2.1: Хімія хороша (і неминуча)

Глава 1 надала огляд екологічної науки та сталого розвитку в цілому. Стійкість полягає в тому, як ми маємо справу - часто погано і марно - з матерією та енергією. Як наука про матерію і як вона взаємодіє з енергією, хімія є вирішальною наукою в галузі сталого розвитку. Велика частина цієї книги присвячена сталій практиці хімії.

Багато людей злякаються ідеєю хімії і намагаються її уникати. Але уникнути хімії неможливо. Це тому, що вся матерія, все, повітря, яким ми повинні дихати, вода, яку ми повинні пити, і всі живі організми зроблені з хімічних речовин. Люди, які намагаються уникнути всіх речей, які вони вважають хімічними, можуть не усвідомити, що хімічні процеси безперервно здійснюються в їх власних тілах. Це процеси, які значно перевершують за складністю і різноманітністю ті, що відбуваються в хімічних виробничих операціях. Отже, навіть ті люди, які хочуть цього зробити, не можуть уникнути хімії; вони самі по собі є складними хімічними фабриками. Найкращий спосіб дій з усім, чого не можна уникнути і що може мати важливий вплив на наше життя (може прийти на думку професора хімії) - це спробувати зрозуміти це, розібратися з ним. Щоб отримати розуміння хімії, ймовірно, одна з головних причин, чому ви читаєте цю книгу.

Як одна зі своїх основних функцій, ця книга прагне представити сукупність хімічних знань з найбільш фундаментального рівня в рамках зв'язку хімічної науки з людьми, їх оточенням та навколишнім середовищем. Зіткнувшись з цим, вивчення хімії, заснованої на фактах про елементи, атоми, сполуки, молекули, хімічні реакції та інші фундаментальні концепції, необхідні для розуміння цієї науки, хоч і привабливі для деяких, багато хто виявився менш ніж захоплюючим. Однак ці поняття та багато іншого мають важливе значення для осмисленого розуміння хімії. Кожен, хто цікавиться зеленою хімією, явно хоче знати, як хімія впливає на людей в навколишньому світі. Тож у цій книзі обговорюється реальна хімія, впроваджуючи хімічні принципи у міру необхідності.

Протягом приблизно двох століть, що хімічна наука практикується в постійно зростаючих масштабах, вона дозволила виробляти найрізноманітніші товари, які цінуються людьми. До них відносяться такі речі, як фармацевтичні препарати, які поліпшили здоров'я і продовжили життя, добрива, які значно підвищили харчову продуктивність і запобігли поширеному голодуванню, і напівпровідники, які зробили можливими комп'ютери та інші електронні пристрої. Без наполегливих зусиль хіміків і величезної продуктивності хімічної промисловості нічого наближення до високого рівня життя, яким користувалися в сучасних індустріально розвинених суспільствах, не було б можливим.

Але не можна заперечувати, що в минулі роки, і навіть в даний час хімія багато в чому зловживалася, наприклад, викид забруднюючих речовин і токсичних речовин та виробництво небіологічно розкладаються матеріалів, що призводить до шкоди навколишньому середовищу та живим істотам, включаючи людину. Зараз очевидно, що хімічна наука повинна бути відвернута від акценту на експлуатації обмежених ресурсів та виробництві зростаючої кількості продуктів, які в кінцевому підсумку стають відходами, і до застосування хімічної науки способами, що забезпечують людські потреби, не завдаючи шкоди Землі. системи підтримки та виснаження її природного капіталу (визначеного в главі 1), від якого залежить все живе. На щастя, практика хімічної науки і промисловості неухильно рухається в напрямку екологічності та ресурсостійкості. Практика хімії таким чином, що максимізує її переваги, усуваючи або принаймні значно зменшуючи її несприятливі наслідки, стала відомою як зелена хімія, центральна тема цієї книги.

Як буде видно в наступних розділах цієї книги, практика хімії ділиться на кілька основних категорій. Більшість елементів, крім вуглецю, беруть участь з неорганічною хімією. Поширеними прикладами неорганічних хімічних речовин є вода, сіль (хлорид натрію), забруднюючий повітря діоксид сірки та вапно. Вуглець займає особливе місце в хімії, оскільки він настільки універсальний у видах хімічних видів (сполук), які він утворює. Більшість десятків мільйонів відомих хімічних речовин - це речовини на основі вуглецю. Ці сполуки є органічними хімічними речовинами і розглядаються предметом органічної хімії. Унікальна хімія вуглецю розглядається спеціально в главі 6, «Дивовижний світ вуглецю: органічна хімія та біохімія». Основна теорія і фізичні явища, що пояснюють хімічні процеси, пояснюються фізичною хімією. Живі організми здійснюють величезну різноманітність хімічних процесів, які важливі в зеленій хімії та хімії навколишнього середовища. Хімія, яку виконують живі організми, - це біохімія, яка розглядається конкретно в розділах 7, «Хімія життя іЗелена хімія». Завжди важливо знати ідентичності та кількості різних хімічних видів, присутніх у системі, включаючи різні екологічні системи. Часто значні кількості хімічних видів дуже низькі, тому для виявлення та кількісної оцінки таких видів повинні бути доступні складні засоби. Галузь хімії, що займається визначенням видів і кількостей хімічних видів, - аналітична хімія.

Оскільки хімічна промисловість розвивалася та зростала протягом початку та середини 1900-х років, більшість практиків хімії залишалися не стурбованими та значною мірою не знали про потенціал шкоди - особливо шкоди зовнішньому середовищу - своїх продуктів та процесів. Екологічна хімія була по суті невідомою і, звичайно, не практикувалася більшістю хіміків. Інциденти забруднення та шкоди навколишньому середовищу, яких було багато і серйозно, були загальноприйняті як витрати на ведення бізнесу або звинувачувалися на промисловому або комерційному секторах. Нещасне ставлення, яке переважало, узагальнено цитатою зі стандартної книги про промислову хімію 1954 року (Американська хімічна промисловість - історія, W. Haynes, Van Nostrand Publishers, 1954): «За розумним визначенням будь-який побічний продукт хімічної операції, для якого немає прибуткового використання - це відходи. Найзручніший, найменш витратний спосіб утилізації зазначених відходів — вгору по димоходу або вниз по річці — найкращий».

Незважаючи на їх потенціал заподіяти шкоду, ніхто не має більш кваліфікованих, щоб взяти на себе відповідальність за екологічну шкоду від хімічних продуктів або процесів, ніж хіміки, які мають знання, щоб зрозуміти, як виникли такі шкідливі наслідки. Оскільки згубні наслідки хімічного виробництва і використання стали більш очевидними і серйозними, хіміки змушені були, часто неохоче, боротися з ними. В даний час освічені хіміки та інженери-хіміки розглядають практику екологічно корисної хімії та виробництва як тягар, а скоріше як можливість, яка кидає виклик людській уяві та винахідливості.