Глава VIII. ХИМИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА В ЖИЗНИ И ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА 8.51. Роль химии в развитии цивилизации

Привет, Вы узнаете о том , что такое Глава VIII. ХИМИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА В ЖИЗНИ И ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА 8.51. Роль химии в развитии цивилизации, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое Глава VIII. ХИМИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА В ЖИЗНИ И ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА 8.51. Роль химии в развитии цивилизации , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Неорганическая химия.

Продукция химической промышленности

Среди продукции химической промышленности выделяют базовые химикаты, продукты жизнеобеспечения, специальные химикаты и химикаты бытового назначения (рис. 119).

Рис. 119. Задачи, решаемые химией в интересах устойчивого развития цивилизации

Базовые химикаты представляют собой органические вещества — продукты переработки нефти, природного газа, а также неорганические вещества и удобрения, полученные из минерального сырья.

Органические вещества — этилен, пропилен, бензол, толуол, метанол, винилхлорид, стирол, бутадиен и т. д. — являются исходным материалом для производства пластмасс, искусственных волокон и других более сложных органических веществ. Наиболее востребованы такие полимеры, как полиэтилен, поливинилхлорид, полипропилен, полистирол, полиэтилентерефталат.

Например, полиэтилен используется в производстве упаковочной пленки, контейнеров и труб; поливинилхлорид — в изготовлении трубопроводов, оконных рам, сайдинга; полипропилен является сырьем для этих же изделий, а также тканевых и ковровых покрытий; полистирол применяется в производстве изделий бытовой техники, деталей автомобилей, игрушек и товаров для отдыха.

Полиэтилентерефталат — один из самых распространенных полимеров. Он необходим для изготовления бутылок и упаковки продуктов, текстильных волокон, деталей автомобилей, используется как диэлектрик в производстве электротехнического оборудования. Из него делают протезы клапанов сердца и сосудов, искусственные связки и сухожилия, нити, применяемые в хирургических операциях.

К крупнотоннажным неорганическим химикатам относят аммиак, каменную соль (NaCl), хлор, каустическую (NaOH) и кальцинированную соду (Na2CO3), серную, азотную, фосфорную, соляную кислоты, диоксид титана и пероксид водорода, фосфорные, азотные и калийные минеральные удобрения, средства для химической мелиорации почв, дезинфицирующие препараты.

Продукцией нефтехимии являются различные виды топлива — бензин, керосин, дизельное топливо, мазут.

Химические процессы используют также в производстве цемента, стекла, керамики, металлов.

Химические продукты жизнеобеспечения человека и животных — это витамины и лекарственные препараты, реактивы для диагностики заболеваний.

Специальные химикаты — это вещества и материалы, предназначенные для изготовления электронных и электротехнических устройств, чистящих средств, защитных покрытий, клеев, герметиков, катализаторов, пищевых добавок и многого другого.

Химикаты бытового назначения используются в производстве моющих средств и средств личной гигиены, парфюмерии и косметики. Это то, с чем мы сталкиваемся повседневно.

Наш мир быстро насыщается продуктами химической промышленности, для обращения с которыми на производстве и в быту требуется высокий уровень химических знаний. Неумелое обращение с веществами природного и техногенного происхождения может навредить не только окружающим, но и иметь глобальные последствия для всего общества и природы. Поэтому без усвоения химических знаний нельзя сохранить статус члена современного общества.

Основные задачи, решаемые химией в интересах устойчивого развития цивилизации, представлены на рисунке 119.

С применением ряда химических веществ в повседневной жизни человека вы познакомились, изучая материал глав 6 и 7. Например, хлорид натрия и уксусная кислота используются в приготовлении и консервации пищи. Кристаллогидраты сульфатов меди(II) и железа(II) применяют в растениеводстве как антисептические средства, а также как фунгициды — средства для борьбы с грибковыми заболеваниями растений. Для повышения плодородия кислой почвы в нее вносят мел или доломитовую муку. Гипохлорит натрия используют для дезинфекции помещений.

Зачатки химии возникли еще со времен появления человека. Поскольку человек всегда, так или иначе, имел дело с химическими веществами, его первые эксперименты с огнем, дублением шкур, приготовлением пищи можно назвать зачатками практической химии. Постепенно практические знания накапливались, и в самом начале развития цивилизации люди умели готовить некоторые краски, эмали, яды и лекарства. Вначале человек использовал биологические процессы, такие, как брожение, гниение; позже, с освоением огня, начал использовать процессы горения, спекания, сплавления. Использовались окислительно-восстановительные реакции, не протекающие в живой природе — например, восстановление металлов из их соединений.

Такие ремесла, как металлургия, гончарство, стеклоделие, крашение, парфюмерия, косметика, достигли значительного развития еще до начала нашей эры. Например, состав современного бутылочного стекла практически не отличается от состава стекла, применявшегося в 4000 году до н. э. в Египте. Хотя химические знания тщательно скрывались жрецами от непосвященных, они все равно медленно проникали в другие страны. К европейцам химическая наука попала главным образом от арабов после завоевания ими Испании в 711 году. Они называли эту науку „алхимией“, от них это название распространилось и в Европе.

Известно, что в Египте уже в 3000 году до н. э. умели получать медь из ее соединений, используя древесный уголь в качестве восстановителя, а также получали серебро и свинец. Постепенно в Египте и Месопотамии было развито производство бронзы, а в северных странах — железа. Делались также теоретические находки. Например, в Китае с XXII века до н. э. существовала теория об основных элементах (Вода, Огонь, Дерево, Золото, Земля). В Месопотамии возникла идея о противоположностях, из которых построен мир: огонь—вода, тепло—холод, сухость—влажность и т. д.

В V веке до н. э. в Греции Левкипп и Демокрит развили теорию о строении вещества из атомов — атомизм. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . По аналогии со строением письма они заключили, что как речь делится на слова, а слова состоят из букв, так и все вещества состоят из определенных соединений (молекул), которые в свою очередь состоят из неделимых элементов (атомов).

В V веке до н. э. Эмпедокл предложил считать основными элементами (стихиями) Воду, Огонь, Воздух и Землю. В IV веке до н. э. Платон развил учение Эмпедокла: каждому из этих элементов соответствовал свой цвет и своя правильная пространственная фигура атома, определяющая его свойства: огню — красный цвет и тетраэдр, воде — синий и икосаэдр, земле — зеленый и гексаэдр, воздуху — желтый и октаэдр. По мнению Платона, именно из комбинаций этих „кирпичиков“ и построен весь материальный мир. Учение о четырех превращающихся друг в друга было унаследовано Аристотелем.

Слово „алхимия“ попало в европейские языки из араб. الخيمياء‎ (’al-kīmiyā’), которое, в свою очередь, было заимствовано из среднегреческого χυμεία „флюид“.

Культура Египта обладала хорошо развитыми технологиями, что демонстрируют объекты и сооружения, создание которых возможно только при наличии теоретической и практической базы. Подтверждение развития первичных теоретических знаний в Египте наука получает в последнее время. Тем не менее, на такое происхождение указывает, в большей степени эзотерическую, концептуальную принадлежность имеющие подобия теоретических — традиционные источники алхимии — этого причудливого и цветистого „симбиоза“ искусства и, в определенной степени — примата одного из основных разделов естествознания — химии, только формально берущей начало в этом комплексе знаний и опыта. Среди таких источников в первую очередь следует назвать — „Изумрудную скрижаль“ (лат. «Tabula smaragdina») Гермеса Трисмегиста, как и ряд других трактатов „Большого алхимического свода“ .

Имел место еще в IV—III веках до н. э. на Востоке (в Индии, Китае, в арабском мире) ранний „прототип“ алхимии. В этот и последующие периоды были найдены новые способы получения таких элементов как ртуть, сера, фосфор, охарактеризованы многие соли, уже были известны и использовались кислота HNO₃ и щелочь NaOH. С раннего Средневековья получает развитие то, что сейчас принято понимать под алхимией, в которой традиционно соединились, наряду с вышеназванными наукообразными компонентами (в смысле современного понимания методологии науки), философские представления эпохи и новые для того времени ремесленные навыки, а также магические и мистические представления; последними, впрочем, и была наделена в отдельных своих проявлениях и особенностях философская мысль той поры. Известными алхимиками того времени были Джабир ибн Хайян (Гебер), Ибн Сина (Авиценна) и Абу Бакр ар-Рази. Еще в античности, благодаря интенсивному развитию торговли, золото и серебро становятся всеобщим эквивалентом производимых товаров. Трудности, с которыми связано получение этих сравнительно редких металлов, побудили к попыткам практического использования натурфилософских воззрений Аристотеля о преобразовании одних веществ в другие; возникновение учения о „трансмутации“, вместе с уже названным Гермесом Трисмегистом, традиция алхимической школы связывала и с его именем. Представления эти претерпели мало изменений вплоть до XIV века .

Алхимики в поисках философского камня

В VII веке н. э. алхимия проникла в Европу. В то время, как и на протяжении всей истории, у представителей господствовавших слоев общества особой „популярностью“ пользовались предметы роскоши, в особенности — золото, поскольку именно оно являлось, как уже отмечено, эквивалентом торговой оценки. Алхимиков, в числе прочих вопросов, продолжали интересовать способы получения золота из других металлов, а также проблемы их обработки. Вместе с тем, к тому времени арабская алхимия стала отдаляться от практики и утратила влияние. Из-за особенностей технологий, обусловленных, в числе прочего — системой герметических взглядов, различием знаковых систем, терминологии и сугубо корпоративного распространения знаний „алхимическое действо“ развивалось очень медленно. Наиболее известными европейскими алхимиками считаются Никола Фламель, Альберт Великий, Джон Ди, Роджер Бэкон и Раймонд Луллий. Эпоха алхимиков ознаменовала получение многих первичных веществ, разработку способов их получения, выделения и очистки. Только в XVI веке, с развитием различных производств, в том числе металлургии, а также фармацевтики, обусловленным возрастанием ее роли в медицине, начали появляться исследователи, чья деятельность выразилась существенными преобразованиями в этой науке, которые приблизили становление хорошо осмысленных и актуальных практических методов этой дисциплины. Среди них, прежде всего, следует назвать Георгия Агриколу и Теофраста Бомбаста Парацельса .

Химия как самостоятельная дисциплина определилась в XVI—XVII веках, после ряда научных открытий, обосновавших механистическую картину мира, развития промышленности, появления буржуазного общества. Однако из-за того, что химия, в отличие от физики, не могла быть выражена количественно, существовали споры, является ли химия количественной воспроизводимой наукой или это некий иной вид познания. В 1661 году Роберт Бойль создал труд „Химик-скептик“, в котором объяснил разность свойств различных веществ тем, что они построены из разных частиц (корпускул), которые и отвечают за свойства вещества. Ван Гельмонт, изучая горение, ввел понятие газ для вещества, которое образуется при нем, открыл углекислый газ. В 1672 году Бойль открыл, что при обжиге металлов их масса увеличивается, и объяснил это захватом „весомых частиц пламени“.

М. В. Ломоносов уже в первой известной своей работе, именно к данной области естествознания отношение имеющей — „Элементы математической химии“ (1741), в отличие от большинства химиков своего времени, считавших эту сферу деятельности искусством, классифицирует ее как науку, начиная свой труд словами :

В начале XVIII века Шталь сформулировал теорию флогистона — вещества, удаляющегося из материалов при их горении.

В 1749 году М. В. Ломоносов написал „Размышления о причине теплоты и холода“ (замысел работы относится к 1742—1743 годам — см. его же „Заметки по физике и корпускулярной философии“). Высочайшую оценку этому труду дал Л. Эйлер (письмо 21 ноября 1747 года). В 1848 году профессор Д. М. Перевощиков, обстоятельно излагая важнейшие идеи М. В. Ломоносова, подчеркивает, что его теория теплоты опередила науку на полстолетия („Современник“, январь 1848, т. VII, кн. 1, отд. II, с. 41—58) — со мнением этим, до того и в дальнейшем, согласуется мнение многих других исследователей .

В 1754 году Блэк открыл углекислый газ, Пристли в 1774 — кислород, а Кавендиш в 1766 — водород.

В период 1740—1790 годов Лавуазье и Ломоносов химически объяснили процессы горения, окисления и дыхания, доказали, что огонь — не вещество, а следствие процесса. Пруст в 1799—1806 годах сформулировал закон постоянства состава. Гей-Люссак в 1808 открыл закон объемных отношений (закон Авогадро). Дальтон в труде „Новая система химической философии“ (1808—1827) доказал существование атомов, ввел понятие атомный вес, элемент — как совокупность одинаковых атомов.

В 1811 году Авогадро выдвинул гипотезу о том, что молекулы элементарных газов состоят из двух одинаковых атомов; позднее на основе этой гипотезы Канниццаро осуществил реформу атомно-молекулярной теории. Эта теория была утверждена на первом международном съезде химиков в Карлсруэ 3-5 сентября 1860 года.

Дмитрий Иванович Менделеев

Периодическая система химических элементов Менделеева

В 1869 году Д. И. Менделеев открыл периодический закон химических элементов и создал периодическую систему химических элементов. Он объяснил понятие химический элемент и показал зависимость свойств элемента от атомной массы. Открытием этого закона он основал химию как количественную науку, а не только как описательную и качественную.

Важную роль в познании структуры вещества сыграли открытия XIX века. Исследование тонкой структуры эмиссионных спектров и спектров поглощения натолкнуло ученых на мысль о их связи со строением атомов веществ. Открытие радиоактивности в 1896 году показало, что некоторые атомы нестабильны (изотопы) и могут самопроизвольно превращаться в новые атомы (радон — „эманация“).

Квантовая химия — это направление химии, рассматривающее строение и свойства химических соединений, реакционную способность, кинетику и механизм химических реакций на основе квантовой механики. Разделами квантовой химии являются: квантовая теория строения молекул, квантовая теория химических связей и межмолекулярных взаимодействий, квантовая теория химических реакций и реакционной способности и др. Квантовая химия находится на стыке химии и квантовой физики (квантовой механики). Она занимается рассмотрением химических и физических свойств веществ на атомарном уровне (моделях электронно-ядерного строения и взаимодействий, представленных с точки зрения квантовой механики). Вследствие того, что сложность изучаемых объектов во многих случаях не позволяет находить явные решения уравнений, описывающих процессы в химических системах, применяют приближенные методы расчета. С квантовой химией неразрывно связана вычислительная химия — дисциплина, использующая математические методы квантовой химии, адаптированные для составления специальных компьютерных программ, используемых для расчета молекулярных свойств, амплитуды вероятности нахождения электронов в атомах, симуляции молекулярного поведения.

Вопросы, задания, задачи

1. Приведите по два примера использования простых веществ, оксидов и оснований в повседневной жизни.

2. Назовите примеры кислот и солей, входящих в состав продуктов питания или используемых в приготовлении пищи.

3. По этикеткам на одежде проанализируйте, из каких волокон она изготовлена. Выпишите названия этих волокон и их химические формулы.

4. Заполните приведенную ниже таблицу названиями веществ и материалов, с которыми вы ознакомились в курсе химии.

5. Приведите примеры используемых в промышленности химических реакций получения металлов, с которыми вы ознакомились, изучая материал главы 7.

6. Приведите примеры используемых в промышленности химических реакций получения азотной и серной кислот, с которыми вы ознакомились, изучая материал главы 6.

7. На основе изученного в главах 6 и 7 материала предложите неорганические вещества, пригодные для борьбы с заболеваниями растений.

8. Гипс — один из важнейших строительных материалов. Помимо применения в изготовлении штукатурки, панелей и перегородок, его используют для получения слепков, декоративных элементов. Рассчитайте минимальный объем воды, которую нужно добавить к порошку полуводного сульфата кальция массой 1000 г для формирования двухводного кристаллогидрата и получения твердого прочного материала.

9. Для удаления ржавчины перед окраской деталей автомобиля их можно обработать фосфорной кислотой. Для этого рекомендуется к 100 г 85%-ной фосфорной кислоты добавить 1 дм3 воды. Определите массовую долю и молярную концентрацию кислоты в полученном растворе. Плотность раствора принять равной 1,04 г/см3.

10. Гомельский химический завод выпускает комплексные гранулированные азотно-фосфорно-калийные удобрения различных марок. Одна из них характеризуется массовой долей аммонийного азота — 5 %, массовая доля общих фосфатов в пересчете на Р2О5 — 16,5 %, массовая доля общего калия в пересчете на K2O — 36 %.

Предположим, что вам необходимо приготовить такое удобрение путем смешивания трех компонентов: NH4H2PO4, (NH4)2HPO4, KCl.

Рассчитайте, в каком массовом отношении надо смешать эти компоненты, чтобы получить удобрение с указанным составом питательных элементов.

Исследование, описанное в статье про Глава VIII. ХИМИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА В ЖИЗНИ И ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА 8.51. Роль химии в развитии цивилизации, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое Глава VIII. ХИМИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА В ЖИЗНИ И ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА 8.51. Роль химии в развитии цивилизации и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Неорганическая химия

Ответы на вопросы для самопроверки пишите в комментариях, мы проверим, или же задавайте свой вопрос по данной теме.