Exemple de aplicare a tehnologiilor chimice moderne. Materiale tradiționale cu proprietăți noi. Condiții care influențează alegerea proiectării echipamentelor pentru un proces tehnologic chimic

Fiecare profesor își dorește ca materia sa să trezească un interes profund în rândul școlarilor, astfel încât elevii să poată face mai mult decât să scrie formule chimiceși ecuații ale reacțiilor, dar și să înțeleagă tabloul chimic al lumii, au fost capabili să gândească logic, astfel încât fiecare lecție să fie o vacanță, o mică reprezentație care a adus bucurie atât elevilor, cât și profesorului. Suntem obișnuiți cu faptul că în timpul lecției profesorul vorbește, iar elevul ascultă și învață. Ascultarea informațiilor gata făcute este una dintre cele mai ineficiente moduri de a învăța. Cunoașterea nu poate fi transferată mecanic de la cap la cap (auzit - învățat). Mulți oameni cred că trebuie doar să forțeze elevul să asculte și lucrurile se vor îmbunătăți imediat. Totuși, elevul, ca orice persoană, este înzestrat cu liberul arbitru, care nu poate fi ignorat. Prin urmare, este imposibil să încalci această lege naturală și să le subjugi chiar și în scopuri bune. Rezultatul dorit nu poate fi atins astfel.

De aici rezultă că este necesar ca elevul să devină un participant activ la procesul educațional. Un elev poate învăța informații prin propriile activități doar dacă este interesat de subiect. Prin urmare, profesorul trebuie să uite de rolul de informator, el trebuie să joace rolul de organizator al activității cognitive a elevului.

Putem distinge diferite tipuri de activități pentru ca elevul să stăpânească material nou: material, materializat și intelectual. Activitatea materială este înțeleasă ca activitate cu obiect de studiu. Pentru chimie, un astfel de obiect este o substanță, adică. Activitatea materială din lecțiile de chimie este realizarea de experimente. Experimentele pot fi efectuate de elevi sau demonstrate de un profesor.

Activitatea materializată este activitatea cu modele materiale, formule, material tabelar, digital, grafic etc. În chimie, aceasta este activitate cu modele materiale de molecule, rețele cristaline, formule chimice, rezolvarea problemelor chimice, compararea cantităților fizice care caracterizează substanțele studiate. Orice activitate externă (activitatea mâinii) se reflectă în creier, adică. trece în plan intern, în activitate intelectuală. Efectuând experimente, compunând formule și ecuații chimice, comparând material digital, elevul trage concluzii, sistematizează fapte, stabilește anumite relații, face analogii etc.

Așadar, profesorul trebuie să organizeze toate tipurile de activități educaționale și cognitive pentru elevul din lecție. Este necesar ca activitatea educațională și cognitivă a elevului să corespundă materialului educațional care trebuie învățat. Este necesar ca, în urma activității, elevul să ajungă în mod independent la unele concluzii, astfel încât să-și creeze cunoștințe pentru el însuși.

Cel mai important principiu al didacticii este principiul creării independente a cunoștințelor, care constă în faptul că cunoștințele nu sunt obținute de elev într-o formă gata făcută, ci sunt create de acesta ca urmare a anumitor activități cognitive organizate de către profesor.

Descoperirea independentă a celui mai mic sâmbure de cunoștințe de către un student îi oferă o mare plăcere, îi permite să-și simtă capacitățile și îl înalță în propriii ochi. Elevul se afirmă ca individ. Elevul păstrează această gamă pozitivă de emoții în memorie și se străduiește să o experimenteze din nou și din nou. Așa apare interesul nu doar pentru subiect, ci ceea ce este mai valoros - în procesul de cunoaștere în sine - interesul cognitiv. Diverse tipuri de tehnologii contribuie la dezvoltarea intereselor cognitive și creative la elevi: tehnologia computerelor, tehnologia de învățare bazată pe probleme și pe cercetare, tehnologia de învățare bazată pe jocuri și utilizarea testelor.

1. Tehnologia calculatoarelor

Utilizarea tehnologiilor informatice şi multimedia dă rezultate pozitive atunci când explicați materiale noi, simulați diverse situații, când culegeți informațiile necesare, când evaluați cunoștințele etc. și, de asemenea, vă permit să puneți în practică metode de predare precum: jocuri de afaceri, exerciții de rezolvare a problemelor, prezentări etc. Tehnologia informatică face posibilă existența unui volum de informații pe care profesorii care se bazează pe metodele tradiționale de predare nu îl au. Programele de instruire multimedia utilizează animații și sunet, care, influențând simultan mai multe canale de informare ale cursantului, sporesc percepția și facilitează asimilarea și memorarea materialului. În lecțiile mele folosesc diverse programe pe CD-uri care mă ajută să explic noi sau să repet subiecte vechi, să consolidez și să sistematizez cunoștințele acumulate. Un exemplu de o lecție. Subiect: „Subgrupul oxigenului, caracteristici. Primind oxigen.” În timpul lecției s-a folosit un proiector multimedia, unde pe ecran au fost afișate experimente imposibil de demonstrat într-un laborator școlar. Pe ecran au fost proiectate și mai multe mese. Copiii au fost rugați să analizeze, să compare și să tragă o concluzie. Din cele de mai sus, ajungem la concluzia că tehnologia informatică mărește nivelul de învățare și trezește interesul elevilor pentru materie.

2. Tehnologia de învățare bazată pe probleme

Tehnologia învățării bazate pe probleme presupune crearea, sub îndrumarea unui profesor, a situațiilor problematice și activitatea independentă activă a elevilor pentru rezolvarea acestora, în urma căreia stăpânirea creativă a cunoștințelor, deprinderilor, abilităților și dezvoltarea apar abilități de gândire. Situațiile problematice din sala de clasă pot apărea în cele mai neașteptate moduri. De exemplu, în clasa a VIII-a, în timp ce studia subiectul „Electronegativitatea”, un elev a pus întrebarea: „Hidrogenul dă electroni litiului sau invers?” Colegii de clasă au răspuns că litiul renunță la electroni, deoarece raza sa atomică este mai mare. Imediat un alt student a întrebat: „În ce se va transforma atunci hidrogenul?” Părerile erau împărțite: unii credeau că atomul de hidrogen, prin adăugarea unui electron, s-a transformat într-un atom de heliu, deoarece acum are doi electroni, în timp ce alții nu erau de acord cu acest lucru, obiectând că heliul are o sarcină nucleară de +2, iar aceasta particula avea +1. Deci, ce este această particulă? A apărut o situație problematică care poate fi rezolvată prin familiarizarea cu conceptul de ioni. Profesorul însuși poate crea o situație problematică în lecție. Exemplu de lecție. Subiect: „Substanțe simple și complexe”. Profesorul oferă elevului un domeniu larg de activitate: pune întrebări problematice, se oferă să scrie substanțe simple și complexe separat dintr-o listă de diverse substanțe și îl conduce pe elev însuși, folosindu-și experiența de viață, cunoștințele lecțiilor anterioare, să încerce să formuleze conceptul de substanţe simple şi complexe. Elevul își creează cunoștințe pentru el însuși, așa apare interesul nu doar pentru subiect, ci și pentru procesul de cunoaștere în sine.

3. Cercetare tehnologie de învățare

Activitatea de cercetare a elevilor este un ansamblu de acțiuni cu caracter de căutare, care conduc la descoperirea unor fapte necunoscute, cunoștințe teoretice și metode de activitate. În acest fel, studenții se familiarizează cu metodele de cercetare de bază în chimie, stăpânesc capacitatea de a obține în mod independent noi cunoștințe, apelând constant la teorie. Implicarea cunoștințelor de bază pentru rezolvarea situațiilor problematice presupune formarea și perfecționarea atât a abilităților educaționale generale, cât și a celor speciale ale elevilor (reducerea de experimente chimice, corelarea fenomenelor observate cu modificările stării moleculelor, atomilor, ionilor, efectuarea unui experiment chimic mental, modelarea esenței). a proceselor etc.) . Cercetările se pot desfășura în scopul obținerii de noi cunoștințe, generalizării, dobândirii deprinderilor, aplicării cunoștințelor dobândite, studierii unor substanțe, fenomene, procese specifice. Deci, când studiez subiectul „Sărurile acidului azotic” în clasa a IX-a, folosesc elemente de cercetare. Cercetarea include: efectuarea de analize teoretice; metode de predicție pentru obținerea substanțelor și proprietățile acestora; elaborarea unui plan de testare experimentală și implementarea acestuia; formularea unei concluzii. Rezultatul este un lanț logic: analiză teoretică – prognoză – experiment. Michael Faraday a spus: „Nici o știință nu are nevoie de experimente într-o asemenea măsură ca chimia. Legile, teoriile și concluziile sale de bază se bazează pe fapte. Prin urmare, este necesară monitorizarea constantă prin experiență.” Pentru a sistematiza cunoștințele acumulate, elevii completează tabelul:

Săruri de acid azotic

Activitatea de cercetare a studenților ocupă mai mult timp la clasă decât finalizarea sarcinilor pe baza modelului. Cu toate acestea, timpul petrecut este compensat ulterior de faptul că studenții îndeplinesc rapid și corect sarcinile și pot studia în mod independent material nou. În plus, conștientizarea și puterea cunoștințelor lor crește, interes susţinut la subiect.

4. Tehnologia de învățare bazată pe joc

Jocurile intelectuale și creative (ICG) stimulează dezvoltarea intereselor cognitive ale elevilor, contribuie la dezvoltarea abilităților lor intelectuale și creative, le permit copiilor să se afirme și să se realizeze în sfera intelectuală și creativă prin joc și ajută la compensarea lipsa de comunicare. ITI poate fi folosit nu numai în activități extracurriculare și extracurriculare, ci și în lecții (când se învață material nou, se repetă ceea ce a fost învățat, se monitorizează cunoștințele elevilor etc.)

Cele mai complexe și consumatoare de timp sunt jocurile de afaceri și jocurile de rol. Realizarea unor astfel de jocuri vă permite să atingeți următoarele obiective: să-i învățați pe elevi să evidențieze principalul lucru din conținutul materialului educațional, să-l prezinte într-o formă concisă; să dezvolte abilități de analiză a textului, gândire asociativă, judecată independentă, să promoveze autodeterminarea elevilor, să dezvolte abilitățile de comunicare, să le lărgească orizonturile, să repete și să generalizeze materialul studiat. În practica mea, folosesc în mod sistematic forme de joc de organizare a controlului cunoștințelor și observ în mod constant cum acest lucru crește interesul elevilor pentru materialul studiat și subiectul în ansamblu, cum elevii care au citit atât de puțin în ultimul timp încep brusc să răsfoiască cărți, cărți de referință și enciclopedii. Deci, la clasă, când studiez subiecte legate de ecologie, de exemplu, pe tema „Sursele naturale de hidrocarburi și prelucrarea lor”, folosesc jocuri de rol folosind grupuri de experți. Clasa este împărțită în două grupe: „specialiști” și „jurnalişti”. Primii selectează materialul și pregătesc un ajutor vizual. Cei doi pregătesc întrebări pe care ar trebui să le pună în timpul jocului.

Pentru a întări materialele din clasele 8–9 folosesc jocuri didactice: „Cuburi chimice”, „Loto chimic”, „Tic-tac-toe”, „Găsiți greșeala”, „Bătălie chimică”. De asemenea, desfășoară jocuri intelectuale și creative spectaculoase în activități extracurriculare: „KVN”, „Ce, unde, când”, „Ora stelelor”.

5. Utilizarea testelor în lecțiile de chimie

Utilizarea testelor în lecțiile de chimie ocupă, de asemenea, un loc proeminent în procesul de introducere a noilor tehnologii. Acest lucru face posibilă testarea în masă a cunoștințelor elevilor. Metodologia de testare este un mijloc universal de testare a cunoștințelor și abilităților. Testele sunt o formă economică, direcționată și individuală de control. Testarea sistematică a cunoștințelor sub formă de teste contribuie la o stăpânire solidă a materiei academice, favorizează o atitudine conștientă față de învățare, formează acuratețe, muncă asiduă, dăruire, activează atenția și dezvoltă capacitatea de analiză. În timpul controlului testului, sunt asigurate condiții egale de testare pentru toți elevii, adică obiectivitatea testării cunoștințelor crește. Această metodă aduce varietate activității academice și crește interesul pentru subiect. Susțin testele finale în clasele 8-10 sub forma unui test.

Odată cu dezvoltarea constantă a științei și industriei, chimia și tehnologia chimică oferă lumii inovații constante. De regulă, esența lor constă în îmbunătățirea metodelor de prelucrare a materiilor prime în bunuri de consum și/sau mijloace de producție. Acest lucru se întâmplă din cauza unui număr de procese.

Noile tehnologii chimice permit:

• intra în activitate economică noi tipuri de materii prime și materiale;
• procesează absolut toate tipurile de materii prime;
• înlocuiți componentele scumpe cu analogi mai ieftini;
• folosiți materiale în mod cuprinzător: obțineți diferite produse dintr-un tip de materie primă și invers;
• costuri raționale, reciclare.

Putem spune că tehnologia chimică generală redistribuie și reglează în mare măsură procesele de producție, ceea ce este foarte important astăzi datorită multor factori pozitivi care sunt importanți pentru oamenii asociați cu industrie.

Clasificarea și descrierea subsectoarelor

Tehnologiile chimice pot fi clasificate în funcție de tipurile de substanțe cu care se lucrează: organice și anorganice. Specificul muncii depinde de sarcinile atribuite și de caracteristicile zonei către care este orientat produsul final.

Tehnologia chimică substanțe anorganice- Aceasta este, de exemplu, producerea de acizi, sodă, alcalii, silicați, îngrășăminte minerale și săruri. Toate aceste produse sunt utilizate pe scară largă în diverse industrii, în special metalurgie, precum și în agricultură etc.

În industria farmaceutică și în inginerie mecanică, se folosesc adesea cauciucuri, alcool, materiale plastice, diverși coloranți etc. Producția lor este realizată de întreprinderi care utilizează tehnologii pentru producerea de substanțe organice. Multe dintre aceste întreprinderi ocupă poziții serioase în industrie și prin munca lor influențează semnificativ economia statului.

Absolut toate procesele și aparatele de tehnologie chimică sunt împărțite în cinci grupuri principale:

• hidromecanic;
• termic;
• difuzie;
• chimic;
• mecanic.

În funcție de caracteristicile organizației, procesele de tehnologie chimică pot fi continue sau periodice.

Provocările moderne ale tehnologiei chimice

Datorită interesului din ce în ce mai mare pentru situația mediului în lume, cererea de inovații care pot optimiza procesele de producție și reduce volumul de materii prime consumate a crescut. Acest lucru se aplică și costurilor cu energia. Acest tip de resursă este foarte valoros în cadrul producției, prin urmare consumul acesteia trebuie monitorizat și, dacă este posibil, minimizat. În acest scop, procesele de economisire a energiei și a resurselor din tehnologia chimică sunt dezvoltate și implementate în mod activ astăzi. Cu ajutorul lor, producția este eficientizată, prevenind costurile excesive ale consumabilelor de diferite categorii. Astfel, impactul nociv al tehnologiilor de producție chimică și al factorilor antropici asupra naturii este redus.

Tehnologia chimică în industrie de astăzi a devenit o parte integrantă a proceselor de fabricație a produsului final. Este dificil de contestat faptul că această zonă a activității umane este cea care are cel mai dăunător impact asupra stării planetei în ansamblu. De aceea, oamenii de știință fac tot posibilul pentru a preveni dezastrul ecologic, deși ritmul de popularizare și implementare a unor astfel de dezvoltări este încă insuficient.

Utilizarea tehnologiilor chimice moderne ajută la îmbunătățirea stării naturii, la minimizarea volumului de materiale utilizate în producție, asigurând înlocuirea substanțelor toxice cu altele mai sigure și introducerea de noi compuși în producție etc. Sarcina este de a restabili daunele cauzate mediului: epuizarea resurselor planetei, poluarea aerului. În ultimii ani, diverse studii au fost deosebit de active în domeniul ecologiei și raționalizării impactului producției asupra mediului. Combinarea funcționării eficiente a unei întreprinderi cu siguranța și nontoxicitatea produselor finite devine obligatorie.

Bazele teoretice ale tehnologiei chimice

Pe măsură ce industriile conexe se dezvoltă, procesele și aparatele de bază ale tehnologiei chimice sunt în permanență modernizate și actualizate, iar principalele aspecte ale producției, principiile de funcționare a acestora și funcționarea mașinilor utilizate pentru efectuarea operațiunilor sunt studiate mai aprofundat. Baza unor astfel de discipline este baza teoretica tehnologie chimică.

În țările recunoscute drept lideri mondiali, formarea studenților în specialități tehnice în acest domeniu este considerată cea mai importantă. Motivul pentru aceasta este, în primul rând, rolul decisiv al ingineriei proceselor în activitățile industriei chimice. Și în al doilea rând, importanța tot mai mare a acestei discipline la nivel interdisciplinar.

În ciuda diferențelor semnificative dintre diferite industrii, acestea se bazează pe aceleași principii, diverse legi fizice și procese chimice sunt strâns legate de ramurile ingineriei moderne, inclusiv știința materialelor. În ultimii ani, tehnologiile chimice au pătruns adânc chiar și în acele zone în care nimănui nu s-ar gândi să-și recunoască prezența. Astfel, pe piețele moderne se vorbește din ce în ce mai mult despre rolul inginerii proceselor într-un sens mai global, mai degrabă decât în ​​cadrul operațiunilor unei singure industrii.

Fundamentele tehnologiei chimice în educația casnică

Dezvoltarea cu succes a unei anumite industrii este imposibilă în absența instituțiilor de învățământ de înaltă calitate care produc specialiști calificați. Întrucât industria chimică este o componentă importantă a economiei țării, este necesar să se creeze toate condițiile necesare pentru pregătirea personalului valoros în acest domeniu. Astăzi, bazele tehnologiei chimice fac parte din programul obligatoriu în domenii conexe în multe instituții de învățământ superior din întreaga lume.

Din păcate, principiile predării domeniilor tehnice în Rusia și în unele țări CSI sunt radical diferite de metodele adoptate în tari europeneși America. Acest lucru are de obicei un impact negativ asupra calității educatie inalta. De exemplu, accentul principal se pune în continuare pe specialitățile chimico-tehnologice înguste și se acordă multă atenție și ramurilor de proiectare și operaționale ale mecanicii. Asemenea caracteristici de profil îngust ale învățământului superior au devenit principalul motiv pentru care industriile autohtone rămân în urma celor străine, conform unor criterii precum calitatea produselor, intensitatea resurselor, respectarea mediului etc.

Principala greșeală a fost subestimarea ingineriei proceselor ca disciplină de formare a sistemului și aplicabilă în mod cuprinzător, iar în acest moment sarcina principală a industriei interne este să acorde mult mai multă atenție dezvoltării și dezvoltării acesteia. Astăzi, problemele formării personalului calificat, precum și stabilirea și optimizarea producției, sunt cele mai stringente probleme în CSI și în special în Federația Rusă.

Lecție-seminar clasa a XI-a

Acest seminar, conceput pentru 2 ore la orele non-chimie, 3 ore la orele de învățământ general și 4–5 ore la orele de științe naturale, se desfășoară ca o generalizare în concluzie curs şcolarși își propune să arate studenților rolul chimiei ca forță productivă a societății.

PLAN SEMINAR

1. Tehnologia chimică (definiție, istoria originii și dezvoltării, rolul în producția modernă, clasificarea proceselor de producție chimică, sarcini).

2. Biotehnologie (definiție, etape de formare, direcții de biotehnologie, domenii de aplicare).

3. Nanotehnologie (definiție, abordări ale nanotehnologiei și caracteristicile acestora, nanomateriale, domenii de aplicare).

Profesor (discurs introductiv). Lumea modernă se caracterizează prin dezvoltarea rapidă a progresului științific și tehnologic. Pe lângă îmbunătățirea tehnologiei chimice tradiționale, domenii ale științei și industriei care până de curând erau percepute ca exotice se dezvoltă rapid: biotehnologia și nanotehnologia. Ele devin din ce în ce mai importante în domenii diverse ah a vieții fiecărei persoane în mod individual și a societății în ansamblu: în viața de zi cu zi (cu greu există o persoană care să nu fi auzit de OMG - organisme modificate genetic), în economie, industrie și agricultură (se estimează că până în 2015 mărfuri și servicii, produse pe bază de nanotehnologie va costa mai mult de un trilion de dolari), în relațiile internaționale (a început cursa mondială pentru leadership în domeniul nanotehnologiei, iar SUA, Japonia și China reușesc astăzi).

Rusia s-a alăturat abia recent acestei curse - a adoptat un program național prioritar pentru dezvoltarea nanotehnologiei, pentru care guvernul alocă fonduri semnificative..

Este clar că acest domeniu de știință și producție va necesita pregătirea specialiștilor de înaltă clasă. Este evident că pregătirea lor se va desfășura în departamente și facultăți special create ale unor universități rusești de top.

De asemenea, este evident că prima ta cunoștință cu bio- și nanotehnologiile ar trebui să fie dată de chimie. Cu toate acestea, să începem cu tehnologia chimică Tehnologia chimică 1 elev. Tehnologie

Să luăm în considerare pe scurt istoria apariției și dezvoltării tehnologiei chimice. La început a fost o secțiune descriptivă a chimiei aplicate. Apoi, în prima jumătate a secolului al XIX-lea, tehnologia chimică a devenit o ramură separată a cunoașterii. În 1803 în Academia RusăȘtiințe, se creează Departamentul de Tehnologie Chimică. Tehnologia chimică a devenit în sfârșit o disciplină științifică independentă la începutul secolului al XX-lea, când a fost dezvoltată doctrina proceselor și aparatelor de bază ale producției chimice și a legilor generale ale proceselor tehnologice chimice.

O nouă etapă în dezvoltarea tehnologiei chimice a fost utilizarea la sfârșitul anilor ’60.

secolul XX idei, metode și mijloace tehnice de cibernetică în producția chimică, în urma cărora au apărut modelarea matematică și tehnologiile informatice pentru optimizarea și automatizarea proceselor chimice.

Al doilea student, care a pregătit un raport despre rolul tehnologiei chimice ca bază științifică și de producție pentru cele mai importante industrii, îl dezvăluie folosind diagrama 1.

Schema 1

Alți doi studenți vorbesc despre clasificarea proceselor de producție chimică. Mesajul lor este însoțit de o demonstrație a modelelor acestor procese utilizate în studiul chimiei. al 3-lea elev.

Întreaga varietate de procese de producție chimică se reduce la 5 grupuri. 1. Mecanic– zdrobire, cernuire*, granulare, tabletare, transport materiale solide, ambalare.

(Demonstrație de clipuri video și mostre de produse din acest grup de procese chimice (granule, tablete, mostre de ambalare etc.).) 2. Hidrodinamic– deplasarea lichidelor și gazelor prin conducte și aparate, transport pneumatic, flotare, centrifugare, sedimentare, decantare, amestecare. (Demonstrarea fragmentelor video ale producției chimice specifice, funcționarea unei centrifuge (profesorul subliniază elevilor că acest proces este utilizat pe scară largă în aparatele de uz casnic - mașini de spălat

, separatoare etc.), flotarea pulberii de sulf, sedimentarea impurităților conținute în apă cu ajutorul coagulanților, decantarea unei soluții din lapte de var decantat, amestecarea soluțiilor cu ajutorul baghetelor de sticlă echipate cu vârf de cauciuc (profesorul cere exemple de amestecare familiare elevilor). din practica de zi cu zi).)

Elevul al IV-lea (continuă să clasifice procesele de producție chimică). 3. Termic.

(Demonstrație de clipuri video ale instalațiilor specifice de producție chimică și de laborator, precum și: distilarea apei într-un distilator sau instalație de casă, evaporarea unei soluții de sare de masă.) 4. Difuzia– absorbție, adsorbție, distilare, rectificare, uscare, cristalizare, sublimare, extracție, filtrare, schimb ionic. (Demonstrarea fragmentelor video ale instalațiilor, echipamentelor și instrumentelor specifice producției chimice și de laborator (instalații de filtrare, cuptoare cu mufă, cristalizatoare, schimbătoare de ioni, inclusiv filtre schimbătoare de ioni de uz casnic pentru apă), precum și: absorbție folosind exemplul dizolvării acidului clorhidric sau amoniac în apă („fântână într-un balon”), adsorbție cărbune activ

colorant din soluție, extragerea clorofilei cu alcool etilic.) 5. Chimic,

care se bazează pe transformarea chimică a materiei prime.

Acest grup de procese tehnologice de producție chimică este acoperit și de doi studenți. al 5-lea elev.

Procesele chimice pot fi clasificate după diverse criterii. După materie primă: minerale, animale, precum și prelucrarea cărbunelui, petrolului, gazului.

(ar fi potrivit ca profesorul să le ceară elevilor să-și amintească producția de cocs și principalele domenii de rafinare a petrolului, gazelor naturale și asociate.) După caracteristicile consumatorului sau produsului: producerea de coloranți, îngrășăminte, medicamente etc.

(profesorul le cere elevilor să-și amintească clasificarea și producția celor mai importante îngrășăminte minerale.) Pe grupuri : tabelul periodic obtinerea de metale alcaline si alcalino-pamantoase, aluminiu etc.

(profesorul le cere elevilor să-și amintească pregătirea electrolitică a metalelor alcaline și alcalino-pământoase și a aluminiului.) al 6-lea elev.

Procesele chimice sunt, de asemenea, clasificate după următoarele criterii. După tip: reacții chimice oxidare, reducere, hidrogenare, clorurare, polimerizare etc.

(profesorul le cere elevilor să-și amintească și să dea exemple de reacții adecvate.) Pe fază: omogen (fază lichidă și fază gazoasă), eterogen.

(profesorul le cere elevilor să-și amintească și să dea exemple de procese relevante.) Profesor (rezumă). Tehnologia chimică modernă pune sarcini

Cu toate acestea, trebuie subliniat că producția modernă de substanțe și materiale apelează adesea la ajutorul organismelor vii și al proceselor biologice, de exemplu. la biotehnologie.

Elevul al 7-lea (oferă o definiție și vorbește despre istoria apariției și dezvoltării biotehnologiei). Biotehnologie - una dintre cele mai importante secțiuni ale tehnologiei, care este înțeleasă ca știința utilizării organismelor vii și a proceselor biologice în producție.

Se pot distinge trei etape în dezvoltarea acestei științe și industrie: biotehnologie timpurie sau spontană, biotehnologie nouă și biotehnologie de ultimă oră.

Biotehnologie timpurie sau spontană este asociat cu procese de fermentație microbiologică familiare omului încă din cele mai vechi timpuri, care stau la baza: coacerea, vinificația, fabricarea berii, fabricarea brânzeturilor, produsele lactate fermentate, fermentația, producția de fibre de in etc.

Procesele biotehnologiei spontane se bazează pe activitatea microorganismelor și a enzimelor care își păstrează activitatea biologică în anumite condiții și în afara unei celule vii.(Elevul însoțește această parte a mesajului său cu o demonstrație a unei colecții de produse alimentare realizate în acest fel (o sticlă de vin, o bucată de pâine și brânză etc.).

Biotehnologie nouă asociat cu introducerea termenului „biotehnologie” în știință la mijlocul anilor '70. secolul XX și utilizarea metodelor biologice pentru combaterea poluării mediului (tratament biologic), producerea de substanțe valoroase biologic active (antibiotice, enzime, medicamente hormonale, vitamine etc.), pentru a proteja plantele de dăunători și boli.(Demonstrație de mostre de produse biotehnologice.) Pe baza sintezei microbiologice au fost dezvoltate metode industriale pentru producerea proteinelor si aminoacizilor folositi ca aditivi pentru hrana animalelor.

Cea mai recentă biotehnologie este asociat nu numai cu dezvoltarea diverselor sinteze microbiologice, ci, în primul rând, cu apariția și dezvoltarea ingineriei genetice, ingineriei celulare și ingineriei biologice. Realizările celor mai recente biotehnologii se bazează pe integrarea unor discipline biologice precum microbiologia, biochimia, biofizica, genetica moleculară și imunologia.

Elevul al 8-lea (vorbește despre inginerie genetică). Inginerie genetică este o ramură a biotehnologiei asociată cu construcția țintită a unor combinații noi, inexistente în natură, de gene introduse în celulele vii capabile să sintetizeze un anumit produs.

Combinațiile de gene concepute de inginerii genetici funcționează în celula primitoare și sintetizează proteina necesară. Un interes practic deosebit este introducerea diferitelor construcții de gene în genomul animalelor și plantelor: atât sintetizate, cât și gene ale altor animale, plante și oameni. Astfel de plante și animale sunt numite modificate genetic, și produsele prelucrării lor - produse transgenice. Porumbul transgenic se adaugă la produsele de cofetărie și panificație, băuturi răcoritoare; boabele de soia modificate sunt incluse în uleiuri rafinate, margarine, grăsimi de copt, sosuri de salată, maioneze, Paste

, cârnați fierți, produse de cofetărie, suplimente proteice, hrană pentru animale și chiar alimente pentru copii.

(Demonstrarea unei colecții de produse alimentare care conțin organisme modificate genetic (OMG) și etichete cu marcajele acestora.)

Modificarea genetică a plantelor face posibilă crearea de soiuri de plante cu un nivel ridicat de rezistență la buruieni și dăunători. Acest lucru reduce consumul de erbicide de mai multe ori, reducând astfel încărcătura chimică asupra mediului. În prezent, în străinătate sunt însămânțate soiuri transgenice rezistente la erbicide de bumbac, rapiță, soia, porumb și sfeclă de zahăr.

Practica agricolă include soiuri transgenice cu proprietăți de consum îmbunătățite, de exemplu, mazăre, soia și cereale cu compoziție proteică îmbunătățită. Au fost create roșii transgenice fără boabe, iar cireșele, pepenii verzi și citricele fără semințe sunt pe drum.

Folosind metode de inginerie genetică în Canada, s-au obținut struguri care au fost transplantați cu o genă de rezistență la îngheț din varză sălbatică, iar podgorii au apărut pentru prima dată în această țară.

În zootehnie s-au obținut prin inginerie genetică rase de animale foarte productive (oi, porci, găini etc.). În farmacologie, metodele de inginerie genetică au făcut posibilă crearea de vaccinuri extrem de eficiente împotriva herpesului, tuberculozei și holerei; în industria chimică, noi forme de drojdie și bacterii capabile să distrugă scurgerile de petrol. Elevul al 9-lea (vorbește despre inginerie celulară).

Cultura celulară vă permite să mențineți viabilitatea lor în afara corpului în condiții create artificial dintr-un mediu nutritiv lichid sau solid. Astfel de clone celulare sunt folosite ca fabrici pentru producerea de substanțe biologic active, de exemplu, hormonul eritropoietina, care stimulează formarea globulelor roșii. Folosind metode de inginerie celulară, s-au obținut factori de coagulare a sângelui (III și VIII) - pentru tratamentul hemofiliei, insulinei - pt. tratamentul diabetului, proteina de suprafata a virusului hepatitei B - pentru a obtine vaccinul adecvat.

Cel mai cunoscut fenomen de inginerie celulară pentru omul obișnuit este clonarea organismelor vii (amintiți-vă de faimoasa oaie Dolly).

Clonele de viermi de mătase crescute de academicianul V.A.Strunikov sunt cunoscute în întreaga lume. Cea mai promițătoare direcție astăzi este clonarea în domeniul embriologiei experimentale, al cărei succes este asociat în primul rând cu așa-numitele celule stem embrionare. Cea mai importantă proprietate a unor astfel de celule este că informația genetică conținută în nucleele lor este, parcă, într-o stare de repaus, i.e. În celulele stem embrionare, programul de diferențiere într-un țesut sau altul nu a fost încă lansat. Ei pot prelua orice program și se pot dezvolta într-unul dintre cele 150 de tipuri posibile de celule germinale. Celulele embrionare așteaptă doar un semnal special pentru a începe una dintre transformările lor.

Această abilitate uimitoare este dictată de excesul în celula de ARN al tuturor genelor responsabile de creșterea embrionului la stadiu timpuriu dezvoltarea embrionului. Factorii care fac celulele embrionare unice le permit să fie folosite pentru a crește o gamă largă de țesuturi și orice organ uman. Trebuie remarcat faptul că insulițele de celule stem embrionare sunt prezente în diferite organe și țesuturi. Aceste celule fac posibilă refacerea organelor și țesuturilor deteriorate și tratarea multor boli grave. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că experimentele privind clonarea umană și creșterea celulelor stem embrionare umane sunt interzise în multe țări.

Această secțiune a biotehnologiei este deosebit de importantă pentru Rusia, care, din păcate, trăiește în principal prin vânzarea de resurse. Rentabilitatea medie a câmpurilor noastre petroliere nu depășește 50%. Compania Tatneft, folosind o nouă tehnologie microbiologică unică pentru reglarea microflorei rezervoarelor de petrol, a primit încă o jumătate de milion de tone de petrol din câmpurile din Bashkiria.

Tehnologiile microbiologice sunt eficiente pentru producerea de metale neferoase și feroase. Tehnologia tradițională bazată pe prăjire are ca rezultat eliberarea de cantități mari de sulf și oxizi de azot în atmosferă, care formează baza „ploii acide”. Tehnologia bazată pe inginerie biologică nu prezintă aceste dezavantaje.

În teritoriul Krasnoyarsk, de exemplu, există opt fermentatoare microbiologice care fac posibilă extragerea aurului din roci cu un conținut scăzut de acest metal. Lumea modernă, care se confruntă cu o penurie acută de cupru, molibden și alte metale neferoase, așteaptă cu nerăbdare rezolvarea acesteia folosind metode microbiologice.

Este demn de remarcat lucrările finalizate la Institutul de Microbiologie al Academiei Ruse de Științe privind o nouă metodă de reducere a concentrațiilor de metan din mine folosind bacterii metanotrofe.

Merită să vorbim despre relevanța acestei lucrări pe fundalul unor reportaje frecvente din presă despre tragediile din minele de cărbune?

Cea mai promițătoare direcție în ingineria biologică este crearea de enzime imobilizate.

Enzimele imobilizate sunt preparate enzimatice ale căror molecule sunt legate covalent la un purtător polimer care este insolubil în apă. Astfel de enzime sunt eficiente pentru utilizare în diferite domenii ale economiei naționale. Astfel, invertaza obtinuta din drojdie poate fi folosita pentru a produce miere artificiala; lactază – pentru a produce lapte alimentar cu un conținut scăzut de lactoză și alcooli glucozo-galactoze din zer; ureaza – pentru purificarea sângelui în aparatul renal artificial.

Elevul al 11-lea (definește nanotehnologia și vorbește despre două abordări care există în ea, discursul este însoțit de o prezentare pe computer). Nanotehnologia se referă la sinteza controlată a structurilor moleculare pentru producerea de substanțe și materiale nu din materii prime convenționale, ci direct din atomi și molecule folosind dispozitive speciale care funcționează pe baza inteligenței artificiale.

Numele noii științe a fost format ca urmare a adăugării prefixului „nano” la cuvântul „tehnologie”, care denotă o reducere a scării de măsurători de un miliard de ori: 1 nanometru (1 nm) este o milioneme dintr-un milimetru, adică 1 nm = 10 –9 m Pentru a reprezenta la figurat această valoare, folosim următoarea comparație: 1 nm este de aproximativ un milion de ori mai mică decât grosimea unei pagini de manual școlar. Zece atomi de hidrogen dispuși într-un rând au 1 nm lungime și, în mod uimitor, molecula de ADN uman are un diametru de exact 1 nm.

Nanotehnologiile includ procese de manipulare a obiectelor cu dimensiuni cuprinse între 1 și 100 nm.

În nanotehnologie, există în general doar două abordări. Ele sunt denumite în mod convențional „de sus în jos” și „de jos în sus”.

Prima abordare este „de sus în jos” se bazează pe reducerea dimensiunii materiilor prime sau materialelor prelucrate la parametri microscopici. De exemplu, dispozitivele semiconductoare sunt obținute prin prelucrarea semiconductoarelor pentru acestea cu laser sau raze X . Aceste raze, care trec prin șablon, creează structura de cip necesară pe materialul sursă. Acest tip de nanotehnologie se numește fotolitografie (litografia este procesul de a face o impresie a unei imagini sculptate pe piatră pe un material). Un analog al acestuia poate fi aplicarea de desene sau inscripții pe tricouri. O variație a acestei metode în nanolume este

litografie de amprentă

. constă în faptul că construcția necesară se realizează prin asamblare din elemente de ordin inferior (atomi, molecule, clustere etc.). Pentru acest tip de nanotehnologie se folosesc instrumente de scanare a sondelor.

Ei pot muta atomii sau moleculele de-a lungul suprafeței unui substrat prin împingerea sau ridicarea acestora.

În acest caz, sonda instrumentului de scanare acționează ca un fel de excavator sau buldozer al nanolumilor. Principalele metode ale acestei abordări în nanotehnologie sunt: ​​sinteza moleculară, autoasamblarea, creșterea cristalelor nanoscopice și polimerizarea.

Sinteza moleculară constă în crearea de molecule cu proprietăţi predeterminate prin asamblarea lor din fragmente moleculare sau atomi. Așa se produc medicamentele. Multe medicamente moderne, inclusiv antibioticele de nouă generație sau faimosul Viagra, sunt produse ale sintezei moleculare. Sinteza nanoscopică moleculară rezolvă și problemele de ambalare a unor astfel de medicamente în învelișuri moleculare speciale, care fac posibilă livrarea acestor medicamente direct în zonele afectate ale corpului.

Auto-asamblare

este o metodă de nanotehnologie care se bazează pe capacitatea atomilor sau moleculelor de a se asambla în mod independent în structuri moleculare mai complexe.

Principiul auto-asamblarii se bazează pe principiul energiei minime - dorința constantă a atomilor și moleculelor de a trece la cel mai scăzut nivel de energie disponibil pentru ei. Dacă acest lucru poate fi realizat prin combinarea cu alte molecule, atunci moleculele originale se vor combina;

În organismele vii, autoasamblarea stă la baza proceselor de asimilare, adică. procese de sinteză a proteinelor, grăsimilor, carbohidraților, polinucleotidelor necesare unui anumit organism viu. Structurarea și asamblarea țesuturilor biologice au loc la nivel atomo-molecular, iar organismele vii le realizează cu eficiență ridicată. Nanosinteza poate doar visa la asta. Cu toate acestea, nanofabricatorii introduc atomi sau molecule specifice pe suprafața unui substrat sau pe o nanostructură asamblată anterior. În continuare, moleculele nanomaterialului inițial sunt orientate în spațiu, adunându-se într-o nanostructură specifică.

Nu este nevoie de construcția lentă și plictisitoare a unei astfel de structuri folosind un instrument de sondă. Acesta este avantajul auto-asamblarii.

Acum este posibil să creați dispozitive de stocare pe computer folosind auto-asamblare. Poate fi folosit și pentru a proteja o suprafață de coroziune sau pentru a-i conferi proprietăți speciale, cum ar fi teflonul, folosit la fabricarea vaselor de gătit.

Folosind auto-asamblarea, au fost produse prototipuri de ochelari hidrofile și hidrofobe, care pot găsi o aplicație largă, de exemplu, în industria auto, producția de sticlă pentru construcții și în optică.

Creșterea nanoscopică a cristalelor este o metodă nanotehnologică în care cristalele pot fi crescute din soluție folosind cristale semințe (centre de cristalizare).

Blocurile de siliciu folosite pentru a crea microcipuri sunt produse astfel. este o metodă de nanotehnologie care se bazează pe producerea de nanomateriale sub formă de polimeri din monomeri inițiali folosind reacții de polimerizare sau policondensare. Pentru a-l implementa, se folosesc așa-numitele mașini de gene, care fac posibilă sintetizarea diferitelor fragmente de ADN (se numesc oligonucleotide din grecescul „oligos” - puțin, nesemnificativ, în contrast cu o polinucleotidă - ADN întreg).

Apoi, din aceste fragmente, folosind aceleași mașini de gene, ei construiesc matricele necesare pentru producerea unei anumite substanțe. Șabloanele ADN sintetizate sunt inserate în ADN-ul bacteriilor, care apoi produc multe copii ale proteinei dorite. Acest lucru vă permite să construiți eficient fabrici de proteine ​​pentru a produce aproape orice proteină pe care o alegeți. Un exemplu de aplicare practică a acestei metode de nanotehnologie este producerea de insulină pentru tratamentul diabetului.

Elevul al 12-lea (vorbește despre clasificarea și reprezentanții unor grupe de nanomateriale).În 2004, la Wiesbaden, Germania, a avut loc a șaptea Conferință Internațională privind Materialele Nanostructurate, la care a fost propusă următoarea clasificare. Solide nanoporoase. Pentru obținerea acestora se folosește tehnologia sol-gel. Se bazează pe uscarea sistemelor dispersate. Produsele acestei tehnologii sunt nanomateriale care conțin oxizi metalici (

Al2O3, V2O5, Fe2O3 etc.), care pot fi folosite ca catalizatori, supercondensatori, celule de combustie etc.

Nanoparticule- acestea sunt, de exemplu, oligonucleotidele deja menționate mai sus, utilizate în mașinile de gene pentru a crea ADN pentru a produce proteina dorită la scară industrială. În plus, acestea sunt particule purtătoare utilizate pentru a furniza medicamente în anumite puncte ale corpului. Nanotuburi. Nanotuburile sunt complet

uniforma noua

Nanotuburile de carbon sunt o structură cristalină asemănătoare fullerenei, dar asamblate într-o formă diferită și, prin urmare, au proprietăți diferite (nu este fără motiv că unii cercetători propun să considere nanotuburile o altă modificare a carbonului). Nanotuburile de carbon sunt capabile să absoarbă și să rețină hidrogenul în cantități mari, făcându-le un material valoros pentru crearea motoarelor cu hidrogen și a bateriilor cu hidrogen. Nanotuburile de carbon au proprietăți semiconductoare. Utilizarea lor va face posibilă ajungerea la catozi de temperatură joasă, în care tensiunea va fi redusă la 500 V (spre deosebire de catozii de televiziune actuali, care funcționează la o tensiune de 10 kV). Nanotuburile cu pereți multipli au o rezistență ridicată la tracțiune, care poate ajunge la 63 GPa, care este de 50-60 de ori mai mare decât oțelurile de înaltă calitate.

Presiunea pe care o pot rezista astfel de tuburi ajunge la 100 GPa, ceea ce este de mii de ori mai mare decât fibrele tradiționale. Acest lucru le permite să fie utilizate la fabricarea de materiale pentru veste antiglonț și sticlă, precum și pentru producerea de materiale de construcție rezistente la cutremur. Nanotuburile de carbon au o densitate foarte scăzută, ceea ce face posibilă obținerea din ele a materialelor compozite de înaltă rezistență, care sunt necesare în tehnologia militară și aerospațială, precum și în industria auto. Nanotuburile de carbon au o activitate catalitică mare, astfel încât pot fi utilizate pentru a efectua reacții chimice care sunt imposibile în condiții normale, cum ar fi sinteza directă Alcool etilic

din gaz de sinteză (un amestec de monoxid de carbon și hidrogen). Utilizarea nanotuburilor ca purtători de catalizator este determinată de stabilitatea lor chimică și de suprafața mare. Nanodispersiile

– sisteme dispersate în care particulele de fază sunt nanodimensionate și distribuite într-un mediu lichid. Folosind metode de chimie coloidală s-au putut obține multe materiale cunoscute sub formă nanocristalină: semiconductori, materiale magnetice etc. Utilizarea unor astfel de cristale în metalurgie face posibilă creșterea rezistenței și a altor calități ale oțelului. Nu numai țevi mai subțiri, ci și mai rezistente, care pot rezista presiune ridicata, de exemplu, în sectoarele de prelucrare a gazelor și transportului gazelor. Nanocristalele și nanogranulele fac posibilă prelucrarea suprafețelor cu precizie moleculară. De asemenea, pot fi utilizați în medicină pentru producerea de medicamente anticancer de nouă generație.

Materialele nanogranule oferă oportunități excelente pentru crearea de dispozitive care emit lumină cu un consum redus de energie, precum și suporturi pentru înregistrarea magnetică la viteză ultra-înaltă. Un grup de doi sau trei elevi realizează un raport despre aplicarea nanotehnologiei în diverse domenii ale societății moderne, folosind diagrama 2 ().

vezi p. 14

Schema 2
Aplicarea nanotehnologiei în diverse domenii

viata societatii al 13-lea elev. Energie. O alternativă la utilizarea combustibililor fosili (gaze naturale, petrol, cărbune etc.) este utilizarea celulelor fotovoltaice care transformă direct lumina solară în energie electrică - așa-numita panouri solare și creșterea eficienței acestora. Astfel de dispozitive se bazează în principal pe siliciu și, mai rar, pe germaniu. Celulele solare din siliciu sunt utilizate în construcția de locuințe

și producția industrială, precum și în calculatoare etc. Lumina soarelui este concentrată pe un semiconductor, care este un singur cristal de siliciu sau policristalul său.

Electronică. Nanotehnologia face deja posibilă producerea de elemente semiconductoare cu dimensiuni cuprinse între 30 și 100 nm. În viitor, dimensiunea unor astfel de elemente va fi redusă la 35-50 nm.

Această oportunitate va fi oferită de utilizarea nanotuburilor de carbon și a noilor tipuri de dispozitive de stocare (de exemplu, memorie cu un singur electron) în industria electronică. La rândul său, aceasta va crește viteza de transfer a informațiilor la aproximativ 10 gigabiți pe secundă. În plus, este importantă îmbunătățirea tehnologiei de stocare a informațiilor, care se rezolvă prin crearea de dispozitive de stocare terabit, care fac posibilă creșterea densității de înregistrare pe discuri magnetice de aproximativ 1000 de ori. Aviație și astronautică.

În aviație, nanotehnologia influențează în primul rând un astfel de factor în dezvoltarea transportului aviatic precum crearea de noi materiale structurale. Alți doi factori: dezvoltarea tehnologiei motoarelor și îmbunătățirea aerodinamicii aeronavelor depind, de asemenea, de nanotehnologie, dar într-o măsură mai mică. Folosind nanotehnologie, vor fi create materiale compozite ceramice rezistente la căldură (adică materiale formate din două sau mai multe componente) capabile să reziste la temperaturi de 1000–1600 °C și compozite polimerice care pot rezista la temperaturi de 200–400 °C. În astronautică, cerințele pentru compozite sunt și mai mari: acestea trebuie să fie foarte rezistente la căldură (rezistă la temperaturi de aproximativ 3000 °C), ultra-ușoare și ultra-rezistente. Acestea sunt materialele care au fost folosite pentru a face Buranul nostru și sunt folosite la fabricarea navetelor americane. Nanotehnologiile fac posibilă crearea de materiale cu „recunoaștere moleculară” și organizarea producției în masă de biosenzori capabili să monitorizeze corpul uman pentru o lungă perioadă de timp, ceea ce va face posibilă diagnosticarea precoce a anumitor boli. În plus, există perspectiva utilizării unor dispozitive nanoscopice speciale numite nanoroboți pentru diagnosticarea și tratarea bolilor. Introduse în corpul uman, acestea vor fi capabile să curețe vasele de sânge de depozitele aterosclerotice, să distrugă tumorile canceroase tinere, să corecteze moleculele de ADN deteriorate, să efectueze un diagnostic complet, să livreze medicamente anumitor organe și chiar celule etc. Crearea și îmbunătățirea astfel de -numitele cipuri ADN vor face posibilă efectuarea cu ușurință de analiză a informațiilor genetice ale unui individ și efectuarea unui curs de tratament bazat pe crearea de medicamente individuale în conformitate cu aceste informații. Utilizarea nanotehnologiei face posibilă obținerea de noi biomateriale și polimeri funcționali artificiali - înlocuitori pentru țesutul uman.

Nanotehnologia este folosită pentru a crea nanoinstrumente și nanomanipulatoare utilizate în medicină. Astfel, au apărut deja nanopensetele și nanoneedele. De exemplu, pentru realizarea nanopensetelor se folosesc două nanotuburi de carbon cu diametrul de 50 nm, amplasate paralel pe un substrat din fibră de sticlă. Aceste tuburi converg și diverg atunci când li se aplică tensiune, simulând pensete. Japonezii au creat nanopensete, care au doar 3 nm lungime, ceea ce le permite să manipuleze molecule individuale.

Oamenii de știință autohtoni de la Novosibirsk și-au propus nanoinstrumentele - nanoneedele capabile să facă injecții în celule. Nanotehnologiile vor permite, de asemenea, organizarea producției de substanțe biologic active prin metode de auto-asamblare. Pentru a rezolva această problemă, nanotehnologie Atentie speciala

sunt administrate celulelor stem embrionare, care sunt capabile să se transforme în celule ale diferitelor organe umane (celule nervoase, epiteliale, hepatice etc.). Procesele de transformare a celulelor stem sunt asociate cu mecanismele de auto-asamblare a structurilor celulare. Utilizarea celulelor stem va ajuta la înlocuirea organelor deteriorate și la „repararea” parțială a zonelor deteriorate. Această zonă de aplicare a nanotehnologiei a fost deja discutată, dar încă o dată merită să acordăm atenție relației și semnificației acestor două tehnologii.

În sensul său original, biotehnologia a fost utilizarea metodelor de sinteză a ADN-ului pentru a produce proteine ​​specifice la scară nanometrică. Rolul de „fabrici” pentru producerea proteinelor a fost jucat de bacteriile Escherichia coli, în care un fragment de ADN a fost înlocuit cu o secțiune necesară sintezei unei proteine ​​specifice. Cele mai izbitoare exemple de astfel de design sunt producția de insulină, factor de creștere a corpului (somatotropină) și factor VIII (sau factor de coagulare, care provoacă coagularea sângelui și este utilizat în hemofilie), care sunt utilizate pe scară largă în medicină. al 15-lea elev.

Agricultură.

Potrivit ONU, aproximativ 7 miliarde de oameni trăiesc în prezent pe Pământ, iar conform previziunilor, până în 2050 populația planetei ar putea ajunge la 100 de miliarde de oameni. Deja acum problema alimentației este globală pentru umanitate. Orice persoană obișnuită poate observa creșterea prețurilor la alimente zi de zi.

Soluția problemei alimentare a umanității depinde, în primul rând, de utilizarea pe scară largă a ingineriei genetice și a biotehnologiei pentru a crea soiuri de plante cu productivitate și valoare nutritivă crescută, precum și de crearea unor rase de animale și tulpini de microorganisme foarte productive. Nanoinstrumentele și tehnicile enzimatice utilizate în biotehnologie și inginerie genetică fac posibilă rezolvarea acestor probleme într-un ritm mai rapid. Astfel, producția de noi soiuri de soia modificată genetic, binecunoscută tuturor, evoluează rapid. Soiurile tradiționale de roșii, cartofi, porumb, mazăre, grâu, orez etc., precum și cartofi dulci exotici și papaya, în practica agricolă fac loc unor soiuri create prin inginerie genetică care sunt rezistente la buruieni și dăunători și au o productivitate crescută. .

Temperatura medie a Pământului a crescut cu 0,5 °C în doar 40 de ani ai secolului trecut.

Se preconizează că temperaturile medii vor crește cu încă 3°C în noul secol. Consecințele acestui fapt amenință omenirea cu multe necazuri: nivelul oceanelor lumii va crește cu 65?cm (zonele de coastă ale multor țări vor fi inundate), va avea loc o schimbare radicală a climei, o schimbare a zonelor naturale etc. Nanotehnologia oferă posibilitatea de a reduce efectele temperaturii asupra atmosferei Pământului cu ajutorul: căutare surse alternative

energie,

îmbunătățirea panourilor solare,

reducerea conținutului de monoxid de carbon (IV) din gazele de eșapament.

Distrugerea stratului de ozon sub influența freonilor (agenți frigorifici, aerosoli) folosiți pe scară largă în industrie și electrocasnice poate duce la o creștere semnificativă a cancerului de piele și a leucemiei. Prin urmare, nanotehnologia se confruntă cu sarcina de a crea substanțe și materiale care înlocuiesc freonii.

Problema poluării mediului cu dioxină este asociată cu utilizarea pe scară largă a compușilor care conțin clor (clorura de polivinil, hidrocarburi clorurate etc.) în scopuri industriale.

Cu ajutorul nanotehnologiei se sintetizează noi materiale care pot înlocui polimerii care conțin clor; sunt creați biosenzori pentru monitorizarea pe termen lung și precisă a mediului; Nanopulberile sunt produse pentru a combate poluarea mediului și, în primul rând, scurgerile de petrol; Nanofiltrele sunt proiectate pentru a preveni eliberarea de dioxină și alte deșeuri în mediu, inclusiv emisiile de sulf și oxizi de azot din instalațiile de transport și industriale. În acest ultim scop, catalizatorii și purtătorii lor creați folosind nanotehnologie pot juca, de asemenea, un rol important. Reducerea dimensiunii granulelor de cristal la scari nanometrice face posibilă crearea de noi medii optice din materiale sticloase cu indici de refracție foarte mari și controlabili, modificări de culoare, rezistență etc.

Astfel de medii se numesc nanoglasses. Domeniile lor de aplicare sunt extrem de diverse. De exemplu, folosind nanotehnologia, structurile de tip fagure sunt create pe suprafața sticlei și umplute cu diferite nanomateriale. Astfel de ochelari pot fi folosiți pentru a crea dispozitive extrem de eficiente pentru stocarea și transmiterea informațiilor digitale. De asemenea, nano-ochelarii combinați cu lasere cu unde scurte vor face posibilă producerea de dispozitive optice de stocare de mare putere și materiale de film cu o claritate crescută a imaginii.

Nanoochelarii pot fi folosiți pentru a face comutatoare optice și ghiduri de undă optice subțiri. În mintea omului obișnuit, ochelarii „cameleon” și geamurile mașinii care modifică intensitatea întunecării sunt rareori asociate cu idei despre nanolume, dar acesta este exact cazul. La Centrul Acvatic de la Beijing, unde s-au încheiat recent Jocurile Olimpice, acoperișul a fost realizat cu nanosticlă, care poate schimba intensitatea culorii în funcție de intensitatea luminii naturale și, de asemenea, se poate îndoi spre interior sau spre exterior, în funcție de temperatură. Profesor. Nanoștiința și nanotehnologia sunt un domeniu integrat al științelor și tehnologiilor moderne, considerate anterior autonome: fizică, chimie, biologie și specializările acestora (biochimie, biofizică, microscopie atomică), precum și

tehnologia Informatiei , biotehnologie, știința materialelor. În consecință, nanoștiința este de natură interdisciplinară și, prin urmare, este destul de logic să presupunem că o înțelegere a acestei științe va fi necesară în orice domeniu al viitoarei activități profesionale. Eram convinși de eficiența acestui seminar

propria experiență
, când a avut loc la școala nr. 531 din Moscova și școala nr. 33 din Engels, regiunea Saratov.
O.S.GABRIELYAN,

S.A.SLADKOV, E.E.OSTROUMOVA.

 * Sortarea materialelor în vrac (cărbune, minereu etc.) după dimensiunea particulelor (bucăți) pe dispozitive speciale - ecrane. –

Necesitatea creșterii capacității unitare a nodurilor este asociată cu o creștere a nevoii de produse și spațiu limitat pentru plasarea echipamentelor. Pe măsură ce capacitatea crește, costurile de capital și taxele de amortizare per unitate de produs finit sunt reduse. Numărul personalului de serviciu este redus, ceea ce duce la o reducere a fondului salariileși creșterea productivității muncii. O creștere a capacității unitare a nodurilor este cea mai tipică pentru producția continuă de tonaj mare. În cazul producţiei de produse farmaceutice şi produse cosmetice acesta nu este un factor determinant în majoritatea cazurilor.

 dezvoltarea de tehnologii prietenoase cu mediul care reduc sau elimină poluarea mediului din deșeurile de producție (crearea de tehnologii fără deșeuri)

Aceasta este o problemă foarte importantă, în special pentru industriile asociate cu transformările chimice ale substanțelor, în special în producția de substanțe biologic active și substanțe incluse în formele de eliberare finală. În același timp, în cazul producției directe de medicamente și produse cosmetice, problema deșeurilor nu este atât de importantă. Acest lucru se datorează faptului că, în esență, aceste industrii trebuie să fie fără deșeuri, iar generarea de deșeuri este posibilă doar dacă sunt încălcate reglementările tehnologice.

 Utilizarea schemelor tehnologice combinate

Această problemă este foarte importantă atunci când se organizează producția de produse la scară mică. Industriile la scară mică, în special industria sintezei organice fine, se caracterizează printr-o gamă foarte largă de produse. În același timp, o serie de produse pot fi produse folosind metode tehnologice similare pe aceeași schemă tehnologică. Același lucru se întâmplă și în cazul producției de produse farmaceutice și cosmetice, când forme de eliberare similare (tablete, creme, soluții) cu denumiri diferite pot fi produse folosind aceeași schemă tehnologică.

 Creșterea eficienței energetice a producției

În cazul producției de produse farmaceutice și cosmetice, această problemă nu este de mare importanță, deoarece în marea majoritate a cazurilor procesele au loc la temperatura camerei și nu au un efect termic ridicat.

Următoarea problemă importantă pe care trebuie să o luăm în considerare din punct de vedere al problemelor generale de organizare a producției sunt condițiile care influențează alegerea echipamentelor pentru procesul tehnologic chimic și modul de organizare a procesului.

1.2.3. Condiții care influențează alegerea proiectării echipamentelor pentru un proces tehnologic chimic

Calitatea produsului țintă este determinată de respectarea strictă a reglementărilor tehnologice și de alegerea competentă a echipamentelor de bază necesare producției. Prin echipament principal înțelegem echipamentul în care se desfășoară principalele etape tehnologice: reacții chimice, pregătirea componentelor de pornire, producerea produselor finale țintă etc. Restul echipamentelor necesare pentru asigurarea procesului tehnologic este auxiliar. Astfel, prima sarcină care trebuie rezolvată la organizarea producției este alegerea echipamentelor tehnologice. Această alegere este supusă unui număr de condiții, dintre care unele sunt enumerate mai jos

 Temperatura și efectul termic al procesului

Determinați alegerea lichidului de răcire și designul elementelor de suprafață de schimb de căldură.

 Presiune

Determină materialul dispozitivului și caracteristicile de proiectare ale echipamentului pe baza rezistenței mecanice.

 Mediul de proces

Determină alegerea materialului dispozitivului din punct de vedere al rezistenței la coroziune și al metodei de protecție împotriva coroziunii. În cazul producției de produse farmaceutice și cosmetice, alegerea materialului dispozitivului este determinată de cerințele privind calitatea produsului final, în special în ceea ce privește conținutul de impurități metalice și compuși organici.

 Starea fizică a reactanților

Determină metoda de organizare a procesului (loc sau continuu), metoda de încărcare a componentelor inițiale și de descărcare a produselor finale și proiectarea dispozitivelor de amestecare.

 Cinetica procesului

Determină metoda de organizare a procesului și tipul de echipament.

 Metoda de organizare a procesului

Determină alegerea tipului de echipament.

Pentru o lungă perioadă de timp Bunurile de zi cu zi necesare oamenilor (alimente, îmbrăcăminte, vopsele) au fost produse prin prelucrarea în principal a materiilor prime naturale de origine vegetală. Tehnologiile chimice moderne fac posibilă sintetizarea din materii prime de origine nu numai naturală, ci și artificială, a numeroase și diverse produse în proprietățile lor, care nu sunt inferioare analogilor naturali. Posibilitățile potențiale ale transformărilor chimice ale substanțelor naturale sunt cu adevărat nelimitate. Fluxuri în continuă creștere de materii prime naturale: petrol, gaze, cărbune, săruri minerale, silicați, minereu etc. – sunt transformate în vopsele, lacuri, săpun, îngrășăminte minerale, combustibil pentru motor, materiale plastice, fibre artificiale, produse de protecție a plantelor, substanțe biologic active, medicamente și diverse materii prime pentru producerea altor substanțe necesare și valoroase.

Ritmul dezvoltării științifice și tehnice a tehnologiilor chimice crește rapid. Dacă la mijlocul secolului al XIX-lea. A fost nevoie de 35 de ani pentru dezvoltarea industrială a procesului electrochimic de producere a aluminiului, dar în anii 50 ai secolului XX.

Producția pe scară largă de polietilenă la presiune scăzută a fost stabilită în mai puțin de 4 ani. În întreprinderile mari din țările dezvoltate, aproximativ 25% din capitalul de lucru este cheltuit pentru cercetare și dezvoltare, dezvoltarea de noi tehnologii și materiale, ceea ce permite, după aproximativ 10 ani, actualizarea semnificativă a gamei de produse. În multe țări, întreprinderile industriale produc aproximativ 50% din produse care nu au fost produse deloc în urmă cu 20 de ani. La unele întreprinderi avansate cota sa ajunge la 75–80%. Dezvoltarea de noi substanțe chimice - un proces intensiv și costisitor de muncă. De exemplu, pentru a găsi și a sintetiza doar câteva medicamente , potrivit pentru producția industrială, este necesar să se producă cel puțin 4000 de soiuri de substanțe. Pentru produsele de protecție a plantelor, această cifră poate ajunge la 10.000 În trecutul recent, în Statele Unite, pentru fiecare produs chimic introdus în producția de masă, au existat aproximativ 450 de dezvoltări de cercetare, dintre care doar 98 au fost selectate pentru producție pilot. După teste-pilot, doar nu mai mult de 50% dintre produsele selectate au fost găsite pe scară largă uz practic

Datorită interacțiunii de succes dintre chimiști, fizicieni, matematicieni, biologi, ingineri și alți specialiști, apar noi dezvoltări care au asigurat o creștere impresionantă a producției de produse chimice în ultimul deceniu, după cum arată următoarele cifre. Dacă producția totală din lume a crescut de aproximativ 3 ori în 10 ani (1950-1960), atunci volumul produselor chimice în aceeași perioadă a crescut de 20 de ori. Pe o perioadă de zece ani (1961–1970), creșterea medie anuală a producției industriale în lume a fost de 6,7%, iar producția chimică - 9,7%. În anii 70, creșterea producției chimice, în valoare de aproximativ 7%, a asigurat aproximativ dublarea acesteia. Este de așteptat ca, cu astfel de rate de creștere, până la sfârșitul acestui secol industria chimică să ocupe primul loc în producția.

Tehnologiile chimice și producția industrială aferentă acoperă toate cele mai importante domenii ale economiei naționale, inclusiv diverse sectoare ale economiei. Interacțiunea tehnologiilor chimice și a diferitelor sfere ale activității umane este prezentată în mod convențional în Fig. 6.1, unde sunt introduse notațiile: A– industrie chimică și textilă, celuloză și hârtie și industria ușoară, producție de sticlă și ceramică, producție de materiale diverse, construcții, minerit, metalurgie; B– inginerie mecanică și instrumentală, electronică și inginerie electrică, comunicații, afaceri militare, agricultură și silvicultură; industria alimentară, protecția mediului, îngrijirea sănătății, gospodărie, mass-media; ÎN– creșterea productivității muncii, economii de materiale, progrese în domeniul sănătății; G– îmbunătățirea condițiilor de muncă și de viață, raționalizarea muncii mintale; D– sănătate, alimentație, îmbrăcăminte, odihnă; E– locuințe, cultură, creștere, educație, protecția mediului, apărare.

Iată câteva exemple de utilizare a tehnologiilor chimice. Pentru a produce calculatoare moderne, sunt necesare circuite integrate, a căror tehnologie de fabricație se bazează pe utilizarea siliciului. Cu toate acestea, în natură nu există siliciu în forma sa chimic pură. Dar în cantități mari există dioxid de siliciu sub formă de nisip.

Tehnologiile chimice fac posibilă transformarea nisipului obișnuit în siliciu elementar. Un alt exemplu tipic. Transportul rutier arde cantități enorme de combustibil. Ce trebuie făcut pentru a obține o poluare atmosferică minimă din gazele de eșapament? Această problemă este parțial rezolvată cu ajutorul unui convertor catalitic auto al gazelor de eșapament.

Soluția sa radicală este furnizată de utilizarea tehnologiilor chimice, și anume manipulări chimice ale materiei prime - țiței, procesate în produse purificate care sunt arse efectiv în motoarele auto.

O parte semnificativă a populației lumii este direct sau indirect asociată cu tehnologiile chimice.

În urmă cu aproximativ zece ani, existau peste 1 milion de soiuri de produse produse de industria chimică. Până la acel moment, numărul total de compuși chimici cunoscuți era de peste 8 milioane, inclusiv aproximativ 60 de mii de compuși anorganici. Astăzi sunt cunoscuți peste 18 milioane de compuși chimici. În toate laboratoarele de pe planeta noastră, 200-250 de compuși chimici noi sunt sintetizați în fiecare zi. Sinteza de noi substanţe depinde de perfecţiunea tehnologiilor chimice şi, în mare măsură, de eficienţa controlării transformărilor chimice.