Хімія. Рівень стандарту. 11 клас. Ярошенко

§ 38. Роль хімії у розв'язанні сировинної і продовольчої проблем

Донедавна людина не замислювалася над тим, що природної сировини може не вистачити для її різноманітних потреб. Нині науково-технічний прогрес спонукає науку й виробництво шукати нові джерела сировини для виробництва різноманітних речовин і матеріалів.

Сировинною базою для добування неорганічних речовин більшою мірою є наявні природні корисні копалини, а також вода й складові повітря.

Пригадайте відомі вам руди, з яких добувають метали, солі, природні поклади яких використовують у виробництві неорганічних речовин.

Майже до середини ХХ ст. сировиною для органічного синтезу були речовини, виділені з кам'яновугільної смоли, що утворюється в результаті коксування кам'яного вугілля, та сировина рослинного і тваринного походження. Проте з 20-х років минулого століття досягнення нафтохімії спричинили поступову заміну кам'яновугільної сировини нафтовою. З метою розв'язання сировинної проблеми почали використовувати й речовини, виділені з природного газу.

Сировиною для виробництва багатьох речовин і матеріалів служать органічні речовини, що входять до складу нафти, природного газу, кам'яного вугілля, а також речовини, виділені з них шляхом первинної переробки (наприклад, продукти прямої перегонки нафти).

Метан як цінну сировину у великих кількостях використовують для добування етину, метанолу, метаналю, метанової кислоти:

Кожна з розглянутих речовин є сировиною для одержання нових не менш важливих речовин. Наприклад, метаналь разом з іншими речовинами використовують у виробництві пластмас, лаків, клеїв тощо.

Перепишіть схему в зошит у вигляді назв речовин.

З парафінів (твердих насичених вуглеводнів) нерозгалуженої будови добувають вищі спирти та вищі жирні кислоти (містять понад 10 атомів Карбону). Так вирішується сировинна проблема виробництва поверхневоактивних речовин, синтетичних мийних засобів тощо.

З етену С2Н4 добувають етанол, етанову кислоту, поліетилен. Щоб добути етанову кислоту, необхідно провести кілька реакцій (стадій), наприклад, за такою схемою:

Ви вже знаєте, що одну й ту саму сполуку можна добувати з різних речовин і різними способами. Проілюструємо це на прикладі синтезу етанолу С2Н5ОН. За температури 300 °С його можна синтезувати з етену в одну стадію, здійснивши реакцію гідратації з використанням ортофосфатної кислоти як каталізатора.

У промисловості цей спосіб має широке використання. Одержаний етанол (його ще називають технічним етиловим спиртом) є сировиною для синтезу каучуків, барвників, лікарських препаратів тощо. Для медичних цілей і виготовлення спиртних напоїв етанол добувають спиртовим бродінням глюкози, одержаної з виноградного соку або крохмалю:

Реакція відбувається з використанням дріжджів. Спирт, добутий цим методом, називають винним.

Ще один спосіб промислового добування етанолу ґрунтується на використанні природної сировини — деревини, що на 50 % складається з целюлози (С6Н10О5)n. Відходи деревини у вигляді тирси піддають гідролізу з використанням розбавленої сульфатної кислоти як каталізатора за температури 150-170 °С:

З одержаної глюкози добувають етанол, який називають гідролізним. Етен використовують як вуглеводневу сировину у виробництві стирену — мономера полістирену.

Із вуглеводнів, галогенів, гідроген галогенідів синтезують багато розчинників, інсектицидів й інших речовин.

Цінною вуглеводневою сировиною органічного синтезу є етин С2Н2.

Пригадайте, які речовини добувають з етину, складіть рівняння реакцій.

Окисненням аренів одержують мономер для виробництва волокна лавсану і компонент термостійких пластмас — терефталеву кислоту:

Із хлоропохідних аренів виробляють ефективні гербіциди, розчинники та ізоляційні масла для трансформаторів.

Як бачимо, здійснюючи різноманітні синтези, хімія відіграє величезну роль у розв'язанні сировинної проблеми.

Попрацюйте групами

Завдання 1. Ілюструйте наведені в параграфі схеми перетворень рівняннями хімічних реакцій.

Завдання 2. Складіть таблицю з інформацією про: назви і формули речовин, які є сировиною конкретних виробництв, і назви продукції, яку з них одержують.

Завдання 3. Зробіть висновок про роль хімії у розв'язанні сировинної проблеми. У цьому вам допоможе схема (мал. 92).

Мал. 92. Схема використання вуглеводневої сировини для синтезу органічних сполук і матеріалів

Звичайно, розглянутими прикладами не обмежується асортимент продукції, що виробляється з вуглеводневої сировини. Нині він налічує декілька мільйонів сполук.

РОЛЬ ХІМІЇ У РОЗВ'ЯЗАННІ ПРОДОВОЛЬЧОЇ ПРОБЛЕМИ. Продовольча проблема є глобальною проблемою людства. Зменшення посівних площ і збільшення населення на планеті роблять її актуальною для всього світу. Один із способів вирішення цієї проблеми — збільшення виробництва рослинної і тваринної їжі. Також у лабораторіях різних країн досліджують способи отримання їжі з різної сировини, розробляються технології виробництва синтетичних харчових продуктів. Роль хімії у вирішенні продовольчої проблеми ілюструє схема (мал. 93).

Мал. 93. Роль хімії у розв’язанні продовольчої проблеми

Хімія — це життя: сторінка природодослідника

Завдання 1. Запропонуйте якомога більше способів добування із гептану сполук інших класів. Складіть схеми відповідних реакцій.

Завдання 2. Перевірте наявність маркування доступних вам виробів із пластмас, інших синтетичних матеріалів. З'ясуйте, який тип синтетичного матеріалу використано для їхнього виробництва.

Зробіть для себе висновок, яким з них варто надавати перевагу в конкретних випадках.

Завдання 3. З різних інформаційних джерел дізнайтесь, які підприємства органічного синтезу працюють у вашому регіоні, і з'ясуйте асортимент їх продукції. Презентуйте результати свого дослідження.

Знаємо, розуміємо

  • 1. Схарактеризуйте роль хімії у розв’язанні: а) сировинної проблеми; б) продовольчої проблеми.
  • 2. Назвіть відомі вам способи добування органічних речовин.
  • 3. Висловте судження про значення синтетичних методів добування органічних речовин.