Индивидуальный проект "Химия в повседневной жизни"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Машиностроительный колледж Иркутского национального исследовательского технического университета

Индивидуальный проект «Химия в повседневной жизни»

М.В. Борисова, Н.Д. Заболотский

Аннотация

Представлены результаты работы над индивидуальным проектом «Химия в повседневной жизни» по дисциплинам «Информатика и проектная деятельность», «Химия». Цель данного проекта - показать значение химии в жизни человека. Химия как наука является определяющим фактором развития человеческой цивилизации. В процессе работы над проектом были использованы информационные технологии и программное обеспечение, такое как MS PowerPoint, QuickTime Player.

Ключевые слова: химия, фотосинтез, дыхание, гроза, стекло, косметические средства.

Annotation

This article is the result of work on an individual project "Chemistry in Everyday Life" in the disciplines of informatics and project activity, chemistry. The aim of this project is to show the importance of chemistry in human life. Chemistry as a science is a determining factor in the development of human civilization. In the process of working on the project, information technologies and software, such as MS PowerPoint, QuickTime Player, were used.

Keywords: chemistry; photosynthesis; breathing; thunderstorm; glass; cosmetics

В повседневной жизни нас окружают предметы и изделия, изготовленные из веществ и материалов, которые получены на химических заводах и фабриках. Кроме того, сам того не подозревая, каждый человек осуществляет химические реакции, например, умывание с мылом, стирка с использованием моющих средств и др. При опускании кусочка лимона в стакан горячего чая происходит ослабление окраски - чай здесь выступает в роли кислотного индикатора, подобного лакмусу.

Аналогичное кислотно-основное взаимодействие проявляется при смачивании уксусом нарезанной синей капусты. Хозяйки знают, что капуста при этом розовеет.

Приготовление пищи - это тоже ряд химических процессов.

Стоит отметить, что в любом живом организме в огромных количествах осуществляются различные химические реакции. Процессы усвоения пищи, дыхания животного и человека основаны на химических реакциях. Они лежат в основе роста и маленькой травинки, и высокого дерева.

Опишем несколько наиболее частых химических реакций.

1. Фотосинтез.

Химия, конечно, не только то, что происходит в пробирках лаборатории. Самые впечатляющие химические явления можно наблюдать в природе. И значение их так велико, что не было бы жизни на Земле, если бы не некоторые из этих явлений.

В первую очередь стоит отметить фотосинтез - процесс, во время которого растения поглощают углекислый газ из атмосферы и под воздействием солнечного света вырабатывают кислород, которым мы дышим.

Фотосинтез протекает в две фазы, и освещение нужно только для одной. Ученые проводили различные опыты и выяснили, что фотосинтез осуществляется даже при слабом освещении. Но с увеличением количества света процесс значительно ускоряется. Также было замечено, что если одновременно усиливать освещенность растения и повышать температуру, скорость фотосинтеза возрастает еще больше. Происходит это до известного предела, по достижении которого дальнейшее увеличение освещенности перестает ускорять фотосинтез.

В процессе фотосинтеза задействованы фотоны, которые излучает солнце, и специальные пигментные молекулы растений - хлорофилл. В клетках растений он содержится в хлоропластах, благодаря которым листья зеленые. индивидуальный химия информационный программный

С точки зрения химии при фотосинтезе происходит цепочка преобразований, результатом которой является кислород, вода и углеводы в качестве запаса энергии.

Первоначально считалось, что кислород образуется в результате расщепления углекислого газа. Однако позже Корнелиус Ван Ниль выяснил, что кислород образуется в результате фотолиза воды. Позднейшие исследования подтвердили эту гипотезу.

Описать суть фотосинтеза можно с помощью следующего уравнения:

6СО₂ + 12Н₂О + свет = С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ + 6Н₂О

2. Дыхание.

Дыхание, в том числе человеческое, - это тоже химическое явление. Мы вдыхаем выработанный растениями кислород, а выдыхаем углекислый газ.

Но не только углекислый газ образуется в результате дыхания. Главное в этом процессе то, что благодаря дыханию выделяется большое количество энергии, и такой способ ее получения очень эффективен.

Кроме того, промежуточным итогом разных этапов дыхания является появление большого числа различных соединений, которые, в свою очередь, служат основой для синтеза аминокислот, белков, витаминов, жиров и жирных кислот.

Процесс дыхания сложен и разбит на несколько этапов, на каждом из которых используется большое количество ферментов, выполняющих роль катализаторов. Схема химических реакций дыхания практически одинакова у животных, растений и даже бактерий.

С точки зрения химии дыхание - это процесс окисления углеводов (возможно, белков, жиров) с помощью кислорода, в результате реакции получаются вода, углекислый газ и энергия, которую клетки запасают в аденозинтрифосфате:

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ = СО₂ + 6Н₂О + 2,87 * 10⁶ Дж.

Как было упомянуто выше, химические реакции могут сопровождаться излучением света. Для дыхания и сопутствующих химических реакций это тоже верно. Светиться (люминесцировать) могут некоторые микроорганизмы. Хотя при этом энергетическая эффективность дыхания снижается.

3. Гроза.

Вероятно, многие замечали, как летом легко дышится после грозы. И воздух тоже становится особенно свежим и приобретает характерный запах. Каждый раз после летней грозы можно наблюдать еще одно распространенное в природе химическое явление - образование озона.

Озон (О₃) в чистом виде представляет собой газ синего цвета. В природе наибольшая концентрация озона - в верхних слоях атмосферы. Там он играет роль «щита» нашей планеты, который защищает ее от солнечной радиации из космоса и не дает Земле остывать, поскольку поглощает и ее инфракрасное излучение.

В природе озон в большинстве своем образуется благодаря облучению воздуха ультрафиолетовыми лучами Солнца (3О₂ + УФ свет > 2О₃), а также при электрических разрядах молний во время грозы.

В грозу под воздействием молний часть молекул кислорода распадается на атомы, молекулярный и атомарный кислород соединяются, и образуется О₃.

Поэтому ощущается особая свежесть после грозы, в это время легче дышится, воздух кажется более прозрачным. Дело в том, что озон гораздо более сильный окислитель, чем кислород. И в небольшой концентрации (как после грозы) он безопасен и даже полезен, поскольку разлагает вредные вещества в воздухе, в сущности, дезинфицирует его.

Однако в больших дозах озон очень опасен для людей, животных и даже растений, для них он ядовит.

Кстати, дезинфицирующие свойства полученного лабораторным путем озона широко используются для озонирования воды, предохранения продуктов от порчи, в медицине и косметологии.

Вышеперечисленное, конечно, не полный список химических явлений в природе, а только очень малая их часть.

Теперь перейдем к химическим реакциям, происходящим в быту. К ним относятся те, которые можно наблюдать в повседневной жизни современного человека. Некоторые из них совсем простые и очевидные, любой может наблюдать их на своей кухне, например, заваривание чая. Нагретые кипятком чаинки меняют свои свойства, в результате меняется и состав воды: она приобретает другой цвет, вкус и свойства, то есть получается новое вещество.

4. Стекло.

В стекловарении используют только самые чистые разновидности кварцевого песка, в которых общее количество загрязнений не превышает 2-3 %. Особенно нежелательно присутствие железа, которое даже в минимальных количествах окрашивает стекло в зеленоватый цвет. Чтобы стекло не растворялось в воде, в него вводят известь, известняк, мел. Все они имеют одну и ту же химическую формулу - СаСО3.

В состав стекла входят оксиды SiO₂, Na₂O и СаО. Они образуют сложные соединения - силикаты, которые являются натриевыми и кальциевыми солями кремниевой кислоты.

В стекло вместо Na₂O с успехом можно вводить К₂О, а СаО может быть заменен MgO, PbO, ZnO, BaO. В каждом стекле содержится немного глинозема Аl₂О₃, попадающего из стенок стекловаренного сосуда. Иногда его добавляют специально. Оксид борной кислоты В₂О₃ делает стекло более устойчивым к резким температурным изменениям. Свинец сильно увеличивает показатель преломления стекла. Оксиды щелочных металлов увеличивают растворимость стекла в воде, поэтому для химической посуды используют стекло с малым их содержанием. Окраску стекла осуществляют введением в него оксидов некоторых металлов или образованием коллоидных частиц определенных элементов.

Хрусталь, хрустальное стекло - это силикатное стекло, содержащее различное количество оксида свинца. Часто на маркировке изделия указывается содержание свинца. Чем больше его количество, тем выше качество хрусталя. Хрусталь характеризуется высокой прозрачностью, хорошим блеском и большой плотностью.

Кварцевое стекло получают плавлением чистого кварцевого песка или горного хрусталя, имеющих состав SiO₂. Расплавленный кварц обладает высокой вязкостью и из него трудно удаляются пузырьки воздуха. Поэтому кварцевое стекло часто легко узнается по заключенным в нем пузырькам. Важнейшим свойством кварцевого стекла является способность выдерживать любые температурные скачки.

Пеностекло - пористый материал, представляющий собой стеклянную массу, пронизанную многочисленными пустотами. Оно обладает тепло- и звукоизоляционными свойствами, небольшой плотностью и высокой прочностью, сравнимой с бетоном. Пеностекло не тонет в воде и потому используется для изготовления понтонных мостов и спасательных принадлежностей. Однако его главная область применения - строительство. Пеностекло является исключительно эффективным материалом для заполнения внутренних и наружных стен зданий.

При нагревании стекло размягчается и легко вытягивается в тонкие и длинные нити. Характерным свойством таких нитей является чрезвычайно высокое удельное сопротивление разрыву. Из них изготавливают стекловату, стекловолокно и стеклоткани.

5. Косметические средства.

Промышленность выпускает перламутровые губные помады и кремы, а также шампуни с перламутровыми блесками. Перламутровый эффект в косметических средствах создается благодаря солям висмута ВiOСl и BiO(NO₃) или титанированной слюде - перламутровому порошку, содержащему около 40 % ТiO₂. Давно известны жемчужные, или испанские, белила. Их основным компонентом является BiO(NO₃)₂, образующийся при растворении нитрата висмута Bi(NO₃)₃ в воде. В косметике эти белила используют для приготовления белого грима.

Для создания специальных косметических средств (гримов) применяют оксид цинка ZnO, получаемый прокаливанием основного карбоната (ZnOH)₂CO₃.

В медицине его используют в присыпках (в качестве вяжущего, подсушивающего, дезинфицирующего средства) и для изготовления мазей.

В состав косметических декоративных пудр входят: тальк, каолин, ZnO, TiO₂, MgCO₃, крахмал, цинковые и магниевые соли стеариновой кислоты, а также органические и неорганические пигменты, в частности Fe₂O₃. Тальк придает пудре сыпучесть и скользящий эффект. Его недостатком является способность впитываться в кожу и придавать жирный блеск.

Каолин обладает высокой способностью впитывать избыток жировых выделений кожи. Крахмал придает коже бархатистость, а благодаря стеаратам цинка и магния пудра хорошо удерживается на коже и делает ее гладкой.

Компактная пудра, в отличие от рассыпной, содержит связующие добавки: натрий карбоксиметилцеллюлозу, высшие жирные кислоты, воски, многоатомные спирты и их эфиры, минеральные и растительные масла. Они позволяют получать при прессовании брикеты определенной формы, которые сохраняют прочность при длительном употреблении.

В быту в качестве дезинфицирующего и отбеливающего средства широко используют растворы (3-, 6-, 10-процентные) пероксида водорода.

Атомарный кислород обладает особенно сильным окислительным свойством. Благодаря ему растворы пероксида водорода разрушают красящие вещества и отбеливают ткани из хлопчатобумажных и шерстяных тканей, шелк, перья, волосы. Способность пероксида водорода обесцвечивать волосы используют в косметике.

Иногда для окраски волос применяют соли серебра, меди, никеля, кобальта, железа. В таком случае крашение волос осуществляют при помощи двух растворов. Один из них содержит соли данных металлов: нитраты, цитраты, сульфаты или хлориды, а второй - восстановители: пирогаллол, таннин и др. При смешении этих растворов ионы металлов восстанавливаются до атомов, которые и осаждаются на поверхности волос.

Наиболее распространенный лак для ногтей представляет собой раствор нитроцеллюлозы в органических растворителях. Нитроцеллюлозу получают нитрованием целлюлозы (хлопковой или древесной) смесью азотной и серной кислот. В качестве растворителей используют амиловый эфир уксусной кислоты, ацетон, различные спирты, этиловый эфир, а также их смеси. В лак добавляют пластификаторы - касторовое масло или другие экстракты, которые препятствуют обезжириванию ногтей и предохраняют их от ломкости.

6. Металл.

Образование налета на металлах в результате окисления (ржавчина на железе, патина на меди, потемнение серебра) - тоже одно из бытовых химических явлений.

Рассмотрим для примера железо. Ржавление (окисление) происходит под воздействием влаги (влажность воздуха, прямой контакт с водой). Результатом этого процесса становится гидроксид железа Fe₂O₃ (точнее Fe₂O₃ * H₂O). Он имеет вид рыхлого, шероховатого оранжевого или красно-коричневого налета на поверхности металлических изделий.

Другим примером может послужить зеленый налет (патина) на поверхности изделий из меди и бронзы. Он образуется со временем под воздействием атмосферного кислорода и влажности:

2Cu + O₂ + H₂O + CO₂ = Cu₂CO₅H₂ (или CuCO₃ * Cu(OH)₂)

Полученный в итоге основной карбонат меди встречается и в природе - в виде минерала малахита.

И еще один пример медленной окислительной реакции металла в бытовых условиях - это образование темного налета сульфида серебра Ag₂S на поверхности серебряных изделий: украшений, столовых приборов и т.п.

Причиной его возникновения являются частички серы, которые в виде сероводорода присутствуют в воздухе, которым мы дышим. Потемнеть серебро может и при контакте с серосодержащими пищевыми продуктами (яйцами, например). Реакция же выглядит так: 4Ag + 2H₂S + O₂ = 2Ag₂S + 2H₂O.

Библиографический список

1. Онлайн-школа [Электронный ресурс]. URL: https://www.tutoronline.ru (20.05.2017).

2. Химия и повседневная жизнь человека [Электронный ресурс]. URL: http://rpp.nashaucheba.ru/docs/index-55393.html (02.06.2017).

3. Галкина С. Химия в повседневной жизни человека [Электронный ресурс]. URL: http://dok.opredelim.com/docs/index-19523.html (02.06.2017).

4. Значение химии в повседневной жизни [Электронный ресурс]. URL: http://двойкам-нет.рф/значение-химии/ (02.06.2017).

5. Габриелян О.С. Химия. 11 класс. Базовый уровень: учебник для общеобразовательных учреждений. М.: Дрофа, 2010.

Размещено на Allbest.ru