Номер 6, страница 294 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

6. Признано, что дешевле предотвратить образование загрязнений, чем ликвидировать их последствия. Приведите примеры воплощения этой идеи в организацию современных химических производств.

Идея о том, что предотвращение загрязнений является более эффективной и экономически целесообразной стратегией, чем устранение их последствий, лежит в основе концепции «зеленой химии» и принципов устойчивого развития. Современные химические производства активно внедряют этот подход, поскольку он позволяет не только снизить нагрузку на окружающую среду, но и повысить рентабельность за счет экономии ресурсов и отсутствия затрат на очистку выбросов и утилизацию отходов. Ниже приведены ключевые примеры реализации этой идеи.

Разработка процессов с максимальной «атомной экономией»

Этот принцип направлен на создание таких химических реакций, в которых максимальное количество атомов из исходных реагентов переходит в целевой продукт, а образование побочных продуктов сводится к минимуму. Это прямое предотвращение образования отходов на самом фундаментальном, молекулярном уровне. Классическим примером является модернизация синтеза ибупрофена. Старый метод (компании Boots) состоял из 6 стадий и имел атомную экономию около 40%, что означало, что 60% массы исходных веществ превращалось в отходы. Новый, трехстадийный каталитический процесс (BHC-процесс) имеет атомную экономию около 80%, что почти вдвое сокращает количество отходов и делает производство значительно более «чистым» и экономически выгодным.

Широкое использование катализаторов

Катализаторы играют ключевую роль в предотвращении загрязнений. Во-первых, они обладают высокой селективностью (избирательностью), направляя реакцию по нужному пути и минимизируя образование нежелательных побочных веществ. Во-вторых, катализаторы позволяют проводить процессы в более мягких условиях (при более низких температурах и давлениях), что значительно снижает энергозатраты и, следовательно, косвенные выбросы $CO_2$, связанные с производством энергии. Примером служит производство полимеров (полиэтилена, полипропилена) с использованием катализаторов Циглера-Натта или металлоценовых катализаторов. Эти технологии позволяют получать полимеры с заданными свойствами при низком давлении, в то время как старые методы требовали экстремально высоких давлений, были менее эффективными и более опасными.

Создание замкнутых технологических циклов

Этот подход заключается в том, чтобы отходы или побочные продукты одного этапа производства становились сырьем для другого внутри одного предприятия или для другого производства (промышленный симбиоз). Это позволяет максимально полно использовать сырье и минимизировать выбросы. Яркий пример — контактный способ производства серной кислоты. Газообразные отходы, содержащие непрореагировавший диоксид серы $SO_2$, не выбрасываются в атмосферу, а возвращаются обратно в реактор для повторного каталитического окисления и поглощения. Благодаря такой рециркуляции достигается степень превращения сырья более 99.7%, а выбросы $SO_2$, вызывающего кислотные дожди, сводятся к минимуму.

Замена опасных веществ на безопасные аналоги

Многие традиционные химические процессы использовали токсичные, летучие и пожароопасные органические растворители (например, бензол, хлороформ, дихлорэтан). Современная промышленность стремится заменять их на более безопасные альтернативы, предотвращая как загрязнение окружающей среды, так и риски для здоровья персонала.

Сверхкритический диоксид углерода ($scCO_2$): это нетоксичное, негорючее вещество используется как эффективный растворитель, например, для удаления кофеина из кофейных зерен или в качестве реакционной среды. После завершения процесса давление снижают, $CO_2$ переходит в газообразное состояние, легко отделяется от продукта и может быть использован повторно, не оставляя отходов.

Вода: является самым безопасным и дешевым растворителем, и ее применение в промышленных химических реакциях постоянно расширяется.

Замена реагентов: активно ведется поиск и внедрение более безопасных реагентов. Например, в производстве поликарбонатов и полиуретанов происходит постепенный отказ от использования крайне ядовитого газа фосгена в пользу менее опасных технологий.

Комплексное применение этих подходов позволяет современным химическим предприятиям не только соответствовать строгим экологическим нормам, но и повышать свою конкурентоспособность за счет снижения издержек и создания инновационных, более «чистых» продуктов и технологий.

Ответ: Примерами воплощения идеи предотвращения загрязнений в современных химических производствах являются: разработка процессов с высокой атомной экономией (например, новый метод синтеза ибупрофена); широкое использование селективных катализаторов для снижения энергозатрат и побочных продуктов (производство полимеров); создание замкнутых технологических циклов для полной переработки сырья (производство серной кислоты); замена опасных растворителей и реагентов на более безопасные (например, использование воды или сверхкритического $CO_2$ вместо летучих органических соединений, отказ от фосгена).