Ecologizarea CURRICULUM ÎN CHIMIE

Source: http://academic.scranton.edu/faculty/cannm1/introport.html

Acest proiect a fost dezvoltat datorită ajutorului de la Grant Program special pentru stiinte chimice, Camille si Henry Fundatia Dreyfus. Fonduri suplimentare au fost furnizate de Proiectul pentru dezvoltarea de materiale educationale Green Chimie ACS / EPA şi Universitatea din Scranton.

Sfaturi pentru profesori

Introducere în chimie verde 
Michael C. Can, Departamentul de Chimie, Universitatea din Scranton

La sfârşitul anilor '60 şi începutul anilor '70, atunci când mediul a primit multă atenţie, inclusiv crearea Agenţiei de Protecţie a Mediului (EPA) şi încheierea unui Ziua Pământului în primul rând, ambele apărând în 1970. De atunci, au fost aprobate mai mult de 100 de legi referitoare la mediu în Statele Unite. Acestea includ cele douăsprezece legi principale, care sunt enumerate mai jos.
 

• Clean Air Act, 1970. Reglementează emisiile de poluanţi în aer.
• Legea a Politicii Naţionale de Mediu, 1972. Necesită în parte faptul că APE revizui informaţii despre impactul asupra mediului al proiectelor majore propuse federale (de exemplu, drumuri, clădiri, aeroporturi, parcuri si complexe militare).
• Apă curată Act, 1972. Stabileşte programe de finanţare pentru construcţia de tratare a apelor uzate de canalizare şi a unui program de aplicare a legii de reglementare şi pentru descărcarea de gestiune de poluanţi în apă, în SUA.
• Insecticid Legea federală, Legea fungicid şi Rodenticid, 1972. De distribuţie de control, vânzarea şi utilizarea pesticidelor. Toate pesticidele trebuie să fie înregistrat (licenţă) de EPA.
• Legea pentru eliminarea deşeurilor în oceanele, 1972. Reglementează de dumping intenţionată a materialelor în apele oceanului.
• Legea apei potabile, 1974. Stabileşte standarde primare pentru apa potabila.
• Legea de control substanţe toxice, 1976. Necesită o analiză, control şi protecţie a tuturor substanţelor chimice produse înainte de a fi aruncată.
• Conservarea şi refacerea resurselor Act, 1976. Regleaza deşeurilor solide şi periculoase de la producţie la eliminare.
• De Cercetare a Mediului de dezvoltare de drept şi demonstrative, 1976.Autorizează toate programele de cercetare EPA.
• Legea cuprinzătoare a mediului de raspuns, de compensare şi de răspundere, 1980, mai bine cunoscut sub numele de Superfund. Stabileşte un federal Superfund de curăţare a abandonat site-uri de deşeuri periculoase, scurgeri accidentale şi de urgenţă, cum ar fi emisia de poluanţi în mediu.
• Legea cu privire la planificarea de urgenţă şi de dreptul comunitar să ştiu.Necesită industrii să raporteze emisiile de contaminanţi şi încuraja comunităţile locale, pentru a cere un plan pentru situaţii de urgenţă chimice.
• Actul de Prevenire a poluării din 1990. Urmăreşte să prevină poluarea prin încurajarea companiilor să reducă generarea de poluanţi prin cost-eficiente schimbările în producţie, funcţionarea şi utilizarea de materii prime.
  

   Toate aceste legi, cu o singură excepţie, tratarea poluare după ce este generat. Aceste legi sunt, în general, axate pe tratament şi de reducere a poluării şi au devenit cunoscute ca legile de "comandă şi control". În multe cazuri, aceste legi, care au fost aprobate în Congresul Statelor Unite, stabileşte limitele şi program de conformare pentru emisii de poluare, cu îngrijorare puţin despre posibilitatea de ştiinţă / tehnologie poate atinge aceste obiective şi de accentul prea puţin costurile economice ale acestor legi. Riscul asociat cu un produs toxic este o funcţie numai de pericol şi expunere. Legile ", a producţiei de conducte sau cosuri de fum," încearcă să controleze riscul de a preveni expunerea la produse toxice şi periculoase. Evident, în majoritatea cazurilor, nu a fost în măsură să prevină această expunere.

  Risc = f (pericolului, a expunerii)

   Deşi aceste legi s-au făcut de mult în ceea ce priveşte îmbunătăţirea mediului înconjurător, prin controlul expunerii la substanţe periculoase nostru, avem încă un drum lung de parcurs. De exemplu, pe baza de substante toxice emise Inventory (TRI), care este Legea cu privire la planificarea de urgenţă şi comunitare dreptul de a şti (EPCRA), companiile sunt obligate să raporteze utilizarea şi / sau eliberarea de substanţe periculoase. În 1997, industria a raportat că 10,8 milioane de tone de substanţe periculoase au fost tratate, reciclate, utilizate pentru energie depuse şi / sau eliberate în mediul înconjurător.Această lege include doar 650 din cele 75.000 de produse chimice utilizate în prezent în America şi comerţ, companii doar că procesul de fabricaţie sau mai mare de 11000 kg, sau de a folosi mai mult de 4500 de kg de o substanţă prezentă în listă sunt necesare pentru a raporta.

   In mod traditional, companiile au subestimat normele de mediu şi sunt considerate o dificultăţi economice. Pentru a se conforma cu reglementările de mediu este estimat să coste între 100 şi 150 de miliarde de dolari în SUA industrii. Întrucât APE a fost însărcinat cu punerea în aplicare şi punerea în aplicare a acestor legi, relaţia dintre industrie şi EPA au fost potrivnice şi neîncredere.

În ultimul deceniu, o nouă paradigmă a apărut în APE a anunţat, în parte prin Legea prevenirea poluării din 1990. Aceasta este prima lege si numai, care este axat pe prevenirea poluării, mai degrabă decât un tratament tipic şi de remediere. APE este acum încearcă să se alăture cu industria pentru a gasi metode mai flexibile şi punct de vedere economic, nu numai în normele existente, dar, de asemenea, prevenirea poluării la sursă. În 1991, chimie verde a devenit un obiectiv oficial al EPA (APE chimie verde). chimie verde sau Chimia Mediului Benefic este dezvoltarea de produse chimice şi a proceselor care reduce sau elimina utilizarea şi producerea de substanţe periculoase. 1Astfel, în loc de limitare a riscurilor prin expunerea prelungită la produse chimice periculoase, chimie verde caută să reducă şi, de preferinţă eliminarea pericolului, anulând astfel necesitatea de a controla expunerea. Punctul cheie este faptul că, dacă vom folosi sau nu produce substanţe periculoase, atunci riscul este zero, iar noi nu ar trebui să vă faceţi griji cu privire la tratamentul de substanţe periculoase sau de a limita expunerea la acestea.

Chimia verde a câştigat o poziţie puternică în domeniul cercetării şi dezvoltării, atât industria, cât şi universitar. Mai multe conferinţe şi întâlniri (de exemplu, chimie verde şi Engineering Conference) sunt efectuate în fiecare an cu tehnologia de chimie / verde ca temă. Revista Green Chimie, care a debutat în 1999, verde Institutul de Chimie a fost creat recent şi premii Challenge prezidenţial chimie verde a fost înfiinţată în anul 1995.  
 

PREZIDENTIAL PROVOCARE PREMII ÎN CHIMIA VERDE

Premiile prezidenţial Green Chemistry Challenge au fost anunţate în 1995 de către administraţia Clinton şi primele ediţii au fost anunţate în 1996. Aceste premii sunt un mijloc de a recunoaşte realizările care stau în chimie / tehnologie verde aplicate şi sunt singurele premii la nivel prezidenţial. Nominalizarile pentru aceste premii trebuie să demonstreze modul în care munca lor de adrese sau îndeplineşte una sau mai multe dintre următoarele criterii:

• Ecologizarea condiţiile de reacţie pentru o sinteză tradiţionale (de exemplu, înlocuirea unui solvent organic, cu apă sau de a folosi nici un solvent).
• Ecologizarea sinteza utilizează o substanţă chimică tradiţională (de exemplu, o sinteză în cazul în care utilizarea în loc de rezervă petrochimică biomasă sau utilizarea în calitate de catalizator în loc de reactivi stoichiometrice).
• Sinteza de un compus care este mai putin toxic, dar au aceleaşi proprietăţi dorite de compus existente (de exemplu, un pesticid nou, care este toxic doar pentru organismele ţintă şi substanţe benefice sa se dezintegreze in mediu).
  

Exemple de produse chimice / tehnologia verde, care au fost dezvoltate acoperind aproape toate domeniile de chimie, inclusiv chimie organică, biochimie, chimie anorganică, chimie polimeri, toxicologie, chimie de mediu, chimie fizică, chimie industriala, etc. Câteva exemple de produse chimice / tehnologia verde, care a câştigat Challenge prezidenţial chimie Premiul Green sunt:

• Conceptul de economie de atom, Barry Trost în căutarea pentru atomii utilizate şi a deşeurilor le-au văzut într-o reacţie.
• O nouă sinteză de ibuprofen, care este mult mai bine în termeni de economie atom şi prevenirea poluării.
• Utilizarea de dioxid de carbon rezidual ca un agent de expandare (care nu distruge stratul de ozon, spre deosebire de agentii traditionale de suflare, cum ar fi CFC), pentru formarea spumei de polistiren.
• Dezvoltarea de tensioactivi de dioxid de carbon, care să permită utilizarea de CO 2 în solvent (de exemplu, în curăţare uscată).
• Dezvoltarea de activatori oxidant pentru peroxid de hidrogen. Acest lucru permite, de exemplu, substituirea de clor conţinut de albire (pe care ataca stratul de ozon), de către peroxidul de hidrogen în producţia de hârtie.
• Dezvoltarea de noi insecticide, care sunt mult mai specifice pentru organismele ţintă.
  

   Anastas şi Warner dezvoltat douăsprezece principii de chimie verde, pentru a ajuta la a evalua cat de verde este o reacţie chimică sau un proces.

1. Este mai bine pentru prevenirea producerii de deşeuri decât de a trata sau a curăţa deşeurile după ce este format.
   
2. Este necesar de a dezvolta metode de sinteză pentru a maximiza încorporarea tuturor materialelor folosite în procesul de produsul final.
   
3. Ori de câte ori este posibil, metodologii sintetice ar trebui să fie concepute pentru a utiliza şi de a genera substanţe care posedă toxicitate puţin sau deloc pentru sănătatea umană şi mediul înconjurător.
   
4. Ai nevoie de a dezvolta produse chimice care păstrează eficacitatea din funcţie în timp ce că toxicitatea sa este redusă.
   
5. Utilizarea de substanţe auxiliare (solvenţi, agenţi de separare, etc) trebuie să devină. Inutile în cazul în care este posibil şi, atunci când sunt utilizate, trebuie să fie în siguranţă.
   
6. Cererea de energie să fie recunoscută pentru efectele sale de mediu şi economice şi ar trebui să fie redus la minimum. Metodele sintetice ar trebui să fie efectuate la temperatura ambiantă şi presiunea.
   
7. În cazul în care fezabilă tehnic şi economic, ar trebui să folosească materii prime din resurse regenerabile.
   
8. Ar trebui să fie evitată ori de câte ori este posibil derivatizare inutilă (grup de blocare, de protecţie / deprotection, modificarea temporară a proceselor fizice / chimice).
   
9. Reactivi catalitice (cât mai selectivă) sunt superioare reactivilor stoichiometrici.
   
10. Avem nevoie de a dezvolta substante chimice care, la sfârşitul funcţiei lor, ei nu persistă şi se deterioreze mediului în produse sigure.
    
11. Acesta va fi necesar de a dezvolta metodologii analitice care permit monitorizarea şi controlul în timp real în cadrul procesului înainte de substanţe nocive sunt formate.
    
12. Trebuie să alegeţi substanţe şi cum să le folosească într-un proces chimic, astfel încât potenţialul de accidente chimice, inclusiv de presă, explozii şi incendii, este minimizat.
    

Elevii expunerea la CHIMIA VERDE

În anul 2000, Daryle Busch, presedinte al American Chemical Society a declarat: "chimiei verzi reprezintă pilonii care menţin viitorul nostru durabil. Este imperativ să înveţe valoarea de chimie verde la chimisti de mâine. "

 Desigur, multe industrii şi cercetători de la universităţi de mai multe recunoaşte semnificaţia de chimie verde. Cu toate acestea, discuţii foarte putin din chimia verde a gasit calea sa în programa de chimie. Deşi am şi altele două s-au făcut doar încercări izolate de a aduce chimiei verzi în sala de clasă, EPA şi ACS a recunoscut necesitatea de a face un efort concertat şi de sprijin pentru a curriculum-ului verde, astfel că substanţele chimice sunt viitorul învăţaţi să "Gândiţi-vă Verde". Proiectul de dezvoltare a materialelor didactice pentru chimie verde EPA / SCA, a început într-un atelier în octombrie 1998. Obiectivul acestui proiect este de a dezvolta materiale care vor ajuta la includerea a chimiei verzi în curriculum. Scopul principal al acestui proiect sunt dezvoltarea uneiBibliografie adnotată de chimie verde, Experimente de laborator pentru chimie verde, chimice Exemple de Real World Green (Real-Word cauzele în chimie verde) şi cursuri de scurtă durată în chimie verde. John Warner, U. MassBoston, este responsabil de primele două proiecte, iar a treia este un proiect realizat de Michael Cann şi Connellly Marc, Universitatea din Scranton.

Real-Word cauzele în chimie verde a fost publicată în martie 2000. Această lucrare, care a fost publicat de ACS, este o încercare de a compila şi edita informaţiile pe chimie verde pentru profesorii de chimie pot folosi aceste informaţii pentru a curriculum-ului chimiei verzi de la instituţiile lor. Fiecare exemplu, se concentrează pe un castigator sau nominalizat la Premiul prezidenţial în Challenge chimie verde.

Pentru a culorii în curriculum-ul chimiei verzi urmând paşii de logice, suntem în curs de dezvoltare module de chimie verde pentru a le include în discipline specifice de chimie. Aceste module sunt dezvoltate de către profesori care predau aceste discipline. Introducere în chimie verde pe care îl citiţi acum este parte din acest efort.

ASPECTE

1. 11/1, care a actelor cu putere de mediu din SUA au în comun? Cum Acest lucru contrastează cu Legea prevenirea poluării din 1990?
2. Care sunt cele trei criterii ale Challenge Premiul prezidenţial chimie verde?
3. Set de chimie verde.
4. Care unul (e) din douăsprezece principii de chimie verde este (m) din economie atomului?
5. Într-o reacţie chimică, ceea ce înseamnă o substanţă auxiliară? Găsiţi un exemplu de o reacţie organică pe care le-aţi făcut şi lista auxiliare pe care le-ai folosit.
6. Deoarece catalizatorii sunt superioare pentru a reactivilor stoichiometrici (în răspunsul dumneavoastră aveţi nevoie pentru a explica termenii şi catalitice stoichiometric)?
7. Care este inventarul substanţelor toxice emise?
8. Luaţi în considerare un produs sau un proces chimic care ştiţi. Cu douăsprezece principii de chimie verde ca ghid, inventa modalităţi de a face acest produs sau proces ecologic.
   

REFERINŢE

1. Anastas, Paul T., şi Warner, John C. Teoria şi practica chimie verde, Oxford University Press, New York, 1998.

2. a) http://jchemed.chem.wisc.edu/Journal/Issues/1995/Nov/abs965.html 
    b) Predarea verde Chimie Matlack Albert, verde Chimie, 1999, 1 
        (001), G19, G20