Хімія. Рівень стандарту. 10 клас. Савчин

§ 26. ВПЛИВ ПОЛІМЕРНИХ МАТЕРІАЛІВ НА ЗДОРОВ'Я ЛЮДИНИ ТА ДОВКІЛЛЯ

Вивчивши матеріал параграфа, ви зможете:

  • описувати властивості полімерних матеріалів;
  • знати, як найпоширеніші полімерні матеріали — пластмаси впливають на здоров'я людини та довкілля;
  • дотримуватися правил безпечного поводження із синтетичними полімерними матеріалами.

Вплив пластмас на здоров'я людини. Ви вже ознайомилися з найпоширенішими пластмасами. Характерно, що серед них домінують економічно вигідні для людини полімерні матеріали, основними властивостями яких є міцність, стійкість до дії зовнішніх чинників, дешевизна, водо- й газонепроникність. Завдяки їм пластмаси набули широкого застосування. Це тара для зберігання багатьох продуктів, канцелярські товари, якими ви користуєтеся на уроках, пляшки під оцет, олію, мінеральні води, соки, фруктові напої, одяг із синтетичних матеріалів тощо. Людина настільки звиклася з полімерними матеріалами, що навіть не замислюється над тим, позитивно чи негативно вони впливають на стан її здоров'я.

Дослідження вчених показали, що певні види пластмас шкідливі для здоров'я дорослих і дітей. Багато речей, які використовують у побуті (зокрема, деякий посуд, пластикові упаковки для харчових продуктів, пляшки із сосками для штучного вигодовування дітей, віконні рами, плівки для натяжних стель, пластикові меблі або елементи меблів, стоматологічні пломбувальні матеріали), містять у своєму складі бісфенол А (дифенілпропан). Згідно з дослідженнями, ця хімічна речовина спричиняє гормональні порушення, негативно впливає на роботу репродуктивної та серцево-судинної систем, призводить до порушення розвитку головного мозку в дітей, пригнічує функції ендокринної системи, сприяє розвитку онкологічних захворювань.

Офіційно вважається, що пластикові пляшки безпечні для здоров'я. Водночас установлено, що в пляшки легко проникають кисень, карбон(IV) оксид, ультрафіолетові промені. Тому багаторазове використання найбезпечніших пластмасових пляшок зумовлює скупчення в них небезпечних мікроорганізмів.

Небезпечними для здоров'я людини є вироби із стирену та полістирену, пластифікатори поліхлоровінілу.

Щоб поводження із синтетичними матеріалами було безпечним, необхідно користуватися маркованням пластмас щодо їх використання й подальшої переробки (утилізації). На деяких пластмасових виробах наявні позначення: трикутник із стрілок, у центрі якого розміщена цифра — від 1 до 7 (рис. 64).

Рис. 64. Марковання пластмас

Пластмаси поділяють на сім груп щодо поліпшення їхньої переробки. За цими знаками визначають, для яких цілей можна використати пластмасовий виріб:

  • 1 — поліетилентерефталат (PETE) — найбезпечніший вид пластмас;
  • 2 — поліетилен високої щільності (HDPE) — безпечний у користуванні, однак є застереження, що із стінок тари можуть потрапляти в рідину гексан і бензен (інформація не підтверджена);
  • 3 — поліхлоровініл (V) — найотруйніший і небезпечний для здоров'я людини вид пластмас. Під час спалювання утворюються високотоксичні хлороорганічні сполуки. Після десяти років використання вироби, виготовлені з цього матеріалу, починають самостійно виділяти в довкілля токсичні сполуки. Неприпустимо виготовлення з нього дитячих іграшок. Уражає центральну нервову й кісткову системи, мозок, серце, печінку, знищує імунну систему, канцероген;
  • 4 — поліетилен низької щільності (LDPE) — офіційно вважається нешкідливим, але у виробництві LDPE використовують потенційно небезпечні для здоров'я бутан і бензен;
  • 5 — поліпропілен (PP) — офіційно вважається нешкідливим для здоров'я;
  • 6 — полістирен (PS) — добувають полімеризацією стирену, який є канцерогеном, уражає слизові оболонки, негативно впливає на репродуктивні функції організму людини;
  • 7 — інші види пластмас — до цієї групи належать пластмаси, використання яких може бути пов'язане з небезпекою, а також екологічні види пластмас. Однак, використовуючи вироби з них, людина ризикує.

Тару з відповідним маркованням показано на рис. 65.

Рис. 65. Використання пластмас першої (а) і другої (б) груп та їх марковання

Вплив пластмас на довкілля. Дедалі більший попит на нові синтетичні матеріали, їх виробництво та застосування призвели до істотних змін у довкіллі. Унаслідок синтезу пластмас забруднюється атмосфера, вода, уся земна поверхня.

Під час виробництва пластмас в атмосферу потрапляють отруйні гази, пил, сполуки Плюмбуму, Меркурію та деяких інших важких металічних елементів, оксиди Сульфуру, Нітрогену, Карбону (рис. 66). Вони порушують колообіги речовин, що призводить до утворення смогу — туману, який надовго зависає над поверхнею великих міст за високої вологості або спеки (рис. 67).

Рис. 66. Викиди газів в атмосферу

Рис. 67. Смог

Багато технологічних промислових операцій відбувається за участю кисню, який вилучають з повітря, зменшуючи при цьому його вміст в атмосфері Землі.

Отруйні речовини, що потрапляють у повітря, поширюються на великі відстані. Під час дощів розчинні у воді оксиди проникають у ґрунт, підвищуючи його кислотність, а потім — у поверхневі й підземні води. По ланцюгу живлення вони надходять у рослинні й тваринні організми.

Дуже широко застосовують поліетилен у виробництві поліетиленової плівки та як пакувальний матеріал. Після використання він здебільшого накопичується у великій кількості на смітниках, під час повеней потрапляє в річки, моря та океани (рис. 68). Розкладання його відбувається впродовж десятків і сотень років.

Рис. 68. Накопичення відходів пластмас на смітниках (а), у воді (б), на кущах і деревах (в)

Вам уже відомо, що на сміттєзвалищах трапляється самозагоряння сміття, а під час горіння виділяються діоксини та фурани. Вони спричиняють генетичні зміни, викликаючи мутації в рослинному й тваринному світі. Крім того, потрапляючи у води Світового океану, пакувальні пакети призводять до загибелі багатьох видів морських тварин.

Великої шкоди довкіллю завдає спалювання відходів поліхлоровінілу та полістирену, що спричиняє викиди в повітря дуже токсичних діоксинів.

Проблеми утилізації полімерів і пластмас у контексті сталого розвитку суспільства. Утилізація полімерних матеріалів і пластмас — одна з найактуальніших проблем сьогодення. Адже навіть якісні речі, якими користується людина, з часом стають непридатними.

Є різні методи утилізації, проте насамперед важливо: 1) скорочувати обсяги використання пластмас у різних виробничих процесах; 2) застосовувати ефективні методи їх утилізації; 3) використовувати вироби з пластмас як сировину для вторинної переробки; 4) переробляти пластмаси на паливо.

Малоефективний метод — захоронення пластмасових відходів. Адже такі захоронення займають площі, які можуть використовуватися для господарських потреб. Оскільки розкладання полімерних матеріалів у природних умовах відбувається впродовж 150 років, то ці землі довгий час залишаються незадіяними.

Особливо небезпечним є відкрите спалювання пластмас. Спалювання в сміттєспалювальних печах також негативно впливає на навколишнє середовище, тому що з газоподібними викидами в атмосферу потрапляють діоксини. Побічним продуктом згоряння пластмас може бути ціанідна кислота, яка у великих кількостях є смертельною отрутою. Тож важливе значення має використання газо- й пилоочисних споруд. Ефективна також система сухої та вологої очистки в рукавних фільтрах. До того ж позитивний момент — використання тепла.

Щоб правильно утилізовувати відходи пластмас, доцільно сортувати їх згідно з маркованням (рис. 69).

Рис. 69. Сортування сміття (а) і пластмас (б)

Важливим завданням сьогодення є створення полімерів, що розкладаються під дією бактерій, сонячної енергії або повітря. Витрати на створення таких полімерів є значними, тому виробництво полімерів швидкого розкладу обмежене.

У промислових масштабах екологічно та економічно вигідним напрямом є переробка пластмас і повторне їх використання (рециклінг), а отже, з погляду сталого розвитку суспільства, і ресурсозберігальним. З цією метою відкрито пункти прийому пластику на переробку. Вони передбачають обов'язкове сортування сировини за якістю, кольором, ступенем забруднення (рис. 70).

Рис. 70. Сортування сировини

Під час переробки пластикову сировину подрібнюють, спікають або гранулюють. Така пластмаса є вторинною сировиною для переробки на інші вироби: будівельні матеріали, зокрема полістиролбетон (рис. 71), разовий посуд, скатерті, прищіпки, пляшки, відра, труби, ящики, деталі автомашин тощо.

Рис. 71. Полістиролбетон

Економічне значення переробки пластику полягає ще й у тому, що вторинна переробка не потребує розширення виробництва.

Нині головною проблемою людства є проблема гармонійного збалансованого розв'язання екологічного, енерго- й ресурсозбереження. Ідея комплексного збереження природних ресурсів виникла в 1970-і роки й була підтримана міжнародною спільнотою на Стокгольмській конференції ООН з проблем навколишнього середовища. У 1983 р. Комісія ООН з навколишнього середовища та розвитку закликала до нової ери економічного розвитку, безпечного для довкілля, який отримав назву «сталий розвиток». Це такий підхід до життя, коли інтереси суспільства спрямовуються на задоволення потреб не лише нинішнього населення планети Земля, а й наступних поколінь.

Щоб захистити довкілля від шкідливих продуктів хімічних виробництв, у контексті Стратегії сталого розвитку України основними завданнями суспільства, зокрема, визначено такі:

• розвивати господарство з урахуванням збереження живої природи, тобто зберігати системи біорозмаїття, системи збереження життя;

• забезпечувати стале використання відновлюваних ресурсів: повітря, води, ґрунтів, лісів, сільськогосподарських угідь тощо із збереженням здатностей до самовідновлення;

• економно й оптимально використовувати обмежені ресурси та природо-, енерго- й матеріалозберігальні технології, сировинну базу, створюючи екологічно чисту продукцію;

• ефективно очищати гази, що викидаються в атмосферу внаслідок господарської діяльності промислових підприємств, і воду, у яку потрапляють побутові та виробничі відходи;

• зменшувати частку спалювання газу, щоб запобігти парниковому ефекту;

• створювати мало- або безвідходні виробництва, переробляти відходи;

• вести суворий контроль за станом довкілля, прогнозувати його зміни;

• вести просвітницьку роботу щодо збереження довкілля, формувати екологічне мислення та свідоме ставлення до екологічних знань.

Вирішення цих проблем залежить від ініціативності та небайдужості кожної людини, яка мешкає на території України. У цьому полягає головне питання людства: чи збережемо планету для майбутніх поколінь?

Для зменшення загрози навколишньому середовищу в Україні розроблено певні наукові ідеї та винаходи з питань переробки пластмас (рис. 72).

Рис. 72. Обладнання з переробки пластмас

ПІДСУМОВУЄМО ВИВЧЕНЕ

Пластмаси — економічно вигідні для людини матеріали: міцні, стійкі до дії зовнішніх чинників, дешеві, водо- й газонепроникні.

• Водночас установлено, що деякі види пластмас негативно впливають на здоров'я людини, тому що містять у своєму складі бісфенол А, який, згідно з дослідженнями, сприяє розвитку онкологічних захворювань, порушує роботу репродуктивної та серцево-судинної систем, сповільнює розвиток головного мозку в дітей, пригнічує функції ендокринної системи.

• Щоб користування виробами з пластмас було безпечним, необхідно звертати увагу на марковання виробів щодо їх переробки.

• Виробництво пластмас і використання виробів із них завдають шкоди довкіллю: викиди в атмосферу отруйних газів, пилу, важких металічних елементів порушують природний процес колообігів речовин.

Загрозу довкіллю становлять величезні накопичення пластмас на смітниках, а під час повеней — у річках, морях, океанах. Розклад полімерних матеріалів відбувається впродовж десятків і сотень років.

• Перспективними напрямами є зменшення обсягу виробництва пластмас, застосування ефективних методів їх утилізації, використання виробів із пластмас як сировини для вторинної переробки та перетворення на паливо.

• У контексті Стратегії сталого розвитку основними завданнями суспільства мають бути: збереження живої природи, забезпечення сталого використання відновлюваних ресурсів із збереженням здатностей до самовідновлення; економне й оптимальне використання обмежених ресурсів, створення екологічно чистої продукції; ефективне очищення газів, що викидаються в атмосферу; створення мало- або безвідходних виробництв; переробка відходів.

• Вирішення цих проблем залежить від ініціативності та небайдужості кожного громадянина України, від його прагнення зберегти планету для майбутніх поколінь.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

  • 1. Охарактеризуйте властивості полімерних матеріалів, що зумовили їхнє широке застосування.
  • 2. Поясніть, які наслідки для здоров'я людини може мати використання пластмас.
  • 3. Охарактеризуйте відомі вам екологічні проблеми, спричинені використанням полімерних матеріалів.
  • 4. Під час виробництва та утилізації пластмас в атмосферу потрапляють гази, що спричиняють випадання кислотних дощів. Напишіть не менше трьох рівнянь реакцій утворення кислот.
  • 5. Відомо, що один із способів утилізації пластмас — їхнє спалювання. Унаслідок спалювання поліетилену масою 1 кг (1000 пакетів) в атмосферу потрапляє 12,4 г сульфур(IV) оксиду. Обчисліть, яка маса сульфур(IV) оксиду утвориться від спалювання 5 т пластмаси.
  • 6. Накопичення вуглекислого газу в атмосфері призводить до парникового ефекту. Сосновий ліс площею 1 га віком 20 років поглинає за рік 9,4 т карбон(IV) оксиду. Обчисліть, яка маса кислоти могла б утворитися з такої кількості карбон(IV) оксиду, якщо вважати, що весь газ прореагував.
  • 7. Суміш бензену, фенолу й аніліну масою 25 г обробили бромною водою. Утворився осад масою 9,91 г. Унаслідок дії металічного натрію на таку саму масу суміші виділився водень об'ємом 0,112 л (н. у.). Обчисліть масовий склад суміші.
  • 8. Перемалюйте кросворд у зошит і розв'яжіть його. У виділеному стовпчику прочитаєте загальну назву синтетичних матеріалів.

За горизонталлю:

1. Загальна назва високомолекулярних речовин.

2. Назва полімеру.

3. Назва молекули полімеру.

4. Складові молекул білків.

5. Процес руйнування білка до первинної структури.

6. Природний полімер.

7. Назва промисловості виробництва синтетичних барвників.

8. Назва кольорових реакцій на білки.

9. Вид бродіння, властивий глюкозі.

ЦІКАВО ЗНАТИ

• У 1990-х роках на міжнародній виставці в Брюсселі швейцарські хіміки Кюн і Тюркауч продемонстрували діючу модель штучного м'язу. Замість білкової тканини він містив синтетичний полімер поліакрилатну кислоту (За матеріалами М. Д. Василега «Цікава-хімія»).

• Одноразовим посудом можна користуватися лише один раз, бо кожне наступне його використання стає токсичнішим; поліетиленові пляшки з води рекомендується повторно наповнювати тільки водою.

• Одноразові тарілки, чашки, блюдця білого кольору виготовляють із меламіну. Небезпека цього пластику полягає в тому, що він містить сильну отруту — формальдегід, який негативно впливає на багато життєвих функцій організму.