Безопасность с развитием современной химии

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ                                                                                                              2

1 ХИМИЯ В СОВРЕМЕННОМ МИРЕ

1.1 История развития химии как науки                                                                4

2. Основные направления развития современной химии                                   6
3. Роль химии в современном мире                                                                      7

2. ПРОБЛЕМА БЕЗОПАСНОСТИ С РАЗВИТИЕМ СОВРЕМЕННОЙ ХИМИИ

2.1 Проблемы безопасности                                                                                 11

2.2 Химия на службе предотвращения загрязнения окружающей среды        14

ЗАКЛЮЧЕНИЕ                                                                                                     17

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ                                            18

ВВЕДЕНИЕ

Чтобы выжить, наш предок научился изготавливать и использовать простейшие орудия труда, чем компенсировал  свои природные недостатки. В дальнейшем первобытный человек, оказавшись перед  проблемой обеспечения пищей, освоил охоту, а затем земледелие и скотоводство. Освоение все более сложных орудий и предметов труда вызвало  энергетическую проблему, потребовало  перехода от естественных источников энергии к более совершенным. Энергетическая проблема последовательно  привела человека к освоению энергии  пара, тепловой, электрической энергии, наконец, энергии атома. 

Необходимость повышения производительности труда и эффективности производства, роста темпов добычи и переработки  громадного объема минеральных ресурсов, наряду с необходимостью решения  многих жизненно важных проблем вызвали  к жизни использование химической технологии, всеобщую химизацию, а затем  и компьютеризацию общественного  производства и быта.

Можно сказать, что лейтмотивом, осью развития человеческой цивилизации  была и есть проблема выживания человеческого  общества в условиях окружающей среды, природы в целом. Мотив выживания, как представляется, есть ведущий  мотив всей преобразующей деятельности человека на земле. Для своего выражения  человек всегда будет вынужден решать вечные проблемы овладения веществом, энергией и информацией. 
Успехи человека в решении больших и малых проблем выживания в значительной мере были достигнуты благодаря развитию химии, становлению различных химических технологий. Успехи многих отраслей человеческой деятельности, таких как энергетика, металлургия, машиностроение, легкая и пищевая промышленность и других, во многом зависят от состояния и развития химии. Огромное значение химия имеет для успешной работы сельскохозяйственного производства, фармацевтической промышленности, обеспечения быта человека. 

Целью данного реферата является рассмотрение вопроса о безопасности в связи с развитием современной  химии. Актуальность данной тематики обусловлена  тем, что на протяжении длительного  развития человечество не раз сталкивалось с большим числом проблем, от которых  нередко зависело само его существование.

Задачи, поставленные для  достижения цели данной работы:

3. Изучить основные этапы развития химии; 
4. Основные направления развития современной химии;
5. Роль химии в современном мире;
6. Химия на службе предотвращения загрязнения окружающей среды;
7. Проблемы безопасности.

1 ХИМИЯ В СОВРЕМЕННОМ МИРЕ

1. История развития химии как науки

Химия как самостоятельная дисциплина определилась в XVI—XVII веках, после ряда научных открытий, обосновавших механистическую  картину мира, развития промышленности, создания фабрик, появления буржуазного  общества. Однако из-за того, что химия, в отличие от физики, не могла  быть выражена количественно, существовали споры, является ли химия количественной воспроизводимой наукой или это  некий иной вид познания. В 1661 году Роберт Бойль создал труд «Химик-скептик», в котором объяснил разность свойств  различных веществ тем, что они  построены из разных частиц (корпускул), которые и отвечают за свойства вещества. Ван Гельмонт, изучая горение, ввёл понятие газ для вещества, которое  образуется при нём, открыл углекислый газ. В 1672 году Бойль открыл, что при  обжиге металлов их масса увеличивается, и объяснил это захватом «весомых частиц пламени».

М. В. Ломоносов уже в первой известной  своей работе, именно к данной области  естествознания отношение имеющей  — «Элементы математической химии» (1741), в отличие от большинства  химиков своего времени, считавших  эту сферу деятельности искусством, классифицирует её как науку, начиная труд свой словами: «Химия — наука об изменениях, происходящих в смешанном теле, поскольку оно смешанное. ...Не сомневаюсь, что найдутся многие, которым это определение покажется неполным, будут сетовать на отсутствие начал разделения, соединения, очищения и других выражений, которыми наполнены почти все химические книги; но те, кто проницательнее, легко усмотрят, что упомянутые выражения, которыми весьма многие писатели по химии имеют обыкновение обременять без надобности свои исследования, могут быть охвачены одним словом: смешанное тело. В самом деле, обладающий знанием смешанного тела может объяснить все возможные изменения его, и в том числе разделение, соединение и т. д.».

При изучении истории развития химии  возможны два взаимно дополняющих  подхода: хронологический и содержательный. 
При хронологическом подходе историю химии принято подразделять на несколько периодов. Следует учитывать, что периодизация истории химии, будучи достаточно условной и относительной, имеет скорее дидактический смысл. 

При этом на поздних этапах развития науки в связи с её дифференциацией  неизбежны отступления от хронологического порядка изложения, поскольку приходится отдельно рассматривать развитие каждого из основных разделов науки.

Как правило, большинство историков  химии выделяют следующие основные этапы её развития:

1. Предалхимический период: до III в. н.э.

В предалхимическом периоде теоретический  и практический аспекты знаний о  веществе развиваются относительно независимо друг от друга. Происхождение  свойств вещества рассматривает  античная натурфилософия, практические операции с веществом являются прерогативой ремесленной химии.

2. Алхимический период: III – XVI вв.

Алхимический период, в свою очередь, разделяется на три подпериода:  
·        александрийскую,  
·        арабскую  
·        европейскую алхимию. 

Алхимический период – это время поисков философского камня, считавшегося необходимым для осуществления трансмутации металлов.  
В этом периоде происходит зарождение экспериментальной химии и накопление запаса знаний о веществе; алхимическая теория, основанная на античных философских представлениях об элементах, тесно связана с астрологией и мистикой. Наряду с химико-техническим "златоделием" алхимический период примечателен также и созданием уникальной системы мистической философии.

3. Период становления (объединения): XVII – XVIII вв. 
В период становления химии как науки происходит её полная рационализация. Химия освобождается от натурфилософских и алхимических взглядов на элементы как на носители определённых качеств. Наряду с расширением практических знаний о веществе начинает вырабатываться единый взгляд на химические процессы и в полной мере использоваться экспериментальный метод. Завершающая этот период химическая революция окончательно придаёт химии вид самостоятельной науки, занимающейся экспериментальным изучением состава тел.

2. Основные направления развития современной химии

Топливо, удобрения, пластмассы, лекарства, краски и целый ряд других химических продуктов широко применяемых в  человеческой жизнедеятельности, получают из природного сырья благодаря химии  и ее применению. Вклад химии в  науке о жизни абсолютно очевиден, но при ближайшем рассмотрении ясно, что она играет важную роль и во многих других областях, а, кроме того, она способна создавать проблемы по безопасной жизнедеятельности. Примером этого является ошеломляющее развитие в настоящее время микро и  оптико-электронной промышленности. Эти отрасли развиваются благодаря  применению химии для синтеза  усовершенствованных материалов с  особенными физическими свойствами, большинство из которых не существует в естественном виде. Вот это-то обстоятельство и настораживает, поскольку за много  миллиарды лет сама природа провела естественный отбор только тех химических соединений, которые не способны уничтожить или испортить развивающуюся биосферу на нашей планете. Развитие же новейших химических направлений, принципиально отличающихся от природных процессов, ставит вопрос о проблеме безопасности: не будет ли после этого вредных последствий. Как правило, исследования, направленные на тщательную проверку таких процессов, отсутствуют. Известен такой факт, что за последние 100 лет химическая промышленность произвела более 8 миллионов новейших химических соединений, отсутствующих в природе. Из них проверку на токсичность и последующее безвредное применение прошло не более 40 тысяч. Остальные же химические соединение произведены на основе принципов риска: не известно, чем все это кончится. Химия не имеет границ и пределов. Повторение огромного числа атомных групп, объединенных химическими связями, создает так называемые полимерные молекулы. Они обычно разделяются на естественные и синтетические. Причем, последние широко применяются в качестве конструктивных материалов – все более и более, в отличие от естественных, существующих в природе. Последние годы были синтезированы сложные макромолекулы с определенными электрическими и оптическими свойствами для производства новых усовершенствованных электронных приборов. Появление в последние годы новых технологий для воспроизводства и лабораторных условий больших биополимеров, таких, как белки и ДНК, определенно указывает на то, каким потенциалом обладает химия, проникая в нашу жизнь со стороны искусственных направлений.

3. Роль химии в современном мире

Химическая промышленность производит десятки тысяч наименований продуктов, многие из которых по технологическим  и экономическим характеристикам успешно конкурируют с традиционными материалами, а часть — являются уникальными по своим параметрам. Химия дает материалы с заранее заданными свойствами, в том числе и такими, которые не встречаются в природе. Подобные материалы позволяют проводить технологические процессы с большими скоростями, температурами, давлениями, в условиях агрессивных сред. Для промышленности химия поставляет такие продукты, как кислоты и щелочи, краски, синтетические волокна и т. п. Для сельского хозяйства химическая промышленность выпускает минеральные удобрения, средства защиты от вредителей, химические добавки и консерванты к кормам для животных. Для домашнего хозяйства и быта химия поставляет моющие средства, краски, аэрозоли и другие продукты.

Химия характерна не только тем, что  обеспечивает производство многих необходимых  продуктов, материалов, лекарств. Во многих отраслях промышленности и сельскохозяйственного  производства широко используются также  химические методы обработки: беление, крашение, печатание в текстильной  промышленности; обезжиривание, травление, цианирование в машиностроении; кислородное  дутье в металлургии; консервация, синтезирование витаминов и аминокислот  — в пищевой и фармацевтической промышленности и т. д.

Внедрение химических методов ведет  к интенсификации технологических  процессов, увеличению выхода полезного  вещества, снижению отходов, повышению  качества продукции.

Таким образом, химизация, как процесс  внедрения химических методов в  общественное производство и быт, позволила  человеку решить многие технические, экономические  и социальные проблемы. Однако масштабность, а нередко и неуправляемость  этого процесса обернулась «второй  стороной медали». Химия прямо или  опосредованно затронула практически  все компоненты окружающей среды  — сушу, атмосферу, воду Мирового океана, внедрилась в природные круговороты  веществ. В результате этого нарушилось сложившееся в течение миллионов лет равновесие природных процессов на планете, химизация стала заметно отражаться на здоровье самого человека. Получилась ситуация, которую ученые обоснованно именуют химической войной против населения Земли. За последние 30-40 лет в этой войне пострадали сотни миллионов жителей планеты.

К твердым отходам относятся  отходы горнодобывающей промышленности, строительный и бытовой мусор. Сточные  воды содержат многие неорганические соединения — ионы ртути, цинка, кадмия, меди, никеля и т. д. Пятая часть  вод Мирового океана загрязнена нефтью и нефтепродуктами. Значительный ущерб  водоемам вследствие вымывания удобрений  из почвы наносят загрязнения, связанные  с сельскохозяйственным производством. Вредные вещества из воздуха и  воды попадают в почву, в которой  накапливаются тяжелые металлы, радиоактивные элементы. 
В организм человека вредные вещества попадают через воздух, воду и пищу. Таким образом, человечество, пройдя ряд этапов развития — от огня костра до термоядерной бомбы, — в начале XXI века оказалось в условиях, когда в очередной раз встал вопрос о его выживании. Угроза экологической катастрофы требует решительного пересмотра отношений современной «химической» цивилизации и природы в сторону оптимизации этих отношений. Задача заключается в том, чтобы через новые технологии гармонизировать отношения «общество — природа» таким образом, чтобы компенсаторных возможностей окружающей среды было достаточно для нейтрализации антропогенных воздействий на нее. 

Новые технологии по своим параметрам должны приближаться к природным  процессам, отличаться от промышленных своей безотходностью или малоотходностью. В безотходном производстве технологический  цикл «сырье — производство — использование  готовое продукта — вторичное  сырье» вписывается в окружающую среду, не нарушая экономического развития. В настоящее время наметились следующие пути решения сложных  экологических проблем: комплексная  переработка сырья; пересмотр традиционных процессов и схем получения известных продуктов; внедрение бессточных и замкнутых схем водопотребления; очистка выбрасываемых газов; использование промышленных комплексов с замкнутой структурой материальных и энергетических потоков.

2. ПРОБЛЕМА БЕЗОПАСНОСТИ С РАЗВИТИЕМ СОВРЕМЕННОЙ ХИМИИ

1. Проблемы безопасности

С постоянно увеличивающейся потребностью химических продуктов пришло сознание того, что «обломки» - побочные продукты, которые не имеют очевидного применения, связанные со многими промышленными  химическими процессами, приводят к  проблемам в окружающей среде, создающим  одну из ветвей проблем безопасности для всей современной цивилизации. Таким образом, химическая промышленность все больше создает проблем для  безопасности в окружающей среде. В  прошлом химия находила решения  общественных проблем, и сейчас решение  проблем окружающей среды так  же будет найдено с помощью  химических знаний. В прошлом химики и химическая промышленность занимались решением непосредственных, очевидных  общественных задач, таких как снижение бедности, лечение заболеваний, быстрое  передвижение – в целом старались  сделать жизнь человека более  удобной. Окружающая среда было источником природных ресурсов, которые эксплуатировались  для удовлетворения нужд общественного  развития. Химия была и остается инструментом, который может использовать эти ресурсы, но, к сожалению, это  ведет ко все более сложным  общественным проблемам и к проблемам  безопасности.

Производство, переработка и использование  химикатов в современном обществе сопровождаются глобальным загрязнением окружающей среды, истощением природных  ресурсов и вредным влиянием на здоровье людей. Влияние на здоровье часто  скрывалось за неглубоким, поверхностным  пониманием этого явления и неспособностью измерить то воздействие, которое оказывали  на окружающую среду выбрасываемые  химикаты, измерить уровень их токсичности. И дело не в том, что отсутствовала повседневная озабоченность уровнем токсичности вещества, а в том, что общество и ученые не в полной мере осознавали долгосрочное влияние химикатов на окружающую среду и здоровье людей.

Уменьшение (якобы) озонового слоя стратосферы под воздействием фторуглеродов  и бионакоплений хлорированных  органических веществ пищевой промышленности – вот один из псевдо примеров безопасности о воздействии на окружающую среду, обусловленный обычным невежеством  людей, не знающих истинной природы  возникновения «озоновых дыр» на планете. Но эта проблема сейчас решается в комплексе с развитием целостного естествознания, учитывающего законы геологии и геофизики. Интересна  все история возникновения ложной тревоги, связанной с химической промышленностью вокруг озонового  слоя. История началась еще в 1974 году, когда два химика Молина и Роуланд  опубликовали данные о том, что хлорфторуглероды играют важную роль в уменьшении озонового  слоя. Это были профессиональные химики, не знавшие и не имевшие никакого представления о том, что такое  озоновый слой и с чем связаны его проблемы. Первоначально слова этих ученых были подвергнуты значительной критике со стороны коллег, членов правительства, всей общественности и ученых других специальностей. Однако в 1987 году участие хлорфторуглеродов в разрушении озона было подтверждено тем, что была найдена связь между хлорным составляющим хлорфторуглеродов и исчезновением молекул озона – якобы из стратосферы. Эксперименты проводились в лаборатории, а обобщение на стратосферу было совершенно не обосновано. Параллельно с этим открытием химики пытались создать замену хлорфторуглероду другими химическими веществами с лучшими свойствами. Огромное внимание также уделялось изучению деталей механизма «разрушения озонового слоя».

Вторым примером крупномасштабных экологических проблем является хлорированные углеводородные пестициды, такие как дихлорэтан, который был создан еще в 1940-х годах для уничтожения комаров, передающих такие заболевания как малярия, тиф, желтая лихорадка. Использование ДДТ во время второй мировой войны привело к тому, что впервые в истории от ранений погибло большее количество солдат, чем от различных эпидемий. Так что с этой точки зрения ДДТ сделал войну менее разрушительной для человечества. В 1962 году наука начала задумываться о результате попадания хлорированных органических химикатов в пищевую цепочку. Как и в случае с хорфторуглеродами, ученые и промышленность вначале подвергли гипотезу критике, но длительные и систематические исследования показали, что ДДТ и другие хлорированные органические вещества аккумулируются в жировой ткани тех биологических видов, которые находятся в самом начале экологической пищевой цепочки. Разработка хлорфторуглеродов и ДДТ для удовлетворения нужд общества и пагубное влияние их использования демонстрируют основные противоречия, которые возникают, когда нет полного объяснения расчетных параметров потенциально полезных химических веществ и когда использует тесная взаимосвязь в работе ученых разных специальностей. Как говорили древние мудрецы, отсутствует взаимопонимание между отдельными слепыми мудрецами, изучающими «целостного слона». То есть весь мир.

При производстве полезных химических продуктов часто учитывается  краткосрочное соображение безопасности и не учитывается долгосрочное. Однако, долгосрочное соображение безопасности, которое обычно включает в себя воздействие  на окружающую среду и некоторые  виды живых организмов, до некоторых  пор вообще не считались важными. Таким образом хлорфторуглероды считались нетоксичными и неактивными  с химической точки зрения, что  делало их идеальным веществом. Потребовались  огромные усилия, чтобы показать, что  эти молекулы производят атомы хлора  посредством фотолиза в атмосфере, что, якобы, ведет к разрушению озонового  соя. Механизм разрушения – это цепная реакция, в которой один атом хлора  может разрушить тысячу молекул  озона. Все эти детали были не известны людям, которые создавали хлорфтроуглероды для удовлетворения нужд общества. Возможно, что в то время не было химических инструментов, необходимых для понимания механизма по которому хлорфторуглероды разрушают молекулы озона. Другими словами, химики, которые применяют достижения химии, привыкли решать проблемы. А разрушение озонового слоя хлорфторуглерода не считалось проблемой. Хотя задним числом мы могли бы сказать, что решение социальных проблем должно происходить в более широком контексте, но не всегда представляется возможным определить элементы этого контекста.

Следует сказать, что истинной причиной разрушения озонового слоя является воздействие солнечного ветра в  районах ярко выраженных отрицательных  магнитных аномалий. В этих зонах  на Землю попадают потоки положительно заряженных ионов водорода, взаимодействующих  с кислородом воздуха, уничтожая  и кислород, и озон, что приводит к формированию «озоновых дыр». Мощность солнечного излучения превышает  все возможности химической промышленности в миллионы раз, поэтому химическая теория происхождения «озоновых  дыр» сегодня представляется заблуждением.

Ситуация с ДДТ привела к  тому, что был разработан ряд сценариев  для предотвращения загрязнения  окружающей среды. Эти сценарии включают в себя предварительный химический расчет для предотвращения образования загрязняющих отходов, которое чаще является более совершенным техническим и менее дорогим, чем срочное решение, принимаемое в результате кризиса или административного постановления. Более подробно эти сценарии рассмотрены в предыдущем разделе. Такое предварительное обдумывание и продукта, и процесса может увеличить эффективность использования ресурсов, уменьшить воздействие на окружающую среду и увеличить конкурентоспособность продукта и производителя в глобальной экономике.

2.2 Химия на службе предотвращения загрязнения окружающей среды

Направление развития современной химии получило название «зеленой химии», которая развивалась из академических исследований и является в настоящее время практическим направлением, поддерживаемым научным сообществом, промышленностью и правительствами разных стран. Основными предметами «зеленой химии» являются: предотвращение появления отходов производства (как противовес существующей программе по очистке окружающей среды после выбросов отходов), разработка и создание синтетических методов для максимального перевода всех исходных материалов, использованных в процессе, в конечный продукт (например, процесс Сольвея); применение синтетических методов, рассчитанных для использования и производства веществ, которые обладают малой степенью токсичности или вообще не являются токсичными для человека и окружающей среды; создание химических продуктов с усиленными основными свойствами и с меньшей токсичностью; использование более безопасных растворителей; разработка энергетически-экономичных процессов; использование возобновляемых источников сырья; сокращение применения производных материалов, которые часто создают ненужные отходы; использование силиктивных катализаторов, а не стихиометрических реагентов, которые потребляют больше исходных материалов; разработка химических веществ, которые легко и быстро распадаются естественным путем; развитие аналитических методов в режиме реального времени для наблюдения за загрязнением окружающей среды и управлениями процессами; развитие в целом более безопасной химии для предотвращения несчастных случаев. Все эти принципы «зеленой химии» включены в академические курсы для химиков и других ученых, связанных с химией и должны внедряться в промышленность для совершенствования современных химических процессов, удовлетворяющих требованиям безопасной жизнедеятельности человека и биосферы на нашей планете.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Производство, переработка и использование  химикатов в современном обществе сопровождаются глобальным загрязнением окружающей среды, истощением природных  ресурсов и вредным влиянием на здоровье людей. Влияние на здоровье часто  скрывалось за неглубоким, поверхностным  пониманием этого явления и неспособностью измерить то воздействие, которое оказывали  на окружающую среду выбрасываемые  химикаты, измерить уровень их токсичности. И дело не в том, что отсутствовала  повседневная озабоченность уровнем  токсичности вещества, а в том, что общество и ученые не в полной мере осознавали долгосрочное влияние  химикатов на окружающую среду и  здоровье людей.

В настоящее время появилось  новое направление, называемое «Зеленая химия» которое занимается решение  проблем возникших из-за последствий  использования продуктов химии. Основными предметами «Зеленой химии» являются: предотвращение появления отходов производства (как противовес существующей программе по очистке окружающей среды после выбросов отходов), разработка и создание синтетических методов для максимального перевода всех исходных материалов, использованных в процессе и т.д.

Задачи данной работы были выполнены, цель достигнута.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Азимов А. Краткая история химии. Развитие идей и представлений в химии. – М.: Мир, 1983. 
2. Бембель Р. М. ОБЖ Курс лекций.
3. Джуа М. История химии. – М.: Мир, 1996. 
4. Соловьев Ю.И. История химии. Развитие химии с древнейших времён до конца XIX века. – М.: Просвещение, 1983. 
5. Становление химии как науки. Всеобщая история химии. – М.: Наука, 1983. 
6. Фигуровский Н. А. Очерк общей истории химии. – М.: Наука, 1969. 
7. Фигуровский Н.А. История химии. – М.: Просвещение, 1979.
8. Штрубе В. Пути развития химии: в 2-х томах. – М.: Мир, 1984.