Проблемы защиты окружающей среды химия. Химия и проблемы охраны окружающей среды — Гипермаркет знаний. Атмосфера- регулярный механизм биосферы

Муниципальное Образовательное Учреждение

Средняя Общеобразовательная Школа №2

Сообщение.

Охрана окружающей среды.

Выполнила:

Ученица 11 «Б» класса

Окружающая среда.

ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА - среда обитания и деятельности человечества, окружающий человека природный и созданный им материальный мир. Окружающая среда включает природную среду и искусственную (техногенную) среду, т. е. совокупность элементов среды, созданных из природных веществ трудом и сознательной волей человека и не имеющих аналогов в девственной природе (здания, сооружения и т. п.). Общественное производство изменяет окружающую среду, воздействуя прямо или косвенно на все ее элементы. Это воздействие и его негативные последствия особенно усилились в эпоху современной НТР, когда масштабы человеческой деятельности, охватывающей почти всю географическую оболочку Земли, стали сравнимы с действием глобальных природных процессов.

Охрана природы.

ОХРАНА ПРИРОДЫ - комплекс мер по сохранению, рациональному использованию и восстановлению природных ресурсов Земли, в т. ч. видового разнообразия флоры и фауны, богатства недр, чистоты вод и атмосферы.

Опасность необратимых изменений природной среды в отдельных регионах Земли стала реальной из-за возросших масштабов хозяйственной деятельности человека. С начала 80-х гг. в среднем 1 вид (или подвид) животных исчезал ежедневно, а вид растений - еженедельно (под угрозой исчезновения находятся св. 20 тыс. видов). Около 1000 видов птиц и млекопитающих (в основном обитатели тропических лесов, сводимых со скоростью десятки га в минуту) находятся под угрозой вымирания.

Ежегодно сжигается около 1 млрд. т условного топлива, выбрасываются в атмосферу сотни млн. т оксидов азота, серы, углерода (часть из них возвращается в виде кислотных дождей), сажи, золы и пыли. Почвы и воды загрязняются промышленными и бытовыми стоками (сотни млрд. т в год), нефтепродуктами (несколько млн. т), минеральными удобрениями (около сотни млн. т) и пестицидами, тяжелыми металлами (ртуть, свинец и др.), радиоактивными отходами. Появилась опасность нарушения озонового экрана Земли.

Способность биосферы к самоочищению близка к пределу. Опасность неконтролируемого изменения окружающей среды и вследствие этого угроза существованию на Земле живых организмов, в т. ч. человека, потребовали решительных практических мер по защите и охране природы, правового регулирования использования природных ресурсов. К таким мерам относятся создание безотходных технологий, очистных сооружений, упорядочение использования пестицидов, прекращение производства ядохимикатов, способных накапливаться в организме, рекультивация земель и пр., а также создание охраняемых территорий (заповедники, национальные парки и др.), центров по разведению редких и исчезающих животных и растений (в т. ч. для сохранения генофонда Земли), составление мировой и национальных Красных книг.

Природоохранительные меры предусмотрены в земельном, лесном, водном и др. национальном законодательстве, которое устанавливает ответственность за нарушение природоохранительных норм. В ряде стран в результате осуществления правительственных природоохранных программ удалось существенно улучшить качество окружающей среды в отдельных регионах (напр., в результате многолетней и дорогостоящей программы удалось восстановить чистоту и качество воды в Великих озерах). В международном масштабе наряду с созданием различных международных организаций по отдельным проблемам охраны природы действует Программа ООН по окружающей среде.

Основные вещества, загрязняющие окружающую среду, их источники.

Углекислый газ – сжигание ископаемого топлива.

Оксид углерода – работа двигателей внутреннего сгорания.

Углероды – работа двигателей внутреннего сгорания.

Органические соединения – химическая промышленность, сжигание отходов, сжигание топлива.

Сернистый газ – сжигание ископаемого топлива.

Производные азота – горение.

Радиоактивные вещества – атомные электростанции, ядерные взрывы.

Минеральные соединения – промышленное производство, работа двигателей внутреннего сгорания.

Органические вещества естественные и синтетические – химическая промышленность, сжигание топлива, сжигание отходов, сельское хозяйство (пестициды).

Вывод.

Охрана природы – задача нашего века, проблема, ставшая социальной. Чтобы в корне улучшить положение, понадобятся целенаправленные и продуманные действия. Ответственная и действенная политика по отношению к окружающей среде будет возможна лишь в том случае, если мы накопим надёжные данные о современном состоянии среды, обоснованные знания о взаимодействии важных экологических факторов, если разработает новые методы уменьшения и предотвращения вреда, наносимого природе человеком.

Литература.

1. Ромад Ф. Основы прикладной экологии.

2. Толковый словарь.

Цели:

Обучающаяся: обобщить и систематизировать знания о природе, экологии.
Развивающая: формирование индивидуального экологического сознания.
Воспитательная: воспитывать требовательность к себе, ответственность за охрану окружающей среды.

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:

повышение концентрации биогенных элементов из-за канализационных сбросов и стока с полей удобрений, вызывающих бурное развитие водорослей и нарушение баланса в существующих экосистемах;
отравлением воды, почвы и воздуха отходами химических производств;
воздействием на воду и почву продуктов сжигания топлива, снижающих качество воздуха и вызывающих кислотные дожди;
потенциальным заражением воздуха, воды и почвы радиоактивными отходами, образующимися при производстве ядерного оружия и атомной энергии;
выбросами углекислого газа и химических веществ, снижающих содержание озона, что может привести к изменению климата или образованию “озоновых дыр”.

III. Доклады обучающихся (50 мин.).

План:

Охрана атмосферы от химического загрязнения.
Атмосфера – регуляторный механизм биосферы.
Омские предприятия, загрязняющие атмосферу (ТЭЦ-5, ЗТУ, ОНПЗ).
Изменение свойств атмосферы в результате загрязнения.
Загрязнение водных ресурсов.
Питьевая вода.
Экологическое состояние реки Иртыш.
Рыбы-мутанты.
Охрана водных ресурсов.
Экологический мониторинг.
Загрязнение литосферы.
Бытовой мусор.
Охрана земельных ресурсов.
В Омской пыле вся таблица Д.И.Менделеева.

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?

Выльете свои реактивы туда же, куда и он;
Объясните ему, почему этого не следует делать;
Расскажите о его действиях учителю.

Задача № 5: Мальчик разбил градусник в отсутствии родителей. Как ему следует поступить?

Выбросить остатки градусника в ведро, чтобы не увидели родители;
Оставить все, как есть, до прихода родителей;
Вызвать представителей СЭС.

Задача № 6: Как бы вы поступили, если бы, прогуливаясь по берегу водоема, увидели ржавое ведро возле старого кострища:

Очистили бы берег, выбросив ведро в воду;
Не обратили бы на него внимания;
Отнесли бы ведро на ближайшую свалку или закопали бы его в землю.

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.

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.

Химическое загрязнение окружающей среды обусловлено следующими факторами:

повышением концентрации биогенных элементов из-за канализационных сбросов и стока с полей удобрений, вызывающих бурное развитие водорослей и нарушение баланса в существующих экосистемах;
отравлением воды, почвы и воздуха отходами химических производств;
воздействием на воду и почву продуктов сжигания топлива, снижающих качество воздуха и вызывающих кислотные дожди;
потенциальным заражением воздуха, воды и почвы радиоактивными отходами, образующимися при производстве ядерного оружия и атомной энергии;
выбросами углекислого газа и химических веществ, снижающих содержание озона, что может привести к изменению климата или образованию озоновых дыр.

Загрязнение атмосферы

Главным источником загрязнения атмосферы являются предприятия черной и цветной металлургии, тепловые электростанции и автомобильный транспорт. Выбросы в атмосферу содержат оксиды углерода, азота и серы, углеводороды, соединения металлов и пыль.

При попадании в атмосферу углерод постоянно переходит из органических соединений в неорганические и наоборот. Это проявляется как в процессе фотосинтеза – образовании органических соединений из CO 2 и воды в растениях под действием света, так и при дыхании человека и животных – кислород воздух при дыхании переходит в CO 2 , который возвращается в атмосферу.

Сжигание топлива, приводящее к образованию огромных количеств CO 2 и пыли, оказывает негативное воздействие на круговорот углерода в природе, создавая т.н. «парниковый эффект», который в свою очередь способен привести к изменению климата Земли за счет «глобального потепления».

Выделение в атмосферу пыли оказывает противоположный эффект – запыленность атмосферы задерживает излучение Солнца, чем может вызвать понижение температуры на Земле, т.н. «второй ледниковый период».

За счет обжига сульфидных руд на предприятиях цветной металлургии, а также работы тепловых электростанций в атмосферу попадает огромное количество SO 2 . Увеличение SO 2 , а также других оксидов неметаллов, в атмосфере вызывает образование т.н. «кислотных дожей» (рис. 1), оказывающих губительное действие на водные ресурсы планеты, вызывая гибель их обитателей, разрушает строительные материалы и памятники архитектуры.

Рис. 1 Кислотные осадки и их влияние на экосистему.

Составные части выхлопных газов автомобилей (CO, SO 2 , оксиды азота, тяжелые металлы) наносят огромный вред флоре и фауне планеты, а также могут быть причиной образования фотохимического смога, образование которого можно представить следующим образом:

2NO + O 2 =2NO 2 (окисление NO, выделяющегося с выхлопными газами)

NO 2 + O 2 = NO + O 3 (распад NO 2 под действием УФ-излучения солнца)

Образующийся в результате озон может вступать в реакции с углеводородами, находящимися в атмосфере, тем самым приводя к образованию смога.

Сжигание топлива, мусора, а также работа металлургической промышленности – основные источниками загрязнения атмосферы тяжелыми металлами, такими, как Zn, Co, Ni, U, Sn, Ge, Pb, Be, V, Hg, Mo, As и др.

Рассмотрим негативное воздействие присутствия тяжелых металлов в атмосфере на организм человека и окружающую среду на примере свинца, поскольку этот металл обладает кумулятивными (накопительными) свойствами. Свинец оказывает воздействие на ферментные системы и обмен веществ, способен накапливаться не только в организме человека, но и в морских отложениях, и в пресной воде.

Свинец вызывает обширные патологические изменения в нервной системе, крови, сосудах, активно влияет на синтез белка, энергетический обмен клетки и её генетический аппарат, подавляет кровообразование; нарушает белковый и углеводный обмены, способен заменять кальций в костях. Соединения свинца могут вызвать мутации и репарации ДНК.

Загрязнение водных ресурсов

Количество растворенного в воде кислорода – один из важнейших показателей качества воды, поскольку он необходим для жизни обитателей водоемов. При избыточном присутствии в воде органических веществ количество растворенного кислорода уменьшается, в результате чего происходит гибель рыбы и других обитателей водоемов, в вода приобретает гнилостный запах (процесс разложения органических веществ вместо аэробных бактерий осуществляют анаэробные, в результате чего выделяется CH 4 , NH 3 , H 2 S и PH 3).

Большой вред водным ресурсам наносят растворенные в воде минеральные удобрения, смываемые с поверхности почвы (нитраты, фосфаты и др.), вызывающие бурное развитие сорной травы и водорослей, что приводит к засорению водоемов и их гибели.

Промышленные сточные воды, содержащие огромное количество ядовитых для обитателей водоемов веществ, также оказывают негативное влияние на водные ресурсы планеты.

Загрязнение почв

Основная проблема, полученная человеком в результате загрязнения почв – её эрозия, т.е. разрушение плодородного слоя.

Применение минеральных азотных удобрений сильно загрязняет почву, поскольку нитраты накапливаются не только в почвах, но и в растениях, что приводит к ухудшению качества выращиваемой с/х продукции и отрицательному их действию на здоровье человека и животных. Нерациональное применение пестицидов также оказывает отрицательное воздействие на почву, среди которых наибольший вред наносят хлорорганические соединения (полихлорпинен, ДДТ).

Различные предприятия промышленности, а также транспортные магистрали в разной степени оказывают вредное воздействие на почву, путем ее загрязнения тяжелыми металлами (Pd, Cd, Cu, Zn, Hg, Bi), халькогенами (Se, Те и др.) и галогенами (F, Вг и др.).

Охрана атмосферы от химического загрязнения

Атмосфера оказывает не только прямое влияние на живые организмы, но и косвенное, поскольку от нее зависит характер солнечной радиации, достигающей поверхности Земли, климат и другие факторы, регулирующие существование биосферы.

Атмосфера- регулярный механизм биосферы

Естественное загрязнение – фактор, способствующий ее регуляторной функции. В атмосферу попадают газы, выделяющиеся в результате горения лесов, извержения вулканов, биохимических реакций.

Искусственное загрязнение может связано с попаданием в атмосферу:

1)твердых частиц

2)газообразных веществ

3)радиоактивных веществ

4)свинца и др. тяжелых металлов

Изменение свойств атмосферы в результате загрязнения

Искусственное загрязнение оказывает и прямое, и косвенное воздействие на живые организмы. Прямое токсическое действие на организмы оказывают, например, оксиды серы и азота. Так же загрязнение оказывает косвенное воздействие на атмосферу, изменяя ее свойства. Озоновый экран разрушается оксидами азота, соединениями хлора и фтора, попадающими в атмосферу в результате распада фреонов.

Чтобы минимизировать загрязнения атмосферы, необходимо:

производить очистку атмосферы от твердых и газообразных загрязняющих веществ с помощью электрофильтров, жидких и твердых поглотителей, циклонов;
использовать экологически чистые виды энергии;
применять малоотходные и безотходные технологии
добиваться уменьшения токсичности автомобильных выхлопных газов путем совершенствования конструкции двигателей и применения катализаторов, а так же совершенствовать существующие и создавать новые электромобили и двигатели, работающие на водородном топливе

Охрана водных ресурсов

Загрязнения:

твердыми частицами
минеральными веществами(соединение металлов, минеральные удобрения)
органическими веществами промышленного происхождения
нефтью и ее производными
органические вещества биологического происхождения
пестициды

Процесс очистки сточных вод, включает:

очистку и обеззараживание бытовых и животноводческих стоков;
очистку стоков от последствий обслуживания автотранспорта и сельскохозяйственной техники;
очистку стоков, содержащих нефтепродукты.