Підручник з Хімії. 10 клас. Величко - Нова програма

§ 51. РОЛЬ ОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ В ЗАБЕЗПЕЧЕННІ СТАЛОГО РОЗВИТКУ СУСПІЛЬСТВА

Зв’язок органічної хімії з різними галузями науки й виробництва. Ви завершуєте вивчення органічних речовин. Хтось із вас продовжить вивчення органічної хімії, здобуваючи вищу чи професійну освіту в галузях, пов’язаних із цією наукою — біології, медицини, екології, харчової, легкої промисловості, будівельної індустрії, технології та багатьох інших. Хтось більше ніколи не вивчатиме будову й властивості органічних сполук. Але кожного з вас упродовж усього життя оточуватимуть матеріали, які є продуктами органічної хімії. Завдяки їм працюють комп’ютери й мобільні телефони, рухаються автомобілі, проводяться медичні дослідження й відбувається лікування, з них виготовляють одяг, ними облаштовують житло, вони підвищують врожаї і зберігають їх. Ви житимете в довкіллі, де відбуваються численні хімічні перетворення, що визначають не лише стан повітря, річок, ґрунтів, а й стан вашого здоров’я і добробут усього суспільства. Саме для того, щоб розуміти внутрішню будову органічних речовин, закони, що керують їхніми перетвореннями в природі, в організмі, у техніці, використовувати ці знання з користю для природи, для збереження здоров’я, примноження добробуту суспільства, ви й вивчали органічну хімію.

Спробуймо разом узагальнити знання про здобутки органічної хімії в різних сферах життя, обговорити деякі актуальні проблеми, що їх допомагає розв’язати ця наука. Для цього вам треба пригадати вивчене, скориставшись, за потребою, підручником, довідником, енциклопедією, інтернет-ресурсами тощо, і поміркувати над завданнями, запропонованими нижче.

Уважно ознайомтеся з ілюстраціями й підписами до малюнків на першому форзаці підручника.

Досягнення цивілізації тісно пов’язані з успіхами органічної хімії як науки й виробництва, її вплив на науково-технічний прогрес і розвиток нехімічної сфери діяльності людини є цілком очевидним.

Наведіть власні аргументи на підтвердження або спростування цієї тези.

Простежуючи розвиток органічної хімії, можна виявити очевидну узгодженість рівня цивілізованості практично всіх виробничих і побутових сфер та рівня хімічних знань і розвитку синтетичної хімії. Динаміка цього розвитку вражає. Показником може бути зростання кількості синтезованих сполук: 1880 р. — близько 12 000, 1910 р. — 150 000, 1940 р. — 500 000. Нині ніхто не насмілиться назвати точну кількість відомих речовин, бо щороку синтезують 200—300 тисяч лише органічних сполук. Останніх на сьогодні відомо вже понад 100 мільйонів, додайте до цього близько 700 тисяч неорганічних сполук.

Синтез нових сполук є найголовнішим напрямом розвитку хімії. Органічний синтез, зокрема, відіграє провідну роль не лише у створенні практично корисних речовин, а й у пізнанні складних взаємодій у біологічних системах на молекулярному рівні, що є надзвичайно важливим завданням сучасного природознавства.

Якщо біолог, геолог, астроном досліджують об’єкти, що вже існують у природі, то хімік-синтетик повинен спершу добути речовину, якої до цього в природі не існувало, дослідити її властивості й перетворення. Ще видатний французький хімік-органік ХІХ ст. М. Бертло зазначав: «Хімія сама створює свої об’єкти». Синтетичну хімію іноді порівнюють із мистецтвом. Інший французький хімік, наш сучасник, лауреат Нобелівської премії Ж.-М. Лен висловився так: «Хімік-синтетик воістину творить нові світи, що не існували, поки не вийшли, оформившись, з рук хіміка, подібно до того, як матеріал, щойно вийшовши з рук майстра, набуває сили й виразності витвору мистецтва». А от яке узагальнення зробив відомий український учений, академік Мирон Лозинський: «Органічний синтез — не лише засіб проникнення в суть фізичних і хімічних явищ, а й потужний стимул для виявлення новаторського духу і творчого генію людини».

Наведіть ваше власне тлумачення цих слів.

Маючи таку яскраву самобутність, посідаючи особливе місце серед інших природничих наук, органічна хімія водночас тісно пов’язана з ними.

Речовина як вид матерії є об’єктом вивчення і хімії, і фізики. Фізика розглядає дискретну будову речовини, різні її стани, уплив будови на властивості, що «цікавить» також і органічну хімію. У курсі біології вивчають біологічно активні речовини — білки, вуглеводи, жири, нуклеїнові кислоти. Їхня структурна організація є визначальною у здійсненні ними життєво важливих функцій, а пізнати структуру цих речовин можна лише на основі знань з органічної хімії.

Плідність провідних ідей органічної хімії доведено розвитком усіх природничих наук, передусім біології. Вам відомо, що органічна хімія розпочиналася з дослідження речовин рослинного й тваринного походження. Завдяки цьому було з’ясовано склад і структуру багатьох біологічних субстанцій. Водночас біологічні субстанції — природні вуглеводи, що становлять основу рослинного світу, є джерелом добування штучних волокон, спиртів, багатьох інших речовин. Саме хімікам належить розшифровка структури й штучне відтворення таких складних біологічних об’єктів, як жири, деякі білки, вуглеводи, вітаміни. Органічна хімія сприяє розумінню перебігу процесів у організмах на молекулярному рівні.

Хімію біологічно активних речовин, що перебувають на вищому рівні речовинної форми організації матерії, порівнюють з молекулярною інформатикою, предметом якої є збереження і зчитування інформації, записаної в параметрах молекул.

Пригадайте, як передається генетична інформація, які сполуки беруть участь у цьому процесі.

Відбувається взаємопроникнення біології і органічної хімії, адже остання, наприклад, використовує природні ферменти як хімічні реагенти, зокрема в біотехнологічних процесах. Величезна кількість біомаси рослин, накопичена на планеті, розглядається в біотехнології як перспективна сировина для добування вуглеводнів та інших органічних речовин, що є сировиною для органічного синтезу.

З хімією пов’язані й успіхи в застосуванні іншої сучасної технології — нанотехнології. Карбонові нанотрубки вже використовують на практиці завдяки їхнім особливим механічним, оптичним і напівпровідниковим властивостям, а в перспективі наносполуки можуть стати основою побудови квантових комп’ютерів.

Підготуйте повідомлення про досягнення нанотехнології.

Органічна хімія традиційно пов’язана з виробництвом, є першопричиною створення виробництв синтетичних барвників, лікарських засобів, харчових добавок. У свою чергу, розвиток хімічних виробництв є стимулом розвитку теоретичної хімії. Пошуки дешевої сировини для промисловості свого часу сприяли досконалому вивченню складу продуктів переробки кам’яного вугілля, серед яких було виявлено багато цінних сполук.

Вивчення речовини розпочинається з ознайомлення з її агрегатним станом за звичайних умов і фізичними властивостями — кольором, запахом, твердістю, еластичністю, температурами плавлення й кипіння. Для багатьох речовин визначальними щодо їхніх властивостей є міжмолекулярна (фізична) взаємодія. Сучасні методи ідентифікації речовин грунтуються на вивченні їхніх спектрів у різних діапазонах. Отже, фізичні знання й фізичні методи органічно входять до хімічної науки, часто є її підґрунтям. Водночас новітні матеріали — продукти синтетичної органічної хімії — «обслуговують» різноманітні галузі фізики, електроніку, електротехніку.

Взаємне проникнення знань з фізики, хімії, біології, технологій виявляється і в методах дослідження, що використовуються цими галузями: ядерний магнітний резонанс, спектроскопія у видимій, ультрафіолетовій та інфрачервоній ділянках спектра, полярографія, хроматографія та ін.

Органічна хімія тісно взаємодіє з медициною, прикладом чого є створення синтетичних лікарських засобів. Протягом багатьох століть хімія була пов’язана з медициною, а нині є «серцем сучасної медицини». Ще у працях алхіміків описано способи виготовлення ліків із трав, олій, смол, воску тощо за допомогою таких операцій, як екстрагування, настоювання, розчинення, змішування, фільтрування, сублімація тощо.

У XV—XVI ст., коли завдяки географічним відкриттям значно розширилися контакти між державами й людьми, розповсюдилися й хвороби, які часто набували характеру епідемій. На боротьбу з ними спрямовувалися зусилля тогочасної медицини. Саме в XVI ст. завдяки працям Парацельса було засновано ятрохімію, що використовувала хімічні сполуки як ліки. На той час це були переважно сполуки Стибію, Арсену, Плюмбуму, Меркурію та деяких інших елементів, а також екстракти рослинного й тваринного походження. Пізніше з рослинних продуктів почали виділяти активні речовини, наприклад хінин із кори хінного дерева, морфін із опіуму.

У XIX ст. почали досліджувати фізіологічну дію синтетичних органічних сполук, серед яких було виявлено антисептичні, снодійні, анестезуючі, антипіритичні речовини. З одного боку, створення синтетичних лікарських засобів вплинуло на розвиток усієї медицини. З іншого, хімія лікарських засобів залежала від розвитку хімії кам’яного вугілля, оскільки продукти його переробки, що містяться в кам’яновугільній смолі, є сировиною для органічного синтезу. Так технічні й технологічні проблеми переробки кам’яного вугілля переплелися з проблемами теоретичної і практичної хімії, фармакології, медицини.

Іншим прикладом розв’язання гуманітарної проблеми за допомогою хімії є створення промисловості й застосування синтетичних барвників.

Пригадайте, що вам відомо про це, і поясніть, як виникнення промисловості органічного синтезу пов’язане з хімією вугілля.

Органічна хімія та проблеми сталого розвитку. Величезну кількість органічних сполук «задіяно» в розв’язуванні глобальних проблем людства: продовольчої, сировинної, енергетичної, екологічної. Саме остання суспільна думка пов’язує зі здобутками й прорахунками хімії. Створений розумом і руками людини світ синтетичних речовин забезпечує її потреби в повсякденному житті, але водночас стає біогеохімічним чинником глобального масштабу. Ідеться не лише про забруднення довкілля під час виробництва й використання продуктів синтетичної хімії, а про непередбачуваність упливу цих продуктів на поведінку природних об’єктів. Наприклад, поява нових ліків призводить до формування нових резистентних (стійких) штамів мікроорганізмів.

Підготуйте повідомлення про вплив хімічних сполук на довкілля, здоров’я людини та засоби запобігання їх шкідливому впливу.

Людство докладає величезних зусиль до пошуку нових джерел енергії. Яка, на вашу думку, роль хімії в розв’язанні цієї проблеми?

Органічна хімія розширила поняття сировина, створивши нові матеріали.

Наведіть приклади заміни традиційних видів сировини на сучасних виробництвах.

Потреби людства у продовольстві задовольняють у наш час завдяки хімічним засобам підвищення врожайності сільськогосподарських культур, збереження врожаю, відгодівлі худоби й боротьби з її хворобами, зберігання й консервації готової продукції тощо.

Наведіть приклади, що доводять провідну роль органічної хімії у розв’язанні цієї проблеми.

Розв’язуючи нагальні потреби сьогодення, людство має дбати й про наступні покоління. Наприклад, зростання виробництва продукції сільського господарства не повинно призводити до виснаження ґрунту; використання енергії горючих корисних копалин має супроводжуватися пошуками альтернативних видів енергії; застосування синтетичних полімерних матеріалів не повинно згубно діяти на екосистеми. Отже, ідеться про такий розвиток сучасного суспільства, який не загрожує життю і розвитку суспільства майбутнього й сприяє збереженню природних ресурсів. Така модель отримала назву сталого розвитку.

Згідно з матеріалами ООН, «сталий розвиток — це такий розвиток суспільства, який задовольняє потреби нинішніх поколінь і не ставить під загрозу можливості наступних поколінь задовольняти свої потреби». Визначено 17 цілей, яких має досягти людство. Серед них — подолання голоду, досягнення продовольчої безпеки, поліпшення харчування і сприяння сталому розвитку сільського господарства; забезпечення доступу до недорогих, надійних, стійких і сучасних джерел енергії; раціональне використання водних ресурсів, забезпечення санітарії; вжиття невідкладних заходів щодо боротьби зі зміною клімату та її наслідками; раціональне використання морських ресурсів, захист екосистем суші та інші.

Проаналізуйте зазначені цілі з погляду внеску органічної хімії в їх досягнення.

Сталий розвиток називають керованим розвитком. Поясніть, як ви розумієте керованість розвитку з погляду виробництва та застосування продуктів органічної хімії.

Сучасні наукові знання з органічної хімії є підґрунтям реалістичного ставлення до навколишнього світу, в якому значне місце посідає взаємодія людини з різними речовинами. Істинне знання про природу речей, як у високому науковому сенсі, так і в утилітарному, дає змогу позбутися страху перед глобальними проблемами людства, розкрити шляхи запобігання їм і розв’язування, оскільки саме хімія володіє методами поліпшення екологічної ситуації, забезпечує людство матеріалами, енергією, засобами боротьби з хворобами.

Вивчаючи органічну хімію, ви переконалися, що ці знання застосовують в усіх наукових і технологічних галузях, уся практична діяльність людини пов’язана з використанням природних, штучних і синтетичних речовин і матеріалів, а одвічне прагнення людства до розкриття таємниць живого може здійснитися через пізнання процесів у організмах на молекулярному рівні. Усе це визначає важливу гуманістичну функцію знань з органічної хімії, їхнє місце в загальному світогляді людини, її ставленні до навколишнього світу.

Складіть короткі висновки за матеріалами цього параграфа.

Висловте своє ставлення до викладених фактів i положень.

Поясніть значення знань про органічні речовини для забезпечення гармонійного життя в довкіллі.

Досягнення цивілізації останніх десятиріч тісно пов’язані з успіхами органічної хімії. Наведіть власні аргументи на підтвердження або спростування цієї тези.

Мал. 129. Карбонові нанотрубки — основа перспективних матеріалів

Завдання для самоконтролю

1. Пригадайте групи речовин, що їх використовують як хімічні засоби захисту рослин. Поясніть взаємозв’язок між використанням цих засобів і глобальними проблемами людства.

2. Поясніть: виробництво й застосування синтетичних лікарських засобів сприяє розв’язуванню проблем сталого розвитку суспільства чи створює їх?

3. Складіть перелік найуживаніших речовин, що їх позначають як Е-числа й використовують як харчові добавки. З’ясуйте, які з них можуть зашкодити здоров’ю людини, використовуючи додаткові джерела інформації.

4. Забруднення довкілля продуктами органічної хімії шкодить сталому розвитку суспільства. Які заходи слід застосовувати, щоб запобігти впливу: стійких органічних забруднювачів, продуктів згоряння, синтетичних мийних засобів? Для відповіді використайте матеріал підручника.