Химияны оқытуда химиялық өндіріс түрлері туралы түсінік қалыптастыру

 

Буталиенді каучуктың қасиеті табиғи каучуктан нашар болды. Өйткені табиғи каучук – изопренді каучук (2- метилбутадиен – 1,3):

Кейіннен синтезделген изопренді каучук табиғи каучуктан майысқақтығы жөнінен төмен болды. Мәселе оның стреоқурылысында болып шықты. Сөйтіп, құрылысы табиғи каучукка ұқсас цис – изопренді каучук синтезделді:

транс түрі          цис түрі

 

Құрылыстары стереотұрақты изопренді және дивинилді каучуктар өндіру – органикалық синтез өнеркәсібі табыстарының айқын көріністерінің бірі. Қазіргі кезде каучукты синтездеуге мұнай газдары мен мұнайдың өңделген өнімдерінде болатын көсірсутектер пайдаланылады. Бутан мен 2 – метилбутанды дегидрлеп, бутадиен – 1,3 пен 2 – метил бутадиен – 1,3 алады:

 

 

Егер табиғи изопентан (2 - метилбутан) жетіпесе, оны н – пентанды изомерлеп алуға болады:

 

Температураның, еріткіштердің және ір түрлі химиялық реагенттердің әсеріне тұрақты болу үшін каучукты вулканизациялайды. Вулканизация дегеніміз – каучук пен күкіртті қосып қыздырған кезде жүретін, қос байланыстар тұсынан каучук молекулаларының дисульфид S – S көпіршілері арқылы үш өлшемге келіп тігілуі:

 

Вулканизациялауға тек күкірт қана емес, күкірттің қосылыстарын, құйені, борды, т.б. заттарды қосады. Вулканизация процесін 1839 жылы Генкокок пен Гудьир ашты. Осы күрделі физикалық-химиялық  процесс кезінде каучуктың физикалық-химиялық қасиеттері құрт өзгереді. Каучуктың серпімділігі, беріктігі, эластикалығы, температураға және еріткіштерге тұрақтылығы артады. Осылайша алынған өнім резеңке деп аталады. Ол өзінің бастапкы ұзындығынан екі есеге дейін ұзара алады және қайта қалпына келеді.

  Егер күкірт мөлшері көп болса (бүкіл массаның 45%-і), онда майыспайтын қатты эбонит деп аталатын зат алынады. Ол электр тогын өткізбейтін  зат.

  Іс жүзінде колданылатын каучуктар, негізінен, мына мономерлерден

алынады: бутадиеннен (дивинил), изопреннен, хлорпреннен, олефиндерден,

этилен-пропиленнен жане изобутиленнен.

  Соңғы жылдары диен көмірсутектерінің басқа қанықпаған қосылыстармен біріге полимерленуінен алынатын сополимерлі каучуктар (мысалы, бутадиеннің (дивинилдің) стиролмен, акрилнитрилмен) кең қолданыла бастады:

 

 

  Қолданылатын мақсатына байланысты каучуктың әр түрін алу үшін әр түрлі мономерлер пайдаланылады. Мысалы, доңғалақ шиналарын жасауға жұмсалатын каучук алу үшін бутадиенді стиролмен бірлестіріп полимерлейді. Бензин мен майдың әсеріне төзімді каучук алу үшін акрилонитрилмен бірге полимерлейді. Химиялық жағынан төзімді бутил каучук алу үшін изобутиленді бутадиенмен немесе изопренмен бірлестіріп полимерлейді.

  Қазіргі кезде өнеркәсіп басқа да бірқатар синтездік каучук шығарады. Олардың бірі — механикалық тұрғыдан аса берік болса, екіншісі — химиялық өте тұрактылығымен, үшіншісі — еріткіштердің әсеріне ерекше төзімділігімен және т.б. сипатталады. Олар өздерінің қасиеттеріне қарай әр түрлі кажеттіліктерге пайдаланылады.

Каучуктың қасиеттерін одан әрі жақсарту үшін күкіртпен қосып қыздыру арқылы вулканизациялап резеңке алады. Егер күкірт көп болса, эбонит деп аталатын электроқшаулағыш, қатты материал алынады. Синтездеу кезінде әр түрлі мономерлерді пайдалана отырып, қолданылу мақсатына қарай әр түрлі каучук алуға болады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4 Қазақстандағы жоғары молекулалы қосылыстар өндірісінің дамуы

 

Синтездік жоғары молекулалы заттарды (полимерлерді) және солардың негізінде алынатын материалдарды оқи отырып, олардың қазіргі кездегі өнеркәсіптегі, ауыл шаруашылығындағы, транспорт пен байланыстағы, мәдениет пен күнделікті тұрмыстағы маңызымен таныстыңдар.

Қазіргі кезде синтездік материалдар өндіретін өнеркәсіп қарқынды дамуда. Көптеген табиғи материалдардың орнын (ағаш, металл, т.б.) синтездік материалдар) алмастырды десе болады. Алайда соңғы уақытқа дейін бізде жассанды және синтездік талшықтар, пластмассалар және басқа да синтездік материалдар өндірісі жеткілікті дәрежеде дамыған жоқ. Оның себебін қарастырып, талдап көрейік. Синтездік материалдар  өндірісі қарқынды даму үшін қол жететін шикізатпен қамтамасыз  етілуі тиіс.

Жоғары молекулалы заттарды синтездеу үшін шикізат ретінде не қолданылады?

Өзімізге таныс полимлерлерге назар аударайық. Полиэтилен өндіру үшін этилен қажет; полихлорвинил ацетиленнен және этиленнен алынады, полистирол қалу үшін бензол, этилен және т.б., фенол-формальдегид пластмассалары өндірісіне фенол мен формальдегид, капрон жасау үшін негізгі зат ретінде бензол, каучук алу үшін бутан, изопентан, т.б. керек.

Кіші молекулалы заттар қайдан алынады? Полимерлер өндіруге қажет этилен мұнайды өңдегенде және көмірді кокстегенде түзілетін газдардан, ацетилен калций карбидінен және табиғи газдардан, метаннан алынады; формальдегидті де метанды тотықтырып алуға болады; бензол мен фенол мұнай мен тас көмірден, бутан мен изопентан мұнайға серік газдардан және мұнайды өңдегенде пайда болатын газдардан алынады, т.б.

Егер басқа полимерлердін қандай заттардан синтезделіп алынатындығын қарастырсақ, синтездік материалдар өндірісінің негізгі шикізаттары — табиғи және мұнайға серік газдар, мұнайды химиялық өңдегенде және тас көмірді кокстегенде шығатын өнімдер екенін, яғни шикізаттың еліміздегі қоры мол түрлері екенін көреміз.

Табиғи және мұнайға серік газдар ең арзан шикізат қоры болып табылады. Алайда соңғы уакытқа дейін бұл заттар химиялық тәсілмен өңдеу мақсатына толық пайдаланылмай келді. Табиғи газдар мен мұнайға серік газдар негізіндегі химиялық ситезді дамытуға осы уақытта көп назар аударылатын болды.

Синтездік материалдар өңдірісін химиялық өнеркәсіп мономерлермен, қышқылдармен, сілтілермен, хлормен, пластификаторлармен, катализаторлармен, инициаторлармен, т.б. қамтамасыз етуі тиіс. Машина жасау өнеркәсібі және өнеркәсіптің басқа да салалары әр алуан аппараттар, машиналар, бақылау-өлшеуіш аспаптар, т.б. жасап беруі керек.

  Синтездік материалдар өнеркәсібі өндірістің басқа салаларының даму дәрежесіне белігілі бір шамада тәуелді бола отырып, өз тарапынан ол салалардың өнімдеріне белгілі талаптар қойып және оларды синтездік жаңа материалдармен жабдықтап, өндірістің бұл салаларының дамуына әсер етеді.

Қазақстанда полимерлік материалдар шығаратын кәсіпорындар қатарына Қостанай жасанды талшық зауыты, Қарағандыдағы "Карбид" өндірістік бірлестігі, Теміртау синтездік каучук зауыттары (каучуктың әр алуан түрлерін шығарады), т.б. жатады. Атырауда ірі химиялық өндіріс (полиэтилен, полипропилен өндіретін) 2010 жылға дейінгі мерзімде іске қосылмақ.

  

2.5 Химиялық өндіріс және  химияның халық шаруашылығымен  байланысының мәселелері

 

Орта мектептегі химия курсының мазмұнына теориялық, деректі және өндірістік материалдар кіретіні белгілі. Химия өндірістері туралы берілетін мағлұматтар оқушыларға политехникалық білім беру міндеттері шешуге жәрдемдеседі. Бұл міндеттерге жататындар қазіргі заман өндірістеріндегі еңбек ұйымдастырудың жалпы техникалық негіздерімен таныстыру; өлшеу және есептеу техникасымен байланысты білім, білік, дағдымен қаруландыру; оқушылардың ғылыми-техникалық ой-өрісін дамытып, жобалар және конструкция жасай білуге баулу; оқушыларды өндірістік еңбекке үйрету.

Химия пәні оқушыларды ауыр индустрияның аса маңызды саласы - химия өнеркәсібінің негіздерімен таныстырады. Химия ғылымы мен өндірісінің өзара шарттастығын, ғылымның өндіруші күшке айналып отырғанын көрсетуге мүмкіндік жасайды. Химия өнімдерінің халық шаруашылығында және тұрмыста кеңінен қолданылатыны, шикізаттарды химиялық өңдеудің кең өріс алғаны, экологиялық мәселелерді шешу жөніндегі химияның маңызы туралы қалыптастырады.

Өндірістік материалдар химияның физикамен, экологиямен, биологиямен, сызу және математика, т.б. пәндермен байланысын жүзеге асыруға септігін тигізеді, олардың алған білімін химиялық мәліметтермен толықтырады.

Өндірістік материалдар алуан түрлі мамандықтармен таныстыру арқылы оқушыларға кәсіптік бағдар береді, өмірден өз орнын табуға жәрдемдеседі.

Өндірістік материалдардың білім берудегі міндеті - химия өндірісі туралы ұғымдар жүйесін қалыптастыру. Бұл жүйеге өндіріс өнімі, шикізаты, шикізаттың өнімге айналуының негізіне жататын химиялық реакциялар, технологиялық процестер, қондырғылар мен аппараттар және олармен жұмыс істеу техникасы, өндірістің негізгі мамандықтары кіреді.

Ең маңызды ұғым - өндіріс өнімі, кез-келген химия өндірісі қажетті өнімді шығару ушін пайда болады. Өнім деп отырғанымыдыңз өзі - адамға пайдалы физикалық және химиялық қасиеттері бар зат, сондықтан бұл зат өндірістен бұрын оқылады. Бұл жағдайда тарихи негіз ескеріледі. Жаңа зат алдымен зертханада алынып, қасисттері және қолданылу мүмкіндігі зерттеледі. Содан соң зат зертханадан гөрі завод жағдайына жақындатылған үлкен қондырғыларда сынақтан өткізіледі. Сынау кезінде өндіріске байланысты мәселелер жинақтап анықталғаннан кейін химиялық завод салынады, зат химиялық өнімге айналады. Мәселен, күкірт қышқылы өндірісін оқып, үйрену осы айтылғанға ұқсас жүзеге асады. Күкірттің оттекті қосылыстарын өткенде оқушылар күкірт қышқылының қасиеттерін тәжірибе жүзінде зерттейді, күкірттің табиғатта кездесетін қосылыстарын, оксидттерінің қасиеттерін, бір-біріне айналу реакцияларын зерттеу арқылы өндірістік материалды игеруге әзірленеді. Бұдан соң өндірістің негізгі сатысына жататын химиялық реакциялар зертханалық қондырғыларда жүзеге асырылады, ақырында өндірістің өзімен танысады.

Келесі ұғым - өндірістің шикізаты. Шикізат ретінде табиғатта кездесетін заттар, басқа өндірістердің жартылай өнімдері мен қалдықтары пайдаланылады. Осыған орай табиғи ресурстарды кешендік, қалдықсыз және үнемді пайдалану, азық заттарын шикізат есебінде қолданбау тұрғысынан түсіндіріледі. Шикізат белгілі бір заңдылыққа сәйкес жүзеге асатын химиялық реакциялардың нәтижесінде өнімге айналады. Мұнда реакцияның басталу және жүру  жағдайлары, реакцияның жылдамдығына әсер ететін әрекеттесуші заттардың концеитрациясы, тиімді температура, қысым және активті катализатор қолдану ескеріледі.

Химиялық реакциялардың ерекшеліктеріне қарай өндірістің технологиялық процестері анықталады. Бұған шикізаттарды өндіріске әзірлеу, реакция аймағына жеткізу, реакция жүретін ең қолайлы жағдайларды қамтамасыз ету, өнімді бөліп алу және мемлекеттік стандартқа сәйкес сапасын анықтау жатады. Технологиялық процестердің сатылары, үздікті және үздіксіз жүзеге асуы, ғьшым мен техниканың соңғы жетістіктерін пайдаланып, ұдайы жетілдірілуі қарастырылады.

Технологиялық процестер шикізаттардың, аралық өнімдердің физико-химиялық қасиеттерін ескеретін, реакциялардың жүру жағдайлары тудырылатын және басқарылатын қоидыргылар мен аппараттарда жүзеге асады. Бұлар реакцияга кірісетін және реыкциялық кезінде түзілетін химиялық активті газдардың, қыпіқылдардың, сілтілердің және басқа реагенттердің эсеріне төзімді материалдардан жасалады. Барлық өндірістерде, солардың ішінде тек химия өнеркәсібінде қолданылатын типтік қондырғылар мен аппараттардың құрылысы және жүмыс істеу негіздері қарастырылады.

Технологиялық процестерге байланысты қалыптасатын маңызды ұғымдардың бірі - химия өндірісінің экологиялық таза болуын қамтамасыз ету. Соңғы кезге дейін химия ондірісін жоспарлауда, салуда және пайдалануда мол өнім алу бірінші орынға қойылып, өндірістің қалдықтарын залалсыздандыруға кешенді пайдалануға көңіл бөлінбей келді. Осыдан барып, химия өндірісі бір жағынан зор пайда келтіргенмен екінші жағынан экологиялық жағдайды нашарлатып, айналадағы ортаға, тірі организмдерге орны толмас зиянын да тигізді. Бұдан өндірістік материалды біржақты қарастырмай, қауіпсіздік шараларына, табиғатты қорғау мәселелеріне үдайы назар аудара оқыту міндеттері келіп туындайды.

Химиялық өндіріспен байланысты тағы бір маңызды ұғым -өндірістің мамандықтары. Химия өндірісінде жоспарлауды, технологиялық процестерді, машиналардың жұмыс істеуін басқаратын, аппараттарды іске қосып бақылайтын, шикізаттар мен өнімнің құрамына жэне сапасына анализ жасайтын және т,б. толып жатқан мамандық иелері жұмыс істейді Осылардың маңызы және жұмысының ерекшеліктерімен таныстыру, абыройға бөленген еңбек жағдайлары, реакцияның жылдамдығына әсер ететін әрекеттесуші заттардың концеитрациясы, тиімді температура, қысым және активті катализатор қолдану ескеріледі.

Химиялық реакциялардың ерекшеліктеріне қарай өндірістің технологиялық процестері анықталады. Бұған шикізаттарды өндіріске әзірлеу, реакция аймағына жеткізу, реакция жүретін ең қолайлы жағдайларды қамтамасыз ету, өнімді бөліп алу және мемлекеттік стандартқа сәйкес сапасын анықтау жатады. Технологиялық процестердің сатылары, үздікті және үздіксіз жүзеге асуы, ғьшым мен техниканың соңғы жетістіктерін пайдаланып, ұдайы жетілдірілуі қарастырылады.

Технологиялық процестер шикізаттардың, аралық өнімдердің физико-химиялық қасиеттерін ескеретін, реакциялардың жүру жағдайлары тудырылатын және басқарылатын қоидыргылар мен аппараттарда жүзеге асады. Бұлар реакцияга кіріеотіп жлие рспкңші кезінде түзілетін химиялық активті газдардың, қыпіқылдардың, сілтілердің және басқа реагенттердің эсеріне төзімді материалдардан жасалады. Барлық өндірістерде, солардың ішінде тек химия өнеркәсібінде қолданылатын типтік қондырғылар мен аппараггардыд құрылысы және жүмыс істеу негіздері қарастырылады.