Результат исследования ученика в проекте Органическая химия - начало пути
Содержание |
Название проекта
Органическая химия - начало пути
Авторы и участники проекта
Ученики 9 класса и учитель Монич Т.П.
Исследования, проведенные учащимися
Группа 'ИСТОРИКИ'
Темы исследования
1.Использование органических веществ шумерами.
2.Зарождение органической химии.
3.Экологические проблемы 21 века.
Цели исследования
Изучив литературные источники, узнать, какие органические вещества человек использовал в древние времена. Узнать об ученых, создававших науку "органическая химия". Обратить внимание сообщества на проблемы, возникшие перед человечеством в 21 веке в связи с использованием органических веществ.
Результаты исследования
1.Древние времена (около 5000 лет до н.э.)
- В 1936 году австрийский археолог Ф. Кениг вблизи Багдада нашел глиняный сосуд со вставленным в него медным цилиндром и железным стержнем, укрепленным по центру асфальтовой прокладкой.
- Неподалеку были обнаружены датированные тем же временем позолоченные серебряные украшения.
- Для тонкослойного золочения серебряных изделий даже в наше время существует единственный способ - электролиз, а для электролиза нужен источник тока.
- Сосуд, обнаруженный Кенигом, был первым гальваническим элементом, изготовленным жителями Двуречья - шумерами.
-Какие же органические вещества использовались в этом ХИТе (химическом источнике тока)?
2.Как возникла наука "органическая химия?"
- Известно, что термин "органические вещества" предложил лорд-канцлер европейской науки (так его называли в 19 веке) Йенс Якоб Берцелиус (1808).
- По Берцелиусу цель органической химии состоит "в описании внутренней структуры растений, животных и химических процессов, из которых состоит жизнь". Объектами этой химии были пищевые продукты, лекарственные вещества. Например, немецкий химик Юстус Либих изучал растительные вещества, хлеб, молоко. Именно он предложил подразделять пищевые продукты на жиры, углеводы и белки.
- Многие исследователи - их называли виталистами (vita - жизнь) - считали, что в живом организме процессы жизнедеятельности регулирует особое начало, некая "жизненная сила"."Считалось чуть ли не унизительным и непристойным для образованного человека предполагать, что в теле живого существа играют какую-либо роль грубые и обычные силы неорганической природы" (Ю. Либих).
- В 1828 году ученик великого Берцелиуса Фридрих Велер осуществил синтез органического вещества (мочевины) из неорганических веществ (углекислого газа и аммиака). "...Я не в силах больше молчать, - пишет Велер своему учителю, - и должен сообщить Вам, что могу получить мочевину без помощи почек собаки, человека и вообще без участия какого-либо живого существа ...". С этих пор основным методом органической химии является синтез.
3.Органическому веществу принадлежит ведущая роль в круговороте вещества и энергии в земной коре. В 20-21 веке человек стал активным преобразователем природы и нарушает ее неустойчивое равновесие.Использование не возобновляемых ресурсов планеты - нефти, газа, каменного угля - породило экологические проблемы. Главная из этих проблем - глобальный экологический кризис редуцентов, которые не в состоянии справиться с загрязнителями, производимыми человечеством.
| Файл:Элемент шумеров.png Гальванический элемент, созданный шумерами. Схема. |
Файл:Берцелиус.jpg Берцелиус |
Выводы
1.Какие органические вещества были известны с древнейших времен?
Во-первых, это асфальт - тяжелая фракция нефти. Всему миру известно, что Ирак (долина Двуречья)- богатейшая нефтеносная страна, о нефти знали и шумеры.
Во-вторых, это уксусная кислота, потому что электролитом в этом ХИТе скорее всего был прокисший фруктовый сок, иначе - уксус.
2.Как возникла наука "органическая химия?" В 1860 году Марселен Бертло произнес: "Химия создала свой предмет. Эта творческая способность коренным образом отличает ее от остальных наук". Органическую химию как науку создавали также люди, мы упомянули только некоторых из них.
3.Предлагаемая исследовательская работа показывает, какой путь прошло человечество в своем использовании органических веществ. В конце этого пути зададим вопрос: что дальше? Придет ли конец нефтяной цивилизации? Если человек не начнет разумно регулировать давление на природу, Биосфера в измененном виде может сохраниться, но цивилизация и, возможно, человек как вид погибнут.
Полезные ресурсы
1.Карцова А.А. Покорение вещества. Санкт-Петербург. Химиздат, 1999
2.Вацадзе С., Рыжова О. Наука, которая создала свой предмет. Энциклопедия для детей,т.17. Москва. Аванта, 2001
Берцелиус, Йёнс Якоб(Материал из Википедии)
Экспериментальные исследования
Проблемный вопрос Почему горят органические вещества?
План работы
1.Составить пошаговые инструкции выполнения эксперимента.
2.Выдвинуть гипотезы о продуктах горения.
3.Выполнить эксперименты, сделать фотографии горения органических веществ.
4.Подобрать теоретический материал по горению органических веществ.
5.Опираясь на анализ всех компонентов исследования, сделать выводы и объяснить причину горения органических веществ.
Цели экспериментального исследования
1.Изучить визуально или по фотографиям процесс горения органических веществ, отметив отличительные особенности пламени.
2.Узнать с помощью эксперимента и умозаключений, что является результатом горения каждого из органических веществ.
3.Вычислить элементный состав (%) реагентов, привести краткое описание их свойств.
Группа 'УГЛЕВОДОРОДЫ'
Выполнение эксперимента
Файл:FLAME.JPG Файл:ACETILEN.JPG Файл:GEKSAN.JPG Метан Ацетилен Гексан
Метан состоит из 75%С и 25%Н. Это основной компонент природного газа (95%), именно пламя метана мы видим, зажигая газовую горелку, поэтому эксперимент проводим дома.
Как выглядит пламя метана? Пламя прозрачное, синего цвета.
Если подержать над пламенем блюдце, увидим капельки воды. Так как метан состоит из углерода и водорода, вода образовалась в результате соединения водорода с кислородом воздуха. Если в закрытом помещении долго горит газ, становится трудно дышать. Причина в том, что углерод метана, соединясь с кислородом воздуха, образует углекислый газ, не пригодный для дыхания, к тому же уменьшается содержание кислорода в воздухе. При горении выделяется тепло (можно нагреть воду).
Проблема! Как обнаружить утечку газа? Что делать, если Вы ее обнаружили?
Чтобы получить ответ, обратитесь к 'презентации "Почему горят органические вещества?"
'
Гексан состоит из 85,7%С и 14,3%Н. Эта жидкость почти вдвое легче воды, в воде не растворяется. В школьной лаборатории мы используем гексан для хранения тех кристаллов, которые разрушаются на воздухе.
Гексан горит светящимся непрозрачным пламенем. При горении выделяется тепло.
Ацетилен (этин) сотоит из 92,3%С и 17,7%Н. Этот газ вместе с кислородом используют для резки и сварки металлов. Ацетилен горит светящимся, сильно коптящим пламенем. Если вдувать в пламя струю воздуха, копоть исчезает.
'При горении всех углеводородов видимым продуктом горения является вода. Второй продукт горения - углекислый газ. При горении выделяется тепло.
'
Группа 'СПИРТЫ'
Выполнение эксперимента
Этиловый спирт(этанол) содержит 52,2%С, 13%Н и 34,8%О. Это жидкость, хорошо растворяющаяся в воде. Этанол горит синим, слабо светящимся пламенем. Спиртовки используют для нагревания веществ в лабораториях.
Изопропиловый спирт (пропанол-2) содержит 60%С, 26,7%Н и 13,3%О. Пламя ИПСа яркое, светящееся. Не так давно ИПС продавали в хозяйственных магазинах, им заправляли спиртовки для использования домашних условиях.
Изобутиловый спирт (бутанол-2) содержит 64,9%С, 13,5%Н и 21,6%О. Пламя желтое, светящееся.
'Видимый продукт горения всех спиртов - вода. Второй продукт - углекислый газ. При горении выделяется тепло.
'
Файл:ETIL.JPG Файл:ETIL BUTIL.JPG Файл:TRI.JPG Этанол Этанол, ИПС Этанол, ИПС, бутанол-2
Анализ результатов и выводы
Анализ элементного состава углеводородов и спиртов
wC): w(H)
метан (75:25 = 3:1)
гексан (83,7:16,3 = 5:1)
ацетилен (92,3:7,7 = 12:1)
этиловый спирт (52,2:13 = 4:1)
ИПС (60:13,3 = 4,5:1)
изобутиловый спирт (64,9:13,5 = 4,8:1).
Анализ внешних характеристик пламени
метан - пламя прозрачное, синее, гексан - непрозрачное, светящееся, ацетилен - светяшееся, с копотью;
этиловый спирт - пламя прозрачное, слабо светящееся;
изопропиловый спирт - яркое, светящееся;
изобутиловый спирт - желтое, слабо светящееся.
Анализ результатов горения
Во всех реакциях горения видимым продуктом является вода. Второй продукт - углекислый газ (вывод сделан на основании умозаключений, мы не проводили эксперимент, позволяющий обнаружить это вещество)/
При горении всегда выделяется тепло.
Выводы
1.Прослеживается четкая зависимость внешнего вида пламени от содержания углерода в молекуле органического вещества.
Пламя метана (3:1) и этилового спирта (4:1)прозрачно, в случае спирта слабо светится. Углерод в этих веществах сгорает полностью, до углекислого газа, который прозрачен.
Пламя гексана (5:1) и ИПСа (4,5:1)непрозрачно, сильно светится. Углерод водорода сгорает в воздухе не полностью, его не сгоревшие частицы - причина непрозрачности и свечения. Кстати, содержание углерода в парафиновых свечах (5,6:1) обеспечивает свет, к тому же свеча коптит, углерода слишком много.
Пламя ацетилена (12:1) сильно коптит. Почему же не видно копоти при кислородно-ацетиленовой сварке? Ответ очевиден: поддув кисслорода обеспечивает полное сгорание углерода. В воздухе же кислорода 21%.
2.Почему горят органические вещества? В ходе экспериментов обнаружены одни и те же продукты горения - углекислый газ и вода. Все процессы горения сопровождаются выделением тепла, которое использует человек.
Органические вещества горят, потому что в процессе горения выделяется энергия, это находится в полном соответствии с законами термодинамики.
Продолжение работы:
- расчет энтальпии сгорания органических веществ (10-11 класс); - изучение законов термодинамики (физика 10 класс, химия 10-11 класс);
- химические аспекты экологических проблем биосферы
(химия, 10-11 класс, биология, 10-11 класс).
Полезные ресурсы
Печатные материалы
Карцова А.А. Покорение вещества. Санкт-Петербург. Химиздат, 1999
Вацадзе С., Рыжова О. Наука, которая создала свой предмет. Энциклопедия для детей,т.17. Москва. Аванта, 2001
Берцелиус, Йёнс Якоб(Материал из Википедии)
http://www.1001tema.ru/component/option,com_presscan_article/doc,5000039686/
http://ru.wikipedia/org
