Тип урока: обобщающий.
Вид урока: урок-интервью.
Цели урока:
Образовательные – обобщить и систематизировать знания о характерных особенностях углерода и его соединений; значении этих соединений в природе и жизни человека.
Развивающие – развивать самостоятельность в работе с учебником, материалами периодической печати, с научно-популярной литературой.
Воспитательные – воспитывать умение работать в атмосфере поиска, творчеств успеха. Способствовать воспитанию личности с высоким уровнем экологической культуры.
Иллюстративный материал.
Модели кристаллических решёток графита и алмаза; плакаты «Круговорот углерода в природе», «Парниковый эффект», схема образования сталактитов и сталагмитов, фотографии сокровищ Алмазного фонда, образцы изделий из графита, противогаз. Карта растительности мира, презентация.
Оборудование и реактивы.
Химические стаканы, колбы, лабораторный штатив, прибор для получения газов.
Соляная кислота, активированный уголь, раствор йода, раствор перманганата калия или чернил, раствор гидроксида кальция, мрамор, минеральная вода.
План урока:
- Вступительное слово учителя.
- Представление журналистов.
- Работа исследовательских групп.
- Подведение итогов урока.
Подготовка к уроку:
- Выбор «журналистов – ведущих».
- Подготовка исследовательских групп.
а) группа историков
б) группа кристаллохимиков
в) группа химиков
г) группа физиологов
д) группа биологов
е) группа экологов. - Поиск дополнительного материала по определённому кругу вопросов с каждой «группой экспертов».
Эпиграф к уроку:
«Кому угрожает опасность? Вам. Разве вы не видите, что перед вами весы, на одной чаше которых ваше могущество, а на другой – ваша ответственность».
В.Гюго «Человек, который смеётся».
Ход урока
Учитель:
Сегодня на уроке мы обобщим наши знания о жизненно важном для нас элементе и его семействе. Тема урока: «Многоликий углерод»
Трудно найти химический элемент, который в виде простого вещества был бы столь же многолик, как углерод. Алмаз, графит, сажа, кокс и активированный уголь – все эти совершенно непохожие друг на друга вещества состоят из одних и тех же атомов углерода, по-разному соединённых друг с другом.
Углерод способен образовывать миллионы органических соединений. Его называют царём живой природы, на его основе построена жизнь.
Почему же углерод является жизненно важным для нас?
В чём уникальность этого элемента по сравнению с другими?
Мы с вами попытаемся разобраться в этом вопросе и помочь нашим гостям – журналистам. Основательный ответ на этот вопрос вы сможете дать, если будете внимательны, сосредоточены и активны во время нашей работы.
Познакомьтесь, это Екатерина и Владимир – журналисты. Редакция журнала «Химия и жизнь» поручила им написать статью об углероде. Давайте поможем им в этом.
Екатерина:
Итак, основной вопрос – это:
Почему же именно углерод взял на себя труднейшую задачу быть основой всего живого на Земле?
Владимир:
Катя, но чтобы ответить на такой вроде бы простой вопрос, необходимо рассмотреть его со всех сторон, так как он является глобальным.
Екатерина:
Согласна. Так с чего начнём наше интервью?
Владимир:
Думаю, у нас нет исторической информации. Когда и кем был открыт углерод на Земле?
Екатерина:
По-моему, нам в этом помогут ребята из группы «эксперты – историки».
Группа историков.
● Углерод – один из немногочисленных элементов «без роду, без племени». История общения человека с этим веществом уходит во времена доисторические. Имя первооткрывателя углерода неизвестно, неизвестно и то, какая из форм элементного углерода – алмаз или графит была открыта раньше. И то и другое случилось слишком давно. Определённо утверждать можно лишь одно: до алмаза и до графита был открыт уголь. Углём рисовали ещё в каменном веке. Росписи известных пещер Альтамира в Испании, созданные 20 тысяч лет назад, выполнены углём.
В XVIII веке Антуан Лоран Лавуазье, изучая горение угля на воздухе и в кислороде, пришёл к выводу, что уголь – всего лишь простое вещество, и назвал новый элемент Carboneum (от латинского «Carbo» - уголь).
Ещё несколько десятилетий назад уголь считали третьей, аморфной формой углерода. Лишь во второй четверти XX века структурный анализ показал, что аморфный углерод – это по существу тот же графит.
● На протяжении тысячелетий история неразрывно связана с историей углерода. Веками он, а точнее алмаз, оставался символом могущества, богатства и власти. Желание обладать этим « царём камней» проливало реки крови, свергало царей и возводило на трон новых властителей, сметало империи и на их обломках строило другие.
В наши дни не только не утрачено веками сложившееся значение алмаза, но и наметились новые пути его использования.
Екатерина:
Спасибо. Теперь нам необходимо найти причины уникальности свойств алмаза и посмотреть на углерод глазами кристаллохимика.
Группа кристаллохимиков.
● Алмаз и графит имеют атомные кристаллические решётки, которые различаются расположением в них атомов (демонстрация моделей решёток графита и алмаза).
В атомных кристаллах атомы связаны ковалентной неполярной связью.
В кристалле алмаза каждый атом углерода имеет четырёх соседей, которые расположены от него на равных расстояниях в вершинах тетраэдра. Весь кристалл представляет собой единый трёхмерный каркас. С этим связаны многие свойства алмаза, в частности его самая высокая среди минералов твёрдость. Она - то и дала камню имя, которое происходит от греческого «адамас» - «твёрдый», «несокрушимый». Он не только очень прочный, но и тугоплавкий.
Графит отличается от алмаза своим слоистым строением. В каждом слое атомы углерода прочно связаны между собой и образуют непрерывную сетку из правильных шестиугольников, наподобие пчелиных сот. Каждый атом в таком слое имеет трёх соседей. Связи между слоями значительно слабее, чем внутри них. Графит мягкий и непрозрачный, хорошо проводит тепло и электрический ток.
Но при определённых условиях алмаз может превращаться в графит, а последний – в алмаз.
Владимир:
Итак, если мы вас правильно поняли, строение вещества определяет его свойства. А где эти свойства находят применение?
Екатерина: Продолжайте, пожалуйста.
● Техника XXI века с её высокими требованиями к качеству немыслима без алмазов. Так как алмаз – самый твёрдый минерал на Земле из него делают режущие инструменты (например, для резки стекла); алмазными коронками бурят сверхглубокие скважины. Обработанные специально огранённые алмазы, сверкающие всеми цветами радуги – это очень дорогие драгоценные камни – бриллианты.
Немецкий профессор Батеман подсчитал: алмазы стоимостью 10 миллионов долларов может перенести один человек, тогда как золото на эту сумму будет иметь массу 12 тонн.
Собрание исторических бриллиантов и изделий из них хранится в Алмазном фонде Оружейной палаты Московского Кремля.
Особое место в коллекции занимает алмаз « Шах» (88,7 карата). Им персидское правительство расплатилось за жизнь известного писателя и дипломата Александра Сергеевича Грибоедова, погибшего в Тегеране в 1829 году.
Один из самых крупных (189,6 карата) и красивых бриллиантов в мире «Орлов», который в 1773 году граф Орлов подарил императрице Екатерине II в день её именин. Она повелела вправить его в свой золотой скипетр (Символ высшей государственной власти).
● Графит используется в производстве смазочных материалов, для изготовления электродов электрических печей, в качестве блоков для атомных реакторов и добавок в антикоррозионные краски.
Сажа используется для изготовления типографской краски, картриджей, резины, косметической туши.
Екатерина:
Можно мне задать вам ещё один вопрос?
Вот все мы знаем активированный уголь, который продаётся в аптеках, но, думаю, многие не знают, что это такое и на каких свойствах основано его применение?
● На этот вопрос отвечу я.
Уголь благодаря своей пористой поверхности обладает замечательной способностью поглощать газы и растворённые вещества. Это свойство называется адсорбцией. Чем больше пористость древесного угля, тем эффективнее адсорбция. Чтобы увеличить поглотительную способность, древесный уголь обрабатывают горячим водяным паром. Обработанный таким способом уголь называется активированным.
В аптеках его продают в виде чёрных таблеток, которые принимают для удаления из желудка и кишечника вредных веществ, при пищевых отравлениях.
Впервые предложил применять активированный уголь для очистки питьевой воды и спирта Петербургский фармацевт Товий Егорович Ловиц.
«Одно это открытие сделало бы его бессмертным», - так сказал об открытии Т.Е. Ловица русский химик А.И. Шерер.
Способность угля к адсорбции была использована Николаем Николаевичем Зелинским в противогазе, изобретённом им в период первой мировой войны.
Владимир:
Интересно было бы увидеть, как происходит адсорбция?
Екатерина:
Тогда нам необходима помощь химиков.
Группа химиков.
● Демонстрационный опыт. Адсорбция углём растворов йода и чернил, оксида азота (IV).
Владимир:
Да, это убедительно, но мне кажется, что пора познакомиться с химическими свойствами углерода.
● Углерод – неметалл.
На внешнем энергетическом уровне содержит 4 е и до его завершения также не хватает 4е, поэтому тенденция к отдаче и принятию е у него выражена одинаково.
[Таблица приведена в полном тексте статьи.]
Екатерина: Спасибо.
Знаешь, Володя, я слышала, что оксид углерода (II) очень токсичен и даже небольшое содержание в воздухе опасно для жизни. В периодической печати постоянно появляются сообщения об отравлениях угарным газом. Вот в МК, в статье «Унесённые пленом», вспомнили трагедию Саланга. Саланг – это знаменитый восьмикилометровый туннель, пробитый в горе. Во время афганской войны здесь задохнулись 120 десантников, отравившись угарным газом.
Владимир:
А почему его так назвали? И каково физиологическое действие угарного газа на живой организм?
Екатерина:
Давай, обратимся к экспертам – физиологам и почерпнём у них нужную информацию
Группа физиологов.
● Оксид углерода (II) опасен тем, что не имеет ни цвета, ни запаха, поэтому его присутствие в воздухе незаметно для человека. Его называют угарным газом, так как он очень ядовит. Его отравляющее действие вызвано тем, что оксид углерода(II) легко соединяется с гемоглобином крови (в 200-300 раз быстрее кислорода) и делает его неспособным переносить кислород от лёгких к тканям.
При отравлении угарным газом пострадавшего необходимо вынести на свежий воздух или открыть в помещении окна.
Число случаев отравления увеличивается зимой, когда водители прогревают мотор и салон автомобиля при закрытых окнах. В результате неполного сгорания бензина, образуется угарный газ и как следствие – смерть людей, находящихся в машине. И люди виноваты сами, так как плохо знают химию. А такие знания крайне необходимы.
А курильщики должны знать, что угарный газ является главным отравляющим веществом табачного дыма и должны думать об окружающих. Курящий во время затяжек вдыхает угарный газ. Между затяжками горящая сигарета выделяет его в 4-5 раз больше.
Длительное нахождение в помещении, где концентрация угарного газа в воздухе составляет всего 0,4 %, может привести к смерти.
Екатерина (обращаясь к химикам):
А вы хотите что-то добавить?
● Оксид углерода (II) приносит не только вред, но и много пользы. Он активный восстановитель. Это свойство, позволяет, человечеству получать миллионы тонн чугуна и стали.
Владимир (обращаясь к физиологам):
А действительно ли то, что небольшое содержание углекислого газа в воздухе даже полезно для живых организмов?
● Да, в небольшой концентрации оксид углерода (IV) не оказывает отравляющего действия на организм и даже стимулирует деятельность дыхательного центра.
Но если содержание газа повышается, то это губительно для человека и животных. При наличии в воздухе 3% СО2 наблюдается головокружение, шум в ушах, быстрая утомляемость, сонливость.
При повышении концентрации до 10%, человек начинает задыхаться, и возможен смертельный исход. Так в 1986 году в Камеруне на берегах озера Ниос погибло 1800 сельских жителей. Вот как это случилось, стояла безветренная погода, и вдруг со дна озера произошёл выброс колоссального количества углекислого газа.
Этот газ скопился у озера слоем высотой более двух метров и накрыл «с головой» все прибрежные деревни.
● А вы слышали об эффекте собачьей пещеры в Италии?
Она знаменита тем, что собаки в ней не могут находиться, погибают через несколько минут. Человек может там пребывать в нормальном состоянии.
Владимир:
А почему так происходит?
● Дело в том, что в этой пещере из земли выделяется углекислый газ, а так как он в 1,5 раза тяжелее воздуха, то он располагается внизу примерно на высоте роста собаки. В таком воздухе, где углекислого газа 14% собаки и другие животные, разумеется, дышать не могут. Но стоящий на ногах взрослый человек не ощущает избытка газа в пещере.
Такие места есть и в других уголках Земли. На острове Ява есть «Долина смерти», где погибают от удушья даже крупные животные – кабаны и тигры.
Владимир:
Катя, по-моему, я скоро лопну от такого количества сведений. И всё-таки мой аппетит только возрастает.
Екатерина:
Какие вопросы тебя ещё волнуют?
Владимир:
Диоксид углерода способен под землёй перемещать тысячи тонн известняка, образуя огромные полости – карстовые пещеры.
А как это происходит? Кто сможет ответить на этот вопрос?
Полный текст статьи приведен в Приложении.