Місце хімії серед наук про природу, зв’язок...

Самостійна робота №1

Тема: Періодичний закон і періодична система Д.І.Мендєлєєва у світлі теорії будови атома.

Місце хімії серед наук про природу, зв’язок хімії з іншими природничими науками.

Хімія посідає центральне місце серед наук про природу і в суспільному виробництві. Вона поєднує абстрактні фізичні і хімічні уявлення з біологічними і геологічними процесами, явищами живої та неживої природи. Хімічна форма руху матерії – це вища єдність фізичних форм, але вона нижча за біологічну. Багато хімічних перетворень відбувається під дією фізичних факторів – теплоти, електричного струму, випромінювання тощо. Біологічні зміни обумовлені послідовними хімічними реакціями. Деякі фізичні явища – електричний струм у гальванічному елементі, теплота, що виділяється під час згорання речовин, також є результатом хімічних процесів.

Предмет і завдання хімії, її значення в розвитку різних галузей господарства.

Хімія вивчає хімічну форму руху матерії, тобто хімічні явища. Хімічні явища, або хімічні реакції, полягають у перетворенні одних речовин на інші без зміни складу ядер атомів. Ознаками хімічних реакцій є енергетичний ефект (виділення теплоти, світла або поглинання теплоти), зміна забарвлення, утворення газу, осаду або розчинення осаду, поява чи зникнення запаху. Хімічні явища обумовлені взаємодією атомів, у результаті якої утворюються молекули, іони.

Хімія вивчає речовини, їх властивості, склад, будову і перетворення. Найважливішими задачами хімії є дослідження будови речовини, знаходження зв’язків їх будови з властивостями та реакційною здатністю, розробка методів добування речовин з наперед заданими властивостями, інтенсифікація промислових виробництв, створення безвідходних технологій, використання енергії хімічних перетворень.

Основою технологічних процесів у багатьох галузях народного господарства (металургійна, медична, харчова, легка промисловість, енергетика, будівництво, електроніка, сільське господарство) є хімічна реакція.

Хімічна промисловість – це одна із найважливіших галузей важкої індустрії , яка виробляє мінеральні та органічні добрива, хімічні засоби захисту рослин, хімічні волокна, пластмаси, синтетичні смоли, лаки та фарби, синтетичні миючі засоби, продукти переробки нафти, лікарські та вибухові речовини, каучук, гуму, каталізатори, а також основні хімічні сполуки – сульфатну та нітратну кислоти, аміак, етанол, етилен тощо.

Щорічно їх реєструється близько 0,5 млн. нових хімічних сполук (приблизно одна сполука кожної хвилини).

Крім того, хімічні знання та технології відіграють важливу роль у вирішенні сучасних і майбутніх екологічних проблем.

Основні хімічні поняття і закони атомно-молекулярного вчення.

Молекула – це здатна до самостійного існування найменша частка речовини, що зберігає хімічні властивості цієї речовини.Атом – це хімічно неподільна електронейтральна частка речовини, що складається з позитивно зарядженого ядра та негативно заряджених електронів.Хімічний елемент – це вид атомів з однаковим зарядом ядра.Простими називаються речовини , складаються з одного елемента, тобто це – форма існування хімічних елементів у вільному стані.Складними називаються речовини, що складаються з різних елементів, тобто це – форма існування хімічних елементів у зв’язаному стані.Закон сталості складу: Кожна чиста речовина молекулярної будови має постійний (сталий) склад, що не залежить від місця і способу її добування.Закон збереження маси речовини під час хімічних реакцій: Загальна маса речовин, які вступили в реакцію, дорівнює загальній масі речовин, що утворились в результаті реакції.Закон Авогадро: У рівних об’ємах різних газів міститься однакове число молекул.

Залежність властивостей елементів від будови їх атомів.

Знаючи положення елемента в періодичній системі, можна передбачити властивості його сполук, користуючись такими відомостями:1. Склад вищих солетворних оксидів елементів визначається номером групи2. Водневі леткі сполуки певного складу утворюються лише неметалами, тобто елементами тільки

головних підгруп 4 – 7 груп. Слід розрізняти загальне поняття „гідриди елементів” і конкретне „леткі водневі сполуки”. Гідриди – сполуки з воднем різного складу та природи утворюють майже всі елементи, а леткі водневі – тільки неметали.

3. У періодах хімічні властивості змінюються від металічних (елементи початку періоду) через проміжні між металічними та неметалічними до неметалічних (елементи кінця періодів). У великих періодах це відбувається повільніше, ніж у малих через сукупності перехідних елементів.

4. У головних підгрупах із зростанням атомних мас збільшуються металічні властивості та зменшуються неметалічні, зростають густини простих речовин, знижується температура плавлення простих речовин металів і підвищується температура плавлення простих речовин неметалів. Ці явища пояснюються, електронної теорії будови атомів.

5. Властивості кожного елемента визначаються як середні між властивостями елементів, що оточують його в періодичній системі з чотирьох боків, атомну масу так також можна вирахувати. Так можна визначити і інші властивості елементів. Наприклад: алюміній оточений неметалічними бором і кремнієм, металічними скандієм і магнієм. Отже, імовірно , що його властивості є проміжними між металічними і неметалічними. Дійсно, його оксид і гідроксид виявляють амфотерні властивості.

Значення періодичної системи елементів Д.І.Менделєєва.

1. Періодичний закон хімічних елементів – один з основних законів природи. Після його створення природознавство пережило наукову революцію, було створено нові теорії (відносності, квантової, механіки, будови речовини), знайдено нові елементи, але ці відкриття не тільки не зруйнували періодичний закон та систему, але й розвинули їх, надали їм нового змісту, затвердили життєздатність та фундаментальність.

2. Періодичний закон і система показали взаємозв’язок хімічних елементів. Періодична система є природною унікальною класифікацією всіх хімічних елементів.

3. Відкриття періодичного закону та періодичної системи завершили розвиток атомістичних уявлень у 19 ст. , започаткували сучасну хімію.

4. Найбільше значення періодичного закону і системи полягає в передбаченні існування нових елементів, відкриття яких підтвердило силу генія Д.І.Менделєєва. У наш час закономірності періодичної зміни властивостей елементів використовуються в сучасній хімії, геології, геохімії, космохімії, ядерній хімії, різноманітних технологіях. Так, вчені прогнозують властивості трансактиноїдів з №104 – 121 і надактиноїдів, або суперактиноїдів, розміщених за елементом з № 121, обговорюють проблему будови сьомого періоду системи. Періодичну систему використовують під час розробки методів синтезу напівпровідників, нових каталізаторів тощо.

5. Періодичний закон і періодична система покладені в основу викладення хімії в середніх і вищих навчальних закладах. За положенням елемента в періодичній системі можна відразу визначити будову його атома та прогнозувати властивості сполук.

Періодична система має велике значення для розуміння науковцями матеріального світу.


Тема: «Застосування Сульфуру та його сполук.»

Сульфур (IV) оксид, Сульфур (VI) оксид, властивості, добування, та застосування.

Оксид сірки (IV) – безбарвний газ з характерним різким запахом.

Хімічні властивості:

1. розчиняється у воді2. з основними оксидами3. лугами4. приєднує кисеньДобування :1. дією соляної або розведеної сірчаної кислоти на солі сірчистої кислоти2. Взаємодією концентрованої сірчаної кислоти з міддю під час нагрівання

Використовують – для добування сірчаної кислоти, відбілювання соломи, вовни, шовку, а також як дезинфікуючий засіб.

Оксид сірки (VI) – безбарвна рідина , при + 17 перетворюється на білу кристалічну речовину.Використовують для отримання сірчаної кислоти.

Сульфатна кислота, фізичні властивості.

Молекулярна формула сульфатної кислоти H 2SO4 Ступінь окислення сірки в цій сполуці +6.Безводна сірчана кислота – важка, безбарвна, в’язка речовина без запаху.

Хімічні властивості концентрованої і розведеної сульфатної кислоти.

Розведена сірчана кислота1. з основами

H2SO4 + 2 KOH = 2H2O + K2SO4

2. основними оксидамиMgO + H2SO4 = MgSO4 + H2O

3. з металами, що розташовані в ряду стандартних електродних потенціалів перед воднемFe + H2SO4 = FeSO4 + H2

Концентрована сірчана кислота1. з малоактивними металами

Cu + 2 H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2O

2. з активними металамиZn + 2 H2SO4 = ZnSO4 + SO2 + 2H2O

3. з неметаламиS + 2 H2SO4 = 3 SO2 + 2 H2O

4. з солями летких кислот2 NaCI + H2SO4 = 2HCI + Na2SO4

Якісна реакція на сульфат-іон.

Внаслідок взаємодії сірчаної кислоти та її розчинних солей з хлоридом барію утворюється білий нерозчинний осад – сульфат барію.

Добування сульфатної кислоти і її вплив на довкілля, її застосування.

Найбільш поширеним способом виробництва сірчаної кислоти є контактний. Він складається з таких стадій :

1. добування оксиду сірки (IV) – найчастіше під час випалювання піриту, потім його очищають від домішок, використовуючи спеціальні електрофільтри, промивну та сушильну башти.

2. окислення оксиду сірки (IV) до оксиду сірки (VI) – у контактному апараті за допомогою каталізатора оксиду ванадію(V), реакція окислення є оборотною і екзотермічною, за температури 470 – 490 градусів досягається максимальний вихід оксиду сірки (VI). З контактного апарату він надходить у дрібнодисперсному стані.

3. добування сульфатної кислоти – з водяною парою оксид сірки (VI) утворює туман, який складається з найдрібніших крапельок сірчаної кислоти. Виділити кислоту з газу дуже важко. Для поглинання оксиду сірки (VI) використовують не воду , а концентровану сірчану кислоту. Отримують білу кристалічну речовину, яка димить на повітрі – олеум. Розводячи олеум можна приготувати сірчану кислоту будь якої концентрації.

Сульфатну кислоту використовують для виробництва мінеральних добрив (суперфосфату, сульфату амонію), виробництва залізного купоросу, мідного купоросу, одержання барвників, пластичних мас, штучного волокна, лікарських і вибухових речовин, летких кислот, для очищення нафтопродуктів, а також поверхонь металів від оксидів, сушіння різних речовин.


Мінеральні добрива

Добрива – це речовини, які застосовують для правильного розвитку і живлення рослин, або для зміни властивостей ґрунту.

Як правило застосування добрив збільшують врожайність і якість сільськогосподарських культур, і навпаки, агрохімічне неправильне і неграмотне застосування добрив призводить до шкідливого накопичення в рослинах і продуктах їх переробки деяких хімічних речовин. Надмірне застосування добрив не дає бажаного збільшення врожаю та якості продукту, а викликає буйний ріст бур’янів.

Мінеральні добрива розрізняють прямі та побічні. Прямі добрива вводять для безпосереднього живлення рослин. Вони містять необхідні для цього елементи, головним чином Нітроген, Фосфор, Калій та мікроелементи. Прямі добрива розділяють на однобічні (містять один поживний елемент) і комплексні (два і більше поживних елементів). Комплексні добрива за способом приготування розрізняють змішані і складні, змішані – це механічні суміші різних однобічних добрив. Складні готують шляхом хімічної взаємодії, спільної кристалізації або сплавлення основних компонентів.

Побічні мінеральні добрива використовують головним чином для поліпшення властивостей ґрунтів. До побічних добрив відносять засоби нейтралізації кислих ґрунтів (вапнування), меліорації, солончаків (гіпсування), підкислення з метою розчинності фосфатів.

Більшу частину мінеральних добрив випускають у вигляді порошків або гранул. Гранульовані добрива менше злежуються і краще розсіюються.

Солі нітратної кислоти називають нітратами. Нітрати калію, кальцію, та амонію – це селітри. Нітрати мають кристалічну будову з іонним типом зв’язку.

Нітрати використовуються в сільському господарстві як добрива.Натрієва селітра містить 15 – 16 % нітрогену і 26 % натрію. Кальцієва селітра містить 13 – 15 %

нітрогену.Для нормального росту і розвитку рослинам необхідні поживні речовини у вигляді різних сполук

– калію, азоту, магнію. Найбільше рослини споживають речовини, що містять нітроген, фосфор, магній. Виробництво мінеральних добрив одна з найважливіших галузей народного господарства. Мінеральні добрива поділяють на азотні, фосфорні, калійні.

Але необхідно не забувати про якість овочів, адже надмірне внесення їх у грунт спричинює перевищення доз нітратів. Отже коротка характеристика основних добрив.

Кальцієва селітра (Норвезька селітра)– Ca(NO3)2 - випускається у вигляді дрібних гранул, містить у собі понад 15 % нітрогену, добре розчиняється у воді.

Аміачна селітра – NH4NO3 - найголовніший вид азотних добрив. Тверда кристалічна речовина білого кольору, добре розчиняється у воді, містить 35 % азоту.

Натрієва селітра (Чілійська селітра)– NaNO3 - біла кристалічна речовина, добре розчиняється у воді , містить 16% азоту.

Калійна селітра – KNO3 - містить у собі два поживні елементи – азот і калій.Загально відомо, що рослини без добрив не можуть давати ті результати, які ми від них чекаємо.

Отже потрібно знати коли і яких елементів не вистачає рослині.1. Блідо – зелене забарвлення рослини, невеликі розміри і раннє пожовтіння листя свідчить про

нестачу азоту.2. Темно – зелене , голубувате забарвлення листків, поява червоно – пурпурових відтінків , темний

майже чорний колір затихаючих листків. Не швидкий ріст рослин. На нижній стороні листя з’являються червоно – фіолетові плями. Отже недолік фосфору.

3. Краї листків буріють. Верхівки стебел закручуються, нижні листки опадають. На плодах з’являються жовті плями.. Це свідчить про недолік калію.

Але не треба і перебільшувати дози даних добрив. Для кожного овочу потрібно знати норму, так як для кожного вона різна. Наприклад:

До якості овочем , як і інших сільськогосподарських продуктів поставлені спеціальні вимоги і стандарти які однакові у всіх країнах. Державні стандарти домагаються підвищення якості продуктів. Стандартах сказано, що овочі повинні бути свіжі, дозрілі, здорові , по масі , розміру, і якості відповідати даному сорту.

В організмі людини під дією кишечник паличок утворюють нітрити, що блокують гемоглобін і перекривають доступ кисню людині. Таке захворювання називають метгемоглобін. Нітрати також дуже отруйні для тварин. Смертельна доза для людини 6 міліграм на кілограм маси тіла , для свиней 0,16 – 0,2 мг, для корів 0,65 -0,74 мг, овець 2 г на кг живої маси.

Як же захистити себе від нітратів – якщо овочі зберігати при низьких температурах в добре провітрюваному приміщенні то рівень нітратів зменшується. Так досліди показують, що через 3 місяця в картоплі зберігається приблизно 85 % нітратів, а через півроку близько 30%, в моркві 70 або 44% відповідно. Але якщо на зберігання класти овочі з підвищеним вмістом нітратів то їх зменшується лише на 15 – 20%. Другий спосіб – консервування, при консервуванні без приправ вміст нітратів зменшується в 5 - 6 разів. Нітрати переходять в розсіл, тому його краще не вживати. Дуже корисно овочі заморожувати, а потім замороженими опускати в кип’яток, за перші 15 хвилин майже всі нітрати переходять в воду.

Одним із найбільш розповсюджених мінеральних добрив, яке виробляють у великій кількості, є суперфосфат (простий і подвійний). Технологія його виробництва надзвичайно проста: апатитовий концентрат або фосфоритне борошно змішують із концентрованою сульфатною або фосфорною кислотою в необхідних співвідношеннях. Продукти цієї реакції є готовим добривом, якому треба лише надати товарного вигляду: подрібнити, гранулювати, розфасувати. Однак треба пам’ятати, що у фосфатній сировині є багато домішок. Головні з них – фтори кальцію і оксид силіцію, які в присутності кислоти утворюють шкідливі речовини.


Сполуки металів з Гідрогеном та Оксигеном.

Вода, Н2O — прозора рідина без запаху, смаку і кольору; оксид водню. Молекула води складається з одного атома оксигену і двох атомів гідрогену. Атоми гідрогену розташовані в молекулі так, що напрямки до них утворюють кут 104,45o із вершиною в центрі атома оксигену. Таке розташування зумовлює молекулі води дипольний момент у 1,844 Дебая. При заміні атомів гідрогену (протонів) на атоми дейтерію утворюється модифікація, яка називається важкою водою.Вода належить до найбільш поширених речовин на Земній кулі[Джерело?]. Водою вкрито близько 4/5 поверхні земної кулі (океани, моря, озера, річки). Значна її кількість у вигляді льоду і снігу вкриває високі гори і величезні простори Арктики і Антарктики. Багато води в атмосфері повітря — пара, туман і хмари. Значні кількості води містяться і в земній корі у вигляді підземних вод. У природі вода перебуває не тільки у вільному стані, а і в хімічно зв'язаному.Вода входить до складу багатьох гірських порід і всіх рослинних і тваринних організмів. На воду припадає близько 60% маси тварин і до 80% маси риб. У деяких рослинах вміст води іноді перевищує 90% їхньої маси.Більшість запасів води на Землі знаходяться в морях і океанах, прісна вода становить менше 1%.

Чиста вода - безбарвна прозора рідина, без запаху і смаку. За нормального атмосферного тиску при 0°С вона замерзає і перетворюється у лід, а при 100°С - кипить, перетворюючись у пару. У газоподібному стані вода існує і за нижчої температури, навіть нижче 0°С. Тому лід і сніг теж поступово випаровуються.У рідкому стані вода практично не стискається, у замерзлому стані розширюється на 1/11 від свого об'єму.Найбільшу густину вода має при +4°С. Масу 1 см3 чистої води при цій температурі прийняли за одиницю і назвали грамом (сучасне визначення грама основане на точнішому еталоні). На відміну від інших рідин, вода при охолодженні від + 4 до 0°С розширюється. Тому лід легший від води (на 8%) і не тоне у ній. Завдяки цьому, а також малій теплопровідності шар льоду захищає глибокі водойми від промерзання до дна, і цим забезпечується у них життя.Потрійна точка води, тобто умови, за яких одночасно у рівноважному стані можуть співіснувати вода, лід та пара, реалізується при температурі 0.01 oC і тиску 611.73 Па .Вода характеризується великою питомою теплоємністю, що дорівнює за означенням калорії 1 кал/г-град. Завдяки цьому температура океанів і морів змінюється досить повільно, і цим регулюється температура на поверхні земної кори. Цим пояснюється також те, що клімат на островах рівномірніший, ніж на материках.Фізичні властивості води великою мірою зумовлені тим, що молекула води має значний дипольний момент (1,844 Дебая). Завдяки цьому молекули води сильно взаємодіють між собою, що приводить до конденсації при доволі високій температурі. Так, наприклад, набагато важчі молекули кисню і вуглекислого газу при цих температурах конденсованої фази не утворюють. Легкі атоми водню утворюють водневі зв'язки між різними молекулами, зумовлюючи складну взаємозв'язану структуру рідини.Прозорість води залежить від товщини шару, через яку проходить світло, від кольоровості й мутності води, тобто від вмісту в ній різних барвистих завислих мінеральних і органічних речовин.Мірою прозорості служить висота стовпа води, при якій можна спостерігати білий диск-прозоромір певних розмірів, що його занурюють у воду, або розрізняти на білому папері стандартний шрифт певного розміру й типу. Результати виражаються в сантиметрах із називанням способу вимірювання. За ступенем прозорості води поділяють на: 1) прозорі; 2) слабко прозорі; 3) слабко каламутні; 4) каламутні; 5) сильно каламутні.У термічному відношенні вода досить стійка. Проте при температурах, вищих 1000°С, вона починає розкладатися на водень і кисень.У природі вода відіграє надзвичайно важливу роль. Випаровуючись, вода переноситься на величезні віддалі і там випадає у вигляді дощу і снігу. Вологість повітря і кількість атмосферних опадів є найважливішими факторами, що регулюють клімат і погоду.Вода є також одним з найважливіших геологічних факторів, що змінює зовнішній вид земної поверхні, розмиваючи гори і утворюючи долини. Вона руйнує гірські породи не тільки механічно, а й хімічно, реагуючи з ними з утворенням інших речовин.Вода має величезне значення в житті людини, тварин і рослин. Вона потрібна рослинам для розчинення поживних речовин ґрунту. Нестача води у ґрунті призводить до погіршення живлення рослин і зниження врожаю сільськогосподарських культур. Тому для забезпечення у ґрунті води здійснюють цілий комплекс агрохімічних заходів.Усі процеси травлення і засвоєння їжі людиною і тваринами відбуваються у водному середовищі. Надмірна втрата води організмом (до 10 — 20 %) може призвести до загибелі. Щоденна потреба дорослої людини у воді становить 2,5—4 дм3. Вода є одним з шести основних харчових елементів здорового харчування людини поряд з вуглеводами, білками, жирами, вітамінами і мінералами.Шкідливою дією вод є:

1. наслідки повені, що призвели до затоплення і підтоплення земель та населених пунктів;2. руйнування берегів, захисних дамб та інших споруд;3. заболочення, підтоплення і засолення земель, спричинені підвищенням рівня ґрунтових вод

внаслідок ненормованої подачі води під час зрошення, витікання води з водопровідно-каналізаційних систем та перекриття потоків підземних вод при розміщенні великих промислових та інших споруд;

4. осушення земель, зумовлене забором підземних вод в кількості, що перевищує встановлені обсяги відбору води;

5. забруднення (засолення) земель в районах видобування корисних копалин, а також після закінчення експлуатації родовищ та їх консервації;

6. ерозія ґрунтів, утворення ярів, зсувів і селей.Під час проектування водогосподарських та інших об'єктів повинна враховуватися можлива шкідлива дія вод, а під час експлуатації цих об'єктів — вживатися заходи щодо її запобігання, а саме:залуження та створення лісонасаджень на прибережних захисних смугах, схилах, балках та ярах;будівництво протиерозійних гідротехнічних споруд, земляних валів, водоскидів, захисних дамб, водосховищ-регуляторів;спорудження дренажу;укріплення берегів тощо.Вода має численні технічні застосування. Енергія падіння води широко використовується на гідроелектростанціях для одержання дешевої електричної енергії. Воду використовують у будівельній, текстильній, шкіряній, металургійній і багатьох інших галузях промисловості. Особливо широко застосовують воду у хімічній промисловості для процесів розчинення, фільтрування, промивання і як сировину для одержання різних хімічних продуктів: їдких лугів, кислот, водню тощо.Вода відкритих водойм, що використовується для господарсько-питного водопостачання, купання, спортивних занять, організованого відпочинку, з лікувальною метою, а також вода водойм у межах населених пунктів повинна відповідати санітарним нормам.Природна вода ніколи не буває цілковито чистою. У ній завжди містяться розчинені речовини, а інколи й нерозчинні домішки. Найчистішою є дощова і снігова вода. Але й дощова вода містить близько 0,003% розчинених мінеральних речовин, які перебувають в повітрі у вигляді пилу і вимиваються дощем.Падаючи на землю, дощова і снігова вода частково стікає в річки, а частково просочується у ґрунт і утворює так звані підземні води. Попутно вона розчиняє різні речовини. Річкові води містять близько 0,05% розчинених речовин, а підземні (джерельна, колодязна тощо) — до 0,1% і більше.Усі природні води, що містять до 0,1% розчинених солей, називають прісними. Коли розчинених речовин більше від 0,1%, воду називають солоною.Найсолонішою є морська вода. В ній міститься до 3—4% розчинених речовин. Наявність у морській воді дуже великої кількості розчинених солей робить її непридатною ані для вжитку, ані для господарсько-побутових, ані для промислових потреб.Оскільки природна вода не буває цілком чистою, то у більшості випадків для безпосереднього вжитку вона непридатна. Тому її попередньо піддають очищенню як від механічних домішок, так і деяких розчинених солей, а інколи і від усіх сторонніх речовин. Характер очищення води залежить від того, для якої мети її вживають.Особливо високі вимоги висуваються до очищення питної води. Питна вода повинна бути цілком прозорою, безбарвною, без запаху і смаку, без органічних залишків і шкідливих бактерій, з помірною кількістю розчинених солей. Доброю для пиття вважається вода, що містить на 1 дм3 0,3 г (або 0,03%) розчинених солей. Вода, в якій дуже мало або дуже багато розчинених солей, шкідлива.


Захист від корозії.

Одним з найбільш поширених способів боротьби з корозією є покриття металу (головним чином заліза) масляними фарбами. Захисна дія фарби основується на тому, що оліфа, піддаючись полімеризації, утворює на поверхні металу суцільну еластичну плівку, яка ізолює метал від дії атмосферних хімічних агентів. Інколи для захисту металу від корозії (наприклад, алюмінію і деяких стальних виробів) штучно створюють оксидну плівку обробкою їх поверхні сильними окисниками.Значного поширення одержав також спосіб покриття одного металу іншим. Наприклад, дахове залізо покривають тонким шаром цинку. З цією метою залізні листи занурюють на короткий час у розплавлений цинк. Сам по собі цинк в атмосфері повітря не піддається корозії, оскільки на його поверхні утворюється досить стійка захисна оксидна плівка ZnO. При пошкодженні цинкового шару (тріщини, царапини тощо) цинк з залізом у присутності вологи повітря утворює гальванічну пару. При

цьому електрохімічному корозійному руйнуванню піддається цинк як активніший метал, а залізо не руйнується доти, поки не буде зруйнований весь захисний шар цинку.

На цьому ж принципі основується і так званий протекторний спосіб захисту металів від корозії. Суть цього способу полягає в тому, що металеву конструкцію сполучають металічним провідником з активнішим металом, який піддається корозійному руйнуванню. Наприклад, у парові котли інколи вводять листи цинку, які сполучають залізними стержнями з стінками котла. При цьому утворюється в середовищі води гальванічна пара, внаслідок чого цинк, як активніший метал руйнується, а залізні стінки котла не піддаються корозії. Так само можна захищати і підземні трубопроводи.

Інколи металеві вироби вкривають захисним шаром менш активного металу. Прикладом цього може служити біла жерсть, з якої виробляють консервні банки. її одержують зануренням на короткий час залізних листів у розплавлене олово. Олово дуже добре захищає залізо доти, поки його шар суцільний. Але коли захисний шар пошкоджується і залізо приходить у дотик з агресивним середовищем, воно з оловом утворює гальванічну пару і залізо як активніший метал піддається корозійному руйнуванню. При цьому залізо кородує значно скоріше, ніж у тому випадку, коли воно не вкрите шаром олова.

осить поширеним є гальванічний спосіб покриття одного металу іншим (шляхом електролізу). Цим способом покривають нікелем (нікелювання), хромом (хромування), міддю (міднення), сріблом (сріблення), золотом (золочення) і іншими металами. Гальванічним способом можна наносити дуже тонкий і рівномірний шар захищаючого металу. Гальванічні покриття не тільки захищають металічні вироби від корозії, а й надають їм гарного зовнішнього вигляду.

Для боротьби з корозією в середовищі рідин застосовують спеціальні добавки, так звані інгібітори, тобто сповільнювачі корозії. Інгібіторами можуть бути різні речовини: хромат натрію, дихромат калію, фосфат натрію тощо, а також желатин, клей та інші органічні речовини. Інгібітори сприяють утворенню на кородуючій поверхні металу міцної захисної плівки, внаслідок чого швидкість корозії може зменшуватись у десятки і сотні разів. Особливо важливу роль відіграють інгібітори при взаємодії металів з кислотами. Так, наприклад, коли додати Деякі інгібітори до хлоридної кислоти, то її можна зберігати в стальній тарі, хоч хлоридна кислота з залізом взагалі реагує досить енергійно. Крім того, останнім часом стали широко застосовувати сплави з високими антикорозійними властивостями. Такі сплави одержують шляхом добавок до основного металу інших металів — нікелю, кобальту, хрому і ін. Прикладом антикорозійних сплавів може служити сталь із вмістом 15—20% Зі. Така сталь цілком стійка до дії кислот. З неї виготовляють різну хімічну апаратуру.

Самостійна робота № 6

Тема : «Біологічна роль елементів»

Алюміній входить до складу тканин тварин і рослин; в органах ссавців виявлено від 10−3 до 10−5% алюмінію (на сиру речовину). Алюміній накопичується в печінці, підшлунковій і щитовидній залозах. В рослинних продуктах вміст алюмінію коливається від 4 мг на 1 кг сухої речовини (картопля) до 46 мг (жовта ріпа), в продуктах тваринного походження — від 4 мг (мед) до 72 мг на 1 кг сухої речовини (яловичина). В денному раціоні людини вміст алюмінію досягає 35-40 мг. Відомі організми — концентратори алюмінію, наприклад плауни (Lycopodiaceae), які містять в золі до 5,3% алюмінію, молюски (Helix и Lithorina), в золі яких 0,2-0,8% Алюмінію.Утворюючи нерозчинні сполуки з фосфатами, алюміній порушує живлення рослин (поглинання фосфатів коренями) і тварин (всмоктування фосфатів в кишечнику).Кальцій самий розповсюджений макроелемент в організмі людини, більша його частина міститься в скелеті і зубах у вигляді фосфатів. Іони кальцію приймають участь в процесах згортання крові, м'язових і нейронних реакціях, забезпечують осмотичний тиск крові. Потреба в кальцію залежить від віку. Для дорослих необхідна добова норма складає від 800 до 1000 міліграм, для дітей — від 600 до 900 міліграм, що дуже важливо внаслідок інтенсивного росту скелета дитини. Зловживання кавою та алкоголем може призводити до дефіциту кальцію.Нітроген — один із основних хімічних елементів живої природи. Він входить до складу амінокислот — хімічних блоків, з яких формуються білки, та нуклеїнових кислот. Незважаючи на важливіть нітрогену

для живих організмів, ні рослини, ні тварини не можуть засвоювати атмосферний азот. Деякі бактерії, проте, мають фермент нітрогеназу, за допомогою якого азот фіксується.При надходженні в організм в надмірних кількостях арсен призводить до мутацій ДНК людини.Навіть фізіологічно астат поводить себе подібно йоду, наприклад, концентрується в щитовидній залозі. Оскільки астат супроводжує йод, то це дозволяє разом з препаратами йоду вводити радіоактивний астат і використовувати його при радіотерапії ракових пухлин.Берилій - Дуже токсичний, канцероген.Препарати брому діють заспокійливо на організм людини.Карбон - найважливіший хімічний елемент для органічних сполук. Органічні сполуки за визначенням - це сполуки карбону. Особливою властивістю, яка забезпечує карбону центральну роль в органічній хімії та в біології, є чотиривалентність. Завдяки чотирьом можливим хімічним зв'язкам карбон здатен утворювати неймовірне число хімічних сполук, серед яких полімери - довгі ланцюжки, складені з однакових або різних ланок, та ароматичні сполуки. Серед полімерів особливу роль для життя мають біополімери, включно з білками і нуклеїновими кислотами.Роль гідрогену в органічних сполуках в основному полягає в зв'язуванні тих електронів атомів карбону, які не беруть участі в утворенні міжкарбонових зв'язків у складі полімерів. Однак, гідроген бере участь в утворенні особливих водневих зв'язків, якими сполучаються, наприклад, нуклеотиди в молекулі ДНК. Найпростіші органічні полімери - вуглеводні, складаються тільки з карбону й гідрогену.Разом із карбоном та гідрогеном, оксиген утворює дуже багато різноманітних органічних сполук: вуглеводи, серед яких сахароза, глюкоза, фруктоза і полісахариди; спирти, етери, естери, жири, альдегіди тощо.Сульфур входить до складу деяких амінокислот. У складі білків між атомами сульфуру встановлюються дисульфідні зв'язки, що забезпечують формування третинної структури.Фосфор входить до складу ДНК, нуклеотиди якої є естерами нуклеозиду і фосфорної кислоти. Крім того фосфор - важлива складова частика молекул АТФ та АДФ - носіїв енергії в живій клітині.


Алкадієни.

Ацетиленові вуглеводні – це ненасичені вуглеводні, що мають один потрійний зв’язок. Вони утворюють гомологічний ряд з загальною формулою CnH2n - 2

1. етин C 2H2

2. пропін C3H4

3. бутин C4H6

4. пентин C5H8

5. гексин C6H10

6. гептин C7H12

7. октин C8H14

8. нонин C9H16

9. децин C10H18

Етин, його склад, електронна, просторова будова, sp -гібридизація атома Карбону.Формула етину ( ацетилену) C 2H2

Відстань між атомами карбону в ньому менша, ніж в етилені, кут між зв’язками 180 градусів. Молекула ацетилену має лінійну будову.

Атоми карбону в ацетилені розташовані блище, ніж у етилені внаслідок утворення другого π - зв’язку.

Потрійний карбон-карбоновий зв’язок.Атоми карбону в ацетилені зв’язані потрійним карбон – карбоновим зв’язком, що складається з

одного σ і двох π - зв’язків, розміщених у взаємно перпендикулярних площинах. У ацетилену спостерігається sp -гібридизація, в якій на відміну від етилену беруть участь одна орбіталь і одна p орбіталь.

Електрони p орбіталей, що беруть участь в утворенні двох π зв’язків, не гібридизуються. У результаті sp гібридизації в ацетилені кожний атом карбону має дві гібридних sp - орбіталі. Ці орбіталі беруть участь в утворенні одного σ - зв’язку між атомами карбону і одного σ - зв’язку з s - орбіталлю атома гідрогену. Молекула ацетилену має 5 зв’язків. ( Дивись малюнок в книжці.)Ізомерія і номенклатура алканів.

Вживають таку назву ацетиленових вуглеводнів: алкіни. Назви окремих речовин утворюють з назв алканів заміною суфікса –ан на –ин чи –ін.

У алканів починаючи з бутину спостерігається структурна ізомерія, обумовлена розгалуженням вуглецевого ланцюга або положенням потрійного зв’язку в ньому. Алкіни мають також ізомери серед алкадієнів.Фізичні властивості.

Перші три члена гомологічного ряду алкінів – гази, алкіни від бутину до октину – рідини, наступні – тверді речовини.Хімічні властивості.реакції приєднання

гідрогенізаціїC2H2 + H2 = C2H6

галогенування Реакція з бромною водою( під час пропускання ацетилену крізь бромну воду вона знебарвлюється – це якісна реакція на кратний зв’язок, тобто на ненасичені вуглеводні.)

C2H2 + Br2 = C2H2Br4

гідрогалогенування ( реакція відбувається за правилом Марковнікова.)C2H2 + HCI = C2H4CI2

гідратації (реакція Кучерова) цю реакцію відкрив вчений у 1881 році.C2H2 + H2O = C3COH

тримеризація під час пропускання ацетилену крізь розжарене вугілля за температури 600 градусів.

3C2H2 = C6H6

горіння (дуже сліпуче полум’я, використовується для зварювання та різання металів.)


Альтернативні джерела енергії. Охорона довкілля.

Вугі́лля, Викопне вугілля (рос. уголь ископаемый, англ. fossil coal (mineral), нім. fossile Kohle f) — тверда осадова порода, горюча копалина, утворена шляхом вуглефікації рослинних залишків.Характеристика

Колір — від бурого до чорного. Густина 0,92—1,7, твердість 1—3. Виділяють гумоліти (вугілля кам'яне, вугілля буре та антрацити), сапропеліти й сапрогумоліти. Викопне вугілля — один з найбільш поширених видів корисних копалин, вони виявлені на всіх континентах земної кулі. Відомо близько 3000 вугільних родовищ і басейнів. Існують різні оцінки загальних світових запасів викопного вугілля — від 3,7 до 16 і більше трлн. т (станом на 1990 р.). Викопне вугілля складає близько 87,5 % викопного палива Землі. Розвідані запаси вугілля Світовим енергетичним конгресом 1998 р. в млрд. т. у. п. були оцінені так: світові — 799,8; Європа — 72,6; Україна — 34,0. У світовому паливно-енергетичному балансі викопне вугілля складає близько 25 %.

Викопне вугілля — переважно чорна, блискуча, тьмяно-блискуча, матова речовина, що характеризується різними відтінками кольору і блиску, різною текстурою (землистою, шаруватою, монолітною) та структурою (смугастою, штриховою, однорідною та ін.) та поверхнею зламу (зернистою, гладенькою, напівраковинною та ін.), різною тріщинністю з плитчастою, кутасто-грудкуватою та ін. відмінами; поодинокими включеннями вуглефікованих фрагментів різних частин рослин; прошарками осадових порід та мінеральних включень. У складі викопного вугілля виділяють фітерали (залишки рослинного матеріалу) та мацерали (вуглеутворюючі компоненти).

Основні компоненти вугілля: органічна речовина, мінеральні домішки і волога. Маса органічної речовини становить 50-97 % від загальної маси сухого вугілля. Хімічний склад органічної частини вугілля включає C, H, O, S, N та ін. хімічні елементи. Переважає вуглець, на частку якого припадає 60-

98 % маси вугільної речовини. Мінеральні домішки розсіяні в органічній масі у вигляді кристалів, конкрецій, тонких прошарків і лінз. Найбільш поширені глинисті мінерали; вміст їх в середньому становить 60-80 % від загальної маси неорганічного матеріалу. Підлегле значення мають карбонати, сульфіди заліза і кварц. У незначних кількостях містяться сульфіди кольорових і рідкісних металів, фосфати, сульфати, солі лужних металів. Відносний вміст мінеральних домішок в сухій речовині вугілля коливається в широких межах (зольність 50-60 %). Волога вугілля в основному сорбційна, капілярна та порова, частково волога входить до складу органічної маси або міститься в кристалізаційних ґратках мінералів (пірогенетична волога). Масова частка сумарної вологи коливається від 60 % в м'яких пухких до 16 % в щільному бурому вугіллі, знижуючись до 6-10 % в кам'яному вугіллі і антрацитах. Мінімальну вологість (до 4 %) має середньометаморфізоване кам'яне вугілля. Величина цього показника — один з основних параметрів класифікації бурого вугілля. Вища теплота згоряння сухого беззольного вугілля коливається в межах (МДж/кг): для бурих 25,5-32,6, для кам'яних 30,5-36,2 і для антрацитів 35,6 33,9. Нижча теплота згоряння в перерахунку на робоче паливо (МДж/кг): 6,1-18,8 для бурого вугілля, 22,0-22,5 для кам'яного вугілля і 20-26 для антрацитів.Фізичні властивості

Під фізичними властивостями твердих тіл розуміється їх специфічна поведінка при впливі певних сил і полів. Існує три основних способи впливу на тверді тіла, відповідні трьом основним видам енергії: механічний, термічний і електромагнітний. Відповідно виділяють три основних групи фізичних властивостей.

Механічні властивості зв'язують механічні напруження і деформації тіла, які відповідно до результатів широких досліджень механічних і реологічних властивостей твердих тіл, виконаних школою академіка П.О. Ребіндера, можна поділити на пружні, міцнісні, реологічні і технологічні. Крім того при впливі на тверді тіла рідин або газів виявляються їх гідравлічні і газодинамічні властивості.

До термічних відносять властивості, які виявляються у вугіллі під впливом теплових полів, а до електромагнітних – властивості, які виявляються при впливі на вугілля електричних, магнітних полів і електромагнітних коливань.

До електромагнітних властивостей умовно можна віднести радіаційні, котрі проявляються при впливі на вугілля потоків мікрочастинок або електромагнітних хвиль значної жорсткості (рентгенівські, гамма-промені).

Питомий електроопір підвищується з переходом від бурого до кам'яного вугілля і досягає максимуму на середній стадії вуглефікації (Сdaf =87%), а потім меншає із зростанням ступеня метаморфізму, складаючи у антрацитів 102-103 Ом·см.

Окиснення вугілля приводить до значного зниження його опору при температурах до 100°С, коефіцієнт анізотропії кам'яного вугілля становить 1,73-2,55, антрациту 2,00-2,55. Нечисленні досліди показали, що опір цілика і порошку вугілля практично співпадають. Питомий електричний опір зростає із збільшенням зольності.

Фізичні властивості вугілля зумовлені їх хімічним складом, структурою і надмолекулярною організацією.Основні фізико-механічні властивості вугілля:а) пружність – здатність відновлювати свої первинні розміри після зняття навантаження;б) пластичність – здатність зберігати деформацію аж до межі текучості після зняття навантаження;в) твердість – здатність чинити опір пружним і пластичним деформаціям при місцевій силовій дії на поверхню тіла;г) міцність – здатність чинити опір руйнуванню під дією напружень;д) крихкість – здатність руйнуватися без помітного поглинання енергії;е) дробимість – властивість, що визначається сукупністю твердості, в’язкості і тріщинуватості;ж) тривкість – умовне поняття, яке символізує сукупність механічних властивостей і виявляється в різних технологічних процесах при видобутку і переробці вугілля.Утворення вугілля

Для утворення вугілля необхідне велике накопичення рослинної маси. У стародавніх торфяних болотах накопичувалася органічна речовина, з якої без доступу кисню формувалися поклади вугілля. Більшість промислових родовищ викопного вугілля відносяться до цього періоду, хоча існують і молодші родовища. Вік найдавнішого вугілля оцінюється приблизно в 350 мільйонів років.

Вугілля утворюється в умовах, коли гниючий рослинний матеріал накопичується швидше, ніж відбувається його бактерійне розкладання. Ідеальні умови для цього є в болотах, де стояча вода збіднена киснем, перешкоджає життєдіяльності бактерій і тим самим оберігає рослинну масу від

повного руйнування. На певній стадії процесу, кислоти, які виділяються в його ході, запобігають подальшій діяльності бактерій. Так виникає торф — початковий продукт для утворення вугілля. Якщо потім відбувається його поховання під іншими наносами, то торф під дією стиснення втрачаючи воду і гази, перетвориться у вугілля.

Під тиском товщі осадів потужністю 1 кілометр з 20-метрового шару торфу виходить пласт бурого вугілля завтовшки 4 метри. Якщо глибина поховання рослинного матеріалу досягає 3 кілометри, то такий же шар торфу перетвориться на пласт кам'яного вугілля завтовшки 2 метри. На більшій глибині, близько 6 кілометрів, і при вищій температурі 20-метровий шар торфу стає пластом антрациту завтовшки в 1.5 метра

В результаті руху земної кори, вугільні пласти зазнавали підняття і складкоутворення. З часом підняті частини руйнувалися за рахунок ерозії, а опущені зберігалися в широких неглибоких басейнах, де вугілля знаходиться на рівні не менше 900 метрів від земної поверхні.


Тема Харчові добавки

Харчові добавки — це речовини, які додають у продукти з технологічних міркувань, щоб вони не попсувалися, не змінили колір і консистенцію.

Буквені коди «E» (перша буква в слові Europe) — це система кодификації, розроблена в Європі для зручності сприйняття.

Добавки нумеруються залежно від тієї функції, яку вони виконують. Серії «E» від 100 до 199 — це барвники, від 200 до 299 — консерванти, від 300 до 399 — антиокислювачі, далі йдуть загущувачі, емульгатори, піногасники, підсилювачі смаку й аромату. Така класифікація є умовною, оскільки ті самі речовини можуть бути, скажімо, і консервантами, і антиокислювачами одночасно (наприклад, сульфіт натрію E221).

Багато харчових добавок — природного походження. Наприклад, E330 — лимонна кислота — є у всіх цитрусових. У томатах міститься E160а — каротин, E101 — вітамін В2 рибофлавін. З морських водоростей виділяють E400 — альгінат натрію.

Класи харчових добавок:

E100—199 Барвники. Підсилюють чи відновлюють колір продукту.E200—299 Консерванти. Підвищують термін збереження продуктів, захищають їх від мікробів, грибків, бактеріофагів, а також хімічно стерилізують добавки при дозріванні вин, дезинфеканти.E300—399 Антиокислювачі. Захищають від окислення, наприклад від згіркнення жирів і зміни кольору.E400—499 Стабілізатори. Зберігають задану консистенцію. Загущувачі. Підвищують в'язкість.E500—599 Емульгатори. Створюють однорідну суміш продуктів, що не змішуються, наприклад води й олії.E600—699 Підсилювачі смаку й аромату.E900—999 Піногасники. Запобігають утворенню піни чи знижують його рівень.

Шкідливі харчові добавки

Добавки, які викликають появу злоякісних пухлин: E103, E105, E121, E123, E125, E126, E130, E131, E142, E152, E210, E211, E213-217, E240, E447.Добавки, які викликають захворювання шлунково-кишкового тракту: E221-226, E320-322, E338-341, E407, E450, E461-466.Алергени: E230, E231, E232, E239, E311-131.Добавки, які сприяють появі хвороб печінки і нирок: E171-173, E320-322.Крім того, такі добавки, як E121(барвник цитрусовий червоний 2), E123 (червоний амарант), E240 (консервант формальдегід) взагалі заборонені для використання в продуктах харчування в багатьох країнах.


Тема Лікарські препарати.

Лікувальні препарати, лікарські засоби, ліки або медикаменти — речовини або суміші речовин, що вживаються для профілактики, діагностики, лікування захворювань, запобігання вагітності, усунення болю, отримані з крові, плазми крові, органів і тканин людини або тварин, рослин, мінералів, хімічного синтеза або із застосуванням біотехнологій.

До Л. з. належать:

1. діючі речовини (субстанції); готові Л. з. (лікарські препарати, ліки, медикаменти);2. гомеопатичні засоби;3. імунобіологічні препарати (підлягають окремому обліку в Україні);4. засоби, які використовуються для виявлення збудників хвороб, а також боротьби із збудниками

хвороб або паразитами; лікарські косметичні засоби та лікарські домішки до харчових продуктів;5. готові Л. з. (лікарські препарати, ліки, медикаменти) - дозовані Л. з. у тому вигляді та стані, в

якому їх застосовують;6. діючі речовини (субстанції) - біологічно активні речовини, які можуть змінювати стан і функції

організму або мають профілактичну, діагностичну чи лікувальну дію та використовуються для виробництва готових Л. з.;

7. допоміжні речовини - додаткові речовини, необхідні для виготовлення готових Л. з.;8. наркотичні лікарські засоби - лікарські засоби, віднесені до наркотичних;9. отруйні Л. з. - Л. з., віднесені до отруйних Міністерством охорони здоров'я України;10. сильнодіючі Л. з. - Л. з., віднесені до сильнодіючих Міністерством охорони здоров'я України;11. радіоактивні Л. з. - Л. з., які застосовуються в медичній практиці завдяки їхній властивості до

іонізуючого випромінювання.

Існує міжнародна класифікація лікарських засобів, так звана Анатомічна терапевтична хімічна класифікація (АТХ).


Тема Хімія та побут.

Полімер (рос. полимеры, англ. polymers, нім. Polymere n pl, Polymerisate n pl) — природні та штучні сполуки, молекули яких складаються з великого числа повторюваних однакових або різних за будовою атомних груповань, з'єднаних між собою хімічними або координаційними зв'язками в довгі лінійні або розгалужені ланцюги. Структурні одиниці, з яких складаються полімери називаються мономерами.ермін «полімерія» був уведений в науку І.В.Галустяном в 1833 р. для позначення особливого виду ізомерії, при якій речовини однакового складу, відрізняються молекулярною масою. Наприклад, етилен і бутилен, кисень і озон. Синтетичні полімери на той час ще не були відомі, а перші згадки про них відносяться до 1838 (полівініліденхлорід) і 1839 (полістирол). Тому такий зміст терміну не відповідає сучасним уявленням.Деякі полімери вірогідно одержували ще в першій половині ХІХ ст. Це були побічні та небажані на той час продукти «осмолення» основної хімічної реакції. Реакції полімеризації та поліконденсації, які вели до утворення таких продуктів на той час намагалися подавити. Тому для полімерів ще іноді використовують термін «смола».Хімія полімерів, як наука, виникла лише після створення в 60-х роках ХІХ ст. російським хіміком О. М. Бутлеровим (1828—1886) теорії хімічної будови органічних речовин, що дало можливість систематизувати величезний практичний матеріал, накопичений на той час органічною хімією.

Реакція Кучерова заклала основу промислового синтезу складних і простих вінілових ефірів, які використовуються для утворення ряду полімерів (наприклад, полівінілацетата). Вуглеводні ацетиленового ряду також дуже легко полімерізуються з утворенням циклічних вуглеводнів ряду бензола.Загальна характеристика та класифікаціяРозмір молекули полімеру визначається ступенем полімеризації n, тобто числом ланок у ланцюзі. Якщо n = 10…20, речовина відноситься до легких масел. Зі зростанням n збільшується в'язкість, речовина стає воскоподібною, нарешті, при n = 1000 утворюється твердий полімер. Ступінь полімеризації необмежений: він може бути 104, і тоді довжина молекул досягає мікрометрів. Молекулярна маса полімеру дорівнює добутку молекулярної маси мономера та ступеня полімеризації. Зазвичай молекулярна маса перебуває в межах 103 … 3*105. Більша довжина молекул перешкоджає їхньому правильному впакуванню, і структура полімерів варіює від аморфної до частково кристалічної. Частка кристалічності значною мірою визначається геометрією ланцюгів. Чим ближче укладаються ланцюги, тим більш кристалічним полімер стає. Кристалічність, зазвичай, навіть у найкращому разі виявляється недосконала.Аморфні полімери плавляться в діапазоні температур, яка залежить не тільки від їхньої природи, але й від довжини ланцюгів; кристалічні мають точку плавлення.В основу класифікації полімерів закладені різні ознаки: походження, склад, методи утворення, структура, галузі використання. Так за походженням полімери поділяються на:

1. природні або натуральні, до яких відноситься велика група (білки, крохмаль, целюлоза, натуральний каучук, природний графіт та ін.).

2. синтетичні — утворені синтезом з низькомолекулярних речовин — мономерів (поліетилен з етилена, полістирол із стирола). Це ведуча група, тому що синтез дозволяє цілеспрямовано регулювати склад і властивості.

3. штучні — утворюються з природних полімерів шляхом їх хімічної модифікації (наприклад, при взаємодії целюлози з азотною кислотою утворюється нітроцелюлоза).

Природні полімери утворюються в результаті життєдіяльності рослин і тварин й утримуються в деревині, вовні, шкірі. До природних полімерів відносять протеїн, целюлоза, крохмаль, шелак, лігнін, латекс.Зазвичай природні полімери піддаються операціям виділення очищення, модифікації, при яких структура основних ланцюгів залишається незмінної. Продуктом такої переробки є штучні полімери. Прикладами є натуральний каучук, виготовлений з латексу, целулоїд, що представляє собою нітроцелюлозу, пластифіковану камфорою для підвищення еластичності.Природні та штучні полімери відіграють велику роль у сучасній техніці. Різке зростання виробництва та споживання органічних матеріалів відбулося за рахунок синтетичних полімерів — матеріалів, отриманих синтезом з низькомолекулярних речовин не природній аналогів. Без полімерів уже не може обійтися жодна галузь техніки, тим більше нової. За хімічною структурою полімери поділяються на лінійні, розгалужені, сітчасті та просторові. Молекули лінійних полімерів хімічно інертні по відношенню одна до одної і зв'язані між собою лише силами Ван-дер-Ваальса. При нагріванні в'язкість таких полімерів зменшується і тоді вони здатні зворотно переходити спочатку у високоеластичний, а потім й у в'язкотекучій стан. Оскільки єдиним наслідком нагрівання є зміна пластичності, лінійні полімери називають термопластичними. Не слід уважати, що термін «лінійні» позначає прямолінійні, навпаки, для них більше характерна зубаста або спіральна конфігурація, що надає таким полімерам механічну міцність.Термопластичні полімери можна не лише плавити, але й розчиняти, тому що зв'язки Ван-дер-Ваальса легко руйнуються під дією реагентів.Розгалужені (щеплені) полімери більше міцні, ніж лінійні. Контрольоване розгалуження ланцюгів служить одним з головних промислових методів модифікації властивостей термопластичних полімерів. Сітчаста структура характерна тим, що ланцюги зв'язані один з одним, а це сильно обмежує рух і приводить до зміни як механічних, так і хімічних властивостей. Звичайна гума м'яка, але при вулканізації сіркою утворяться ковалентні зв'язки типу S-О, і міцність зростає. Полімер може отримати сітчасту структуру й спонтанно, наприклад, під дією світла, або кисню відбудеться старіння із втратою еластичності та працездатності. Нарешті, якщо молекули полімеру містять реакційні групи, то при нагріванні вони з'єднуються безліччю поперечних міцних зв'язків, полімер виявляється зшитим, тобто здобуває просторову структуру. Таким чином, нагрівання викликає реакції, різко та незворотньо, що змінюють властивості, матеріалу, що здобуває міцність і високу в'язкість, стає нерозчинним і

неплавким. Внаслідок великої реакційної здатності молекул, яка проявляється при підвищенні температури, такі полімери називають термореактивними. Неважко уявити, що їхні молекули активні не тільки по відношенню одна до іншої, але й до поверхонь сторонніх тіл. Тому термореактивні полімери, на відміну від термопластичних, мають високу адгезовану здатність навіть при низьких температурах, що дозволяє використовувати їх як захисні покриття, клеїв і сполучного в композиційних матеріалах.Термопластичні полімери отримують за реакцією полімеризації. При ланцюговій полімеризації молекулярна маса наростає майже миттєво, проміжні продукти нестійкі, реакція чутлива до присутності домішок і вимагає, як правило, високих тисків. Не дивно, що такий процес у природних умовах неможливий, і всі природні полімери утворилися іншим шляхом. Сучасна хімія створила новий інструмент — реакцію полімеризації, а завдяки йому великий клас термопластичних полімерів. Реакція полімеризації реалізується лише в складних апаратурах спеціалізованих виробництв, і термопластичні полімери споживач одержує в готовому вигляді.Реакційність молекули термореактивних полімерів можуть утворитися більше простим і природним шляхом— поступово від мономера до димеру, потім до тримеру, тетрамеру і т.д. Таке об'єднання мономерів, їх «конденсацію», називають реакцією поліконденсації; вона не вимагає ні високої чистоти, ні тисків, але супроводжується зміною хімічного складу, а часто й виділенням побічних продуктів (звичайно водяної пари). Саме ця реакція реалізується в природі; вона може бути легко здійснена за рахунок лише невеликого нагрівання в найпростіших умовах, аж до домашніх. Така висока технологічність термореактивних полімерів надає широкі можливості виготовляти різні вироби на нехімічних підприємствах, у тому числі на радіозаводах.Незалежно від виду та складу вихідних речовин і способів одержання матеріали на основі полімерів можна класифікувати в такий спосіб: пластмаси, волокніти, шаруваті пластики, лівки, покриття, клеї.Фізичні властивостіПолімери здебільшого аморфні речовини. Довгі ланцюжки та велика молекулярна маса не дозволяють полімерам переходити до рідкого стану (швидше наступає хімічний розпад). Проте при підвищенні темпратури з полімерами відбуваються зміни - вони розм'якають і стають дуже пластичними. Температура переходу від крихкого стану до пластичного називається термературою склування. Температура склування не є чітко визначеною температурою фазового переходу, а радше вказує на температурний діапазон, у якому відбуваються зміни. При низьких температурах полімери є досить крихкими матеріалами.Здебільшого використовуються механічні властивості полімерів. При темературі вищій за температуру склування їх неважко пресувати в довільну форму, при застиганні вони зберігають форму й можуть слугувати для інкапсуляції та інших цілей. Проте спряжені полімери дедалі частіше використовуються як органічні напівпровідники.Структура полімерівСтруктурні елементи полімерів — макромолекули. Структура макромолекули — це складне поняття, яке включає хімічну будову, довжину і розподіл по довжинам та молекулярним масам, просторове розташування ланок, форму макромолекули. Знання основних параметрів структури дає можливість її регулювати і впливати на властивості.При розгляді структури полімеру потрібно враховувати:

1. будову кінцевих груп, які відрізняються від будови основної ланки, яка повторюється (це суттєво для олігомерів);

2. неоднорідність хімічного складу (результат побічних реакцій при утворенні);3. неоднорідність за числом складових ланок, обумовлену статистичним характером протікання

реакцій утворення;4. різне просторове розміщення ланок у макромолекулі;5. надмолекулярну структуру.

Хімічна будоваХімічна будова складової ланки характеризує хімічну будову макромолекули. В залежності від цього полімери поділяються на:органічні — головний ланцюг містить атоми C, O, N, S. У бокові групи можуть входити Н, галогени, які безпосередньо з'єднані з вуглецем або атоми інших елементів безпосередньо не з'єднані з вуглецем головного ланцюга.неорганічні — складаються з неорганічних атомів і не містять органічних бокових радикалів.елементоорганічні — їх макромолекули наряду з атомами вуглецю містять неорганічні фрагменти. За складом головних ланцюгів їх поділяють:

з'єднання з неорганічними ланцюгами, обрамлені боковими органічними групами;з'єднання, в головному ланцюгу яких знаходяться атоми вуглецю, а бокові групи містять любі інші атоми за виключенням азоту, сірки, кисню і галогенів, з'єднаних безпосередньо з атомами вуглецю;з'єднання з органонеорганічними ланцюгами.Молекулярна масаЗа будовою, тобто, формою макромолекули полімерів поділяються на: лінійні, розгалужені, стрічкові (драбинкові) і просторові (трьохмірні).Якщо кожну елементарну ланку позначити через А, то макромолекула лінійної будови матиме вигляд: ... − A − A − A − ....У цьому випадку кожна елементарна ланка пов'язана лише з двома сусідніми і утворюють нерозгалужений ланцюг. Лінійні макромолекули можуть мати зиґзаґоподібну форму або бути закрученими у спіраль. На фізико-механічні властивості лінійного полімеру впливає щільність упаковки макромолекул в одиниці обсягу. При більш щільній упаковці більш сильна взаємодія макромолекул сприяє збільшенню міцності та зменшенню розчинності полімеру. Лінійні полімери використовують переважно для виготовлення плівок та волокон (поліетилен, поліаміди).Розгалужені відрізняються від лінійних тим, що їх макромолекули мають бокові відгалуження.Драбинкові полімери складаються з двох ланцюгів поєднаних хімічними зв'язками. Ці полімери мають більш жорсткий головний ланцюг — підвищену теплостійкість, більшу жорсткість, нерозчинні в органічних розчинниках (кремнійорганічні полімери).Просторові або сітчасті полімери утворюються при з'єднанні («зшиванні») макромолекул між собою в поперечному напрямку міцними хімічними зв'язками безпосередньо або через хімічні елементи чи радикали.За структурою молекулярних ланцюгів в залежності від густоти сітки розрізняють: рідкосітчасті (сітчасті) полімери, які мають пружність (м'які гуми); густосітчасті (просторові) полімери — характерні властивості твердість, підвищена теплостійкість, нерозчинність іноді крихкість (смоли). Просторові полімери лежать в основі створення конструкційних неметалевих матеріалів. До сітчастих відносяться пластинчасті, які мають площинну двомірну будову (наприклад, графіт).ЗастосуванняПолімерні матеріали мають комплекс характеристик, які при умілому їх використанні забезпечують ефективні експлуатаційні властивості виробів та рентабельність їх виробництва. До основних переваг полімерів відносять:висока технологічність, завдяки якій з виробничого циклу можна вилучити трудомісткі та коштовні операції механічної обробки виробів;мінімальна енергомісткість обумовлена тим, що температура переробки цих матеріалів складає, як правило, 150 — 250 °C, що значно ниже ніж у металів та кераміки;можливість отримання за один цикл формування відразу декілька виробів, у тому числі складної конфігурації, а при виробництві погонажних виробів вести процес на великих швидкостях;практично всі процеси переробки автоматизовані.У наслідок перелічених особливостей полімери отримали виключно широке розповсюдження та ефективно використовуються практично в усіх галузях світового господарства.Основними виробниками полімерів є США, Японія, Німеччина, Корея, Китай.Близько 90 % усього виробництва полімерних матеріалів приходиться на декілька різновидів великотоннажних полімерів. Випуск поліолефінів, поліетилену низької та високої щільності (ПЕНЩ та ПЕВЩ) та поліпропілену (ПП), складає від 35 до 45 % загальної кількості об'єму виробництва, від 11 до 20 % — частка полівінілхлориду (ПВХ), 9- 13 % припадає на полістирольні полімери, від 2 до 7 % — на поліаміди. До 4 % характеризується частка епоксидних смол, ненасичених поліефірів, поліетилентерефталата (ПЕТФ), полікарбонату (ПК), поліацеталей.У гірничій справі і дотичних галузях полімерні реаґенти застосовують при флокуляції, збагаченні корисних копалин, заводненні родовищ нафти, підготовці бурових розчинів, спеціальних тверднучих речовин в’яжучих матеріалів тощо.Сировинна база виробництва полімерівНа початку розвитку галузі основною сировиною були продукти переробки вугілля (продукти коксування і газифікації кам'яного вугілля). Сучасне виробництво полімерів базується на вуглеводнях — продуктах переробки нафти, попутного і природного газу. Доля цього виду сировини складає близько 90 %, доля продуктів переробки вугілля — 9-10 %, а доля рослинної сировини — лише 1 %. Вартість сировини в собівартості виробництва полімерів складає 70-80 %.

Основною сировиною для виробництва полімерів є мономери — вуглеводневі гази різних джерел (природні та попутні нафтові гази, гази нафтопереробки). Вони є продуктами основного органічного синтезу і відносяться до різних гомологічних рядів:парафінів — метана, етана, пропана, бутана і пентанів; вуглеводні цієї групи зустрічаються у природному і попутному нафтовому газі, а також утворюються при термічних і каталітичних процесах переробки нафти, вугілля та інших горючих копалин;олефінів — етилена, пропілена, бутилена — утворюються при термічних і каталітичних процесах переробки нафти, а також при піролізі і гідруванні вуглеводневих газів групи парафінів;діолефінів; головними представниками цього ряду, які мають велике практичне значення, є бутадієн і ізопрен. Вони найбільш економічно утворюються при дегідруванні вуглеводнів групи А і Б;ацетилена — одержують крекінгом або піролізом вуглеводнів парафінового ряду.Мономери використовують для синтезу проміжних продуктів (напівпродуктів), наприклад фенолу, аніліну, метанолу, етилового спирту, бутадієну, стиролу, вінілацетилену, формальдегіду та ін. Далі відповідною переробкою напівпродуктів з них одержують більш складні органічні речовини — синтетичні смоли, пластмаси, каучуки та ін.Основний органічний синтез базується на обмеженому числі вихідних з'єднань — продуктів переробки нафти і газу. Це в першу чергу етилен, пропілен, бутилен. Приблизно половина етилену, що виготовляється, використовується на одержання поліетилену; з решти виробляють етиленоксид, стирол, вінілхлорид, вінілацетат — мономери великотоннажних полімерів. З пропілена одержують поліпропілен (20 %), пропіленоксид (15 %), акрілонітріл (20 %), ізопропілбензол, спирти, в тому числі фенол (40 %), епіхлоргідрін, метакрілати.Ароматичні вуглеводні до 50-х років одержували з коксохімічної сировини. Зараз такі продукти, як бензол, толуол, ксилол, одержують з нафтової сировини шляхом крекінгу, дегідрогенізації нафтенових вуглеводнів або циклізацією парафінових вуглеводнів. Далі з них одержують цілий ряд мономерів, наприклад, з бензола фенол, малеіновий ангідрид, і стирол, із ксилола шляхом окислення терефталеву кислоту, із нафталіна –фталевий ангідрид і т. д.

Місце хімії серед наук про природу, зв’язок...

Documents