7.5. Применение

Определения и обозначения

Применение вещества — использование его свойств для получения нужного продукта или решения практической задачи. Иными словами, вещество выбирают не просто потому, что оно доступно, а потому, что оно подходит для определённой цели. Это понятие помогает связать изучение химии с производством, бытом и другими областями жизни.

Сырьё — вещество или смесь веществ, из которых получают другие продукты. Сырьём могут быть природные материалы, например древесина, руды или нефть, а также продукты предыдущих стадий производства. Термин нужен, чтобы обозначить исходный материал технологической цепочки.

Продукт переработки — вещество, полученное из исходного сырья физическими или химическими методами. При физическом способе компоненты разделяют или изменяют состояние материала, а при химическом превращают исходные вещества в новые. Это различие помогает проследить, какие именно стадии прошёл материал.

Практическое использование — применение вещества или продукта в промышленности, быту, медицине либо сельском хозяйстве. Для выбора области применения оценивают, какие свойства продукта полезны и соответствует ли он условиям работы. Понятие позволяет объяснить, зачем нужен полученный продукт.

Как это устроено

Область применения определяют свойства и состав вещества, потому что в разных задачах нужны разные характеристики. Например, для изготовления проводов важна способность материала проводить электрический ток, а для деталей, испытывающих нагрузку, — прочность. Название и происхождение вещества сами по себе не показывают, насколько оно пригодно для конкретной цели. Поэтому химики и технологи сопоставляют свойства материала с требованиями производства.

Путь от природного сырья к полезному материалу обычно состоит из нескольких стадий. Сначала сырьё добывают и подготавливают, затем разделяют смесь или удаляют нежелательные компоненты. После этого исходные вещества могут вступать в реакции, образуя продукты с нужным составом и свойствами. Готовый продукт иногда дополнительно обрабатывают, чтобы превратить его в материал или изделие.

Одно сырьё может давать разные продукты, поскольку в нём содержатся разные компоненты, а сами компоненты способны вступать в различные реакции. Например, нефть разделяют на фракции — части смеси, различающиеся составом и свойствами, — а затем некоторые из них перерабатывают химически. Разделение позволяет выделить нужные вещества, химические превращения — получить новые. Благодаря сочетанию этих способов из исходного сырья получают целый набор продуктов.

Продукт полезен там, где его свойства отвечают условиям применения. Если материал устойчив к нагреванию, это может быть важно для деталей, работающих при высокой температуре; если он хорошо формуется, его удобно использовать для изготовления изделий сложной формы. Одного свойства обычно недостаточно: учитывают также прочность, безопасность, стоимость и поведение материала в конкретной среде. Такая проверка объясняет, почему один продукт выбирают для одной задачи, а другой — для иной.

Переработка должна обеспечивать не только получение нужного продукта, но и разумное использование ресурсов. Чем эффективнее используют сырьё и энергию, тем меньше потребность в добыче новых природных материалов. Важно также сокращать выбросы и отходы, а побочные продукты по возможности направлять на дальнейшую переработку. Поэтому технологию оценивают одновременно по полезности результата и по её воздействию на окружающую среду.

Практическое применение сырья и продуктов его переработки

Таблица показывает типичные этапы движения материала от сырья к изделиям. Примеры в ней иллюстративные: конкретный способ получения зависит от состава сырья и выбранной технологии.

Пользуясь таблицей, проследите, что служит исходным материалом, как его обрабатывают и какое свойство делает результат нужным. Отдельно проверьте, является ли стадия разделением смеси или химическим превращением. Побочный продукт не следует автоматически считать бесполезным: для него может найтись другое применение.

Разбор задач

Задача 1. Свойство и область применения

Условие: материал хорошо проводит электрический ток и может быть вытянут в проволоку. Объясните, где его можно использовать и почему. Нужно не просто назвать область, а связать каждое данное свойство с требованием к изделию.

1. Определяем, какая задача требует проводить ток: это передача электрической энергии или сигнала. Следовательно, материал подходит для проводников в электрических цепях. Так мы выбираем область по первому свойству, а не по названию вещества.

2. Проверяем значение способности вытягиваться в проволоку. Она позволяет изготовить тонкие длинные проводники нужной формы, которые удобно размещать в кабелях и приборах. Значит, второе свойство подтверждает технологичность применения.

3. Сопоставляем оба свойства с условиями эксплуатации. Одной электропроводности недостаточно: при выборе реального материала дополнительно проверяют прочность, безопасность и устойчивость к нагреванию. Условие задачи даёт основание назвать электротехнику, но не позволяет определить конкретное вещество.

Ответ: материал можно использовать для изготовления проводов и других электрических проводников, потому что он проводит ток и поддаётся вытягиванию в проволоку.

Задача 2. Схема превращения сырья в продукт

Условие: составьте схему получения пластмассового изделия из нефти, указав промежуточные стадии. Требуется различить выделение компонентов смеси и образование новых веществ. Точный состав продукта и условия производства в задаче не заданы, поэтому схема будет общей.

1. Начинаем с нефти как сложного природного сырья. Её разделяют на фракции, в том числе выделяют углеводородное сырьё для дальнейшей переработки. Эта стадия является разделением смеси: выделенные компоненты не обязательно становятся новыми веществами.

2. Подходящие компоненты подвергают химическим превращениям и получают мономер — небольшую молекулу, из множества которых можно построить полимер. Здесь состав исходных веществ меняется, поэтому это уже химическая переработка. Конкретные реакции зависят от выбранного вида пластмассы.

3. Мономеры соединяют в полимер, а затем материал нагревают или иначе обрабатывают и формуют. На последней стадии получают изделие нужной формы. Цепочка показывает, что разделение сырья, реакции и формование выполняют разные функции.

Ответ: нефть → разделение на фракции → выделение углеводородного сырья → получение мономера химическими превращениями → образование полимера → формование пластмассового изделия.

Задача 3. Сравнение способов получения продукта

Условие: сравните два способа получения одного продукта. Первый использует природное сырьё непосредственно, второй — вторичное сырьё после сбора и переработки отходов. Сравните расход ресурсов, число стадий и возможное влияние на природу; считать, что один способ всегда лучше, нельзя без данных о технологии.

1. Сначала выясняем, какие материалы и сколько энергии нужны каждому способу. Использование вторичного сырья может уменьшить потребность в добыче первичных ресурсов, но сбор и очистка тоже требуют затрат. Значит, сравнивать нужно весь процесс, а не только его начальную стадию.

2. Затем подсчитываем технологические этапы: подготовку сырья, разделение, очистку, химические превращения и получение готового продукта. Дополнительные стадии могут повысить сложность производства, однако сами по себе не доказывают его невыгодность. Важно выяснить, что происходит на каждом этапе.

3. Наконец, оцениваем выбросы, отходы и возможность повторного использования побочных продуктов. Способ с меньшим расходом первичного сырья может оказаться предпочтительным, если его переработка не создаёт чрезмерных затрат энергии и загрязнений. При недостатке числовых данных формулируем условный вывод и указываем, какие сведения нужны для точного выбора.

Ответ: нужно сопоставить затраты сырья и энергии, число стадий и экологические последствия всей цепочки. Без данных о расходах и выбросах нельзя обоснованно объявить один способ лучшим.

Типичные ошибки

Путать сырьё и продукт переработки. Ошибка возникает, когда исходный материал и полученное из него вещество называют одним термином. Проверьте себя: сырьё стоит в начале рассматриваемой стадии, а продукт появляется после обработки. На следующем этапе этот продукт сам может стать сырьём.

Перечислять области применения без объяснения свойств. Так бывает, если запомнить, где используют материал, но не связать применение с его характеристиками. В ответе назовите требование задачи и подходящее свойство: например, для провода нужен материал, проводящий ток. Если такой связи нет, обоснование неполное.

Считать любое изменение смеси химической реакцией. Эту ошибку допускают, потому что и разделение, и реакция могут быть частью одной переработки. При физическом разделении компоненты обычно сохраняют химический состав, а при реакции возникают новые вещества. Чтобы проверить себя, спросите, изменился ли состав самих веществ.

Считать побочный продукт обязательно бесполезным отходом. Такой вывод делают, если рассматривают только основную цель производства. Однако побочный продукт может содержать ценные компоненты или служить сырьём для другой стадии. Проверьте, существует ли способ его использовать повторно или переработать; если нет, тогда рассматривают безопасное обращение с отходом.

Связь с другими темами

Для понимания переработки нужны знания о составе и свойствах веществ, способах разделения смесей и типах химических реакций. Эти темы помогают разбирать технологические цепочки и отличать физические стадии от химических превращений. Позже такие умения пригодятся при изучении органического синтеза, химической технологии и производства полимеров. Связь с экологией проявляется в оценке добычи сырья, переработки отходов и воздействия производства на природу.

Что запомнить

• Область применения вещества определяется его свойствами.
• Одно сырьё может быть источником многих продуктов.
• Разделение смеси и химическое превращение — разные процессы.
• Продукты переработки могут становиться сырьём для следующих стадий.
• Практическую ценность производства оценивают с учётом расхода ресурсов и экологических последствий.
• Побочные продукты иногда можно использовать повторно.