Химия вокруг нас

Химия вокруг нас

Содержание

Введение 2

Вода 3

Спички 9

Бумага и карандаши 11

Стекло 13

Мыла и моющие средства 17

Химические средства гигиены и косметики 20

Химия в земледелии 24

Свеча и электрическая лампочка 26

Химические элементы в организме человека 29

Использованная литература 33

Введение

Повсюду, куда бы ни обратил свой взор, нас окружают предметы и

изделия, изготовленные из веществ и материалов, которые получены на

химических заводах и фабриках. Кроме того, в повседневной жизни, сам того

не подозревая, каждый человек осуществляет химические реакции. Например,

умывание с мылом, стирка с использованием моющих средств и др. При

опускании кусочка лимона в стакан горячего чая происходит ослабление

окраски — чай здесь выступает в роли кислотного индикатора, подобного

лакмусу. Аналогичное кислотно-основное взаимодействие проявляется при

смачивании уксусом нарезанной синей капусты. Хозяйки знают, что капуста при

этом розовеет. Зажигая спичку, замешивая песок и цемент с водой или гася

водой известь, обжигая кирпич, мы осуществляем настоящие, а иногда и

довольно сложные химические реакции. Объяснение этих и других широко

распространенных в жизни человека химических процессов — удел специалистов.

Приготовление пищи — это тоже химические процессы. Не зря говорят, что

женщины-химики часто очень хорошие кулинары. Действительно, приготовление

пищи на кухне иногда напоминает выполнение органического синтеза в

лаборатории. Только вместо колб и реторт на кухне используют кастрюли и

сковородки, но иногда и автоклавы в виде скороварок. Не стоит далее

перечислять химические процессы, которые проводит человек в повседневной

жизни. Необходимо лишь отметить, что в любом живом организме в огромных

количествах осуществляются различные химические реакции. Процессы усвоения

пищи, дыхания животного и человека основаны на химических реакциях. В

основе роста маленькой травинки и могучего дерева также лежат химические

реакции.

Химия - это наука, важная часть естествознания. Строго говоря, наука

не может окружать человека. Его могут окружать результаты практического

приложения науки. Это уточнение весьма существенное. В настоящее время

часто можно слышать слова: «химия испортила природу», «химия загрязнила

водоем и сделала его непригодным для использования» и т. д. На самом же

деле наука химия здесь вовсе непричем. Люди, используя результаты науки,

плохо оформили их в технологический процесс, безответственно отнеслись к

требованиям правил безопасности и к экологически допустимым нормам

промышленных сбросов, неумело и не в меру использовали удобрения на

сельскохозяйственных угодьях и средства защиты растений от сорняков и

вредителей растений. Любая наука, особенно естествознание, не может быть

хорошей или плохой. Наука — накопление и систематизация знаний. Другое

дело, как и в каких целях используются эти знания. Однако это уже зависит

от культуры, квалификации, моральной ответственности и нравственности

людей, не добывающих, а использующих знания.

Без продуктов химической промышленности современному человеку не

обойтись, так же как нельзя обойтись без электричества. Такая же ситуация и

с продуктами химической промышленности. Нужно протестовать не против

некоторых химических производств, а против их низкой культуры.

Культура человека — сложное и разноплановое понятие, при котором

возникают такие категории, как умение человека вести себя в обществе,

правильно владеть родным языком, следить за опрятностью своей одежды и

внешним видом и т. д. Однако мы часто говорим и слышим о культуре

строительства, культуре производства культуре ведения сельского хозяйства и

т. д. Действительно, когда речь заходит о культуре Древней Греции или еще

более ранних цивилизациях, то прежде всего вспоминают о ремеслах, которыми

владели люди той эпохи, какие орудия труда они использовали, что умели

строить, как умели украшать строения и отдельные предметы.

Многие важные для человека химические процессы были открыты задолго до

того, как химия оформилась в науку. Значительное количество химических

открытий было сделано наблюдательными и любознательными ремесленниками. Эти

открытия переходили в семейные или клановые секреты и далеко не все дошли

до нас. Часть из них была утеряна для человечества. Приходилось и

приходится затрачивать огромный труд, создавать лаборатории, а иногда и

институты для раскрытия секретов древних мастеров и их научного толкования.

Многие не знают, как устроен телевизор, но успешно пользуются им.

Однако знание устройства телевизора никогда и никому не помешает в

правильной его эксплуатации. Так и с химией. Понимание сущности химических

процессов, с которыми мы встречаемся в повседневной жизни, может принести

человеку только пользу.

Вода

Вода в масштабе планеты. Человечество издавна уделяло большое внимание

воде, поскольку было хорошо известно, что там, где нет воды, нет и жизни. В

сухой земле зерно может лежать многие годы и прорастает лишь в присутствии

влаги. Несмотря на то, что вода — самое распространенное вещество, на Земле

она распределена весьма неравномерно. На африканском континенте и в Азии

имеются огромные пространства, лишенные воды, — пустыни. Целая страна —

Алжир — живет на привозной воде. Воду доставляют на судах в некоторые

прибрежные районы и на острова Греции. Иногда там вода стоит дороже вина.

По данным Организации Объединенных Наций, в 1985 г. 2,5 млрд. населения

земного шара испытывали недостаток в чистой питьевой воде.

Поверхность земного шара на 3/4 покрыта водой — это океаны, моря;

озера, ледники. В довольно больших количествах вода находится в атмосфере,

а также в земной коре. Общие запасы свободной воды на Земле составляют 1,4

млрд. км3. Основное количество воды содержится в океанах (около 97,6%), в

виде льда на нашей планете воды имеется 2,14 %. Вода рек и озер составляет

всего лишь 0,29 % и атмосферная вода — 0,0005 %.

Таким образом, вода находится на Земле в постоянном движении. Среднее

время ее пребывания в атмосфере оценивается 10 сутками, хотя и меняется с

широтой местности. Для полярных широт оно может достигать 15, а в средних —

7 суток. Смена воды в реках происходит в среднем 30 раз в год, т. е. каждые

12 дней. Влага, содержащаяся в почве, обновляется за 1 год. Воды проточных

озер обмениваются за десятки лет, а непроточных за 200—300 лет. Воды

Мирового океана обновляются в среднем за 3000 лет. Из этих цифр можно

получить представление о том, сколько времени необходимо для самоочистки

водоемов. Нужно лишь иметь в виду, что если река вытекает из загрязненного

озера, то время ее самоочистки определяется временем самоочистки озера.

Вода в организме человека. Не очень легко представить, что человек

примерно на 65 % состоит из воды. С возрастом содержание воды в организме

человека уменьшается. Эмбрион состоит из воды на 97 %, в теле

новорожденного содержится 75 %, а у взрослого человека — около 60 %.

В здоровом организме взрослого человека наблюдается состояние водного

равновесия или водного баланса. Оно заключается в том, что количество воды,

потребляемое человеком, равно количеству воды, выводимой из организма.

Водный обмен является важной составной частью общего обмена веществ живых

организмов, в том числе и человека. Водный обмен включает процессы

всасывания воды, которая поступает в желудок при питье и с пищевыми

продуктами, распределение ее в организме, выделения через почки,

мочевыводящие пути, легкие, кожу и кишечник. Следует отметить, что вода

также образуется в организме вследствие окисления жиров, углеводов и

белков, принятых с пищей. Такую воду называют метаболической. Слово

метаболизм происходит от греческого, что означает перемена, превращение. В

медицине и биологической науке метаболизмом называют процессы превращения

веществ и энергии, лежащие в основе жизнедеятельности организмов. Белки,

жиры и углеводы окисляются в организме с образованием воды Н2О и

углекислого газа (диоксида углерода) СО2. При окислении 100 г жиров

образуется 107 г воды, а при окислении 100 г углеводов — 55,5 г воды.

Некоторые организмы обходятся лишь метаболической водой и не потребляют ее

извне. Примером является ковровая моль. Не нуждаются в воде в природных

условиях тушканчики, которые водятся в Европе и Азии, и американская

кенгуровая крыса. Многие знают, что в условиях исключительно жаркого и

сухого климата верблюд обладает феноменальной способностью долгое время

обходиться без пищи и воды. Например, при массе 450 кг за восьмидневный

переход по пустыне верблюд может потерять 100 кг в массе, а потом

восстановить их без последствий для организма. Установлено, что его

организм использует воду, содержащуюся в жидкостях тканей и связок, а не

крови, как это происходит с человеком. Кроме того, в горбах верблюда

содержится жир, который служит одновременно запасом пищи и источником

метаболической воды.

Общий объем воды, потребляемый человеком в сутки при питье и с пищей,

составляет 2—2,5 л. Благодаря водному балансу столько же воды и выводится

из организма. Через почки и мочевыводящие пути удаляется около 50—60 %

воды. При потере организмом человека 6—8 % влаги сверх обычной нормы

повышается температура тела, краснеет кожа, учащается сердцебиение и

дыхание, появляется мышечная слабость и головокружение, начинается головная

боль. Потеря 10 % воды может привести к необратимым изменениям в организме,

а потеря 15—20 % приводит к смерти, поскольку кровь настолько густеет, что

с ее перекачкой не справляется сердце. В сутки сердцу приходится

перекачивать около 10 000 л крови. Без пищи человек может прожить около

месяца, а без воды — всего лишь несколько суток. Реакцией организма на

нехватку воды является жажда. В этом случае ощущение жажды объясняют

раздражением слизистой оболочки рта и глотки из-за большого понижения

влажности. Существует и другая точка зрения на механизм формирования этого

ощущения. В соответствии с ней сигнал о понижении концентрации воды в крови

на клетки коры головного мозга подают нервные центры, заложенные в

кровеносных сосудах.

Водный обмен в организме человека регулируется центральной нервной

системой и гормонами. Нарушение функции этих регуляторных систем вызывает

нарушение водного обмена, что может приводить к отекам тела. Конечно,

различные ткани человеческого организма содержат различное количество воды.

Самая богатая водой ткань — стекловидное тело глаза, содержащее 99%. Самая

же бедная — эмаль зуба. В ней воды всего лишь 0,2%. Много воды содержится в

веществе мозга.

Важной функцией океанов и морей является регулирование содержания в

атмосфере углекислого газа (диоксида углерода). Его относительное

содержание в атмосфере невелико и составляет всего лишь 0,03— 0,04 %,

Однако общая масса, заключающаяся в атмосфере, очень большая — 2000—2500

млрд. т. В связи с развитием энергетики, промышленности и транспорта

сжигается огромное количество угля и нефтепродуктов. Основным продуктом их

окисления является СО2. Учеными установлено, что атмосферный СО2 обладает

способностью задерживать, т. е. не пропускать в космическое пространство,

тепловое излучение Земли («парниковый эффект»). Чем больше СО2 в атмосфере,

тем теплее климат Земли. Общее потепление климата может привести к

катастрофическим последствиям. В результате потепления усилится таяние

льдов на полюсах планеты и в горных районах, что приведет к повышению

уровня Мирового океана и к затоплению огромных площадей суши. Подсчитано,

что если расплавить все ледники Гренландии и Антарктиды, то уровень океана

поднимется почти на 60 м. Нетрудно догадаться, что тогда Санкт-Петербург и

многие приморские города окажутся под водой. Важным регулятором содержания

СО2 в атмосфере является растительный покров Земли. В результате

фотосинтеза растения превращают СО2 в клетчатку и освобождают кислород:

CO2 + 6H2O-> C6H12O6 + 6O2

Уместно отметить, что растения — основные поставщики атмосферного

кислорода, а его источником прямо или косвенно является вода. Ежегодное

продуцирование кислорода земной растительностью планеты составляет 300

млрд. т.

Основную роль в регулировании содержания СО2 в атмосфере играют

океаны. Между Мировым океаном и атмосферой Земли устанавливается

равновесие: углекислый газ СО2 растворяется в воде, превращаясь в угольную

кислоту Н2СО3, и далее превращается в донные карбонатные осадки. Дело в

том, что в морской воде содержатся ионы кальция и магния, которые с

карбонатным ионом могут превращаться в малорастворимый карбонат кальция

СаСО3 и магния MgCO3. Многие морские организмы извлекают первую соль из

морской воды и строят из нее панцири. При отмирании этих организмов за

большие периоды времени на дне образуются огромные скопления панцирей. Так

формируются залежи мела, а в результате вторичных геологических превращений

— залежи известняков, часто в виде бутовых плит. Как мел, так и бутовый

камень широко используют в строительном деле.

Зеленому покрову Земли невозможно справиться с задачей удержания

примерно на одном и том же уровне содержания СО2 в атмосфере. Подсчитано,

что наземные растения для построения своего тела ежегодно потребляют из

атмосферы 20 млрд. т СО2, а обитатели океанов и морей извлекают из воды 155

млрд. т в пересчете на СО2.

Не менее важным веществом в создании «парникового эффекта», чем СО2,

является атмосферная вода. Она также перехватывает и поглощает тепловое

излучение Земли. Однако в атмосфере ее гораздо больше, чем углекислого

газа. Атмосферную влагу, особенно в виде облаков, иногда сравнивают с

«одеялом» планеты. Многие замечали, при ясном и безоблачном небе ночи

бывают холоднее, чем в облачную погоду.

К основным потребителям пресной воды относятся: сельское хозяйство

(70%), промышленность, включая энергетику (20 %) и коммунальное хозяйство

(~ 10 %). В промышленном производстве наиболее водоемкими являются

химическая, целлюлозно-бумажная и металлургическая промышленность. Так, на

изготовление I т синтетического волокна расходуется 2500—5000, пластмассы —

500—1000, бумаги — 400—800, стали и чугуна — 160—200 м3 воды. Опыт

показывает, что на бытовые нужды житель благоустроенного города расходует

200—300 л воды в день. Распределение потребления воды в среднем следующее:

на приготовление пищи и питье расходуется всего лишь 5 %, в смывном бачке

туалета — 43, для ванны и душа — 34, на мытье посуды — 6, на стирку — 4, на

уборку помещения — 3 %.

Для приготовления пищи и в качестве питьевой может быть использована

природная вода, если она не содержит вредных микроорганизмов, а также

вредных минеральных и органических примесей, если она прозрачна, бесцветна

и не имеет привкуса и запаха. В соответствии с Государственным стандартом

содержание минеральных примесей не должно превышать 1 г/л. Кислотность воды

в единицах рН должна быть в пределах 6,5—9,5. Концентрация нитратного иона

не должна превышать 50 мг/л. Естественно, что она должна также отвечать

бактериологическим требованиям и иметь допустимые показатели на токсичные

химические соединения. Этим требованиям наиболее часто удовлетворяет

колодезная и родниковая вода. Однако в больших количествах найти воду,

отвечающую Государственному стандарту, трудно. Поэтому ее приходится

очищать на специальных станциях. Основными стадиями очистки являются

фильтрование (через слой песка) и обработка окислителями (хлором или

озоном). В некоторых случаях приходится применять коагуляцию. Для этого

используют сульфат алюминия A12{SO4)3. В слабощелочной среде, создаваемой

карбонатами кальция, под действием воды эта соль гидролизуется и из нее

получается хлопьевидный осадок гидроксида алюминия Аl(ОН)3, а также сульфат

кальция CaSO4 в соответствии с уравнением

Al2 (SO4)3 + ЗСа (НСО3)2 = 2AI (ОН) 3 v + 3CaSO4v + 6СО2

Гидроксид алюминия А1(ОН)3 вначале образуется в виде мелких коллоидных

частиц, которые со временем объединяются в более крупные. Этот процесс

называют коагуляцией. При коагуляции хлопья А1(ОН)3 захватывают взвешенные

примеси и сорбируют на своей развитой поверхности органические и

минеральные вещества.

С давних пор для стерилизации питьевой воды использовалось простое

кипячение, а древние греки добавляли в воду сухое вино, что создавало

кислую среду, в которой погибали многие болезнетворные микробы.

Питьевая вода должна содержать небольшие количества растворенных солей

и газов. В зависимости от них в различных местах вода отличается по вкусу.

Макрокомпонентами химического состава поверхностных и некоторых подземных

вод считают ионы Na+, K+, Mg2+, Са2+, SO4, Сl, NO3. Ионы Fe2+, Fe3+, Al3+ в

заметных количествах содержатся только в локальных подземных водах,

характеризующихся кислой средой. Кремниевая кислота H2SiO3 является

преобладающим компонентом в некоторых типах грунтовых и поверхностных вод с

очень малой минерализацией, а также в термальных водах. Границей между

пресной и минеральной водой считается содержание минеральных химических

соединений в количестве 1 г/л.

Природные воды, содержащие соли, растворенные газы, органические

вещества в более высоких концентрациях, чем питьевая, называют

минеральными. Некоторые из минеральных вод содержат биологически активные

компоненты: СО2, H2S, некоторые соли (например, сульфаты натрия и магния),

соединения мышьяка, радиоактивные элементы (например, радон) и др. Поэтому

минеральные воды с давних пор использовали в качестве лечебного средства. В

настоящее время минеральные воды делят на лечебные, лечебно-столовые и

столовые.

Лечебные минеральные воды проявляют свое действие в одних случаях при

наружном, а в других — при внутреннем применении. Конечно, воды, пригодные

для внутреннего применения, иногда оказываются полезными и при наружном

использовании. В качестве лечебных вод широко известны сероводородные

(например, воды в районе курорта Мацеста), в качестве лечебно-столовой воды

наиболее известна «Боржоми», а в качестве столовых вод — «Нарзан» и

«Ессентуки № 20». В различных районах нашей страны как столовые широко

используют разные местные минеральные воды, например, в Санкт-Петербурге

известна вода «Полюстрово». Перед разливом в бутылки столовые минеральные

воды обычно дополнительно насыщают углекислым газом до концентрации 3—4 %.

Дистиллированная вода, полученная конденсацией пара, практически не

содержит солей и растворенных газов и потому неприятна на вкус. Кроме того,

при продолжительном употреблении она даже вредна для организма. Это связано

с вымыванием из клеток тканей желудка и кишечника содержащихся в них солей

и микроэлементов, которые необходимы для нормального функционирования

организма.

Поскольку вода является очень хорошим растворителем, в природе она

всегда содержит растворенные вещества, так как не существует абсолютно

нерастворимых веществ. Их количество и характер зависят от состава пород, с

которыми вода находилась в контакте.

Наименьшее количество примесей и растворенных веществ содержится в

дождевой воде. Однако даже она содержит растворенные газы, соли и твердые

частицы. Соли, содержащиеся в дождевой воде, имеют свое происхождение из

океанов и морей. Лопающиеся пузырьки на поверхности океанов выбрасывают в

атмосферу довольно большое количество солей. Они захватываются потоками

воздуха {особенно в штормовую погоду) и распределяются в атмосфере. Твердый

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5