Хімія. Поглиблений рівень. 9 клас. Бутенко
Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.
§ 64. Місце хімії серед наук про природу, її значення для розуміння наукової картини світу. Хімія та екологія
У цьому параграфі ви дізнаєтеся:
- яке місце посідає хімія серед наук про природу;
- що є основою технологічних процесів найважливіших галузей важкої індустрії;
- яку роль відіграють хімічні знання у вирішенні екологічних проблем людства.
Хімія відіграє провідну роль серед природничих наук за своїм значенням в економіці та в нашому повсякденному житті... Без неї не відбуваються чудеса техніки, досягнення медицини, опанування космосу.
Жан-Марі Лен, лауреат Нобелівської премії
Місце хімії серед природничих наук. Хімія посідає центральне місце серед наук про природу, оскільки вона поєднує абстрактні фізичні та хімічні уявлення з біологічними й геологічними процесами, явищами живої та неживої природи. Багато хімічних перетворень відбувається під дією фізичних факторів, а саме — теплоти, електричного струму, випромінювання тощо. Біологічні зміни обумовлені послідовними хімічними реакціями. Деякі фізичні явища — електричний струм у гальванічному елементі, теплота, що виділяється під час згорання речовин, також є результатом хімічних процесів.
У багатьох галузях важкої індустрії основою технологічних процесів є хімічні реакції. Це виробництво мінеральних добрив, хімічних засобів захисту рослин, хімічних волокон, синтетичних смол, лаків і фарб, синтетичних мийних засобів. Продукти переробки нафти, лікарські препарати та вибухові речовини, каучук, гума, каталізатори, а також основні хімічні сполуки — сульфатна та нітратна кислоти, амоніак, етанол, етилен — добувають у результаті різноманітних хімічних процесів.
Знання з хімії необхідні всім людям, незалежно від їхнього фаху. Без цих знань неможливе, по-перше, формування наукового світогляду. По-друге, ці знання забезпечують раціональну поведінку людини, а в багатьох випадках і елементарну безпеку в повсякденному житті та діяльності в усіх галузях виробництва, навіть не пов'язаних безпосередньо з хімією. По-третє, знання з хімії є основою екологічних знань, необхідних для збереження природного середовища.
Екологічні проблеми. Розвиток промисловості та транспорту, збільшення чисельності населення, інтенсифікація сільського господарства (використання добрив, засобів захисту рослин), поховання небезпечних хімічних речовин на дні морів та океанів, відходів атомних електростанцій — усе це джерела глобального забруднення природного середовища (ґрунтів, води, повітря), яке постійно зростає. У біосфері понад мільйон хімічних сполук антропогенного походження: оксиди Карбону, Сульфуру, Нітрогену, сполуки Плюмбуму, Берилію, Меркурію, органічні речовини, гербіциди, пестициди, нітрати, а також продукти їхньої взаємодії під дією сонячного світла. Із 6 тисяч цих речовин 1,5 тисячі канцерогенно активні. У найбільших містах України — Києві, Донецьку, Харкові та Одесі — забруднення повітряного басейну в десять разів перевищує максимально допустимі норми.
Як бачимо, хімія та екологічні проблеми взаємопов'язані. Але хімічна промисловість у забрудненні навколишнього середовища поступається металургії та теплоенергетиці. Водночас хімічні знання та технології відіграють практично головну роль у вирішенні сучасних і майбутніх екологічних проблем незалежно від джерел їхнього виникнення.
Головними напрямками вивчення та розв'язання екологічних проблем за допомогою хімії є:
• аналітичний контроль стану навколишнього середовища, щоб уміст шкідливих речовин у воді або повітрі не перевищував гранично допустимих концентрацій (ГДК) — мінімальних концентрацій, що за умови щоденного впливу на організм протягом необмежено тривалого часу не спричиняють будь-яких захворювань, які можна виявити сучасними засобами досліджень;
• оцінка канцерогенної та мутагенної активності хімічних речовин;
• створення мало- і безвідходних виробництв, енерго- і ресурсозберігальних технологій;
• очищення та переробляння стічних вод, вихлопних газів і твердих відходів.
Роль хімії у вирішенні екологічних проблем, в охороні повітряного басейну та водойм полягає як у знищенні та очищенні відходів, так і в створенні безвідходних технологій. Розвиток вітчизняної економіки потребує продуманого та обережного вирішення екологічних проблем.
Задача хімії — зробити все можливе, щоб викиди в навколишнє середовище шкідливих хімічних речовин були мінімальними і відповідали встановленим нормам. У промисловому виробництві часто доводиться, наприклад, видаляти у відходи сульфур(IV) оксид, гідроген сульфід, нітроген оксиди, карбон(ІІ) і карбон(IV) оксиди тощо. Металургійні заводи протягом року викидають у повітря мільйони тонн сульфур(IV) оксиду. У повітрі ці речовини реагують з водою та випадають у вигляді кислотних дощів (атмосферних опадів). Навіть невеликі їх концентрації у повітрі, воді, ґрунтах спричиняють згубну дію на рослини, отруюють організм людини та тварин, руйнують архітектурні споруди й пам'ятки (рис. 56). Необхідно уловлювати також викиди в атмосферу частинок виробничого пилу, які іноді містять свинець та інші отруйні метали.
Рис. 56. Згубна дія кислотних дощів: а — на природу; б — на пам'ятки архітектури
Потрібен суворий контроль за роботою атомних електростанцій і надійне заховання відходів.
Гострою та невідкладною екологічною задачею хіміків в Україні є розробка найсучаснішої хімічної безвідходної технології. Зовсім неприпустимо, наприклад, що під шлаком та попелом, накопиченими тепловими електростанціями, перебуває біля 25 тисяч гектарів цінних родючих ґрунтів. Неможливо миритися з тим, що ці відходи не використовуються і тому щороку збільшуються.
Дуже важливою задачею хімічної науки в Україні є використання вторинної сировини. Так, під час добування алюмінію з металобрухту витрати енергії зменшуються у 23 рази, а умовного палива — у 7,4 раза порівняно з добуванням його з руди.
Міста без відходів — нагальна потреба сучасності. Чисті атмосфера й космос, води, ліси, луки та поля, краса і цілісність природи — це здоров'я всього живого на Землі, яке має вічну цінність і тому повинно бути збережено для нащадків.
Існування людства неможливе без широкого спектру продуктів, які можна добути лише за допомогою хімічних технологій. І хоча з хімією часто пов'язують не тільки забруднення довкілля, яким супроводжуються багато промислових процесів, а й створення хімічної зброї, наркотиків та інших сумнівних «досягнень», це не привід відмовлятися від здобування та застосування хімічних знань. Самі по собі вони не можуть бути поганими чи хорошими. Хімічне знання — це могутнє знаряддя, а результат його використання залежить від того, у чиїх руках воно опиняється. Скориставшись тими самими законами, можна винайти нову технологію синтезу шкідливих речовин, а можна розробити нові лікарські препарати чи новий будівельний матеріал. Тому важливого значення набуває особистість людини: хімією повинні займатися лише високоосвічені, глибоко порядні та інтелектуально розвинуті професіонали.
Запитання та завдання
- °1. Яке місце серед наук про природу посідає хімія? Чому?
- °2. На чому ґрунтуються технологічні процеси в багатьох галузях важкої індустрії?
- °3. Чому знання хімії необхідне людині незалежно від її фаху?
- °4. Що відносять до джерел глобального забруднення природного середовища?
- °5. Якими є головні напрямки вивчення та розв'язання екологічних проблем за допомогою хімії?
- 6. Які шкідливі газоподібні речовини викидаються в атмосферу промисловими підприємствами та металургійними заводами?
- 7. Упровадження якої хімічної технології є актуальною задачею хіміків України?
- 8. Взаємозв'язок усього живого на Землі з фізичними та біологічними факторами навколишнього середовища вивчає:
а) палеонтологія;
б) генетика;
в) екологія;
г) цитологія.
- 9. Кількість отруйної речовини в навколишньому середовищі, яка не повинна негативно впливати на здоров'я людини внаслідок постійного чи тимчасового контакту з нею, називають:
а) гранично допустимі викиди;
б) гранично допустима концентрація;
в) промисловий викид;
г) залповий викид.
- 10. Відходи виробництва необхідно:
а) використовувати як сировину для іншого виробництва;
б) викидати в атмосферу, водойми, ґрунт;
в) спалювати;
г) захороняти.
- 11. Двигун легкового автомобіля викидає в повітря 400 г карбон(IV) оксиду на кожен кілометр шляху. Скільки кубічних метрів (н. у.) CO2 викидає двигун за один день, якщо середньорічний пробіг автомобіля становить 20 тис. км?
- 12. Кожні 10 км шляху з вихлопними газами вантажівки в атмосферу потрапляє 700 г карбон(ІІ) оксиду та 70 г нітроген(ІІ) оксиду. Яким буде об'єм (н. у.) цих шкідливих речовин у разі перевезення вантажу на відстань 250 км двома автомобілями?
- 13. В 1 л бензину міститься 770 г Карбону. Скільки карбон(IV) оксиду викидає в атмосферу автомобіль у результаті спалювання 1 л бензину?
- 14. Для боротьби з фітофторою в сільському господарстві застосовують розчин мідного купоросу. Для цього зазвичай готують розчин купрум(ІІ) сульфату з масовою часткою 1,5 % для обробки ґрунту і рослин. Обчисліть масу CuSO4 · 5H2O, потрібну для приготування 20 л такого розчину.
- 15. Для засолювання огірків використовують розчин з масовою часткою w(NaCl) = 7 %. Обчисліть масу солі та об'єм води, необхідні для приготування 5 л такого розчину, якщо його густина становить 1,048 г/мл. Визначте молярну концентрацію NaCl у цьому розчині. Пам'ятайте, що саме такий розчин стримує розвиток хвороботворних мікробів і водночас не перешкоджає процесам молочнокислого бродіння.
- 16. Людина в процесі своєї життєдіяльності користується мінеральною газованою водою. Яку масу вуглецю треба перетворити на CO2, щоб одержати 1 л такої води з масовою часткою CO2 2 % і густиною ρ = 1 г/мл?
- 17. Установлено, що за вегетаційний період дерево, що має на собі 10 кг листя, може знешкодити 500 г сульсфур(IV) оксиду та 250 г хлору. Який об'єм (н. у.) указаних газів може знешкодити одне таке дерево, якщо густина цих газів відповідно дорівнює 1,462 г/мл та 1,557 г/мл?
- 18. Накопичення вуглекислого газу в атмосфері стає небезпечним, оскільки призводить до парникового ефекту. Який об'єм (н. у.) CO2 потрапляє до атмосфери в результаті спалювання 100 г поліетилену (100 використаних пакетів)?
- 19. Нітроген входить до складу білків та нуклеїнових кислот. Атмосфера — невичерпне джерело азоту, однак основна частина живих організмів не може безпосередньо використати цей азот: він має бути попередньо зв'язаним у вигляді хімічних сполук. Існують нітрогенфіксувальні бактерії, здатні поглинати азот повітря та перетворювати його на доступну для рослин форму. За допомогою цих бактерій конюшина може накопичувати за сезон 160 кг/га Нітрогену. Який об'єм повітря в кубічних метрах (н. у.) містить таку саму масу Нітрогену в перерахунку на азот?
Цей контент створено завдяки Міністерству освіти і науки України