Урок 20. Окислительные процессы

В уроке 20 «Окислительные процессы» из курса «Химия для чайников» узнаем о процессах с участием кислорода; дадим определения топливу и окислению, а также выясним как эти самые процессы влияют на атмосферу.

Вы хорошо знаете, что человеку и животным необходим воздух (а следовательно, и кислород) для дыхания. Какую же роль играет кислород в организме человека и животных?

Процессы с участием кислорода

В живом организме протекают процессы, в которых сложные вещества пищи — белки, жиры и углеводы — вступают в химические реакции с кислородом. При этом выделяется необходимая для жизнедеятельности энергия. Кислород, необходимый для протекания этих реакций, поступает в организм благодаря процессу дыхания.

Еще одной разновидностью взаимодействия кислорода и сложных веществ является процесс гниения. Вы, наверное, видели, как над кучами гниющей лист вы или каких-либо отходов, особенно по утрам, поднимается пар (рис. 86). Это сложные вещества вступают в реакцию с кислородом воздуха. В результате этой реакции образуется вода и выделяется теплота, благодаря которой вода превращается в пар.

Можно сказать, что гниение и дыхание — это «медленное горение». Эти процессы широко распространены в природе.

Присоединение кислорода как окислительный процесс

Общим для всех рассмотренных процессов с участием кислорода O₂ является то, что продуктами реакции в них являются сложные вещества, которые образуются путем присоединения атомов кислорода к атомам других элементов. Например:

Такие реакции называют реакциями окисления.

Окисление — химическая реакция, в результате которой происходит присоединение атомов кислорода к атомам других элементов.

При сгорании сложного вещества сахарозы (это обычный сахар) C₁₂H₂₂O₁₁ в кислороде также протекает окисление. В этом процессе происходит соединение атомов кислорода с атомами углерода и водорода. При этом образуются углекислый газ и вода:

Окисление может протекать с выделением большого количества теплоты и света — тогда это реакция горения, а также в виде «медленного горения» — дыхания и гниения. Во всех этих случаях происходит присоединение атомов кислорода к атомам других химических элементов, которые входили в состав сложного вещества. В результате процессов горения, гниения и дыхания образуются новые сложные вещества (обычно оксиды).

Понятие о топливе

Процессы горения издавна используются для удовлетворения нужд человека в энергии и тепле.

Топливо — это вещество, которое горит с выделением тепловой энергии.

По агрегатному состоянию топливо бывает твердое, жидкое и газообразное.

Запасы топлива могут быть восполнимыми (древесина, древесный уголь) и невосполнимыми (уголь, торф, нефть).

Каменные и бурые угли. Уголь (рис. 87) является древнейшим источником энергии, с которым знакомо человечество. Он представляет собой полезное ископаемое, которое образовалось из растительного материала на протяжении многих миллионов лет. Например, древесина без доступа воздуха превращается в каменный уголь. Основная масса угля состоит из углерода и органических соединений.

Торф. В Беларуси важное значение для бытового отопления и работы небольших предприятий имеет торф (рис. 88). Это топливо, которое образуется без доступа воздуха на низинных болотах из мха сфагнума и другой растительности. В последнее время его спрессовывают с угольной крошкой и получают торфоугольные брикеты, которые также используются как топливо.

Древесина. Как топливо древесина используется преимущественно на бытовом уровне. Основная масса ее применяется как строительный материал, а также идет на химическую переработку.

Нефть. Источник самых разнообразных жидких видов топлива на Земле — нефть (рис. 89). При ее переработке получают такие важные виды горючего, как бензин, керосин, лигроин, мазут. Эти виды топлива используются в автомобилях и тракторах, реактивных авиационных двигателях, а также на тепловых электростанциях и в системах теплообеспечения жилья и предприятий.

Природный газ. Примерно на 90 % состоит из метана CH₄. Использовать его в качестве топлива стали только в XX в. Сегодня наша жизнь немыслима без газопроводов (рис. 90), доставляющих «голубое топливо» в наши квартиры, на ТЭС, ТЭЦ, промышленные предприятия.

Охрана атмосферы

В результате деятельности человека происходит загрязнение атмосферы самыми различными веществами, многие из которых ядовиты для человека, животных и растений. Изменение состава атмосферы приводит к ослаблению здоровья населения, снижению продолжительности жизни, распространению болезней. Это особенно заметно в больших городах, где атмосфера загрязняется газовыми выбросами промышленных предприятий и автомобильного транспорта.

В состав почти всех известных традиционных видов топлива входят вещества, при сгорании которых образуются не только СО₂ и Н₂О. При неполном сгорании топлива может образовываться весьма ядовитый угарный газ (СО). Также очень неблагоприятны для человека продукты сгорания соединений, содержащих атомы серы и азота, которыми являются оксиды серы (SO₂) и азота (NO, NO₂).

Для улучшения качества бензина в него добавляют соединения свинца. При сгорании такого бензина в окружающую среду выбрасывается большое количество ядовитых для человека веществ, содержащих свинец.

На сжигание различных видов топлива потребляется огромное количество кислорода. Так, в течение 1 ч. полета реактивный самолет (рис. 91) потребляет количество кислорода, вырабатываемое лесом площадью 1 га. за месяц.

Смог (рис. 92) — это туман, смешанный с пылью и сажей и содержащий продукты взаимодействия оксидов серы и азота с водой.

Кислотные дожди. Дождевая вода более кислая, чем обычная, так как в ней содержатся вещества, называемые кислотами. Они образуются при взаимодействии оксидов серы и азота с парами воды.

Парниковый эффект (рис. 93) возникает в результате повышения температуры воздуха за счет накопления в атмосфере некоторых газов, называемых парниковыми. Основным парниковым газом является углекислый газ. В результате парникового эффекта повышается температура воздуха в нижних слоях атмосферы, происходит изменение климата, возможны таяния ледников, наводнения.

Поскольку атмосфера у всех народов Земли общая, разные государства предпринимают совместные меры по ее защите от вредных выбросов. Для этого на заводах устанавливаются очистительные установки, совершенствуются системы очистки выхлопных газов автотранспорта, разрабатываются новые экологически чистые производства и виды транспорта.

Уменьшить влияние химических веществ на природу, здоровье людей возможно, только сделав самые тщательные исследования источников и состава ядовитых соединений. Химия как наука позволяет человеку найти пути решения указанных выше проблем охраны атмосферы.

Краткие выводы урока:

1. Окисление — химическая реакция, в результате которой атомы кислорода присоединяются к атомам других элементов.
2. Топливо — это вещество, которое горит с выделением тепловой энергии.
3. Основными видами топлива являются каменные и бурые угли, торф, древесина, нефть и природный газ.
4. Сжигание различных видов топлива приводит к таким неблагоприятным последствиям, как смог, кислотные дожди и парниковый эффект.

Надеюсь урок 20 «Окислительные процессы» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии. Если вопросов нет, то переходите к следующему уроку.