Chemia dla przyszłości – podsumowanie
Wiadomości zdobyte na lekcjach chemii pozwoliły Ci przekonać się, że jest to naprawdę fascynująca dziedzina wiedzy. Chemia ma wpływ na wiele aspektów naszego życia, między innymi na nasze zdrowie, środowisko, a także na to, w co się ubieramy oraz jak się odżywiamy. Odkrycia, które zawdzięczamy chemikom, decydują o tym, jak się będzie rozwijać nasza cywilizacja. Czy na podstawie zdobytych wiadomości potrafisz odpowiedzieć na pytania czym jest gleba i w jaki sposób jej właściwości wpływają na wielkość plonów? Czy potrafisz zaproponować sposoby zapobiegania degradacji gleb? Czy wiesz jak racjonalnie gospodarować odpady? Czy potrafisz wskazać odnawialne i nieodnawialne źródła energii oraz wymienić zalety i wady ich stosowania? Czy wiesz w jaki sposób określa się jakość benzyny? Czy wiesz co łączy to paliwo z ropą naftową? Czy wiesz czym są i jakie zastosowanie znalazły tworzywa sztuczne?
Zapoznaj się z poniższym materiałem i usystematyzuj swoją wiedzę związaną z wymienionymi powyżej zagadnieniami.
1. Czym jest gleba?
Gleba to warstwa skorupy ziemskiej o zasadniczym znaczeniu w rozwoju i ciągłości życia biologicznego. Jest także podstawą egzystencji ludzi. Zawiera sole mineralne i wodę niezbędną dla roślin oraz stanowi siedlisko życia wielu organizmów roślinnych i zwierzęcych.
Przyjrzyj się przedstawionemu poniżej doświadczeniu, a następnie napisz, jakie zmiany zostaną zaobserwowane w wyniku jego przebiegu. O czym to świadczy?
Uczeń wykonał doświadczenie, podczas którego umieścił w lejku sączek karbowany, a wewnątrz niego próbkę gleby. Lejek umieścił nad pustą zlewką, po czym na warstwę gleby umieszczoną w sączku nanosił wodny roztwór atramentu. W efekcie ciecz spływała po lejku do zlewki. Jakich obserwacji dokonał uczeń? Czy woda skapująca do zlewki była zabarwiona, czy nie? Zapisz, o czym to świadczy?
Gleba wykazuje właściwości sorpcyjne, dzięki czemu ma zdolność do pochłaniania gazów z powietrza, cząsteczek lub jonów z roztworów oraz mikroorganizmów i drobnych cząstek z zawiesin.
2. Czy jakość gleby ma duży wpływ na wysokość plonów?
O urodzajności gleby decyduje jej żyzność, która jest wynikiem procesów glebotwórczych i która zależy od zawartości koloidów glebowych, próchnicy, związków mineralnych oraz ilości drobnoustrojów. Na wysokość uzyskiwanych plonów ma wpływ nie tylko rodzaj gleby, ale także jej odczyn (pH), od którego zależy między innymi dostępność składników pokarmowych. Do identyfikacji rodzaju gleby (oceny jej odczynu) można wykorzystać rośliny tak zwane wskaźnikowe (fitoindykatory).
Zapoznaj się z krótkim tekstem zamieszczonym poniżej, a następnie rozwiąż zadanie na jego podstawie.
Wpływ odczynu gleby na przyswajalność składników pokarmowych jest zróżnicowana. Wraz z zakwaszaniem się gleb następuje spadek przyswajalności , , , , oraz mikroskładników i . Natomiast wraz ze wzrostem odczynu gleby następuje spadek przyswajalności metali ciężkich: , , i . Spadek odczynu poniżej pH prowadzi do wzrostu aktywności jonów glinu i manganu, które mogą toksycznie oddziaływać na rośliny.
Źródło: Wpływ odczynu gleby na przyswajalność składników pokarmowych, nawozy.eu, [dostęp: ].
3. Jak wyżywić świat?
Rozwój produkcji rolnej w celu zaspokojenia potrzeb rosnącej liczby mieszkańców Ziemi przyczynił się do produkcji nawozów mineralnych. 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, które działają powoli. 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 oraz rosnąca liczba środków transportu to główne przyczyny degradacji gleb, co prowadzi do spadku ich urodzajności. A i tak, w porównaniu z powietrzem i wodą, najdłużej opierają się działaniu szkodliwych substancji.
Zapoznaj się z podstawowymi rodzajami zanieczyszczeń gleby opisanymi poniżej, a następnie rozwiąż zadanie zamieszczone poniżej.
Wyróżnia się trzy podstawowe rodzaje zanieczyszczeń gleby, są to:
zanieczyszczenia mechaniczne:
gruz;
opakowania;
odpady poeksploatacyjne;
odpady z gospodarstw;
zanieczyszczenia chemiczne:
przenawożenie;
nadmierne zakwaszenie
nadmiar pestycydów;
zasolenie;
akumulacja metali ciężkich;
akumulacja substancji ropopochodnych;
zanieczyszczenia biologiczne:
uprawy monokulturowe;
składowanie odpadów, głównie komunalnych;
przedawkowanie nawozów naturalnych; wycinanie i wypalanie lasów;
odwadnianie gruntów.
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 nich wielu produktów, bez których obecnie trudno wyobrazić sobie codzienne życie. Chemicy i fizycy już niejednokrotnie przyczyniali się do rozwoju energetyki, dlatego też cały czas poszukują nowych źródeł energii i ulepszają technologie już istniejące. W wyniku prowadzonych badań otrzymują coraz lepsze materiały i modyfikują te, które wydają się być niezbędne w naszej rzeczywistości. Chociażby 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 cały czas prowadzi się intensywne badania w poszukiwaniu alternatywnych rozwiązań, możliwych do zastosowania w różnych gałęziach światowej gospodarki, które dzisiaj zależne są od tej kopaliny.
Na podstawie informacji zawartych na grafice, wskaż, które spośród wymienionych poniżej stwierdzeń są prawdziwe.
Zapoznaj się z podanymi poniżej informacjami dotyczącymi składu, właściwości i zastosowanie ropy naftowej.
Początków przetwórstwa ropy naftowej należy szukać w Polsce, gdzie pracował Ignacy Łukasiewicz. Ropa to mieszanina kilku tysięcy substancji chemicznych, głównie węglowodorów (stałych, ciekłych i gazowych). Zawiera też związki siarki, azotu i tlenu. Ma postać gęstej cieczy o ciemnobrunatnej barwie i ostrym zapachu. Pali się żółtym, kopcącym płomieniem. Produkty pochodzące z przerobu tego surowca to: paliwa, oleje, smary, farby, kosmetyki, tworzywa sztuczne, leki, guma, zabawki, środki ochrony roślin, materiały wybuchowe, odzież i inne wyroby codziennego użytku.
Metoda rozdzielania składników ropy naftowej na tak zwane frakcje, czyli mieszaniny substancji o zbliżonych temperaturach wrzenia, nazywa się destylacją frakcyjną (destylacją frakcjonowaną, rektyfikacją). Proces ten odbywa się w rafineriach.
Zapoznaj się z informacjami odnośnie do poszczególnych frakcji ropy naftowej, a następnie wykonaj zadanie umieszczone poniżej.
Ropa to mieszanina kilku tysięcy substancji chemicznych, głównie węglowodorów (stałych, ciekłych i gazowych), które można od siebie oddzielić podczas tak zwanej destylacji frakcyjnej. Węglowodory różnią się właściwościami w zależności od długości łańcucha węglowego, dlatego będą wrzeć w różnych temperaturach. Węglowodory zawierające od do atomów węgla są gazami, tak zwanymi gazami rafineryjnymi, a ich oddzielenie jest możliwe w temperaturze do . Benzyna zawiera węglowodory posiadające od do atomów węgla w łańcuchu, których temperatury wrzenia mieszczą się w zakresie od do . Kolejną frakcją, która zostaje wydzielona w temperaturach od do jest tak zwana nafta. W jej skład wchodzą węglowodory posiadające od do atomów węgla w łańcuchu. Cięższą frakcję stanowi olej napędowy, którego składowe zawierają od do atomów węgla i wrzą w temperaturach od do . W temperaturach wyższych niż pozostają węglowodory posiadające powyżej atomów węgla w cząsteczce. Ta frakcja nazywana jest mazutem.
Dziś trudno wyobrazić sobie nasz świat bez ropy naftowej. Jeśli chcemy, by nasza cywilizacja przetrwała i nadal się rozwijała, musimy dołożyć wszelkich starań, aby z dużym wyprzedzeniem podjąć działania w kierunku zwiększenia efektywności energetycznej.
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, opisującym jakość benzyny, jest liczba oktanowa (LO), która określa odporność paliwa silnikowego na niekontrolowany samozapłon w silnikach z zapłonem iskrowym.
Na podstawie powyższej grafiki, wskaż, która z poniższych mieszanin będzie odpowiadać liczbie oktanowej (LO) równej .
Mieszanina wzorcowa służąca do wyznaczenia liczby oktanowej składa się z ,,–trimetylopentanu (izooktanu) i heptanu. Wiedząc, że czysty izooktan ma liczbę oktanową równą wskaż, która z poniższych mieszanin będzie mieć LO równą .
Innym sposobem na podwyższenie liczby oktanowej benzyny jest proces zwany reformingiem. Jest stosowany wobec lekkich frakcji ropy naftowej lub produktów krakingu. Podczas reformingu zachodzą reakcje odwodornienia, izomeryzacji, cyklizacji, aromatyzacji i hydrokrakingu.
Na grafice przedstawiono schemat procesów, które mają miejsce podczas reformingu heksanu. Wskaż poprawnie zapisane przekształcenie.
Wiedząc, że reforming pozwala na podwyższenie liczby oktanowej benzyny wskaż, które dokończenie zdania poprawnie definiuje ten proces.
Benzyna otrzymywana w rafineriach ropy naftowej pokrywa zaledwie w 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.
Na podstawie przedstawionego na grafice przykładu, odpowiedz, na czym polega kraking.
Wiedząc, że kraking pozwala na otrzymanie benzyny z wyższych frakcji powstałych w procesie destylacji frakcyjnej ropy naftowej wskaż, które dokończenie zdania poprawnie definiuje ten proces.
Chociaż na naszych drogach pojawiają się samochody i autobusy zasilane innymi paliwami, np. LPG (gaz płynny), CNG (gaz ziemny), biopaliwem (np. biodiesel), wodorem czy nawet wodą, to jednak wciąż zdecydowana 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 jednocześnie cały czas poszukuje się nowych, alternatywnych źródeł jej pozyskiwania. Obecnie, przyglądając się analizom i przewidywaniom dotyczącym bezpieczeństwa energetycznego naszej planety, trzeba przyznać, że sektor energetyki związany z alternatywnymi źródłami 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, takich jak szkło, metal, papier, drewno, tkaniny oraz tworzywa sztuczne. Każda z tych substancji ma zarówno wady, jak i zalety, a ich znajomość jest niezbędna, aby móc bezpiecznie przechowywać w nich różnego rodzaju produkty, np. spożywcze.
Rodzaj opakowania | Cechy opakowań |
---|---|
Szklane | Odporność na czynniki biologiczne |
Odporność na czynniki chemiczne | |
Niepalność | |
Możliwość wielokrotnego użycia | |
Możliwość recyklingu | |
Nienasiąkliwość | |
Przezroczystość | |
Łatwość barwienia na różne kolory | |
Papierowe | Możliwość recyklingu |
Niewielki ciężar | |
Łatwość barwienia na różne kolory | |
Małe przewodnictwo cieplne | |
Łatwość zagospodarowania odpadów | |
Z tworzyw sztucznych | Odporność mechniczna |
Odporność na czynniki biologiczne | |
Odporność na czynniki chemiczne | |
Możliwość wielokrotnego użycia | |
Możliwość recyklingu | |
Nienasiąkliwość | |
Niewielki ciężar | |
Przezroczystość | |
Łatwość barwienia na różne kolory | |
Niska cena | |
Metalowe | Odporność mechaniczna |
Odporność na czynniki biologiczne | |
Niepalność | |
Możliwość recyklingu | |
Drewniane | Możliwość wielokrotnego użycia |
Możliwość recyklingu | |
Małe przewodnictwo cieplne | |
Łatwość zagospodarowania odpadów | |
Przepuszczalność powietrza | |
Z tkaniny | Możliwość wielokrotnego użycia |
Możliwość recyklingu | |
Niewielki ciężar | |
Małe przewodnictwo cieplne | |
Przepuszczalność powietrza |
Prawdziwe jest powiedzenie, że od każdej reguły są wyjątki. Należy pamiętać, że w zależności od sposobu użytkowania danej rzeczy, możliwe jest ponowne użycie opakowania wykonanego z papieru. Z kolei nie każde opakowanie wykonane z metalu lub drewna jest ciężkie. Przykładem mogą być lekkie puszki wykonane z aluminium bądź drobne opakowania drewniane, wyprodukowane ze sklejki lub balsy. Również nie wszystkie tkaniny będą łatwo przepuszczać powietrze – jest to w dużej mierze uzależnione od rodzaju zastosowanych włókien.
Dzięki chemii rynek opakowań cały czas ewoluuje. Opakowania są wytwarzane z surowców, które spełniają coraz wyższe wymagania rynku. Coraz częstszymi innowacyjnymi rozwiązaniami są 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 (powstałe w wyniku reakcji polimeryzacji niskocząsteczkowych związków nienasyconych), jak i polikondensacyjne (reakcja polimeryzacji połączona z wydzieleniem niskocząsteczkowego produktu ubocznego, np. wody).
Tworzywa sztuczne, tak wszechobecne w naszym codziennym życiu, ciągle budzą wiele obaw dotyczących ochrony środowiska oraz bezpieczeństwa zdrowotnego. Obecnie duże potencjalne zagrożenie stwarza tak zwany mikroplastik, którego oddziaływanie na środowisko i organizmy żywe wciąż nie jest poznane. Tworzywa sztuczne, za sprawą coraz lepszych cech użytkowych, jakie uzyskują dzięki pracy badawczej wielu chemików na całym świecie, będą zapewne nie tylko materiałami teraźniejszości, ale także przyszłości.
11. Jak osiągnięcia chemików mogą wpływać na to, w co się ubieramy?
Początkowo do wytwarzania odzieży człowiek wykorzystywał tylko surowce naturalne – 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.
Współcześnie naukowcy skupiają się na możliwościach wytwarzania tak zwanych tkanin inteligentnych, czyli takich, które same reagują na warunki otoczenia. Rozwój technologii przyniósł nowe możliwości. Zaczęto produkować włókna sztuczne oraz włókna syntetyczne.
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 są ogromnym zagrożeniem dla środowiska i zdrowia człowieka. Szczególnie kłopotliwe są tworzywa sztuczne, które trudno się przetwarza, a składowane mogą nie ulec rozkładowi nawet przez lat.
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 , w związku z obchodami Międzynarodowego Roku Chemii podkreślano, że „Chemia jest podstawową nauką leżącą u podłoża najważniejszych wyzwań Ważne jest, abyśmy wszyscy zdali sobie sprawę ze znaczenia chemii dla świata”.
Zapoznaj się z materiałem multimedialnym na temat potencjału aplikacyjnego odkryć z dziedziny chemii i biochemii.
Ćwiczenia
Na rysunku przedstawiono urządzenie do badania:
Wybierz poprawne dokończenie poniższego zdania.
Wybierz poprawne dokończenie poniższego zdania.
Wybierz poprawne dokończenie poniższego zdania.
Zamieszczony poniżej znak graficzny oznacza, że:
Z jakich tworzyw może być wykonany czajnik bezprzewodowy: termoplastycznych czy termoutwardzalnych? Odpowiedz i uzasadnij.
Zapoznaj się z danymi w tabeli, a następnie wskaż, które z zamieszczonych poniżej stwierdzeń jest poprawne.
Roślina | pH gleby |
---|---|
malina | |
pelargonia | |
pomidory | |
czosnek | |
truskawka | |
por |
Podany poniżej znak informuje, że:
Do otrzymania tony PVC zużywa się acetylenu. Oblicz, ile kilogramów PVC powinno powstać z acetylenu.
Uczeń przeprowadził doświadczenie, w którym badał zachowanie się różnych tkanin w roztworze . Do badania wykorzystał próbki tkaniny wełnianej, bawełnianej, z jedwabiu sztucznego, z jedwabiu naturalnego oraz wiskozy. Zaobserwował, że po pewnym czasie dwie tkaniny uległy rozpuszczeniu.
Przeanalizuj poniższą tabelę. Zaznacz, w którym wierszu tabeli włókna zostały zakwalifikowane poprawnie.
Numer wiersza | Włókna naturalne | Włókna sztuczne | Włókna syntetyczne |
---|---|---|---|
bawełna | azbest | nylon, modal, poliester | |
bawełna, azbest | wiskoza, modal | nylon, poliester | |
bawełna | nylon, modal, poliester | azbest | |
wiskoza, bawełna, azbest | poliester | nylon, modal |
Projekt badawczy
Twoim zadaniem będzie realizacja projektu badawczego, który możesz przeprowadzić samodzielnie lub w grupie. W tym celu ustal dokładny harmonogram eksperymentu, który pozwoli Ci na zweryfikowanie postawionej hipotezy. Zgromadź potrzebne materiały i sprzęt. Wyniki przedstaw w postaci dowolnej metody prezentacji – może być to krótki film, infografika, artykuł, plakat czy prezentacja multimedialna. Na samym końcu opisz, czego nowego dowiedziałaś/łeś się podczas doświadczenia.
Autor/ Nauczyciel | Tytuł projektu | Nawożenie roślin doniczkowych |
Temat projektu | Badanie wpływu nawożenia, na rozwój wybranej rośliny doniczkowej, np. paprotki, storczyka | |
Badana hipoteza | Nadmierne nawożenie szkodzi rozwojowi rośliny | |
Materiały źródłowe (strony internetowe, rozdział w podręczniku) | Strony internetowe, działy: , , w e‑podręczniku | |
Uczeń | Co 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) | tygodni | |
Wyniki (tabela, wykres, rysunek, fot.) | ||
Wniosek | ||
Refleksja (czego projekt mnie nauczył?) |
Karta dla ucznia do pobrania – wyniki i wnioski z projektu badawczego
Chemia dla przyszłości - test
Bibliografia
Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, t. 1‑2, Warszawa 2002.
Encyklopedia PWN
Mackenzie A., Ball A. S., Virdee S. R., Ekologia. Krótkie wykłady, Warszawa 2015.
McMurry J., Chemia organiczna, t. 1, Warszawa 2000.
Mocek A., Gleboznawstwo, Warszawa 2015.
Pielichowski J., Puszyński A., Chemia polimerów, Kraków 2004.
Ochrona środowiska 2020, Główny Urząd Statystyczny, online: śhttps://stat.gov.pl/obszary-tematyczne/srodowisko-energia/srodowisko/ochrona-srodowiska-2020,1,21.htmp, dostęp: 13.09.2021.