165172 (Значение химии в создании новых материалов, красителей и волокон)

16

НА ТЕМУ:

Значение химии в создании новых материалов, красителей и волокон

Учеников 11-Б класса

Куйбышевской специализированной ООШ I-III ступеней

с углубленным изучением предметов ''Интеллект''

Евсюнина И. В. Писаренко А. В.

Содержание

1. Создание новых материалов – необходимость нашей современности.

Создание новых материалов –это существенная необходимость нашей современности. В современных технологиях часто используют большое давление, температуру и агрессивное действие действие химических веществ. Материалы, которые используются, в частности в машиностроении, недостаточно стойкие и крепкие. Поэтому аппаратура преждевременно изнашивается, требуя частых замен и ремонтов. Новых материалов требуют и новые отрасли техники: космическая, атомная и др. Для практических потребностей необходимы такие материалы, как металлы, полимеры, керамика, красители, волокна.

2. Металлургия

Из металлов самыми необходимыми и далее будут стали Техническое переоснащение металлургической промышленности связано с переходом на выплавку сталей в конвертерах и электропечах. Это расширяет ассортимент изготовленных сталей. Удерживающим фактором здесь может быть дефицит жаростойких и огнеупорных материалов.

Важным источником добычи металлов является вторичное сырье. Например, при современном уровне рециркуляции меди ее хватит на 100 лет, а если его довести до 90% - то на 300 лет. К тому же строительство малых металлургических заводов, которые работают исключительно на металлоломе, показало их высокую эффективность в эксплуатации при добычи новых специальных видов проката.

Среди разнообразных способов обработки металлов особенное место занимает порошковая металлургия. Она заключается в формировании изделий из металлического порошка.

Все больше внедряется в металлургию беспрерывное разливание стали, что не только сокращает цикл производства но и повышает качество разливки. При обычной разливке заготовок верхняя часть слитка выходит пористой, ее нужно отрезать и вернуть на переплавку. Беспрерывное разливание освобождает от этой двойной работы, так как сплав образуется однородный.

Большое будущее в применении плазменной металлургии. В металургие под влиянием плазмы происходит термическая диссоциация руды, реагирующие вещества быстро образуют гомогенную систему. Под воздействием не только интенсифицируется восстановление железа, но и сокращается металлургический цикл. Плазменная металлургия дает возможность перерабатывать руды комплексно, а это способ решения проблемы безотходного производства в металлургии.

Как самостоятельный класс новых материалов можно рассматривать особенно чистые металлы. В них удалось снизить содержание примесей до 1 • 10^-6 — 1 • 10^-7 %. До 1925 г. весь титан в мире имел 0,5 — 5 % примесей, его технологически нельзя было обрабатывать. Сейчас добыть чистый титан, который вытягивается в провод, а в прокате образуются листы и даже фольга. Именно добыча чистых циркония и тантала дало возможность использовать их в машиностроении и атомной энергетике.

3. Природные красители, органические соединения, которые вырабатываются живыми организмами и окрашивают животные и растительные клетки и ткани. В основном соединения желтых, коричневых , черных и красных цветов разных оттенков, очень мало синих и фиолетовых, зеленые, как правило, отсутствуют.

До 2-ой половины XIX в. природные красители - единственные в - ва для крашения текстильных и парфюмерных изделий, кожи, бумаги, пищевых продуктов и др. С развитием промышленности органического синтеза, особенно анилокрасочной пром-ти, природные красители не выдержали конкуренции с красителями синтетическими и в основном утратили былое практическое значение. Их применяют также в пищевой и парфюмерной промышленностях, при исследованиях методами оптической и электронной микроскопии в цитологии и гистохимии, в аналитической химии. Многие природные красители обладают значительной физиологической и антибиотической активностью, вследствие чего их часто используют как лекарственные средства. Некоторые природные красители - регуляторы роста растений, а также сигнальные вещества, привлекающие насекомых-опылителей и отпугивающие вредителей.

Природные красители широко распространены в природе и крайне многообразны. Часто в различных природных источниках встречаются одни и те же или близкие по строению природные красители, поэтому наиболее целесообразно классифицировать их по типам химических соединений:

1.алифатические; 2.алицеклические; 3. ароматические; 4.гетероцеклические. 5.азотсодержащие гетероциклы.

Производные поррола включают три важные группы красителей:

1. Красный пигмент эритроцитов крови гемоглобин - железосодержащий комплекс протопорфирина и белка глобина.

2. Пигменты зеленых частей растений, содержащиеся в хлоропластах наряду с каротиноидами (в соотношении 3:1), сине-зеленый хлорофилл а и желто-зеленый хлорофилл б, играющие важную роль в процессах фотосинтеза.

3. Желчные пигменты.

Производные птеридина - широко распространенные пигменты, содержащиеся в крыльях бабочек и птиц.

4. Красители синтетические, органические соединения, используемые для крашения различных (преимущественно волокнистых) материалов и изделий. Представляют собой главным образом окрашенные соединения., некоторые бесцветные соединения, например, отбеливатели оптические, а также соединения, из которых красители образуются после нанесения на окрашиваемый материал. Цвет красителя обусловлен наличием в его молекуле хромофорной системы - достаточно развитой открытой или замкнутой системы сопряженных кратных связей и связанных с ней электронодонорных и (или) электроноакцепторных заместителей. Кроме того, в молекулах красителей могут содержаться заместители, придающие им различные свойства, например: способность растворяться в водных или неводных средах; образовывать внутрикомплексные соединения с металлами; химически связываться с окрашиваемым материалом.

Синтетические красители должны образовывать окраски, устойчивые к различным физико-химическим воздействиям в процессах последовательной переработки окрашенных материалов и при их эксплуатации, например, к обработке горячей водой и насыщение паром, к действию активного хлора, высоких температур ( в расплавах полимеров), света, морской воды, к погодным условиям, стирке, глажению, трению в сухом и мокром состояниях. Эти свойства оцениваются по пятибалльной шкале, только прочность к свету - по восьми балльной. Набор требований, предъявляемых к красителю, определяется назначением и способом производства окрашенного материала. Помимо устойчивости к различным воздействиям, синтетические красители характеризуют также по ровноте окрасок, чистоте их оттенка.

Производство синтетических красителей - отрасль промышленности тонкого органического синтеза. Синтетические красители получают в результате проведения многостадийного химического синтеза из промежуточных продуктов, производимых, в свою очередь, из ароматических и гетероароматических соединений, вырабатываемых угле- и нефтехимической промышленностью. Часто из одного промежуточного продукта получают несколько синтетических красителей. Промежуточные продукты, кроме того, широко используют для производства лекарственных веществ, пестицидов, ростовых веществ и многих других продуктов. Как правило, производство промежуточных продуктов организовано на заводах, которые вырабатывают синтетические красители.

Для промышленности синтетическим красителям характерны: многоассортиментность (большое число марок синтетических красителей), малотоннажность отдельных производств, многостадийность получения большинства красителей (иногда 10 и более стадий). Это затрудняет механизацию и автоматизацию производства и, следовательно, улучшение экономических показателей.

Основные пути прогресса в промышленности синтетических красителей: разработка для каждого вида крашения триад красителей (желтый - пурпурный голубой), смешением которых по данным расчета цветности на ЭВМ можно получить смесовые марки синтетических красителей любых цветов и оттенков ; организация гибких производств, позволяющих с помощью небольшого числа аппаратов повышенной мощности производить широкий ассортимент продукции; изыскание возможностей использования одних и тех же промежуточных продуктов для синтеза возможно большего числа синтетических красителей и применения в качестве промеж. продуктов соединений, производимых для синтеза лекарственных веществ, пестицидов, фотоматериалов и др..

Полученные в результате химического синтеза синтетические красители обычно мало пригодны для непосредственного применения в крашении и особенно в печатании. Чтобы красители были удобны в применении и для повышения степени их использования (например, исключение мех. потерь, более полная выбираемость из красильных ванн) из них готовят выпускные формы. Это стандартизованные товарные формы, в которых синтетические красители поступают потребителям; кроме красителя, взятого в строго определенной концентрации, в их состав входят различные вспомогательные вещества. На основе одного и того же синтетического красителя может быть приготовлено несколько выпускных форм. Синтетические красители производят в виде непылящих порошков, гранул и жидкостей, в виде растворов.

Применяют синтетические красители для крашения волокон и различных текстильных материалов, кожи, мехов, бумаги, древесины и др.; растворимые в органических средах синтетические красители - для окрашивания бензинов , парафина, спиртов, восков, растительных жиров, синтетических волокон при получении их формированием в массе, пластмасс, резин. Синтетические красители используют также в цветной и черно-белой кинематографии и фотографии, в электрофотографии аналитической химии, в медицине (средства диагностики, при биохимических исследованиях), в жидкостных лазерах, в различных физических приборах в качестве полупроводников и элементов, обладающих фотопроводимостью и некоторыми другими свойствами, как катализаторы.

5. Таблица волокон