08.09.2020

Група № 6. (ІІ курс)

«Робітник з комплексного обслуговування й ремонту будинків»

Предмет ”Хімія”

Урок № 6. Тема уроку: Роль органічної хімії у розв’язуванні сировинної та енергетичної проблем, створенні нових матеріалів

Електронний підручник:  https://pidruchnyk.com.ua/uploads/book/11-klas-khimija-popel-2019.pdf

Корисні посилання: https://naurok.com.ua/prezentaciya-na-temu-rol-organichno-himi-u-rozv-yazuvanni-sirovinno-energetichno-prodovolcho-problem-stvorenni-novih-materialiv-163833.html

 

Енергетична криза як одна з глобальних проблем сучасності свідчить, що розвиток цивілізації на Землі у XX ст. характеризувався стрімким ростом енергоспоживання.

На перший план виходить нестача енергетичних ресурсів. З одного боку, сумарні запаси викопних паливних ресурсів доволі великі й щороку стають відомими нові їх родовища. Крім того, сучасна технологія відкриває доступ до використання нетрадиційних видів енергії (вітрова, припливна, геотермальна тощо). З іншого боку, перехід до розробки складних за геологічними умовами родовищ викликає подорожчання добування енергоносіїв і робить використання більшої частини паливних ресурсів нерентабельним.

Особливо гостро постали проблеми, пов'язані з негативним впливом енергетики на стан навколишнього середовища. Масове використання нафти, газу, вугілля завдає шкоди природі та здоров'ю людини через викиди сажі, що містить важкі метали, двоокис сірки, оксид азоту та інші шкідливі речовини. Якщо тенденція збільшення споживання енергії й викидів двоокису вуглецю збережеться, то вже в найближчі роки середня температура на Землі зросте на 2°С, що призведе до глобальних катастрофічних наслідків. Використання викопних видів органічного палива порушує баланс кисню в атмосфері, тому що при згоранні 1 т палива згорає 2,3 т кисню. Розширення витрат кисню на техногенні потреби, зменшення його відтворення через вирубування лісів веде до виникнення реальної загрози його нестачі на планеті.

Змінити негативні тенденції в енергетиці можливо при:

1.      підвищенні ефективності використання енергії;

2.      зменшенні шкідливих викидів в атмосферу за рахунок нових технологій очищення відпрацьованих газів;

3.      зміні структури паливно-енергетичного балансу за рахунок альтернативної енергетики.

• Важливою проблемою використання енергетичних ресурсів є збереження природи, чистоти води й повітря.

1.  Джерела та форми енергії.

Найважливішими формами хімічної енергії є: хімічна, енергія електромагнітного випромінювання (світло), теплова, механічна (енергія руху) та ядерна.

Енергетична проблема полягає в тому, що деякі джерела енергії легкодоступні,  а інші є важкодоступними. Найбільша кількість енергії витрачається на промислове виробництво та переробку сировини.

2. Політика енергозбереження.

Зменшити витрати енергії на виробництві та в побуті можна за рахунок використання нових ефективних каталізаторів, високих концентрацій компонентів, зниження теплових трат, зміна водного охолодження на повітряне.

Хімічна наука та промисловість повинні забезпечувати такі шляхи вирішення енергетичної проблеми:

1) Підвищення ресурсів моторних палив за рахунок поглибленої обробки нафти та одночасного скорочення витрат мазуту електростанціями, а також використання в якості моторних палив стиснутого та зрідженого природного газу.

2) Організація промислового виробництва штучних рідких палив на онові вугілля, сланців, природного газу.

• Енергетика — основа економічного зростання та розвитку країни. Проблема зумовлена тим, що природні енергоресурси швидко виснажуються, тому обмежується їхнє використання.

• Завданням хімії сьогодення є розробка комплексного використання паливних ресурсів і впровадження альтернативних відновлювальних джерел енергії.

• Хімічними джерелами енергії є водень, спирт, водяний газ, проста та складні речовини Силіцію.

• Джерела енергії за способом використання поділяють на невідновлювані та відновлювальні. До невідновлюваних належать природні ресурси: нафта, газ, вугілля, сланці, деревина, торф, ядерна енергетика.

• Альтернативними відновлювальними джерелами енергії є рослинна сировина, «зелена» енергетика, геліоенергетика тощо.

1.      Сировина – це природні речовини, що використовуються для виробництва продукції різних галузей.

2.      Класифікація сировини:

а) неорганічна: рудна (руди чорних і кольорових металів) і нерудна (кухонна сіль, глина, апатити, фосфорити, вапняк, гіпс, сірка)

б) органічна, паливна (нафта, газ, вугілля, деревина)

б) органічна, паливна (нафта, газ, вугілля, деревина)

в) вторинна сировина: промислові та побутові відходи

Сировина хімічної промисловості

        Сировина хімічної промисловості може бути рудна (пов’язана з металами) та нерудна. Рудна сировина використовується в металургійній промисловості, що складається з чорної, кольорової металургії. 

Виплавка чорних металів традиційно здійснюється на комбінатах металургійного виробництва, а також виробництва коксу. Кожне з виробництв має відходи й побічну продукцію, що є сировиною для інших галузей промисловості: хімічної, будматеріалів, металообробки та інших.

            Проблеми чорної металургії: необхідність технічного переоснащення хімічного виробництва, поліпшення якості чорних металів, випуску нових видів сталі і прокату, слабко розвиваються не доменні способи виробництва чорних металів, що є екологічно чистими – це електрометалургія і порошкова металургія.

        Кольорова металургія має ряд особливостей. У рудах міститься незначна кількість металів, що вимагає розміщення підприємств поблизу джерел електроенергії та сировини. Галузь потребує багато енергії і води, згубно впливає на довкілля.

         Хімічна промисловість використовує нерудні види сировини: кухонну сіль, апатити, фосфорити, гіпс, сірку. При цьому розвивається основна галузь з виробництв мінеральних добрив, кислот, солей. Азотні добрива виробляють на основі аміаку, калійні – з родовищ калійної солі, фосфатних добрив – на основі апатитів і фосфоритів.

Мінерально-сировинна база України. Джерела сировини. застосування

       Сировиною для хімічної промисловості є кам’яне та буре вугілля, нафта, кам’яна сіль, фосфорити, крейда, вапняки, супутні природні гази, сірка. Хімічна промисловість використовує відходи чорної та кольорової металургії.

         Центрами вироблення добрив в Україні є Дніпродзержинськ, Запоріжжя, Алчевськ, Горлівка, Калузьке об’єднання «Оріана», Стеблинківський калійний завод в Івано-Франківській області.

         Хімія органічного синтезу. Сировина: нафта, газ, вугілля, а також відходи кольорової та чорної металургії. Вона випускає лаки, фарби, оліфу, емалі, розчинники і т.д. сюди відносяться також синтетичні смоли, пластмаси, хімічні волокна. Найбільші підприємства: Донбас і Придніпров’я, Запоріжжя. В Запоріжжі виробляються кремнійорганічні сполуки, в Дніпродзержинську – полівініл і полістерол, в Сіверодонецьку – вироби з пластмас.

          Лісовиробничий комплекс охоплює лісове господарство, деревообробну, целюлозну, паперову, лісохімічну промисловості. В Карпатах і Поліссі заготовляються 90% лісу України. Це щорічно близько 14,5 млн м³ деревини. Відходи деревини використовуються лише на 0-60%. У лісопаркових зонах зрубані дерева роками гниють на землі.

           Великі підприємства целюлозно-паперової промисловості є в Києві, Рахові, Херсоні. Дуже важливо збирати макулатуру: якщо 200 чоловік здадуть по 5 кг макулатури, то збережеться 

4 м³ деревини. При цьому забруднення атмосфери зменшиться на 86%. Води витрачається на

25-44 % менше.

Основні завдання хімії у вирішенні сировинної проблеми.

       Природа, що нас оточує здається невичерпною коморою, з якою промисловість бере сировину. В міру розвитку науки і техніки дедалі більше використовується корисних копалин. За останні 40 років корисних копалин добуто більше, ніж за всю історію людства. Тепер у світі щорічно переробляється 100т гірських порід.

          Це призводить до того, що більшість сировинних запасів вичерпується і споживання деяких видів порід висуває проблему бережливого ставлення.

Висновки:

1.      Комплексне використання сировини спрямоване на використання всіх його основних частин..

2.      Повторне використання сировини:

а) регенерація – відновлення попередніх технічних матеріалів після їх використання (гума, мастила, розчинники);

б) скрап – вторинна металева сировина з металобрухту;

в) рециркуляція – багаторазове використання сировини.

3. Застосування нових видів сировинних матеріалів, створення штучної сировини.

4. Використання відходів, як сировини.

До природних сировинних матеріалів належить і деревина. Україна багата на неосяжні лісові простори. Важливо пам'ятати: щоб виростити дерево на матеріал, потрібно не один рік. Розглянемо сфери використання деревини в промислових масштабах. Окрім того що деревина – це будівельний матеріал, її використовують у виробництві целюлози, меблів, хімічних волокон, глюкози, пластмас, каучуку, спирту, оцту, синтетичних мийних засобів.

Природною сировиною, на яку багаті надра України, є гірські породи та мінерали, руди, що містять залізо, мідь, цинк, алюміній, манган, хром, титан тощо. З них добувають кольорові,            чорні і рідкісні метали, а також коштовні камені; застосовують у виробництві кераміки, цементу, ювелірних прикрас. Окремі гірські породи використовуються як будівельний матеріал.

Органічні речовини: кристалічну глюкозу, технічні сахарозу та лактозу, крохмаль, етанол, етанову кислоту й неорганічні — хлоридну, сульфатну, ортофосфатну кислоти — використовують як сировину мікробіологічного виробництва для створення поживних середовищ.

Важливою умовою раціонального використання сировини є комплексність, тобто цілеспрямоване й безвідходне її застосування. Багаторазового використання сировини досягають рециркуляцією та регенерацією.

Рециркуляція — це багаторазове повне або часткове повернення потоку газів, рідких або твердих речовин у технологічний процес. Наприклад, рециркуляція гарячої води, водяної пари, виробничих газів: амоніаку, сульфур(IV) оксиду, карбон(IV) оксиду, нітроген(IV) оксиду.

Регенерація — це відновлення попереднього складу й будови речовини та її повторне використання. Нагріту під час виробничих процесів воду охолоджують і повторно використовують. Використання очисних споруд дає змогу вловлювати гази та знову подавати їх у виробничий процес. Прикладом регенерації є також вторинна переробка металів. Це дає певний економічний ефект. Під час переробки металобрухту на чавун і сталь, алюмінієві та мідні сплави знижується затрата енергії в 3-20 разів, а отже, і собівартість цих матеріалів.

Накопичення промислових і побутових відходів забруднюють довкілля: повітря, ґрунти, водойми. Щоб знешкодити промислові відходи, збирають і переробляють вторинну сировину, зокрема у великій кількості повторно використовують відходи обробки металів, деревини, як паливо — водний газ. Наприклад, видобування рідкісних і кольорових металів з відходів гальванічних виробництв. Відходи деревини пресують. Так, пресовану деревину осики, берези й вільхи використовують для виробництва деталей машин, підшипників, прокладок. Раніше ці деталі виготовляли тільки з металу. Доведено, що деталі з пресованої деревини служать у декілька разів довше, а вартість їхнього виробництва в 3-10 разів нижча.

Вам уже відомо, що поліетилен спричиняє значне забруднення довкілля. Однак цей матеріал піддається переробці з певним економічним ефектом. Доведено, що під час переробки поліетилену масою 1 т економиться бензин масою 3 т і нафта масою приблизно 16 т. Практично майже всі види відходів хімічної промисловості можуть бути сировинними джерелами для інших її виробництв.

З промислових відходів широкий спектр використання отримали паливна зола та сплави. З них виробляють будівельні розчини, бетон, цемент, силікатну цеглу, теплоізоляційні матеріали. У хімічній промисловості — кальцій карбід, у металургії — чисті метали та їхні сплави.

Шлаки, утворені під час виплавляння чавуну та сталі, містять силіцій, кальцій, магній, марганець і залізо, які використовують для виробництва панелей.

Важливою сировиною мікробіологічного виробництва є побічний продукт цукрової промисловості — меляса. До її складу входять амінокислоти: аспарагінова, глутамінова, лейцин, ізолейцин і тирозин. Крім них, вітаміни групи В — біотин, тіамін, рибофлавін, інозит, нікотинова й пантотенова кислоти. У мікробіологічному синтезі надзвичайно важливе значення має біотин.

З побутових відходів вторинній переробці можна піддати макулатуру, скло, текстиль, пластмаси, харчові відходи, чорні та кольорові метали. Їхнє повторне використання дає значну економію коштів, оскільки продукти переробки будуть залучені в господарський обіг. Наприклад, розглянемо переробку макулатури. З неї виготовляють: гофрований картон, який використовують для пакування різноманітної продукції; тарний картон — коробки, картонні прокладки, пакувальні коробки, піддони; офісний папір, оскільки не завжди робочі матеріали необхідно робити на білосніжному папері.

Вторинною переробкою макулатури виготовляють приладдя: папки, блокноти, папір для нотаток тощо (рис. 73).

Альтернативними джерелами дешевої сировини в найближчому майбутньому є розробки шельфів, які містять велику кількість нафти та газу. Метаногідрати — потужне джерело метану. На території України є велика кількість горючих сланців, з яких можна добувати сланцевий газ.

Сировиною для виробництва хімічних волокон можуть бути природні полімери рослинного та тваринного походження.

Однак задовольнити дедалі більший попит на матеріали тільки природною сировиною практично неможливо. Тому для виробництва багатьох матеріалів використовують як сировину продукти хімічної промисловості. Полімери є сировиною для виготовлення пластмас, синтетичні каучуки — гуми; значна кількість органічних речовин є сировиною для виготовлення гігієнічних і косметичних засобів, медичних препаратів та обладнання. Отже, сировинні природні багатства та хімічні речовини мають велике значення для розвитку суспільства та різних галузей промисловості.

З огляду на зазначене, необхідно усвідомити потребу бережливого та економного використання природної сировини, виробити власні правила її використання. Маємо розуміти, що для економічного розвитку держави та добробуту людей важливо припинити непланову вирубку лісів, неекономне використання ґрунтів, нераціональне використання промислових і побутових відходів. Особливо важливе повторне використання побутових відходів.

Головним принципом виробничої та побутової сфер у перспективі має стати вимога часу: усе переробляється, використовується, нейтралізується, повертається у виробничий процес.

Отже, хімічна наука робить великий внесок у розв'язання сировинної проблеми. І вам, громадянам України, необхідно ставитися до природи та її багатств як до найвищої суспільної цінності. Запорукою такого ставлення є ваша активність та ініціативність у вирішенні багатьох проблем, відповідальність за правильно прийняті рішення.

Висновки:

• Сировиною називають природні речовини або матеріали, які використовують для виробництва продуктів різних галузей суспільного господарства.

• Завданнями хімії щодо розв'язання сировинної проблеми є: розвідування та створення альтернативної дешевої сировини; комплексне використання сировинних ресурсів; багаторазове застосування сировини; використання промислових і побутових відходів.

• Щоб розв'язати ці проблеми, хімічна промисловість займається переробкою нафти, газу та кам'яного вугілля, деревини, гірських порід і мінералів, промислових і побутових відходів.

• Для задоволення дедалі більшого попиту на матеріали використовують як сировину продукти хімічної промисловості — синтетичні високомолекулярні речовини: метали та їхні сплави, полімери, каучуки, гуму, волокна.

• Важливого значення набуває вторинна переробка промислових і побутових відходів. Промислові — відходи обробки металів, деревини, гальванічних виробництв; побутові — макулатура, скло, текстиль, пластмаси, харчові відходи, чорні та кольорові метали.

• Через невідповідність між природними запасами й потребами споживання виникає одна з актуальних проблем людства — збереження та раціональне використання природної та вторинної сировини.

• Головним принципом виробничої та побутової сфер у перспективі має стати вимога часу: усе переробляється, використовується, нейтралізується, повертається у виробничий процес.

·        Способи розв'язання сировинної проблеми:

1.      зниження матеріалоємності продукції;

2.      використання вторинних ресурсів (відходів виробництва);

3.      створення безвідходного виробництва.

Д/з. §31 с. 191 – 192 §34 с. 210 – 213

Скласти конспект

1.      Дати відповіді на запитання:

1.      Поясніть, що є причиною виникнення енергетичної проблеми.

2.      Які вам відомі види сировини?

3.      Що таке сировина?

4.      Які альтернативні джерела енергії вам відомі?

5.      Які традиційні джерела енергії вам відомі?

6.      Поясніть, як ви розумієте поняття «сировина».

7.      Як класифікується сировина?

8.      Охарактеризуйте основні завдання хімії в розв'язанні сировинної проблеми.