Значення хімії як науки. Її роль у розв’язанні глобальних проблем людства

 

 

Реферат

тему:

« Значення хімії як науки. Її роль у розв’язанні  глобальних проблем людства »

 

                  План

1.Значення хімії  як науки

2.Значення хімії  у розв’язанні сировинної проблеми

3.Значення хімії  у розв’язанні енергетичної проблеми

4.Роль хімії у вирішенні продовольчої проблеми 

                         1.Значення хімії як науки.

     З хімією пов’язане життя природи й людського суспільства. Хімія відіграє важливу роль у сучасній енергетиці, сільському господарстві, металургії, виробництві будівельних матеріалів, паперу, фотоматеріалів, барвників, вибухових речовин, пластмас, тканин, гуми тощо. Щоденно ви стикаєтесь не тільки з речовинами й матеріалами, а й з хімічними реакціями: коли ви вмиваєтесь з милом, п’єте чай з молоком, готуєте страви, користуєтеся мийними засобами для прання тощо.

     Хімія належить  до природничих наук. Вона так  само, як фізика, ботаніка, зоологія, геологія вивчає природу, весь  навколишній світ – різноманітні  речовини і явища.

     Хімія –  наука про речовини та їхні перетворення. Вона вивчає склад і будову речовин, залежність їхніх властивостей від складу і будови, умови й способи перетворення одних речовин на інші. Хімічні перетворення забезпечують життя на Землі.

     Вчені-хіміки  протягом віків вивчали і продовжують вивчати речовини та їхні хімічні перетворення. Добуті й нагромадженні знання дають змогу широко використовувати хімію в практичній діяльності людини. Особливо важливу роль хімія відіграє у розвитку таких галузей промисловості, як мікроелектроніка, радіотехніка, космічна техніка, автоматика та обчислювальна техніка. Для їх розвитку необхідні матеріали з особливими властивостями, яких немає у природі: надчисті, надтверді, надпровідні, жароміцні тощо, їх дає сучасна хімія.

     Хімія глибоко  проникла в сільське господарство. Рослинництву вона дає мінеральні добрива, засоби захисту рослин від шкідників і хвороб; тваринництву – кормові добавки, лікарські препарати, засоби санітарії тощо.

     Широко  використовує хімічні процеси  харчова промисловість, особливо тоді, коли переробляється сільськогосподарська сировина (виробництво крохмалю, цукру, оцту, спирту, маргарину тощо).

     Величезне  значення має хімія для охорони  здоров’я людей. З давніх-давен  вчені-хіміки вивчали перетворення  речовин, які відбуваються в організмі людини. Завдяки цьому лікарі знають, які препарати слід застосовувати для лікування тієї чи іншої хвороби, для дезінфекції тощо. За допомогою хімії виготовляють замінники крові, штучні суглоби, серцеві клапани, зубні протези та інше.

     Широко використовується хімія в сучасному побуті. І не тільки опосередково, через використання їжі, одягу, взуття, палива, будівельних матеріалів, а й через використання мила, пральних порошків, соди, дезінфікуючих і профілактичних речовин, засобів для виведення плям, лаків і фарб, парфумів і ліків, харчосмакових речовин та інше.

     Отже, продукти  хімії і хімічні процеси використовуються  всюди. Сьогодні не можна назвати  жодної сфери виробництва, де  б людина не стикалася з  хімією.

 

                 2.ЗНАЧЕННЯ ХІМІЇ У РОЗВ’ЯЗАННІ СИРОВИННОЇ ПРОБЛЕМИ

     Сировина – невід’ємний елемент будь-якого виробничого процесу, в тім числі й хіміко-технологічного.

     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 ХХ 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.

     Невідповідність між запасами і споживанням деяких видів сировини висуває проблему її бережливого й раціонального використання. У зв’язку з цим хіміки ставлять перед собою такі найголовніші завдання:

1. Розвідування й застосування дешевої сировини, нових видів альтернативних сировинних матеріалів;
2. Комплексне використання сировини;
3. Розробка нових ефективних методів рециркуляції, тобто багаторазового використання різних видів сировини, наприклад металів;
4. Використання відходів, тобто вторинної сировини.

     Історія розвитку хімічної промисловості знає чимало прикладів, коли та чи інша речовина з пустої породи або відходів виробництва перетворювалася на цінну сировину. Наприклад, хлорид калію KCl на початку ХХ сторіччя був пустою породою під час добування кухонної солі із сильвініту (мінерал KCl *NaCl  ). Тепер сильвініт переробляють з метою вилучення з нього хлориду калію для виробництва цінних мінеральних добрив, а хлорид натрію перетворився на відходи.

     Багато рідкісних елементів-металів (Титан, Реній, Германій) 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.

 

 

     

 

                Використання деревини і продуктів її переробки

 

     Хіміки  відповідають за раціональне  використання сировини, її комплексну  переробку, ліквідацію відходів, багато з яких завдають непоправної  шкоди довкіллю та здоров’ю людини. Наприклад, у Кіровоградській області розміщення Долинського переробного комбінату не узгоджується з турботою про здоров’я людини і довкілля. Отже, розробка нових способів комплексного використання сировини є вельми актуальною.

     Хімія має велике  значення і в розробці способів переведення речовин, що прореагували, у початковий стан для їх повторного використання.

     Наприклад, уже зараз  досить широко використовуються  метали у вигляді вторинної  сировини (так званого скрапу). Майже  половина світового виробництва сталі базується на скрапі.

     Невичерпним джерелом  сировини є промислові й побутові  відходи. Вони отруюють водойми, заражують грунт і повітря, захаращують території. Завдання хіміків полягає у знешкодженні відходів. Для цього будують спеціальні очисні споруди.

     В Україні встановлено  норми допустимого вмісту речовин  у газуватих промислових викидах  і стічних водах та відповідну  систему контролю. Але головне  завдання хіміків полягає у  створенні безвідхідних виробництв, де відходи використовуються для добування необхідних продуктів. Реалізація такого завдання тісно поєднана з комплексним використанням сировини і комбінуванням виробництв, коли відходи одного заводу стають сировиною для іншого, і тоді завод переростає у комбінат.

    3. Значення хімії у розв’язанні енергетичної проблеми.

     Забезпеченість енергією є найважливішою умовою соціально-економічного розвитку будь-якої країни, її промисловості, транспорту, сільського господарства, сфер культури і побуту.

     Особливо багато енергії  споживає хімічна промисловість. Енергія витрачається на здійснення ендотермічних процесів, на транспортування матеріалів, кришіння та здрібнення твердих речовин, фільтрування, стиснення газів тощо. Значних затрат енергії потребують виробництва карбіду кальцію, фосфору, аміаку, поліетилену, ізопрену, стирену тощо. Хімічні виробництва разом із нафтохімічними є найенергоємнішими галузями індустрії. Випускаючи майже 7% промислової продукції, вони споживають у межах 13 – 20% енергії, що витрачається всією промисловістю.

     Джерелами енергії  найчастіше є традиційні невідновні  природні ресурси – вугілля,  нафта, природний газ, торф, сланці.

     Останнім часом вони  дуже швидко виснажуються. Особливо прискореними темпами зменшуються запаси нафти і природного газу, а вони обмежені й непоправні. Не дивно, що це породжує енергетичну проблему.

     У різних країнах  енергетичну проблему розв’язують  по-різному, проте всюди в її  розв’язанні значний внесок робить  хімія. Так, хіміки вважають, що  й у майбутньому нафта збереже  свою позицію лідера. Але її внесок в енергоресурси помітно скоротиться і буде компенсуватися зрослим внеском вугілля, газу, водневої енергетики, ядерного пального, енергії Сонця, енергії земних глибин та інших видів відновної енергії, включаючи біоенергетику.

     Уже сьогодні  хіміки турбуються про максимальне  і комплексне енерготехнологічне  використання паливних ресурсів  – зменшення втрат теплоти  у навколишнє середовище, вторинне  використання теплоти, максимальне  застосування місцевих паливних  ресурсів тощо.

     Розроблено хімічні методи вилучення в’язкої нафти (містить високомолекулярні вуглеводні), значна частина якої залишається у підземних родовищах. Для збільшення виходу нафти у воду, яку закачують у пласт, додають поверхнево-активні речовини. Їхні молекули розміщуються на межі нафта – вода, що збільшує рухливість нафти.

     На майбутнє  поповнення паливних ресурсів  поєднують із раціональною переробкою вугілля. Наприклад, подрібнене вугілля змішується з нафтою, на добуту пасту діють воднем під тиском. При цьому утворюється суміш вуглеводнів. На добування 1 т штучного бензину витрачається близько 1 т вугілля і 1500м³ водню. Поки що штучний бензин дорожчий від добутого з нафти, проте важлива принципова можливість його добування.

     Дуже перспективною  видається воднева енергетика, що ґрунтується на спалюванні водню, під час якого шкідливі викиди не виникають. Проте для її розвитку потрібно розв’язати низку завдань, поєднаних зі зниженням собівартості водню, створенням надійних засобів його зберігання та транспортування тощо. Якщо ці завдання будуть розв’язані, водень може використовуватися в авіації, водному і наземному транспорті, промисловому і сільськогосподарському   виробництвах.

     Невичерпні  можливості містить ядерна ( атомна ) енергетика. Її розвиток для виробництва електроенергії та теплоти дає змогу вивільнити значну кількість органічного палива. Тут перед хіміками стоїть завдання створити комплексні технологічні системи покриття енергетичних витрат, що відбуваються під час здійснення ендотермічних реакцій, за допомогою ядерної енергії. Проте жахлива аварія на Чорнобильській АЕС змінила ставлення до атомних електростанцій у світі, особливо в нашій країні. Можна з упевненістю твердити, що без розв’язання проблеми значного підвищення надійності АЕС подальший розвиток атомної енергетики буде неможливий.

     Великі надії покладаються на використання сонячної радіації (геліоенергетика ). У Криму діють сонячні батареї, фотогальванічні елементи яких перетворюють сонячне світло в електрику. Для опріснення води й опалення житла широко використовуються сонячні термоустановки, що перетворюють сонячну енергію на теплоту. Сонячні батареї вже давно застосовуються у навігаційних спорудах і на космічних кораблях. На відміну від ядерної вартість енергії, яку добувають за допомогою сонячних батарей, постійно знижується.

     Для виготовлення сонячних батарей головним напівпровідниковим матеріалом є силіцій та його сполуки. Нині хіміки працюють над розробкою нових матеріалів- перетворювачів енергії. Це можуть бути різні системи солей як накопичувачі енергії. Подальші успіхи геліоенергетики залежать від тих матеріалів, які запропонують хіміки для перетворення енергії.

     У третьому  тисячолітті приріст виробництва  електроенергії буде відбуватися  за рахунок розвитку сонячної енергетики, а також метанового бродіння побутових відходів та інших нетрадиційних джерел добування енергії.

     4. Роль хімії у розв’язанні продовольчої проблеми.

    Населення нашої планети зростає. За прогнозами ООН до 2000 р. воно становить близько 6,5 млрд. чоловік і буде, природно, збільшуватися в наступні десятиліття. Це означає, що сьогодні слід замислитися над тим, як забезпечити населення Землі харчуванням в майбутньому. Розрахунки вчених приводять до висновку, що проблему можна вирішити, якщо за найближчі 40-50 р. світова продукція зросте в 3-4 рази. Подібний приріст можливо буде здійснено в тому разі, якщо відбудеться «зелена революція» - різкий підйом сільського господарства, насамперед у країнах, з урахуванням впровадження всіх досягнень сучасної науки, зокрема хімії. Модернізоване сільське господарство, з допомогою своїх могутніх спільниць – хімії і біології – легко зможе прогодувати більше 6,5 млрд. чоловік. У вирішенні продовольчої проблеми у глобальному масштабі в основному наголошується на збільшенні виробництва рослинної і тваринної їжі природнього походження. Збільшення обсягу виробництва їжі природнього виробництва, на думку фахівців, буде досягатися за рахунок створення сприятливих умов розмноження і росту рослин і тварин. Наприклад, застосування добрив, стимуляторів, штучних кормів для сільськогосподарських тварин, засобів захисту рослин та тварин, введення у практику харчування нових продуктів, видобутих в океані тощо.

     Почнемо  з добрив. Без них неможна уявити  сучасне сільське господарство. Одним з головних елементів, що вводяться у грунт у складі мінеральних добрив, є азот. Якщо водень, кисень, вуглець доставляється рослинам з вуглекислим газом, то азот потрапляє у рослини через кореневу систему. Тому виробництво азотних добрив – це одна з наймогутніших галузей хімічної промисловості сьогоднішнього дня. Велику частину їх отримують з аміаку, який синтезують з водню й азоту у присутності каталізаторів за нормальної температури від  400 до 500^оС і високому тиску – від 20 до 30 МПа: 3Н₂+N₂=2NH₃-112кДж.