Підручник з Хімії. 10 клас. Попель - Нова програма

37. Роль органічної хімії в розв’язанні глобальних проблем людства, створенні нових матеріалів

Матеріал параграфа допоможе вам:

• зрозуміти роль органічної хімії в галузі переробки сировини;

• дізнатися про біотехнології;

• оцінити значення органічної хімії в розв'язанні енергетичної та продовольчої проблем, охороні здоров’я людини, створенні нових матеріалів.

Хімічні реакції за участю органічних речовин становлять основу багатьох технологічних процесів. Їх здійснюють у нафтопереробній промисловості, виробництві метанолу, етанолу, оцтової кислоти, інших органічних сполук. Перетворення органічних речовин відбуваються на підприємствах легкої та харчової промисловості.

Органічна хімія і переробка сировини. У різних технологіях використовують багато органічних сполук. Вихідними речовинами на хімічних виробництвах часто слугують вуглеводні. Їхні запаси в природі обмежені й не відновлюються. Тому цю сировину намагаються витрачати економно й переробляти з найбільшим виходом корисних речовин, запроваджуючи оптимальні режими здійснення реакцій. Розроблення ефективних технологічних процесів є одним з основних завдань, які розв’язують хіміки разом з іншими спеціалістами.

Цікаво знати

Згідно з прогнозами, розвіданих запасів нафти та газу вистачить людству на 50 років.

Нині переробка нафти полягає не лише в її перегонці. Високотемпературні фракції — гас, газойль, мазут — піддають сильному нагріванню за підвищеного тиску, наявності каталізаторів; назви відповідних процесів — крекінг, риформінг. За таких умов розриваються хімічні зв’язки в карбонових ланцюгах молекул вуглеводнів й утворюються нові молекули. Унаслідок цього зростає вихід бензину, підвищується його якість.

Будь-яке виробництво неможливе без відходів. Їх переробка має бути обов’язковою, комплексною і максимально повною з одночасним знешкодженням токсичних речовин. Відходи, які використовують чи переробляють, називають вторинними ресурсами. Дуже актуальною є переробка використаних виробів із полімерів і пластмас (мал. 113), в результаті якої знову добувають полімери.

Мал. 113. Пластмасові ємності перед переробкою

Органічна хімія й енергетична проблема. Природний газ і продукти нафтопереробки є традиційною сировиною для світової енергетики. Запаси нафти й газу на планеті невпинно зменшуються. Тому разом із пошуком нових джерел добування енергії активно залучається в енергетичну сферу вугілля, якого в надрах Землі значно більше.

Цікаво знати

На вугілля припадає приблизно 80 % від маси усіх горючих копалин.

Частину вугілля за допомогою хімічних реакцій перетворюють на суміші горючих газів. У спеціальних установках на вугілля діють за високої температури обмеженою кількістю повітря, водяною парою, вуглекислим газом. Газові суміші, що утворюються, містять карбон(ІІ) оксид, водень, метан. Вони як вид палива мають істотні переваги над вугіллям. У світі використовують також технології перетворення вугілля на рідке пальне за дії водню. Поширюється використання горючих сланців як енергетичної сировини. За певною технологією зі сланців добувають сланцевий газ.

Органічна хімія і продовольча проблема. Зростання чисельності населення на планеті потребує збільшення виробництва харчових продуктів. Однак багато країн, переважно малорозвинутих, відчувають їх нестачу. Ґрунти з часом втрачають родючість, сільськогосподарські рослини дедалі більше потерпають від хвороб і шкідників.

Серед заходів, спрямованих на розв’язання продовольчої проблеми, — використання засобів захисту рослин від хвороб і шкідників — пестицидів, фунгіцидів (мал. 114), а також стимуляторів росту рослин. Це, як правило, певні органічні сполуки або їх суміші. Підвищенню продуктивності тваринництва сприяють білкові кормові добавки.

Мал. 114. Хімічні засоби захисту рослин

Харчові продукти недостатньо виробляти в необхідній кількості. Потрібно забезпечити їх зберігання. Учені, які працюють у галузі органічної хімії, займаються пошуком ефективних і водночас безпечних консервантів, стабілізаторів, емульгаторів, а технологи та інженери — їх виробництвом.

Біотехнології. Останнім часом у промисловість та інші сфери виробництва впроваджують технології, що істотно відрізняються від традиційних. Особливе місце серед них посідають біотехнології — процеси перетворення органічних речовин за участю мікроорганізмів або продуктів їх життєдіяльності.

Однією з перших біотехнологій, яку застосовувала людина, був процес виготовлення вина із соків винограду, інших ягід і фруктів. Вам відомо, що бродіння вуглеводів з утворенням етанолу спричиняють дріжджі, наявні на поверхні плодів. За участю інших мікроорганізмів скисає молоко внаслідок молочнокислого бродіння. Ці процеси нині широко використовують у харчовій промисловості.

Рослини — відновлюваний природний ресурс. Залучаючи біотехнології, дедалі більше такої сировини, а також відходів землеробства переробляють на суміші горючих газів — так званий біогаз (мал. 115).

Мал. 115. Виробництво біогазу

Із біотехнологіями пов’язане виробництво медичних препаратів для профілактики і лікування інфекційних та інших захворювань. У галузі охорони довкілля використовують здатність певних бактерій та мікроорганізмів розкладати нафту, нафтопродукти, токсичні сполуки у промислових і побутових стічних водах. Досягнення біотехнологій ми застосовуємо й у побуті. Наприклад, сучасні пральні порошки містять біодобавки, які розкладають органічні забруднення на тканинах.

Біотехнології економічно вигідні й екологічно безпечні. Однак їх розроблення передбачає проведення тривалих і складних експериментів, оскільки процеси, в яких беруть участь мікроорганізми, відбуваються досить повільно.

Найбільш перспективним для України є застосування біотехнологій у сільському господарстві та медицині, а також виробництво біопалива. Спеціалістів відповідної кваліфікації готують вищі навчальні заклади.

Органічна хімія і здоров’я людини. Переважна більшість ліків є органічними сполуками. За останні десятиліття істотно зросла кількість медичних препаратів, які дають змогу перемагати хвороби, зокрема й ті, що раніше вважали невиліковними. Учені, маючи інформацію про групи атомів, які містяться в молекулах органічних речовин і зумовлюють їх біологічну активність, синтезують нові сполуки. Біологи і медики після ретельних досліджень визначають, які з них є найбільш ефективними для подальшого використання в лікувальній практиці. Вагомі результати в дослідженні будови біологічно активних речовин належать нобелівській лауреатці Дороті Кроуфут-Ходжкін.

Дороті-Мері Кроуфут-Ходжкін (1910—1994)

Англійський хімік і біохімік, член Лондонського королівського товариства. Досліджувала структуру амінокислот, пептидів. Здійснила рентгеноструктурний аналіз пеніциліну, вітаміну В12, вивчала гемоглобін, інші білки, що містяться в крові. Встановила просторову будову молекули інсуліну, яка складається майже з 800 атомів. Виступала в багатьох країнах із лекціями про важливість цього препарату для хворих на діабет. Очолювала антивоєнний Пагуоський рух учених. Член академій наук багатьох країн. Лауреатка Нобелівської премії з хімії (1964).

Органічна хімія і створення нових матеріалів. Розвиток сучасної техніки, виробництво комп’ютерів, засобів зв’язку і запису інформації, створення космічних апаратів, будівництво неможливі без використання нових матеріалів із необхідними механічними та фізичними властивостями, високою термо- і морозостійкістю. Винайдені хіміками пластмаси дедалі частіше замінюють скло, метали, кераміку. Будучи легкими, міцними, вони не зазнають корозії; їх легко обробляти й надавати їм певної форми (мал. 116).

Мал. 116. Вироби з надстійкого полімеру — тефлону

Синтетичні волокна мають багато переваг порівняно з природними. Завдяки кращим механічним властивостям та хімічній стійкості ці волокна з успіхом використовують у легкій промисловості (виробництво взуття, одягу, спортивного обладнання, технічних тканин), транспортній галузі, для наукового і медичного устаткування, військових потреб. Оптичні волокна на основі органічних полімерів стали незамінними в системах передавання інформації, приладах медичної діагностики.

Матеріал, викладений у параграфі, доводить, що стійкий розвиток нашої цивілізації без впровадження досягнень органічної хімії та технології органічних речовин неможливий.

ВИСНОВКИ

Дослідження в галузі органічної хімії дають змогу вдосконалювати процеси переробки нафти, природного газу, вугілля. Розширюється сфера використання біотехнологій — процесів перетворення рослинної сировини за участю мікроорганізмів.

Сільське господарство отримує численні засоби захисту рослин, що сприяє зростанню виробництва продовольчих ресурсів.

Хіміки синтезують нові біологічно активні органічні сполуки, які виявляють високу ефективність у лікуванні багатьох хвороб.

Завдяки досягненням учених, що досліджують полімери, створюються нові матеріали із заданими властивостями, які поступово замінюють традиційні.

266. Назвіть якомога більше видів природної сировини, з якої добувають органічні речовини.

267. Які вимоги, на вашу думку, мають висуватися до матеріалів на основі органічних речовин, що застосовуються:

а) у космічній техніці;

б) на морських суднах?

268. Уявімо ситуацію, коли запаси нафти на Землі майже вичерпалися. Якими можуть бути дії розвинутих країн із наближенням такої кризи?

269. Який рецепт приготування тіста для пирога, млинців, інших борошняних виробів можна вважати біотехнологією?

270. Як, використовуючи хімічні реакції, можна видалити домішку фенолу з газових викидів хімічного підприємства, які складаються з азоту, кисню і водяної пари?

Післямова

У цьому навчальному році тривало ваше ознайомлення з найважливішими органічними сполуками. Ви розширили свої знання про вуглеводні — родоначальники інших органічних сполук, а також про спирти, карбонові кислоти, вуглеводи, дізналися про альдегіди, естери, аміни, ароматичні сполуки — бензен і фенол. На уроках і зі сторінок підручника ви довідалися про органічні полімери та матеріали на їх основі, біологічно активні речовини. Тепер кожний із вас знає, що органічні речовини значною мірою відрізняються від неорганічних за складом, будовою, властивостями.

Серед органічних сполук є багато важливих для людини, її здоров’я. У живому організмі відбувається безліч хімічних реакцій, під час яких органічні речовини утворюються і взаємодіють з іншими речовинами.

Сучасне життя неможливе без використання пластмас, синтетичних волокон, ефективних фармацевтичних препаратів, засобів побутової хімії. Учені вдосконалюють технологічні процеси, працюють над тим, щоб досягти якомога повнішої переробки природної органічної сировини, не забруднюючи природу й не зашкоджуючи здоров’ю людини.

Сподіваємося, що у вас сформувалося уявлення про розділ хімічної науки — органічну хімію, і ви зрозуміли, наскільки широкі перспективи відкривають перед людством досягнення в цій галузі.

Ми впевнені, що знання з хімії, отримані в 10 класі, знадобляться вам у різних життєвих ситуаціях, збагатять вашу ерудицію.

Бажаємо подальших успіхів у навчанні!