Общая химия (стр. 1 )

Запорожский государственный медицинский университет

КАФЕДРА ТОКСИКОЛОГИЧЕСКОЙ И НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

ОБЩАЯ ХИМИЯ

Учебное пособие

Для подготовки к семинарским занятиям и самостоятельной работе иностранных студентов подготовительных факультетов высших учебных заведений ІІІ – IV уровней акредитации

Запорожье

2012

Учебное пособие подготовлено согласно программы по дисциплине «Химия» для иностранных студентов подготовительных факультетов высших учебных заведений ІІІ – IV уровней акридитации.

Учебное пособие подготовлено сотрудниками кафедры токсикологической  и неорганической химии Запорожского государственного медицинского университета. Авторы: профессора , , доценты , ,  старший преподаватель , асситсенты , , старший лаборант

Учебное пособие утверждено на заседании Центрального методического совета Запорожского государственного медицинского университета (протокол № 3 от «22» января 2013 года).

Рецензенты: доктор фармацевтических наук, профессор

доктор фармацевтических наук, профессор

ВВЕДЕНИЕ

§ 1. Предмет химии

Химия изучает состав, свойства и превращения веществ, а так же явления, которые сопровождают эти превращения.

Одно из первых определений химии как науки дал великий русский ученый : «Химическая наука рассматривает свойства и изменения тел, состав тел, объясняет причину того, что с веществами при химических превращениях происходит».

Свое оригинальное и очень точное определение химии дал другой великий русский химик в знаменитой книге «Основы химии». По Менделееву, химия — это учение об элементах и их соединениях.

Химия относится к естественным наукам, которые изучают ок­ружающий нас мир. Она тесно связана с другими естественными науками: физикой, биологией, геологией. Многие разделы современной науки возникли на стыке этих наук: физическая химия, геохимия, биохимия. Химия тесно связана также с другими отраслями науки и техники. В ней широко применяются математические методы, используются расчеты и моделирование процессов на с помощью комьютерных технологий. В современной химии выделилось много самостоятельных разделов, наиболее важные из которых, кроме отмеченных выше, неорганическая химия, органическая химия, химия полимеров, аналитическая химия, электрохимия, коллоидная химия и другие.

Объектом изучения химии являются вещества. Обычно их подразделяют на смеси и чистые вещества. Среди последних выделяют простые и сложные. Простых веществ известно более 400, а сложных веществ — намного больше: несколько сот тысяч, относящихся к неорганическим, и несколько миллионов органических.

Курс химии, изучаемый на подготовительном факультете, можно разделить на три основные части: общую, неорганическую и органическую химию. Общая химия рассматривает основные химические понятия, а также важнейшие закономерности, связанные с химическими превращениями. Этот часть включает основы из различных разделов современной науки: физической химии, химической кинетики, электрохимии, структурной химии и др. Неорганическая химия изучает свойства и превращения неорганических (минеральных) веществ. Органическая химия изучает свойства и превраще­ния органических веществ.

§ 2. Роль химии в промышленности и сельском хозяйстве

Во все времена химия служит человеку в его практической деятельности. Еще в древности возникли ремесла, в основе которых лежали химические процессы: получение металлов, стекла, керамики, красителей.

Большую роль играет химия в современной промышленности. Химическая и нефтехимическая промышленность являются важнейшими отраслями, без которых невозможно функционирование экономики. Среди важнейших продуктов следует назвать кислоты, щелочи, соли, минеральные удобрения, растворители, масла, пластмассы, каучуки и резины, синтетические волокна и многое другое. В настоящее время химическая промышленность выпускает несколько десятков тысяч наименований продукции.

Исключительно важную роль играют химические продукты и процессы в энергетике, которая использует энергию химических реакций. Для энергетических целей используются многие продукты переработки нефти (бензин, керосин, мазут), каменный и бурый уголь, сланцы, торф. В связи с уменьшением природных запасов нефти вырабатывается синтетическое топливо путем химической переработки различного природного сырья и отходов производства.

Развитие многих отраслей промышленности связано с химией: металлургия, машиностроение, транспорт, промышленность строительных материалов, электроника, легкая, пищевая промышленность — вот неполный список отраслей экономики, широко использующих химические продукты и процессы. Во многих отраслях применяются химические методы, например, катализ (ускорение процессов), химическая обработка металлов, защита металлов от коррозии. Большую роль играет химия в развитии фармацевтической промышленности: основную часть всех лекарственных препаратов получают синтетическим путем.

Исключительно большое значение химия имеет в сельском хозяйстве, которое использует минеральные удобрения, средства защиты растений от вредителей, регуляторы роста растений, химические добавки и консерванты к кормам для животных и другие продукты. Использование химических методов в сельском хозяйстве привело к возникновению ряда смежных наук, например, агрохимии и биотехнологии, достижения которых в настоящее время широко применяются в производстве сельскохозяйственной продукции.

§ 3. Химия и экология

Бурное развитие промышленности, в том числе химической, создало серьезную проблему: необходимость снизить отрицательное ее воздействие на окружающую среду.

Это воздействие проявляется в глобальных масштабах. Происходит загрязнение среды обитания человека вредными отходами производства, выделяется избыточная энергия, истощаются природные ресурсы.

Отрицательными следствиями этих процессов являются загрязнение воды и атмосферы, изменение климата в отдельных регионах Земли, уменьшение площадей пахотных земель (из-за загрязнения, эрозии, образования пустыней), вымирание многих видов животных и растений, ухудшение здоровья людей.

Наука, которая изучает взаимоотношение человечества с окружающей средой, получила название «экология». Экология имеет тесную связь с химией. С одной стороны, химическое воздействие на окружающую среду наносит ей большой вред, но, с другой стороны, предупредить деградацию природы можно путем использования химических методов.

Химия и химическая промышленность являются одними из наиболее существенных источников загрязнения окружающей среды. Другими наиболее неблагоприятными в экологическом отношении производствами являются черная и цветная металлургия, автомобильный транспорт и энергетика (главным образом, тепловые станции).

Каковы основные источники загрязнения среды обитания человека? Прежде всего надо отметить, что они могут быть газообразными, жидкими и твердыми. Газообразные отходы производства образуются при сгорании топлива, выплавке металлов и в других процессах. Большие выбросы вредных газов дают автомобильные двигатели внутреннего сгорания. Газообразные отходы содержат оксид углерода (IV) СО2, оксид углерода (II) СО, оксид серы (IV), оксиды азота и другие вредные вещества. В состав газовых выбросов может входить пыль, содержащая углерод в виде сажи, и другие компоненты. В процессе сжигания топлива расходуется кислород из атмосферы, что также неблагоприятно сказывается на людях, особенно в тех местностях, где мало растений, вырабатывающих кислород.

Другой источник загрязнения окружающей среды — промышленные и бытовые сточные воды. Многие производства требуют больших количеств воды для промывки, охлаждения и других целей. После использования вода сбрасывается в водоемы. Сточные воды могут содержать многие неорганические соединения, в том числе ионы таких металлов, как ртуть, цинк, кадмий, медь, никель, хром и др. Не менее опасно присутствие в сточных водах различных органических соединений. Химические вещества, содержащиеся в воде, попадают в реки, озера и моря, проникают в грунтовые воды, выносятся на поля. В результате эти вредные вещества появляются в питьевой воде и пище человека и животных, могут привести к отравлению и смерти, вызвать глубокие генетические изменения в организме.

Если сточные воды содержат безобидные на первый взгляд примеси, например хлорид натрия или сульфат натрия, то и они могут принести большой вред окружающей среде, вызывая засорение водоемов или почвы.

Наконец, третий источник загрязнения — твердые отходы. К ним относятся различные отходы, которые невозможно пустить на переработку, пустая порода — отходы горнодобывающей промышленности, строительный и бытовой мусор и т. д.

Для решения задач в области охраны окружающей среды необходимо осуществить комплекс мер, многие из которых решаются путем применения химических, физико-химических, физических или биохимических методов. Важнейшие направления работ, которые проводятся для снижения отрицательного воздействия производственной деятельности, следующие.

1. Разработка и создание малоотходных и полностью безотходных технологий. Это — наиболее привлекательная, но и наиболее трудновыполнимая задача. Для ее успешного решения необходимо проводить полную очистку всех выбросов, утилизировать и пускать обратно в производство все отходы и побочные продукты.

2. Разработка технологий, которые наиболее экономно расходуют сырье, топливо, энергетические ресурсы. Экономичные технологии существенно снижают нагрузку на окружающую среду.

3. Создание производственных процессов, которые не используют вредные химические вещества, а также не дают такие вещества в качестве побочных продуктов. Там, где это невозможно, надо искать пути замены более вредных веществ на менее вредные.

4. Разработка систем очистки выбрасываемых газов и сточных вод. Такие системы имеются на большинстве предприятий, однако эффективность их часто невелика.

5. Разработка технологий переработки твердых отходов. Эти отходы часто являются ценным сырьем, содержащим отходы пластмасс, металлов, стекла, бумаги и других веществ. Многие твердые отходы или побочные продукты являются источником сырья для производства строительных материалов.

Охрана окружающей среды — глобальная проблема, захватывающая, интересы всего мира, так как невозможно даже в крупной стране локализовать вредные последствия развития производства. Поэтому в настоящее время в области экологии развивается международное сотрудничество, многие проблемы решаются путем совместных действий различных государств.