkalmazási módszereinek kidolgozása.

A kémia jelentős sikereket ért el az előre tervezett tulajdonságokkal rendelkező és a hagyományos anyagokat fokozatosan kiszorító anyagok előállítása terén; segít az energetikai problémák megoldásában.

A vegyipar biztosítja a mezőgazdaság számára a szükséges műtrágyákat, növényvédő- és stimuláló szereket, elősegítve az élelmiszerek termelésének növekedését.

275. Atom- vagy molekuláris szerkezetűnek kell lennie a magas keménységű és hőálló anyagnak? Válaszotokat indokoljátok.

276. Nézzetek utána az interneten, milyen a biogáz összetevője. Melyik összetevő éghető anyag?

277. Véleményetek szerint miért gondolják azt, hogy a jövő az elektromos autóké?

278. Nátrium-karbonátot az iparban nátrium-hidrogén-karbonát melegítésével állítják elő. írjátok fel a megfelelő reakcióegyenletet. Hogyan nevezik köznapi nevén ezeket a vegyületeket?

279. Szupravezetés képességével rendelkezik a magnézium borral alkotott vegyülete. Határozzátok meg a vegyület képletét, ha ismeretes, hogy az anyag 47,8% bőrt tartalmaz.

280. Milyen tömegű szuperfoszfátot (Ca(H₂PO₄)₂^H₂O) lehet helyettesíteni műtrágyaként 1 t fémkohászati salakkal, melyben a foszfor tömegszázaléka 3.1%?

281. A gipsz (CaSO₄ • 2H₂0) hulladékának feldolgozása azon alapszik, hogy két térfogat ammónia és egy térfogat szén-dioxid gázkeveréket átbocsátanak a gipsz vizes szuszpenzióján. írjátok fel a megfelelő reakcióegyenleteket és nevezzétek meg a termékek alkalmazási területeit.

282. Milyen tömegű ammónium-szulfát és kalcium-karbonát keletkezik 11 gipszhulladékból (lásd a 281. gyakorlatot), ha a hulladék gipsztartalma 43%, a folyamat termékhozama pedig 90%.

 

 

Ez a tankönyv anyaga Kémia a 11. osztály számára Pavlo Popéi