Методическая разработка урока химии в 11 классе "Значение нефти"

Тема урока: Значение нефти

«Топить можно и ассигнациями»

Д.И. Менделеев

Тип урока: Комбинированный (изучение нового материала и обобщение)

Цели урока:

1.Образовательная: Сформировать систему знаний о возможностях химической и биохимической переработки нефти и нефтепродуктов.

2.Развивающая: Способствовать развитию химического мышления, познавательного интереса учащихся, умений применять теоретические знания к конкретной учебной ситуации. Способствовать развитию умений: работать с текстовым материалом, анализировать, сравнивать, обобщать, выделять главное, устанавливать причинно-следственные связи, а также творческих умений.

3.Воспитательная: Способствовать воспитанию: патриотизма, чувства гордости за свою страну, нравственно-эстетического и эмоционально-ценностного отношения к природе, чувства ответственности за её состояние, чувства сопричастности к глобальным проблемам современности, химической и экологической культуры учащихся.

Средства обучения: Мультимедийный комплекс (компьютер, проектор, документ - камера), раздаточный материал, бумага, маркеры, магниты.

Методы и приемы, используемые на уроке: поисково-исследовательский метод, работа с различными источниками информации.

Форма работы:

1. Индивидуальная - на этапах работы, связанных с поиском и отбором необходимой информации.

2. Групповая – на этапах обсуждения материала, создания отчета.

Время работы: 90 минут (2 урока)

Планируемые результаты:

Личностные – уметь сотрудничать, сопереживать, выслушивать чужую точку зрения, формировать гражданскую позицию по изучаемому вопросу, испытывать чувство гордости за современную российскую химическую науку.

Предметные – знать состав нефти, называть основные группы веществ, входящих в состав нефти, представлять основные этапы нефтехимического синтеза, понимать смысл синтеза белка на основе парафинов, знать строение пластмасс, ацетилсалициловой кислоты, полимеров, входящих в состав ткани, писать уравнения химических реакций.

Метапредметные - анализировать, систематизировать, обобщать, выявлять причинно – следственные связи, генерировать идеи и определять средства, необходимые для их достижения, использовать различные источники для получения информации, оценивать свои достижения на уроке.

Этап урока

Деятельность учителя

Деятельность ученика

Формируемые УУД

Организационный

Приветствует учащихся

Отмечает отсутствущих

Эмоционально настраивает учащихся на работу.

Добрый день, рад вас видеть! Надеюсь, что урок у нас сегодня получится интересным и полезным!

Приветствуют учителя.

рассаживаются в группы, согласно рекомендациям психолога.

Настраиваются на работу.

Коммуникативные:

адекватно используют речь, планируют учебное сотрудничество

Актуализация знаний

Давайте вспомним химический состав нефти.

Учащиеся называют компоненты нефти - углеводороды

Познавательные: структурируют знания, строят речевое высказывание, строят логическое рассуждение

Постановка проблемы, мотивация

Прием «Яркое пятно».

Дорогие друзья! Я хочу предложить вам оценить одну ситуацию, высказать свое мнение.

Вы видите на столе пробирку с нефтью. Посмотрите, что я буду делать.

Учитель наливает немного нефти в фарфоровую чашу. В другую чашу опускает купюру (аналог купюры, копию). Поджигает содержимое обеих чаш.

Итак, ребята, в каком случае я поступил более неразумно и почему?

Высказывайте свои предположения, суждения.

Итак, единого мнения мы не получили. Я предлагаю вам сформулировать тему урока, сформулировать гипотезу и цель. Напишите, пожалуйста, на листах бумаги, которая лежит у вас в группах свои гипотезы и цель урока, и прикрепите к доске.

Откройте тетради и запишите тему урока.

Слушают учителя.

Внимательно наблюдают.

Анализируют ситуацию.

Высказывают предположения. Скорее всего, мнения разделятся. Часть учащихся, особенно с гуманитарным складом ума, могут ответить, что более неразумно было сжигать деньги - деньги дают возможность покупать товары и услуги. Учащиеся с естественнонаучным складом мышления, могут высказывать предположения о том, что неразумно было сжигать нефть, так как её компоненты служат для синтеза других веществ.

Учащиеся формулируют:

Тема урока: Значение нефти Гипотезы:

1.Самая важная функция нефти – энергетическая

2. Кроме энергетического значения нефть может иметь и другие.

Цель урока:

Изучить значение нефти, выявить области её применения.

Коммуникативные: формулируют собственное мнение и позицию, сравнивают различные точки зрения, задают вопросы, используют языковые средства для отображения для отображения своих чувств.

Познавательные: обобщают понятия, строят логическое рассуждение

Личностные: формируют внутреннюю позицию.

Регулятивные: ставят цель

Исследование

Вы не пришли к единому мнению, чего вам не хватает для его выработки?

Я приготовил вам материалы для анализа.

Учитель раздает материалы (тексты и фотографии) в группы.

Тексты:

1. Состав нефти

2. Пластмассы из нефти

3. Лекарства из нефти

4. Одежда из нефти

5. Белок из нефти

6. Состав выхлопных газов

Ваши отчеты я предлагаю представить в виде «нефтяного цветка».

Учитель вывешивает на доске круг с надписью «нефть».

НЕФТЬ

Пока наш цветок без лепестков, но вашими усилиями они появятся. Отчеты оформляйте на специальных листах в форме лепестков.

У четырех групп лепестки белые, у одной группы серый лепесток, у одной группы в виде круга. Пока об этом учитель не говорит.

Предлагаю вам составить задание к текстам таким образом, чтобы извлечь максимум информации.

Учитель консультирует группы, советует, направляет. Важно обсудить химические превращения, которые приводятся в текстах. Показать взаимосвязь разных классов веществ.

Посоветовать учащимся, какие реакции привести в качестве примеров при выступлениях групп.

Дополнительной информации. Нам нужно провести исследование, чтобы придти к единому мнению.

Вариант: нужно изучить дополнительную информацию.

Составляют задание, обсуждают, предлагают.

Примерный план задания:

1. Прочитать текст.

2. Составить отчет по тексту.

3. Оформить отчет на лепестке

начинают работать с текстами (Приложение), рассматривают фотографии (Приложение)

Оформляют отчеты - лепестки

Коммуникативные: работают в группе,

формулируют собственное мнение, аргументируют свою точку зрения, задают вопросы, осуществляют взаимный контроль, используют речевые средства.

Познавательные:

осуществляют поиск информации, устанавливают причинно – следственные связи, строят логическое рассуждение, структурируют тексты.

Регулятивные: оценивают правильность выполнения действий.

Личностные: смыслообразование

Организация информации,

обмен информацией

Ребята, время для исследования закончилось, начинаем оформлять отчеты на доске.

Учитель помогает правильно поместить информацию на доске. Отчет в виде круга прикрепляется в центре.

Сейчас мы заслушаем выступление группы, которая работа с текстом «Состав нефти» и более подробно восстановим знания, полученные ранее. Я прошу обратить внимание, на какое число лет хватит запасов нефти в мире.

Во время выступления остальных групп я предлагаю вам фиксировать основные факты в таблице:

Область применения нефти

Результаты

Ребята, вам понятно, почему один лепесток серого цвета?

Хочу еще добавить про нефтяные загрязнения. Они  угрожают, прежде всего, морским и прибрежным экосистемам. Основные его причины следующие: 
1) аварии нефтеналивных судов (танкеров) в результате столкновений, пожаров или крушений; 
2) утечка нефти из береговых резервуаров; 
3) промывание грузовых емкостей танкеров в море.

Каждый год такие происшествия приводят к попаданию в мировой океан примерно 10 млн. т сырой нефти. Нефть не смешивается с водой, но ее выбрасывание на берег губит водоросли, моллюсков, ракообразных и других литоральных животных.

Учащиеся оформляют отчеты на доске. Получается схема:

НЕФТЬ

Выступает группа, работавшая с текстом «Состав нефти». Класс задает уточняющие вопросы.

Представители от групп начинают выступать. Класс слушает, рассматривает иллюстрации, задает вопросы, оформляет таблицу.

Учащиеся отвечают, что понятно, так как в этом тексте идет речь о негативном значении нефти.

Личностные: нравственно-этическая ориентация, самоопределение.

Регулятивные: коррекция, оценка.

Коммуникативные: формулируют собственное мнение, учитывают различные мнения, сравнивают различные точки зрения, задают вопросы, используют адекватные языковые средства, отображают в речи содержание совершаемых действий.

Познавательные: дают определение понятиям, обобщают понятия, осуществляют сравнение, строят логическое рассуждение, объясняют явления, связи и рассуждения.

Формулирование вывода

Мы выслушали выступления групп. Я предлагаю вам обратиться к началу урока и оценить мои действия. В каком случае я поступил более неразумно?

Верно. Великий русский химик Дмитрий Менделеев одним из первых в России понял, что нефть — это невосполнимый источник разнообразного сырья. «Нефть — не топливо, топить можно и ассигнациями», — писал он в обращении ко всем нефтепромышленникам, призывая их заняться более глубокой переработкой нефти и извлечением из нее всех ценнейших продуктов. Вы увидели, что если мы будем просто жечь нефть, ее хватит максимум на несколько столетий.

Какая гипотеза урока подтвердилась?

Формулируем вывод.

Ну и давайте посмотрим на наш цветок. Чего на нем не хватает?

Верно. Наука не стоит на месте. Число лепестков будет расти. А вот каким будет цвет лепестков – полностью зависит от нас!

Давайте будем всегда помнить, что образно говоря, нефть может быть и лучшим другом и злейшим врагом. Кем она будет - зависит от человечества, от его разума.

Конечно, когда сжег нефть. Ей можно найти лучшее применение.

Первая.

Учащиеся формулируют вывод. Примерная формулировка:

Нефть имеет большое значение в жизни человека. Она может являться не только источником топлива, из нее можно синтезировать других важные продукты, такие как пища, одежда, пластмассы, лекарства.

Продукты сгорания топлива из нефти наносят огромный вред экологической ситуации и здоровью человека.

Лепестков.

Личностные: самоопределение, нравственно - этическая ориентация.

Коммуникативные:

формулируют собственное мнение.

Домашнее задание

Я предлагаю вам самим сформулировать домашнее задание, исходя их выводов урока.

Я согласен с вами. А найденную информацию прошу оформить в виде докладов или презентаций.

Учащиеся предлагают ещё найти информацию по значению нефти, найти информацию по альтернативным источникам топлива.

Записывают домашнее задание в дневники.

Регулятивные:

целеполагание.

Коммуникативные:

формулируют собственное мнение.

Личностные:

самоопределение

Рефлексия

Друзья, урок был, на мой взгляд, плодотворным. А как считаете вы? Чем вам помог урок?

Я предлагаю вам заполнить «корзину идей».

Учитель выносит корзину и раздаёт учащимся листочки.

Пожалуйста, запишите свои мнения и предложения об уроке. Фамилии можно не указывать.

Спасибо! Сейчас мы узнаем ваше мнение об уроке.

Достает листочки случайным образом, читает.

И ещё я прошу вас заполнить оценочные листы, ориентируясь на которые, я выставлю оценки в журнал.

Раздает оценочные листы (Приложение).

Звенит звонок.

Всего доброго ребята, до свидания!

Мы согласны. Мы смогли структурировать свои знания о нефти, её значении.

Учащиеся анонимно записывают свои мнения, предложения и опускают листочки в корзину.

Учащиеся слушают, выражают своё отношение.

До свидания.

Личностные:

самоопределение

Регулятивные:

оценивание, контроль.

Коммуникативные:

формулируют собственное мнение, аргументируют свою точку зрения,

Познавательные:

обобщают понятия, строят логическое рассуждение, осуществляют сравнение.

Состав нефти

Нефть (из тур. neft, от персидск. Нефт) — природная маслянистая горючая жидкость. Нефть имеет специфический запах, состоит в основном из сложной смеси углеводородов различной молекулярной массы и некоторых других химических соединений. Относится к каустобиолитам. Все горючие породы принадлежат к особому семейству, получившему название каустобиолитов (от греческих слов «каустос»- горючий, «биос» – жизнь, «литос» – камень, т.е. горючий органический камень). Подавляющая часть месторождений нефти приурочена к осадочным породам. Цвет нефти варьирует в буро-коричневых тонах (от грязно-жёлтого до тёмно-коричневого, почти чёрного), иногда она бывает чисто чёрного цвета, изредка встречается нефть, окрашенная в светлый жёлто-зелёный цвет и даже бесцветная, а также насыщенно-зелёная нефть. Имеет специфический запах, также варьирующий от легкого приятного до тяжелого и очень неприятного. Цвет и запах нефти в значительной степени обусловлены присутствием азот-, серо- и кислородсодержащих компонентов, которые концентрируются в смазочном масле и нефтяном остатке. Большинство углеводородов нефти в чистом виде лишено запаха и цвета.

90 % всей добываемой нефти используется в качестве топлива!

В начале учебного года мы рассматривали перегонку нефти и получаемые при этом горючие фракции.

Основными компонентами нефти являются углеводороды (до 98%). Кроме того, в состав нефти входят их производные, содержащие кислород, серу и азот. Углеводороды, входящие в состав нефти, подразделяются на четыре класса:

Парафины (алканы) - устойчивые насыщенные соединения, характеризующиеся формулой C_nH_2n+2, имеющие прямую или разветвленную цепь.

Нафтены (циклопарафины) - насыщенные циклические соединения, характеризующиеся формулой C_nH_2n, оба атома водорода в которых могут быть замещены алкильными группами.

Ароматические - ненасыщенные циклические соединения ряда бензола, содержащие в кольце на шесть атомов водорода меньше, чем соответствующие нафтены; атомы водорода в этих соединениях могут быть также замещены алкильными группами.

Олефины (алкены) - ненасыщенные нециклические соединения с двумя или одним атомом водорода у атома углерода; соединения этого класса могут быть с прямой или разветвленной цепью, хотя они присутствуют в сырой нефти, являются основным продуктом ее крекинга.

Основную часть нефти и нефтепродуктов составляют углерод (83-87%) и водород (12-14%).

Во всех нефтях наряду с углеводородами имеется значительное количество соединений, включающих такие гетероатомы, как сера, азот и кислород. Содержание этих элементов зависит от возраста и происхождения нефти.

Содержание серы может составлять от 0,2 до 7,0%, что отвечает содержанию сернистых соединений ~ 0,2 - 7,0%. Кислорода в нефти содержится от 0,05 до 3,6%, а содержание азота не превышает 1,7%.

Распределение гетероатомов по фракциям нефти неравномерно. Обычно большая их часть сосредоточена в тяжелых фракциях и, особенно, в смолистой ее части.

Кислородсодержащие соединения редко составляют больше 10%. Эти компоненты нефти представлены кислотами, эфирами, фенолами и др. Содержание кислорода в нефтяных фракциях возрастает с повышением их температуры кипения, причем до 90-95% кислорода приходится на смолы и асфальтены.

Наиболее распространенными кислородсодержащими соединениями нефти являются кислоты и фенолы, которые обладают кислыми свойствами и могут быть выделены из нефти или ее фракций щелочью.

Сера является наиболее распространенным гетероэлементом в нефтях и нефтепродуктах. Содержание ее в нефти колеблется от сотых долей процента до 14%

Как и кислородсодержащие соединения нефти, серосодержащие неравномерно распределены по ее фракциям. Обычно их содержание увеличивается с повышением температуры кипения. Однако в отличие от других гетероэлементов, содержащихся в основном в асфальто-смолистой части нефти, сера присутствует в значительных количествах в дистиллятных фракциях.

В нефтях сера встречается в виде растворенной элементарной серы, сероводорода, меркаптанов, сульфидов, дисульфидов и производных тиофена, а также в виде сложных соединений, содержащих одновременно атомы серы, кислорода и азота в различных сочетаниях.

Содержание азота в нефти редко превышает 1%. Оно снижается с глубиной залегания нефти. Азотистые соединения сосредоточены в высококипящих фракциях нефти, и особенно в тяжелых остатках. Обычно азотсодержащие соединения делят на две большие группы: азотистые основания и нейтральные азотистые соединения. Азотистые основания сравнительно легко выделяются минеральными кислотами и поэтому наиболее изучены. Нейтральные азотистые соединения нефти представлены амидами кислот. С увеличением температуры кипения нефтяных фракций увеличивается содержание в них нейтральных азотистых соединений и падает содержание основных. Интересным типом азотсодержащих соединений являются нефтяные порфирины. Они содержат в молекуле 4 пиррольных кольца и встречаются в виде комплексов с ванадилом VО⁺² или никелем. Порфириновые комплексы чаще всего присутствуют в нефти в виде мономолекулярных соединений. Эти соединения различаются алкильными заместителями. Могут встречаться порфирины, которые на периферии содержат конденсированные с пиррольными ароматическое или ароматическое кольцо.

К минеральным компонентам нефти относятся содержащиеся в нефти соли, образованные металлами и кислотами, металлические комплексы. Элементы, входящие в состав этих веществ часто называют микроэлементами, их содержание колеблется от 10-8 до 10-2 %. В состав нефти входят многие металлы, в том числе щелочные и щелочноземельные, металлы подгруппы меди, цинка, бора, ванадия, а также типичные неметаллы. Несмотря на малое содержание в нефти, микроэлементы значительно влияют на процессы ее переработки и дальнейшее использование нефтепродуктов. Большинство элементов, находящихся в нефти в микроколичествах, являются каталитическими ядами, быстро дезактивирующими промышленные катализаторы нефтепереработки. Поэтому для правильной организации технологического процесса и выбора типа катализатора необходимо знать состав и количество микроэлементов. Большая их часть концентрируется в смолистом остатке.

Страны с крупнейшими запасами нефти

Страна

Запасы¹

 % от мировых запасов

Добыча²

На сколько лет хватит³

Венесуэла

296,5

21,4

2471

234

Саудовская Аравия

264,5

19,1

10 007

72

Иран

137,0

9,9

4245

88

Ирак

115,0

8,3

2460

128

Кувейт

101,5

7,3

2508

111

ОАЭ

97,8

7,1

2849

94

Россия

77,4

5,6

10 270

21

Ливия

46,4

3,4

1659

77

Казахстан

39,8

2,9

1757

62

Нигерия

37,2

2,7

2402

42

Канада

32,1

2,3

3336

26

США

30,9

2,2

7513

11

Катар

25,9

1,9

1569

45

Китай

14,8

1,1

4071

10

Бразилия

14,2

1,0

2137

18

Члены ОПЕК

1068,4

77,2

34 324

85

Весь мир

1383,2

100

82 095

46

ПЛАСТМАССЫ ИЗ НЕФТИ

Пластма́ссы (пласти́ческие ма́ссы) или пла́стики  — органические материалы, основой которых являются синтетические или природные высокомолекулярные соединения (полимеры). Исключительно широкое применение получили пластмассы на основе синтетических полимеров.

Поливинилхлорид (ПВХ) — бесцветная, прозрачная пластмасса, термопластичный полимер винилхлорида. Отличается химической стойкостью к щелочам, минеральным маслам, многим кислотам и растворителям. Не горит на воздухе и обладает малой морозостойкостью (−15 °C). Нагревостойкость: +65 °C.

Химическая формула: [-CH₂-CHCl-]_n.

Поливинилхлорид получается в результате следующих реакций:

1. Производство этилена — пиролиз углеводородного сырья:

C₈H₁₈→C₄H₁₀+C₄H₈

C₄H₁₀→C₂H₆+C₂H₄

2. Хлорирование этилена

CH₂=CH₂ + Cl₂ → ClCH₂-CH₂Cl

3. Пиролиз дихлорэтана

ClCH₂-CH₂Cl → CH₂=CHCl + HCl

4. Полимеризация

nCH₂ = CHCl → [-CH₂-CHCl-]_n

.Около 99 % винилхлорида идёт на производство поливинилхлорида.

Поливинилхлорид применяется для электроизоляции проводов и кабелей, производства листов, труб (преимущественно хлорированный поливинилхлорид), пленок, пленок для натяжных потолков, искусственных кож, поливинилхлоридного волокна, пенополивинилхлорида,  линолеума, обувных пластикатов, мебельной кромки и т. д. Также применяется для производства грампластинок (то есть виниловых), профилей для изготовления окон и дверей.

Поливинилхлорид также часто используется в одежде и аксессуарах для создания подобного коже материала, отличающегося гладкостью и блеском. Такая одежда широко распространена в альтернативных направлениях моды.

Поливинилхлорид используют как уплотнитель в бытовых холодильниках, вместо относительно сложных механических затворов. Это дало возможность применить магнитные затворы в виде намагниченных эластичных вставок, помещаемых в баллоне уплотнителя. Моющиеся обои покрываются плёнкой из ПВХ с лицевой стороны, делая обои непромокаемыми. Также находит широкое применение в пиротехнике как донор хлора, необходимого для создания цветных огней. Широко применяется в рекламе: для оформления витрин магазинов и торговых точек, создания рекламных баннеров и плакатов. Служит сырьём для производства различного рода продукции от грампластинок и плакатов до наклеек. Поливинилхлорид используется в производстве трикотажных рабочих перчаток для нанесения различных рисунков на трикотажную основу. ПВХ-рисунок на перчатке позволяет обеспечить хороший захват при выполнении различных работ, предотвращает процесс скольжения, увеличивает износостойкость продукции. Поливинилхлорид используется для производства  хлорированного поливинилхлорида, обладающего самыми высокими характеристиками огнестойкости и самой высокой температурой воспламенения (482 °С) среди термопластов.

Полиэтилен — термопластичный полимер этилена. Является органическим соединением и имеет длинные молекулы …—CH₂—CH₂—CH₂—CH₂—…, где «—» обозначает ковалентные связи между атомами углерода. Самая распространённая в мире пластмасса: (—CH₂—CH₂—)_n.

Получают полимеризацией полиэтилена:

nCH₂ = CH₂ → (—CH₂—CH₂—)_n

Применение полиэтилена: полиэтиленовая плёнка (особенно упаковочная, например, пузырчатая упаковка или скотч), тара (бутылки, банки, ящики, канистры, садовые лейки, горшки для рассады), полимерные трубы для канализации, дренажа, водо-, газоснабжения, электроизоляционный материал.

Полиэтиленовый порошок используется как термоклей. Поллиэтилен применяется в качестве брони (бронепанели в бронежилетах), для корпусов лодок, вездеходов, деталей технической аппаратуры, диэлектрических антенн, предметов домашнего обихода и др. Вспененный полиэтилен (пенополиэтилен) используется, как теплоизолятор.

Полистирол -  термопластичный полимер линейной структуры.

Получение

Алкилирование бензола этиленом.

Алкилирование бензола этиленом проводится при 150-200 ⁰С в присутствии катализатора AlCl₃ – получение этилбензола

C₆H₆ + CH₂=CH₂ → C₆H₅C₂H₅

Дегидрирование этилбензола – получение стирола

C₆H₅C₂H₅ → C₆H₅C₂H₃ + Н₂

Полимеризация стирола

n →

Наиболее широкое применение (более 60 % производства полистирольных пластиков) получили ударопрочные полистиролы.

Из полистиролов производят широчайшую гамму изделий, которые в первую очередь применяются в бытовой сфере деятельности человека (одноразовая посуда, упаковка, детские игрушки и т. д.), а также строительной индустрии (теплоизоляционные плиты, несъемная опалубка, сандвич панели), облицовочные и декоративные материалы (потолочный багет, потолочная плитка, полистирольные звукопоглощающие элементы, клеевые основы, полимерные концентраты), медицинское направление (части систем переливания крови, чашки Петри, вспомогательные одноразовые инструменты). Вспенивающийся полистирол после высокотемпературной обработки водой или паром может использоваться в качестве фильтрующего материала (фильтрующей насадки) в колонных фильтрах при водоподготовке и очистке сточных вод. Высокие электротехнические показатели полистирола в области сверхвысоких частот позволяют применять его в производстве: диэлектрических антенн, опор коаксиальных кабелей. Могут быть получены тонкие пленки (до 100 мкм), а в смеси с сополимерами (стирол-бутадиен-стирол) до 20 мкм, которые также успешно применяются в упаковочной и кондитерской индустрии, а также производстве конденсаторов.

Ударопрочный полистирол и его модификации получили широкое применение в сфере бытовой техники и электроники (корпусные элементы бытовых приборов).

Военная промышленность

Предельно низкая вязкость полистирола в бензоле, позволяющая даже в предельных концентрациях получать все ещё подвижные растворы, обусловила использование полистирола в составе напалмав качестве загустителя, зависимость «вязкость-температура» которого, в свою очередь, уменьшается с увеличением молекулярной массы полистирола.

К сведению!

В настоящее время ведутся испытания пластмассового протеза легких. Его разработал хирург Роберт Бартлет из Мичиганского университета. До сих пор все опыты по созданию искусственных легких были неудачны, потому что не удавалось воспроизвести их складчатую структуру и получить небольшой искусственный орган, площадь внутренней поверхности которого достигала бы размеров теннисного корта. С недавних пор хирурги стали использовать для зашивания ран пластиковую нить, обладающую памятью. Эта нить способна принимать форму узла. Происходит это так. В холодном состоянии нить стягивают узлом. Специальные фрагменты, добавленные в молекулярные цепи химическим путем, «запоминают» форму узла. Потом нить распрямляют и нагревают до 40 градусов Цельсия, практически до температуры человеческого тела. Химические метки немедленно реагируют на повышение температуры: в течение двадцати секунд нить сворачивается в узел, принимая прежнюю форму. Таким образом, еще до операции хирург подбирает форму узла, которая наилучшим образом подходит для пациента и не вредит прилегающей ткани.

ЛЕКАРСТВА ИЗ НЕФТИ

В 1874 году был открыт принцип выработки салициловой кислоты из фенола, и с тех пор ацетилсалициловая кислота, или попросту «аспирин», стала одним из самых популярных в мире лекарственных средств. Всем известно, что аспирин обладает жаропонижающим, противовоспалительным и болеутоляющим действием. Кроме того, из салициловой кислоты производят антисептик фенилсалицилат, применяемый для лечения колитов и других желудочно-кишечных заболеваний, и пара-аминосалициловую кислоту, используемую в составе противотуберкулезных препаратов.

Итак, получаем фенол.

Схема получения фенола из бензола через циклогексан

Выход фенола составляет 80 %. Преимуществом этого процесса являет возможность получения наряду с фенолом товарных циклогексанола и циклогексанона.

Также возможно получать фенол напрямую из бензола:

Описанные выше процессы производства фенола очень перспективны, но еще широко не внедрены.

Далее, получаем салициловую кислоту:

Получаем ацетилсалициловую кислоту ацилированием салициловой:

Уравнение реакции получения фенилсалицилата

Пара – аминосалициловая кислота

В 30-е годы из анилина, который, в свою очередь, производят из нитробензола, были получены первые антимикробные препараты – сульфаниламиды: сульфидин, стрептоцид, сульфадимезин. Они произвели настоящую революцию в лечении заболеваний, вызванных микроорганизмами.

Нитрование бензола

Получение анилина

Анилин

Производные анилина

Различные производные нефти используют в препаратах, помогающих людям избавиться от аллергии, головной боли, нервного стресса или инфекционных заболеваний.  Эфиры и спирты часто применяются для производства антибиотиков.

Кроме того, продукты нефтехимии широко употребляют в производстве медицинского оборудования и расходных материалов, среди них шприцы, катетеры, кислородные маски, эластичные повязки, некоторые хирургические инструменты и многое-многое другое.

Еще одна группа продуктов, производство которых в современных условиях невозможно без нефтяного сырья – косметические и парфюмерные средства. Чтобы в этом убедиться, достаточно посмотреть на состав любого крема или шампуня, произведенного промышленным способом. В число ингредиентов часто входят увлажняющий агент – пропиленгликоль; метил-, бутил- и этилпарабены, продлевающие срок годности; минеральное масло. Вазелин, который в недавнем прошлом был чрезвычайно популярным косметическим средством, представляет собой смесь минерального масла и твердых парафинов.

Получаемое из нефти минеральное масло используется сегодня в качестве основы для самых разных кремов, лосьонов и тональных средств. Такие кремы значительно дольше пригодны к использованию, чем средства на основе натуральных масел. Существуют данные о том, что минеральное масло может повредить коже, но альтернативы для массового производства пока не найдено.

Звучит парадоксально на первый взгляд, но нефть необходима нам и для того, чтобы приятно пахнуть: 99% современных ароматов синтезируются из продуктов нефтехимии. «Черное золото» помогает нам хорошо выглядеть, хорошо себя чувствовать и даже благоухать изысканными ароматами. Приятный аромат дает сложный эфир, а он синтезируется из спирта и карбоновой кислоты, а они ведут свое начало от алкенов.

Реакция этерификации

Общая формула парабенов

Нефтяные ванны применяют для борьбы с артритом и суставными болями. Такой метод со временем находит все больше приверженцев.

Одежда из нефти

Особое место в быту занимают синтетические ткани. Из таких материалов производят множество товаров, от швейных ниток до рыболовных сетей и конвейерных лент. Первым синтетическим волокном стал нейлон, полученный в 1939г. Среди самых известных синтетических тканей – прочный, не рвущийся нейлон (полиамид); мягкий, похожий на шерсть акрил; прочный, немнущийся, но и не пропускающий воздух полиэстер.

Химизм производства этих тканей очень сложен, поэтому остановимся на некоторых моментах.

Нейло́н (англ. nylon) — семейство синтетических полиамидов, используемых преимущественно в производстве волокон.

Формула волокна: [—HN(CH₂)₆NHOC(CH₂)₄CO—]_n

Оно синтезируется поликонденсацией адипиновой кислоты и гексаметилендиамина. Для обеспечения стехиометрического отношения реагентов 1:1, необходимого для получения полимера с максимальной молекулярной массой, используется соль адипиновой кислоты и гексаметилендиамина.

Начальный источник для адипиновой кислоты – бензол.

Получение циклогексанола и циклогексанона из бензола.

Циклогексанол окисляют 40-60%-ной HNO₃ при 55 °C; выход адипиновой кислоты при этом способе производства составляет ~95 %.

Адипиновая кислота

H₂N(CH₂)₆NH₂

Гексаметилендиамин

Начальным источником гексаметилендиамина являются углеводороды.

Вначале из нейлона изготавливали рыболовные сети и парашюты, а затем одним из самых массовых его применений стало его использование в производстве чулочно-носочных изделий и других видов одежды. В 1939 году компания «Дюпон» построила свой первый завод по производству нитей из нейлона к концу того же года первая партия чулочных изделий поступила в продажу. В течение 1940–1941 годов производство нитей из нейлона было расширено и затем появилось в Италии и Великобритании. С тех пор эта продукция пользуется широким спросом. Нити из нейлона и сегодня широко используются как в текстильной промышленности, так и в производстве технических изделий. Нейлон – прочное, эластичное, устойчивое к истиранию, изгибу и действию многих химических реагентов полиамидное синтетическое волокно – к настоящему времени вошел в каждый дом. О важности этого изобретения свидетельствует тот факт, что изобретение нейлона многими источниками называется одним из важнейших научных открытий XX века.

Акрил (акриловое волокно, нитрон) — синтетическое волокно, получаемое путём формования из растворов полиакрилонитрила или его производных. Само волокно прочное, жёсткое, устойчивое к окрашиванию. Содержание добавок варьируется в зависимости от типа волокна. Применяют для изготовления трикотажных изделий, костюмных тканей, в том числе используется в виде напыления, для придания материалам водоотталкивающих свойств. Также применяется в различных технических изделиях.

Этапы получения:

1.Получение пропена путем крекинга нефтепродуктов.

2. Получение акрилонитрила из пропена

3. Дальнейшая полимеризация с получением полиакрилонитрила.

(-CH₂-CH(CN)-)n

Полиакрилонитрил

Качественная акриловая ткань применяется при производстве текстильных изделий для транспорта, в мебельном производстве (обивочная ткань), домашнего текстиля. Акриловые материалы используются при пошиве одежды. При этом они могут служить как основной тканью, так и играть роль подкладки. Разнообразные пледы, ковровые изделия и шторы – еще один вариант использования акриловых тканей. Акрил применяется для изготовления защитной спецодежды, зимней верхней одежды. В зависимости от видов добавленных тканевых волокон, из него шьют трикотажную одежду и костюмы. Этот материал также используется для производства рекламных баннеров, тентов, различных навесов, маркиз и вывесок. Такое применение акриловых тканей обусловлено их способностью прекрасно сохранять внешний вид, не деформируясь даже при высоких температурах.

Полиэстер - это общее название полиэфирных волокон и материалов, получаемых из расплавов полиэтилентерефталата. 

Полиэтилентерефталат

Вещества, которые используются для получения волокна – это этиленгликоль и терафталевая кислота:

Этиленгликоль Терафталевая кислота

Источники обоих веществ – углеводороды нефти.

ПОЛУЧЕНИЕ БЕЛКА

Еще в начале 20 века население Земли составляло всего-то около 1,5 миллиардов человек. Спустя сто лет цифра возросла до 6 миллиардов. Сейчас, когда пишется эта статья, население планеты уже перевалило за отметку в 7 миллиардов. А к 2050 году прогнозируется уже более 9 миллиардов.

Со стремительным ростом населения планеты также стремительно возрастает и потребность в пище. И многие ученые задаются вопросом, каким образом обеспечить растущее население планеты достаточным количеством пропитания?

Как это ни странно, но нефть и здесь находит свое применение. Она может помочь не только с обеспечением человечества энергией, но и с обеспечением его пищей. Причем самым непосредственным образом.

Уже давно известно, что углеводороды в качестве питания используют многие микроорганизмы. Еще в 1895 году японский биолог Миоши опубликовал отчет о микробном разложении углеводородов. Он заметил, что некоторые виды алканов, которые являются составной частью нефти, служат пищей для грибка Botrytis Cinerea. Впоследствии было выяснено, что способность потреблять углеводороды довольно широко распространена среди различных микроорганизмов. Некоторые из них способны при этом продуцировать значительное количество белка.

В 1957 году во Франции приступили к изучению возможностей по биохимической переработке углеводородов с целью получения белковых веществ. В некоторых других странах также проводились подобные исследования. В России пошли дальше теоретических изысканий. Первый в мире крупный завод кормовых дрожжей мощностью 70 000 т. в год. был пущены в 1973 г. в СССР в г. Кстово Нижегородской области и в г. Кириши Ленинградской области. В качестве сырья использовались отходы нефтепереработки. К 1970 году, с целью восполнения нехватки белкового питания, в СССР планировалось выпускать 900000 тонн кормовых и пищевых дрожжей в год , таким образом к 1985 году становясь лидером по производству белка одноклеточных.В качестве сырья на нем использовали выделенные из нефти н-алканы и несколько видов дрожжей, способных к быстрому росту на углеводородах: Candida maltosa, Candida guilliermondii, Candida lipolytica. В дальнейшем именно отходы от переработки нефти служили главным сырьем для производства дрожжевого белка, которое быстро росло и к середине 80-х гг. превысило 1 млн. т. в год, причем в СССР кормового белка получали вдвое больше, чем во всех остальных странах мира, вместе взятых.

Часть производимой продукции даже поставлялась на экспорт – в Финляндию, Чехословакию, Южную Корею. Однако в последующем масштабы производства дрожжевого белка на углеводородах нефти резко сократились. Это произошло как в результате экономического кризиса 90-х гг., так и из-за целого ряда специфических проблем, с которыми связано это производство. Одна из них - необходимость очистки готового кормового продукта от остатков нефти, имеющих канцерогенные свойства.

В нашей стране мало районов, пригодных для выращивания сои, являющейся основным источником белковых добавок. Поэтому налажено крупнотоннажное производство кормовых дрожжей на n-парафинах. Действует несколько заводов мощностью от 70 до 240 тыс. тонн в год. Сырьем служат жидкие очищенные парафины.

Сама технология получения синтетического белка из нефти довольно проста. В полученный при переработке нефти парафин добавляют соли азота, фосфора, калия и других элементов. В эту смесь добавляют воду и, в полученный таким образом питательный раствор, добавляют закваску, состоящую из специально подобранных бактерий. Буквально за несколько часов микроорганизмы поглощают парафин, превращая его в белок. Затем белок фильтруется, очищается, и дезодорируется. Полученная питательная смесь без запаха и вкуса может использоваться в производстве самых разных продуктов, заменяя белок животного происхождения.

Современная наука достигла такого уровня развития, что ученые способны сконструировать пищу с нужными параметрами. Развитие современной химии, например, позволяет искусственно создать любой вкус и запах, который будет неотличим от вкуса и запаха натурального продукта. Существующие сегодня технологии и оборудование позволяют воссоздавать свойства и внешний вид привычных нам продуктов питания, их структуру, вкус, цвет, запах. Также ученые научились воссоздавать питательный состав пищи, балансировать ее аминокислотный состав.

Таким образом, современные технологии позволяют получить из нефти сначала белок, а затем сконструировать из него искусственно созданные мясопродукты. Хотя, справедливости ради, надо отметить, что натуральный кусок мяса существующие технологии пока не в состоянии подделать (слишком уж сложна его структура), но мясные изделия из фарша, такие как колбасы, сосиски - вполне решаемая задача.

С ростом потребности в пище микробиологический синтез белка из нефтепродуктов приобретает в последнее время все большую актуальность. В свое время было подсчитано, что 2% от объема ежегодно добываемой нефти вполне достаточно для питания 2 миллиардов человек в течение года. А это больше, чем все население планеты в начале 20 века.

Состав выхлопных газов

Выхлопные газы (или отработавшие газы) – основной источник токсичных веществ, образующихся при работе двигателя внутреннего сгорания. Это неоднородная смесь различных газообразных веществ с разнообразными химическими и физическими свойствами, состоящая из продуктов полного и неполного сгорания топлива, избыточного воздуха, аэрозолей и различных микропримесей (как газообразных, так и в виде жидких и твердых частиц), поступающих из цилиндров двигателей в его выпускную систему. В своем составе они содержат около 300 веществ, большинство из которых токсичны. Основными нормируемыми токсичными компонентами выхлопных газов двигателей являются оксиды углерода, азота и углеводорода. Кроме того, с выхлопными газами в атмосферу поступают предельные и непредельные углеводороды, альдегиды, канцерогенные вещества, сажа и другие компоненты. При работе двигателя на этилированном бензине в составе выхлопных газов присутствует свинец, а у двигателей, работающих на дизельном топливе - сажа.

Оксид углерода (CO – угарный газ)

Прозрачный, не имеющий запаха ядовитый газ, немного легче воздуха, плохо растворим в воде. Оксид углерода – продукт неполного сгорания топлива, на воздухе горит синим пламенем с образованием диоксида углерода (углекислого газа). В камере сгорания двигателя CO образуется при неудовлетворительном распыливании топлива, в результате холоднопламенных реакций, при сгорании топлива с недостатком кислорода, а также вследствие диссоциации диоксида углерода при высоких температурах. При последующем сгорании после воспламенения (после верхней мертвой точки, на такте расширения) возможно горение оксида углерода при наличии кислорода с образованием диоксида. При этом процесс выгорания CO продолжается и в выпускном трубопроводе.

Оксиды азота (NO, NO₂, N₂O, N₂O₃, N₂O₅)

Оксиды азота являются одними из наиболее токсичных компонентов отработавших газов. При нормальных атмосферных условиях азот представляет собой весьма инертный газ. При высоких давлениях и особенно температурах азот активно вступает в реакцию с кислородом. В выхлопных газах двигателей более 90% всего количества составляет оксид азота NO, который еще в системы выпуска, а затем и в атмосфере легко окисляется в диоксид (NO₂). Оксиды азота раздражающе воздействуют на слизистые оболочки глаз, носа, разрушают легкие человека, так как при движении по дыхательному тракту они взаимодействуют с влагой верхних дыхательных путей, образуя азотную и азотистую кислоты. Как правило, отравление организма человека проявляется не сразу, а постепенно, причем каких либо нейтрализующих средств нет.

N₂O (веселящий газ) – газ с приятным запахом, хорошо растворим в воде. Обладает наркотическим действием.

NO₂ (диоксид) – бледно-желтая жидкость, участвующая в образовании смога. Диоксид азота используется в качестве окислителя в ракетном топливе. Считается, что для организма человека оксиды азота примерно в 10 раз опаснее CO, а при учете вторичных превращений – в 40 раз. Оксиды азота представляют опасность для листьев растений. Установлено, что их непосредственное токсичное влияние на растения проявляется при концентрации в воздухе в пределах 0,5 – 6,0 мг/м³. На величину выброса оксидов азота оказывает значительное влияние температура в камере сгорания. Ранний впрыск топлива или высокие давления сжатия в камере сгорания также способствуют образованию NO₂. Чем выше концентрация кислорода, тем выше концентрация оксидов азота.

Углеводороды – органические соединения, молекулы которых построены только из атомов углерода и водорода, являются токсичными веществами. В выхлопных газах содержится более 200 различных углеводородов, которые делятся на алифатические (с открытой или закрытой цепью) и ароматические. Ароматические углеводороды содержат в молекуле один или несколько циклов из 6 атомов углерода, соединенных между собой простыми или двойными связями (бензол, нафталин, антрацен и др.). Имеют приятный запах.
Наличие углеводородов в отработавших газах двигателей объясняется тем, что смесь в камере сгорания является неоднородной, поэтому у стенок, в переобогащенных зонах, происходит гашение пламени и обрыв цепных реакций. Неполностью сгоревшие углеводороды, выбрасываемые с выхлопными газами и представляющие собой смесь нескольких сотен химических соединений, имеют неприятный запах. Углеводороды являются причиной многих хронических заболеваний. Токсичны также и пары бензина, которые являются углеводородами. Допустимая среднесуточная концентрация паров бензина составляет 1,5 мг/м³. Содержание углеводородов в выхлопных газах возрастает при работе двигателя на режимах принудительного холостого хода (ПХХ, например, при торможении двигателем). При работе двигателя на указанных режимах ухудшается процесс смесеобразования (перемешивания топливовоздушного заряда), уменьшается скорость сгорания, ухудшается воспламенение и, как результат, - возникают его частые пропуски. Углеводороды играют активную роль в образовании биологически активных веществ, вызывающих раздражение глаз, горла, носа и их заболевание, и наносящих ущерб растительному и животному миру. Углеводородные соединения оказывают наркотическое действие на центральную нервную систему, могут являться причиной хронических заболеваний, а некоторые ароматические углеводороды обладают отравляющими свойствами.

Смог (Smog, от smoke – дым и fog - туман) – ядовитый туман, образуемый в нижнем слое атмосферы, загрязненном вредными веществами от промышленных предприятий, выхлопными газами от автотранспорта и теплопроизводящих установок при неблагоприятных погодных условиях. Он представляет собой аэрозоль, состоящую из дыма, тумана, пыли, частичек сажи, капелек жидкости (во влажной атмосфере). Возникает в атмосфере промышленных городов при определенных метеорологических условиях. Поступающие в атмосферу вредные газы вступают в реакцию между собой и образуют новые, в том числе и токсичные соединения. В атмосфере при этом происходят реакции фотосинтеза, окисления, восстановления, полимеризации, конденсации, катализа и т.д. В результате сложных фотохимических процессов, стимулируемых ультрафиолетовой радиацией Солнца, из оксидов азота, углеводородов, альдегидов и других веществ образуются фотооксиданты (окислители).Низкие концентрации NO₂ могут создать большое количество атомарного кислорода, который в свою очередь образует озон и вновь реагирует с веществами, загрязняющими атмосферный воздух. Наличие в атмосфере формальдегида, высших альдегидов и других углеводородных соединений также способствует вместе с озоном образованию новых перекисных соединений. Продукты диссоциации взаимодействуют с олефинами, образуя токсичные нитроперекисные соединения. При их концентрации более 0,2 мг/м³ наступает конденсация водяных паров в виде мельчайших капелек тумана с токсичными свойствами. Их количество зависит от сезона года, времени суток и других факторов. В жаркую сухую погоду смог наблюдается в виде желтой пелены (цвет придает присутствующий в воздухе диоксид азота NO₂ – капельки желтой жидкости). Смог вызывает раздражение слизистых оболочек, особенно глаз, может вызвать головную боль, отеки, кровоизлияния, осложнения заболеваний дыхательных путей. Ухудшает видимость на дорогах, увеличивая тем самым количество дорожно-транспортных происшествий. Опасность смога для жизни человека велика. Так, например, лондонский смог 1952 г. называют катастрофой, так как за 4 дня от смога погибло около 4 тыс. человек. Наличие в атмосфере хлористых, азотных, сернистых соединений и капелек воды способствует образованию сильных токсичных соединений и паров кислот, что губительно сказывается на растениях, а также сооружениях, особенно на исторических памятниках, сложенных из известняка. Природа смогов различна. Например, в Нью-Йорке образованию смога способствуют реакции фтористых и хлористых соединений с капельками воды; в Лондоне – присутствие паров серной и сернистой кислот; в Лос-Анджелесе (калифорнийский или фотохимический смог) – наличие в атмосфере оксидов азота, углеводородов; в Японии – присутствие в атмосфере частиц сажи и пыли.

Загрязнение воздуха идет по трем каналам: 1)газы, выбрасываемые через выхлопную трубу (65%); 2)картерные газы (20%); 3)углеводороды в результате испарения топлива из бака, карбюратора и трубопроводов (15%).

Состав нефти

Пластмассы из нефти

Одежда из нефти

Акриловые волокна

Лекарства из нефти

Белок из нефти

Молекула белка

Кормовой белок

Выхлопные газы

Состав отработанных (выхлопных) газов

Легкие человека после действия выхлопных газов

Выхлопные газы

Смог

Оценочный лист работы в группе (для учащихся)

№

Ф.И.

ученика

Параметры

Кол-во баллов

Оценка

Организовал

Обсуждал

Придумал

Предлагал

Выступал

1

2

3