Хімія в житті суспільства. Значення хімії у створенні нових матеріалів

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПЛАН

 

 

1. ВСТУП

2. ЗНАЧЕННЯ ХІМІЇ У СТВОРЕННІ НОВИХ МАТЕРІАЛІВ

3. ЗНАЧЕННЯ ХІМІЇ У РОЗВ'ЯЗАННІ СИРОВИННОЇ ПРОБЛЕМИ

4. ЗНАЧЕННЯ ХІМІЇ У ПОВСЯКДЕННОМУ ЖИТТІ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Протягом усього свого розвитку, з давніх-давен і донині, хімія завжди слугувала і продовжує слугувати людині та її практичній діяльності.

Ще в стародавні часи, задовго до Різдва Христового, людина спостерігала в природі хімічні явища і намагалася використовувати їх для покращення умов свого існування. Скисання молока, бродіння солодкого соку плодів, дія отруйних рослин привертали увагу людини.

Минув час, і людина почала використовувати вогонь. Ніхто не знає ні місця, ні часу, коли вона навчилася запалювати дерево і підтримувати горіння. Невідомо також, скільки часу минуло відтоді, як людина почала використовувати вогонь для приготування їжі, у гончарному виробництві, для обробки й виплавляння металів. Проте відомо, що ще у стародавньому Єгипті виникли ремесла, в основі яких лежали хімічні процеси.

Єгиптяни добували фарби і косметичні засоби з мінералі них речовин, уміли фарбувати тканини, виготовляти скло, кераміку, порцеляну, добувати золото, бронзу, залізо, мідь і до сконало володіли технікою обробки металів.

Навіть у наші дні мистецтво золотих справ майстрів давнини викликає захоплення

У середні віки великого поширення набула алхімія. Головне завдання її зводилося до пошуків «філософського каменя» — містичної речовини, яка нібито має здатність неблагородні метали перетворювати на золото, повертати людям молодість і здоров'я.

Проте й у алхіміків були значні прогресивні здобутки, пов'язані з використанням хімії на благо людини. До них можна віднести відкриття низки речовин (фосфору, стибію, селітри сульфатної, хлоридної, нітратної та фосфатної кислот) і розробку методик багатьох операцій (фільтрування, перегонка речовин тощо), які швидко знайшли практичне застосування.

Період ятрохімії, що настав у XVI—XVIII століттях, характеризується намаганням поставити хімію на службу медицині. Засновник ятрохімії Теофраст Парацельс (1493—1541) твердив, що справжнє покликання хімії не у добуванні золота, а у виготовленні ліків. Ятрохіміки розглядали хвороби як порушення хімічної рівноваги в організмі й шукали хімічні засоби їх лікування. Відтоді головною метою хімії стає пошук і створення лікувальних препаратів.

Про значення сучасної хімії для людини та її практичної діяльності нема чого й говорити, її роль у житті суспільства звичайно велика. У наш час без розвитку хімії неможливий розвиток паливно-енергетичного комплексу, металургії, транспорту, зв'язку, будівництва, електроніки, сфери побуту тощо.

Хімічна індустрія постачає промисловості й сільському господарству різні матеріали та сировину. Це паливо, мастила, хімічні волокна, пластмаси, синтетичні каучуки, мінеральні добрива, мийні засоби, парфуми, фармацевтичні препарати, луги, кислоти, розчинники, вибухові речовини тощо.

Ми переконуємося, що «широко простягає хімія руки свої у справи людські. Куди не подивимось, куди не оглянемось, скрізь обертаються перед очима нашими успіхи ЇЇ старанності».

Ці слова великого російського вченого-природодослідника М. В. Ломоносова (1711—1765), висловлені майже 250 років тому, і сьогодні не втратили свого значення. Навпаки, вони звучать з особливою силою, оскільки у наш час роль хімії в житті суспільства постійно зростає.

Окрім застосування речовин і матеріалів, у різних галузях промисловості використовуються хімічні методи, наприклад каталіз, захист металів від корозії, обробка деталей хімічним способом тощо.

Проникнення хімічних методів, нових речовин і нових матеріалів у основні галузі промислового виробництва, сферу побуту, охорону здоров'я дедалі більшою мірою забезпечує їх прогрес. Саме тому й відбувається хімізація практично всіх сфер людської діяльності. Вона є об'єктивною закономірністю розвитку виробничих сил суспільства.

Водночас розвиток сучасного хімічного виробництва немислимий без монтажу установок, без електроніки, вимірювальної, керівної, регулювальної техніки, наукового приладобудування, без розвитку сировинної бази та енергетичного господарства.

 

ЗНАЧЕННЯ ХІМІЇ У СТВОРЕННІ НОВИХ МАТЕРІАЛІВ

 

Для здійснення кожного хіміко-технологічного процесу погрібна апаратура, виготовлена з таких матеріалів, які здатні опиратися різним агресивним впливам, у тім числі хімічним, механічним, термічним, електричним, часом і радіаційним та біологічним.

Хімія робить суттєвий внесок у створення різноманітних матеріалів: металічних і неметалічних. Серед металічних матеріалів найчастіше використовуються сплави на основі заліза— чавун і сталь, на основі міді — латунь і бронза, на основі алюмінію, магнію, нікелю, ніобію, титану, танталу, цирконію та інших металів 3 металічних сплавів виготовляються теплообмінники, ємності, мішалки, трубопроводи, контактні апарати, колони та інші апарати.

Для поліпшення якості металічних матеріалів використовують порошкову металургію. Вона включає процеси виробництва металічних порошків і спікання з них виробів. Сучасна порошкова металургія займається, по-перше, створенням матеріалів і виробів з такими характеристиками (склад, структура, властивості), яких досі неможливо досягти відомими методами плавки; по-друге, виготовленням традиційних матеріалів і виробів, але за вигідніших техніко-економічних показників виробництва.

У розробці теоретичних основ найважливіших процесів порошкової металургії провідне місце посідає Інститут проблем матеріалознавства НАН України. Перший в Україні (і в колишньому СРСР) завод порошкової металургії став до ладу в м. Бровари (поблизу Києва) у 1965 р.

Серед неметалічних матеріалів важливого значення набули полімери на основі фенолформальдегідних смол, полівінілхлориду, поліетилену і фторопластів. Ці матеріали, на відміну від металічних, виявляють високу стійкість до агресивних середовищ, мають низьку густину, високу тривкість до стирання, добрі діелектричні й теплоізоляційні властивості. Окрім цього, важливе значення мають каучуки та різні матеріали на їх основі — бутилкаучук, фторкаучук, силіконові каучуки тощо.

До групи неметалічних матеріалів належать і такі традиційні матеріали, як кераміка, порцеляна, фаянс, скло, цемент, бетон, графіт, які знаходять дедалі нове і нове використання

Останнім часом вимоги до матеріалів неухильно зростають. Це пояснюється тим, що значно ширше застосовуються тепер екстремальні впливи — надвисокі й наднизькі тиски та температури, ударні й вибухові хвилі, йонізуючі випромінювання, ферменти. З огляду на це зростає також роль хімії у створенні нових матеріалів, здатних опиратися цим впливам.

Особливе місце серед нових матеріалів посідають композити.

Композиційні матеріали, що складаються з пластичної основи (матриці) та наповнювача, називаються композитами.

Серед композитів виділяють кермети (кераміко-металічні матеріали), норпласти (наповнені органічні полімери) і піни (газонаповнені матеріали).

Як основу (матрицю) використовують метали і сплави, полімери, кераміку. Наповнювачі, що застосовуються, особливо для композитів на основі пластмас, значно різноманітніші. Від них залежить міцність і жорсткість композитів.

В Україні започатковані принципово нові методи добування композитів, наприклад на основі боридів металів (відновлення оксидів металів бором у вакуумі та карбідом бору). Освоєно метод прямого синтезу силіцидів з металу й силіцію, а також безпосереднє відновлення оксидів металів силіцієм тощо. Багатьма своїми властивостями — міцністю, ударною в'язкістю, міцністю від утоми тощо — композити значно перевищують традиційні матеріали, завдяки чому потреби суспільства в них і взагалі у нових матеріалах безперервно зростають. На виготовлення композитів витрачають великі кошти, цим пояснюється той факт, що головними споживачами композитів поки що є авіаційна і космічна промисловості.

 

ЗНАЧЕННЯ ХІМІЇ У РОЗВ'ЯЗАННІ СИРОВИННОЇ ПРОБЛЕМИ

 

Природа, що нас оточує, здається, є невичерпною коморою, з якої промисловість бере сировину. У міру розвитку науки і техніки дедалі більше нових корисних копалин використовується для добування продуктів виробництва, з'являються нові види сировини, розширюється сировинна база промисловості.

У зв'язку з бурхливим розвитком промисловості у XX ст. різко збільшився обсяг добування й переробки корисних копалин. За останні 40 років багатьох корисних копалин було видобуто більше, ніж за всю історію людства. Тепер у світі щорічно вилучається й переробляється 100 млрд т гірських порід. А в хімічному виробництві як сировину використовують не лише гірські породи. Це призводить до того, що багато які сировинні джерела швидко виснажуються, внаслідок чого й виникає сировинна проблема. Уже тепер багато країн відчувають гостру нестачу окремих видів сировинних ресурсів. В Україні, наприклад, не вистачає такої горючої мінеральної сировини, як нафта і природний газ.

Багато рідкісних металів раніше не знаходили застосування через їх промислову недоступність, але потреби в цих металах атомної енергетики, мікроелектроніки, радіотехніки, космічної техніки, які сьогодні визначають науково-технічний прогрес, зробили можливим промислове добування розсіяних елементів.

Комплексне використання сировини спрямовується на застосування всіх її головних частин для добування корисних продуктів або матеріалів. Це означає, що з одного виду сировини можна добути велику кількість різних продуктів. Наприклад, нині деревина використовується не лише як джерело виготовлення меблів, а й як джерело величезних матеріальних цінностей.

 

ЗНАЧЕННЯ ХІМІЇ У ПОВСЯКДЕННОМУ ЖИТТІ

У побуті ми практично щоденно зустрічаємося з продуктами хімічної промисловості та з хімічними процесами. Це прання білизни, миття посуду, доглядання за підлогою та меблями, застосування клею, а також готування їжі, умивання з милом, догляд за шкірою обличчя та інша особиста гігієна тощо.

Нині побутова хімія — це самостійна галузь промисловості. Щороку у світі виробляється майже ЗО млн т товарів побутової хімії. Це мийні, чистячі, дезінфікуючі засоби, засоби догляду за меблями й підлогою, для боротьби з комахами і захисту рослин, засоби для вибілювання, підкрохмалювання, підсинювання, різноманітні фарби, клеї, автокосметика тощо.

У побуті широкого застосування набули мийні засоби. Річ у тім, що чиста вода добре видаляє із забрудненої поверхні лише розчинні в ній речовини. Часточки нерозчинних речовин, але які змочуються водою (гідрофільні), можна видалити за рахунок механічного впливу. Якщо ж речовини не змочуються водою (гідрофобні) і до того ж мають підвищену в'язкість, то практично їх не можна видалити водою. Це стосується жирових забруднень, воску, стеарину, олії, різних органічних речовин тощо. У таких випадках застосовується мило, а ще краще — синтетичні мийні засоби (СМЗ), що належать до групи поверхнево-активних речовин (ПАР).

До СМЗ універсальної дії відносять пральні порошки «Наталка», «Кристал», «Лотос», «Астра». Для прання вовняних, шовкових і синтетичних тканин використовуються порошки «Екстра», «Новость».

Мийна дія ПАР пояснюється їхньою здатністю часточки бруду жирового походження з'єднувати з водою.

Залежно від призначення до складу СМЗ входять різні лужні добавки: силікат натрію, сода, фосфати натрію, які полегшують процес прання бавовняних і льняних тканин, капрону. Але ці СМЗ не можна застосовувати для прання виробів із вовни і лавсану, оскільки вони поступово руйнуються під впливом лужного середовища. Для таких виробів застосовують СМЗ, які створюють у воді нейтральну реакцію.

Під час прання виробів, які мають забруднення біологічного походження, наприклад плями крові, використовують СМЗ, що містять ферменти. Але слід пам'ятати, що не можна прати у дуже гарячій воді, оскільки ферменти за температури понад 40 °С руйнуються.

Деякі СМЗ містять відбілювачі, що руйнують стійкі забруднення, через які тканина набуває сірого або жовтого кольору.

Відбілювачем може бути перборат натрію NaBO3 • 4Н2О, як сама пероксидна сіль, так і пероксид гідрогену Н2О2, що утворюється під час гідролізу солі.

Багато які штучні волокна здатні електризуватися, тобто накопичувати електричні заряди. Негативні заряди (електрони) можуть накопичувати нітрон, лавсан, ацетатні волокна. Позитивного заряду (через втрату електронів) набуває поверхня капрону, нейлону і частково вовна та шовк. Льняні та бавовняні тканини поглинають вологу, що сприяє стіканню електричних зарядів, тому вони й не електризуються.

Для запобігання електризації вироби із синтетичних тканин обробляють розчином «Антистатик».

Для чищення посуду, раковин у мийні засоби часто вводять тверді інертні речовини — абразиви, які полегшують механічне руйнування твердих забруднень.

Способи застосування СМЗ та інших препаратів зазначаються на упаковках, їх слід додержуватися, тоді використання товарів побутової хімії буде цілком безпечним.

Хімічна промисловість випускає великий асортимент різних клеїв. Міцність зчеплення клею відносно склеюваних поверхонь визначається силами міжмолекулярної взаємодії (електростатичними силами) або хімічними силами, які ведуть до утворення хімічного зв'язку.

До групи найкращих смол, клеїв і лаків належать епоксидні, їм властива висока липкість до скла, порцеляни, металів, пластмас, дерева та висока межа міцності. У побуті широко використовуються клеї типу БФ, БФ-2, БФ-5, виготовлені на основі фенолформальдегідних смол.

Випускається широкий асортимент засобів особистої гігієни і парфумерно-косметичних препаратів, засобів боротьби з комахами та по догляду за автомобілем, плямовивідні засоби і багато іншого. У цій галузі здійснюються науково-дослідні роботи, і асортимент товарів побутової хімії постійно розширюється.