13.9: Прогнозування та зменшення небезпек

Last updated
Save as PDF

Page ID: 18972

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Зменшення небезпек від хімічних процесів обговорювалося Глава 2, розділ 2.7, «Зниження ризику: небезпека та вплив» Звичайний підхід до того, щоб зробити хімічні процеси менш небезпечними для працівників та менш шкідливими для навколишнього середовища, підкреслив зменшення впливу. На арені безпеки працівників це передбачало такі заходи, як носіння захисного спорядження для запобігання контакту з небезпечними хімічними речовинами. Для навколишнього середовища в цілому вона складалася в основному з заходів «кінця труби» для запобігання викиду забруднюючих речовин після їх утворення.

На відміну від зменшення експозиції, зелена хімія спирається на зменшення небезпеки. Першим кроком у зменшенні небезпеки є знання того, що таке небезпеки і звідки вони походять. Небезпеки можуть виникнути від використовуваної сировини, середовищ (розчинників), в яких проводяться хімічні процеси, каталізаторів, що дозволяють протікати хімічні реакції, і побічних продуктів. Прямі небезпеки, що представляються працівникам в хімічному процесі, потрапляють на дві основні категорії токсичних небезпек та небезпек, пов'язаних з неконтрольованими подіями, такими як пожежі та вибухи.

Токсичні речовини найбільш логічно класифікуються за своїми біохімічними властивостями, які призводять до токсичних реакцій. Корисним засобом зв'язку токсичних ефектів з хімічною природою токсичних речовин є взаємозв'язки структурної активності, які використовують комп'ютерні програми для пошуку кореляцій між особливостями хімічної структури, такими як групування функціональних груп, і токсичність сполуки. Як приклад, органічні сполуки, що містять функціональну групу N-N=O, є N-нітрозосполуками, сімейством, відзначеним для членів, які викликають рак. Структурні особливості, які вказують на схильність до здачі метильних (-CH3) груп, також підозрюються, оскільки приєднання метильних груп до клітинної ДНК є основним механізмом спричинення раку. Ця небезпека може бути зменшена шляхом заміщення алкільних груп більшою кількістю вуглецю для метильної групи.

Три види хімічних речовин мають високий пріоритет у усуненні небезпеки токсичності в зеленій хімії. Перша така категорія складається з важких металів, таких як свинець, ртуть, миш'як (металоїд). Ці незнищувані елементи мають різноманітні токсичні ефекти, такі як порушення функції ниркових канальців у нирках (кадмій), неврологічне пошкодження (ртуть) та інгібування вироблення АТФ (див. Розділ 7, розділ 7.8, «Біохімічні процеси в обміні речовин») Друга велика категорія токсичних речовин, які Слід уникати в практиці зеленої хімії складається з ліпідно-розчинних органічних речовин, які не легко деградують. Ці сполуки часто складаються з відносно високомолекулярних органогалогенідів, таких як ПХБ, і накопичуються в ліпідній (жировій) тканині. Випускаючись у навколишнє середовище, ці матеріали можуть піддаватися біомагніфікації, коли вони рухаються по харчовому ланцюгу. Летючі органічні сполуки (ЛОС) складають третій клас клопітних токсичних речовин. Це в першу чергу вуглеводні, такі як гептан, і низькомолекулярні масові органогалогеніди, такі як трихлоретилен.

Рисунок 6.5), як відомо, викликав рак печінки у працівників, які піддаються впливу пари у виробництві полівінілхлоридних полімерів.

Хімічні речовини, які становлять небезпеку через їх потенціал зазнати руйнівних хімічних реакцій, потрапляють на кілька часто перекриваються категорій. Горючі або легкозаймисті речовини - це ті, які здатні інтенсивно і руйнівно горіти в повітрі або інших джерелах кисню. Вуглеводневі розчинники за своїми характеристиками можуть дуже нагадувати бензин і є легкозаймистими. До небезпек таких матеріалів додається їх летючість, що дозволяє їм утворювати вибухонебезпечні суміші парів в повітрі. Можуть статися руйнівні пожежі НПЗ, що живляться вуглеводнями.

Тоді як горючі речовини є хімічними редукторами, інша категорія небезпечних хімічних речовин складається з хімічних окислювачів, які забезпечують джерела кисню для реакції редукторів (див. Розділ 13.8). Однією з таких сполук є перхлорат амонію, NH ₄ ClO ₄, потужний окислювач, що використовується в ракетному паливі. Багато процедур хімічного синтезу включають стадії окислення, і для цих етапів використовуються різні хімічні окислювачі. Четверта категорія небезпечних хімічних речовин - це ті, які є реактивними. Вибухові речовини є яскравими прикладами реактивних речовин. Однією з найбільш підступних вибухових речовин є нітрогліцерин, який піддається наступній реакції при вибуху.

\[\ce{4 C3H5N3O9 \rightarrow 12CO2 + 10 H2O + 6N2 + O2}\]

Ця реакція показує, що молекула нітрогліцерину насправді містить надлишок кисню, оскільки елементарний кисень виділяється, коли нітрогліцерин вибухає. Відомо, що деякі структурні особливості молекул пов'язані з реактивністю. Одним із прикладів є близька присутність кисню та азоту на одній молекулі, особливо там, де кілька атомів азоту пов'язані між собою. Кінцева категорія небезпечних хімічних речовин складається з тих, які є корозійними. Взагалі, корозійна речовина - це та, яка атакує матеріали, включаючи навіть людську плоть. Більш конкретним визначенням є те, що корозійною речовиною є та, яка виробляє високі концентрації або H ⁺ іона (сильна кислота), або OH ^- іона (сильна основа).

Часто небезпечні хімічні речовини відносяться до двох і навіть більше категорій, викладених вище. Прикладом такої речовини є концентрована азотна кислота, HNO ₃. Крім того, що він є сильною кислотою, цей матеріал виступає в якості джерела кисню, представленого як\(\{\ce{O}\}\) в реакції нижче:

\[\ce{2HNO3 \rightarrow 3 \{O\} + H2O + 2NO}\]

Небезпечна концентрована азотна кислота використовується в деяких реакціях хімічного синтезу, в яких необхідний кислий окислювач. Серед багатьох інших потенційно небезпечних сильних окислювачів використовуються перманганат (MnO ₄ ^-) та кисневмісні сполуки, такі як біхромат калію, K ₂ Cr ₂ O ₇.

Ідеальний спосіб боротьби з небезпечними речовинами в практиці зеленої хімії полягає в тому, щоб повністю уникнути їх виготовлення або використання. Похвальною метою в принципі часто неможливо повністю уникнути небезпечних матеріалів на практиці. У випадках, коли необхідно мати справу з небезпечними речовинами, необхідно докласти всіх зусиль для запобігання їх викиду, впливу на людину або обставин, в яких може проявлятися їх небезпека.