Номер 1, страница 170, часть 2 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

1. Прокомментируйте принципы "зеленой химии". Попробуйте привести свои примеры.

"Зеленая химия" — это научное направление и философия, целью которой является разработка и внедрение таких химических продуктов и процессов, которые уменьшают или полностью исключают использование и образование вредных для окружающей среды и здоровья человека веществ. Основные идеи "зеленой химии" были сформулированы в виде 12 принципов американскими химиками Полом Анастасом и Джоном Уорнером.

Ниже представлены комментарии к этим принципам и примеры их применения.

1. Предотвращение отходов.

   Этот основополагающий принцип гласит, что лучше предотвратить образование отходов, чем потом их перерабатывать, очищать или утилизировать. Идеальный процесс не должен иметь отходов.

   Пример: Разработка нового метода синтеза лекарственного препарата, который проходит в одну стадию с 99% выходом, вместо старого трехстадийного метода с общим выходом 40%. Это напрямую сокращает количество отходов (непрореагировавших реагентов и побочных продуктов) на 59%.

2. Атомная экономика (максимальный выход продукта).

   Синтетические методы должны быть спланированы так, чтобы максимальное количество атомов из исходных реагентов переходило в целевой продукт, а не в побочные продукты.

   Пример: Реакция Дильса-Альдера, где все атомы диена и диенофила становятся частью нового циклического продукта, имеет 100% атомную экономию. Напротив, реакция Виттига, где помимо целевого алкена образуется массивный побочный продукт (трифенилфосфиноксид), имеет низкую атомную экономию.

3. Синтез менее опасных веществ.

   По возможности, методы синтеза должны быть разработаны так, чтобы использовать и производить вещества с минимальной или отсутствующей токсичностью для человека и окружающей среды.

   Пример: Для производства пенополистирола раньше использовали фреоны (хлорфторуглероды), разрушающие озоновый слой. В соответствии с этим принципом, их заменили на менее опасные вспениватели, например, диоксид углерода или пентан.

4. Создание более безопасных химических продуктов.

   Химические продукты должны быть спроектированы так, чтобы сохранять свою функциональность и эффективность, но при этом иметь минимальную токсичность.

   Пример: Создание новых пестицидов, которые токсичны только для конкретного вида насекомых-вредителей и быстро разлагаются в почве на безвредные компоненты, не причиняя вреда пчелам, птицам и человеку.

5. Использование более безопасных растворителей и вспомогательных веществ.

   Следует избегать использования вспомогательных веществ (растворителей, экстрагентов). Если же они необходимы, то нужно выбирать наиболее безопасные из возможных.

   Пример: Замена токсичных и летучих органических растворителей (бензол, дихлорэтан) на воду, сверхкритический диоксид углерода ($CO_2$) или глицерин. Так, кофеин из кофейных зерен удаляют с помощью сверхкритического $CO_2$ вместо дихлорметана.

6. Энергоэффективность.

   Энергетические затраты на проведение химических процессов должны быть минимизированы. Процессы следует проводить при комнатной температуре и атмосферном давлении, если это возможно.

   Пример: Использование ферментов в качестве катализаторов в производстве моющих средств. Ферменты эффективно работают при низких температурах (30-40 o C), что позволяет стирать в холодной воде и значительно экономить электроэнергию на ее нагреве.

7. Использование возобновляемого сырья.

   Исходное сырье для производства должно быть возобновляемым (например, биомасса), а не исчерпаемым (нефть, природный газ, уголь).

   Пример: Производство биопластика полилактида (PLA), используемого для 3D-печати и одноразовой посуды, из кукурузного крахмала или сахарного тростника. Это альтернатива пластикам, производимым из нефти.

8. Сокращение числа стадий (предотвращение образования производных).

   Следует избегать ненужных стадий в синтезе, таких как введение и снятие защитных групп, так как это требует дополнительных реагентов, увеличивает количество отходов и снижает общий выход.

   Пример: Прямой синтез вещества с помощью высокоселективного катализатора, который воздействует только на одну функциональную группу в сложной молекуле, позволяет избежать многостадийного процесса защиты других групп, реакции и последующего снятия защиты.

9. Катализ.

   Использование катализаторов (особенно высокоселективных) предпочтительнее, чем стехиометрических реагентов. Катализаторы используются в малых количествах, ускоряют реакцию и могут быть регенерированы.

   Пример: Гидрирование растительных масел для получения маргарина. Использование катализаторов (например, на основе никеля) позволяет провести реакцию с высокой скоростью и селективностью, при этом сам катализатор не расходуется и отделяется от продукта.

10. Проектирование продуктов с учетом их разложения.

    Химические продукты должны быть спроектированы так, чтобы после использования они не накапливались в окружающей среде, а разлагались на безопасные, безвредные компоненты.

    Пример: Создание полностью биоразлагаемых пакетов и упаковочных материалов на основе крахмала или полимолочной кислоты, которые в компосте разлагаются на $CO_2$ и воду.

11. Анализ в реальном времени для предотвращения загрязнений.

    Необходимо развивать аналитические методики, которые позволяют отслеживать ход процесса в реальном времени (on-line) для предотвращения образования опасных побочных продуктов и отклонений от технологического режима.

    Пример: Установка в химическом реакторе волоконно-оптического датчика, который непрерывно регистрирует ИК-спектр реакционной смеси. Это позволяет оператору или автоматической системе контролировать концентрацию реагентов и продуктов и немедленно корректировать условия (температуру, давление) для максимальной эффективности и безопасности.

12. Безопасность для предотвращения несчастных случаев.

    Вещества и форма веществ, используемых в химическом процессе, должны быть выбраны так, чтобы свести к минимуму риск химических аварий, включая утечки, взрывы и пожары.

    Пример: Вместо хранения и транспортировки высокотоксичного газообразного хлора для обеззараживания воды, можно использовать установку, которая генерирует его на месте в нужном количестве путем электролиза раствора поваренной соли. Это исключает риск крупномасштабной утечки.

Ответ:

Принципы "зеленой химии" представляют собой набор руководящих идей для химиков и инженеров, направленных на создание экологически безопасных продуктов и технологий. Комментарии и примеры показывают, что эти принципы охватывают весь жизненный цикл химического продукта: от выбора сырья (возобновляемое) и проектирования синтеза (атомная экономия, катализ, безопасность) до создания конечного продукта (нетоксичный, биоразлагаемый) и обеспечения безопасности производства. Следование этим принципам позволяет снизить негативное воздействие химической промышленности на окружающую среду, повысить безопасность труда и способствовать устойчивому развитию.