Поняття про синтетичні лікарські препарати

 

Інформаційна довідка

Ятрохімія — напрям у науці XVI і XVII ст., який поля­гав у пошуку шляхів використання досягнень хімії в медицині. Головне завдання ятрохімії вбачалося в розробці ліків.

Фармакологія — медико-біологічна наука про лікарські препарати та їх дію на організм.

  Здоров'я – стан організму людини, при якому відсутні хвороби і фізичні дефекти, а організм у цілому і кожен орган зокрема повноцінно виконують свої функції. Здоровий організм здатний пристосовуватися до дії різноманітних чинників, зберігаючи стабільність показників життєдіяльності.

  Організм людини – це відкрита динамічна система, у якій здоров'я не є чимось статичним, тобто раз і назавжди даним. Під впливом різних чинників воно варіює в широких межах – від абсолютного здоров'я до хворобливих станів.

• Саліцилова (2-оксибензоатна) кислота – ароматична гідроксикарбонова кислота, тобто сполука, молекула якої містить бензенове ядро і дві різні функціональні групи – гідроксильну й карбоксильну.

Вплив органічних сполук на здоров'я людини. Вивчаючи основи здоров'я, ви усвідомили, що найбільшою цінністю людини є її власне здоров'я, ознайомилися з чинниками впливу на здоров'я, зрозуміли, що людина може як підтримувати власне здоров'я, так і завдавати йому шкоди. На основі матеріалу попередніх параграфів ви мали змогу зробити висновок про те, наскільки важливими для здоров'я людини є органічні компоненти їжі. Вони потрібні для відновлення тканин, функціонування клітин, забезпечення обміну речовин та енергії. Інакше кажучи, їх біологічна роль – яскраве цьому свідчення. Відтак для людини постає риторичне питання: «Жити, щоб їсти, чи їсти, щоб жити?» Лікарі, дієтологи, багатовіковий досвід існування людського суспільства допомагають легко знайти правильну відповідь. Оскільки їжа є джерелом життєво необхідних речовин, харчування має бути таким, щоб спожитих жирів, білків і вуглеводів вистачало для повноцінного функціонування організму. Переїдання не менш шкідливе, ніж недоїдання чи голодування, а ожиріння є серйозним захворюванням.

Від органічних речовин як компонентів їжі залежать: тривалість життя, фізична й розумова працездатність людини, самопочуття, а також народження здорових дітей.

Тому кожному потрібно підібрати збалансоване за вмістом органічних речовин харчування й дотримуватися його.

Своєрідну «формулу» збалансованого харчування передає схема, зображена на рисунку 19.

Рис. 19. Схема збалансованого харчування

Правильне харчування в сукупності зі здоровим способом життя забезпечують організму активне й повноцінне функціонування впродовж багатьох років. Доречно наголосити на думці вчених, що організм людини запрограмований на середню тривалість життя 120 років. Однак людина свідомими чи несвідомими вчинками значно скорочує її.

Поняття про синтетичні лікарські препарати. У разі захворювання досить часто людина не покладається на сили власного організму, а вдається до використання лікарських препаратів.

Лікарські препарати (лікарські засоби, ліки) –

це речовини або суміші речовин, які вживають для профілактики й лікування захворювань.

У своєму прагненні швидко одужати ми іноді навіть намагаємося збільшити добову дозу ліків, вдаємося до самолікування. Цього в жодному разі не можна робити, тому що серед ліків багато таких, які при неправильному використанні є шкідливими для організму, а в деяких випадках – і небезпечними для життя.

Лікарські препарати бувають рослинного, тваринного й мінерального походження, синтезовані на фармацевтичних заводах чи одержані із застосуванням біотехнологій.

Люди здавна використовували рослини та деякі мінерали з лікувальною метою. Нині у фармакології набули застосування понад 200 видів лікарських рослин у вигляді настоянок, екстрактів, відварів. Такі лікарські форми становлять майже 30 % загальної кількості лікарських препаратів. Проте переважна більшість ліків – це органічні речовини, синтезовані на фармацевтичних заводах.

Потреба у винайденні, створенні та використанні ефективних ліків турбувала людство ще за часів ятрохімії, а в сучасному світі стала поштовхом до розвитку фармацевтичної промисловості.

Фармацевтична промисловість України постачає майже 1400 лікарських препаратів. Фармацевтичні компанії нашої держави виробляють лікарські засоби у твердій, рідкій і порошкоподібній формах. Ще більша кількість лікарських препаратів увозиться в Україну з-за кордону. Усі вони – результат досліджень хіміками, фармакологами, лікарями властивостей різних речовин та їх впливу на здоров'я людини.

Розглянемо як приклад синтетичний лікарський препарат аспірин. Молекулярна формула його діючої речовини C₉H₈O₄, а структурна:

Уперше цю речовину виокремили з квітів виду спіреї (Spiraea ulmaria) і активно використовували в лікуванні ревматизму суглобів ще із середини XIX ст. Речовина має ще й назву ацетилсаліцилова кислота, ацетат саліцилової кислоти. З цієї назви і наведеної формули речовини можна зрозуміти, що в її утворенні взяли участь саліцилова й ацетатна (етанова, оцтова) кислоти.

І дійсно, гідролізуючись, ацетилсаліцилова кислота перетворюється на саліцилову С₆Н₄(ОН)СООН та ацетатну СН₃СООН кислоти.

В Україні аспірин й інші препарати, що містять ацетилсаліцилову кислоту, виготовляють на багатьох підприємствах фармацевтичної промисловості, зокрема на ЗАТ «Фармацевтична фірма «Дарниця» (м. Київ), ВАТ «Київмедпрепарат», ВАТ «Монфарм» (м. Монастирище), ВАТ «Лубнифарм», ВАТ «Концерн «Стирол» (м. Горлівка).

Аспірин уживають як знеболювальний, жарознижувальний і протизапальний засіб. Проте не потрібно займатися самолікуванням з використанням аспірину, тому що можна спричинити шлункову кровотечу, ушкодження нирок і дефекти слуху. Зважаючи на це, лікарі не рекомендують уживати аспірин дітям до 12 років. Разом з тим проведені вченими дослідження показують, що людям, схильним до серцево-судинних захворювань, бажано постійно вживати аспірин у малих дозуваннях (не більше 80 мг ацетилсаліцилової кислоти на добу), щоб запобігти утворенню тромбів у судинах, уникнути захворювання на інфаркт міокарда. Крім ацетилсаліцилової кислоти, пігулки аспірину містять порошок целюлози і крохмаль. В аптеках можна придбати як аспірин різних форм випуску, так і лікарські препарати з іншими назвами (цитрамон, асфен, аскофен тощо), до складу яких входить ацетилсаліцилова кислота (рис. 20).

Рис. 20. Лікарські препарати, що містять ацетилсаліцилову кислоту

Щоб звести до нуля побічну дію аспірину, потрібно дотримуватися таких загальних правил його прийому: уживати аспірин після того, як поїли; перед уживанням розчинити в теплій воді; бажано запити молоком.

Жоден препарат у лікувальній практиці не використовують так довго, як аспірин. У 1950 р. аспірин був занесений до Книги рекордів Гіннеса як ліки, що найбільше продаються в усьому світі. І нині, безумовно, він є в кожній домашній аптечці. Населення нашої планети щорічно споживає мільярди пігулок нього препарату, в аптеках його відпускають без рецептів, вартість препарату невисока.

Ерудитам па замітку

Рис. 21. Лікарські препарати на основі саліцилової кислоти

Синтетичну саліцилову кислоту широко застосовують у медицині й косметології завдяки її антисептичній дії. Вона входить до складу мазей, паст, присипок і спиртових розчинів для лікування інфекційних уражень шкіри, опіків, мозолів, бородавок, підвищеного потовиділення стоп, випадання волосся, псоріазу, вугрів, екземи тощо (рис. 21).

Такий поширений лікарський засіб, як анальгін, виявляє подібні з аспірином лікувальні властивості – зменшує болі різного походження, знижує температуру. Анальгін діє швидко й ефективно завдяки наявності в його складі групи атомів –SO₃Na. Саме це угруповання впливає на розчинність анальгіну: він легко всмоктується і швидко створює лікувальну концентрацію препарату в крові (лікувальний ефект стає помітним уже через 20 хв. після вживання препарату, досягає максимуму через 2 год).

Перевірте себе

1. Обґрунтуйте позитивний вплив органічних речовин на здоров'я людини.

2. За наведеною в тексті параграфа структурною формулою аспірину обчисліть його відносну молекулярну масу. У разі правильного виконання обчислень ви отримаєте значення, що дорівнюватиме відносній молекулярній масі глюкози.

3. Опишіть властивості аспірину 1 його дію на організм людини.

4. З якою метою вживають аспірин?

5. Як ви вважаєте, чому аспірин і досі перебуває в лідерах серед численних лікарських препаратів?

6. Чим народна медицина пропонує скористатися замість аспірину?

7*. Дізнай теся більше про лікарські препарати, що є у вашій домашній аптечці.

8*. Суспензія для лікування шкіри «Анти-акне» містить 2 % саліцилової кислоти, 5 % сірки, 15 % цинк оксиду. Обчисліть масу активних компонентів лікарського засобу для приготування од нот флакону препарату масою ЗО г.

9*. Поцікавтеся, які навчальні заклади готують фармацевтів.

10. За добу 1 га хвойного лісу виділяє в повітря майже 4 кг органічних речовин різних класів. Обчисліть, яку кількість органічних речовин продукують хвойні ліси Криму за рік, якщо їх площа становить майже 40 тис. га.

 

§ 8. Шкідливий вплив уживання алкоголю, наркотичних речовин, тютюнокуріння на організм людини

 

Інформаційна довідка

       Оксигеновмісна органічна сполука етанол С₂Н₅ОН є представником гомологічного ряду одноатомних насичених спиртів. Щодо цієї речовини вживають також назви етиловий, винний, медичний спирт.

• Етанол – легкокипляча рідина зі специфічним запахом, легша за воду, змішується з нею в будь-яких співвідношеннях, є розчинником для багатьох речовин, виявляє антисептичні властивості.

• У медичній практиці етанол застосовують для виготовлення настоянок і як зовнішній дезінфікуючий засіб. При внутрішньому споживанні діє як наркотична речовина.

Наркотичні речовини. Таку загальну назву мають речовини, неодноразове вживання яких спершу викликає бажання та потребу організму в повторному вживанні нових порцій речовини, а потім – непереборний потяг до постійного їх надходження. Уживання цих речовин шкодить здоров'ю, зменшує тривалість життя, спричинює передчасну смерть, а також має негативні соціальні наслідки. Таких речовин багато. Залежно від впливу на організм людини і загрози її життю можна виокремити три групи наркотичних речовин:

• речовини, поширення та вживання яких не обмежується законодавством. Це етанол, що входить до складу спиртних напоїв, нікотин – основна наркотична речовина тютюну;

• речовини із сильно вираженою наркотичною дією, які обмежено використовують у медицині під ретельним контролем лікарів як знеболювальні, снодійні лікарські засоби (зокрема, амфетамін, морфін, кодеїн);

• надзвичайно небезпечні речовини, виготовлення і поширення яких суворо заборонено законодавством (наприклад, гашиш, героїн).

Шкідливий вплив уживання алкоголю на організм людини. На відміну від основних компонентів їжі – білків, жирів і вуглеводів – етанол швидко й повністю всмоктується в шлунку. Уже за годину його концентрація в крові досягає максимуму, і настає стан сп'яніння. Це зумовлено хімічними властивостями сполуки: молекули етанолу мають невеликий розмір, добре розчиняються у воді, самі є розчинниками ліпідів – основного структурного матеріалу клітинних мембран. Це забезпечує алкоголю легке проникнення не тільки в кров, а й у клітини інших тканин.

Під впливом етанолу гальмуються мозкові центри, пов'язані з формуванням емоцій. Тому вживання алкогольних напоїв спершу викликає стан ейфорії, душевного задоволення, зняття стресу. Та одночасно з цим підвищується артеріальний тиск, посилюється серцебиття, виникає тремтіння рук, дратівливість. У людини, котpa продовжує вживати спиртні напої, ці негативні прояви посилюються, з'являються гнів, роздратування, знижується соціальний статус через сварки в сім'ї, часту зміну роботи, втрату інтересу до повноцінного життя. До зазначених психічних наслідків уживання алкоголю додаються негативні соматичні наслідки – хвороби нирок, підшлункової залози, серця, головного мозку й периферичної нервової системи та ін. Страждає пам'ять, інтелект, людина поступово деградує. Присутність у крові алкоголю порушує роботу печінки, спричинюючи небезпечні захворювання – цироз та рак печінки. Алкоголь може спровокувати сильну кровотечу й постійні розлади шлунку. Уживання алкоголю – одна з причин депресії. У деяких випадках спостерігається таке ускладнення алкогольної залежності, як алкогольне марення («біла лихоманка»). Статистика доводить, що майже 65 % спроб самогубств здійснювалися в стані алкогольного сп'яніння. Алкоголь небезпечний і тим, що при його вживанні виникає загроза фізичної залежності – бажання випити набирає форми настирливої ідеї, людина втягується в пияцтво, стає алкоголіком.

Алкоголізм – захворювання, що характеризується систематичним патологічним потягом до вживання спиртних напоїв, розвитком психічної і фізичної залежності від алкоголю. У разі тривалого перебігу хвороба супроводжується стійкими психічними й соматичними розладами (захворюваннями різних органів), що призводите до смерті.

Учені встановили, що вживання навіть невеликих доз спиртного утруднює передавання нервових імпульсів, призводить до розладу активного мислення, відмирання клітин мозку. Так, 100 г спожитого пива стають для організму втратою майже 3000 клітин головного мозку.

Спирти викликають зсідання (денатурацію) білкових молекул. У цьому можна пересвідчитись, виконавши такий демонстраційний дослід. Приготуємо розчин білка курячого яйця (рис. 22а) і розподілимо його в три хімічні стакани. Перший стакан залишимо для порівняння, у другий доллємо етанол, у третій – розчин фенолу. Вміст останніх двох стаканів ретельно перемішаємо. Будемо спостерігати утворення в них білого осаду внаслідок того, що білок денатурував (рис 22 б, в).

Рис. 22. Розчин білка курячого яйця (а) та денатурація білка під впливом етанолу (б) і фенолу (в)

 

Дослід доводить, що алкоголь на молекулярному рівні негативно впливає на функції і структуру всіх органів і систем.

Запам'ятайте! Будь-яке захворювання легше попередити, ніж лікувати. Алкоголізм – це важка хвороба, захворювання на яку настає не через віруси чи інших збудників, а через байдуже ставлення людини до власного здоров'я і благополуччя.

Шкідливий вплив наркотичних речовин. Поняття наркоманія походить від двох грецьких слів: narke – заціпеніння, сон і mania – божевілля, пристрасть, потяг. Цим терміном позначають ненормальний стан організму, викликаний уживанням певних речовин (наркотиків).

Список наркотичних речовин дуже великий і з роками збільшується внаслідок синтезу нових сполук. Найпоширенішими видами наркоманії є алкоголізм (пристрасть до напоїв, що містять етанол) і тютюнокуріння (пристрасть до нікотину). Нині значного поширення набуло вживання наркотичних речовин на основі конопель (гашиш, маріхуана), маку (морфін, героїн), коки (кокаїн) та деяких інших як природного, так і синтетичного походження, які подібні до перелічених за впливом на організм людини. Саме ці вкрай небезпечні речовини й називають наркотиками, хоча це не зовсім точна назва. Адже і етанол (алкоголь), і нікотин – теж наркотики, відмінність полягає лише в тому, що фізична залежність від них розвивається не так стрімко.

Наркотики (наркотичні речовини) – загальна назва групи речовин різного складу, що виявляють дурманний вплив на свідомість людини, шкодять ЇЇ здоров'ю, загрожують життю.

Проявами наркоманії є непереборний потяг до прийому наркотиків (пристрасть до них) і потреба в підвищеній кількості наркотичної речовини порівняно з одноразовим попереднім уживанням.

При вживанні наркотиків приємний стан ейфорії, відчуття бадьорості швидко змінюються поганим самопочуттям, появою спочатку психічної залежності (непереборного потягу до вживання наркотиків), а потім і фізичної залежності. Хворобливий стан наркоманів (алкоголіків), зумовлений припиненням вживання наркотиків (алкоголю), дістав назву абстинентний синдром, або ломка. Поновлення вживання наркотиків рятує від цих відчуттів на нетривалий час. Людина стає наркотично залежною, і її життя невпізнанно змінюється. Усі дії наркотично залежної людини спрямовуються на те, щоб будь-яким способом дістати наркотики. Сім'я, друзі, робота, навчання, їжа, здоров'я – усе відходить на другий план. Наркомани стають однаковими, незалежно від того, де живуть, скільки мають грошей, чим раніше займалися, яким до згубного захворювання був рівень їхнього розумового розвитку. Вони переймаються лише одним – як дістати наркотик, заради одноразового вживання якого здатні на будь-який злочин: крадіжку, розбій і навіть убивство.

Наркомани є найбільшою групою ризику захворювання на СНІД, 70 % хворих на СНІД – наркомани. Жахливо те, що серед наркотично залежних переважна більшість – це молоді люди.

Наркоманія – це захворювання, що завдає серйозної шкоди здоров'ю, призводить до деградації особистості, інвалідності й смерті в молодому віці.

Через шкідливий вплив наркотичних речовин наркомани втрачають здоров'я, деградують як повноцінні члени суспільства,змінюється навіть їхній зовнішній вигляд – обличчя набуває сірого відтінку, шкіра стає сухою, волосся та зуби поступово випадають.

Лікування наркоманії часто не має успіху, бо для позитивного результату необхідна активна позиція самого хворого, що в дійсності буває не завжди.

Боротьба з наркоманією ведеться на законодавчому рівні. Майже в усіх країнах передбачені жорсткі кримінальні санкції за виробництво і поширення наркотичних речовин. Разом з тим силові заходи не дають бажаних результатів, адже не всі молоді люди розуміють, що вживання наркотичних речовин – це не безтурботне веселе проведення вільного часу, а причина дуже небезпечної хвороби, здолати яку не кожному вдається.

Шкідливий вплив тютюнокуріння на організм людини. У процесі тютюнокуріння в організм людини потрапляють десятки різних речовин, передусім органічного походження, серед яких найбільшу наркотичну дію виявляє нікотин.

Нікотин є нітрогеновмісною органічною сполукою гетероциклічної будови.

Найбільший його вміст у листках тютюну. В одній сигареті масою 1 г міститься 10-15 мг нікотину, курець вдихає ту його частину, що не згоріла. У чистому вигляді нікотин – прозора масляниста пекуча рідина. Це відчуває курець, коли докурює недокурок. Для дорослої людини смертельною може бути доза поглинутого нікотину – 50-100 мг на кілограм маси тіла.

У тютюновому диму присутні й інші, не менш шкідливі та отруйні сполуки – ціанідна кислота HCN, карбон (П) оксид (чадний газ) СО, феноли, ароматичні вуглеводні, неорганічні сполуки Арсену та радіоактивного Полонію тощо.

При курінні нікотин розкладається лише частково, тому з димом потрапляє в організм курця, а також поширюється в повітрі й наражає на небезпеку інших людей (пасивних курців), оскільки легко проникає через шкіру, слизові оболонки рота й носа в їхні бронхи і легені. Доведемо наявність шкідливих речовин у сигаретному диму та здійснимо їх адсорбцію активованим вугіллям за допомогою демонстраційного досліду, що моделює процеси, які відбуваються в легенях курців. Для цього закріпимо сигарету в лапці штатива і через скляну та гумові трубки під'єднаємо до неї з боку фільтра шприц, перед цим випустивши з нього повітря. Підпалимо сигарету й почнемо повільно наповнювати шприц газами, утвореними при горінні тютюну, відтягуючи поршень шприца на себе (рис. 23а). Спостерігатимемо, як дим, що мав би при курінні надійти в легені людини, заповнює шприц. Від'єднаємо наповнений димом шприц від сигарети й випустимо дим у попередньо підготовлену колбу об'ємом 100 мл, у якій міститься 10-15 мл дистильованої води. Повторимо декілька разів забір і випускання сигаретного диму в колбу (щоразу закриваючи її пробкою!), доки триває тління сигарети. Після цього струшуванням колби досягнемо розчинення диму у воді і побачимо, що розчин набуває жовто-коричневого кольору (рис. 236), зумовленого різними продуктами тютюнокуріння. Саме вони осідають на верхніх дихальних шляхах курця, легенях і надходять у кров. Потрапивши до легень, значна їх частина адсорбується альвеолами. Через це з'являються кашель, мокроти, задишка, бронхіт та інші захворювання дихальної системи курця і тих, хто вдихає тютюновий дим, перебуваючи поруч із ним.

Продовжимо дослід із наявними в колбі розчиненими речовинами й проведемо їх адсорбцію активованим вугіллям. Для цього спершу віділлємо в пробірку 1 частину досліджуваного розчину і залишимо його для порівняння (рис. 23в). У колбу помістимо порошок активованого вугілля, перемішаємо його з розчином струшуванням, а потім уміст колби профільтруємо – фільтрат 2 буде прозорим (рис. 23в). Активоване вугілля адсорбувало шкідливі речовини, як це в організмі курця роблять легеневі альвеоли.

 

Першою від тютюнокуріння потерпає зубна емаль. На ній з'являються мікроскопічні тріщинки. Порушення зубної емалі призводить до відкладання на поверхні зубів тютюнового дьогтю, унаслідок чого зуби стають жовтуватого кольору, а з ротової порожнини відчувається специфічний запах, який проявляється під час розмови з курцем.

Нікотин завдає великої шкоди нервовій системі й мозку, знижуючи обсяг пам'яті, точність виконання математичних дій, здатність до навчання. Від куріння в людини прискорюється пульс і підвищується кров'яний тиск, пошкоджуються слизова оболонка губ, язика, гортані, порушується нормальне дихання. І це ще не весь перелік шкідливого впливу тютюнокуріння на організм людини.

Втрата апетиту, біль у шлунку, хронічні гастрити і, у найгіршому випадку, виразка шлунку або дванадцятипалої кишки – ці хвороби виникають у людей, котрі курять набагато частіше, аніж у тих, які не мають цієї шкідливої звички. Хронічні подразнення слизової оболонки голосових зв'язок змінюють тембр голосу. Він втрачає милозвучність і чистоту, що дуже добре помітно в дівчат і жінок, які зловживають курінням. Серед хворих на рак курців у ЗО разів більше, ніж тих, хто не курить. Викурюючи по пачці сигарет у день, курець вкорочує вік на 8-10 років.

Щорічно в Україні тютюн є причиною смерті понад 100 тисяч чоловік.

Куріння – шкідлива звичка, від якої необхідно свідомо вберегти власний організм.

Куріння завдає великої шкоди не лише тим, хто курить, а й тим, хто знаходиться поруч. Особливо небезпечне куріння в молодому віці, коли організм перебуває в процесі статевого дозрівання. Людина, яка провела в накуреному приміщенні понад годину, отруюється так само, як і той, хто викурив чотири сигарети. Вона не зі своєї вини стає «пасивним курцем».

Отруйність нікотину відчув кожен, хто вперше спробував закурити. Ніхто не може докурити першої сигарети до кінця. Цьому заважають запаморочення й нудота, а часом і більш неприємні відчуття: інтенсивне слиновиділення, шум у голові, головний біль, серцебиття, загальна слабкість, тремтіння рук, блювання. Бувають випадки, коли людина непритомніє. Поступово організм пристосовується до нікотину й куріння не викликає таких неприємних відчуттів. Однак ця надзвичайно сильна отрута не припиняє негативно впливати на нервову, а також на дихальну й серцево-судинну системи, укорочуючи вік людини, котра курить, спричинюючи різні захворювання її організму, про що вже йшлося.

Наведених фактів цілком достатньо, аби пересвідчитись, наскільки шкідливим є тютюнокуріння, щоб у молодому віці не піддаватись звабливому наслідуванню тих, хто курить, утверджуючись у колективі однолітків таким дорогим для власного здоров'я способом.

На території нашої держави вживання тютюну регулюється Законом України «Про заходи щодо попередження та зменшення вживання тютюнових виробів і їх шкідливого впливу на здоров'я населення», останні зміни і доповнення в який внесені 21 січня 2010 р. Зокрема, законом передбачено відповідальність за продаж тютюнових виробів неповнолітнім і куріння в громадських місцях (стаття 13) та ряд інших положень. Наразі знаки про заборону куріння можна побачити на зупинках громадського транспорту, у підземних переходах, залізничних вагонах, громадських організаціях тощо. За невиконання положень закону з порушників стягується штраф.

Ерудитам на замітку

Причинами виникнення й розвитку наркоманії найчастіше називають особливості характеру, психічні и фізичні розлади, вплив різних соціальних чинників. Трапляються випадки наркоманії серед хворих, змушених тривалий час приймати наркотичні речовини в медичних цілях. Інакше кажучи, лікарські засоби, які застосовують в офіційній медицині (насамперед снодійні, заспокійливі й знеболювальні), можуть викликати важкі форми наркотичної залежності.

У деяких країнах уживання наркотиків пов'язано з певними релігійними й культурними традиціями (жування індіанцями листя коки, куріння гашишу в мусульманських країнах). В Європі та Америці наркоманія набула великого поширення з 60-х років минулого століття, і тому її називають «чумою XX століття».

Перевірте себе

 

1. Охарактеризуйте зміни в психічному й соматичному станах людини, спричинені вживанням наркотичних речовин різних груп.

2. Висловіть судження про згубну дію на організм людини: а) алкоголю; б) наркотичних речовин; в) тютюнокуріння.

3. З різних інформаційних джерел дізнайтеся, які заходи розробляють Україна та інші держави, різні всесвітні організації з метою викоренення тютюнокуріння,

4. Тютюн належить до родини пасльонових. Представниками цієї родини є баклажани, картопля, помідори. Як ви вважаєте, чому люди, не побоюючись наркотичної залежності, залюбки використовують їх у їжу?

5*. Розробіть проект «Наркоманія, алкоголізм, тютюнокуріння – глобальні проблеми людства s-, яким охопіть таке коло питань:

· склад і будова наркотичних речовин;

· психічна дія наркотичних речовин різних груп;

· фізична залежність як відчуття, несумісні з нормальною життєдіяльністю організму людини і її соціальним статусом;

· перебіг захворювань на різні види наркоманії;

· як люди стають наркоманами;

· засоби і заходи боротьби з наркоманією, алкоголізмом, тютюнокурінням.

6*. Підготуйте наочні матеріали для пропаганди здорового способу життя – життя без наркотиків.

 

§ 9. Природні джерела вуглеводнів.

Природний і супутній нафтовий гази, їх склад, використання

 

Інформаційна довідка

· За стандартних умов насичені вуглеводні (алкани, або парафіни) з числом атомів Карбону в молекулі C₁–С₄ є газами, С₅–C₁₅ – рідинами з характерним «бензиновим» запахом, з С₁₆ і далі – твердими речовинами.

· Завдяки високій міцності одинарних С-С, С-Н зв'язків парафіни стійкі проти дії кислот, лугів, окисників.

· Парафіни не вступають у реакції приєднання, тому що всі зв'язки атомів Карбону максимально використані на утворення одинарних зв'язків.

· Парафіни горять з виділенням великої кількості тепла, наприклад:

· СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О; ΔН = -890 кДж.

· Парафінам характерні реакції заміщення атомів Гідрогену на інші атоми чи групи атомів. Реакції потребують ініціювання шляхом нагрівання, освітлення, опромінення тощо.

· При взаємодії парафінів із хлором залежно від кількісних співвідношень речовин у реакції можуть утворюватися хлорометан СН₃С1, дихлорометан СН₂С1_2; трихлорометан СНС1₃, тетрахлорометан СС1₄:

 

Сполуками Карбону, з яких побудовані тіла організмів, не вичерпується поширення органічних речовин у природі. У давні геологічні епохи відбулося утворення вуглеводнів, які нині розвідані в покладах природного газу, нафти, кам'яного вугілля. їх утворення вчені пов'язують з різного роду природними процесами. Однією з теорій є біогенна теорія, згідно з якою природні джерела вуглеводнів утворилися внаслідок анаеробного розкладу організмів. Про склад і застосування природних джерел вуглеводнів ви дізнаєтеся з цього та наступних параграфів.

Природний газ як корисна копалина. Природним газом називають суміші газів, що в стисненому стані перебувають у пустотах пористих порід, утворюючи в надрах землі газоносні пласти. Вони містяться на глибині від 800 м до кількох кілометрів, тому газ із них добувають через свердловини, самочинно природний газ дуже рідко виходить на поверхню землі.

Скориставшись додатковими інформаційними джерелами, підготуйте розповідь про це цікаве явище, пов'язані з ним легенди тощо.

В Україні розвідані й використовуються родовища природного газу в Карпатському, Дніпровсько-Донецькому та Причорноморсько-Кримському регіонах. За поширенням природного газу Україні належить 33 місце у світі.

З економічної географії України пригадайте розвідані в нашій державі родовища природного газу.

Природний газ як суміш речовин. Природний газ на 80-98 % (у різних родовищах різний відсоток) складається з метану СН₄. Решту становлять інші газоподібні насичені вуглеводні: етан С₂Н₆, пропан С₃Н₈, бутан С₄Н₁₀. Окрім зазначених парафінів, у невеликих кількостях присутні вуглеводні, що за атмосферного тиску мають рідкий агрегатний стан (пентан, гексан, гептан), але в умовах підвищеного тиску трапляються в газовій суміші, а також водень, сірководень (гідроген сульфід), вуглекислий газ, азот, гелій.

На суходолі природний газ транспортують під тиском у кілька десятків атмосфер трубопроводами, протяжність яких – тисячі кілометрів. Зокрема, в Україні довжина магістральних газопроводів, включаючи й ті, якими добутий у Росії природний газ транспортують до країн Європи, становить понад 36 тис. км.

Спеціальні морські судна – газовози – транспортують природний газ водними шляхами у стисненому чи скрапленому стані.

Потрібно зазначити, що весь процес постачання газу – від видобутку й аж до надходження споживачам – є герметичним.

Фізичні властивості природного газу. Природний газ безбарвний, майже вдвічі легший за повітря, погано розчинний у воді, без запаху.

Як і в усіх сумішах, компоненти природного газу зберігають свої властивості, а тому для їх виділення застосовують фізичні методи. У місцях видобутку газу, неподалік від родовища, споруджують установки з очищення природного газу від неорганічних газуватих домішок і води та підготовки його до транспортування споживачам.

Використання природного газу. У використанні природного газу в господарській діяльності людини можна виокремити два основні напрями – джерело енергії та сировина для газопереробної промисловості.

Зважаючи на те, що реакції горіння вуглеводнів екзотермічні й супроводжуються виділенням великої кількості тепла (у середньому 50 кДж від згоряння 1 г речовини), природний газ широко використовують як дешеве та екологічно чисте паливо для теплових електростанцій, котелень, житлових приміщень, автомобілів. До газових плит у ваших оселях також підведено природний газ. В екологічному плані природний газ вигідний тим, що, згоряючи, він утворює метне шкідливих речовин, аніж інші види палива. Разом з тим його участь у створенні парникового ефекту не виключається.

Пригадайте з 10 класу, у чому полягає сутність парникового ефекту.

Природний газ є цінною сировиною для виробництва багатьох органічних і неорганічних речовин (рис. 28).

Основний компонент природного газу – метан – використовують у виробництві стену, етину (ацетилену), сажі, синтез-газу – суміші чадного газу з воднем.

Синтез-газ утворюється при нагріванні метану з водяною парою при температурі 800 °С і за наявності каталізатора нікелю:

СН₄ + Н₂О→СО + 3Н₂

Як бачимо з рисунку 28, синтез-газ використовують для виробництва багатьох речовин, зокрема синтетичного бензину. Для країн, у яких родовищ природного газу немає, це важливо в плані розв'язаний проблеми з пальним для двигунів внутрішнього згоряння. Термічним розкладом метану одержують сажу та водень:

СН₄ = С + 2Н₂↑. До речі, у виробництві амоніаку переважно використовують водень, добутий із природного газу, а не з інших джерел.

Природний газ – цінне джерело енергії та різноманітних органічних і неорганічних речовин.

Супутній нафтовий газ. Таку назву дістала суміш газів, що утворилася разом із нафтою й в умовах високого тиску перебуває и ній у розчиненому стані чи утворює газове скупчення – «газову шапку*. Склад супутнього нафтового газу подібний до складу природного газу, однак уміст метану значно менший, а його гомологів (до гексану включно) – значно більше (рис. 29).

64 % СН4

Рис. 29. Приблизний склад супутнього нафтового газу

 

Тривалий час супутній нафтовий газ елементарно спалювали у факелах, тобто не використовували як цінне джерело енергії та хімічних речовин. Факели горіли цілодобово, тепло й продукти згоряння надходили в атмосферу. Нині ситуація змінюється на краще, і супутній газ набуває промислового застосування. Багатьом із вас відоме його використання для приготування пропан-бутанової суміші, якою під тиском наповнюють сталеві балони. Їх використовують для роботи газових плит у разі, коли немає централізованого газопостачання.

З екологічних та економічних міркувань на автотранспорті встановлюють двигуни, що працюють на газовому пальному, а не на бензині (рис. 30б):

а                           б Рис. 30. Автомобіль, переобладнаний на газове пальне (а), та зберігання газу на заправці (б)

Від згоряння газового пального у двигунах автомобілів довкілля не забруднюється шкідливими сполуками Плюмбуму, як це має місце при використанні бензину. Вміст чадного газу СО у викидах значно нижчий, оскільки газ легше, ніж пари бензину, змішується з повітрям і тому згоряння відбувається більш повно.

З-поміж різних джерел енергії природного походження газове пальне екологічно найчистіше.

Ерудитам на замітку

Свідченням розвитку й практичного впровадження хімічних знань є те, що люди навчилися із залишків рослин і сміття добувати біогаз, який на 50-70 % складається з метану. Так, у Згурівському районі Київської області функціонує завод з виробництва біогазу (рис. 31).

Рис. 31. Завод з виробництва біогазу

 

Є всі підстави вважати, що в майбутньому біогаз добуватиметься в значних кількостях, а місцевим його виробництвом зацікавляться багато господарів.

 

Перевірте себе

1. Назвіть вуглеводні, що входять до складу природного газу. Яке застосування має природний газ та його окремі компоненти?

2. Знайдіть відносну молекулярну масу М_г і напишіть формулу одного з компонентів природного газу, відносна густина за воднем якого дорівнює 15, а масова частка Карбону в ньому становить 80 %.

3. Який газ називають супутнім нафтовим? Порівняйте його склад із складом природного газу.

4. Укажіть, за якими ознаками укладено перелік речовин: метан, етан, пропан, бутан.

А представники одного гомологічного ряду

Б представники різних гомологічних рядів

В за звичайних умов перебувають у газоподібному стані

Г входять до складу синтез-газу

Д входять до складу супутнього нафтового газу

Е за звичайних умов мають різний агрегатний стан

5*. Проілюструйте схему, зображену на рис. 28, записом відповідних рівнянь реакцій.

6*. Виконайте груповий проект на тему «Газові види пального: їх сьогодення і майбутнє».

7. В Україні щорічно накопичується майже 120 млн т органічних відходів. Відомо, що з 1 т відходів можна добути в середньому 500 м³ біогазу (уміст метану в ньому 60 %). Обчисліть, на скільки відсотків можна задовольнити енергетичні потреби України в метані (щорічно витрачається 70 млрд м³ метану), якщо всі органічні відходи переробити на біогаз.

 

§ 10. Нафта, її склад, властивості та продукти перегонки

 

Інформаційна довідка

До сполук, що характеризуються наявністю лише одинарних зв'язків, крім насичених вуглеводнів (парафінів), належать циклопарафіни, або циклоалкани. На відміну від парафінів вони мають замкнуту (циклічну) будову карбонового ланцюга:

CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃

                                               Циклогексан

• У циклі може бути щонайменше 3 атоми Карбону. Номенклатура циклоалканів подібна до номенклатури алканів, лише на початку назви додають префікс цикло-.

•  Циклогексан, а також їх гомологи російський учений В. В. Марковников запропонував називати нафтенами, оскільки вони входять до складу нафти.

• Арени, або ароматичні вуглеводні, – назва гомологічного ряду бензену C₆H₆. Походження назви пов'язане з тим, що першими були відкриті саме ті представники гомологічного ряду, які мали специфічний запах.

• Особливістю електронної будови аренів є наявність єдиної для 6 атомів Карбону π-хмари, утвореної з 6 негібридизованих р-електронів (рис. 34).

Рис. 34. Схеми зв'язків у молекулі бензену, утворених гібридизованими (а) та негібридизованими (б) орбіталями

Зв'язок, утворений у такий спосіб, називають ароматичним. За довжиною він займає проміжне місце між одинарним і подвійним зв'язками.

Особливість хімічного зв'язку атомів Карбону в молекулах аренів позначається на їх хімічних властивостях. Так, бензен легше вступає в реакції заміщення (а), ніж приєднання.

• Як і всі вуглеводні, циклопарафіни й арени горять з утворенням води і вуглекислого газу та виділенням тепла.

Не менш важливим за природний газ джерелом органічних сполук є нафта.

Нафта – природна рідка оліїста суміш вуглеводнів і деяких неорганічних речовин. Основними вуглеводнями нафти є парафіни, циклопарафіни, арени.

Нафта як корисна копалина. Поклади нафти трапляються на глибині від десятків метрів до 6 км і більше. На суходолі поклади нафти найчастіше містяться на глибині 1-3 км, проте нафтоносні пласти є і на дні морів та океанів. Нині налагоджено промислове видобування нафти з морських глибин.

Видобувають нафту через свердловини. Спершу вона може фонтанувати самочинно завдяки стисненому супутньому нафтовому газу. Надалі для витискування нафти у свердловину закачують повітря чи воду. Про цю корисну копалину людям було відомо здавна. Згадування про темну, зі специфічним запахом рідину, що сочиться з каменів, знаходимо в працях давньогрецьких і давньоримських істориків – Геродота, Плутарха, ІІлінія. Уже в ті часи люди використовували «кам'яне масло» (від латин. petroleum), в Єгипті та Вавилоні нафту застосовували як дезінфікуючу мазь, речовину для бальзамування. На Близькому Сході нею заправляли ліхтарі, а візантійці змішували нафту із сіркою і виготовляли запальні снаряди – в історію ця зброя ввійшла під назвою «грецький вогонь».

До другої половини XIX ст. нафту добували з колодязів і використовували в натуральному вигляді, не піддаючи ніякій переробці. Ця так звана сира нафта тривалий час застосовувалась як звичайне паливо й мастильний матеріал, аж доки вивчення складу та властивостей нафти не покачало, наскільки цінною сировиною вона може бути.

Нафта як суміш речовин, склад нафти. У нафті налічується до 1000 компонентів – переважно речовин органічного походження. Як уже зазначалося, вуглеводнева частина нафти складається з парафінів, циклопарафінів, ароматичних вуглеводнів (аренів). Найбільше в складі нафти рідких вуглеводнів, а в них у розчиненому стані містяться газоподібні й тверді. Приблизний вуглеводневий склад нафти – 30-35 % парафінів, 25-75 % циклопарафінів, 10-20% аренів. Він свідчить про те, що нафта різних родовищ відрізняється за вмістом конкретних вуглеводнів. Карбон 79-88 %

Фізичні характеристики нафти. Це густа оліїста рідина зі специфічним запахом. Через відмінності в кількісному та якісному складі нафта різних родовищ може мати чорний, червоно-коричневий або жовто-зелений колір, трап

ляється також нафта, що майже не має кольору.

Нафта – нерозчинна у воді рідина, густина нафти різних родовищ коливається в межах від 0,65 до 1,05 г/см³.

Нерозчинність у воді й менша, аніж у води, густина – ці дві властивості нафти створюють особливу екологічну небезпеку в разі витікання нафти у воду річок, морів тощо. Розтікаючись по водній поверхні, нафтова пляма перешкоджає доступу повітря у водне середовище; пір'я водоплавних птахів, хутро морських ссавців покривається шаром нафти, від якого тварині самотужки важко позбутися. Усунення наслідків такого екологічного лиха потребує значних матеріальних витрат.

Поняття про переробку нафти. Видобуту зі свердловини сиру нафту спершу зневоднюють і знесолюють, відокремлюють від домішок гірських порід і газів, після чого відправляють на переробку. Існує два принципово відмінні способи переробки нафти. Перший спосіб, що дістав назву пряма перегонка нафти, ґрунтується на фізичних методах розділення сумішей, тому хімічний склад компонентів нафти не змінюється. За основу другого способу взято хімічні перетворення вуглеводнів нафти під впливом температури, тиску й каталізаторів, тобто процес супроводжується утворенням нових речовин.

Переробка нафти – складний багатостадійний процес фізичної і хімічної природи, унаслідок якого одержують понад 500 найменувань різноманітних нафтопродуктів.

Найважливіші нафтопродукти – це моторне паливо (авіаційний і автомобільний бензин, реактивне й дизельне паливо); енергетичне паливо (паливо для газових турбін і котелень); нафтові масла (засоби, призначені для зменшення сили тертя).

Нафтопереробні заводи виробляють нафтопродукти й готують сировину для такої галузі промисловості, як нафтохімія. Один завод переробляє за рік у середньому від 5 до 15 млн т нафти.

В Україні переробку нафти здійснюють потужні нафтопереробні заводи: найбільший в Європі Лисичанський (Луганська обл.), Херсонський, Одеський, Кременчуцький (Полтавська обл.), Дрогобицький (Львівська обл.), Надвірнянський (Івано-Франківська обл.). І все ж на сьогодні нафтопереробні підприємства України не задовольняють потреби автотранспорту в паливі. Згідно з оцінками аналітиків, це є однією з причин зростання цін на пальне.

Пряма перегонка (фракційна дистиляція) нафти. Як багатокомпонентна суміш, нафта не має сталої точки кипіння. Тому при нагріванні речовини з нижчою температурою кипіння першими набудуть газоподібного стану, тоді як речовини з вищою температурою кипіння залишатимуться рідкими.

На цій властивості нафти базується промисловий спосіб одержання з неї окремих груп речовин – фракцій.

У нафтохімії під фракцією розуміють суміш вуглеводнів, що киплять у певному температурному інтервалі.

Кожна з фракцій – це суміш вуглеводнів з певним числом атомів Карбону в молекулі. У промисловості нафту нагрівають у спеціальній трубчастій печі до температури 320-350 °С. Компоненти нафти, температура рипіння яких нижче від зазначеної, переходять у газоподібний стан, зберігаючи при цьому цілісність молекул. Далі суміш надходить до ректифікаційної колони (рис. 40), д_е за певної температури відбувається конденсація окремих фракцій – бензину, лігроїну, гасу, газойлю.

Гази (С1-С4)   Бензин (С5-С11) 40-200 °С Лігроїн (С8-С14) 150-250 °С Гас (С12-С18)180-300 °С   Газойль (С15-С22) 230-350 °   Мазут (>С20)

Рис. 40. Схема промислової установки з перегонки нафти

 

Так, найлегші вуглеводні, що містять від 5 до 11 атомів Карбону, піднімаються найвище й утворюють рідку світлу суміш вуглеводнів – бензин. Це основне пальне для автомобільних двигунів. Лігроїн – прозора жовтувата рідина, суміш рідких вуглеводнів із вмістом атомів Карбону С₈-С₁₄. Застосовують як пальне в карбюраторних і дизельних двигунах, як розчинник у лакофарбовій промисловості. Вуглеводні, що містять від 12 до 18 атомів Карбону, утворюють наступну фракцію – гас. Він є пальним для дизельних і реактивних двигунів. До винайдення електричного освітлення користувалися гасовими лампами, ліхтарями, примусами. Наступна фракція – газойль, до якої входять вуглеводні з числом атомів Карбону від 15 до 22. Це паливо для дизельних двигунів. І нарешті, остання фракція – мазут – є сумішшю важких вуглеводнів, які при температурі первинної перегонки нафти не досягають точки свого кипіння, а тому стікають у нижню частину колони. Мазут використовують як сировину для виробництва мастил, котельного палива, вазеліну, гудрону.

Прямою перегонкою нафти (випаровуванням у певному інтервалі температур і подальшим конденсуванням речовин) одержують фракції: бензин, лігроїн, гас, газойль, мазут.

Вторинна переробка нафти. З року в рік зростають потреби в бензині, тоді як його вихід при прямій перегонці нафти становить від 5 до 20 %. Зростання попиту на бензин спонукало вчених до пошуку нових способів переробки вуглеводневої сировини, що входить до складу нафти. Один із них – крекінг нафти – полягає в розщепленні великих молекул вуглеводнів на менші, тобто відбувається хімічне явище, під час перебігу якого змінюється склад і будова вуглеводнів. Сировиною для крекінгу є не лише сира нафта, а й окремі фракції, одержані при прямій перегонці нафти. Продукти крекінгу піддають перегонці в умовах зниженого тиску і, як і при первинній перегонці, розділяють на окремі фракції: крекінг-бензин (вихід бензину може становити 75 %), масла, гудрон тощо.

Октанове число. Вибухонебезпечним сумішам, до яких належить і суміш бензину з повітрям, властиве неконтрольоване самозаймання. Воно супроводжується горінням вибухового характеру і має назву детонація, що призводить до передчасного спрацювання, перегріву, оплавлення деталей двигуна. Зовні детонація супроводжується характерними вібрацією і різким звуком (постукуванням) двигуна, збільшенням витрат палива, підвищеним умістом токсичних речовин у викидних газах і навіть частковим руйнуванням деталей двигуна. Щоб уникнути детонації бензину у двигуні автомобіля, необхідно використовувати паливо, рекомендоване для даної марки машин заводом-виготівником. А воно, як свідчать позначення на бензозаправних колонках, буває різним – А-76, А-92, А-93, А-95 тощо.

З'ясуємо, що ці цифри означають. Загалом вони показують детонаційну стійкість бензину конкретної марки – його здатність протистояти самозапаленню в разі стиснення. За стандарт пального з низькою детонаційною стійкістю взято н-гептан СН₃-СН₂-СН₂-СН₂-СН₂-СН₂-СН₃. Зазначимо, що вуглеводні з розгалуженим карбоновим ланцюгом мають більшу детонаційну стійкість, ніж нерозгалужені. Одним із вуглеводнів, який має особливо високу детонаційну стійкість, є ізомер октану (ізооктан) С₈Н₁₈, а саме 2,2,4-триметилпентан:

    СН₃

     ׀

СН₃–С–СН₂–СН–CH₃

      ׀      ׀

    СН₃        СН₃

На спеціальних установках порівнюють поведінку в моторі сумішей н-гептану й ізооктану, узятих у різних пропорціях, з поведінкою досліджуваного пального, тобто визначають октанове число бензину.

Октанове число – умовна одиниця, що чисельно дорівнює відсотку (за об'ємом) ізооктану в суміші, утвореній ним з н-гептаном і за своїми антидетонаційними властивостями рівноцінній даній марці бензину.

Октанове число ізооктану взято за 100, а нормального гептану – за 0. Отже, бензин марки А-95 – це пальне, що витримує у двигуні стиснення, рівноцінне стисненню суміші, до складу якої входять 95 % ізооктану і 5 % м-гептану.

Октанове число бензину визначають на спеціальних установках порівнянням характеристик горіння випробуваного палива й еталонних сумішей ізооктану з н-гептаном. Чим вище октанове число бензину, тим більша його детонаційна стійкість.

Застосування продуктів перегонки нафти. Продукти перегонки нафти набули найбільшого застосування в паливно-енергетичній галузі: бензин – як пальне для двигунів внутрішнього згоряння, розчинник масел, каучуку, очисник тканин від жиру; гас – як пальне для реактивних і дизельних двигунів; мазут – як паливо для теплових електростанцій (ТЕС), заводів, кораблів тощо. Після перегонки мазуту утворюється твердий залишок гудрон, який використовують для асфальтування доріг. Широке застосування продуктів перегонки нафти як палива пояснюється тим, що вони мають велику теплоту згоряння й не утворюють твердого залишку.

В останні роки нафту та продукти її перегонки дедалі більше використовують як цінну сировину для хімічної промисловості. Пластмаси, синтетичні волокна, синтетичний каучук, метанол й етанол, амоніак, азотні добрива, стимулятори росту, протруйники насіння, мастила й розчинники,

білково-вітамінні концентрати, синтетична етанова та інші кислоти, продукція фармацевтичної і парфумерної промисловості – ось неповний перелік виробів на основі нафти і продуктів її переробки.

Окрім газуватих і рідких природних сумішей вуглеводнів, зустрічаються також тверді. До них належить озокерит – суміш природних високомолекулярних твердих вуглеводнів із домішками рідких масел і асфальтово-смолистих речовин. На вигляд він нагадує бджолиний віск і має запах гасу.

Поклади озокериту розміщені по обидва боки Карпат. В Україні його добувають у м. Бориславі. Озокерит – «чорний віск» або «застиглі сльози землі» – у Прикарпатті був відомий з часів виявлення там покладів нафти. Ця природна суміш твердих вуглеводнів має низьку температуру плавлення (в інтервалі 58-100 °С).

У медицині озокерит використовують з лікувальною метою у вигляді озокеритових аплікацій. Озокеритотерапія є поширеним методом теплолікування при багатьох захворюваннях опорно-рухової та Інших систем. Основна властивість озокериту як лікувального засобу полягає в стимуляції периферичного кровообігу й обміну речовин, а також заспокійливій, протизапальній і антисептичній дії.

 

Ерудитам на замітку

Крекінг (з англ. розщеплення) – це високотемпературна переробка нафти та її окремих фракцій для одержання продуктів із меншою молекулярною масою. У процесі крекінгу карбон-карбонові одинарні зв'язки розриваються, молекула розщеплюється на молекули насиченого й ненасиченого вуглеводню:

С₁₆Н₃₄ →С₈Н₁₈ + С₈Н₁₆   

Гексадекан октан     октен

Під час крекінгу може відбуватися ізомеризація:

н-пентан → ізопентан (2-метилбутан)

Основними продуктами крекінгу є компоненти моторних палив. Існує кілька видів крекінгу нафти і нафтопродуктів.

Термічний крекінг відбувається при температурі 450-550 °С і тиску 20-70 зтм. Термічному крекінгу піддають гас, газойль, мазут і гудрон (один із продуктів вакуумної перегонки нафти).

Каталітичний крекінг проводять при дещо нижчій температурі й тиску, ніж термічний (t° = 480-490 °С, Р = 1-5 атм), за наявності каталізатора (суміші Аі₂0₃ і Si0₂). Для каталітичного крекінгу основною сировиною є газойль. Вихід бензину і його якість при застосуванні цього виду крекінгу є вищими, аніж при термічному крекінгу.

Перевірте себе

1. Охарактеризуйте: а) склад нафти; б) нафту як корисну копалину; в) нафту як суміш речовин; г) фізичні властивості нафти.

2. Які продукти одержують первинною перегонкою нафти?

3. Опишіть процес перегонки нафти.

4. Напишіть рівняння реакцій горіння вуглеводнів, що входять до складу бензину.

5. Охарактеризуйте детонаційну стійкість бензину, поясніть його маркування.

6. Найвище октанове число (130) має 2,2,3-триметилбутан. Запишіть його структурну формулу, наведіть приклади ізомерів.

7. Вагомий внесок у розвиток нафтохімії зробив Д. І. Менделєєв. Користуючись різними інформаційними джерелами, підготуйте доповідь на тему «Д. І. Менделєєв і розвиток нафтохімічної промисловості» та презентуйте її.

 

§ 11. Кам'яне вугілля, продукти його переробки. Значення основних видів палива в енергетиці країни

 

Інформаційна довідка

• Бензен (бензол) С₆Н₆ – токсична, безбарвна, легша за воду і нерозчинна в ній рідина зі специфічним запахом. Одержують промисловою переробкою кам'яного вугілля. Бензен набув широкого застосування в хімічній промисловості як сировина для виробництва полімеру полістирену, фенолу, барвників, фармацевтичних препаратів тощо.

   Структурна формула бензену вказує на наявність у його молекулі одного

нафтален

бензольного кільця (ядра), тому він належить до одноядерних ароматичних вуглеводнів. Існують також багатоядерні ароматичні вуглеводні, представниками яких є нафтален (нафталін) і антрацен, що містять 2 і 3 бензольні кільця (ядра) відповідно:

антрацен

Гідроксильна група -ОН є функціональною групою як спиртів, так і фенолів

• Феноли – оксигеновмісні органічні сполуки, у молекулах яких гідроксильні групи сполучені з бензольним ядром, тобто є замісниками атомів Гідрогену в молекулі бензену та його гомологів. Найпростіший представник цієї групи речовин – сполука з однойменною назвою.

• Фенол С₆Н₅-ОН – безбарвна кристалічна речовина з температурою плавлення +43 °С, малорозчинна у воді. Має характерний їдкий запах. При потраплянні на шкіру спричиняє опіки, сильний антисептик. Фенол застосовується у виробництві термореактивних полімерів, ліків, барвників, вибухових речовин. Відомий вам індикатор лужного середовища фенолфталеїн отримав таку назву тому, що для його добування використовують фенол. Уперше фенол виокремили в 1834 р. з продуктів переробки кам'яного вугілля й дотепер одержують цим способом,

Кам'яне вугілля як паливо люди почали використовувати раніше, ніж продукти переробки нафти й природний газ. Тривалий час вони робили це лише задля одержання енергії.

Поцікавтесь історією транспорту, з'ясуйте, які його види працювали на енергії, одержаній від спалювання вугілля.

У час атомної енергетики вугілля все ще залишається на першому місці в енергетичному балансі більшості країн світу. Водночас із року в рік зростає його роль як цінної сировини для виробництва різноманітних речовин.

Кам'яне вугілля в природі. Поклади кам'яного вугілля утворилися з відмерлих мільйони років тому решток рослин. Без доступу повітря в умовах підвищеної температури і тиску відбулися перетворення: торф –» буре вугілля –у кам'яне вугілля. Ця тверда природна суміш речовин має чорний, іноді темно-сірий колір, блискучу або матову поверхню і густину 1,2-1,7 г/см³ (рис. 42).

Рис. 42. Зразки торфу (а), бурого (б) і кам'яного (в) вугілля

В Україні найбільші запаси кам'яного вугілля розвідані в Донецькому та Львівсько-Волинському кам'яновугільних басейнах. Поклади вугілля в одних місцях виходять на поверхню, в інших – залягають на глибині до 2500 метрів і більше, мають товщину від кількох сантиметрів до декількох десятків і сотень метрів.

Наша держава – одна з найбагатших країн світу за розвіданими запасами кам'яного вугілля і входить у десятку найбільших світових його експортерів.

Ще більшими є запаси бурого вугілля, що за якістю поступається кам'яному.

Склад кам'яного вугілля. У процесі розвитку хімічних знань дані про склад і будову вугілля змінювалися. Нині в складі вугілля розрізняють органічну й неорганічну частини. Органічній частині властива високомолекулярна структура, яка включає ациклічні й циклічні фрагменти та функціональні групи.

Кам'яне вугілля – природна суміш вуглецю (майже 10 %), органічних сполук будови (майже 80 %), вологи, неорганічних домішок, що після спалювання вугілля залишаються вигляді твердого залишку – шлаку.

Основні споживачі кам'яного вугілля – енергетика (60 %), коксохімія (25 %), комунальне господарство та інші галузі промисловості (15 %).

Процес переробки кам'яного вугілля. Існує кілька способів переробки цієї корисної копалини, серед яких основним є коксування.

Коксування – термічна переробка вугілля, що полягає в його нагріванні без доступу повітря до 900-1100 °С і витримуванні при цій температурі до 20 годин, унаслідок чого вугілля розкладається з утворенням твердого коксу і летких органічних і неорганічних (здебільшого води) речовин.

Зазначені продукти коксування – результат фізичних і хімічних перетворень, які відбуваються під час переробки кам'яного вугілля.

Основним апаратом, у якому здійснюють коксування вугілля, є коксова ніч. Вона складається з вузьких камер коксування завширшки 0,4-0,5 м, завдовжки 13-16 м і заввишки 4-7 м, куди одноразово завантажують майже 10 тис. кг подрібненого кам'яного вугілля. Для забезпечення належного перебігу процесу коксування 60-70 печей об'єднують в одну коксову батарею (рис. 45), у якій між печами розташовують опалювальні простінки. Необхідну для коксування теплову енергію одержують, спалюючи природний чи коксовий газ.

Рис. 45. Зовнішній вигляд коксової батареї

Під час коксування легкі сполуки збирають у спеціальні збірники, після закінчення коксування утворений кокс («коксовий пиріг») спеціальним пристроєм виштовхують із печі (рис. 47а) для охолодження,.і ніч завантажують новою порцією кам'яного вугілля (рис. 47б).

Коксування – складний перервний процес, що потребує спеціальних апаратів – коксових печей і великих затрат теплової енергії.

Рис. 47. Вивантаження коксу (а) і завантаження кам'яного вугілля в коксову піч (б)

Коксохімічне виробництво функціонує в п'ятьох областях України. Перший вітчизняний коксохімічний завод став до ладу 1872 р. в м. Юзівці (колишня назва м. Донецька). Нині майже 70 % усієї продукції переробки вугілля виробляють у Донецькій і Дніпропетровській областях, а ВАТ «Авдіївський коксохімічний завод» (рис. 48) є найбільшим виробником коксу в Європі. Щорічно на ньому одержують понад 6 млн т коксу та понад 40 видів іншої високоякісної продукції.

Продукти переробки кам'яного вугілля і їх використання. Переробку вугілля здійснюють здебільшого шляхом його коксування, газифікації або гідрування.

Основний продукт коксування – кокс, що на 96-98 % складається з вуглецю. Він набув промислового застосування в доменному й ливарному виробництві, кольоровій металургії як відновник і паливо, є сировиною для виробництва ацетилену та інших речовин.

Разом із коксом утворюються кам'яновугільна смола і коксовий газ, що є джерелами різноманітних речовин.

Перегонкою й хімічною обробкою кам'яновугільної смоли добувають ароматичні вуглеводні: бензен та його гомологи, феноли, нафтален (нафталін), антрацен, інші цінні речовини.

Коксовий газ містить майже 60 % водню, 25 % метану, 5 % карбон (ІІ) оксиду, 4 % азоту, 2 % нітроген (ІV) оксиду, 2 % етену та 2 % інших газів. Його використовують для обігрівання коксових печей, а також піддають хімічній переробці для одержання різноманітних продуктів.

Ще одним із продуктів коксування є надсмольна вода, що являє собою водний розчин амоніаку. Її обробляють сульфатною кислотою та одержують мінеральне добриво амоній сульфат.

Пригадайте, що називають добривами, їх класифікацію, наведіть приклади.

На основі летких продуктів коксування на хімічних заводах одержують добрива, пластмаси, синтетичні волокна, лаки, фарби, штучний графіт та інші речовини.

З неорганічної частини кам'яного вугілля в промислових масштабах вилучають ванадій, германій, сірку, молібден, цинк, свинець.

Одним із видів переробки твердого палива є газифікація вугілля, яка полягає в обробці низькосортного вугілля, бурого вугілля і торфу сумішшю повітря, водяної пари й вуглекислого газу.

Частина вугілля згоряє, забезпечуючи процес газифікації теплом,,і друга частина реагує з окисниками, унаслідок чого утворюється газоподібне паливо – генераторний газ – суміш водню, чадного газу та деяких інших газів. Перспективним уважають спосіб підземної газифікації вугілля з метою переведення його в горючий газ. Ідея такого способу належить Д. І. Менделєєву.

Гідрування вугілля – каталітичний процес обробки твердого палива воднем при температурі майже 500 °С і тиску 20-70 МПа. Продукти гідрування – це переважно суміш легких вуглеводнів, за складом аналогічних легким нафтопродуктам, що утворюють фракцію бензину. Тому цей процес уважають одним із

---

---