Σύντομη εισαγωγή στα περιεχόμενα του ΝΟΡ

Transcript

1 Σύντομη εισαγωγή στα περιεχόμενα του ΝΟΡ Κείμενα και βασικές πληροφορίες Η τράπεζα δεδομένων ΝΟΡ παρέχει πληροφορίες σε πολλά αντικείμενα της σύγχρονης εκπαίδευσης στην οργανική χημεία με τη μορφή σύντομων κειμένων. Τα κείμενα αυτά μπορεί να χρησιμοποιηθούν για ανεξάρτητες μελέτες ή σαν βάση διαλέξεων. Οι ακόλουθες θεματικές κατηγορίες παρέχουν άρθρα στα αντικείμενα Βιωσιμότητα, (Sustainability), ΝΟΡ πώς? (NOP - How? ) και Τεχνικές (Techniques): Βιωσιμότητα Νόμοι και κανονισμοί Διαδικασία αξιολόγησης για χημικές ενώσεις, αντιδράσεις και απόβλητα Φυσικές, χημικές, τοξικολογικές και οικοτοξικολογικές περιγραφές Πηγές πληροφοριών για αντικείμενα περιβαλλοντικής προστασίας και ασφάλειας στους χώρους εργασίας Περιβαλλοντική διαχείρηση (π.χ. απόρριψη αποβλήτων) Περιεχόμενα και ανθολογία της οικολογικής ισορροπίας Ενεργειακές εφαρμογές στις χημικές αντιδράσεις (π.χ μικροκυματική ακτινοβόληση) Μετρήσεις ενέργειας και ενεργειακοί δείκτες Βελτιστοποίηση των αντιδράσεων και ελαχιστοποίηση των απόβλητων. Μια προσέγγιση στο κλασσικό εργαστηριακό πρόγραμμα με αντικείμενα όπως: Μέθοδοι εργασίας στο εργαστήριο Χρωματογραφία και Φασματοσκοπία

2 που βρίσκονται σε ανθολογίες των τρεχουσών πηγών πληροφοριών στην Αγγλική γλώσσα που μπορεί να βρεθούν στις περισσότερες επιστημονικές βιβλιοθήκες και οι οποίες χρησιμοποιούνται σε πολλά εργαστηριακά προγράμματα μαθημάτων. Το γλωσσάριο (glossary) το οποίο επιτελεί μια λειτουργία αναζήτησης παρέχει σύντομους ορισμούς όρων και περιέχει συνδέσμους (links) που οδηγούν σε λεπτομερέστερα κείμενα π.χ. στην ενεργειακή απόδοση, τη θερμότητα αντίδρασης, ή σε ρυπαντές τοξικούς σε ίχνη όπως οι διοξίνες και τα πολυχλωριωμένα διφαινύλια (PCB). Χαρακτηριστικά δεδομένα των χημικών ουσιών Για να είναι ένα άτομο ικανό να εκτελέσει βιώσιμα πειράματα με χημικές ουσίες θα πρέπει να είναι ενήμερο με ότι είναι γνωστό για τις ιδιότητες και τις συνέπειες των ενώσεων αυτών. Έτσι αν επιλέξετε από το μενού το θέμα "substances" για ένα συγκεκριμένο πείραμα, θα βρείτε σε γραφική μορφή τα διαθέσιμα δεδομένα (data availability) για κάθε χημική ουσία. Μπορείτε να δείτε με μια ματιά πολλές πληροφορίες για τις ιδιότητες και τις συνέπειες κάθε χημικής ουσίας που μπορούν να ανακτηθούν από τη βιβλιογραφία. Η κεφαλίδα στο μενού (effect factors) παρέχει μια επισκόπηση για ενδεχόμενους κινδύνους (για την ανθρώπινη υγεία) από όλες τις χημικές ουσίες που χρησιμοποιούνται στο πείραμα. Με την επιλογή (κλικ) στο όνομα της χημικής ουσίας του καταλόγου μπορείτε να βρείτε κάτω από την κεφαλίδα οριακές τιμές / ταξινομήσεις εάν αυτή η ουσία ειναι ταξινομημένη στον (Γερμανικό) κατάλογο MAK -Werte Liste (Κατάλογος των τιμών TLV) (επαγγελματική υγεία και ασφάλεια). Επίσης μπορείτε εδώ (water pollution class ) να βρείτε την πληροφορία εάν το Γερμανικό Umweltbundesamt (Ομοσπονδιακό Περιβαλλοντικό Πρακτορείο για τον Άνθρωπο και το Περιβάλλον) έχει ταξινομήσει την ουσία αυτή σαν ρυπαντή των υδάτων (περιβαλλοντική προστασία). Στην εισαγωγική σελίδα του ΝΟΡ στο πεδίο των ουσιών παρέχεται ένας απευθείας σύνδεσμος στις ιδιότητες και στα δεδομένα των αποτελεσμάτων χωρίς να χρησιμοποιηθούν οι σελίδες των πειραμάτων. Με μια λειτουργία αναζήτησης μπορούν να εντοπιστούν συγκεκριμένες ουσίες. Εδώ μπορεί να βρεθεί ένας σύνδεσμος (link) σε καταλόγους σελίδων του διαδικτύου και βάσεων δεδομένων τα οποία πιστεύουμε ότι είναι χρήσιμα

3 για μια ανεξάρτητη αναζήτηση σχετική με τις ιδιότητες και τις συνέπειες των χημικών ουσιών. Στη βάση δεδομένων του ΝΟΡ μπορούν άμεσα να εμφανιστούν τα φυσικοχημικά τοξικολογικά και οικοτοξικολογικά δεδομένα των χημικών ουσιών. Έτσι γίνονται κατανοητά τα θεμέλια στα οποία βασίζεται η ταξινόμηση μιας ουσίας (φράσεις ειδικού κινδύνου, φράσεις ασφάλειας, TLV και κατηγορία ρυπαντή των υδάτων). Αντίστοιχα δίνονται οι ταξινομίσεις και η Γερμανική "Betriebsanweisungen". Για την ώρα μόνο λίγες ουσίες έχουν στο ΝΟΡ πλήρη δεδομένα. Μερικές φορές η αναγκαία πειραματική έρευνα δεν έχει γίνει ακόμη.και μερικές φορές δεν μπορούν να βρεθούν όλα τα δεδομένα στην τρέχουσα βιβλιογραφία. Στις περιπτώσεις αυτές μπορείτε να βρείτε μόνο τις κεφαλίδες ταυτότητας, την δομή 3-D και οριακές τιμές / ταξινομήσεις για την υπό εξέταση ένωση. Αυτό θα ενθαρύνει τον χρήστη του ΝΟΡ να αρχίσει μια ανεξάρτητη έρευνα για περισσότερα δεδομένα. Σαν σημείο έναρξης παρέχουμε κάτω από την κεφαλίδα ταυτότητας τον κωδικό αριθμό CAS της ουσίας. Επιπρόσθετες υποδείξεις για μια επιτυχή έρευνα μπορούν να βρεθούν στην παράγραφο Hazard assessment for chemical substances κάτω από το λήμα NOP - How?. Εργαστηριακά πειράματα Όπως σε όλα τα άλλα εργαστηριακά μαθήματα τα πειράματα είναι το κεντρικό μέρος του ΝΟΡ. Το πεδίο Πειράματα (Experiments) οδηγεί στην αρχική σελίδα, όπου μπορούν να επιλεγούν συγκεκριμένα πειράματα σύμφωνα με διάφορα κριτήρια. Τα κριτήρια αυτά περιλαμβάνουν τάξεις ουσιών, τύπους αντιδράσεων, μεθόδους εργασίας, και βαθμό δυσκολίας. Μπορείτε επίσης εδώ να ανακτήσετε μια λίστα από όλα τα διαθέσιμα πειράματα (περίπου 75). Η συλλογή ΝΟΡ περιλαμβάνει δύο ομάδες εργαστηριακών πειραμάτων. Τα πειράματα της διδακτικής ενότητας (Lehrmodul) του ΝΟΡ έχουν βελτιστοποιηθεί, αναλυθεί και αποτιμηθεί σε μεγάλη έκταση. Τα πειράματα αυτά είναι σχεδιασμένα σαν πρότυπα και διευκρινίζουν πως μπορούν να βελτιστοποιηθούν και να αποτιμηθούν οι χημικές αντιδράσεις ακόμη και σε ένα εκπαιδευτικό πλαίσιο. Οι τίτλοι όλων των πειραμάτων της εκπαιδευτικής ενότητας για την εύκολη αναγνώρισή τους εμφανίζονται σε γκρίζο υπόβαθρο. Για όλα τα άλλα πειράματα παρέχονται όλα τα

4 αναγκαία δεδομένα για την ασφαλή εκτέλεση του πειράματος καθώς επίσης και μια πλήρης ανάλυση των προϊόντων, όμως δεν έχουν πλήρως βελτιστοποιηθεί και αποτιμηθεί. Δίνεται έτσι η ευκαιρία στους φοιτητές και τους διδάσκοντες να τα βελτιστοποιήσουν στο πλαίσιο του αντικειμένου τους. Για κάθε πείραμα η σελίδα επισκόπισης δείχνει την εξίσωση της αντίδρασης, τον τύπο της αντίδρασης, τις τάξεις των ουσιών που περιλαμβάνονται σ αυτό και τις σπουδαιότερες μεθόδους εργασίας. Κάποιες από τις αντιδράσεις μπορεί να εκτελούνται με διαφορετικούς τρόπους ή παραλλαγές, π.χ. με κλασσικές εργαστηριακές συσκευές ή εναλλακτικά με τη χρήση φούρνου μικροκυμάτων. Έάν είναι διαθέσιμη μια παραλλαγή της αντίδρασης, ο αριθμός της εμφανίζεται κάτω από τον τρέχοντα αριθμό ΝΟΡ. Ο αριθμός αυτός συνδέεται άμεσα με το σχετικό πείραμα. Στη σελίδα με τις οδηγίες παρέχονται σχολιασμένες οι οδηγίες της σύνθεσης μέχρι και σε τρεις κλίμακες ποσοτήτων για τα πειράματα της διδακτικής ενότητας ΝΟΡ, τυπικά από mmol. Στο τμήμα αυτό παρουσιάζεται η διαδικασία της εκτέλεσης της αντίδρασης, ο καθαρισμός και η ανακύκλωση των ουσιών. Γίνεται επίσης μνεία για τον μέσο όρο διάρκειας της αντίδρασης, τα πιθανά σημεία διακοπής και η διαχείριση των αποβλήτων. Στα σχόλια δίνονται οι χρησιμοποιηθείσες χημικές ουσίες και τεχνικές. Για όλα τα πειράματα παρέχεται ένα αρχείο PDF με οδηγίες για όλες τις κλίμακες ποσοτήτων μαζύ με αναλυτικά δεδομένα, επιπρόσθετα σχόλια, σύντομες διαδικασίες διαχείρησης απόβλητων και ένας πλήρης κατάλογος με τις απαιτούμενες ουσίες. Το αρχείο PDF μπορεί να εκτυπωθεί και να χρησιμοποιηθεί σαν μια άμεση οδηγία στο εργαστήριο όπου συνήθως δεν είναι διαθέσιμοι υπολογιστές και πρόσβαση στο διαδίκτυο. Στο διάγραμμα λειτουργίας το οποίο παρέχεται για όλα τα πειράματα παρουσιάζεται η συνολική ροή εργασίας μαζύ με τη ροή όλων των υλικών. Το γραφικό διάγραμμα λειτουργίας είναι επίσης μια καλή επισκόπιση για την ανεύρεση στόχων βελτιστοποίησης π.χ. στην ανακύκλωση ή επεξεργασία των απόβλητων ή την ταυτοποίηση των παραπροϊόντων.

5 Το μενού «ουσίες» ("substances") συζητήθηκε λεπτομερώς. Το επόμενο μενού «συσκευές» ("equipment") περιλαμβάνει όλες τις απαραίτητες εργαστηριακές συσκευές για τα πειράματα με τις φωτογραφίες για να βοηθήσουν τους αρχάριους φοιτητές και ειδικότερα τους αλλοδαπούς φοιτητές στο να αναγνωρίσουν τις νέες ή άγνωστες εργαστηριακές συσκευές. Το μενού «αξιολόγηση» ("evaluation") συλλέγει τους πιο σημαντικούς δείκτες για την αντίδραση, όπως την απόδοση, την οικονομία ατόμου (atom economy), την μαζική απόδοση (mass efficiency), τις μάζες των εισαγόμενων υλικών και τις μάζες των προϊόντων. Κάποια από τα πειράματα συνοδεύονται από ένα κείμενο αξιολόγησης, στο οποίο, για μια πιο πλήρη αξιολόγηση, επιχειρείται η σύνοψη των διαφόρων κριτηρίων αποτίμησης, π.χ. η τοξικότητα των ουσιών που χρησιμοποιούνται ή των προϊόντων, η απόδοση, η ποσότητα των απόβλητων ή η χρησιμοποιούμενη ενέργεια κλπ. Μια προσεγγιστική αποτίμηση παρουσιάζεται με τα φωτεινά σύμβολα κυκλοφορίας: Το πράσινο φως σηματοδοτεί πειράματα όπου η μαζική και η ενεργειακή αποδοση είναι αρκετά καλές και η χρήση επικίνδυνων ουσιών είναι ελάχιστη. Το κίτρινο φως δίνεται σε πειράματα με κάποιο ενδεχόμενο κίνδυνο για την υγεία των ανθρώπων και/ή του περιβάλλοντος, και για το λόγο αυτό θα πρέπει να εκτελούνται με την κατάλληλη προσοχή και με μέτρα ασφάλειας. Το κόκκινο φως προειδοποιεί για προβληματικές εκδοχές του πειράματος οι οποίες αξιολογούνται κατά τη αποτίμηση των κινδύνων. Για τα πειράματα αυτά απαιτείται να ληφθούν ιδιαίτερα μέτρα προστασίας και πρέπει επίσης τα πειράματα αυτά ή να βελτιστοποιηθούν ή να αντικατασταθούν από άλλα λιγότερο επικίνδυνα. Εάν το συμβολο κίνησης δείχνει ένα ερωτηματικό τότε το πείραμα είναι χρησιμοποιήσιμο σύμφωνα με τα κριτήρια του ΝΟΡ (π.χ. στο πείραμα αυτό δεν χρησιμοποιούνται ή παράγονται ουσίες επίμονες, υψηλής τοξικότητας ή οικοτοξικότητας, η μαζική και ενεργειακή απόδοση είναι βελτιστοποιημένες και αντιπροσωπεύει έναν σημαντικό τύπο αντίδρασης στην οργανική χημεία). Τυχόν ενδεχόμενος κίνδυνος για την ανθρώπινη υγεία και το περιβάλλον έχει αποτιμηθεί με την αξιολόγηση των υπαρχόντων δεδομένων και την ταξινόμηση σύμφωνα με τους παράγοντες συνεπειών (effect factors), τις φράσεις ειδικού κινδύνου, τις φράσεις ασφάλειας, τις τιμές TLV και τις τάξεις ρυπαντών των

6 υδάτων. Για τις ουσίες που δεν αποτελούν μέρος της διδακτικής ενότητας ΝΟΡ θα πρέπει να αναζητηθούν από τους ασκούμενους φοιτητές επιπρόσθετα δεδομένα. Με τον τρόπο αυτό θα εξασκήσουν τις δεξιότητές τους στη αποτίμηση των ενδεχόμενων κινδύνων για τις ίδιες τις χημικές ουσίες. Όλα τα πειράματα με το κόκκινο φώς και εκείνα που δεν έχουν πλήρη αξιολόγηση μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε εργαστηριακά προγράμματα εάν ληφθούν τα απαραίτητα μέτρα ασφάλειας. Στο μενού «αναλυτικά δεδομένα» ("analytics") δίνεται στις περισσότερες περιπτώσεις ένα χρωματογράφημα (GC ή HPLC) του ακατέργαστου και του καθαρού προϊόντος μαζί με τα δεδομένα της χρωματογραφίας. Για την φασματοσκοπική ταυτοποίηση δίνονται τα φάσματα 1 ΗNMR καί 13 C NMR καθώς επίσης και τα φάσματα υπερύθρου. Τα φάσματα αυτά δίνονται συνήθως τόσο για το ακάθαρτο όσο και για το καθαρό προϊόν. Τα φάσματα στην διδακτική ενότητα ΝΟΡ δίνονται επίσης σε μια διαδραστική φόρμα με ένα μοντέλλο 3D του προϊόντος. Το μενού «τεχνικές οδηγίες» ("technical directives") διαιρείται σε μερικές γενικές οδηγίες (German Betriebsanweisung) για εργαστήρια και σε μια πειραματικά εξιδεικευμένη τεχνική οδηγία (μόνο στα Γερμανικά) σύμφωνα με την παράγραφο 20 του Γερμανικού Gefahrstoffverordnung με τη μορφή ενός αρχείου PDF.. 1st March 2005