Раушан Ашкеева - Прикладная химия

• Название: Прикладная химия
• Автор: Раушан Ашкеева
• Жанр: Образовательная литература

Учебное пособие по дисциплине «Прикладная химия» к семинарским занятиям для студентов и магистрантов химического факультета.

В данном учебном пособии рассматриваются основные направления химизации экономики и сферы быта, практические результаты использования химических законов, закономерностей, принципов, экспериментальных методов, технологических приемов, а также химических продуктов в различных отраслях экономики и социально-бытовой сфере. В каждом разделе приведен теоретический материал, контрольные вопросы для повторения и тесты для самостоятельной работы.

---

Самые разнообразные хим. процессы составляют существо и содержание пищевой технологии (брожение, хим. разрыхление, выщелачивание сахара из свекловичной стружки, осветление сока, гидрогенизация жиров).

Химизация сфера быта: все сферы жизни и деятельности людей, их здоровье, питание, одежда, жилище и быт самым тесным образом связаны с химической продукцией. Это мыла и синтетические моющие средства, средства дезинфекции, чистящие средства, средства гигиены, лаки, краски, клеи. В настоящее время в распоряжении людей имеется не менее 1 млн. веществ, выпускаемых химической промышленностью. Но, пользуясь плодами бытовой химии, необходимо подумать не только о своих удобствах и собственной безопасности, но и окружающей среде. Статистика показывает, что на современном этапе объемы производства товаров бытовой химии удваиваются в течение 6-8 лет. Уже сейчас загрязнение окружающей среды препаратами бытовой химии в мире составляет примерно пятую часть всех выбросов в атмосферу. Химики и технологи должны создавать такие новые препараты, которые при высокой эффективности были бы безвредны для людей, животных и растений, а упаковка могла бы использоваться повторно, идти на переделку, либо разрушаться достаточно быстро в земле или в воздухе, не выделяя при этом токсичных продуктов. Нужно помнить, что любая пластмассовая упаковка или аэрозольный баллончик, выброшенный на улице, в лесу, загрязняют природу на долгие годы и десятилетия, вылитые в раковину препараты бытовой химии принесут невосполнимый вред. Помнить об этом, аккуратно и экономно пользоваться средствами бытовой химии, ничего не выбрасывать никуда, кроме мусорных баков, – это и означает внести свой вклад в дело защиты окружающей среды.

Большое значение имеют знания о химических аспектах пищи для организации рационального питания. Вся необходимая для человека энергия поступает в организм из пищи за счет содержащихся в ней белков, жиров и углеводов. Усвояемость пищевых веществ зависит от состава пищи, внешнего вида и запаха, способов ее кулинарной обработки (варить, жарить или парить), степени ее измельчения в полости рта и других факторов. Наличие в продуктах витаминов и минеральных солей также способствует повышению усвояемости пищи. Удовлетворение потребности организма человека в определенном количестве и соотношении пищевыми веществами – один из принципов рационального питания. Например, с одной стороны, тепловая обработка обеззараживает продукты и повышает их усвояемость, с другой – тепловая обработка отрицательно влияет на пищевую ценность продуктов (теряются ароматические и вкусовые вещества; снижается содержание витаминов; в отвар переходят и теряются с ним ценные растворимые вещества; снижается усвояемость белков; происходят нежелательные изменения жиров и т.д.). Очень важно знать значение белков, жиров, углеводов, витаминов и минеральных солей для живого организма, их состав, превращения в организме, источники их поступления в организм.

Химия теснейшим образом связана с медициной. Огромное количество разнообразных лекарственных средств (свыше 12 тыс.) представляют собой различные химические соединения. Химики вместе с медиками, микробиологами и фармацевтами смогли не только установить строение многих природных соединений, используемых в медицине, но и синтезировать некоторые из них. Кроме этого химики пошли по пути создания соединений, хотя и отличающихся от природных, но обладающих аналогичным, а иногда и более эффективным действием. Более того, были получены новые лекарственные средства, которые не знает природа, но способные излечивать многие болезни. Лекарства бывают разные. Сколько болезней, столько и лекарств. Часто бывает и так, что одно и то же заболевание лечат многими лекарствами. Обычно лекарственные средства классифицируют по их основному лечебному действию: противомикробные, обезболивающие, сердечные, антигистаминные, психофармакологические препараты и многие другие.

Таким образом, вклад химии в удовлетворение основных потребностей людей и повышение жизненного уровня весьма велик. Грамотно использовать достижения химической науки и научить этому других – одна из главных задача курса «Прикладная химия».

ХИМИЗАЦИЯ ЭНЕРГЕТИКИ

«Никакой вид энергии не обходится так дорого, как ее недостаток» – это высказывание индийского ученого не звучало так актуально, как в наши дни, когда человечество, не считаясь с огромными финансовыми расходами, прилагает все усилия к поиску новых путей получения энергии. Проблемы, связанные с происхождением, экономичностью, техническим освоением и способами использования различных источников энергии, были и будут неотъемлемой частью жизни на нашей планете. Прямо или косвенно с ними сталкивается каждый житель Земли. Понимание принципов производства и потребления энергии составляет необходимую предпосылку для успешного решения приобретающих все большую остроту проблем современности и в еще большей степени – ближайшего будущего.

Не сходят со страниц газет и журналов статьи об энергетическом кризисе. Из-за нефти возникают войны, расцветают и беднеют государства, сменяются правительства. Разрабатываются гигантские энергетические программы, осуществление которых требует громадных усилий и огромных материальных затрат. Уровень материальной, а, в конечном счете, и духовной культуры людей находится в прямой зависимости от количества энергии, имеющейся в их распоряжении. Чтобы добывать руду, выплавить из нее металл, построить дом, сделать любую вещь, необходимо израсходовать энергию. А потребности человека все растут, и людей становится больше.

Понятие «энергетика» включает в себя методы получения и использования различных видов энергии для нужд человеческого общества. Энергетика или топливно-энергетический комплекс – одна из основ развития современного общества; эффективность решения социальных, экономических и технических задач в значительной мере определяется выработкой энергии и масштабностью энергоресурсов. Энерговооруженность – показатель цивилизации страны. В конце прошлого столетия потребление энергии в расчете на одного человека в год в разных странах было следующим: США – 3000 кВт/ч; Япония – 2700 кВт/ч; Германия – 1500 кВт/ч; СНГ – 400 кВт/ч.

Развитие энергетики может отразить прогресс всего человечества:

• 5000 лет до н.э. – 100 % мускульной энергии;

• 2000 лет до н.э. – 70 % мускульной энергии, 25 % животные, 5 % древесина;

• 1500 г. – 70 % древесины, 20 % тягловые животные, 10 % мускульная энергия;

• 1910 г. – по 16 % тягловые животные и древесина, 65 % уголь, 3 % нефть;

• 1935 г. – 13 % животные, 7 % древесина, 55 % уголь, 15 % нефть, по 5 % газ и вода;

• 1972 г. – 10 % древесина, 32 % уголь, 34 % нефть, 18 % газ, 6 % атомная энергия;

• 1990 г. – 1 % древесина, 20 % уголь, 33 % нефть, 30 % газ, 16 % атомная энергия.

Таким образом, развитие человечества не что иное, как постоянный труд по овладению энергией, которая во все времена определяла мощь и уровень развития общества. Для устойчивого развития необходимы устойчивые энергоресурсы. Но дело в том, что те ресурсы, от которых зависит человек, к таковым не относятся. Кроме этого, энергетика оказывает существенное влияние на окружающую среду, являясь источником различных видов загрязнения воздуха, воды, земной поверхности и недр, а также основным потребителем минерального топлива, определяющим уровень его добычи. Вопросы взаимодействия энергетики и природной среды настолько сложны, что возникла необходимость появления новой области науки – экоэнергетики.

Можно перечислить много видов энергии. Первоисточником большинства из них служит солнечная радиация. Солнце ежесекундно направляет на Землю энергию, равную 16,76∙103 кДж, половина которой, проходя через атмосферу, достигает поверхности Земли. Часть поглощаемой атмосферой и гидросферой энергии затрачивается на круговорот воды в природе или превращается в энергию ветра, волн, океанических течений. Часть энергии, воспринимаемая верхним слоем литосферы, расходуется на накопление теплоты и поверхностной энергии пород, приводящей к их разрушению, иногда до мелкодисперсного состояния (песок, глина). Большая часть солнечной энергии расходуется на фотосинтез и создание живого вещества.

К энергии, непосредственно не связанной с солнечной радиацией, относят тепловую энергию земных недр; энергию океанических и морских приливов; тепловую энергию, получаемую при сжигании биологических (древесина) и геохимических (торф, уголь, газ, нефть) «аккумуляторов солнечной энергии», электроэнергию, атомную энергию и энергию некоторых химических процессов (например, энергия взрыва, используемую в горном производстве).

Все способы получения энергии по характеру используемых ресурсов делятся на две группы. К первой группе относятся способы, использующие невозобновляемые источники энергии (горючие ископаемые, ядерное топливо). Во вторую группу входят способы, основанные на применении возобновляемых энергоресурсов (солнечной радиации, энергии ветра, воды).