Тема 18. Полимеры и полимерные материалы ……… 350

18.1. Способы получения полимеров ……………………………………….. 353

18.1.1. Реакции полимеризации ………………………………………. 355

18.1.2. Реакции поликонденсации ……………………………………. 357

18.2. Деструкция полимеров ………………………………………………….359

18.3. Факторы, влияющие на термостойкость полимеров ………………… 360

18.4. Полимерные материалы ……………………………………………….. 363

18.4.1. Каучуки ………………………………………………………… 363

18.4.2. Пластмассы …………………………………………………….. 368

18.4.3. Химические волокна ……………………………………………376

Тема 19. Химия огнетушащих веществ ………………… 380

19.1. Способы прекращения горения ………………………………………... 380

19. 2. Вода как ОТВ ……………………………………………………………382

19.3. Пены как ОТВ ……………………………………………………………387

19.3.1. Общая характеристика пенообразователей …………………...389

19.3.2. Химическая пена ………………………………………………..390

19.3.3. Воздушно-механическая пена ………………………………….390

19.3.4. Пенообразователи целевого назначения ………………………391

19.4. Негорючие газы как ОТВ ………………………………………………. 391

19.5. Ингибиторы горения …………………………………………………….393

19.5.1. Хладоны как ОТВ ……………………………………………… 393

19.5.2. Тушение порошковыми составами …………………………… 395

Тема 20. Основы биохимии …………………………………… 396

20.1. Углеводы …………………………………………………………………397

20.2. Жиры …………………………………………………………………….. 398

20.3. Белки ……………………………………………………………………...399

20.4. Метаболизм пищевых продуктов ……………………………………….401

20.5. Химические элементы в организме человека ………………………….401

20.6. Витамины ………………………………………………………………...403

20.7. Борьба организма с ядами ……………………………………………… 405

Тема 21. Химия и защита окружающей среды ………. 406

21.1. Природные и антропогенные источники

загрязнения окружающей среды ………………………………………. 407

21.2. Виды загрязнений воды и их контроль ……………………………….. 407

21.2.1. Вода как природный ресурс ……………………………………407

21.2.2. Виды загрязнений воды ………………………………………...409

21.2.3. Методы очистки и обработки воды ……………………………412

21.2.3.1. Очистка воды в природе ……………………………….412

21.2.3.2. Жесткость воды и способы ее устранения ……………412

20.2.3.3. Очистка и водоподготовка природных вод …………..413

21.2.3.4. Очистка бытовых и промышленных вод ……………..415

21.3. Борьба с загрязнениями воздуха ………………………………………. 415

21.3.1. Строение и состав атмосферы ………………………………… 415

21.3.2. Виды загрязнений воздуха ……………………………………. 418

21.3.3. Защита воздушного бассейна от загрязнений ……………….. 421

21.4. Экологические проблемы применения огнетушащих веществ ………422

Литература ………………………………………………………………424

Раздел I. Введение в общую химию

Тема 1. Основные понятия и законы химии

“Химия часто одаряла меня величайшими наслаждениями познания еще неразведанных тайн природы. Она дала мне возможность послужить людям, облегчить их труд, избавить их от некоторых страданий, порой от гибели. Она помогла мне стать человеком, не бесполезным для

моей Родины”.

Н.Д. Зелинский

Химия – наука о веществах и их превращениях.

В общей системе наук химию относят к естественным наукам, т.к. она занимается изучением явлений и объектов природы.

Существует несколько толкований названия “химия”.

Согласно одному ‘chymeia” – наливание, настаивание. Это можно связать с древней практикой восточных врачей и фармацевтов, извлекавших соки лекарственных растений.

Согласно другому “khem” или “khame” означает черную страну, чернозем. Так называли Древний Египет.

Химики занимались и изучением земных недр, латинское слово “humus” означает “земля“.

Но есть еще и греческие слова “хюмос” – сок; “хюма” – литье, поток река; “химевсис” – смешивание.

А древнекитайское слово “ким” означает золото. Золотоделие – одно из первых занятий химиков.

И хотя мы не знаем точного происхождения слова “химия”, можно восстановить основные этапы развития этой науки.

1 этап: Древний мир – конец XVII века

Считается, что химия зародилась в Древнем Египте в III – IV веках до н.э. – технически передовой стране древнего мира. Обработка металлов, крашение, стеклоделие, бальзамирование достигли там значительного развития. Химия в Египте считалась наукой божественной, находилась в руках жрецов и тщательно скрывалась от всех посвященных.

Однако некоторые химические сведения все же просачивались за пределы Египта. Именно арабы прибавили к первоначальному слову характерную приставку “ал”. Понятие “алхимия” стало впоследствии характеризовать целую эпоху в развитии химической науки.

Само название “алхимия” появилось лишь в XII веке и существовало вплоть до конца XVII века. Основателем алхимии считают Гермеса Трисмегиста (Гермеса Трижды Величайшего). Он владел так называемыми герметическими знаниями – астрологией, кабалой (учением о магическом значении чисел) и алхимией, причем алхимию он считал искусством.

Вся работа алхимиков была направлена на поиски философского камня, превращающего любой металл в золото, и на поиски эликсира молодости.

Алхимический этап был важным этапом накопления химических знаний. В процессе поиска несуществующего философского камня алхимики освоили методику основных химических операций (перегонка, фильтрование, возгонка, кристаллизация), получили ряд новых веществ (мышьяк, сурьма, фосфор, серную и азотную кислоты, множество солей).

К сожалению, алхимики сохраняли результаты своих работ в строжайшей тайне, поэтому многие из их открытий были утеряны и открывались позднее вновь. Коренная перестройка алхимии произошла в начале XVI века. Реформаторами алхимии выступили Парацельс и Агрикола.

Врач Парацельс (Теофаст Гогенгейм) считал, что “цель химии состоит не в изготовлении золота и серебра, а в изготовлении лекарств”. Многие врачи примкнули к теории Парацельса и занялись химией.

Георгий Агрикола работал в области горного дела и металлургии. Книги Агриколы дошли до наших дней, и некоторые описанные им методы не потеряли своего значения до сих пор.

В начале XVI века работал и Ванноччо Бирингуччо - автор известного труда “Пиротехния”, в котором описаны состав пороха, его свойства, рассмотрено действие огня на металлы.

Все сколько-нибудь заметные химики XVI – XVII века были еще и алхимиками. Знание алхимии – признак тогдашней учености.

На Руси критически относились к попыткам получения золота из металлов. Здесь развивалась так называемая ремесленная химия: кожевенное дело, крашение, изготовление лекарств, металлургия. В XV веке было налажено производство селитры, в XVI веке в Туле – производство железа, а в Костроме – мыла. В начале XVII века при содействии Петра I начал работу первый стекольный завод. Петр I рассматривал все проекты, кроме алхимических, поскольку был уверен, что “тот, кто выдает себя делателем золота, должен быть или обманщиком, или невежей в химии”.

II этап: середина XVII - середина XIX века

В XVII веке химическая практика настолько переросла алхимическую теорию, что положение стало тормозящим для дальнейшего развития науки.

В 1660 году появляется первая теория – флогистонная теория Георга-Эрнеста Шталя – придворного врача короля Фридриха-Вильгельма I.

Так случилось, что первая химическая теория была ошибочной. Согласно этой теории во всех телах, способных гореть и окисляться, содержится особое вещество – флогистон. Чем больше флогистона в веществе, тем оно более способно к горению. По мнению Шталя, уголь целиком состоял из флогистона, а металлы – сложные вещества, теряя флогистон, превращались в простые вещества – оксиды. Единственное, что смущало исследователей, что металлы, теряя флогистон, увеличивали свой вес, но и этому нашли “объяснение”: решили, что флогистон имел отрицательный вес.

Поиски самого флогистона ни к чему не привели. Первый удар по этой теории нанес в 1775 году французский химик Лавуазье после открытия им кислорода. Он показал, что никакого флогистона в природе не существует, металлы под воздействием кислорода превращаются в оксиды, увеличивая свой вес, а уголь – в углекислый газ.

Датой рождения химии как точной науки можно считать сороковые годы XVIII века, когда великий русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов изложил основы атомно-молекулярного учения (1741 г.) и впервые сформулировал закон сохранения массы (1748 г.).

Через 40 лет в 1789 году закон сохранения массы был независимо от Ломоносова открыт Лавуазье.

Именно на этом этапе химия формируется как самостоятельная наука, у которой имеются в наличии все признаки точных наук: наличие отвлеченных рассуждений (теории, гипотезы, законы); воспроизводимость фактов; применимость на практике.

Второй этап развития химии был связан с изучением свойств и технологией получения главным образом неорганических веществ. Было установлено, что свойства веществ определяются его составом.

III этап: середина XIX века – начало XX века

Третий этап развития химии ознаменовался формированием фундаментальных теоретических основ этой науки. Это открытие Д.И. Менделеевым в 1869 году Периодического закона и открытие А.М. Бутлеровым в 1861 году теории строения органических соединений.

Именно на этом этапе были заложены основы промышленной технологии органических веществ, началось “ триумфальное шествие органической химии”. Было доказано, что свойства веществ определяются не только составом, но и химическим строением.

IV этап: XX век – современный период

В начале XX века были сделаны фундаментальные открытия, прежде всего открытие сложного строения атома. На основе этих открытий были осуществлен синтез новых элементов. На этом этапе развития химии получило развитие учение о процессе – основе нефтехимического синтеза, а также теория и практика катализа. Огромные достижения были достигнуты в области биологической химии, которая изучает превращение химических веществ в живых организмах.

Но развитие науки и техники поставило перед человечеством и вопрос о безопасности и самих веществ, и технологии их производств. Актуальны слова академика В.А. Легасова: “Человечество в своем промышленном развитии достигло такого уровня использования энергии всех видов, построили инфраструктуру с высоким уровнем концентрации энергетических мощностей, что беды от их аварийного разрушения стали соизмеримы с бедами от военных действий и стихийных бедствий”.

Эти слова в полной мере могут быть отнесены и к состоянию пожарной безопасности в стране и в мире.

На Земле каждый час происходит около 600 пожаров, каждые 30 минут в нашей стране в огне погибает человек.

Развитие науки, в том числе и достижения химии, с одной стороны, делают мир более пожароопасным, а с другой стороны, создают все более совершенные способы, методы и средства борьбы с огнем. Важно сделать так, чтобы второй процесс не отставал от первого. Именно это – стратегическая задача любой системы обеспечения пожарной и промышленной безопасности.