Химические вещества

Тема 2. Роль химии в развитии общества

2.1. Система современного знания в области химии

Основные понятия и законы химии. Уровни организации материи, изучаемые в химии: атом, химический элемент, ион, молекула, химическое вещество. Периодический закон и его значение для современной науки

Все химические элементы упорядоченно расположены в периодической таблице. В 1869 Д. Менделеев впервые открыл, что некоторые свойства элементов периодически повторяются, а именно элементы в одной и той же колонке (группе) периодической таблицы имеют сходные свойства. Члены одной и той же группы в таблице имеют одно и то же число электронов на внешних оболочках их атомов и образуют связи одного и того же типа, обычно с одинаковой валентностью. Инертные газы с заполненной внешней электронной оболочкой вообще не образуют связей. Таким образом, периодическая таблица отражает глубокое понимание химической связи и химического поведения. Кроме того, она позволила предсказать существование новых элементов, многие из которых позже были открыты или синтезированы.

Химические вещества в природе: простые и сложные, органические и неорганические. Нефть и природный газ как источники органических веществ

Нефть и природный газ являются самыми важными первичными ископаемыми топливами. Первая скважина для добычи нефти была пробурена в середине 19 в. С изобретением автомобиля это углеводородное топливо стало применяться как источник бензина. С тех пор нефть и ее продукты используются в качестве топлив для получения тепла, для наземного, воздушного и морского транспорта, для тепловых электростанций и как источник нефтепродуктов и смазок. Нефть извлекают из пробуренных скважин, транспортируют трубопроводами или танкерами к нефтеперерабатывающим заводам и там превращают ее в топливо и продукты нефтехимии. Нефть и природный газ, добываемые главным образом в Саудовской Аравии, США и России, сегодня составляют около 60 % мирового энергопотребления. При современных скоростях потребления нефти ее известные запасы будут выработаны к середине 21 в.

С сырой нефтью обычно встречается природный газ – углеводород, состоящий главным образом из метана и этана. Природный газ добывается из скважин, затем его транспортируют либо в естественном газообразном состоянии по трубопроводам, либо после сжижения охлаждением танкерами. Сжиженный газ занимает примерно 1/600 объема газообразного продукта. Использование природного газа в качестве источника энергии постоянно растет.

Классификация и основные химические свойства органических и неорганических соединений

Органические соединения – это углеводороды. Благодаря способности атомов углерода образовывать химические связи друг с другом и с атомами большинства элементов число органических соединений очень велико и превышает 4 млн. Для них характерна способность к сложным и многообразным превращением, изучением которых и занимается органическая химия. Природные органические соединения, например нуклеиновые кислоты, белки, липиды, гормоны, витамины играют основную роль в построении и жизнедеятельности растительных и живых организмов.

Свойства органических соединений зависят от количества СН₂-групп в углеродной цепи (например, метан СН₄, этан С₂Н₆, пропан С₃Н₈ и т.д.).

Неорганические соединения – это сплавы металлов, минералы, соли, кислоты, щелочи. Для синтезирования неорганических соединений применяются методы физического воздействия – сверхвысокие температуры и давления, ультразвук, вибрации, сильное световое излучение, магнитные поля, ударные волны и центробежные силы. Нередко применяются низкие и сверхнизкие температуры, сверхглубокий вакуум, исследование процессов в условиях невесомости.

Растворы водные и неводные.

Вода является прекрасным растворителем для многих веществ. Это обусловлено способностью ее молекул образовывать химические связи с другими молекулами. Широкое распространение находят и неводные растворители, например ацетонитрил или уксусная кислота.

В жидких растворах протекают многие химические реакции, в т.ч. технические и жизненно важные. Растворителем называется компонент, концентрация которого выше концентрации другого компонентов. Растворитель сохраняет свое состояние при образовании растворов. Температура кипения раствора выше температуры кипения растворителя, а температура замерзания раствора ниже температуры замерзания чистого растворителя.

Раствор, в котором устанавливается равновесие между растворением и образованием (осаждением, кристаллизацией) вещества, называется насыщенным, а концентрация такого раствора – растворимостью. На растворимость оказывает влияние природа растворителя. Для органических соединений вещество лучше растворяется в таких растворителях, которые химически ему подобны, например углеводороды в углеводородных растворителях.

Структура и уникальные свойства воды

Вода – самое простое химическое соединение и привычное вещество на Земле. Она сопровождает каждое мгновение нашей жизни. Но знаем ли мы, какую тайну хранит удивительная стихия, откуда она пришла, кто и зачем одарил ею нашу планету?

Вода – больше, чем физическая субстанция, с водой связана сама идея жизни. Нет ничего мягче и податливее, чем вода, но она точит камни и режет самые твердые породы. Вода обладает физическими свойствами, но ни один ученый не может объяснить, почему плотность воды при минусовой температуре увеличивается, а при плюсовой – уменьшается. Любое вещество при охлаждении сжимается, а вода, наоборот – расширяется. Находясь в порах и капиллярах, вода может создавать огромное давление. В зерне, например, в момент прорастания оно может достигать 400 атмосфер. Вот почему росток с легкостью пробивает асфальт.

До сих пор науке не известно, почему вода может находиться в трех состояниях, почему у воды самое высокое поверхностное натяжение, почему вода является самым мощным растворителем на Земле и каким образом вода может подниматься по стволам огромных деревьев, преодолевая давление в десятки атмосфер. Многочисленные эксперименты, проведенные в различных странах, привели к открытию, что у воды есть память; она воспринимает и запечатлевает любое воздействие, которое происходит в окружающем пространстве. Запечатлевая информацию, вода приобретает новые свойства, при этом ее химический состав (Н₂О) остается прежним. Оказалось, что структура воды, т.е. как организованы молекулы, намного важнее, чем химический состав.

Наиболее сильный момент воздействия на воду – человеческие эмоции (положительные или отрицательные). Многочисленные исследования выявили, что волны любви, нежности, заботы объединяли молекулы в строгие, красивые сочетания (цветки) и, наоборот, страх, агрессия, ненависть создавали рваные, бесформенные соединения. Такие же четко направленные изменения происходят в структуре воды при воздействии на нее вначале музыки Баха, Моцарта, Бетховена, а затем тяжелого рока и подобных звуков, порожденных смутными душами.

Любовь повышает энергетику воды, структурирует ее, а агрессия – резко ее понижает. Вот почему структурированная вода для всего живого на Земле – величайшее благо. В Природе реки и ручьи текут по плавно изгибаемому руслу, бытовая же вода, преодолевая многочисленные прямые углы, теряет большую часть своей энергии. Водная структура организма каждого человека идентична структуре воды там, где он родился.

Во всех мировых религиях (христианство, ислам, иудаизм) принято перед принятием пищи читать молитву или освящать еду в религиозные праздники. Оказалось, частота колебания любой молитвы на любом языке равна 8 герц, что соответствует частоте колебания магнитного поля Земли. Отсюда совет – не садиться за стол с дурными мыслями и не принимать пищу в дурном состоянии (в этом случае она становится ядовитой), а для очищения лучше выпить воды. Тот, кто посылает негативные мысли, загрязняет свою собственную воду, из которой на 75-90 % состоит организм, негативно заряжает ее. Не поэтому ли больше всего совершается тяжких преступлений в тех областях, где люди чаще всего сквернословят.

В Японии провели опыты и определили, что вода отреагировала на слова религиозного содержания, образовав красивые, геометрически правильные кристаллы. Такая же реакция последовала, когда на лабораторные чашки с водой были нанесены слова: любовь, надежда, душа. Это означает, по заявлению японских ученых, что концепция нашей Природы совпадает с каждой религией. Однако при словах «я тебя ненавижу», «ты мне противен» получались безобразные, рваные соединения.

Многочисленные эксперименты по поиску слова, сильнее всего благодатно воздействуюшего на воду, показали, что оно не одно, а сочетание двух: любовь и благодарность.

На пресную воду приходится менее 1 % всех ее запасов. На Земле боле 1 млрд. людей не имеют доступа к безопасной питьевой воде. Если такое положение останется без изменений, то вода может стать причиной международных конфликтов. Сейчас воюют за нефть и газ, а будут воевать за воду. Вода все более приобретает статус основного ресурса, который начинает фигурировать в диалоге между странами.

Таким образом, сделаем два вывода. Во-первых, воду надо беречь как самое дорогое достояние Природы, во-вторых, в каждом из нас есть капля воды первозданного океана и каждое наше действие, мысль, слово, эмоция запоминается водой!

Водородный показатель (рН) как мера кислотности среды

Одним из главных показателей, от которого зависит наше здоровье, является кислотно-щелочное равновесие или водородный показатель (рН). Норма рН – 7,41. Даже незначительное снижение кислотно-щелочного равновесия в сторону закисления вызывает резкое падение активности внутриклеточных процессов. Органы и системы организма начинают работать с большим напряжением, ухудшается самочувствие, падает работоспособность. Иначе, чем больше в организме грязи, тем слабее работает иммунная система.

Животная пища окисляет, а растительная – ощелачивает организм до 80 %. Чем больше закислена среда организма, тем больше в ней активизируется патогенная микрофлора, грибы, вирусы. Помещенные в кислую среду, они начинают быстро развиваться, а помещенные в щелочную – гибнут. Вывод – есть больше овощей и фруктов и меньше животной пищи (мясо, рыба, яйца, молоко). Таким образом, рН служит критерием силы кислоты или основания. Отклонение рН от нормы значительно приводит к расстройству деятельности организма. Существенное влияние на урожайность оказывает рН почвы, на экологию водоема – рН воды.

Понятие о предельно-допустимой концентрации (ПДК)

Отходы промышленного производства загрязняют землю, воду и воздух. Максимальное количество вредного вещества в единице объема или массы, которое при ежедневном воздействии в течение неограниченного времени не вызывает каких-либо болезненных изменений в организме и неблагоприятных наследственных изменений у потомства, считается предельно-допустимой концентрацией (ПДК). Для каждого вещества законодательно установлен свой уровень ПДК, причем ПДК одного и того же вещества различны для разных объектов внешней среды. Например, для свинца и его органических соединений в воде водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения ПДК составляет 0, 005 мг/л, в воздухе производственных помещений – 0,01 мг/м³, а в атмосфере – 0,007 мг/м³.

Химико-аналитический контроль и диагностика состояния окружающей среды

Воздух – это смесь газов, из которых состоит атмосфера Земли. Наиболее важными являются азот (78 %) и кислород (21 %). В состав воздуха входят также в малых количествах аргон, неон, гелий, метан и другие газы. В переменных концентрациях присутствуют пары воды, озон и оксид углерода. Воздух также содержит следы аммиака и сульфида водорода. Все эти газы важны для поддержания жизни и здоровья человека. Пары воды – важный источник осадков. Оксид углерода (СО₂) необходим для фотосинтеза и инфракрасного излучения.

Озон в стратосфере (слой атмосферы, лежащий на высоте от 10 до 50 км, называемый озоновым слоем), является своеобразным экраном от солнечного ультрафиолетового излучения. Однако на уровне земли он является главной составляющей смога – аэрозоли из дыма, тумана и пыли, возникающего в атмосфере промышленных городов. Каждый из жителей, особенно больших городов, ощущает, насколько загрязнен воздух по причине автомобильного или индустриального характера.

Для уменьшения такого отрицательного воздействия на здоровье людей: ужесточаются требования к составу выхлопных газов автомобилей (повышается качество горючего и совершенствуется система сгорания топлива); переносятся промышленные предприятия за черту города; централизованно собираются промышленные и бытовые отходы и др.