Lý thuyết về Hóa học với phát triển kinh tế (Hóa học lớp 12)

1. Vấn đề năng lượng và nhiên liệu:

1.1. Hiện trạng:

Trong thực tế, các nguồn năng lượng và nhiên liệu hoá thạch như dầu mỏ, than đá, và khí tự nhiên đang dần cạn kiệt, và việc sử dụng chúng đã gây ra nhiều vấn đề và nguy hiểm cho môi trường. Khai thác và sử dụng năng lượng hoá thạch đang là một trong những nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm môi trường, gây biến đổi khí hậu toàn cầu, và các tác động xấu khác.

Hơn nữa, việc sử dụng các nguồn năng lượng hoá thạch cũng gây ra nhiều vấn đề về an ninh năng lượng. Chính phủ các quốc gia phải dành nhiều nguồn lực để bảo vệ các nguồn năng lượng này và đảm bảo an ninh năng lượng. Ngoài ra, giá cả của các nguồn năng lượng hoá thạch cũng có thể thay đổi do nhiều yếu tố bên ngoài như tình hình chính trị, sự ổn định kinh tế, các cuộc xung đột và các yếu tố khác.

Vì vậy, để đảm bảo một tương lai bền vững cho môi trường và con người, chúng ta cần tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế và sử dụng chúng một cách bền vững hơn, ví dụ như năng lượng mặt trời hoặc gió. Ngoài ra, chúng ta cần tập trung vào việc phát triển các công nghệ tiên tiến để tăng cường hiệu suất của các nguồn năng lượng thay thế và giảm chi phí sản xuất.

Các chính sách và quy định cũng cần được cải thiện để đảm bảo rằng việc sử dụng các nguồn năng lượng hoá thạch được thực hiện một cách bền vững và có ích cho môi trường và con người. Chính phủ cần đưa ra các biện pháp khuyến khích các công ty và cá nhân sử dụng các nguồn năng lượng thay thế, đồng thời thiết lập các mục tiêu và tiêu chuẩn cao hơn liên quan đến việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo.

Những biện pháp này sẽ giúp chúng ta tiết kiệm năng lượng, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, tạo ra các cơ hội việc làm mới và giảm thiểu sự phụ thuộc của chúng ta vào các nguồn năng lượng hoá thạch cạn kiệt này.

1.2. Hoá học và sự đóng góp của nó trong giải quyết vấn đề năng lượng và nhiên liệu hiện tại và tương lai:

Trong thời đại ngày nay, hoá học đóng một vai trò rất quan trọng trong việc giải quyết các vấn đề liên quan đến năng lượng và nhiên liệu. Việc tìm kiếm các nguồn năng lượng sạch, tái tạo và thân thiện với môi trường đã trở thành một trong những vấn đề được quan tâm hàng đầu của nhân loại. Trong bối cảnh đó, hoá học đã đóng góp rất nhiều vào việc tìm ra các giải pháp hiệu quả và tiên tiến để giải quyết các vấn đề này.

Một số cách mà hoá học đã góp phần giải quyết các vấn đề đó là:

Sử dụng lò biogaz để điều chế khí metan, một nguồn năng lượng sạch và tái tạo từ chất thải hữu cơ. Lò biogaz là một cách tiếp cận hiệu quả để sản xuất khí metan từ các loại chất thải hữu cơ như phân bò, phân lợn, rác thải hữu cơ, cỏ khô, vv. Khí metan này có thể được sử dụng để sản xuất năng lượng cho các mục đích khác nhau như sản xuất điện, làm nhiên liệu cho phương tiện giao thông hoặc sử dụng cho các mục đích gia đình.

Sử dụng quá trình crackinh dầu mỏ để sản xuất etanol, một loại nhiên liệu thay thế xăng và dầu. Quá trình crackinh dầu mỏ là quá trình phân hủy các phân tử dầu mỏ thành các phân tử nhẹ hơn, trong đó có etanol. Etanol là một nhiên liệu tái tạo, thân thiện với môi trường và đang được sử dụng rộng rãi như một loại nhiên liệu thay thế xăng và dầu.

Sản xuất chất thay thế xăng từ nguồn nguyên liệu vô tận là không khí và nước. Kỹ thuật này đang được nghiên cứu phát triển để đáp ứng nhu cầu năng lượng của con người mà không gây tác động xấu đến môi trường. Các nhà khoa học đang nghiên cứu các phương pháp để điều chế các chất thay thế xăng từ các nguồn nguyên liệu bền vững, như không khí và nước. Nếu thành công, kỹ thuật này có thể giúp giải quyết tình trạng ô nhiễm không khí, đồng thời đáp ứng nhu cầu năng lượng của con người trong tương lai.

Sử dụng than đá và nước để sản xuất khí than khô và khí than ướt, hai nguồn năng lượng có khả năng thay thế nhiều nguồn năng lượng khác nhau và giúp giảm thiểu sự phát thải khí thải độc hại. Khí than khô và khí than ướt là hai loại khí được sản xuất từ than đá và nước. Hai loại khí này có khả năng thay thế nhiều nguồn năng lượng khác nhau và giúp giảm thiểu sự phát thải khí thải độc hại. Hiện nay, các nhà khoa học đang nghiên cứu các phương pháp để tối ưu hóa quá trình sản xuất khí than từ than đá và nước.

Sử dụng năng lượng được sản sinh ra trong các lò phản ứng hạt nhân để đáp ứng nhu cầu năng lượng cho mục đích hoà bình. Năng lượng được sản sinh ra trong các lò phản ứng hạt nhân là một nguồn năng lượng rất lớn. Nó có thể được sử dụng để sản xuất điện hoặc để đáp ứng nhu cầu năng lượng cho các mục đích khác nhau. Tuy nhiên, việc sử dụng năng lượng hạt nhân cũng đặt ra nhiều thách thức về an toàn và môi trường.

Sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng thuỷ điện, năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng địa nhiệt, năng lượng thuỷ triều… để giúp đáp ứng nhu cầu năng lượng và giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường. Các nguồn năng lượng tái tạo đang được phát triển để đáp ứng nhu cầu năng lượng của con người mà không gây tác động xấu đến môi trường. Các công nghệ liên quan đến các nguồn năng lượng tái tạo đang được nghiên cứu và phát triển để đạt hiệu quả cao nhất và tiết kiệm chi phí nhất.

Sử dụng năng lượng điện hoá trong pin điện hoá hoặc acquy để cung cấp nguồn năng lượng cho các thiết bị điện tử hoặc các thiết bị y tế. Pin điện hoá và acquy là hai loại pin được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử hoặc các thiết bị y tế. Chúng cung cấp nguồn năng lượng cho các thiết bị này một cách hiệu quả và tiết kiệm.

Với những cách tiếp cận này, hoá học đang đóng góp rất nhiều vào việc giải quyết các vấn đề liên quan đến năng lượng và nhiên liệu, đồng thời, đáp ứng nhu cầu năng lượng của con người mà không gây tác động xấu đến môi trường. Chúng ta hy vọng rằng, trong tương lai, hoá học sẽ tiếp tục đóng góp nhiều hơn nữa vào việc giải quyết các vấn đề này.

2. Vấn đề vật liệu:

Trong bối cảnh sự phát triển của các ngành kinh tế và khoa học kĩ thuật, nhu cầu của con người về các vật liệu mới với những đặc tính vật lý và hóa học, sinh học mới ngày càng tăng cao. Điều này đòi hỏi các nhà khoa học và kỹ sư phải liên tục tìm kiếm, nghiên cứu và phát triển những vật liệu mới để đáp ứng nhu cầu của xã hội và thúc đẩy sự phát triển của nền công nghiệp.

Để đáp ứng được nhu cầu đó, các nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu và phát triển hàng loạt các loại vật liệu mới với những tính chất vật lý và hóa học đặc biệt. Các loại vật liệu này được phân thành các loại chính sau:

Vật liệu có nguồn gốc vô cơ: là các vật liệu được sản xuất từ các hợp chất vô cơ như kim loại, oxit, nitrit, carbua, silicat, borua, cacbonat, sulfat, photphat, clo, v.v. Các vật liệu này được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như xây dựng, điện tử, y tế, năng lượng, v.v.

Vật liệu có nguồn gốc hữu cơ: là các vật liệu được sản xuất từ các hợp chất hữu cơ, chẳng hạn như polyme, cao su, nhựa, sợi, v.v. Các vật liệu này có tính chất linh hoạt, dễ dàng thiết kế và sản xuất, được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp và đời sống.

Vật liệu mới: là các vật liệu được phát triển gần đây với những tính chất vật lý và hóa học đặc biệt, thường được sử dụng trong các lĩnh vực công nghệ cao, nhưng có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong tương lai, chẳng hạn như vật liệu từ siêu dẫn, từ siêu dẫn lượng tử, vật liệu từ graphene, v.v.

Vật liệu nano: hay còn gọi là vật liệu nanomet, được sản xuất từ các hạt siêu nhỏ với kích thước từ 1 đến 100 nanomet. Các vật liệu này có đặc tính độc đáo, chẳng hạn như độ bền cao, độ cứng, độ dẻo, độ dẫn điện, độ dẫn nhiệt, v.v. Các ứng dụng của vật liệu nano rất đa dạng, từ y tế, điện tử, năng lượng đến môi trường.

Vật liệu quang điện tử: là các vật liệu có đặc tính quang học và điện tử cùng tồn tại. Các vật liệu này có khả năng chuyển đổi ánh sáng thành điện và ngược lại, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như điện tử, đèn LED, v.v.

Vật liệu composite: là các vật liệu được tạo ra bằng cách kết hợp nhiều loại vật liệu khác nhau với nhau để tạo ra một loại vật liệu mới với những tính chất vật lý và hóa học đặc biệt. Các vật liệu composite thường có độ bền cao, khả năng chịu lực tốt và được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như ô tô, hàng không vũ trụ, xây dựng, v.v.

Mỗi loại vật liệu trên đều có những đặc tính và ứng dụng khác nhau, tùy thuộc vào mục đích sử dụng. Ví dụ, các vật liệu từ siêu dẫn được ứng dụng trong các thiết bị điện tử như vi mạch, bán dẫn, điện tử lượng tử, v.v. Trong khi đó, các vật liệu composite được sử dụng trong các lĩnh vực sản xuất ô tô, máy bay, tàu thủy, và các công trình xây dựng, nhờ tính năng chịu lực tốt và độ bền cao.

Các nhà khoa học và kỹ sư đang tiếp tục nghiên cứu và phát triển các loại vật liệu mới đáp ứng được nhu cầu của xã hội. Với sự phát triển của công nghệ và khoa học kĩ thuật, chúng ta có thể kỳ vọng sẽ có rất nhiều loại vật liệu mới được phát triển trong tương lai, đáp ứng được nhu cầu của con người và thúc đẩy sự phát triển của nền công nghiệp.

3. Bài tập minh họa:

Dạng 1: Ưu nhược điểm của nguồn năng lượng tương lai

Bài 1: Các em hãy phân tích ưu, nhược điểm của các nguồn năng lượng cơ bản của tương lai.

Hướng dẫn giải

Các nguồn năng lượng cơ bản trong tương lai bao gồm:

– Năng lượng mặt trời

Ưu điểm: Không cần nhiên liệu khác để hoạt động và không gây ô nhiễm môi trường. Ánh sáng mặt trời có thể được chuyển thành nhiệt hoặc điện.

Nhược điểm: Chi phí ban đầu cao và yêu cầu không gian lớn. Hiệu suất sử dụng có thể bị ảnh hưởng bởi sự ô nhiễm không khí và thời tiết.

–  Than đá

Ưu điểm: Trữ lượng còn rất nhiều, đủ cung cấp cho thế giới trong 200 – 300 năm nữa với mức tiêu thụ như hiện nay.

Nhược điểm: Tạo ra nhiều tạp chất và carbon dioxide, chất khí góp phần vào sự ấm lên toàn cầu.

–  Gió

Ưu điểm: Không gây ô nhiễm môi trường.

Nhược điểm: Phụ thuộc vào vị trí của nơi có gió mạnh. Các trang trại gió có thể ảnh hưởng đến thời tiết địa phương và vẫn chưa được nghiên cứu triệt để.

Dạng 2: Cách phân biệt một số loại chất

Chất dẻo PVC [poli (vinyl clorua)] và chất dẻo PE (polietilen) khác nhau ở điểm nào? Có thể phân biệt chúng bằng cách nào?

Hướng dẫn giải

Polyvinyl chloride (PVC) và polyethylene (PE) là hai loại nhựa phổ biến được sử dụng trong sản phẩm hàng ngày. PVC có mật độ cao và sẽ chìm trong nước, trong khi PE nhẹ hơn và sẽ nổi trên mặt nước. Khi chạm vào túi PVC, nó có cảm giác dính tay, trong khi túi PE có cảm giác mượt mà. Túi PVC không được khuyến khích để lưu trữ thực phẩm vì chúng chứa các hóa chất độc hại, trong khi túi PE là an toàn.

Để phân biệt giữa PVC và PE, bạn có thể thực hiện một thử nghiệm đơn giản bằng cách đốt một mẫu của mỗi loại nhựa trong một ống dẫn chứa dung dịch nitrat bạc (AgNO3). Khi PVC bị đốt cháy, nó sẽ tạo ra một chất kết tủa màu trắng, trong khi PE không có hiện tượng này.

Chú ý rằng PVC đã được liên kết với một số vấn đề về môi trường và sức khỏe, chẳng hạn như sự phát thải các hóa chất độc hại trong quá trình sản xuất và xử lý. Do đó, quan trọng là nhận thức về loại nhựa được sử dụng trong các sản phẩm hàng ngày và đưa ra quyết định thông minh về việc sử dụng và xử lý chúng.