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轻舞迷影
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Lemonice柠檬冰

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化学与人类生活的方方面面息息相关,在生活中有着广泛的应用。本文从居家饮食、医疗卫生、农业生产、工业生产和环境保护几个方面介绍了化学的应用。在文章最后,提到化学带来的环境问题,需要我们共同努力,实现绿色化学。中国论文网 化学是一门与人们的生产和生活密切相关的自然科学,它的神奇之处在于将一百多种元素巧妙地结合起来,构成了一个五彩缤纷的世界。化学的重要性可以用一句话概括:化学是人类进步的关键。我们周围的事物都是由许许多多的化学元素组成的,化学在我们的日常生活的各个方面发挥着不可估量的作用。一、居家饮食方面化学在居家饮食中的应用比比皆是,许多生活现象都可以用化学原理去解释。例如:做馒头的时候我们用纯碱发酵,做出的馒头松软可口;饮用酒也是粮食等原料发生一系列化学变化制得的。我们通过闻是否有硫化氢气体的气味,判断鸡蛋是否变质;用明矾等混凝剂的净化水和液氯等消毒剂对水进行消毒;烧水的壶用时间久了,里层往往有一层白色的水垢,简单的去垢方法就是滴入食醋。很多家庭用作燃料的煤气,是煤在隔绝了空气的地方受热而分解出来的一种混合气体,包含氢气、甲烷、一氧化碳、乙烯、氮以及二氧化碳等成分。人们从乳类、豆类、蛋类、蔬菜等食物中,补充钠、钙、磷、铁等营养元素,饼干、火腿肠、方便面等食品中也使用一些化学添加剂。家庭常用的去污用品——洗衣粉和肥皂、洗洁精、洗涤剂,人们日常使用的化妆品、洗发剂、染发剂、消毒液,也都与化学相关。二、医疗卫生方面人类从诞生之日起,就面临着疾病的严重威胁。人类生存和进化的过程,也是一个与疾病不断抗争的过程。随着科学的发展,特别是医药科学的发展,人类利用化学方法人工制得针对各种疾病的治疗药物,延长了人类的寿命,百岁老人已不是很稀奇的事。人们谈之色变的癌症、艾滋病尽管现在还难以医治,但有些国家的研究人员已经找到了行之有效的方法遏制癌细胞再生并杀死癌细胞和预防艾滋病疫苗,给癌症和艾滋病患者带来了生命的曙光。人造假肢、人造骨骼、人造牙齿等人造器官的发明,给残疾人朋友带来了福音,使他们也能像正常人一样生活。而给适龄儿童注射疫苗,增强了儿童的疾病抵抗率,新生婴儿的死亡率大大降低。三、农业生产方面我们国家是一个农业大国,高产增收是农民朋友提高自身生活水平的重要因素。农民朋友采用农业科研人员研制的种子、化肥,促使了农业的高丰收;使用高效低毒的农药杀死影响或危害农作物生长的杂草、昆虫和病菌,减少了农作物病虫害的发生;使用生长调节剂改善农作物的生长条件,获得粮食果蔬的高产和丰收;人工合成的类天然昆虫保幼激素可以破坏幼虫的正常生长发育,杀死幼虫;人工降雨很大程度上解决了农作物生长旺盛期水分不足的问题。各种农业机械设备的制造,也与化学密不可分。用农作物秸秆和动物粪便密封发酵产生的沼气,是一种清洁能源,而且沼气残渣可以用作农作物的肥料和鱼的饵料,是一种循环利用的生产方式。在普通塑料薄膜里注入玻璃纤维,可以大大提高塑料温室的强度,人们在不同的季节也可以品尝到新鲜的蔬菜和水果,“围着火炉吃西瓜”已经不是难事。四、工业生产方面工业生产水平是一个国家综合水平发展的标志,与化学密不可分。比如,铁、铝、镁、锌、铜等金属材料的冶炼和制备,用化学方法对金属表面进行处理;高分子合成材料、复合材料的研发和制造;煤炭资源仍然是发电主要来源。随着我国机动车数量的不断攀升,机动车用油的需求加大,对石油冶炼的高效率、高产出率提出了要求。在大力提倡清洁能源的今天,用天然气做燃料无疑是不二的选择;化石燃料是不可再生资源,积极寻找无污染的新能源是化学工作者的一项艰巨任务。在航天工程中,如何找到重量轻、能量高的燃料是一个重要的科研课题。此外,硬水的软化,海水的淡化等都与化学工业紧密相关。五、环境保护方面化学处理技术在消毒和灭菌方面有着较长的历史和较广泛的应用。及时回收生产和生活废弃的垃圾,将其转化为可以使用的其他物品,可减少对环境的污染;在汽车排气口加铂铑催化剂装置,减少汽车尾气中有害物质的排放;在煤炭的燃烧过程中采用固硫的措施,减少二氧化硫的排放;采用可降解的塑料,减少白色污染。广大农村地区将用农作物秸秆和动物粪便密封发酵产生的沼气作为燃料,解决了秸秆焚烧和粪便乱倒对环境的污染问题。水污染问题是环境保护面临的主要问题之一,利用化学原理降低污染是一种行之有效的方法,也是目前普遍使用的方法。总之,化学学科与人类的生活息息相关,它给人类生活带来了翻天覆地的变化。没有化学的地球,将是另外一种景象。但同时我们也要看到,化学也造成许多环境问题:汽车尾气排放,食物中农药残留,酸雨的侵蚀,臭氧层空洞越来越大。环保成了一个不可推卸的责任。化学学科本身也在积极地减少对环境的污染,提出绿色化学的概念。随着科技的进步,或许不久的将来,化学的益处更多些,弊处会少一些。

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顺宏冷暖-MISS冯

化学所面临的挑战 1.1 化学的形象正在被与其交叉的学科的巨大成功所埋没 化学是一门中心科学,化学与生命、材料等八大朝阳科学有非常密切的联系,产生了许多重要的交叉学科,但化学作为中心学科的形象反而被其交叉学科的巨大成就所埋没。化学这门重要的中心科学(central science)反而被社会看作是伴娘科学(bridesmaid science)而不受重视。 1.2 化学正被各种各样的环境污染问题所困扰 化学的发展在不断促进人类进步的同时,在客观上使环境污染成为可能,但是起决定性的是人的因素,最终要靠人们的认识不断提升来解决这个问题。一些著名的环境事件多数与化学有关,诸如臭氧层空洞、白色污染、酸雨和水体富营养化等;另一方面把所有的环境问题都归结为化学的原因,显然是不公平的,比如森林锐减、沙尘暴和煤的燃烧等。这当然与化学没有树立好自己的品牌有关系,在最早的化学工艺流程里面,根本没有把废气和废渣的处理纳入考虑范围,因此很多化学工艺都是会带来环境污染的。现在,有些人把化学和化工当成了污染源。人们开始厌恶化学,进而对化学产生了莫名其妙的恐惧心理,结果造成凡是有“人工添加剂”的食品都不受欢迎,有些化妆品厂家也反复强调本产品不含有任何“化学物质”。事实上,这些是对化学的偏见,监测、分析和治理环境的却恰恰是化学家。 2 绿色化学是应对挑战的必然 科学不但要认识世界和改造世界,还要保护世界。化学也如此,为了应对化学所面临的挑战,提倡绿色化学是刻不容缓。 2.1 绿色化学的概念 绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学或清洁化学,是指化学反应和过程以“原子经济性”为基本原则,即在获取新物质的化学反应中充分利用参与反应的每个原料原子,在始端就采用实现污染预防的科学手段,因而过程和终端均为零排放和零污染,是一门从源头阻止污染的化学。绿色化学不同于环境保护,绿色化学不是被动地治理环境污染,而是主动的防止化学污染,从而在根本上切断污染源,所以绿色化学是更高层次的环境友好化学。 2.2绿色化学的产生及其背景 当今,可持续发展观是世人普遍认同的发展观。它强调人口、经济、社会、环境和资源的协调发展,既要发展经济,又要保护自然资源和环境,使子孙后代能永续发展。绿色化学正是基于人与自然和谐发展的可持续发展理论。在1984年,美国环保局(EPA)提出“废物最小化”,这是绿色化学的最初思想。1989年,美国环保局又提出了“污染预防”的概念。 1990年,美联邦政府通过了“防止污染行动”的法令,将污染的防止确立为国策,该法案条文中第一次出现了“绿色化学”一词。1992年,美国环保局又发布了“污染预防战略”。1995年,美国政府设立了“总统绿色化学挑战奖”。1999年英国皇家化学会创办了第一份国际性《绿色化学》杂志,标志着绿色化学的正式产生。我国也紧跟世界化学发展的前沿,在1995年,中国科学院化学部确定了《绿色化学与技术》的院士咨询课题。 2.3 绿色化学的核心内容 原子经济性是绿色化学的核心内容,这一概念最早是1991年美国Stanford大学的著名有机化学家Trost(为此他曾获得了1998年度的“总统绿色化学挑战奖”的学术奖)提出的,即原料分子中究竟有百分之几的原子转化成了产物。理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物,不产生副产物或废物,实现废物的“零排放”。他用原子利用率衡量反应的原子经济性,认为高效的有机合成应最大限度地利用原料分子的每一个原子,使之结合到目标分子中。绿色化学的原子经济性的反应有两个显著优点:一是最大限度地利用了原料,二是最大限度地减少了废物的排放。原子利用率的表达式是: 原子利用率= (预期产物的式量/反应物质的式量之和)×100% 如无公害氧化剂过氧化氢的制备可采用乙基蒽醌法,即由氢和氧在2-乙基蒽醌和Pd为催化剂作用下直接合成,2-乙基蒽醌复出并可循环使用。此反应原子利用率为100%,体现了原子经济性,减少废物的生成和排放,是典型的零排放例子。 2.4 绿色化学的12项原则和5R原则 为了简述了绿色化学的主要观点,P.T.Anastas和J.C.Waner曾提出绿色化学的12项原则,这12项原则对我们今后从事绿色化学的研究具有一定的指导作用。 Ⅰ.防止——防止产生废弃物要比产生后再去处理和净化好得多。 Ⅱ.讲原子经济——应该设计这样的合成程序,使反应过程中所用的物料能最大限度地进到终极产物中。 Ⅲ.较少有危害性的合成反应出现——无论如何要使用可以行得通的方法,使得设计合成程序只选用或产出对人体或环境毒性很小最好无毒的物质。 Ⅳ.设计要使所生成的化学产品是安全的——设计化学反应的生成物不仅具有所需的性能,还应具有最小的毒性。 Ⅴ.溶剂和辅料是较安全的——尽量不同辅料(如溶剂或析出剂)当不得已使用时,尽可能应是无害的。 Ⅵ.设计中能量的使用要讲效率——尽可能降低化学过程所需能量,还应考虑对环境和经济的效益。合成程序尽可能在大气环境的温度和压强下进行。 Ⅶ.用可以回收的原料——只要技术上、经济上是可行的,原料应能回收而不是使之变坏。 Ⅷ.尽量减少派生物——应尽可能避免或减少多余的衍生反应(用于保护基团或取消保护和短暂改变物理、化学过程),因为进行这些步骤需添加一些反应物同时也会产生废弃物。 Ⅸ.催化作用——催化剂(尽可能是具选择性的)比符合化学计量数的反应物更占优势。 Ⅹ.要设计降解——按设计生产的生成物,当其有效作用完成后,可以分解为无害的降解产物,在环境中不继续存在。 Ⅺ.防止污染进程能进行实时分析——需要不断发展分析方法,在实时分析、进程中监测,特别是对形成危害物质的控制上。 Ⅻ.特别是从化学反应的安全上防止事故发生——在化学过程中,反应物(包括其特定形态)的选择应着眼于使包括释放、爆炸、着火等化学事故的可能性降至最低。 为了更明确的表述绿色化学在资源使用上的要求,人们又提出了5R理论: Ⅰ.减量——Reduction 减量是从省资源少污染角度提出的。减少用量、在保护产量的情况下如何减少用量,有效途径之一是提高转化率、减少损失率。②减少“三废”排放量。主要是减少废气、废水及废弃物(副产物)排放量,必须排放标准以下。 Ⅱ.重复使用——Reuse 重复使用这是降低成本和减废的需要。诸如化学工业过程中的催化剂、载体等,从一开始就应考虑有重复使用的设计。 Ⅲ.回收——Recycling 回收主要包括:回收未反应的原料、副产物、助溶剂、催化剂、稳定剂等非反应试剂。 Ⅵ.再生——Regeneration 再生是变废为宝,节省资源、能源,减少污染的有效途径。它要求化工产品生产在工艺设计中应考虑到有关原材料的再生利用。 Ⅴ.拒用——Rejection 拒绝使用是杜绝污染的最根本办法,它是指对一些无法替代,又无法回收、再生和重复使用的毒副作用、污染作用明显的原料,拒绝在化学过程中使用。 3 绿色化学的发展前景 3.1反应原料的绿色化 即反应原料符合5R原则。 3.2原子经济性反应 在基本有机原料的生产中,已有一些原子经济性反应的典范,如丙烯氢甲酰化制丁醛、甲醇羰化制醋酸和从丁二烯和氢氰酸合成己二腈等。 3.3高效合成法 不涉及分离高效的的多步合成无疑是洁净技术的重要组成部分。 3.4.提高反应的选择性———定向合成 如不对称合成。 3.5.环境友好催化剂 例如在正己烷的裂解反应中,固体酸SiO2-AlCl3比普通AlCl3具有更好的选择性,更小的腐蚀性。 3.6.物理方法促进化学反应 如微波引发和促进Diels Alder反应、Claisen重排、缩合等许多重要的有机反应。 3.7.酶促有机化学反应 酶促有机化学反应有高效性、选择性、反应条件温和和自身对环境友好等特点。 3.8溶剂 化学污染不仅来源于原料和产品,而且与反应介质、分离和配方中使用的溶剂有关,有毒挥发性溶剂替代品的研究是绿色化学的重要研究方向。如超临界流体、水相有机合成和室温熔盐溶剂等。 3.9.计算机辅助绿色化学设计和模拟 在化学化工领域,计算机已广泛用于构效分析、结构解析、反应性预测、故障诊断及控制等许多方面。无疑,计算机在寻找符合绿色化学原则的最佳反应路线、化工过程最优化、产品设计等方面推动了绿色化学的更快发展。 3.10环境友好产品 如可降解塑料、环境友好农药、绿色燃料、绿色涂料和CFCs替代物等。 绿色化学为化学的发展注入了新的活力,在21世纪化学必将大有可为。

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