Урок - конференція "Зелена хімія"

Тема уроку: «Зелена хімія».

Цілі уроку: 1. Формування ключових компетентностей:

• спілкування державною мовою;
• інформаційно-цифрова компетентність;
• ініціативність і підприємливість;
• уміння вчитися впродовж життя;
• екологічна грамотність і здорове життя.

2. Формування предметних компетентностей:

• розкрити поняття «Зелена хімія»,  визначити  мету «зеленої хімії», значення в житті людини та довкілля;
• розвивати екологічне мислення учнів на прикладі важливості економії енергії й сировини в промисловості й побуті;
• розвивати навички пошуку інформації в різних джерелах про перспективні напрями енергетичного комплексу, нові джерела енергії;
• поглибити й розширити знання учнів про роль хімії у сучасних умовах.

Тип уроку: урок-конференція.

Обладнання: схеми, малюнки, повідомлення та презентації учнів.

Форми роботи: робота зі схемами і малюнками, повідомлення, презентації учнів.

Очікувані результати: учень/учениця усвідомлює роль органічної хімії в розв’язанні сировинної, енергетичної, екологічної проблем, створенні нових матеріалів; необхідність знання властивостей речовини для встановлення її впливу на власне здоров’я і довкілля; висловлює судження про можливості використання органічних сполук залежно від їхніх властивостей; робить висновки про важливість знань про органічні сполуки.

Хід уроку

І. Організаційний момент.

ІІ. Оголошення теми, мети і завдань уроку.

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності.

Викладач.

Бурхливий розвиток хімічної науки та промисловості ставить людство перед низкою проблем: виснаження невідновлюваних ресурсів, проблеми безпеки та захворювання населення, пов’язані із хімічним виробництвом та токсичністю деяких його продуктів. Техногенні катастрофи ХХ ст, щорічні витрати на запобігання забруднення довкілля надали потужний імпульс для розробки інноваційного підходу до вирішення екологічних проблем за допомогою хімії.

Зараз в історії хімії відкривається нова сторінка, пов’язана із розвитком нового наукового напрямку – «зеленої», або «екологічно раціональної хімії».

IV. Представлення результатів роботи учнів.

План

1. Поняття, мета, основні напрямки проблем «зеленої хімії».
2. Принципи «зеленої хімії».
3. Значення «зеленої хімії» в житті людини та довкілля .

Учень 1.

Зелена хімія (Green Chemistry) - науковий напрямок в хімії, до якого можна віднести будь-яке вдосконалення хімічних процесів, що позитивно впливає на навколишнє середовище. Як науковий напрямок, виник у 90-і роки XX століття.

Феномен «зеленої хімії» є міждисциплінарним за своєю сутністю: відбувається інтеграція синтетичної органічної хімії із аналітичною хімією, фізичною хімією, токсикологією, мікробіологією, біотехнологією та технічними науками.

«Зелена» хімія — філософія хімічних досліджень та інженерії, що закликає до створення продуктів і процесів, які дають змогу мінімізувати використання та виробництво шкідливих речовин.

 Зелена хімія розглядає:

• ідеальний процес ‒ простий, одностадійний процес, екологічно безпечний, ефективний на молекулярному рівні, з використанням відновлюваної сировини,  що забезпечує максимальний вихід продукції;
• ідеальний продукт ‒ потребує мінімум енергії та упаковки, безпечний, на 100% розкладається мікроорганізмами, може перероблятися;
•  «ідеальний споживач» – він користується мінімальною кількістю товарів, розуміє необхідність збереження довкілля.

Учень 2.

Метою «зеленої хімії» стає розвиток технологій, які є результатом більш ефективних хімічних реакцій.  На відміну від більшості програм, спрямованих на вирішення проблем боротьби з існуючим забрудненням довкілля, «зелена хімія» робить унікальний акцент на попередженні цих забруднень на початкових стадіях планування, здійснення хімічних процесів та охоплює всі типи й аспекти хімічних процесів, які мінімізують ризик негативного впливу на довкілля та здоров’я людини.

Учень 3.

У чому ж полягає різниця між наукою про навколишнє середовище —  екологією й «зеленою хімією»? Обидва ці напрями спрямовані на пошук шляхів, які зроблять наш світ кращим. Вони є взаємопов’язаними, однак перша з них встановлює джерела забруднень, пояснює механізми й оцінює проблеми довкілля, у той час як друга — шукає шляхи вирішення цих проблем, вказуючи багатьом галузям науки й промисловості на ті напрями розвитку, які сприятимуть створенню процесів без застосування токсичних сполук і без побічних продуктів, що попередить забруднення довкілля.

Основні напрямки проблем «зеленої хімії»:

• перший пов’язаний із переробкою, утилізацією та знищенням екологічно небезпечних побічних і відпрацьованих продуктів хімічної промисловості;
• другий, більш перспективний, пов’язаний з розробкою нових промислових процесів, які дозволяли б обійтися без шкідливих для навколишнього середовища продуктів (у тому числі побічних) або звести їх використання і утворення до мінімуму.

Учень 4.

Дванадцять принципів зеленої хімії.

В 1998р. американські хіміки  П. Т. Анастас і Дж. С. Уорнер у своїй книзі «Зелена хімія: теорія і практика»  сформулювали дванадцять принципів «зеленої хімії», суть яких зводиться до рекомендацій науковцям, промисловцям та представникам державних органів щодо спрямування їхньої діяльності на зменшення або відмови від використання небезпечних матеріалів та хімічних процесів:

1. Вибирати хімічний синтез, який забезпечує запобігання утворення відходів. Не залишати ніяких відходів для утилізації й поховання.

 2. Методи синтезу треба вибирати таким чином, щоб всі матеріали, які використовуються в процесі, були максимально переведені в кінцевий продукт.

3. Вибирати такі методи синтезу, по можливості, щоб  речовини, які використовуються і продукти синтезу були найменш шкідливими для людини і навколишнього середовища.

4. Створювати  хімічні продукти, які повною мірою ефективні, але мають малу токсичність або взагалі не токсичні.

 5. Допоміжні речовини при виробництві, такі  як розчинники, краще не використовувати зовсім, а якщо це неможливо, їх використання має бути нешкідливим.

6. Обов'язково слід враховувати енергетичні витрати та їх вплив на навколишнє середовище і вартість продукту. Синтез, по можливості проводити при температурі, близькій  до температури навколишнього середовища, і при атмосферному тиску.

7. Вихідні речовини і необхідні матеріали повинні бути відновлювальними у всіх випадках, коли це технічно і економічно вигідно. Джерелом відновлювальної сировини часто є сільськогосподарські продукти або відходи інших процесів; джерела невідновлювальної сировини - частіше це джерела викопного палива (нафта, природний газ, вугілля) чи гірничих розробок.

8. Де можливо, треба уникати отримання проміжних продуктів (блокуючих груп, приєднання і зняття захисту і т. д.).

9. Завжди слід віддавати перевагу каталітичним процесам (по можливості найбільш селективним).

10. Хімічний продукт повинен бути таким, щоб після його використання він не залишався в навколишньому середовищі, а розкладався на безпечні продукти.

11. Потрібно розвивати аналітичні методики, щоб можна було стежити в реальному часі за утворенням небезпечних продуктів.

12. Речовини і форми речовин, що використовуються в хімічних процесах, потрібно вибирати таким чином, щоб ризик хімічної небезпеки, включаючи вибухи, пожежі і викиди в навколишнє середовище  були мінімальними.

Ці 12 принципів, завдяки своїй актуальності, користі та конкретності, зробили певний внесок у розширення та становлення нової філософії.

Є. С. Локтєва та В. В. Лунін додали до цього списку додатковий, 13-й принцип:

 Якщо ви робите все так, як звикли, то і отримаєте те, що зазвичай отримуєте.

Учень 5.

Як дотримуватися принципів зеленої хімії?

Принципи Зеленої хімії тільки починають ставати складовою нашого життя. Людство робить лише перші кроки в цьому напрямку, хоча певні досягнення вже існують.

Принципам Зеленої хімії відповідає одержання й використання біодизелю та біоетанолу. Це зменшує споживання (спалювання) викопного палива. А кількість утвореного вуглекислого газу внаслідок спалювання рослинного пального фактично дорівнює тій кількості CO₂, яку поглинули рослини з повітря в процесі фотосинтезу.

Наукова спільнота закликає людство взагалі відмовитися від спалювання нафтопродуктів. Відомо, що сьогодні лише 5 % сирої нафти використовують для виробництва синтетичних хімічних речовин, більша частина йде на пальне. Нафтову сировину необхідно використовувати винятково для синтетичної хімії, а спалювати біопальне, синтезоване з біомаси

Останнім часом деякі хімічні компанії відмовляються від використання «класичних» органічних розчинників: дихлороетану, хлороформу, бензену тощо. Сьогодні проводять наукові дослідження щодо заміни їх безпечними речовинами, в наукових лабораторіях розробляють способи модернізації технологій із метою «озеленити» хімічні виробництва. Але засновники Зеленої хімії закликають змінити саму філософію підходу до модернізації виробництва. Як аргумент вони наводять той факт, що більшість хімічних засобів покупці обирають не заради їх хімічної формули, а заради корисного ефекту від них. Наприклад, мийні засоби люди купують для миття посуду, і краще продається той засіб, що миє краще, а не той, у якого «унікальний» хімічний склад.

Отже, відповідно до принципів Зеленої хімії, насамперед необхідно думати про кінцевий результат, а не про певні речовини. Наприклад, можна створювати суперефективні мийні засоби для видалення нагару зі сковорідки з хитромудрою формулою чи привабливим запахом. А можна покрити сковорідки антипригарним покриттям, щоб цей нагар не утворювався.

Учень 6.

Одним з головних принципів «зеленої хімії» є запобігання утворенню відходів, але нині акцент зміщується у бік правильного їх використання, адже деякі з відходів неминуче утворюються. Перш за все йдеться про сільськогосподарську біомасу, тобто органічні відходи, що залишаються після того як з рослин вилучили все те, заради чого їх виростили. Цю біомасу, так само як і тверді побутові відходи, можна перетворювати у найрізноманітніші хімічні продукти. Зрозуміло, що зазначену проблему мають вирішувати не лише хіміки, але й біологи, технологи та представники багатьох інших спеціальностей.

 Якщо до хімічної промисловості застосовувати такий підхід, тоді Зелена хімія вийде на новий рівень розвитку і стане невід'ємною частиною нашого життя.

Викладач.

Незважаючи на певні успіхи, вчені вважають, що нині погляд на «зелену хімію» має дещо змінитися, адже за останню чверть століття світ також помітно змінився. Так, наприклад, виробництво величезного асортименту товарів перемістилося з Європи та США до Китаю і країн Азії. Все менше залишається корисних копалин, нафти, металів тощо, і це відбувається на фоні збільшення населення планети. Отже, потреби зростають, а ресурси зменшуються, й за цих умов хімічна промисловість має забезпечити світ необхідними продуктами виробництва, й зробити це, виключивши небезпечні компоненти, не виробляючи небезпечних відходів й не завдаючи шкоди довкіллю. Поки що ніхто не знає, як розв’язати цю надскладну задачу, але ми мусимо її вирішувати, якщо хочемо, аби звичне для нас суспільство продовжувало існувати. Для одних рішень достатнім буде модернізувати або адаптувати існуючі технології, а також ті, що перебувають на стадії розробки, для інших — потрібні відкриття або принципово нові технології.

V. Підбиття підсумків уроку, оцінювання учнів.