Сторінка 275

Розв’язання

1. Визначте, що є основою зеленої хімії: відмова від шкідливих речовин та використання безпечних альтернатив.

2. Наведіть приклад: заміна галогенування (використання токсичного хлору) на карбоновий оксидування або використання надкритичної вуглекислоти ($C{O}_2$) як розчинника, який не забруднює довкілля.

Розв’язання

1. Поясніть принцип запобігання відходам: краще не утворювати шкідливі речовини, ніж їх очищати.

2. Опишіть економію атомів: ідеальна реакція — це така, де маса продуктів дорівнює сумі мас реагентів (атомна ефективність 100%).

3. Наведіть приклад заміни небезпечних розчинників на безпечні (наприклад, воду або надкритичну $C{O}_2$).

Розв’язання

1. Визначте відносний вихід як міру того, скільки продукту реально отримано порівняно з теоретичним максимумом (формула: $\eta =\frac{m_{\text{факт}}}{m_{\text{теор}}}\cdot 100\%$).

2. Поясніть Е-фактор як міру забруднення: чим менше число, тим екологічніше виробництво (для тонкого синтезу він може сягати 25–100, тоді як для нафтопереробки — 0,1).

Розв’язання

1. Розглянемо реакцію горіння водню в кисні: $2{\text{H}}_2+{\text{O}}_2=2{\text{H}}_2\text{O}$. У цій реакції всі атоми водню та кисню входять до складу води.

2. Перевіримо баланс атомів: зліва 4 атоми H і 2 атоми O, справа теж 4 атоми H і 2 атоми O. Побічних продуктів немає.

Розв’язання

1. Рівняння реакції: $\text{HCl}+\text{NaOH}=\text{NaCl}+{\text{H}}_2\text{O}$. Цільовий продукт — $\text{NaCl}$, побічний — ${\text{H}}_2\text{O}$.

2. Молярні маси: $M(\text{HCl})=36,5$, $M(\text{NaOH})=40$, $M(\text{NaCl})=58,5$, $M({\text{H}}_2\text{O})=18$.

3. Сума мас реагентів: $36,5+40=76,5$. Маса цільового продукту: $58,5$.

4. Обчислення ефективності: $\frac{58,5}{76,5}\cdot 100\%\approx 76,5\%$.

Розв’язання

1. Зелена хімія зменшує споживання викопного палива (наприклад, заміна біоетанолом), що зберігає ресурси для майбутніх поколінь.

2. Вона мінімізує утворення небезпечних відходів та викидів токсичних речовин, захищаючи екосистеми.

3. Використання безпечних розчинників та каталізаторів знижує енергетичні витрати та ризики для здоров'я працівників та населення.

Розв’язання

1. Оберіть приклад (наприклад, завод з переробки пластику або виробництво добрив) та визначте його основні етапи.

2. Проаналізуйте, де виникають відходи, які використовуються розчинники та чи є реакції ефективними.

3. Запропонуйте заміну небезпечних речовин на безпечні (наприклад, використання води замість органічних розчинників) або зміну технології для зменшення кількості відходів.

Розв’язання

1. Для основного синтезу ($10^4\text{–}10^6$ т/рік): це масові продукти, такі як сірчана кислота, аміак, поліетилен. Е-фактор низький (1–5), бо технології оптимізовані для великих обсягів з мінімальними відходами на тонну.

2. Для тонкого синтезу ($10^2\text{–}10^4$ т/рік): це спеціалізовані речовини (барвники, пластифікатори). Е-фактор вищий (5–10), бо процеси складніші.

3. Для фармацевтичного синтезу ($10\text{–}10^3$ т/рік): це ліки та вітаміни. Е-фактор дуже високий (25–100), оскільки для отримання дорогого препарату витрачається багато реагентів, які не переходять у продукт і стають відходами.