Цели:
Тип урока: Урок–конференция.
Методы обучения: наглядные, словесные, практические.
КМО: Мультимедиа проектор, коллекции нефтепродуктов, экологический вестник, музыкальные композиции: “Прости, Земля”, “Чистые пруды”, задачи, тест.
Межпредметные связи: материаловедение (получение пластмасс, красителей, нефтепромысел, состав и структура углеводородов нефти), техническое обслуживание и ремонт автомобиля, биология, экология, география.
Ход урока
I. Организационный момент (2 мин.).
II. Актуализация опорных знаний (5 мин.).
В наши дни проблема охраны окружающей среды чрезвычайно возросла в связи со значительным, а очень часто и катастрофическим воздействием хозяйственной деятельности человека на природу.
Производственная деятельность человека нанесла биосфере – живой оболочке Земли – серьезный урон, нарушив сложившееся за время существования планеты экологическое равновесие. Загрязнение окружающей среды в нашем сознании связывается в первую очередь с отравлением воды, воздуха, земли, которое может непосредственно влиять на здоровье и самочувствие человека. Однако химическое загрязнение чревато и косвенными эффектами. Например, большие выбросы углекислого газа сказываются на климате, что, в свою очередь, отражается на производстве продуктов питания; изменение концентраций биогенных элементов (азота, серы, фосфора, калия и др.) приводит к гибели одних популяций и бурному размножению других.
Химическое загрязнение окружающей среды обусловлено следующими факторами:
III. Доклады обучающихся (50 мин.).
План:
IV. Закрепление знаний (15 мин.).
Задача № 1: При сгорании в карбюраторе автомобиля 1 кг горючего в воздух попадает 800 г СО (II). Рассчитайте массу и объем СО, образующего при горении 100 кг горючего.
Задача № 2: Установлено, что за вегетационный период дерево имеет 10 кг листьев и может обезвредить без ущерба для себя свыше 500 г. – SO 2 , 250 – Cl 2 , 700 г. – CO 2 . Рассчитайте, какое количество и какую массу газов может обезвредить только одно дерево.
Задача № 3: На НПЗ негерметичное соединение коммуникаций приводит к утечке 1 капли бензина в секунду. Потери за месяц составили 130 л. Сколько составят потери за год? Сколько может проехать автомобиль на потерянном топливе, если расход составляет 15 л на 100 км? Какой вред могут нанести окружающей среде потери нефти и нефтепродуктов?
Задача № 4: После окончания лабораторной работы по химии ваш товарищ вылил использованные реактивы в раковину, а не в специально приготовленную для этих целей емкость. Как вы поступите?
Задача № 5: Мальчик разбил градусник в отсутствии родителей. Как ему следует поступить?
Задача № 6: Как бы вы поступили, если бы, прогуливаясь по берегу водоема, увидели ржавое ведро возле старого кострища:
Задачи № 4–6 оцениваем по нравственно-этическим нормам гражданина России.
V. Рефлексивный этап (5 мин.).
Листочки можно не подписывать, в случае соглашения с утверждением ставят около него знак “+”.
Рефлексивный тест.
VI. Подведение итогов занятия (3 мин.).
Подводим итог занятию. Сообщение отметок обучающимся за работу на занятии.
VII. Домашнее задание.
Подготовка к контрольной работе № 9.
ХИМИЯ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Программа элективного курса по выбору учащихся 11 классов
Богданова Альфия Асадулловна, учитель химии второй квалификационной категории МАОУ «СОШ № 50»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Одна из важнейших задач современной школы заключается в том, чтобы вооружить учащихся глубокими экологическими знаниями, привить им навыки осознанной экологической культуры поведения в трудовой деятельности и в быту.
Целью экологизации химии в школе является получение знаний и воспитание учащихся в направлении удовлетворения потребностей человека при минимальном нарушении природных взаимосвязей и взаимодействий. Каждое поколение должно уметь решать собственные задачи, сохраняя имеющиеся ресурсы для последующего поколения.
Лучшим средством для решения этих задач является программа краеведения. Комплексный подход в изучении родного края позволяет сформировать глубокие знания и умения краеведческого содержания, так как курс включает характеристику основных объектов природы, проблем родного края. Реализация регионального компонента ориентирует учащихся на организацию личностного познания родного края от непосредственного восприятия, изучения, ощущения к осмыслению.
Краеведение вовлекает учащихся самостоятельно в исследовательскую работу, раскрывает перед ними своеобразие родного края, красоту его природы и воспитывает любовь к нему. Краеведческие работы, особенно если они приобретают практическое значение, повышают авторитет школы, сильнее связывают школу с жителями окружающей территории.
Одним из основных источников загрязнения окружающей среды является накопление тяжелых металлов появляющихся путем сжигания топлива. В золе оставшейся после сжигания одной тонны каменного угля в среднем содержится 200г цинка, 300г кобальта,700г никеля, 400г урана, 100г свинца; в золе нефти обнаруживается до 65% ванадия, ртуть, мышьяк.
Городской транспорт так же представляет собой один из основных источников загрязнения воздуха. В выхлопных выбросах автомобилей содержатся оксиды азота NO(II ), NO 2 ( IV ) , угарный газ СО(II ) , углеводороды.
Курс рассчитан на 34 часа, рекомендован для учащихся 11 классов, проявляющих интерес к естественно-научным дисциплинам в целях организации предпрофильной подготовки. Знания и умения, полученные на занятиях курса, помогут в выборе профессии, поступлению в ВУЗы на факультеты химической технологии.
Задачи:
углубление, расширение знаний учащихся о составе, строении, свойствах веществ, их взаимодействиях на окружающую среду;
раскрытие механизмов биогеохимических процессов в природном круговороте элементов;
формирование умений самостоятельно получать знания;
совершенствование экспериментальных умений;
привлечение учащихся к исследовательской работе по изучению экологических проблем.
Содержательные элементы: освоение понятий и методов оценки окружающей среды, решение экологических задач, проблем.
Технология обучения: игровые технологии.
Методы обучения:
репродуктивный
практический
наглядно-иллюстративный
самостоятельные работы
Формы организации деятельности: групповые, индивидуальная, парная, фронтальная.
Формы организации обучения: беседы, деловые игры, практические занятия, семинары.
Критерии оценок ожидаемых результатов: защита творческих работ.
Отслеживание динамики интереса: анкеты, тесты, ответы на вопросы.
Формы отчетности для учащихся: защита рефератов, творческих работ на научно-практической конференции.
ТРЕБОВАНИЯ К РЕЗУЛЬТАТАМ ОБУЧЕНИЯ
После изучения элективного курса «Химия и охрана окружающей среды» учащиеся должны:
знать о химических проблемах окружающей среды, мониторинг состояния окружающей среды, классификация загрязнений, стандарты качества окружающей среды, виды и методы очистки веществ; эколого-химические аспекты энергетики, экологический мониторинг воздуха; технологию очистки воды, рациональное использование и охрану водных ресурсов.
уметь проводить опыты; определять загрязнение воздуха по снежному покрову методом лихеноиндикации; анализировать результаты наблюдаемых опытов; высказывать предложения о возможных результатах эксперимента, определять рН раствора, обращаться с лабораторным оборудованием, соблюдать правила техники безопасности, оформлять результаты наблюдений и опытов.
СОДЕРЖАНИЕ КУРСА
Введение (3 часа).
Химия и проблемы окружающей среды. Мониторинг состояния окружающей среды. Взаимодействие в системе производства «окружающая среда». Современные подходы к созданию малоотходных, энерго- и ресурсосберегающих технологий.
Тема №1. Загрязнители и их источники (5 часов).
Понятие о загрязнении окружающей среды. Классификация загрязнителей. Экологическое нормирование: учет множественности путей загрязнения и самоочищения элементов биосферы при оценке последствий антропогенного воздействия; развитие научного подхода к нормированию антропогенных воздействий с учетом их влияния на окружающую среду. Стандарты качества окружающей среды. Стационарные и нестационарные источники. Принцип биологического накопления. Виды и методы очистки веществ. Очистные сооружения.
Тема №2. Эколого-химические аспекты энергетики (6 часов).
Эколого-химические аспекты энергетики. Топливно-энергетические ресурсы. Экологические проблемы реакции горения. Загрязнение среды при добыче, транспортировке, хранении и переработке топливного сырья.
Альтернативные источники энергии: гидроэнергетика, атомная, термоядерная, солнечная энергия. Проблемы и перспективы развития.
Автомобильный транспорт и экологические проблемы.
Электромобиль: имеет ли он будущее.
Тема №3. Воздух и его охрана (6 часов).
Атмосфера. Состав воздуха. Основные химические продукты, техногенно попадающие в атмосферу (оксиды углерода, серы, азота, свинец, ртуть)
Причины разрушения озонового слоя. Парниковый эффект. Фотохимический смог.
Загрязнение атмосферы. Радиационное загрязнение. Электромагнитное загрязнение бытовым мусором Проблема промышленных отходов.
Способы очистки газообразных выбросов. Экологическое нормирование качества окружающей среды. Экологический мониторинг воздуха. Охрана атмосферы. Региональные программы по охране атмосферы.
Практическая работа №1.
«Определение загрязнений воздуха по почвенному покрову»
Практическая работа №2.
«Определение загрязнений воздуха методом учета транспортных средств»
Практическая работа №3.
«Определение загрязненности воздуха с помощью лишайников (лихеноиндикации)»
Тема №4. Вода и ее охрана (9 часов).
Распределение воды на земле. Водные ресурсы страны. Вода в быту, промышленности, сельском хозяйстве, природе.
Состав воды. Аномальные свойства воды. Дистиллированная вода. Тяжелая вода.
Методы очистки воды. Перспективы развития водоочистки. Технологии очистки воды (умягчение воды; термическая, магнитная обработка воды; обеззараживание озоном, обработка воды хлором). Методы обработки воды.
Практическая работа №4.
«Определение рН воды при помощи индикаторов»
Экскурсия на тему : «Очистные сооружения города».
УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
Названия тем
Кол-во часов
В том числе
Формы
организации
Лекции
Экскур-сия
Прак-тика
Введение
Урок-лекция, беседа, дискуссии.
Загрязнители и их источники
Урок-лекция, урок-семинар, дискуссии.
Эколого-химические аспекты энергетики
Урок-семинар, урок-лекция, дискуссии.
Воздух и его охрана
Урок-лекция, урок-семинар, урок-практикум, дискуссии.
Вода и ее охрана
Урок-лекция, беседа, дискуссия, урок-семинар, урок-практикум, экскурсия.
Подготовка рефератов, научно-исследовательских работ
Международный Фестиваль «Звезды Нового Века» - 2013
Естественные науки (от 14 до 17 лет)
Научно-исследовательская работа на тему:
«Химия и экологические проблемы
окружающей среды»
Выполнила: Коннычева Наталья 17 лет
ученица 11 класса
МОБУ «НСОШ№1»
п. Новосергиевка Оренбургской области
Введение………………………………………………………………………………………………… 3 стр.
Химия и экологические проблемы окружающей среды …………......................5 стр.
1. Антропогенные загрязнения. Виды загрязнителей и степень их
воздействия на окружающую среду……………………………………………………. ....5 стр.
1.1. Химическое производство и энергетика………………..................................5 стр.
2. Химико-экологические проблемы и охрана окружающей среды...........7 стр.
2.1. Химико-экологические проблемы и охрана атмосферы……………...7 стр.
2.2. Химико-экологические проблемы и охрана стратосферы.....….........11 стр.
2.3. Химико-экологические проблемы и охрана гидросферы и
литосферы…………………………………………………………………...12 стр.
2.4. Вредное влияние окружающей среды на здоровье человека…………………. .13 стр.
Заключение……...…………………………………………………………..17 стр.
Список использованной литературы …………………………………….. 18 стр.
Приложения.......................……………………………………………….....19 стр.
Введение
В настоящее время, в период после перехода России к рыночной экономике, природопользование в целом и охрана окружающей среды, в частности, находятся в глубоком кризисе.
Научно-технический прогресс, социальные и экономические регалии, химическая и экологическая безграмотность значительной части населения, и потребительское отношение к природе привели к тому, что равновесие между природой и обществом оказалось нарушенным. В настоящее время в эпоху глобального экологического кризиса проявлениями этого служат: опасное загрязнение окружающей среды, истощение природных ресурсов, исчезновение многих видов растений и животных, ухудшение здоровья и распространение опасных заболеваний среди людей. Глобальные экологические проблемы – это истощение озонового слоя, усиление парникового эффекта и связанное с ним потепление климата Земли. Стали более интенсивными губительные для жизни кислотные дожди, деградация плодоносных земель, белковый голод и дефицит энергетических ресурсов. Все эти и другие проблемы, жизненно важные для человека и биосферы, возникли при активной, но неразумной хозяйственной деятельности самого человека, нарушавшей равновесие в природе. Однако эти проблемы ещё потенциально разрешимы при условии сознательного отношения человека к природе. Проблема равновесия между природой и обществом оказалась интересной и актуальной для меня и моих одноклассников. В ходе анкетирования (23 человека) на вопрос: «Что вы знаете о химико-экологических проблемах окружающей среды?» положительный ответ был получен от 10 человек. На вопрос: «Влияют ли экологические факторы на здоровье человека?» - получены единогласные ответы. Поэтому мы решили собрать необходимую информацию, выполнить исследовательскую работу на тему: «Химия и экологические проблемы окружающей среды».
Изучая литературу, я пришла к выводу, что знания людей в этой области довольно обширны. Но, несмотря на большое количество информации, многие вопросы нам предстоит разработать детально. Отсюда вытекает несколько противоречий:
Между необходимостью теоретических знаний в этой области и их недостаточностью;
Между необходимостью навыков исследовательской деятельности и их отсутствием;
Между потребностью владеть экологическими знаниями и отсутствием экологической культуры.
Актуальность нашего исследования определяется его научным значением, связанным с химико-экологическими проблемами и охраной окружающей среды, антропогенными загрязнениями, личностно-значимыми мотивами, прикладным значением, связанным с разработкой и реализацией методов определения предельно допустимых концентраций веществ в воде, продуктах растениеводства.
Цель моей исследовательской работы: исследование химико- экологические проблем и основных направлений защиты окружающей среды, влияния загрязнений на здоровье человека.
Объект исследования: химико-экологические проблемы окружающей среды.
Предмет исследования: антропогенные загрязнения, степень их воздействия на окружающую среду.
В соответствии с целью и предметом исследования была выдвинута гипотеза: «Если знать, как антропогенные загрязнения влияют на природу, то можно разумно обезопасить себя от содержания и накопления их в окружающей среде».
Адекватно цели, объекту и предмету исследования были сформулированы основные задачи исследования:
– Проанализировать научно-методическую литературу по данной проблеме.
– Выяснить влияние антропогенных загрязнений на растения и организм человека.
– Определить меры, способствующие охране окружающей среды.
– Создать буклеты на тему: «Химия и экологические проблемы окружающей среды».
Этапы работы:
1. Изучение литературы по проблеме.
2. Исследование влияния антропогенных загрязнений на окружающую среду.
В ходе исследовательской работы были использованы следующие методы:
1. Теоретический (анализ и синтез данных литературы по проблеме исследования).
2. Эмпирический (анкетирование, наблюдение, беседа).
3. Метод качественного и количественного анализа экспериментальных данных (статистическая обработка результатов).
4. Экспериментальный (проведены химические эксперименты).
5. Практический (выпущены буклеты).
Химия и экологические проблемы окружающей среды
1. Антропогенные загрязнения . Виды загрязнителей и степень их воздействия на окружающую среду
Большой вред окружающей среде наносит воздействие различных загрязнений. По своей породе загрязнения делятся на физические, химические, биологические. В зависимости от источников загрязнений они могут быть естественными и антропогенными, вызванные человеческой деятельностью в окружающей среде. Степень их воздействия на живые организмы зависит от токсичности и устойчивости загрязнителей.
Физические загрязнения: электромагнитные, радиоактивные, шумовые, тепловые.
Химические загрязнения: отходы и выбросы химических производств, бытовые отходы, вещества – загрязнители (поллютанты) и др.
Биологические загрязнения: загрязнение окружающей среды живыми организмами (бактериями, микробами, насекомыми, растениями и др.) и продуктами их жизнедеятельности, сельскохозяйственные отходы.
Естественные загрязнения вызываются природными процессами (стихийные бедствия, естественные экологические процессы – выветривание горных пород, геохимические круговороты веществ и др.)
Антропогенные загрязнения – это результат хозяйственной жизнедеятельности: энергетика, транспорт, химическое, нефтеперерабатывающее и другое производство, сельское хозяйство, коммунально–бытовые комплексы, потребительское отношение людей к природе и т.д.
Основной причиной загрязнения окружающей среды является антропологический фактор – активная, но не всегда целесообразная деятельность человека. В настоящее время в процесс производства вовлечена практически вся биосфера. Параллельно с научно – техническим прогрессом
возрастает интенсивное использование полезных ископаемых (лесов, угля, нефти, газа, воды, полезных ископаемых и др.). При этом нерациональное природопользование ведёт к загрязнению окружающей среды, истощению ресурсов, эрозии почвы.
Химическое производство и энергетика
Окружающую среду активно загрязняют отходы, выбросы и продукты химических производств.
Существуют разные источники химических загрязнителей окружающей среды: источники металлических токсикантов (Hg, Pb, и др.) и неметаллических загрязнителей воздуха (NO2 и другие оксиды азота, SO2, H3S и прочие вещества), выбрасываемые сернокислотными и металлургическими заводами, процессы сжигания природного газа и т.д. К загрязнителям окружающей среды относятся многие продукты химических производств: хлорорганические соединения (ДДТ и др.), фосфорорганические (карбофос, хлорофос и др.), активные вещества, фенол, неорганические соединения ртути. Причины производственного загрязнения окружающей среды состоят в том, что ряд химических производств использует уже морально устаревшие технологии. В их работе не всегда соблюдаются допустимые технологические режимы и предельно допустимые концентрации выбросов, неэффективно работают очистительные сооружения. Часто непродуманным нерентабельным является размещение производств и использование сырья и энергии. Главным источником разрушительных для природы процессов – экстенсивный путь развития производств, технократическое мышление людей.
Экологические проблемы, обусловленные химическими производствами можно разделить на три группы:
Загрязнение окружающей среды из-за несовершенства технологий и оборудования, несоблюдение режимов химико-технологических процессов и связанных с этим отходов, аварий, выбросов;
Загрязняющее воздействие продуктов производства при их транспортировке и производственном и бытовом использовании;
Проблема утилизация промышленных и бытовых отходов.
Вместе с тем, важно обратить внимание на то, что химическая природа возникновения многих экологических проблем, широкое участие химии в разных областях жизни часто делают её в глазах людей главной виновницей загрязнения окружающей среды и ухудшения здоровья населения, вызывая боязнь ко всему химическому (хемофобию) и убежденность многих людей, что химия – основной источник экологических бед.
Обвиняя химию и химические производства, и их продукты в загрязнении окружающей среды, люди забывают о двойственной роли химии и химической промышленности. С одной стороны, химические производства загрязняют окружающую среду своими отходами, выбросами, опасными продуктами производства. С другой стороны, наука и химическая промышленность, используя уникальную возможность синтезировать вещества, не существующие в природе, создают средства защиты окружающей среды и здоровья человека, средства утилизации отходов. Решается проблема вторичной переработки бытовых отходов, замены опасных, но важных (для промышленности, медицины, сельского хозяйства и других отраслей) веществ более безопасными.
Атомная энергетика загрязняет окружающую среду радиоактивными изотопами (радионуклидами), являющимися источником опасного для человека ионизирующего излучения. При этом нормально работающие АЭС дают добавку к общему радиационному фону лишь 0, 01%, в то время как теплоэнергетика даёт основную массу загрязнителей и является экологически более неблагополучной. Ещё более чистыми являются аккумуляторы солнечной энергии и ветровые микроэлектростанции, но они не могут удовлетворить потребности в электроэнергии.
Химико-экологические проблемы и охрана окружающей среды
Мы живём в биосфере Земли. Биосфера – особая оболочка Земли, представляющая собой совокупность живых организмов, её образующих. Она связана с атмосферой, гидросферой и литосферой. Эту взаимосвязь живой и неживой природы, биогеохимическое содержание установил великий учёный В.И. Вернадский.
Биосфера – это среда обитания, распространения и взаимодействий живых существ с неживой природой и между собой.
Основную роль на этих поверхностях раздела и в самой биосфере играют химические элементы: H, C, N, O, S, P, F, Cl, Al, Si. Первые пять элементов органогены.
Биосфера не только среда, но и продукт жизни. Это подтверждает взаимосвязь живого и неживого в биосфере. Рассмотрение экологических проблем требует интеграции научных знаний химии и биологии, геофизики, географии, социологии и других научных дисциплин.
Химия не остаётся безучастной к биосфере. Продуктами химических производств и другой антропогенной деятельности загрязняются и очищаются разные её компоненты (атмосфера, литосфера и гидросфера). Большое влияние на их химическое загрязнение оказывает и природное явление, в том числе и круговорот веществ в природе. (Приложение 1).
Химико-экологические проблемы и охрана атмосферы
Атмосфера – это газовая оболочка, окружающая землю, «легкие» нашей планеты. Её нижний слой (до высоты 8 – 12 км.), где в основном формируется климат земли, называется тропосферой. Мы живём на дне воздушного океана в тропосфере. Воздух – это многокомпонентная система.
Постоянные компоненты воздуха – азот (78,1%), кислород (20,9%), аргон (0,93%), а также CO2 (0, 03%) и некоторые другие газы.
К переменным компонентам воздуха относятся: водяной пар, следы некоторых атмосферных веществ (озон, вещество биологического и геохимического происхождения, токсичные и ядовитые вещества – продукты антропогенного происхождения). Водяной пар является важной составляющей воздуха. Распределение пара в приземном слое воздуха зависит от времени года, климата, высоты и географического положения местности.
Атмосфера способна к самоочищению и самовосстановлению. Вещества, поступающие в атмосферу естественным путём (продукты жизнедеятельности бактерий и водорослей, вулканические извержения и др.) выводятся из неё благодаря динамическому равновесию в биосфере. Газообразные промышленные и другие антропогенные выбросы, приводящие к сверхнормативному поступлению в атмосферу газов, ведут к нарушению динамического равновесия, к возникновению экологических проблем.
Основными источниками загрязнения атмосферы являются:
производства по выработке электроэнергии и ТЭЦ, основанные на сжигании угля, природного газа, нефти.
производства неорганических веществ и металлургии, промышленный неорганический синтез;
транспорт;
коммунально–бытовой сектор (бытовые сбросы, канализация и др.);
сельское хозяйство.
Ежегодно в атмосферу сбрасывается 2,3 млрд. тонн вредных примесей:
CO (48,5%), оксиды азота NO, NO2 (15%), SO2 (14,9%), твёрдые частицы (13,6%), углеводороды (8%). Доля промышленных выбросов составляет 14%, транспортных – 44%, тепловых – 20%, продуктов сжигания мусора – 5%, отходов сельского хозяйства и других источников – 17%. Следствием указанных загрязнений являются серьёзные экологические проблемы.
Важнейшие экологические проблемы атмосферы: образование смога (токсичного и фотохимического); загрязнение атмосферы токсикантами; кислотные дожди; разрушение озонового слоя; парниковый эффект.
Смог (от латинского smoke – дым, курение, fog – туман) – это совокупность газообразных, жидких и твёрдых компонентов, образующих токсичный аэрозоль (туман, дым) в приземном слое атмосферы.
В зависимости от состава загрязнения токсический и фотохимический смог.
Токсический смог – это смог, вызванный повышенной концентрацией SO2 в атмосфере. Главным источником SO2 являются: ТЭЦ; газовые выбросы металлургических производств; производство целлюлозы сульфитным методом.
Накопление SO2 в воздухе сопровождается образованием серной и сернистой кислот, которые при высокой влажности притягивают к себе частицы сажи и пыли, образуя густой туман, называемый токсичным смогом. Его ещё называют «лондонский смог» в память о трагедии 1952г., когда в Лондоне от него погибли 3200 человек. Токсический смог особенно опасен для людей, страдающих заболеваниями органов дыхания, усиливает заболевание бронхитом. Основной вред окружающей среде наносят процесс окисления SO2 в SO3 и образующиеся из них в атмосфере H3SO4 и H3SO3¸ которые являются причиной выпадения кислотных дождей.
Фотохимический смог – это смесь образуемых посредством окислительно-восстановительных реакций веществ (углеводородов, альдегидов, оксидов азота, кислорода и озона) и вредных выбросов от работы транспортных средств. Взаимодействие этих веществ под действием солнечной радиации ведёт к образованию высокотоксичных соединений, объединяемых общим названием пероксиацилнитраты (ПАН). Они вызывают сильное раздражение дыхательных путей и глаз, так как при контакте с водой образуют различные кислоты и активные радикалы, которые при соприкосновении с живыми тканями повреждают их.
Живой оболочке Земли - серьезный урон, нарушив сложившееся за времн существования планеты экологическое равновесие. Загрязнение окружающей среды в нашем сознании связывается в первую очередь с отравлением воды, воздуха, земли, которое может непосредственно влиять на здоровье и самочувствие человека. Однако химическое загрязнение чревато и косвенными эффектами. Например, большие выбросы углекислого газа сказываются на климате, что, в свою очередь, отражается на производстве продуктов питания; изменение концентраций биогенных элементов (азота, серы, фосфора, кшшя к др.) приводит к гибели одних популяций и бурному размножению других.
Химическое загрязнение окружающей среды обусловлено следующими факторами:
1) повышением концентрации биогенных элементов из-за канализационных сбросов и стока с полей удобрении, вызывающих бурное развитие водорослей и нарушение баланса в существующих экосистемах;
2) отравлением воды, почвы и воздуха отходами химических производств;
3) воздействием на воду и почву продуктов сжигания топлива, снижающих качество воздуха и вызывающих кислотные дожди;
4) потенциальным заражением воздуха , воды и почвы радиоактивными отходами, образующимися при производстве ядерного оружия и атомной энергии;
5(выбросами углекислого газя и химических веществ, снижающих содержание озона, что может привести к изменению климата или образованию озоновых дыр.
Загрязнение минеральными веществами:
1) соединениями металлов (высокотоксичными - свинцом, ртутью, редкоземельными - кадмием, селеном, литием и др.), в результате чего при превышении предельно допустимой концентрации (ПДК) у людей поражаются органы слуха, зрения, нервная система, возможны случаи паралича и рождения детей с различными физическими и психическими аномалиями;
2) минеральными удобрениями, в результате попадания которых в водоемы наблюдается эвтрофикация, то есть неумеренное разрастание водной растительности (водоем со зловонной зеленой жижей вы, очевидно, видели не раз).
Загрязнение органическими веществами промышленного происхождения, входящими в состав стоков химической, нефтехимической, целлюлозно-бумажной и других видов промышленности. Среди таких веществ встречаются фенол, диоксин, CMC.
Загрязнение нефтью и ее производными. Одна тонна нефти, растекаясь по водной поверхности, способна занять площадь в 12 км2, а 1 л нефти может сделать непригодным к употреблению 1 млн л воды, то есть столько ее, сколько бы хватило для семьи из 4 человек в течение 20 лет. Нефтяная пленка представляет собой преграду для газообмена между водой и атмосферой. Она препятствует поглощению водой кислорода и углекислого газа, вызывая гибель планктона. Эта пленка представляет собой большую опасность для морских птиц и животных. Оперение птиц, вымазанное нефтью, теряет свои водонепроницаемые свойства, что приводит к их гибели.
Органические вещества биологического происхождения содержатся в бытовых и животноводческих стоках. Попадая в водоемы, эти стоки делают воду непригодной для питья, вызывают гибель рыбы, являются причиной эвтрофикации.
Пестициды. как и тяжелые металлы , двигаясь по трофической цепи: фитопланктон - зоопланктон - мелкие рыбы - крупные рыбы, достигают в теле последних такой концентрации, которые могут быть смертельными для человека.
Кардинальным решением проблемы борьбы с загрязнением водной среды (гидросферы) был бы полный переход на безопасные технологии, при которых исключался бы сброс каких-либо стоков, а также разработка технологий с минимальным потреблением воды. Но разработка и внедрение малоотходных технологий - дорогостоящи и сложны, поэтому первоочередное значение приобретает процесс очистки сточных вод, включающий:
1) очистку и обеззараживание бытовых и животноводческих стоков:
2) орчистку стоков от последствий обслуживания автотранспорта и сельскохозяйственной техники:
3) очистку стоков, содержащих нефтепродукты.
Перспективны способы очистки воды от нефтепродуктов с помощью микроорганизмов и растений. Известны микроорганизмы, способные питаться углеводородами. Эксперименты, проведенпые с использованием грибков Candido UpoUtica, показали, что небольшие водоемы могут быть очищены от нефти за 5-в дней.
Охрана земельных ресурсов
О роли почвы - тонкой пленки, покрывающей часть суши, толщина которой колеблется от 1,5-2см до 2 м, подробно рассказано в параграфе «Химия и сельское хозяйство». Здесь же мы рассмотрим факторы, понижающие почвенное плодородие, и факторы, вызывающие загрязнение земельных угодий.
Эрозия (от лат. erodere - разъедание) понижает плодородие почвы. Это явление, которое принесло и приносит человечеству страшные беды. На образование плодородного слон почвы уходят тысячелетня, уничтожен он может быть за 15- 20 лет, а при сильных ураганах и ливнях - за несколько дней или часов. Существуют два основных вида эрозии - водная и ветровая. Борьба с ними включает комплекс мероприятий:
Лесонасаждение;
агротехнические приемы, например создание долголетних культурных пастбищ, снегозадержание, внесение органических (но не минеральных) удобрений;
Почвозащитная система земледелия, заключающаяся в безотвальной вспашке и оставлении стерни на поверхности почвы;
создание и внедрение почвозащитного земледелия, препятствующего технической эрозии, которая возникает как результат непосредственного разрушения слоя почиы техническими средствами, в основном колесами и гусеницами машин;
недопущение загрязнения почвы остатками строительных деталей (панелей, блоков, кирпичей, золы, шлака), нефтью и нефтепродуктами, веществами, попадающими в иочьу из атмосферы (соединени I м 1 свинца, мышьяка, ртути, меди и т. д.);
правильное применение удобрений и пестицидов. Около 20%, а иногда и все 50% удобрений не усваиваются растениями и остаются в почве тяжелым грузом для ее биоценоза. Пестициды могут попасть в почву и нарушить сложившиеся в ней трофические связи.
Истоки химии. Алхимия
Химия в средние века
Современное развитие химии
Химия и охрана окружающей среды
Заключение
Химия -- одна из самых древних наук, Человек всегда наблюдал вокруг себя изменения, когда одни вещества давали жизнь другим или неожиданно меняли свою форму, окраску, запах.
Задолго до наступления новой эры люди уже умели извлекать металлы из руд, красить ткани, обжигать глину, неспокойные умы мыслителей прошлого пытались объяснить непрерывно возникающие в Природе химические превращения, любознательные глаза подмечали все новые явления в окружающем мире, искусные руки осваивали сложные ремесла, - неизменно связанные с химией...
Истоки химии. Алхимия
Первыми учеными-химиками были египетские жрецы. Они владели многими до сих пор не разгаданными химическими секретами. К ним, например, относятся приемы бальзамирования тел умерших фараонов и знатных египтян, а также способы получения некоторых красок. Так, изготовленные древними египетскими мастерами голубые и синие краски найденных при раскопках сосудов продолжают оставаться яркими, хотя со времени их изготовления прошло несколько тысяч лет.
Некоторые химические производства существовали в древности в Греции, Месопотамии, Индии, Китае.
В III веке до нашей эры уже был собран и описан значительный материал. Например, в знаменитой Александрийской библиотеке, которая считалась одним из семи чудес света и насчитывала 700 тысяч рукописных книг, хранились и многие труды по химии. В них были описаны такие процессы, как прокаливание, возгонка, перегонка, фильтрование и др. Накопленные за много веков отдельные химические сведения позволяли сделать и некоторые обобщения о природе веществ и явлений.
Например, греческий философ Демокрит, живший в V веке до нашей эры, впервые высказал мысль о том, что все тела состоят из мельчайших, невидимых, неделимых и вечно движущихся твердых частиц материи, которые он назвал атомами. Аристотель в IV веке до нашей эры считал, что в основе окружающей природы лежит вечная первоматерия, которой свойственны четыре основных качества: теплота и холод, сухость и влажность. Эти четыре качества, по его мнению, могли быть отделены от первоматерии или прибавлены к ней в любом количестве.
Учение Аристотеля явилось идейной основой развития отдельной эпохи в истории химии, эпохи так называемой алхимии.
Алхимия (позднелатинское Alchemia, alchimia, alchymia), донаучное направление в химии, зародилась в III-IV веках до нашей эры. Ее название восходит через арабское к греческому сhemeia от cheo -- лью, отливаю, что указывает на связь алхимии с искусством плавки и литья металлов. Другое толкование-- от египетского иероглифа «хми», означавшего черную (плодородную) землю, в противовес бесплодным пескам. Этим иероглифом обозначался Египет, место, где, возможно, возникла алхимия, которую часто называли «египетским искусством». Арабы снабдили это слово еще своей арабской приставкой «ал», и таким образом сформировалось слово алхимия. Впервые термин «алхимия» встречается в рукописи Юлия Фирмика, астролога 4 века.
Важнейшей задачей алхимики считали превращение (трансмутацию) неблагородных металлов в благородные (ценные), в чем собственно и заключалась главная задача химии до 16 столетия. Эта идея базировалась на представлениях греческой философии о том, что материальный мир состоит из одного или нескольких «первоэлементов», которые при определенных условиях могут переходить друг в друга. Распространение алхимии приходится на 4--16 века, время развития не только «умозрительной» алхимии, но и практической химии. Несомненно, что эти две отрасли знания влияли друг на друга. Недаром знаменитый немецкий химик Либих писал про алхимию, что она «никогда не была ничем иным, как химией».
Таким образом, алхимия относится к современной химии так, как астрология к астрономии. Задачей средневековых алхимиков было приготовление двух таинственных веществ, с помощью которых можно было бы достичь желанного облагораживания металлов. Наиболее важный из этих двух препаратов, который должен был обладать свойством превращать в золото не только серебро, но и такие, например, металлы, как свинец, ртуть и т. д., носил название философского камня, красного льва, великого эликсира. Он также именовался философским яйцом, красной тинктурой, панацеей и жизненным эликсиром. Это средство должно было не только облагораживать металлы, но и служить универсальным лекарством, раствор его, так называемый золотой напиток, должен был исцелять все болезни, омолаживать старое тело и удлинять жизнь.
Другое таинственное средство, уже второстепенное по своим свойствам, носившее название белого льва, белой тинктуры, ограничивалось способностью превращать в серебро все неблагородные металлы.
Родиной алхимии считается Древний Египет. Сами алхимики вели начало своей науки от Гермеса Трисмегиста (он же египетский бог Тот), и поэтому искусство делать золото называлось герметическим. Свои сосуды алхимики запечатывали печатью с изображением Гермеса - отсюда выражение «герметически закрытый».
Существовало предание, что искусству обращать «простые» металлы в золото ангелы научили земных женщин, с которыми вступили в брак, о чем рассказано в «Книге Бытия» и «Книге пророка Еноха» в Библии. Это искусство было изложено в книге, которая называлась «Хема». Арабский ученый аль-Надим (10 век) полагал, что родоначальником алхимии был Гермес Великий, родом из Вавилона, поселившийся в Египте после Вавилонского столпотворения.
Существовали греко-египетская, арабская и западно-европейская школы алхимии. Римский император Диоклетиан повелел в 296 г. предавать сожжению все египетские рукописи, касающиеся искусства делать золото (речь, вероятно, шла о позолоте и искусстве изготовления поддельных украшений). В 4 веке нашей эры задача превращения металлов в золото исследовалась Александрийской школой ученых. Писатель, выступавший под псевдонимом Демократа, принадлежавший к александрийским ученым, своим сочинением «Физика и мистика» положил начало длинному ряду алхимических руководств. Для того чтобы обеспечить успех, такие труды появлялись под именами известных философов (Платон, Пифагор и т. д.), но вследствие общей затемненности стиля, они мало доступны пониманию, так как большинство своих достижений алхимики держали в секрете, зашифровывали описания полученных веществ и проведенных опытов.
Крупнейшая коллекция алхимических рукописей хранится в Библиотеке Святого Марка в Венеции.
Греки были учителями арабов, давших алхимии имя. Запад воспринял алхимию от арабов в 10-м столетии. В период с 10 по 16 век алхимией занимались известные ученые, оставившие след в европейской науке. Например, Альберт Великий, создатель работы «О металлах и минералах», и Роджер Бэкон, оставивший потомству труды «Могущество алхимии» и «Зеркало алхимии», были также и знаменитейшими алхимиками своего времени. Арнольдо де Вилланова, выдающийся врач, умерший в 1314 г., он издал более 20 алхимических трудов.
Раймунд Луллий, известнейший ученый 13 и 14 веков, был автором 500 сочинений алхимического содержания, главное из которых имеет название «Завещание, излагающее в двух книгах всеобщее химическое искусство». (Многие специалисты считают, впрочем, что известный своей набожностью Луллий этих сочинений не писал, и они лишь приписаны ему)..
В 15-17 веках многие коронованные особы ревностно занимались алхимией. Таков, например, английский король Генрих VI, в правление которого страна была наводнена фальшивым золотом и фальшивой монетой. Металл, игравший в этом случай роль золота, был по всей вероятности медной амальгамой. Подобным же образом действовал и Карл VII во Франции, вместе с известным мошенником Жаком ле Кер.
Император Рудольф II был покровителем странствующих алхимиков, и его резиденция представляла центр алхимической науки того времени. Императора называли германским Гермесом Трисмегистом.
Курфюрст Август Саксонский и его супруга Анна Датская производили опыты: первый -- в своем дрезденском «Золотом дворце», а его супруга -- в роскошно устроенной лаборатории на своей даче «Фазаний сад». Дрезден долго оставался столицею государей, покровительствующих алхимии, особенно в то время, когда соперничество за польскую корону требовало значительных денежных расходов. При саксонском дворе алхимик И. Бетгер, не сумевший сделать золото, впервые в Европе открыл фарфор.
Одним из последних адептов алхимии был Каэтан, называемый графом Руджиеро, родом неаполитанец, сын крестьянина. Он действовал при мюнхенском, венском и берлинском дворах, пока не окончил своих дней в 1709 году в Берлине на виселице, украшенной мишурным золотом.
Но и после распространения уже собственно химии, алхимия вызывала интерес у многих, в частности И.В. Гете несколько лет посвятил изучению трудов алхимиков.
Из дошедших до нас алхимических текстов видно, что алхимикам принадлежит открытие или усовершенствование способов получения ценных соединений и смесей, таких, как минеральные и растительные краски, стекла, эмали, соли, кислоты, щелочи, сплавы, лекарственные препараты. Они использовали такие приемы лабораторных работ, как перегонка, возгонка, фильтрование. Алхимики изобрели печи для длительного нагревания, перегонные кубы.
Достижения алхимиков Китая и Индии остались неизвестны в Европе. В России алхимия не была распространена, хотя трактаты алхимиков были известны, а некоторые даже переведены на церковно-славянский язык. Мало того, Московскому двору немецкий алхимик Ван Гейден предлагал свои услуги по приготовлению философского камня, но царь Михаил Федорович после «расспроса» эти предложения отклонил.
То, что алхимия не получила распространения на Руси, объясняется тем, что деньги и золото на Руси начали широко применять позже по сравнению с западными странами, так как здесь позднее происходил переход с оброка на денежную ренту. Кроме того, мистицизм, туманность целей и нереальность способов алхимии противоречили здравому смыслу и деловитости русских людей. Почти все русские алхимики (самый знаменитый из них Я. Брюс) иностранного происхождения.
Химия в средние века
С эпохи Возрождения химические исследования все в большей степени стали использовать для практических целей (металлургия, стеклоделие, производство керамики, красок). В начале VI века алхимики стали использовать полученные знания для нужд промышленности и медицины. Реформатором в области горного дела и металлургии явился Агрикола, а в области медицины - Парацельс, который указывал, что « цель химии состоит не в изготовлении золота и серебра, а в изготовлении лекарств». В 16-18 веках возникло также особое медицинское направление алхимии -- ятрохимия (иатрохимия), представители которого рассматривали процессы, происходящие в организме, как химические явления, болезни -- как результат нарушения химического равновесия и ставили задачу поиска химических средств их лечения.
Все настойчивее становилось желание исследователей понять истинные причины необъяснимых процессов, раскрыть тайны великих, но случайных достижений практики. Множилось число опытов, появлялись первые научные гипотезы. В средние века человек начал активно и сознательно соперничать с Природой в получении полезных веществ и материалов. Постепенно создавалась химическая наука, и уже в средневековье появилось химическое производство.
На Руси химия развивалась преимущественно самобытно. В Киевской Руси осуществляли выплавку металлов, производство стекла, солей, красок, тканей. При Иване Грозном в Москве в 1581 г. была открыта аптека. При Петре I были построены купоросные и квасцовые заводы, первые химические мануфактуры, а в Москве насчитывалось уже восемь аптек. Дальнейшее развитие химии в России связано с работами М.В. Ломоносова.
Более двухсот лет назад наш знаменитый соотечественник Михаил Васильевич Ломоносов выступил в публичном собрании петербургской Академии наук. В докладе, сохранившемся в истории науки под красноречивым названием « Слово о пользе химии», мы читаем вещие строки: «Широко распростирает химия руки свои в дела человеческие... Куда ни посмотрим, куда ни оглянемся, везде обращаются веред очами нашими успехи ее прилежания».
Глубокие и оригинальные исследования Михаила Васильевича способствовали развитию не только теории химии, но и химической практики. Ему удалось разработать простую технологию окрашивания стекла, он делал яркие искусственные мозаичные плитки, превосходившие по сочности и разнообразию оттенков натуральные цветные камни, пластинки из которых много веков использовались для составления мозаик, украшавших здания. М.В. Ломоносов наладил, выражаясь современным языком, их промышленный выпуск. Это была одна из первых в истории химии побед синтезированного, изготовленного человеком нового материала над веществом, созданным Природой. Удачи все же приходили слишком редко. Наиболее проницательные ученые XVIII века, и среди них М.Н. Ломоносов, понимали, что научные основы химии только закладываются. Нельзя же все время следовать по бесконечному пути бесчисленных опытов и повторять одни и те же ошибки. Для дальнейшего прогресса химии были жизненно необходимы новые теории, объясняющие опытные данные и предсказывающие, как поведут себя материалы и вещества при изменении условий, в которых они находятся.
Во 2-й половине 17 века Р. Бойль дал первое научное определение понятия «химический элемент». Период превращения химии в подлинную науку завершился во 2-й половине 18 века, когда был открыт М. В. Ломоносовым (1748 г.) и в общем виде сформулирован А. Лавуазье (1789 г.) закон сохранения массы при химических реакциях. В настоящее время этот закон формулируется так: сумма массы вещества системы и массы, эквивалентной энергии, полученной или отданной той же системой, постоянна. При ядерных реакциях закон сохранения массы следует применять в современной формулировке.
В начале 19 века Дж. Дальтон заложил основы химической атомистики, А. Авогадро ввел понятие «молекула» (новолатинское molecula, уменьшительное от латинского moles -- масса). В современном понимании это микрочастица, образованная из атомов и способная к самостоятельному существованию. Она имеет постоянный состав входящих в нее атомных ядер и фиксированное число электронов и обладает совокупностью свойств, позволяющих отличать молекулы одного вида от молекул другого. Число атомов в молекуле может быть различным: от двух до сотен тысяч (например, в молекуле белков); состав и расположение атомов в молекуле передает химическая формула. Молекулярное строение вещества устанавливается рентгеноструктурным анализом, электронографией, масс-спектрометрией, электронным парамагнитным резонансом (ЭПР), ядерным магнитным резонансом (ЯМР) и другими методами.
Эти атомно-молекулярные представления утвердились лишь в 60-х годах 19 века. Тогда же А.М. Бутлеров создал теорию строения химических соединений, а Д.И. Менделеев (1869 г.) открыл периодический закон, представляющий собой естественную систему химических элементов. Современная формулировка этого закона звучит так: свойства элементов находятся в периодической зависимости от заряда их атомных ядер. Заряд ядра Z равен атомному (порядковому) номеру элемента в системе. Элементы, расположенные по возрастанию Z (H, He, Li, Be...), образуют 7 периодов. В 1-м -- 2 элемента, во 2-м и 3-м -- по 8, в 4-м и 5-м -- по 18, в 6-м -- 32. В 7-м периоде (на 1990 г.) известны 23 элемента. В периодах свойства элементов закономерно изменяются при переходе от щелочных металлов к благородным газам. Вертикальные столбцы -- группы элементов, сходных по свойствам. Внутри групп свойства элементов также изменяются закономерно (напр., у щелочных металлов при переходе от Li к Fr возрастает химическая активность). Элементы с Z = 58-71, а также с Z = 90-103, особенно сходные по свойствам, образуют 2 семейства -- соответственно лантаноиды и актиноиды. Периодичность свойств элементов обусловлена периодическим повторением конфигурации внешних электронных оболочек атомов. С положением элемента в системе связаны его химические и многие физические свойства. Тяжелые ядра неустойчивы, поэтому, напр., америций (Z = 95) и последующие элементы не обнаружены в природе; их получают искусственно при ядерных реакциях.
Закон и система Менделеева лежат в основе современного учения о строении вещества, играют первостепенную роль в изучении всего многообразия химических веществ и в синтезе новых элементов.
Полное научное объяснение периодическая система элементов Менделеева получила на основе квантовой механики. Квантовая механика впервые позволила описать структуру атомов и понять их спектры, установить природу химической связи, объяснить периодическую систему элементов и т. д. Т. к. свойства макроскопических тел определяются движением и взаимодействием образующих их частиц, законы квантовой механики лежат в основе понимания большинства макроскопических явлений. Так, квантовая механика позволила понять многие свойства твердых тел, объяснить явления сверхпроводимости, ферромагнетизма, сверхтекучести и многое др.; квантовомеханические законы лежат в основе ядерной энергетики, квантовой электроники и т. д. В отличие от классической теории, все частицы выступают в квантовой механике как носители и корпускулярных, и волновых свойств, которые не исключают, а дополняют друг друга.
С конца 19 -- начала 20 веков важнейшим направлением химии стало изучение закономерностей химических процессов.
Современное развитие химии
Из чего состоят химические соединения? Как устроены мельчайшие частицы материи? Как расположены они в пространстве? Что объединяет эти частицы? Почему одни вещества реагируют между собой, а другие -- нет? Можно ли ускорить течение химических реакций? Вероятно, больше, чем для любой другой науки, для химии требовалось понимание первооснов, знание первопричин. И химики успешно применяли в своих рассуждениях основные положения атомно-молекулярной теории задолго до появления точных экспериментальных доказательств реального существования атомов и молекул. В историю химической науки вошли теоретические обобщения А.Л. Лавуазье, Д.У. Гиббса, Д.И. Менделеева и других выдающихся ученых. Периодический закон и периодическая система элементов, законы химического равновесия и теория химического строения неотделимы сейчас от новых представлений о химии.
Значительный вклад в развитие химии внес выдающийся русский ученый А.М. Бутлеров. В 1861 г. он создал теорию строения органических соединений, которая позволила привести в систему огромное число органических веществ и без которой не мыслимы были бы современные успехи в создании новых полимерных материалов.
Теории химической связи, созданные в XX веке, позволяют описать все тонкости взаимоотношений частиц, входящих в состав вещества. Открыты законы, управляющие течением химических процессов. Теперь экспериментаторы и технологи имеют возможность выбрать самый простой и эффективный способ осуществления любой химической реакции. У химии появился прочный фундамент, рожденный в союзе с математикой и физикой. Химия превратилась в точную науку. Необыкновенные успехи практической химии, опиравшейся на глубокое теоретическое постижение химических явлений, были достигнуты за сравнительно недолгое время, отделяющее нас от эпохи Ломоносова. Разгаданы, например, разнообразные стадии химического процесса, позволившего Природе превратить органические вещества в полезные для нас сегодня нефть и газ. Эта важная для современной промышленности реакция происходила с участием микроорганизмов и длилась многие сотни и тысячи лет. Удалось не только понять, но и воссоздать этот процесс. Ученые Московского университета разработали установку, в которой под благотворным влиянием света ламп в неглубоком бассейне с питательным раствором, содержащим органические вещества и микроорганизмы, происходит ускоренно -- в течение нескольких дней и месяцев -- получение искусственных нефти и газа.
Химия наших дней способна и на более неожиданные превращения. Разработан промышленный химический аппарат -- высокий цилиндр, в верхнюю часть которого подается измельченная зеленая травяная масса. Внутри колонны особые биологические соединения -- ферменты, ускоряющие химические реакции, по программе, заданной учеными, преобразуют непрерывно поступающую массу в... молоко. К этим «чудесам» мы привыкли так же быстро, как к полетам в космос. Не существует, вероятно, сферы человеческой деятельности, где не применялись бы изделия из материалов, появившихся на свет благодаря таланту и кропотливому труду нескольких поколений химиков. По своим свойствам они часто превосходят химические творения Природы. Эти материалы незаметно и прочно вошли в наш быт, но удивление людей, впервые их увидевших, вполне понятно. В начале семидесятых годов нашего века любознательные и вездесущие туристы обнаружили в глухом углу бескрайних сибирских лесов семью, прожившую вдали от городов и сел несколько десятков лет. Что же поразило отшельников больше всего среди вещей, принесенных туристами? Прозрачная пластмассовая пленка! «Стекло, а мнется»,-- восхищенно сказал седобородый глава семьи, ощупывая и разглядывая на свет полиэтиленовую пленку -- один из многих синтетических материалов, придуманных химиками для облегчения и улучшения нашего хозяйства и быта. Материалов, ставших полезной и незаметной частью повседневной жизни людей. Химия сейчас способна получать вещества с заранее намеченными свойствами: морозостойкие и жаропрочные, твердые и мягкие, жесткие и эластичные, любящие влагу и влагонепроницаемые, сплошные и пористые, чувствительные к воздействию малейших следов посторонних примесей или инертные по отношению к сильнейшим химическим влияниям.
Появление внутри полупроводника одного постороннего атома примеси на миллион атомов основного вещества изменяет его свойства до неузнаваемости: полупроводник начинает чувствовать свет и проводить электрический ток. Химики разработали методы полной очистки полупроводников от примесей, создали способы введения в их состав малого количества примесей, придумали приборы, сигнализирующие о появлении в веществе «чужеродных» атомов. Ученые умеют синтезировать материалы, стабильные и неизменные даже при длительном воздействии солнечного света и тепла, холода и влаги.
Химические открытия происходят в лабораториях всего мира, где рождаются новые сложные соединения. Известный французский химик М. Бертло с гордостью указывал на внутреннюю общность химии и искусства, которая коренится в их творческой природе. Химия, как и искусство, сама создает объекты для изучения и своих дальнейших исследований. И эта особенность, по мнению М. Бертло, отличает химию от других естественных и гуманитарных наук. Без глубокого понимания химических законов нельзя всесторонне и полно объяснить явления, изучаемые биологами и физиками, археологами и ботаниками, геологами и зоологами.
В современной химии отдельные ее области -- неорганическая химия, органическая химия, физическая химия, аналитическая химия, химия полимеров стали в значительной степени самостоятельными науками. На стыке химии и других областей знания возникли такие дочерние, родственные науки, как:
§ биохимия - наука, которая изучает входящие в состав организмов химические вещества, их структуру, распределение, превращения и функции. Первые сведения по биохимии связаны с хозяйственной деятельностью человека (обработка растительного и животного сырья, использование различных типов брожения и т. п.) и медициной. Принципиальное значение для развития биохимии имел первый синтез природного вещества -- мочевины (Ф. Велер, 1828 г.), подорвавший представления о «жизненной силе», участвующей якобы в синтезе различных веществ организмом. Используя достижения общей, аналитической и органической химии, биохимия в 19 веке сформировалась в самостоятельную науку. Внедрение в биологию идей и методов физики и химии и стремление объяснить такие биологические явления, как наследственность, изменчивость, мышечное сокращение и др., строением и свойствами биополимеров привело в середине 20 века к выделению из биохимии молекулярной биологии. Потребности народного хозяйства в получении, хранении и обработке различных видов сырья привели к развитию технической биохимии. Наряду с молекулярной биологией, биофизикой, биоорганической химией биохимию включают в комплекс наук -- физико-химическую биологию;
§ агрохимия - наука о химических процессах в почве и растениях, минеральном питании растений, применении удобрений и средств химической мелиорации почв; основа химизации сельского хозяйства. Сформировалась во 2-й половине 19 века. Становление агрохимии связано с именами А. Тэера, Ю. Либиха, Д. И. Менделеева, Д. Н. Прянишникова и др. Развивается на основе достижений агрономии и химии;
§ геохимия - наука, изучающая химический состав Земли, распространенность в ней химических элементов и их стабильных изотопов, закономерности распределения химических элементов в различных геосферах, законы поведения, сочетания и миграции (концентрации и рассеяния) элементов в природных процессах. Термин «геохимия» введен К. Ф. Шенбейном в 1838 г. Основоположники геохимии -- В. И. Вернадский, В. М. Гольдшмидт, А. Е. Ферсман; первая крупная сводка по геохимии (1908 г.) принадлежит Ф. У. Кларку (США). Геохимия включает: аналитическую геохимию, физическую геохимию, геохимию литосферы, геохимию процессов, региональную геохимию, гидрогеохимию, радиогеохимию, изотопную геохимию, радиогеохронологию, биогеохимию, органическую геохимию, геохимию ландшафта, геохимию литогенеза. Геохимия -- одна из теоретических основ поисков полезных ископаемых; и другие. На законах химии базируются такие технические науки, как химическая технология, металлургия.
Окруженная науками-сестрами и науками-дочерьми, химия продолжает развиваться. Она помогает нам понять самих себя, позволяет постичь очень многие происходящие в мире сложные процессы.
Х имия и охрана окружающей среды
Все чаще возникает и совсем другая проблема: быстрее и бесследнее растворить или разъять на отдельные простые элементы материалы, ставшие уже ненужными человеку. Некоторые стойкие химические вещества, особенно искусственные полимеры, образованные очень большими молекулами, сохраняются в земле десятки и сотни лет, не разрушаясь. Химики разрабатывают сейчас синтетические ткани, пленки, волокна, пластмассы из созданных в лаборатории полимеров, подобных крахмалу или клетчатке, образуемых в растениях. По окончании срока их полезной службы эти полимеры будут быстро и легко распадаться, не загрязняя окружающую среду. Химия с каждым днем полнее и разнообразнее использует богатства Земли, хотя уже давно пора начать их экономить. Ученым все время необходимо вспоминать предостережение древнеримского философа Сенеки: «Как считали наши предки, поздно быть бережливым, когда осталось на донышке. Да и к тому же остается там не только мало, но и самое скверное». Мы должны беречь нашу Землю, мы стольким ей обязаны...
Больше внимания стали обращать ученые и на чистоту воздуха, которым дышит все живое на Земле. Атмосфера Земли -- не просто механическая смесь газов. В окружающей Землю газовой оболочке происходят быстрые химические реакции, и некоторые промышленные выбросы в атмосферу могут привести к необратимым и нежелательным изменениям в хрупком балансе разнородных, но очень важных для нас составляющих воздуха. Советский ученый В. Л. Тальрозе справедливо отметил однажды, как ничтожно малы массы веществ, образующих жизненно необходимую растениям, животным и человеку газовую оболочку Земли: «Слой вещества, создающий давление всего в один килограмм на квадратный сантиметр,-- вот та среда, в которой мы живем и работаем, которая проводит звуки к нашему уху, пропускает свет Солнца. Десять миллиграммов углекислого газа из каждого килограмма этого вещества, взаимодействуя с солнечным светом, непрерывно поддерживают жизнь на Земле, 300 микрограмм озона защищают эту жизнь от губительного ультрафиолета, миллионная микрограмма электронов создает возможность общаться по радио. Эта среда, которая позволяет нам летать друг к другу, которой мы дышим, наконец, она тоже живет, живет физически: это не только бурный воздушный океан, но и газовый химический реактор». Химики научились создавать новые вещества и даже сумели обогнать Природу, получив материалы, в которых соединилось несоединимое. Сейчас ученые исследуют способность и умение Природы поддерживать мудрое равновесие между противоположными процессами: отнимая у Земли ее минеральные богатства, они стараются сохранить в неприкосновенности чистоту рек, озер, морей, прозрачность воздуха и благоухающий запах трав.
Заключение
Химия оказалась в центре важных и сложных физических процессов. Химические реакции происходят не только в окружающем нас мире, но и в тканях, клетках, сосудах человеческого тела. Ученые XX века обнаружили, что именно химия помогает человеку различать запахи и цвета, позволяет быстро откликаться на едва уловимые перемены, происходящие в Природе. Зрительный пигмент родопсин улавливает световые лучи, и мы видим многообразие красок вокруг. Пахучие травы и растения рассылают во все стороны летучие органические молекулы, попадающие на чувствительные центры в органах обоняния живых существ, передавая тончайшие запахи Природы. В ответ на любое внешнее раздражение мозг человека посылает по нервным волокнам сигнал тревоги или радости, действия или успокоения. В организме человека нервные волокна, руководящие нашим движением, и мышцы, осуществляющие его, разделены зазором шириной не более 50 нанометров. Это расстояние в 1000 раз меньше толщины человеческого волоса. Окончания нервных волокон выделяют органическое вещество -- ацетилхолин, который передает химический сигнал мышцам любого органа, совершая прыжок через пространство, отделяющее волокна от мышц.
Бурные химические процессы протекают внутри далеких звезд и в термоядерных реакторах, созданных учеными. Непрерывно идет химическое взаимодействие атомов и молекул в растениях и в недрах Земли, на поверхности водных просторов и в толще горных хребтов. Природа многое доверила химии и не ошиблась: химия оказалась ее верным союзником и трудолюбивым помощником.
Не может существовать и развиваться без химии ни одна из областей современных естественных наук.
Впереди у химии -- и радости свершений, и трудности преодолений.
Химия к ним готова. В этот далекий, интересный поход она отправляется вместе с лучшим другом -- неуемной, беспокойной, ищущей человеческой мыслью.
Список литературы
1. Габриелян О. С. Химия. 8 класс: Учеб. для общеобразоват. Учеб. Заведений. - 4-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2000. - 208 с.: ил.
2. Колтун М. М. Мир химии: Научно-художественная лит-ра / Оформ. Б. Чупрыгин. - М.: Дет. лит., 1988.- 303 с.: ил., фотоил.
3. Концепции современного естествознания: Сер. «Учебники и учебные пособия» / Под ред. С. И. Самыгина. - Ростов н/Д: «Феникс», 1997. - 448 с.
4. Современная мультимедиа-энциклопедия «Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия 2004» / © «Кирилл и Мефодий» 2002, 2003, с изменениями и дополнениями, © «МультиТрейд», 2004.
