Зачем нужна химия в жизни. Значение химии в жизни общества

Значение химии в современном обществе

Химические знания — это мощная сила в руках человечества. Знание свойств химических веществ и способов их получения не только позволяет изучать и понимать природу, но и получать новые, еще неизвестные вещества, предполагать существование веществ с необходимыми свойствами.

Но химия также может представлять опасность для человека и окружающей среды. Известный писатель-фантаст и ученый-химик Айзек Азимов писал: «Химия — это смерть, упакованная в банки и коробки». И сказанное справедливо не только для химии, но и для электричества, радиоэлектроники, транспорта. Мы не можем жить без электричества, но оголенный провод смертельно опасен, автомобили помогают нам передвигаться, но под их колесами часто гибнут люди. Использование человечеством достижений современной науки и техники, в том числе и химии, требует глубоких знаний и высокой общей культуры.

Только ответственное, рациональное природопользование может стать залогом устойчивого развития нашей цивилизации!

Химия в повседневной жизни

Без химии невозможно представить современный быт людей. И не только опосредованно, через использование пищи, одежды, обуви, топлива, жилья, но и непосредственно, через использование стеклянных, пластмассовых, фарфоровых и фаянсовых изделий, лекарственных препаратов, средств для дезинфекции, косметических изделий, различных клеев, лаков, красок, пищевых добавок и т. п.

Окончательно вошли в наш быт различные моющие средства. Но кроме мыла и шампуней мы используем много других средств, в частности отбеливателей. Действие большинства из них основано на свойствах хлорсодержащих соединений, являющихся сильными окислителями. На некоторых средствах указывают «Не содержат Хлора». Такие средства содержат другие сильные окислители, например натрий перборат NaBO 2 . H 2 O 2 . 3H 2 O или натрий перкарбонат Na 2 CO 3 . 1,5H 2 O 2 . H 2 O. Жесткая вода может вызвать повреждение стиральных машин, поэтому мы используем средства для ее смягчения.

Создание новых материалов

Создание новых материалов — необходимость современной жизни. Материалы с новыми, улучшенными свойствами должны заменить устаревшие. Новых материалов требуют и высокотехнологичные отрасли: космическая и атомная техника, электроника. Для практических потребностей необходимы металлы, полимеры, керамика, красители, волокна и многое другое.

Особое место среди новых материалов занимают композиты. По многим свойствам — прочности, вязкости — композиты значительно превышают традиционные материалы, благодаря чему потребности общества в них постоянно растут. На создание композитов тратится все больше ресурсов, а главными потребителями композитов сегодня являются автомобильная и космическая отрасли (рис. 40.1).

Биоматериалы

С развитием медицины возникла потребность в замене органов и тканей в организме человека. Материалы, которые можно использовать для изготовления различных имплантов, создают в химических лабораториях. Металлические протезы просты в изготовлении, очень прочны, химически инертны и относительно дешевы. Главным недостатком металлов является то, что они подвергаются коррозии, из-за которой снижается механическая прочность, а организм отравляют ионы металлических элементов. Достаточно перспективными для изготовления имплантов являются сплавы титана (например, Ti-Al-V). Они прочные, относительно легкие и устойчивые к коррозии.

Сегодня все больше используют керамические биоимпланты. Керамика — замечательный биоматериал: она прочная, не поддается коррозии. Кроме того, керамика не стирается, что важно для искусственных суставов, а также характеризуется биосовместимостью.

Рис. 40.1. Использование композитных материалов: углеродную ткань (углеволокно) (а) используют для армирования деталей велосипедов и автомобилей, из стеклопластика изготавливают корпуса байдарок и небольших лодок (б) и даже целые дома (в)

Рис. 40.2. Современные биоматериалы используют для изготовления искусственных суставов и многофункциональных протезов конечностей

Рациональное использование природного сырья

Природа кажется неисчерпаемой кладовой, из которой человечество берет необходимое сырье. За последние 20 лет полезных ископаемых было потреблено больше, чем за всю историю человечества. В мире ежегодно добывают и перерабатывают около 100 млрд тонн горных пород. Многие сырьевые источники уже истощены, поэтому остро стоит сырьевая проблема. Уже сегодня многие страны испытывают недостаток в отдельных природных ресурсах. В Украине, например, не хватает нефти и природного газа.

Комплексное использование сырья и отходов — основа комбинированных производств (разных химических, химических с металлургическими и др.). Необходимо внедрять безотходные технологии, т. е. такие производственные процессы, при которых отходы одного производства становятся сырьем (реагентами) для другого.

Неисчерпаемым источником сырья являются промышленные и бытовые отходы. Задача химиков состоит в разработке методов эффективного использования таких отходов. Применение вторичного сырья дает возможность экономить природные сырье и энергию, а также снизить себестоимость продукта, поскольку расходы ресурсов в 2-3 раза (а по некоторым видам до 6 раз) меньше, чем производство из первичного сырья. Например, выплавка стали из металлолома требует в 6-7 раз меньше энергетических затрат и в 25 раз дешевле, чем получение стали из руды.

Ключевая идея

Химия вошла во все сферы жизни и деятельности человечества. В повседневной жизни мы используем много продуктов химической промышленности. Химия позволяет создавать новые материалы, не существующие в природе.

Контрольные вопросы

486. Назовите продукты химических производств, которые вы используете в повседневной жизни.

487. Приведите примеры неблагоприятного влияния химических веществ и технологий на окружающую среду или человека.

488. Опишите, какой была бы ваша жизнь, если бы в ней не было продуктов химического производства.

489. Охарактеризуйте роль химии в создании новых материалов, в решении энергетической и сырьевой проблем.

Задания для усвоения материала

490*. Узнайте у взрослых, есть ли в вашем городе, поселке, области химические предприятия. Какие? Что они производят? Как они влияют на окружающую среду? Может ли человек отказаться от продуктов этих производств? Ответ обоснуйте.

491* Найдите в дополнительных источниках информацию о принципах рационального природопользования и значении химии в реализации этих принципов.

Это материал учебника

Презентация по химии ученицы 8 «А» Федотовой Елизаветы на тему: «Роль химии в жизни людей»

Химия в жизни человека очень важна, потому что эти процессы окружают нас повсюду: начиная от приготовления пищи и заканчивая биологическими процессами в организме. Достижения в этой области знаний приносили человечеству и ущерб (создание оружия массового поражения), и дарили спасение от смерти (разработка медикаментов от заболеваний, выращивание искусственных органов и т.п.). Знание этой науки необходимо: столько противоречивых открытий не происходило ни в какой другой области знаний.

Быт Химические процессы: когда поджигаем спичку; соблюдение личной гигиены, когда человек использует мыло, которое пенится при взаимодействии с водой; стирка с применением порошков, ополаскивателей для смягчения белья; когда человек пьет чай с лимоном, окраска напитка ослабевает; когда люди делают ремонт и замешивают цемент, обжигают кирпич, гасят водой известь. Происходят сложнейшие химические процессы, о которых в повседневной жизни мы не задумываемся, но без них не обошелся бы ни один человек.

Медицина С помощью смешения веществ получаются медикаменты, а когда они вступают в реакцию с клетками организма, наступает выздоровление. Химия может играть как созидательную роль в медицине, так и разрушительную, ведь создаются не только лекарства, но и яды – токсические вещества, наносящие вред здоровью человека. Существуют такие виды токсических веществ: вредные; раздражающие; агрессивные; канцерогенные.

Биологическая сторона жизнедеятельности Усвоение пищи, дыхание человека и животного основано именно на химических реакциях. Фотосинтез, без которого люди не смогут жить, тоже сопровождается химическими процессами. Некоторые ученые считают, что зарождение жизни на нашей планете происходило в среде, состоящей из диоксида углерода, аммиака, воды и метана, и первые организмы получали энергию для жизни, разлагая молекулы без окисления. Это простейшие химические реакции, сопровождающие зарождение жизни на Земле.

Производство Еще в древности были распространены ремесла, в основе которых лежали химические процессы: например, создание керамики, обработка металла, использование естественных красителей. Сегодня нефтехимическая и химическая промышленность – одни из самых значимых отраслей экономики, и химические процессы и знания о них играют немаловажную роль в обществе. От человечества зависит, как их использовать – в созидательных или разрушительных целях, ведь среди разнообразия химических веществ можно встретить и опасные для человека (взрывоопасные, окисляющие, воспламеняющиеся и т.д.). Химия в жизни человека – это и панацея от заболеваний, и оружие, и экономика, и приготовление пищи, и, конечно же, сама жизнь.

Значение химии в жизни человека трудно переоценить. Приведём фундаментальные области, в которых химия оказывает своё созидательное воздействие на жизнь людей.

1. Возникновение и развитие жизни человека не возможно без химии. Именно химические процессы, многие тайны которых учёные ещё не раскрыли, ответственны за тот гигантский переход от неживой материи к простейшим одноклеточным, и далее к вершине современного эволюционного процесса - человеку.

2. Большинство материальных потребностей, возникающих в жизни человека, обслуживается природной химией или получает удовлетворение в результате использования в производстве химических процессов.

3. Даже возвышенные и гуманистические устремления людей в своей основе опираются на химию человеческого организма, и, в частности, сильно зависят от химических процессов в мозге человека.

Конечно же, всё богатство и разнообразие жизни нельзя свести только к химии. Но наряду с физикой и психологией, химия как наука, представляет собой определяющий фактор развития человеческой цивилизации.

Химия жизни

Насколько сейчас известно, наша планета образовалась приблизительно 4.6 миллиарда лет назад, а простейшие ферментирующие одноклеточные формы жизни существуют 3.5 миллиарда лет. Уже 3.1 миллиарда лет они могли бы использовать фотосинтез, но геологические данные об окислительном состоянии осадочных отложений железа указывают, что атмосфера Земли приобрела окислительный характер лишь 1.8-1.4 миллиарда лет назад. Многоклеточные формы жизни, которые, по-видимому, зависели от изобилия энергии, возможного только при дыхании кислородом, появились На Земле приблизительно от миллиарда до 700 миллионов лет назад, и именно в то время наметился путь дальнейшей эволюции высших организмов. Наиболее революционным шагом, после зарождения самой жизни, было использование внеземного источника энергии, Солнца. В конечном итоге, именно это превратило жалкие ростки жизни, которые использовали случайно встречающиеся природные молекулы с большой свободной энергией, в огромную силу, способную преобразовать поверхность планеты и даже выйти за её пределы.

В настоящее время учёные придерживаются точки зрения, что зарождение жизни на Земле происходило в восстановительной атмосфере, которая состояла из аммиака, метана, воды и диоксида углерода, но не содержала свободного кислорода.
Первые живые организмы получали энергию, разлагая молекулы небиологического происхождения с большой свободной энергией на меньшие молекулы без их окисления. Предполагается, что на ранней стадии существования Земли она имела восстановительную атмосферу, состоящую из таких газов как водород, метан, вода, аммиак и сероводород, но содержащую очень мало свободного кислорода или вообще его не имевшего. Свободный кислород разрушал бы органические соединения быстрее, чем они могли синтезироваться в результате естественно протекающих процессов (под воздействием электрического разряда, ультрафиолетового излучения, теплоты или естественной радиоактивности). В этих восстановительных условиях органические молекулы, которые образовались небиологическими способами, не могли разрушаться в результате окисления, как это происходит в наше время, а продолжали накапливаться в течении тысячелетий, до тех пор, пока, наконец, не появились компактные локализованные образования из химических веществ, которые можно уже считать живыми организмами.
Появившиеся живые организмы могли поддерживать существование за счёт разрушения естественно образующихся органических соединений, поглощая их энергию. Но если бы это был единственный источник энергии, то жизнь на нашей планете была бы крайне ограниченной. К счастью, около 3 миллиардов лет назад появились важные соединения металлов с порфиринами, и это открыло путь к использованию совершенно нового источника энергии – солнечного света. Первым шагом, который поднял жизнь на Земле над ролью простого потребителя органических соединений, было включение в неё процессов координационной химии.

По-видимому, перестройка явилась побочным следствием появления нового способа запасания энергии – фотосинтеза*, – который давал его обладателям огромное преимущество над простыми ферментативными поглотителями энергии. Организмы, в которых развилось это новое свойство, могли использовать энергию солнечного света для синтеза своих собственных энергоёмких молекул и уже не зависеть от того, что находится среди их окружения. Они стали предшественниками всех зелёных растений.
Сегодня все живые организмы можно подразделить на две категории: те, которые способны изготовлять свою собственную пищу при помощи солнечного света, и те, которые не имеют такой возможности. Скорее всего, и родственные ей бактерии сегодня являются живыми ископаемыми, потомками тех древних способных к ферментации анаэробов, которые отступили в редкие анаэробные области мира, когда атмосфера в целом накопила большие количества свободного кислорода и приобрела окислительный характер. Поскольку организмы второй категории существуют за счёт поедаемых ими организмов первой категории, накопление энергии посредством фотосинтеза является источником движущей силы для всего живущего на Земле.

Общая реакция фотосинтеза в зелёных растениях обратна реакции сгорания глюкозы и проходит с поглощением значительного количества энергии.

6 CO 2 + 6 H 2 O --> C 6 H 12 O 6 + 6 O 2

Вода расщепляется на элементы, что создаёт источник атомов водорода для восстановления углекислого газа в глюкозу, а нежелательный газообразный кислород выделяется в атмосферу. Энергия, необходимая для осуществления этого в высшей степени несамопроизвольного процесса, обеспечивается солнечным светом. В наиболее древних формах бактериального фотосинтеза в качестве источника восстановительного водорода использовалась не вода, а сероводород, органические вещества или сам газообразный водород, но лёгкая доступность воды сделала этот источник наиболее удобным, и в настоящее время он используется всеми водорослями и зелёными растениями. Простейшими организмами, в которых осуществляется фотосинтез с высвобождением кислорода, являются сине-зелёные водоросли. Их правильнее обозначать современным названием цианобактерии, поскольку это, в самом деле бактерии, научившиеся добывать собственную пищу из углекислого газа, воды и солнечного света.

К сожалению, фотосинтез приводит к высвобождению опасного побочного продукта, кислорода. Кислород был не только бесполезен для ранних организмов, он конкурировал с ними, окисляя естественно образующиеся органические соединения прежде, чем они могли быть окислены в процессе метаболизма этими организмами. Кислород представлял собой гораздо более эффективный «пожиратель» энергоёмких соединений, чем живая материя. Ещё хуже было то, что слой озона, который постепенно образовывался из кислорода в верхней части атмосферы, преграждал доступ ультрафиолетовому излучению Солнца и ещё более замедлял естественный синтез органических соединений. Со всех современных точек зрения, появление свободного кислорода в атмосфере представляло собой угрозу для жизни.
Но, как часто случается, жизнь сумела обойти это препятствие и даже обратила его в преимущество. Отходами жизнедеятельности первичных простейших организмов были такие соединения, как молочная кислота и этанол. Эти вещества намного менее энергоёмки по сравнению с сахарами, но они способны высвобождать большое количество энергии, если полностью окисляются до СО 2 и Н 2 О. В результате эволюции возникли живые организмы, способные «фиксировать» опасный кислород в виде Н 2 О и СО 2 , а взамен получать энергию сгорания того, что прежде было их отходами. Преимущества сжигания пищи с помощью кислорода оказались столь велики, что подавляющее большинство форм жизни – растения и животные – пользуются в настоящее время кислородным дыханием.

Когда появились новые источники энергии, возникла новая проблема, связанная уже не с получением пищи или кислорода, а с транспортировкой кислорода в надлежащее место организма. Малые организмы могли обходиться простой диффузией газов через содержащиеся в них жидкости, но этого недостаточно для многоклеточных существ. Так перед эволюцией возникла очередная преграда.
Выход из тупика в третий раз оказался возможен благодаря процессам координационной химии. Появились такие молекулы, состоящие из железа, порфирина и белка, в которых железо могло связывать молекулу кислорода, не окисляясь при этом. Кислород просто переносится в различные участки организма, чтобы высвободиться при надлежащих условиях – кислотности и недостатке кислорода. Одна из таких молекул, гемоглобин, переносит О 2 в крови, а другая, миоглобин, получает и запасает (хранит) кислород в мышечных тканях до тех пор, пока он не понадобится в химических процессах. В результате появления миоглобина и гемоглобина были сняты ограничения на размеры живых организмов. Это привело к появлению разнообразных многоклеточных, и, в конечном итоге, человека.

* Фотосинтез – это процесс преобразования энергии света в энергию химической связи получающихся веществ.

** Метаболизм – расщепление богатых энергией веществ и извлечение их энергии.

Химия как зеркало жизни человека.

Оглянитесь вокруг, и Вы увидите, что жизнь современного человека невозможна без химии. Мы используем химию при производстве пищевых продуктов. Мы передвигаемся на автомобилях, металл, резина и пластик которых сделаны с использованием химических процессов. Мы используем духи, туалетную воду, мыло и дезодоранты, производство которых немыслимо без химии. Есть даже мнение, что самое возвышенное чувство человека, любовь, это набор определённых химических реакций в организме.
Такой подход к рассмотрению роли химии в жизни человека, является, на мой взгляд, упрощённым, и я предлагаю Вам его углубить и расширить, перейдя в совершенно новую плоскость оценки химии и её влияния на человеческое общество.

Глицин был первой из двадцати различных аминокислот, выделенных в следующем веке из природных белков.

Французский химик Мишель Эжен Шеврель (1786-1889) посвятил первую половину свой очень долгой творческой жизни изучению жиров. В 1809 г. он обрабатывал мыло (полученное нагреванием жира со щелочью) кислотой и выделил то, что мы теперь называем жирными кислотами. Позднее он показывал, что, превращаясь в мыло, жиры теряют глицерин.

Бертло в 1954 г. нагревая глицерин со стеариновой кислотой (одной из самых распространенных жирных кислот, полученных из жиров), получил молекулу, состоящую из остатка молекулы глицерина и трех остатков молекул стеариновой кислоты. Этот тристеарин, который оказался идентичен тристеарину, полученному из природных жиров, был самым сложным из синтезированных к тому времени аналогов природных продуктов. Химик может синтезировать из продуктов неживой природы соединение, по всем своим свойствам являющееся органическим. Именно с синтезом аналогов природных продуктов связаны самые крупные достижения органической химии второй половины XIX и XX вв.

Роль химии в современном мире и ее будущее.

В атмосфере «хемифобии» надо полностью сознавать невозможность социального прогресса без развития химии и применения ее достижений для решения проблем энергетики, экологии, национальной обороны, здравоохранения, развития промышленности, сельского хозяйства.

Достаточно сказать, что 92% энергии, потребляемой сейчас обществом, мы получаем, осуществляя химические процессы. И если современная энергетика создает экологические проблемы, то виновата в этом не химия, а неграмотное или недобросовестное использование продуктов ее деятельности (хим. процессы, продукты, материалы).

Надо помнить, что химия – это не только ДДТ, дефолианты, нитраты и диоксины. Но и сахар и соль, воздух и валидол, молоко и магний, полиэтилен и пенициллин.

Все чем мы пользуемся, что носим, в чем живем, передвигаемся, чем играем, производится посредством управляемых химических реакций.

Занятие химика – изобретение реакций, превращающих окружающие нас вещества в те, что служат удовлетворению наших нужд.

Нам необходимо иметь эффективное средство против болезни Паркинсона. Химики синтезируют карбидофу – соединение, отсутствующее в природе, но обладающее высокой терапевтической активностью.

Миллионы автомашин загрязняют атмосферу. Эту задачу отчасти помогает решить автомобильный каталитический конвертор выхлопных газов.

Сейчас насчитывается более 8 миллионов синтезированных соединений. Химия играет роль в решении проблем обеспечения людей продовольствием, одеждой и жильем, новых источников энергии, в создании возобновляемых заменителей истощающихся или редких материалов, в укреплении здоровья человека, в контроле за состоянием среды обитания и ее защите.

Поскольку все жизненные процессы вызываются хим. изменениями, знания о химических реакциях обеспечивают необходимый фундамент для постижения сущности жизни. Таким образом, химия вносит вклад в решение проблем универсальной философской значимости.

Трагедия в Бхопале (Индия) ярко показывает две стороны химии. Тысячи отравленных токсичными веществами, применяемыми для производства продуктов питания, ежегодно спасавших миллионы людей от голодной смерти.

Химия – наука, без которой уже немыслим современный мир. Химия необходима для производства синтетической одежды, для производства бытовой химии, пищевых добавок для современных продуктов. Синтетические материалы стали для нас привычными. Не встретишь уже дома без полиэтиленовых пакетов, без пластиковых чашек или линолеума. Даже водопроводную воду хлорируют в целью дезинфекции.

Без химии и химических реакций невозможно представить ни черную, ни цветную металлургию , а также тяжелое машиностроение. Без химического процесса вулканизации не произвести даже самую простую резину.

Знания химии помогают человеку ориентироваться в домашнем хозяйстве. Мы давно привыкли стирать стиральными гелями, умываться пенкой для умывания, мыть руки с мылом, протирать зеркала и чистить ковры специальными химическими средствами.

Без химических знаний не произвести даже простого аспирина, даже простого пузырька с йодом. Вся фармацевтическая промышленность мира основана на химических реакциях и на синтезировании химических веществ.

На знании химии, физики и биологии базируется вся современная медицина. Сложно себе представить врача, который не знал бы, что рахит возникает при недостатке витамина Д, хрупкость костей – при недостатке кальция в организме, и что родство ребенка и его родителей можно установить с помощью химического теста ДНК.

Сегодня все чаще стали говорить уже о том, что химические средства существуют в нашем быту в избытке. Пенообразователи – в бутылке с пивом, консерванты – в печенье и в пакетах с молоком, стабилизаторы – в напитках, усилители вкуса – даже в обычной колбасе, остатки моющих средств и порошков – на выстиранной одежде, на теле человека и на посуде. Чрезмерное увлечение химическими продуктами не полезно, а очень вредно и зачастую опасно для человека. Следует всегда помнить об этом!