Муниципальное образовательное учреждение
Гимназия № 80
Тема: «ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ НА СЛУЖБЕ ЧЕЛОВЕКУ»
Выполнил:
Севастьянов Глеб Евгеньевич
Класс 11.
Научный руководитель:
Репина Татьяна Васильевна
Челябинск. 2010 год.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 3
1. АГРЕГАТНЫЕ СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА 4
1.1. Жидкое 4
1.2. Твердое. 5
1.3. Газообразное. 7
1.4. Полезные химические открытия для всего человечества. 8
2. ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ НА СЛУЖБЕ ЧЕЛОВЕКУ 11
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 13
Использованная литература 14
ПРИЛОЖЕНИЯ
Мы ежедневно используем в своей жизни предметы и изделия, рожденные не природой, а изготовленные человеком на химических заводах и фабриках. Я обратил внимание на то, что ежедневно сам осуществляю химические реакции: например, когда мама варит мне на завтрак яйцо (при нагревании белок из жидкого состояния переходит в твердое – сырое яйцо становится крутым); когда мама стирает с использованием моющих средств; когда я, склеивая пластиковые детали модели корабля, смазываю их ацетоном и поверхность детали становится липкой. Поджигая дрова в печи, замешивая песок и цемент с водой или гася водой известь мы осуществляем настоящие, а иногда и довольно сложные химические реакции.
Как только человек начал готовить себе пищу, так он, пусть и неосознанно, стал химиком. На сковородах и в жаровнях, в бочках и глиняных сосудах шли сложнейшие химические и биохимические процессы. Приготовление пищи — это химические процессы. В любом живом организме осуществляются различные химические реакции. Процессы термической обработки продуктов питания, дыхания животного и человека основаны на химических реакциях. Человек научился с помощью химических веществ, подобранных в определенной пропорции и определенным способом преобразованным в лекарственные препараты лечить страшные заболевания, от которых погибали целые народы.
Многие годы и даже века понадобились человеку, чтобы использовать химические процессы: большинство химических открытий были сделаны ремесленниками, парфюмерами, аптекарями и фармацевтами. Некоторые из этих секретов дошли до нас в старинных книгах, а некоторые были безвозвратно утеряны.
Многие, используя химические вещества, становятся жертвами ожогов, страдают от взрывов и т.д. Зная условия и особенности протекания тех или иных химических реакций этого можно было бы избежать. Можно, например каплей лимонного сока растворить известковый налет на водопроводном кране, с помощью обычной марганцовки начистить до блеска кастрюлю. Но для этого надо, во-первых, знать свойства веществ и, во-вторых, уметь этими свойствами пользоватьсяПонимание сущности химических процессов, которые мы используем каждый день, не задумываясь об этом, принесет человеку только пользу.
Цель моего исследования - разобраться в сущности и разнообразии химических реакций, показать роль химии в повседневной жизни человека.
Для достижения поставленной цели мною были решены следующие задачи:
1. Провести литературный обзор по теме.
2. Провести опыты и зафиксировать результаты.
3. Проанализировать и зафиксировать состояние вещества после опытов: жидкое, твердое, газообразное.
4. Исследовать влияние проведенных химических реакций на жизнедеятельность человека.
5. Оценить влияние проведенных химических реакций на окружающую природу.
Основной метод, который мы будем использовать: системный анализ, наблюдение.
Вообразите на минутку, что ваши глаза стали столь зоркими, что могут разглядеть отдельные атомы или молекулы. Теперь, куда вы ни посмотрите, везде заметите атомы или молекулы, которые ведут себя по-разному в зависимости от агрегатного состояния вещества. Взглянув на газ, вы увидите беспорядочное движение множества частиц (атомов, молекул): отдельные частицы, непрерывно двигаясь, сталкиваются друг с другом, отскакивают в стороны, снова налетают на другие частицы - неустанно, непрерывно происходит быстрая, хаотичная пляска атомов и молекул. Беспорядочно движутся частицы и в жидкости, хотя здесь они размещены уже теснее, каждая из них как бы стремится держаться поближе к соседям.
Строй частиц в кристаллическом веществе похож на пчелиные соты или на строительные леса: вправо и влево, вперед и назад, вверх и вниз тянутся ровные, правильные, бесконечные их ряды. Но эти частицы не стоят неподвижно, а колеблются, как будто переминаются с ноги, на ногу нетерпеливо ожидая команды «Разойдись!».
Однако разойтись они не могут, только если нагреть кристалл так, чтобы он начал плавиться. Под теплыми лучами весеннего солнца нагревается и тает лед; это разрушается строй частиц в кристалле льда, ослабевают силы, удерживающие частицы на своих местах. Скрылось солнце, снова подморозило: закружились в воздухе снежинки, застыла сосульками капель.
Ø Вода. Человечество издавна уделяло большое внимание воде, поскольку было хорошо известно, что там, где нет воды, нет и жизни. В сухой земле зерно может лежать многие годы и прорастает лишь в присутствии влаги. Несмотря на то, что вода — самое распространенное вещество, на Земле она распределена весьма неравномерно. На африканском континенте и в Азии имеются огромные пространства, лишенные воды, — пустыни. Целая страна — Алжир — живет на привозной воде. Воду доставляют на судах в некоторые прибрежные районы и на острова Греции. Иногда там вода стоит дороже вина.
Поверхность земного шара на 3/4 покрыта водой — это океаны, моря; озера, ледники. В довольно больших количествах вода находится в атмосфере, а также в земной коре.
Не очень легко представить, что человек примерно на 65 % состоит из воды. С возрастом содержание воды в организме человека уменьшается. В здоровом организме взрослого человека наблюдается состояние водного равновесия или водного баланса. Оно заключается в том, что количество воды, потребляемое человеком, равно количеству воды, выводимой из организма. Водный обмен является важной составной частью общего обмена веществ живых организмов, в том числе и человека. Водный обмен включает процессы всасывания воды, которая поступает в желудок при питье и с пищевыми продуктами, распределение ее в организме, выделения через почки, мочевыводящие пути, легкие, кожу и кишечник.
Без пищи человек может прожить около месяца, а без воды — всего лишь несколько суток. Реакцией организма на нехватку воды является жажда. В этом случае ощущение жажды объясняют раздражением слизистой оболочки рта и глотки из-за большого понижения влажности. Существует и другая точка зрения на механизм формирования этого ощущения. В соответствии с ней сигнал о понижении концентрации воды в крови на клетки коры головного мозга подают нервные центры, заложенные в кровеносных сосудах.
Основные запасы пресной воды на Земле сосредоточены в ледниках.
Кристалл — это твердое состояние вещества. Он имеет определенную форму и определенное количество граней вследствие расположения своих атомов. Все кристаллы одного вещества имеют одинаковую форму, хоть и могут отличаться размерами. В природе существуют сотни веществ, образующих кристаллы.
Минеральные кристаллы тоже образуются в ходе определенных породообразующих процессов. Огромные количества горячих и расплавленных горных пород глубоко под землей в действительности представляют из себя растворы минералов. Когда массы этих жидких или расплавленных горных пород выталкиваются к поверхности земли, они начинают остывать.
Они охлаждаются очень медленно. Минералы превращаются в кристаллы, когда переходят из состояния горячей жидкости в холодную твердую форму. Например, горный гранит содержит кристаллы таких минералов, как кварц, полевой шпат и слюда. Миллионы лет тому назад гранит был расплавленной массой минералов в жидком состоянии. В настоящее время в земной коре имеются массы расплавленных горных пород, которые медленно охлаждаются и образуют кристаллы различных видов.
Кристаллы могут иметь всевозможные формы. Все известные в мире кристаллы могут быть разделены на 32 вида, которые в свою очередь могут быть сгруппированы в шесть видов. Кристаллы могут иметь и разные размеры. Некоторые минералы образуют кристаллы, которые разглядеть можно только с помощью микроскопа. Другие же образуют кристаллы, вес которых составляет несколько сотен фунтов.
Поваренная соль. Солевое голодание может привести к гибели организма. Суточная потребность в поваренной соли взрослого человека составляет 10-15 г. В условиях жаркого климата потребность в соли взрастает до 25-30 г.
Организм человека быстро реагирует на нарушение солевого баланса появлением мышечной слабости, быстрой утомляемостью, потерей аппетита, возникновением неутолимой жажды.
Поваренная соль обладает хотя и слабыми, но антисептическими свойствами. Развитие гнилостных бактерий прекращается лишь при ее содержании в 10—45 %.Это свойство широко используют в пищевой промышленности и при сохранении пищевых продуктов в домашних условиях.
При испарении морской воды при температурах 20— 35 °С вначале выделяются наименее растворимые соли — карбонаты кальция, магния и сульфат кальция. Затем выпадают более растворимые соли — сульфаты натрия и магния, хлориды натрия, калия, магния и после них сульфаты калия и магния. Порядок кристаллизации солей и состав образующихся осадков может несколько изменяться в зависимости от температуры, скорости испарения и других условий.
В земной коре довольно часто встречаются пласты каменной соли. Поваренная соль является важнейшим сырьем химической промышленности. Из нее получают соду, хлор, хлороводородную кислоту, гидроксид натрия, металлический натрий.
При изучении свойств почв ученые установили, что, будучи пропитанными хлоридом натрия, они не пропускают воду. Это открытие было использовано при строительстве оросительных каналов и водоемов. Если дно водоема покрыть слоем земли, пропитанной NaCl, то утечки воды не происходит. Для этой цели, конечно, применяют техническую соль. Строители используют хлорид натрия для устранения смерзания зимой земли и превращения ее в твердый камень. Для этого участки грунта, которые планируется вынимать, осенью густо посыпают NaCl. В этом случае в сильные морозы данные участки земли остаются мягкими.
Химики хорошо знают, что смешением мелкоизмельченного льда с поваренной солью можно получить эффективную охлаждающую смесь. Например, смесь состава30 г NaCl на 100 г льда охлаждается до температуры -20 С0 происходит потому, что водный раствор соли замерзает при отрицательных температурах. Следовательно, лед, имеющий температуру около 0°С, будет плавиться в таком растворе, отнимая теплоту от окружающей среды. Это свойство смеси льда и поваренной соли могут с успехом использовать также и домохозяйки.
Даже при нормальном давлении воздуха многие вещества кипят при очень низких температурах. Их мы обычно называем газами. Так, воздух состоит в основном из двух газов - азота и кислорода. Их обычное газообразное состояние объясняется тем, что они закипают при температурах намного ниже нуля: -196° С (азот) и -183°С (кислород). Поэтому даже в самых холодных уголках Земли температура выше их точек кипения, и, следовательно, они остаются газами. У газа постоянными не являются ни объем, ни форма. Газ расширяется или сжимается, чтобы заполнить объем или форму занимаемого им сосуда. Люди используют газ (пропан) на кухнях, когда готовят пищу, им обогревают дома. Месторождения газа в России сосредоточены в основном на Севере страны. Природный газ находится в земле на глубине от 1000 метров до нескольких километров. Сверхглубокой скважиной недалеко от города Новый Уренгой получен приток газа с глубины более 6000 метров. В недрах газ находится в микроскопических пустотах (порах). Поры соединены между собой микроскопическими каналами — трещинами, по этим каналам газ поступает из пор с высоким давлением в поры с более низким давлением до тех пор, пока не окажется в скважине. Газ добывают из недр земли с помощью скважин. На территории России расположено 24 хранилища природного газа. Протяжённость магистральных газопроводов России составляет 155 тыс. км.
Ø Спички.
Высекание искр при ударе камня о кусок пирита FeS2 и поджигание ими обуглившихся кусков дерева или растительных волокон было способом получения огня человеком.
Поскольку способы получения огня были несовершенны и трудоемки, человеку приходилось постоянно поддерживать горящий источник огня. Для перенесения огня в Древнем Риме использовали деревянные палочки, обмакнутые в расплав серы.
Приспособления для получения огня, основанные на химических реакциях, начали делать в конце XVIII в. Вначале это были древесные лучинки, на кончике которых в виде головки закреплялись хлорат калия (бертолетова соль КС1Оз) и сера. Головка погружалась в серную кислоту, происходила вспышка и лучинка загоралась. Человек был вынужден хранить и обращаться с небезопасной серной кислотой, что было крайне неудобно. Тем не менее это химическое «огниво» можно рассматривать как прародитель современных спичек.
В начале XIX в. немецкий химик Деберейнер изобрел более совершенное, но и более сложное огниво. Им было установлено, что струя водорода, направленная на губчатую платину, воспламеняется на воздухе.
В современной зажигалке воспламенение горючего производится под действием искры, получающейся от сгорания мельчайшей частицы «кремня», срезанной зубчатым колесиком. «Кремень» представляет собой смесь редкоземельных металлов (лантаноидов). В мелкораздробленном состоянии эта смесь пирофорна, т. е. самовоспламеняется на воздухе, образуя искру.
Существует несколько разновидностей современных спичек. По назначению различают спички, зажигающиеся в обычных условиях, влагоупорные (рассчитанные на зажигание после хранения во влажных условиях, например в тропиках), ветровые (зажигающиеся на ветру) и др.
В качестве основного сырья для изготовления спичечной соломки с прошлого столетия используют главным образом осину и реже липу. Для этого с круглого очищенного от коры чурака специальным ножом по спирали снимается лента, которая затем рубится на спичечную соломку. При сгорании спички необходимо получить нетлеющий уголек от соломки и удержать на нем раскаленный шлак от сгоревшей головки. Необходимость последнего обусловливается стремлением обезопасить потребителя от прожогов одежды при попадании раскаленного шлака. Тлеющий уголек от соломки, естественно, представляет пожарную опасность. Для устранения тления соломки и закрепления шлака от головки соломку пропитывают веществами, образующими на ее поверхности при горении пленку. Благодаря этой пленке прекращается сгорание угля. Она же закрепляет шлак от головки. В качестве противотлеющих веществ используют фосфорную кислоту и ее соль
(NH4)2HPO4.
Ø Бумага и карандаши.
Сохранились документы, указывающие на то, что в 105 г. н. э. министр китайского императора организовал производство бумаги из растений с добавками тряпья. Около 800.г. такая бумага получила широкое распространение в Китае, а также на Ближнем Востоке. Знакомство с бумагой европейцев связано с крестовыми походами на Ближний Восток — в Сирию, Палестину, Северную Африку, организованными западно-европейскими феодалами и католической церковью (первый поход состоялся в 1096—1099 гг.). В эпоху раннего средневековья (до начала крестовых походов) для письма в Европе использовался главным образом папирус. В Италии им пользовались еще в XII в.
Письменность же была известна в Египте и Месопотамии с конца IV и начала IIIтысячелетия до н. э., т. е. задолго до изобретения бумаги. Как уже было отмечено, основными предшественниками бумаги как материала, на которое наносилось письмо, были папирус и пергамент.
Растение папирус (Cyperus papyrus) произрастает в Египте в болотистой местности около реки Нила. Стебель растения очищали от коры и луба и из белоснежного материала нарезали тонкие полосы. Их укладывали слоями вдоль и поперек, а затем механическим давлением выжимали из них растительный сок. Этот сок сам обладает способностью склеивать полосы папируса. Позднее для скрепления полос стали применять клей, приготовленный из невыделанных шкур или муки. После высушивания на солнце получающиеся листы шлифовали камнем или кожей. Папирус для письма стали изготовлять около 4000 лет назад. Считают, что и название бумаги (papiera) происходит от слова папирус.
Пергамент — это невыделанная, но освобожденная от волос и обработанная известью звериная, овечья или козлиная кожа. Так же, как и папирус, пергамент — прочный и долговечный материал. Хотя бумага менее прочна и долговечна, она более дешева и потому более доступна для широкого использования.
Для изготовления рабочей части графитового карандаша готовят смесь графита и глины с добавкой небольшого количества гидрированного подсолнечного масла. В зависимости от соотношения графита и глины получают грифель различной мягкости — чем больше графита, тем более мягкий грифель. Смесь перемешивают в шаровой мельнице в присутствии воды в течение 100 ч. Приготовленную массу пропускают через фильтр-прессы и получают плиты. Их подсушивают, а затем из них выдавливают на шприц-прессе стержень, который режут на части определенной длины. Стержни в специальных приспособлениях высушивают и исправляют возникшую кривизну. Затем их обжигают при температуре 1000—1100°С в шахтных тиглях.
В состав грифелей цветных карандашей входят каолин, тальк, стеарин (широкому кругу людей он известен как материал для изготовления свечей) и стеарат кальция (кальциевое мыло). Стеарин и стеарат кальция являются пластификаторами. В качестве связывающего материала используют карбоксиметилцеллюлозу. Это клей, используемый для наклейки обоев. Здесь его также предварительно заливают водой для набухания. Кроме того, в грифели вводят соответствующие красители, как правило, это органические вещества. Такую смесь перемешивают (вальцуют на специальных машинах) и получают в виде тонкой фольги. Ее измельчают и полученным порошком набивают пистолет, из которого и шприцуют смесь в виде стержней, которые режут на куски определенной длины и затем сушат. Для окраски поверхности цветных карандашей используют те же пигменты и лаки, которыми обычно окрашивают детские игрушки. Подготовку деревянной оснастки и ее обработку проводят так же, как и для графитовых карандашей.
Я проводил опыты, для того, чтобы разобраться в особенностях протекания химических реакций. Результаты опытов и особенности их протекания, а так же исходные вещества приведены в таблице 1.
Таблица 1
Сводная таблица результатов
Номер опыта | Исходные вещества | Способ воздействия | Результат | Примечания |
1 | Сахар, пепел | Поджигаем | Сахар горит | Пепел служит катализатором горения (окислительно-восстановительная реакция) |
2 | Песок, этиловый спирт, сода , сахар | Поджигаем | сахар плавится и обугливается | Остаток после горения - карбонат натрия(окислительно-восстановительная реакция) |
3 | Сода, уксус | Соединяем | Смесь пенится | Бурная реакция нейтрализации |
1) Сахароза C12H22O11 в обычных условиях не горит: если поднести к куску сахара зажженную спичку, он будет плавиться, частично обугливаться, но не гореть. Если же на кусок сахара насыпать совсем немного пепла и снова поднести огонь, сахар загорится синевато-желтым пламенем с небольшим потрескиванием. Я попробовал и убедился!
Суть изменений в поведении сахара состоит в том, что зола, содержащая карбонаты щелочных металлов, служит катализатором горения этого вещества. Считается, что главную роль здесь играет карбонат лития Li2CO3. Сахар сгорает, превращаясь в углекислый газ и воду.
2) Сладкий сахар может превратиться в "черную гадюку", если насыпать в тарелку 3--4 столовые ложки сухого просеянного речного песка и сделать из него горку с углублением на вершине, пропитать песок этиловым спиртом, а потом заложить в углубление горки хорошо растертую в ступке смесь 1 столовой ложки сахарной пудры и 1 чайной ложки питьевой соды и поджечь эту смесь. Через 2-3 минуты на поверхности смеси появились черные шарики, а у основания - черная жидкость. Когда почти весь спирт сгорел, смесь почернела, и из песка медленно выползает извивающаяся толстая черная змея с "воротником" из догорающего спирта. В пламени горящего спирта сахар плавится и обугливается, а выделяющийся из соды углекислый газ вспучивает и двигает горящую массу. Остаток после горения -- карбонат натрия, смешанный с мельчайшими частичками угля.
3) Этот опыт был мне известен давно, так делала мама, когда пекла торты и печенье: гасила соду уксусом. Реакция нейтрализации протекает очень бурно!
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Охрана природы - задача нашего века. Воздействие человека на окружающую среду приняло угрожающие масштабы. Даже по умеренным моделям процесса глобального потепления у маленьких ледников (а они составляют подавляющее большинство) нет шансов на восстановление. Таяние ледников – один из важнейших аспектов проблемы изменения климата. Это поставит под угрозу качество питьевой воды для почти 2 млрд. человек. Помимо этого, повысится и уровень морей. Так, по прогнозам, предоставленным ООН, в течение ближайших 30 лет могут растаять до 80% гималайских ледников.
Актуальность вопросов экологии в настоящее время уже не вызывает сомнения. В рамках экологических проблем рассматриваются химические процессы в газовой фазе (химия атмосферы) и в водных растворах (химия гидросферы), кристаллизация (химия литосферы), а также взаимные превращения соединений некоторых химических элементов с переходом из одного агрегатного состояния в другое (круговорот элементов в природе).
Несмотря на кажущееся разнообразие, практически все неорганические материалы (помимо металлов) являются кислородными соединениями кремния или солями кальция. Это не удивительно, если учесть, что кислород и кремний составляют три четверти земной коры, а кальций является самым распространенным из активных металлов. Поэтому обязательно нужно обратить внимание на состав, строение, свойства и области применения этих веществ, используемых не только в строительстве и в быту, но и при создании произведений искусства.
Постоянное увеличивается число препаратов бытовой химии. Грамотное использование химических веществ в домашнем хозяйстве требует понимания их свойств.
Вывод: понимание сущности химических процессов, с которыми мы встречаемся в повседневной жизни, приносит человеку только пользу .
1. Краткая химическая энциклопедия. – М.: Советская энциклопедия, 1961 – 1967. Т. I—V.
2. Бетехтин А.Г. Минералогия. – М.: Гос. изд-во геологической литературы, 1950.
3. Бутт Ю.М., Дудеров Г.Н., Матвеев М.А. Общая технология силикатов. – М.: Госстройиздат, 1962.
4. Быстрое Г.П. Технология спичечного производства. – М.–Л.: Гослесбумиздат, 1961.
5. Козмал Ф. Производство бумаги в теории и на практике. – М.: Лесная промышленность, 1964.
6. Кукушкин Ю.Н. Соединения высшего порядка. – Л.: Химия, 1991.
7. Кульский Л.А., Даль В.В. Проблема чистой воды. – Киев: Наукова думка, 1974.
8. Лосев К.С. Вода, – Л.: Гидрометеоиздат, 1989.
9. Теддер Дж., Нехватал А., Джубб А. Промышленная органическая химия. — М.: Мир, 1977.
10. Чалмерс Л. Химические средства в быту и промышленности – Л.: Химия, 1969.
11. Новостные интернет издания. (2010 г.)
