§ 26. ЗНАЧЕННЯ ТА ОСОБЛИВОСТІ ТЕХНОЛОГІЙ ХІМІЧНОГО ВИРОБНИЦТВА

• До змісту відповідей

ПРИГАДАЙТЕ

1. Які хімічні речовини та вироби з них ви використовуєте в побуті?

Мило, шампуні, зубні пасти, пральні порошки та засоби для миття посуду. Також це кухонна сіль, харчова сода, оцет, дезінфектори, пластиковий посуд, клей та ліки з домашньої аптечки.

2. Що ви пам’ятаєте про концепцію сталого розвитку?

Людство має господарювати так, щоб забезпечувати власні потреби без руйнування природи та вичерпання її ресурсів. Цей підхід поєднує зростання добробуту людей, соціальну справедливість і збереження чистого довкілля для наступних поколінь.

3. Які речовини відносять до неорганічних, а які до органічних (з уроків хімії)?

⚠️

До органічних належать майже всі сполуки на основі карбону: білки, жири, вуглеводи, природний газ, спирти та пластмаси. До неорганічних відносять речовини неживої природи, які утворені іншими елементами: воду, кисень, пісок, мінеральні солі, кислоти та метали.

4. Що таке комбінування як форма просторової організації виробництва?

⚠️

Поєднання на одному підприємстві кількох технологічно пов’язаних виробництв. Вони здійснюють послідовну переробку сировини, комплексно видобувають корисні речовини або перетворюють відходи одного цеху на сировину для іншого.

ЗАВДАННЯ ДО МАЛ. 125

1. За схемою встановіть основні сфери діяльності людини, що застосовують продукцію хімічної промисловості.

Сільське господарство, будівництво, електроенергетика, машинобудування, хімічна промисловість, текстильна промисловість, харчова промисловість, медицина та побут.

2. Розкажіть, які штучно синтезовані хімічні речовини найбільше використовує ваша родина.

Удома щодня стають у пригоді пральні порошки, засоби для миття посуду та чищення поверхонь. Також родина постійно користується синтетичним одягом із поліестеру, пластиковим посудом і пакетами, шампунями, зубною пастою та аптечними ліками.

3. Дослідіть етикетку одного з харчових продуктів, що ви придбали в магазині. З’ясуйте, які хімічні речовини та для чого були додані до його складу. Поцікавтеся, як вони впливають на організм людини.

На етикетці газованого напою вказані лимонна кислота (Е330) як регулятор кислотності та бензоат натрію (Е211) як консервант. Лимонна кислота надає напою приємного кислого смаку та є безпечною в помірних дозах, проте у великій кількості вона може руйнувати зубну емаль. Бензоат натрію пригнічує розвиток бактерій і цвілі, подовжуючи термін зберігання, але при частому вживанні здатний подразнювати шлунок та викликати алергічні реакції.

ЗАВДАННЯ ДО МАЛ. 126

1. Концепція сталого розвитку, на противагу концепції економічного зростання передбачає можливість задоволення потреб сучасного та майбутніх поколінь людей без шкоди для довкілля. Її основними положеннями є підвищення рівня життя, соціальна справедливість та захист довкілля. За схемою дослідіть, які основні напрями розвитку хімічного виробництва узгоджуються з концепцією сталого розвитку. Поясніть, як вони взаємопов’язані між собою.

Зі сталим розвитком узгоджуються «зелена» хімія, енергоефективне будівництво, новітні ресурсозбережні технології, турбота про здоров’я і безпеку та підвищення якості життя.

Усі ці напрями тісно пов’язані: «зелена» хімія створює біорозкладні матеріали й безпечні компоненти для сонячних панелей та утеплювачів. Нові матеріали зменшують витрати палива й електроенергії в будівництві та побуті, що знижує викиди в атмосферу, береже довкілля і прямо покращує здоров’я та комфорт людей.

2. Більшість хімічних виробництв негативно впливають на екологічний стан довкілля. Поміркуйте, «зелена» хімія — це лише гасло чи реальний напрям розвитку виробництва.

Це реальний практичний напрям, адже компанії вже масово виготовляють біорозкладний посуд, екологічні пральні засоби без фосфатів та пакети з кукурудзяного крохмалю. Суворі екологічні закони, дорожнеча утилізації відходів і великий попит людей на безпечні товари змушують заводи замінювати токсичні процеси на чисті технології.

ЗАВДАННЯ ДО МАЛ. 126

3. Обговоріть у групі та складіть проєкт будинку майбутнього згідно з концепцією сталого розвитку та «зеленої» хімії.

1. Стіни та перекриття зведені з легких біокомпозитів на основі рослинних волокон, які не виділяють токсичних речовин і легко утилізуються.
2. Утеплення виконане з пористих нетоксичних мінеральних матеріалів, що надійно утримують тепло взимку та зберігають прохолоду влітку.
3. На покрівлі встановлені гнучкі сонячні панелі нового покоління, які живлять домашню техніку й заряджають побутові акумулятори.
4. Вікна виготовлені з термостійкого скла з енергоощадним хімічним напиленням, а всі щілини загерметизовані екологічними силіконами без різкого запаху.
5. Внутрішнє оздоблення зроблене фарбами на водній основі та безпечними клеями з рослинної сировини.
6. У підвалі працює компактна замкнена система фільтрації води з біорозкладними мембранами для повторного використання води в побуті та поливу газону.

ЗАВДАННЯ ДО МАЛ. 127

1. За схемою дослідіть, які виробництва входять до складу хімічної промисловості. З’ясуйте, яку продукцію синтезує кожне з них.

1. Гірничо-хімічна промисловість: видобуває та очищує мінеральну сировину (кухонну й калійну солі, фосфорити, апатити, сірку).
2. Виробництво хімічних речовин і продукції:

• синтез неорганічних сполук дає соду, кислоти (сульфатну), мінеральні добрива, промислові гази (хлор, кисень), сажу та вибухові речовини;
• синтез органічних сполук дає спирти, органічні кислоти, полімери (пластмаси, синтетичні волокна, каучук), лаки, фарби й парфуми.

3. Виробництво фармацевтичних продуктів і препаратів: синтезує різноманітні ліки, вітаміни, антисептики та дезінфектори для людей і тварин.
4. Виробництво гумових і пластмасових виробів: виготовляє автомобільні шини й камери, шланги, підошви для взуття, пластикові труби, профілі, посуд та іграшки.

2. Розгляньте послідовні стадії виробництва фармацевтичної продукції. Поясніть значення кожної з них.

1. Розробка нових препаратів (наукові установи): учені шукають активні діючі речовини та створюють хімічну формулу майбутнього препарату проти конкретної хвороби.
2. Дослідження нових препаратів: лабораторії перевіряють ефективність ліків і підтверджують їхню цілковиту безпечність для організму без небезпечних побічних наслідків.
3. Масове виробництво медичних препаратів: заводи випускають перевірені ліки у великих обсягах, фасують їх і постачають в аптеки та лікарні для допомоги пацієнтам.

ЗАВДАННЯ ДО МАЛ. 128 (ВИРОБНИЦТВО СОДИ)

1. З’ясуйте, які види соди синтезує хімічна промисловість. Відшукайте інформацію про їх застосування.

1. Харчова сода ($NaHCO_3$): потрібна на кухні для випікання тіста, у медицині для полоскання горла й дезінфекції та в побуті для безпечного миття посуду.
2. Кальцинована сода ($Na_2CO_3$): слугує головним складником під час варіння скла, виробництва пральних порошків і пом’якшення води на заводах.
3. Каустична сода ($NaOH$): розчиняє жири в засобах для очищення труб, використовується на паперових фабриках, у виробництві мила та штучного шовку.

2. За малюнком з’ясуйте, яка в середньому потрібна кількість сировини, палива та електроенергії для виробництва 1 тонни соди.

Для виготовлення 1,0 т соди витрачають:

• кухонної солі — 1,5 т;
• вапняку — 1,5 т;
• палива (вугілля або коксу) — 1,7 т;
• електроенергії — 3200 кВт·год.

ЗАВДАННЯ ДО МАЛ. 128

[Виробництво соди] 3. Поясніть, де доцільніше розмістити заводи з виробництва різних видів соди: харчової (х), кальцинованої (Кл), каустичної (Кс).

Кальциновану та харчову соду вигідно виробляти біля родовищ сировини — кухонної солі та вапняку. На одну тонну готової соди витрачають по півтори тонни кожного з цих матеріалів і майже дві тонни палива, тому перевозити їх далеко невигідно. Підприємства з випуску каустичної соди орієнтуються на дешеву електроенергію та поклади солі, бо метод електролізу потребує понад 3000 кВт·год струму на тонну продукції.

[Виробництво хлору] 1. Відшукайте інформацію, про те, де застосовується хлор.

⚠️

Цю речовину використовують для знезараження питної води, очищення води в басейнах і виготовлення побутових засобів для відбілювання та дезінфекції. У промисловості з хлору виробляють полівінілхлорид (пластик для вікон і труб), розчинники, медикаменти та отрутохімікати для захисту рослин від шкідників.

[Виробництво хлору] 2. За малюнком з’ясуйте, які потрібні витрати сировини та електроенергії для виробництва 1 тонни хлору, який одержують методом електролізу.

Для одержання 1 тонни хлору необхідно 1,58 т кухонної солі або 1,55 т калійної солі, а також від 3150 до 4300 кВт·год електроенергії.

[Виробництво хлору] 3. Поясніть, де доцільніше розмістити заводи з виробництва хлору.

Такі підприємства доцільно будувати поблизу потужних джерел дешевої електроенергії (наприклад, біля ГЕС) і родовищ солі. Хлор є отруйним і летючим газом, тому виробництво намагаються розміщувати безпосередньо біля підприємств-споживачів, щоб уникати його небезпечного перевезення залізницею чи автошляхами.

[Виробництво сажі] 1. Відшукайте інформацію, про те, де застосовується сажа як чорний пігмент.

⚠️

Її додають у поліграфічні фарби для друку книг і газет, лаки, художні емалі та тонери для лазерних принтерів. Цей пігмент забарвлює в чорний колір вироби з пластмас, синтетичну шкіру, плівки, взуттєві креми та будівельні суміші.

ЗАВДАННЯ ДО МАЛ. 128 (В). ВИРОБНИЦТВО САЖІ

2. За малюнком поясніть, де доцільніше розмістити заводи з виробництва сажі.

Поблизу трас газопроводів, нафтопереробних чи коксохімічних заводів, а також біля великих міст, де накопичується багато відпрацьованих автомобільних шин.

3. Зробіть висновок про чинники розміщення підприємств із виробництва сажі.

Вирішальними є сировинний та екологічний чинники. Заводи прив’язані до джерел газу, смоли чи гумових відходів, але через сильне сажове забруднення їх обов’язково розміщують на відстані від житлових кварталів.

ЗАВДАННЯ ДО МАЛ. 128 (Г). ВИРОБНИЦТВО СУЛЬФАТНОЇ КИСЛОТИ

1. Відшукайте інформацію про застосування сульфатної кислоти в різних виробництвах.

[APPROХIMATE] Більшу частину цієї кислоти використовують для виготовлення фосфатних і азотних мінеральних добрив. Решту витрачають на очищення нафтопродуктів і металів, виробництво барвників, штучних волокон, ліків та заливання в автомобільні акумулятори.

2. За малюнком з’ясуйте, якими є витрати різних видів сировини для виробництва 1 тонни кислоти. Яку сировину доцільніше використовувати?

Для одержання 1 тонни кислоти потрібно 0,32 тонни самородної сірки або 1,87 тонни піриту. Вигідніше використовувати самородну сірку, адже її витрати майже вшестеро менші і вона не залишає після себе великих куп шлаку.

3. Дослідіть, відходи яких виробництв можуть бути сировиною для синтезу сульфатної кислоти. Яке екологічне значення має їх переробка?

Сировиною стають сірчисті гази з підприємств кольорової та чорної металургії, а також відхідні гази коксохімії й нафтопереробки. Уловлювання цих газів очищує повітря над промисловими містами і рятує довкілля від кислотних дощів.

ВИРОБНИЦТВО СУЛЬФАТНОЇ КИСЛОТИ

4. Поясніть за схемою доцільність розміщення кислотного заводу з орієнтуванням на споживчий чинник.

На виробництво 1 т готової кислоти витрачається лише 0,32 т сірки, тому перевозити легку сировину набагато вигідніше, ніж важкий кінцевий продукт. До того ж концентрована сульфатна кислота є хімічно активною та небезпечною рідиною, перевезення якої вимагає дорогих спеціальних цистерн і несе ризик аварій. Через це заводи вигідно будувати прямо біля споживачів — підприємств із випуску фосфатних добрив або металургійних заводів.

ВИРОБНИЦТВО МІНЕРАЛЬНИХ ДОБРИВ

1. З’ясуйте, які основні види мінеральних добрив синтезує хімічна промисловість для потреб сільського господарства. Відшукайте інформацію про застосування різних видів добрив у рослинництві.

Хімічні заводи виготовляють три головні види добрив: азотні, фосфатні та калійні.

1. Азотні добрива (селітра, карбамід) допомагають рослинам швидко розвиватися, нарощувати міцні стебла і соковите зелене листя.
2. Фосфатні добрива (суперфосфат) зміцнюють кореневу систему рослин, прискорюють цвітіння та допомагають зерну і плодам швидше дозрівати.
3. Калійні добрива (калій хлористий) загартовують посіви проти морозів, літньої посухи та хвороб, а також роблять плоди солодшими і смачнішими.

2. За малюнком з’ясуйте середні витрати сировини та електроенергії для виробництва різних видів добрив.

1. Калійні добрива потребують 1 т калійної солі на виготовлення 1 т готових добрив.
2. Фосфатні добрива вимагають від 0,6 до 1,4 т фосфоритів або апатитів, а також сульфатну кислоту на кожну тонну продукції.
3. Азотні добрива потребують 900–1200 м³ природного або коксового газу та приблизно 50 000 кВт·год електроенергії на 1 т кінцевого продукту.

3. Поясніть, де й чому доцільно розміщувати заводи з виробництва різних видів добрив: калійних (К), фосфатних (Р), азотних (N).

1. Калійні заводи завжди розташовують прямо біля родовищ калійної солі, бо перевозити сиру руду невигідно через велику кількість відходів під час переробки.
2. Фосфатні підприємства будують у районах землеробства поруч із фермерськими полями або біля заводів сульфатної кислоти, оскільки готові мінеральні суміші важкі і потрібні на місці.
3. Азотні заводи споживають величезну кількість енергії та газу, тому їх ставлять уздовж магістральних газопроводів, біля електростанцій і коксохімічних заводів у великих аграрних регіонах.

ВИРОБНИЦТВО ПОЛІМЕРІВ

1. З’ясуйте, які основні види сучасних полімерів синтезує хімічна промисловість. Відшукайте інформацію про їх застосування, переваги й недоліки.

Промисловість виготовляє три основні групи матеріалів: пластмаси (поліетилен, поліпропілен, полістирол, тефлон), синтетичні волокна (нейлон, капрон, акрил) і синтетичний каучук.

З них роблять пакування, пляшки, труби, теплі тканини, медичні прилади, автопокришки та антипригарний посуд.

До головних переваг полімерів належать легкість, висока міцність, стійкість до води та іржі, а також низька ціна у виробництві.

Основними недоліками є повільний розпад у ґрунті впродовж сотень років, забруднення природи дрібним мікропластиком і виділення небезпечного диму під час спалювання.

ЗАВДАННЯ. ВИРОБНИЦТВО ПОЛІМЕРІВ

2. За малюнком поясніть, де й чому доцільно розміщувати заводи з виробництва полімерів.

Підприємства доцільно розміщувати біля нафтопереробних заводів або магістральних газо- й нафтопроводів, тому що нафта, газ і кам’яне вугілля є їхньою основною сировиною. Також важливі джерела електроенергії та великі водойми, адже синтез полімерів потребує багато електрики (до 700 кВт·год на 1 м³) та значних об’ємів води для технологічних процесів і охолодження.

ЗАВДАННЯ. ФАРМАЦЕВТИЧНЕ ТА ПАРФУМЕРНЕ ВИРОБНИЦТВО

1. Відшукайте інформацію про різні види сировини, які використовуються у фармацевтичному та парфумерному виробництвах.

⚠️

Рослинна (лікарські трави, квіти, коріння, ефірні олії), тваринна (жири, бджолиний віск, отрута бджіл і змій), мінеральна (солі, мінеральні грязі, глина) та синтетична сировина від нафтохімії (спирти, кислоти й ароматичні речовини).

2. Поясніть причини зростання значення цих виробництв у сучасному світі.

Населення Землі зростає, а середня тривалість життя збільшується, тому людям потрібно більше сучасних ліків для профілактики та лікування хвороб. Також люди дедалі більше дбають про гігієну, свій зовнішній вигляд і комфортне повсякденне життя, що постійно підвищує попит на косметику й парфуми.

3. За малюнком обґрунтуйте чинники розміщення підприємств з виробництва фармацевтичної та парфумерної промисловості.

Науковий чинник і кваліфіковані кадри спрямовують заводи у великі міста до наукових центрів, де лабораторії та вчені створюють нові формули препаратів. Споживчий чинник також веде до великих густонаселених міст, бо мешканці постійно купують ліки й парфумерію через мережі аптек і супермаркетів.

ОЦІНЮЄМО СВОЇ ДОСЯГНЕННЯ

1. Наведіть приклади продукції хімічних виробництв, що використовуються в різних сферах діяльності людини.

У сільському господарстві застосовують мінеральні добрива й отрутохімікати проти шкідників, а в будівництві — фарби, лаки, клеї та монтажні суміші. Медицина і побут щодня потребують ліків, вітамінів, антисептиків, пральних порошків і шампунів, а транспорт та машинобудування — шин із синтетичного каучуку, пластикових деталей і моторних мастил.

2. Поясніть поняття «хімічне виробництво» та його значення в сучасному світі.

Це система виробництв важкої промисловості, яка переробляє мінеральну та органічну сировину і створює нові речовини із заданими властивостями. Разом із машинобудуванням та енергетикою воно належить до «авангардної трійки», бо постачає сучасні матеріали для всіх галузей господарства й полегшує життя людей у побуті.

3. Назвіть основні виробництва, що входять до складу хімічної промисловості. Поясніть на прикладі двох-трьох із них, яку сировину та відходи інших виробництв вони використовують для своєї роботи.

До складу галузі входять гірничо-хімічна промисловість, виробництво хімічних речовин і продукції, фармацевтика та випуск гумових і пластмасових виробів.

Виробництво сульфатної кислоти використовує самородну сірку, а також сірчисті гази металургійних комбінатів і нафтопереробних заводів.

Виробництво азотних добрив працює на природному газі або вловлює коксовий газ металургійного виробництва.

Виробництво технічного вуглецю (сажі) переробляє кам’яновугільну смолу, природний газ або зношені автомобільні шини.

4. Укажіть основні чинники, що впливають на розміщення різних хімічних виробництв. На прикладі одного з виробництв поясніть, як ефективність його діяльності залежить від особливостей розташування.

Основними чинниками є сировинний, паливно-енергетичний, водний, науковий, споживчий, екологічний та технологічний (комбінування з іншими заводами).

Виробництво сульфатної кислоти завжди будують безпосередньо біля споживача — заводів мінеральних добрив або тканин. Концентрована кислота дуже їдка і небезпечна при перевезенні залізницею, тому везти тверду сірку набагато легше, безпечніше й дешевше. Завдяки такому розташуванню завод заощаджує гроші на дорогій тарі й уникає ризику екологічної аварії в дорозі.

5. Поясніть, які хімічні виробництва й чому нині набувають пріоритетного розвитку. Чим відрізняється структура хімічних виробництв високорозвинених країн та країн, що розвиваються?

Швидше за все розвиваються фармацевтика, випуск нових полімерів та «зелена» хімія (біорозкладне пакування й безпечні мийні засоби). Вони створюють ліки, допомагають зменшити енерговитрати й витісняють небезпечний для природи пластик.

Високорозвинені країни зосередилися на дорогій та наукомісткій тонкій хімії: винайденні ліків, оптичного волокна, спеціальних полімерів і мікроелектроніки. Країни, що розвиваються, виробляють масову базову продукцію: добрива, соду, кислоти й звичайні пластмаси, бо мають багато корисної сировини та менш суворі екологічні обмеження.

6. Оцініть значення хімічного виробництва згідно з концепцією сталого розвитку. Обґрунтуйте свою думку щодо проблеми: зростання масштабів хімічного виробництва йде на користь чи на шкоду людству.

Хімічна індустрія допомагає реалізувати сталий розвиток, бо виготовляє матеріали для сонячних панелей, утеплювачі для енергоощадних осель та очищає промислові викиди й відходи.

Зростання виробництва несе людству водночас і користь, і шкоду. Хімія рятує життя новими ліками, підвищує врожаї добривами й дає міцні штучні матеріали, які зберігають від вирубування ліси. Проте синтетичні відходи не гниють сотні років, накопичуються у воді й повітрі та шкодять здоров’ю, тому хімія має швидко переходити на безпечні біоматеріали та безвідходну переробку.