Химия и промышленность

Опубликовано Князев Олег Анатольевич вкл 09.04.2013 - 8:38

Автор:

Буздин Владислав

В исследовательской работе рассмотрены разные отрасли промышленности, проведены некоторые опыты, находится информация, которая получена в ходе исследования и, как мне показалась, очень интересна. Сделан вывод о значимости химии.

Скачать:

Вложение	Размер
himiya_i_nasha_zhizn_2.rar	781.09 КБ

Предварительный просмотр:

Муниципальное образование Павловский район Краснодарского края

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа №13 ст. Новопетровской

проект на конкурс творческих проектов

учащихся «Химия в нашей жизни»

по теме:

ХИМИЯ И ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

участник проекта: Буздин Владислав Эдуардович, ученик 10А класса

Руководители проекта: Князев Олег Анатольевич, преподаватель-организатор ОБЖ, учитель физики и информатики;

Щеголихина Зоя Ивановна, учитель химии и биологии

2012г.

Современный мир развитых технологий, в котором живем мы с вами, на мой взгляд, практически полностью находится в зависимости от естественных наук (хотя немалую роль играют гуманитарные науки, я их затрагивать не буду). Нет какого-то приоритета между, например, физикой, химией, информатикой, математикой, астрономией и другими разделами естествознания, перечислять которые можно в отведенные 20 листов проекта. Каждая играет свою значительную роль. Но говорить в этом проекте-докладе я буду о химии. Хотя был бы рад вести рассуждения о других науках. К сожалению это не предусмотрено положением о проведении конкурса.

Химия — наука о веществах, их свойствах, превращениях которые происходят в ходе химических реакций. Она изучает законы, которым подчиняются упомянутые мной химические реакции. Но ведь любая наука имеет смыл, когда ее можно применить на практике! Именно о такой науке можно сказать, что она нужна в нашей жизни. Доля использования химии на практике очень высока, очевидно, что она применяется в различных областях. В промышленности, медицине, пище, быту. Этот список, если постараться, можно также продолжить на отведенные мне 20 страниц.

Выбирая область, в которой хочется «подчеркнуть» химию, я долго терялся в их количестве, и, в конце концов, остановился на промышленности. Промышленность вырабатывает сырье, орудия труда и то, что нужно человеку для облегчения его жизнедеятельности. Промышленность играет важную роль в жизни людей, общества, а одну из «главных ролей» в промышленности играет химия, все в мире взаимосвязано, но сейчас не об этом. От лишних, вступительных слов я перейду к делу.

Химическая промышленность имеет свои отрасли, изображенные на рис. 1. На рисунке изображены не все отрасли. Я не в силах описать их все, но постараюсь охватить как можно больше.

Рис.1. Отрасли химической промышленности.

Как я уже говорил, существование науки целиком и полностью зависит от ее практического применения. Пользуясь этим правилом и зная, что химия применяется на практике, можно взять любую отрасль, например, пищевую. Для этого мне достаточно было заглянуть в домашние запасы пищи.

Рис. 2. Оливки черные с косточками.

Рассмотрим состав, как говорит этикетка, «оливок черных с косточками». В составе, помимо не удивляющих оливок, воды и соли, содержится стабилизатор окраски: глюконат натрия. В моих исследованиях — это пример применения химии. Говорить о том что все состоит из веществ изучаемых этой наукой я не буду. Вернемся к оливкам. В продукте очевидно использование химических добавок. В частности глюконата натрия. В сети интернет можно с легкостью обнаружить, что эта пищевая добавка, предназначенная для усиления вкусовых ощущений, за счет увеличения чувствительности вкусовых рецепторов языка. На консервной банке конкретно не указан код добавки, но к употреблению в пищу разрешен только E-576.

Следующей подопытной будет газированная вода (рис.3). К сожалению я не смог найти ее у себя в наличии, поэтому нашел следующий состав во Всемирной паутине: очищенная газированная вода, сахар, натуральный краситель антоцианин, натуральные ароматизаторы, включая экстракт валерианы, регулятор кислотности лимонная кислота, виноградный сок (0,1%), консервант сорбат калия. На самом деле, состав яблока, если расписать, будет иметь не менее угрожающий вид, но дело не в названии веществ, а во влияние оказываемом на человеческий организм. Как не странно, но первое незнакомое вещество антоцианин — это распространенный пищевой краситель, используемый, в основном, для окрашивания безалкогольных, слабоалкогольных и винных напитков.

Рис.3. Одна из популярных газированных вод.

Он содержится в чернике и черной малине. Снижает риск возникновения рака толстой кишки и пищевода. Это не означает, что воду нужно употреблять литрами. Более того это только первый элемент из состава. Натуральные ароматизаторы используют для придания искусственного аромата пищевым продуктам. Они не вредны в сравнении с искусственными. В нашей стране можно убирать слово идентичные из сочетания «идентичные натуральным». Поэтому трудно сказать точно о вреде вещества, находящегося в «газировке». Остался один элемент состава — консервант сорбат калия. Он широко применяется при консервировании пищевых продуктов и, соответственно, увеличении срока годности. Самое удивительное для меня, что сорбат калия(Е202) один из самых безвредных консервантов. Даже самые ярые критики консервантов признают, что Е202 не представляет опасности для человека. Я взял состав одной из популярных газированных вод, но не обнаружил вредных веществ. Задолго до этого проекта я изучал воду другой компании и обнаружил консервант бензоат натрия, который намного вреднее сорбата. Стоить отметить, что иногда их можно увидеть в одном продукте.

Я отдаю больше текста использованию химии в пищевой промышленности, потому что проводить исследования в этом направлении гораздо удобнее и дешевле. Остальные отрасли промышленности я опишу не так объемно.

В пищевой промышленности остался резонансный вопрос, который я хочу рассмотреть, вредны ли чипсы.

Рис.4. Чипсы – причина огромного количества споров между людьми об их вредности или причина гастрита.

Состав следующий: картофель, растительное масло, идентичный натуральному ароматизатор "Бекон" (пшеничная мука, соль, глюкоза), усилители вкуса и аромата (глутамат натрия, инозинат натрия, гуанилат натрия), соевый белок, краситель (экстракт паприки), коптильный ароматизатор, натуральные и идентичные натуральным вкусоароматические вещества, мясной порошок.

Ароматизаторы я рассматривал выше, поэтому пойдем по незнакомым составляющим.

Глутамат натрия Е621 — содержится в чипсах, ресторанной пище, соусах для салатов и супах. Действует стимулирующим образом на окончания вкусовых нервов и вызывая, при этом, «ощущение удовлетворения». Но, использовать Глутамат натрия нужно ограниченно, так как в организме человека глутаминовая кислота превращается в гамма-аминомасляную кислоту, которая является возбудителем центральной нервной системы.

Инозинат натрия Е631 — является безвредной для человека добавкой.

Гуанилат натрия Е621 — это также добавка для улучшения вкусового восприятия, но есть одно маленькое, но огромное «но». Е621 называют «легальным наркотиком». Он вызывает привыкание к пище, в которой он находится. Это то, о чем говорили нам в школе. Чипсы я не употреблял, но и поверить в это долгое время не мог. И о хорошем воздействии на организм не может быть и речи. Помимо всего, эти добавки имеют разрешенный предел, из которого следует, что эти добавки вредны организму. Конечно, к летальному исходу это не приведет, но заставит задуматься над смыслом жизни.

Можно упомянуть идентичные натуральным вкусоароматические вещества, безвредных вариантов которых не существует.

Когда говорят о вреде разнообразных добавок, виновной признают химию. Но как же так? Ведь в нашей стране существует презумпция невиновности, и обвинять химию мы не в праве, да и не в чем ее винить. Вредная сторона химии раскрывается самим человеком. Мы сами травим, и это не секрет для каждого.

Что можем противопоставить мы этому суровому миру? Против представшим врагом мы будем бороться его же методами. Предлагаю прямо сейчас провести интересный опыт-разоблачитель, в котором мы определим качество меда. Опыт не нуждается в картинках, да и повторно провести его у меня не получится т.к. дома нет разных видов меда. Выделю последовательность действий в отдельный абзац, ибо неудобно читается.

В моем распоряжении был натуральный и «порционный» мед. Откуда я узнал, что мед натуральный? Просто взял его у знакомого пасечника. Ну, продолжим. В четыре пробирки «фасуем» вещества. В первую 5мл натурального меда в 5мл воды, во второй 5мл «порционного меда» в 5мл воды, в третьей 0,2г сахара в 5мл воды, а в четвертой просто 5мл воды. В отдельный стакан на 100мл приливаем 10мл 10%-ного сульфата меди(II) и при размешивании (опять добавляем) 20мл 20%-ного гидроксида натрия. После полученную щелочную смесь разливаем поровну в 4 пробирки. Чтобы не считать вам, я скажу, что это где-то по 7,5 мл. Все это делается при комнатной температуре. В ходе наблюденный обнаружим, что в первой пробирке признаки реакции стали заметны уже через 2 мин, во второй – через 5, в третьей через 20, а в четвертой все останется без изменений. Смесь в пробирке начнет зеленеть, затем станет коричневой и в конце окажется ярко рыжей. «Ну и что?» - спросите вы, а я вам отвечу, что я еще не договорил. Объясняется это тем, что в натуральном меде больше глюкозы. Сахар может вступить в реакцию только после щелочного гидролиза дисахарида. Реакция в этом опыте стандартная, на альдегидную группу.

Качественная реакция на альдегидную группу(не нуждается в нумерации)

Теперь поговорим о другой отрасли. Электроника — очень широкое понятие. Химия является важной составляющей большей части макро- и микротехнологий, используемых в этой области. Химики уже в течение нескольких веков работают на наноуровне, к которому стремится современная электроника. Поэтому переход химических технологий на наноуровень очень интересен и полезен.

Рис 5. Травление печатной платы.

Ну и конечно, убедившись в том, что электроника не может существовать без химии рассмотрим небольшой практический пример. Травление печатных плат (Рис 5) требует фоторезиста, просветителя, растворы травления меди, проявитель фоторезиста и другую химию (например, для смывания фоторезиста). На практике мы рассмотрим травление хлорным железом.

Итак, процесс травления хлорным железом сопровождается выделением газов, поэтому необходимо работать в проветриваемом помещении.

Для травления можно использовать посуду, желательно из пластмассы, стекла. Нужно приготовить водный раствор: 1 часть хлорного железа и 3 части воды. Чем выше температура раствора, тем меньше время травления. Лучше довести температуру до 80 oC, если позволяет материал, которым нанесён рисунок.

В процессе травления хлорным железом необходимо непрерывно перемешивать раствор. Желательно покачиванием сосуда, металлические изделия использовать не рекомендуется. Иногда, если размер платы не очень большой, ее можно класть на поверхность раствора рисунком вниз - не нужно покачивать, но трудно отследить окончание процесса травления. Для двусторонних плат очень эффективно использовать посуду с вертикальным расположением платы. Время травления хлорным железом составляет от 5 до 50 минут и зависит от температуры, концентрации раствора и его загрязнённости медью. После травления плату нужно промыть проточной водой и высушить.

Раствор хлорного железа можно хранить в тёмном месте в закрытой посуде и использовать его несколько раз.

При попадании на кожу и поверхности раковин раствор хлорного железа оставляет трудноудаляемые жёлтые пятна.

Для справки. Эти вещества довольно вредны для человека, поэтому применять их для другой задачи опасно для здоровья.

Но на травлении печатных плат не заканчивается увлекательный путь химии. Создание Интегральных схем(ИС) и микропроцессоров, выводы на которых должны быть именно золотыми, чтобы не окисляться и качественно передавать сигналы. Все это стоит за исследуемой мной наукой. Химия позволяет создавать проводники с меньшим сопротивлением, корпусы для электронных устройств, а так же резисторы, основанные на проводниках с большим сопротивлением, транзисторы и диоды работающие за счет полупроводников. Без электроники не было бы компьютеров, телевизоров, а без химии не было бы электроники. Все взаимосвязано.

В энергетике тоже используется химия. Вся история развития цивилизации - поиск источников энергии. Решение энергетической проблемы требует глобальных усилий. Свой немалый вклад делает химия. В течение 80 лет одни основные источники энергии сменялись другими: дерево заменили на уголь, уголь - на нефть, нефть - на газ, углеводородное топливо - на ядерное. К началу 80-х годов в мире около 70% потребности в энергии удовлетворялось за счёт нефти и природного газа, 25% - каменного и бурого

угля и лишь около 5% - других источников энергии. Наиболее крупными энергопотребителями являются ТЭС, в которых за счет сгорания угля вырабатывается электроэнергия, и АЭС. Можно упомянуть производство энергосберегающих устройств, например лампочек.

В медицине химия имеет куда большее значение чем в любых других отраслях. Одно из самых заметных достижений химии является синтез лекарственных препаратов. В результате этих достижений многие болезни, от которых раньше погибали миллионы людей. Например, чума за три года погубила 20 миллионов человек в Европе!

Получение первого антибиотика (рис 6), на который у меня аллергия, тоже очень интересно. Еще в начале 70-х годов XIX века врач и публицист Вячеслав Авксентьевич Манасеин и дерматолог Алексей Герасимович Полотебнов установили антибактериальные и лечебные свойства зеленой плесени. Но несовершенство химических методов не позволило в то время выделить из плесени антибиотик. В 1928 году шотландский бактериолог и биохимик Александер Флеминг заметил, что оставленная им на несколько дней культура стафилококковых бактерий покрылась плесенью. Вместо того чтобы выбросить испорченный препарат, Флеминг начал внимательно его разглядывать: он заметил, что вокруг каждого пятнышка плесени располагаются чистые области, где культура бактерий исчезла.

Рис 6. Пенициллин.

Он понял, что в этих областях присутствует какое-то вещество, выделяемое плесневыми грибами, которое обладает сильным антибактериальным действием. Так был открыт пенициллин. В общем благодаря химии мы имеем возможность вылечится от болезней которые раньше вели за собой летальный исход. Это то самое практическое применение науки о котором я говорил в начале проекта.

Рис 7. Двигатель внутреннего сгорания

Существование машиностроение тоже зависит от химии. Рассмотрим двигатель внутреннего сгорания с химической стороны. Во-первых, для его работы нужно создать его из какого-то металла, который выдержит большое давление и огромную температуру. Благодаря сгоранию бензина это устройство приводится в движение, а сколько еще разных масел, очищающих веществ. Это очень большой список, за который «отвечает» химия.

Рис 8. Парфюмерия

А давайте обратим внимание на парфюмерию(рис 8). Это сплошная химия. Духи сделаны на основе всех типов веществ органической химии.

В недавнее время на производстве начался новый этап, называемый «Зеленая химия», который направлен на наиболее безопасное и экономичное производство. Это, несомненно, очень хорошо, но нашей и без того ослабленной промышленности это будет дорого и убедить управление в необходимости преобразований будет нелегко. Хотя, как ни крути, сейчас нужно, чтобы химия работала на защиту окружающей среды от самой себя. Нужно заметить, что на некоторых заводах, местах производства «зеленая химия» действительно началась.

Сначала я думал, что эта работа — пустая трата времени, но попробовав, я около двух дней, не отрываясь, занимался исследованием. Для меня было новым, что в той газированной воде не было особо вредных веществ, продукты такого типа считаю «источником зла», потому что они безопасны только в малых количествах, плюс ко всему я не потерял привычку не верить тому, что на этикетке. Много узнал об использовании химии в других сферах, но главное - еще раз убедился, что химия, как и другой раздел естествознания присутствует везде: и в быту, и в промышленности, и во многом другом. Без химии невозможна физика, биология, астрономия и другие науки. Химия, в свою очередь невозможна без перечисленных наук. Я уверен, что все в мире подчиняется естественным наукам, включая гуманитарные. И пусть говорят, что человек непредсказуем. Вся его «непредстазуемости» целиком зависят от химических реакций в его организме. С одной стороны хочется сказать, что химия, как Пушкин — наше все, но это будет очень неправильно с научной точки зрения. Поэтому химия — одна из важнейших наук в жизни человека, жизни планеты, жизни вселенной.

Ссылки на использованные картинки и интернет ресурсы.

Рис 3 - http://www.7cont.ru/image?id=28275

Рис 4 - http://pics.livejournal.com/kirillgubin/pic/0005p6f1

Рис 5 - http://pro-radio.ru/user/uploads/63065.jpg

Рис 6 - http://os1.i.ua/3/1/8058348_773d609a.jpg

Рис 7 - http://avtokafe.ru/dvigatel-vnutrennego-sgoraniya/

Рис 8 - http://www.spartak-fanclub.ru/partner/Parfum2.jpg

Ссылки на используемую литературу