3.10. Chemia dla przyszłości – podsumowanie

Informacje, które poznaliście na lekcjach chemii, pozwoliły wam przekonać się, że jest to fascynująca dziedzina wiedzy. Chemia ma między innymi wpływ na nasze zdrowie, środowisko, na to, w co się ubieramy i jak się odżywiamy. Odkrycia, które zawdzięczamy chemikom, decydują o tym, jak się będzie rozwijać nasza cywilizacja.

1. Czym jest gleba?

Gleba to powierzchniowa warstwa skorupy ziemskiej o zasadniczym znaczeniu w rozwoju i ciągłości życia biologicznego. Jest także podstawą egzystencji ludzi zamieszkujących Ziemię. Zawiera sole mineralne i wodę niezbędną dla roślin oraz stanowi siedlisko życia wielu organizmów roślinnych i zwierzęcych.

2. Czy jakość gleby ma duży wpływ na wysokość plonów?

O urodzajności gleby decyduje jej żyzność, która jest wynikiem procesów glebotwórczych i zależy od zawartości koloidów glebowych, próchnicy, związków mineralnych oraz drobnoustrojów w glebie. Na wysokość uzyskiwanych plonów ma wpływ nie tylko rodzaj gleby, ale także jej odczyn, od którego zależy m.in. dostępność składników pokarmowych. Do identyfikacji rodzaju gleby można wykorzystać rośliny tzw. wskaźnikowe (fitoindykatory).

3. Jak wyżywić świat?

Rozwój produkcji rolnej w celu zaspokojenia potrzeb rosnącej liczby mieszkańców Ziemi przyczynił się do produkcji nawozów mineralnych. Nawozy mogą mieć wpływ na odczyn gleby, a ich nadmiar negatywnie wpływa na środowisko naturalne. Współcześnie producenci dążą do tego, aby zoptymalizować proces dostarczania składników odżywczych roślinom uprawnym, np. poprzez zastosowanie nawozów wieloskładnikowych, wolno działających. Najczęściej stosowanym kryterium podziału nawozów jest ich pochodzenie.

4. Jakie rodzaje zanieczyszczeń mogą być przyczyną degradacji gleb?

Intensywny rozwój przemysłu, zwłaszcza ciężkiego, niewłaściwa gospodarka nawozami i pestycydami w rolnictwie i ogrodnictwie, rosnąca liczba środków transportu to główne przyczyny degradacji gleb, prowadzącej do spadku ich urodzajności. Pomimo tego gleby w porównaniu z powietrzem i wodą najdłużej opierają się działaniu szkodliwych substancji.

5. W jaki sposób wynalazki i innowacje chemiczne decydują o naszej energetycznej przyszłości?

Współczesna cywilizacja jest uzależniona od takich kopalin, jak: węgle kopalne, ropa naftowa i gaz ziemny. Nowoczesne technologie stosowane w przemyśle chemicznym pozwalają na uzyskiwanie z kopalin wielu produktów, bez których trudno wyobrazić sobie codzienne życie. Chemicy niejednokrotnie przyczyniali się do rozwoju energetyki. Cały czas poszukują nowych źródeł energii i ulepszają technologie już istniejące, otrzymują coraz lepsze materiały i modyfikują te, które wydają się niezbędne w naszej rzeczywistości. Na przykład odkrycie zjawiska promieniotwórczości i rozwój energetyki jądrowej mogą przynajmniej na jakiś czas zaspokoić zapotrzebowanie ludzkości na energię.

6. Czy świat może istnieć bez ropy naftowej?

Cała globalna gospodarka jest uwarunkowana wydobyciem ropy naftowej. Często w środkach masowego przekazu pojawiają się spekulacje, jak będzie wyglądał świat, gdy zabraknie tego surowca. Dlatego prowadzi się intensywne badania w poszukiwaniu alternatywnych rozwiązań możliwych do zastosowania w różnych gałęziach światowej gospodarki, które dzisiaj zależne są od tej kopaliny.
Metoda rozdzielania składników ropy naftowej na tzw. frakcje, czyli mieszaniny substancji o zbliżonych temperaturach wrzenia, nazywa się destylacją frakcyjną (destylacją frakcjonowaną, rektyfikacją). Proces ten odbywa się w rafineriach.

7. Benzyna – popularne paliwo obecnie i w przyszłości?

Benzyna otrzymywana w procesie destylacji frakcyjnej ropy naftowej to mieszanina węglowodorów o prostych łańcuchach węglowych, która spala się wybuchowo (detonacyjnie), dlatego nie może być od razu wykorzystywana jako paliwo do samochodów. Najważniejszym parametrem określającym jakość benzyny jest liczba oktanowa (LO).
Innym sposobem na podwyższenie liczby oktanowej benzyny jest proces zwany reformingiem.
Benzyna otrzymywana w rafineriach ropy naftowej pokrywa zaledwie w 1/3 zapotrzebowanie przemysłu motoryzacyjnego. Dlatego produkuje się ją również w procesach przerobu węgla kamiennego, z gazu syntezowego lub z wyższych frakcji destylacji frakcyjnej ropy naftowej w procesie zwanym krakingiem.
Chociaż na naszych drogach pojawiają się samochody i autobusy zasilane innymi paliwami, np. LPG (gaz płynny), CNG (gaz ziemny), biopaliwem (np. biodiesel), czy nawet wodą, to jednak większość pojazdów jest przystosowana do tradycyjnego paliwa.

8. Czy alternatywne źródła energii to energetyczna przyszłość naszej planety?

Ograniczone zasoby paliw kopalnych oraz ich znaczący udział w zanieczyszczeniu środowiska sprawiają, że sukcesywnie zwiększa się ilość energii produkowanej ze źródeł odnawialnych, a także cały czas poszukuje się nowych alternatywnych źródeł jej pozyskiwania. Obecnie, przyglądając się analizom i przewidywaniom dotyczącym bezpieczeństwa energetycznego naszej planety, trzeba przyznać, że rozwój alternatywnych źródeł energii będzie musiał w przyszłości coraz skuteczniej wypierać z rynku klasyczne rozwiązania.

9. Co łączy chemię z opakowaniami różnych towarów?

Opakowania, które są integralną częścią współczesnych produktów, wytwarzane są z różnych materiałów, tj.: szkło, metal, papier, drewno, tkaniny oraz tworzywa sztuczne. Każda z tych substancji ma zarówno wady, jak i zalety.
Tabela 1. Zalety opakowań wykonanych z różnych materiałów
Rodzaj opakowaniaSzklanePapieroweZ tworzyw sztucznychMetaloweDrewnianeZ tkaniny
Odporność mechaniczna  
plus
plus
  
Odporność na czynniki biologiczne
plus
 
plus
plus
  
Odporność na czynniki chemiczne
plus
 
plus
   
Niepalność
plus
  
plus
  
Możliwość wielokrotnego użycia
plus
   
plus
plus
Możliwość recyklingu
plus
plus
plus
plus
plus
plus
Nienasiąkliwość
plus
 
plus
   
Niewielki ciężar 
plus
plus
  
plus
Przezroczystość
plus
 
plus
   
Łatwość barwienia na różne kolory
plus
plus
plus
   
Niska cena  
plus
   
Małe przewodnictwo cieplne 
plus
  
plus
 
Łatwość zagospodarowania odpadów 
plus
  
plus
 
Przepuszczalność powietrza     
plus
Dzięki chemii rynek opakowań cały czas ewoluuje. Opakowania są wytwarzane z surowców, które spełniają coraz wyższe wymagania rynku. Innowacyjne rozwiązania, które coraz częściej możemy zauważyć, to opakowania produkowane z materiałów biodegradowalnych.

10. Czy tworzywa sztuczne to najtrwalszy pomnik ludzkiej wynalazczości?

Tworzywa sztuczne są jednym z najbardziej uniwersalnych i wielofunkcyjnych materiałów. Stały się one podstawą nowoczesnego życia, a największym obszarem ich zastosowania są właśnie opakowania. Do produkcji opakowań wykorzystuje się polimery zarówno polimeryzacyjne, jak i polikondensacyjne.
Tworzywa sztuczne, tak wszechobecne w naszym codziennym życiu, ciągle budzą wiele obaw dotyczących ochrony środowiska oraz bezpieczeństwa zdrowotnego. Jednak ze względu na coraz lepsze cechy użytkowe, jakie uzyskują dzięki pracy badawczej wielu chemików na świecie, tworzywa sztuczne to nadal materiał przyszłości i trwały pomnik ludzkiej wynalazczości.

11. Jak osiągnięcia chemików mogą wpływać na to, w co się ubieramy?

Początkowo do wytwarzania odzieży człowiek wykorzystywał tylko surowce naturalne, np. skórę, włókna roślinne i zwierzęce. Jednak wraz z rozwojem cywilizacyjnym zmianom ulegał również rynek włókienniczy. Coraz częściej wykorzystuje się w tej dziedzinie nanotechnologię i elektronikę, starając się sprostać coraz wyższym wymaganiom użytkowników i dużej konkurencji na rynkach zbytu.
Rozwój technologii przyniósł nowe możliwości. Zaczęto produkować włókna sztuczne oraz włókna syntetyczne. Współcześnie naukowcy skupiają się na możliwościach wytwarzania tzw. tkanin inteligentnych.

12. Cywilizacja śmieci, czyli jak poradzić sobie z rosnącą górą odpadów?

Odpady i związane z nimi zagrożenia stają się w obecnych czasach coraz bardziej zauważalnym problemem. Śmieci nie tylko szpecą krajobraz, ale stanowią ogromne zagrożenie dla środowiska i zdrowia człowieka. Szczególnie kłopotliwe są tworzywa sztuczne, które stanowią ok. 15% masy i 70% objętości wszystkich wytwarzanych odpadów.

13. Przyszłość chemii czy może chemia przyszłości?

Współczesna chemia nie zamyka się w laboratorium, lecz koncentruje się wokół zagadnień związanych z człowiekiem oraz środowiskiem naturalnym. W związku z obchodami Międzynarodowego Roku Chemii podkreślano, że Chemia jest podstawową nauką leżącą u podłoża najważniejszych wyzwań XXI wieku. Ważne jest, abyśmy wszyscy zdali sobie sprawę ze znaczenia chemii dla świata.

Zadania

Pamiętam i rozumiem

  1. 1.
    Czy skład gleby ma wpływ na rozwój roślin? Omów tę zależność na przykładach.
  2. 2.
    Zaproponuj sposoby ochrony gleby przed degradacją.
  3. 3.
    Podziel substancje powstające podczas pirogenizacji węgla ze względu na stan skupienia i opisz znaczenie tych produktów, które są cieczami.
  4. 4.
    Wyjaśnij różnice pomiędzy dwoma procesami: krakingiem i reformingiem.
  5. 5.
    Scharakteryzuj wybrany rodzaj tworzyw sztucznych (np. PVC, PE, PP), podając: budowę, równanie reakcji otrzymywania, właściwości i zastosowanie.
  6. 6.
    Dlaczego z węgla brunatnego uzyskuje się znacznie mniej energii niż z takiej samej ilości węgla kamiennego?
  7. 7.
    Porównaj zalety oraz wady bawełny i jedwabiu naturalnego. Czy budowa obu włókien oparta jest na tym samym składniku?

Czytam i interpretuję

  1. 1.
    Na podstawie dowolnych źródeł informacji dotyczących gospodarki odpadami i recyklingu przedyskutuj wady i zalety różnych sposobów radzenia sobie z odpadami stałymi.
  2. 2.
    Ustosunkuj się do stwierdzenia: energetyka jądrowa to bezpieczny sposób na produkcję energii we współczesnym świecie.
  3. 3.
    Przeanalizuj wpływ różnorodnych sposobów pozyskiwania energii na stan środowiska przyrodniczego.
  4. 4.
    Wyjaśnij na jakiej zasadzie działa odzież termoaktywna.
  5. 5.
    Wyjaśnij, dlaczego sprzętu elektronicznego nie można wyrzucać na wysypisko śmieci.

Rozwiązuję problemy

  1. 1.
    Na czym polega chemiczne zanieczyszczenie gleby? Zaproponuj sposoby ochrony gleby przed degradacją.
  2. 2.
    W jaki sposób możemy zbadać odczyn gleby w przydomowym ogródku, zanim rozpoczniemy sadzenie roślin?
  3. 3.
    Zaproponuj sposób, w jaki można doświadczalnie odróżnić tkaninę wykonaną z włókna naturalnego od tkaniny syntetycznej, np. jedwabiu naturalnego od sztucznego.
  4. 4.
    Czy czajnik bezprzewodowy może być wykonany z tworzyw termoplastycznych, albo termoutwardzalnych? Odpowiedź uzasadnij.
  5. 5.
    Jedną z form zagospodarowania odpadów jest recykling. Wyróżnia się trzy formy recyklingu: materiałowy, surowcowy i energetyczny. Którą(e) z tych form powinno się zastosować do zagospodarowania butelek z PET, a którą(e) – do puszek aluminiowych?
  6. 6.
    W jaki sposób możesz przyczynić się do zmniejszenia ilości odpadów powstających w twoim domu?
  7. 7.
    Oblicz pojemność jednej baryłki ważącej 135,15 kg, wypełnionej ropą naftową o gęstości 0,85 g/cm3. Wynik podaj w litrach i w galonach amerykańskich.
  8. 8.
    Do otrzymania 1 tony PVC zużywa się 580 kg acetylenu. Oblicz, ile kg PVC powinno powstać z 290 g acetylenu.

Projekt badawczy

Tabela 2. Nawożenie roślin doniczkowych
Autor/NauczycielTytuł projektuNawożenie roślin doniczkowych
Temat projektuBadanie wpływu nawożenia, na rozwój wybranej rośliny doniczkowej np. paprotki, storczyka
Badana hipotezaNadmierne nawożenie szkodzi rozwojowi rośliny
Materiały źródłowe (strony internetowe, rozdział w podręczniku)Strony internetowe, działy: IV, V, VI w e-podręczniku
UczeńCo dokładnie mam zamiar zrobić, by sprawdzić, czy hipoteza jest prawdziwa?Obserwować, jak rozwijają się sadzonki wybranej rośliny w zależności od ilości dostarczanego nawozu
Co trzeba przygotować, by zweryfikować hipotezę?Rośliny, nawóz, sprzęt pomiarowy
Co będę obserwować (mierzyć)?Wielkość (wysokość), wygląd rośliny –wielkość liści, kolor liści
Czas trwania (ile czasu potrzeba, by wykonać projekt)4–6 tygodni
Wyniki (tabela, wykres, rysunek, fot.) 
Wniosek 
Refleksja (czego projekt mnie nauczył?) 
Wyniki i wnioski z projektu badawczego

Test sprawdzający z działów: IV. Chemia gleby, V. Paliwa – obecnie i w przyszłości, VI. Chemia opakowań i odzieży

Test sprawdzający
Klucz testu