Сторінка 276

Розв’язання

1. Визначте сферу застосування (наприклад, побутова хімія, виробництво паперу, фармацевтика).

2. Опишіть проблему традиційного методу та як зелена альтернатива її вирішує.

Розв’язання

1. Превентивне поводження з відходами: Краще не утворювати сміття, ніж очищувати його після реакції. Приклад: Синтез безпосередньо з потрібного продукту без побічних реагентів.

2. Економія атомів: Максимально використовувати всі атоми вихідних речовин у кінцевому продукті. Приклад: Реакція полімеризації, де немає відходів.

3. Безпечні розчинники та умови: Використовувати воду або тверді носії замість токсичних органічних розчинників (бензолу). Приклад: Проведення реакцій у водному середовищі.

4. Створення безпечних речовин: Продукти мають бути нетоксичними для людини та довкілля. Приклад: Заміна фосфатів у мийних засобах на біорозкладні поверхнево-активні речовини.

5. Енергоефективність: Проводити процеси при кімнатній температурі та тиску, щоб економити енергію. Приклад: Каталізовані реакції замість нагрівання до високих температур.

Розв’язання

1. Відносний вихід: Показує ефективність конкретного реактора чи каталізатора. Якщо вихід 90%, це означає, що 90% теоретично можливих молекул ми отримали. Це не обов'язково означає екологічність, якщо утворилися токсичні побічні продукти.

2. Е-фактор: Показує загальну "чистоту" процесу з точки зору атомів. Низький Е-фактор (наприклад, 1) означає, що на 1 тонну продукту припало лише 1 тонна відходів. Високий Е-фактор (наприклад, 50) означає, що на 1 тонну продукту припало 50 тонн сміття.

Розв’язання

1. Запишемо рівняння реакції нейтралізації між соляною кислотою ($HCl$) та гідроксидом натрію ($NaOH$): $HCl+NaOH\to NaCl+H_{2}O$.

2. Перевіримо, чи всі атоми реагентів ($H$, $Cl$, $Na$, $O$) містяться у продуктах реакції. Оскільки продуктами є лише сіль ($NaCl$) і вода ($H_{2}O$), а побічних продуктів немає, то атомна ефективність становить 100%.

Розв’язання

1. Рівняння реакції: $HCl+NaOH\to NaCl+H_{2}O$. Коефіцієнти 1:1:1:1.

2. Молярні маси: $M(HCl)=36,5\text{г/моль}$, $M(NaOH)=40\text{г/моль}$, $M(NaCl)=58,5\text{г/моль}$.

3. Загальна маса реагентів: $m_{\text{реак}}=36,5+40=76,5\text{г}$. Масу цільового продукту ($NaCl$) приймаємо за $58,5\text{г}$.

4. Атомна ефективність: $\eta =\frac{58,5}{76,5}\cdot 100\%\approx 76,5\%$.

5. Щодо можливості зменшення показника: оскільки реакція йде до кінця і утворює воду як побічний продукт, який не можна «відібрати» без порушення стехіометрії, атомна ефективність для цієї конкретної схеми реакції є фіксованою величиною (за умови, що цільовий продукт — сіль). Зменшити його штучно неможливо, оскільки це порушило б закон збереження маси.

Розв’язання

1. Дотримання принципів зеленої хімії (наприклад, використання безпечних розчинників, каталізаторів замість стехіометричних реагентів) зменшує забруднення довкілля.

2. Зниження утворення токсичних відходів та енергозатрат дозволяє економити природні ресурси, що є ключовим для сталого розвитку.

3. Безпечні хімічні процеси захищають здоров'я населення, забезпечуючи якісну середовище для життя сьогодні і в майбутньому.

Розв’язання

1. Обираємо приклад — виробництво сталі (металургія), яке традиційно має високий Е-фактор через великі обсяги відходів та викидів.

2. Оцінюємо за принципами: використання чорного вугілля як палива порушує принцип використання безпечних матеріалів; утворення шлаку та газів — це високий Е-фактор.

3. Пропонуємо модернізацію: перехід на водневе паливо, застосування технологій рециклінгу шлаків, впровадження замкненого циклу води.

Розв’язання

1. Визначаємо продукти галузей: основний синтез — масові речовини (пластифікатори, полімери); тонкий синтез — дрібні хімікати; фармацевтичний — ліки.

2. Пояснюємо Е-фактор нафтопереробної галузі ($0,1$): це масове виробництво з високою атомною ефективністю (багато корисного продукту).

3. Пояснюємо Е-фактор фармацевтики ($25\text{–}100$): низька вихідність реакцій, багато стадій синтезу, складне очищення дають велику кількість відходів на 1 кг ліків.