Кейсы по теме Углерод

Кейс 1. Углекислый газ.

Города, особенно мегаполисы — это центры развития технологий, бизнеса и культуры. Но есть и обратная сторона медали — колоссальный уровень загрязнения окружающей среды. В первую очередь, речь идет о промышленных отходах, твердых, жидких и газообразных. Что касается последних, то больше всего в атмосферу Земли выбрасывается углекислого газа. 
Сам по себе углекислый газ не вреден для окружающей среды. Наоборот, он является одним из главных элементов процесса жизнедеятельности растений. Но если диоксида углерода становится слишком много, он начинает играть роль тепловой изоляции для планеты. Излучение Солнца свободно проходит через атмосферу, но вот обратно, в космос, уходит тем меньше тепловой энергии, чем больше парниковых газов в газовой оболочке Земли. Поверхность планеты начинает нагреваться. Тают льды, изменяются климат и видовой состав флоры и фауны.

На долю городов приходится около 70% выбросов CO₂. А это означает, что города становятся еще и главной причиной изменений климата на Земле — глобального потепления.
К значительному выделению CO₂ приводят некоторые виды промышленной деятельности, такие, например, как производство цемента и утилизация попутных нефтяных газов путём их сжигания.

Предложите способы предотвращения или сведения к минимуму выбросов предприятиями СО₂ в атмосферу(опишите механизм, химические превращения, оборудование, в котором будет осуществляться предложенный метод), отметьте недостатки и преимущества предложенных способов.

Кейс 2. Угарный газ.

Оксид углерода (CO) – бесцветный газ, не имеющий запаха, немного легче воздуха, плохо растворим в воде.

При обычных условиях монооксид углерода инертен. Он химически не взаимодействует с водой. Растворимость СО в воде около 1:40 по объему. Убыль оксида углерода в окружающей среде происходит за счет его разложения почвенными грибами.

Для человека СО чрезвычайно ядовит. Его допустимое содержание в производственных помещениях составляет 20 мг/м³ в течение рабочего дня. Естественный уровень содержания оксида углерода в атмосферном воздухе – 0,01-0,9 мг/м³.

Угарный газ попадает в атмосферу от промышленных предприятий, в первую очередь металлургии. В металлургических процессах при выплавке 1 млн. тонн стали образуется 320-400 тонн оксида углерода. Большое количество СО образуется в нефтяной промышленности и на химических предприятиях (крекинг нефти, производство формалина, углеводородов, аммиака и др.).

Предложите способы нейтрализации угарного газа (опишите механизм, химические превращения, оборудование, в котором будет осуществляться предложенный метод) на предприятии. Обозначьте преимущества и недостатки предложенных способов.

Кейс 3. Способы получения алмаза из графита.

Слово «алмаз» в переводе с древнегреческого языка означает «нерушимый». Это самый твердый природный минерал на Земле. Он в 4,8 раза тверже корунда и в 7 раз - топаза. При этом температура горения алмаза - 850 °C, а это значит, в обычном костре он сгорит без остатка.

Кимберлит, из которого извлекают алмазы, и есть застывшая магма. В настоящее время в мире известно более 1 500 кимберлитовых тел, но лишь десятая их часть содержит алмазоносные породы, а для того чтобы получить алмаз весом в 1 карат, а это всего 0,2 грамма, нужно добыть и переработать не менее тонны кимберлитовой руды.

Можно ли получить алмаз искусственно? Если можно, то из какой аллотропной модификации углерода? Будет ли такой искусственный алмаз отличаться от природного? Каким образом? Опишите механизм получения, необходимые условия и оборудование.

Кейс 4. Аллотропные модификации углерода.

Углерод (С) — элемент, относящийся к группе неметаллов с атомным номером 6. Это означает, что он имеет шесть протонов в ядре и столько же электронов. Хотя он относительно редко встречается в земной коре, он образует больше соединений, чем любой другой элемент. Это ключевой элемент всех живых организмов, из него состоят структуры белков, углеводов и жиров. В атмосфере он присутствует в виде двуокиси углерода (CO₂), которая является одной из фаз круговорота углерода в природе.

Аллотропия – явление существования элемента в виде нескольких простых веществ.  Таким образом, соединения, образованные атомами углерода, но отличающиеся строением и свойствами, называются аллотропными модификациями углерода. С каждым последующим десятилетием ученые открывают новые аллотропные модификации углерода. Их гипотетическое число уже сегодня оценивается примерно в 500. Другого такого универсального элемента в мире нет.

Выберите основные аллотропные модификации углерода, чаще всего использующиеся в производстве и быту. Объясните их актуальность, основываясь на физических и химических свойствах, а так же опишите способы их получения (необходимые условия и механизм) и применение.

Кейс 5. Получение и производство соды.
Сода была известна еще в глубокой древности в качестве вещества, применявшегося для чистки. Добывалась она до конца 18 века преимущественно из естественных месторождений Венгрии, Египта и других частей Африки и из золы морских растений, преимущественно в Испании.
Сода того времени не отличалась чистотой.

Кальцинированная сода встречается в природе в больших количествах, главным образом в соляных пластах. 
Кроме того, сода - строительный материал крови человека. Она входит в состав крови и именно ее солоноватый привкус мы ощущаем, когда, порезав палец, быстро подносим пораненное место к губам.

А вот некоторые пловцы используют соду как допинг, она позволяет им долгое время оставаться в форме в период соревнований.

Предложите и опишите способы получения (механизм и химические превращения) соды из доступных соединений углерода.