Chemické látky v životě člověka

Vše, co je kolem nás a má nějakou hmotnost, je tvořeno chemickými látkami. Přeměnami těchto látek se zabývá chemie. Ta zkoumá nejen které látky se mění na které, ale i za jakých se to děje podmínek a jak se tyto změny projeví v okolí.

Význam chemie

Tvoří surovinovou základnu pro řadu průmyslových odvětví

- výroba chemických polotovarů (Fe, Al, H₂SO₄, frakční destilace ropy, ...)
Odlišuj: příprava (= v malém v laboratoři) x výroba (ve velkém v průmyslu)

- barvářství (= průmysl vyrábějící barviva ® barvení textilu, potravin,...)

- zemědělství (postřiky, hnojiva,...)

- energetika (hoření)

- úprava vody (tj. před použitím)

- výroba a zpracování plastů

- gumárenství

- elektronika (výroba polovodičů)

- farmaceutický průmysl

- kosmetický průmysl

- potravinářský průmysl (aditiva, princip tepelných úprav potravin,...).

- stavebnictví

- atd.

Objasňuje chemické děje významné pro život

- popis chemických reakcí probíhajících v atmosféře, vodě (řeky, jezera, moře,...) a půdě ® péče o životní prostředí,...

- popis chemických reakcí probíhajících v organismech (fotosyntéza, výživa rostlin ® zemědělství, funkce lidského těla ® medicína,...)

Získávání energie (uvolněné při chemických dějích)

- oheň (C + O₂ ® CO₂), ale také S +O₂® SO₂, N + O₂ ® NO nebo NO₂

- galvanické články (elektrická energie)

- jaderná chemie (viz přednáška prof. Navrátila)

Tvoří teoretické základy řady jiných vědních disciplín

biochemie, geochemie, farmakologie, lékařská chemie, molekulární biologie, molekulární biofyzika,...

Má významné postavení v lékařství

Léky, protijedy, soudní lékařství, antidopingové zkoušky, genetické testy (odhad nebezpečí vrozených vad, důkaz pachatele podle DNA, potvrzení či vyvrácení otcovství,...), desinfekce,...

Surovinová základna chemie

a) suroviny rostlinného a živočišnémo původu (probrala biologie)

b) suroviny nerostného původu (tzv. nerostné suroviny) – probrány zde.

O tom, zda nějaký materiál může sloužit za surovinu v chemické výrobě, rozhoduje více okolností, mimo jiné i obsah užitečné složky. S postupujícím vyčerpáváním nerostných surovin jsou výrobci v celém světě nuceni se spokojovat se stále chudšími a horšími surovinami a přizpůsobovat jim technologické procesy. V budoucnu se patrně bude značná část použitých materiálů vracet (recyklovat) k výrobci na přepracování.

Důležité fosilní organické suroviny chemického průmyslu

Uhlí, ropa a zemní plyn jsou základními surovinami pro výrobu elektrické energie (tepelné elektrárny) a jsou také hlavními surovinami pro výrobky moderní anorganické a zejména organické chemie (výroba plastů, syntetického kaučuku, amoniaku, dusíkatých hnojiv, chemických vláken, barviv, výbušnin,...)

Suroviny pro jadernou energetiku

Základním palivem současné jaderné energetiky je zejména uran. V přírodě se vyskytuje ve třech izotopech: ²³⁴U (z celkového množství uranu je ho v přírodě 0,005 %), ²³⁵U (z celkového množství uranu je ho v přírodě 0,74 %), ²³⁸U (z celkového množství uranu je ho v přírodě 99,28 %). V jaderných reaktorech se využívá ²³⁵U. Získává se tzv. obohacováním uranu. Základní surovinou je smolinec U₃O₈. „Vyhořelé“ jaderné palivo je směs mnoha obvykle nebezpečných radioaktivních látek. Cílem zpracování vyhořelého paliva je oddělení štěpných materiálů, tj. uranu a plutonia a jejich vrácení do reaktoru. Prvním krokem ve zpracování vyhořelého jaderného paliva je vyzáření prvků s krátkým poločasem, zejména nebezpečného radioaktivního ¹³¹I. Doba potřebná k vyzáření ¹³¹I je cca 150 dnů.

Voda

Přestože je na Zemi relativně hodně vody, je vody vyhovující k použití velmi málo a voda se musí před použitím upravovat a po použití čistit.

Druhy vod podle původu

vody ® přírodní ® atmosférické ® ovzdušní

® srážkové

® povrchové ® mořské

® kontinentální ® tekoucí

® stojaté

® podzemní ® prosté

® minerální

® odpadní ® splaškové

® průmyslové

Druhy vod podle použití

voda ® pitná

® užitková

® provozní

Průmysl silikátů (křemičitanů)

Použití výrobků silikátového průmyslu

- staviva (maltoviny, krytiny,dlažby, obklady,...)

- technické výrobky (hmoty a produkty odolné tepelně, mechanicky a chemicky, žáruvzdorné zboží, izolace tepelné, zvukové, elektrické)

- užitkové a ozdobné výrobky (nádobí, bižuterie, vázy)

Některé významné látky silikátového průmyslu

Základní surovinou pro výrobu cementu je vápenec.

Velmi čistým druhem vápence jsou křídy (® škola).

Základní surovinou pro výrobu keramického zboží jsou jíly.

Dolomit se využívá ve výrobnách žáruvzdorných hmot a ve sklářství.

Magnezit – žáruvzdorné zboží, keramika.

Oxid křemičitý je nejdůležitější složkou skel. Jeho hlavním surovinovým zdrojem jsou křemičité písky. Nejčistší oxid křemičitý je křišťál (optika).

Azbesty ® azbestové síťky v chemické laboratoři, žáruvzdorné tkaniny na výrobu oděvů pro požárníky,... Azbesty jsou podezřelé z rakovinotvornosti, proto se od jejich používání postupně upouští.

Sádrovec ... výroba sádry.

Získávání technicky důležitých kovů

Základní pojmy průmyslu kovů

Výrobu kovů nazýváme hutnictví nebo metalurgie. Surovinou pro hutnictví jsou rudy. Těžbou rud se zabývá hornictví. Úpravě rud říkáme úpravnictví. Čištěním vyrobených kovů se nazývá rafinace. Metalografie je věda studující vlastnosti kovů.

Suroviny [1] pro výrobu nejdůležitějších kovů

Železo: magnetit, krevel (hematit), siderit, různé druhy hnědele (limonitu). Lidstvu je železo známo od pravěku (viz doba železná).

Mangan: burel (pyroluzit). Manganová ruda se nachází rovněž ve značných množstvích na dnech oceánů v kusech, tzv. konkrecích.

Hliník: bauxit.

Olovo - leštěnec olověný (galenit).

Měď a její slitiny jsou známy už od pravěku (doba měděná). Bronz (slitina mědi a cínu) ® doba bronzová. Poměrně značný je výskyt ryzí mědi, jejíž hlavní naleziště v Kanadě dává přes 10 % světové produkce mědi. Měděné rudy: chalkopyrit, kuprit, malachit a azurit.

Stříbro se v přírodě vyskytuje jako ryzí, více se získá ze stříbrných rud (např. argentit). Hlavními zdroji stříbra jsou však rudy jiných kovů, které stříbro doprovází (zejména rudy olova a zinku)

Zinek: ZnS (má dvě modifikace - sfalerit a wurtzit).

Hořčík: magnezit, dolomit.

Rtuť: rumělka (cinnabarit).

Titan je sice jedním z nejrozšířenějších prvků na Zemi, ale je v ní značně rozptýlen, jeho ložisek je málo a technologie jeho přípravy je obtížná. Větší tradici má jeho využití při výrobě titanové běloby.

Technicky významné plyny

Vodík

Je ve vesmíru nejvíce zastoupen (více než 90 %). Zdrojem vodíku pro technické použití jsou zemní plyn, ropa a uhlí. Vzniká také jako vedlejší produkt při elektrolytických výrobách.

Helium a ostatní vzácné plyny

Zdrojem helia je zemní plyn, ostatní plyny se získávají zejména při zkapalňování vzduchu.

Dusík se připravuje zkapalňováním vzduchu.

Kyslík: Většina čistého kyslíku se vyrobí zkapalňováním vzduchu, zbytek elektrolýzou vody.

Ozon O₃ vzniká v atmosféře působením ultrafialového slunečního záření, při elektrických výbojích (blescích), působením kosmického záření atd. Průmyslově se ozon vyrábí v tzv.ozonizátorech.

Chlor se vyrábí elektrolyticky. Hlavní surovinou na jeho výrobu je chlorid sodný (sůl kamenná). Dále se chlor získává i z některých dalších solí rozpuštěných v oceánech.

Další plyny

Technický význam má i řada dalších plynů, např. oxid uhelnatý, oxid uhličitý, oxidy dusíku, oxid siřičitý SO₂, fluorovodík HF, chlorovodík HCl, amoniak NH₃ a sulfan H₂S.

Průmysl dusíku

Jeho hlavní surovinou byl dříve dusičnan sodný (chilský ledek). Dnes je nejvýznamnější surovinou vzdušný dusík.

Hlavními výrobky průmyslu dusíku jsou amoniak, močovina, kyselina dusičná.

Tyto látky se vesměs využívají v chemickém průmyslu pro výrobu jiných látek.

Průmysl síry

Hlavní surovinou je elementární síra. Síra slouží k přímé spotřebě jen v malém množství k vulkanizaci kaučuku a k ošetření rostlin, je však důležitou surovinou pro výrobu sloučenin síry (především sirouhlíku, oxidu siřičitého a kyseliny sírové, která je velmi významným chemickým polotovarem).

Průmysl chloru a alkalických kovů

Hlavní a rozhodující surovinou je chlorid sodný NaCl. Z dalších významných surovin je to přírodní soda, síran sodný Na₂SO₄, chilský ledek a některé další soli.

Kyselina fosforečná a její soli

Surovinou pro výrobu jsou apatity a fosfority.

Průmyslová hnojiva

Průmyslová hnojiva můžeme rozdělit podle obsahu výživných složek se dělí na:

– jednosložková (obsahují pouze jednu živinu):

o dusíkatá hnojiva ....... značení N

o fosforečná hnojiva ,... značení P

o draselná hnojiva ....... značení K

o vápenatá a jiná hnojiva

– vícesložková (obsahují více hlavních živin; pak mluvíme o NP, PK, NK nebo NPK hnojivech).

Dusíkatá hnojiva (N): dusičnan amonný, dusičnan vápenatý, síran amonný, močovina. Základními poloprodukty pro jejich přípravu jsou amoniak, kyselina dusičná a močovina.

Fosforečná hnojiva (P): superfosfáty – vyrábí z fosfátů pomocí kyseliny sírové nebo fosforečné.

Draselná hnojiva (K): Surovinovou základnou jsou ložiska, kde draslík je doprovodným prvkem chloridu sodného. Nejdůležitějšími draselnými nerosty jsou sylvín, karnalit a kainit.

Vápenatá a hořečnatá hnojiva: ledek amonný s vápencem nebo dolomitem, ledek vápenatý. Vápenec a dolomit se před užitím umelou.