Зачем нам нужно «плачущее дерево»? 10-й класс. Тема «Достижения науки: время, события, люди (на примере открытия синтетического каучука)»

Химия – наука, успехи которой всегда были направлены на удовлетворение потребностей человека. Но чтобы достичь каких-то успехов в науке, нужны предпосылки, определенные события, время, а главное – талантливые люди. Этот факт раскрывается на примере открытия синтетического каучука на уроке химии в 10-м классе.

Раздел: «Непредельные углеводороды».Тема по программе: «Полимеры».Тип урока – изучение нового материала.Единая дидактическая цель: показать достижения химии, направленные на удовлетворение потребностей человека на примере получения синтетических каучуков.Цели урокаОбразовательные: расширение знаний учащихся о диеновых углеводородах, ознакомление с историей открытия натурального каучука, с его строением и свойствами; ознакомление учащихся с проблемой синтеза каучука, с работами С.В.Лебедева; дать наглядное представление о применении каучуков.Воспитательные: воспитывать навыки сотрудничества, формировать положительные качества личности: целенаправленность, ответственность за выполненную работу, чувство патриотизма.Развивающие: развивать самостоятельность в приобретении новых знаний, элементы творческого мышления, совершенствовать практические умения и навыки, формировать умение планировать и проводить лабораторные исследования и химические эксперименты с окружающими нас веществами.Формы организации деятельности на уроке – индивидуальная, парная, фронтальная.Методы обучения – репродуктивный, частично-поисковый, проблемный.Ведущие виды деятельности учащихся – сообщения, выполнение лабораторных опытов, работа по заполнению таблицы «Основные виды синтетического каучука».Средства обучения – комплекс «Компьютер + проектор» для демонстрации компьютерной презентации к уроку, раздаточный материал, физическая карта мира.Оборудование и реактивы: коллекция «Каучуки», кусочки каучука, резина, линейки, спиртовки, бензол, раствор перманганата калия, пробирки, вода, тигельные щипцы, детские резиновые игрушки, резиновые сапоги, калоши, шланги, медицинские грелки, жгуты, эбонитовые палочки, воздушные шарики, резиновые перчатки и др.Эпиграф: «Древо науки всеми корнями связано с практикой».План урока «Дело было…», или История открытия каучука.«Из чего же, из чего же?», или Строение каучуков.«Спасибо вам, Сергей Васильевич!».«Какие же они разные!..» или Классификация каучуков.Свойства каучуков. Отличие каучука от резины.«Исчезнет резина – заглохнет жизнь», или Применение каучуков.1. Организационный моментУчитель:Друзья! Приятна встреча с вами!Полна надежды я и веры,Что вместе мы не заскучаем.Уроков тема – «Полимеры».Дайте определение полимерам и их классификацию.Полимеры – высокомолекулярные соединения (ВМС), молекулы которых состоят из множества одинаковых структурных звеньев.Природные – ВМС, созданные природой.                                                     Искусственные – ВМС, которые получают на основе природных полимеров путем их химической модификации.Синтетические – ВМС, которые получают из химического сырья путем его химической модификации, то есть химической переработки.Но все чаще и чаще в повседневной жизни нам приходится сталкиваться с полимерами, которые созданы не природой и не на основе природного полимерного сырья, а являются результатом работы химиков. Это так называемые синтетические полимеры.Тема урока «Достижения науки: время, события, люди (на примере открытия синтетического каучука)».Актуализация знаний учащихсяФронтальный опрос:- Какие углеводороды вы знаете?- Какие углеводороды способны вступать в реакции полимеризации?- Могут ли образовывать полимеры галогенопроизводные непредельных углеводородов?Полимеры непредельных углеводородов и их галогенопроизводных: эластомеры (каучуки, резины), пластмассы.Учитель: Сегодня мы рассмотрим эластомеры, а на следующем уроке пластмассы.Изложение нового материала1)    «Дело было…», или История открытия каучукаУчитель: Давайте прочитаем древний медицинский трактат: «Оно оказывает значительное целебное воздействие, укрепляет желудок, останавливает рвоту, возбуждает аппетит и очищает кровь; способствует кровообращению, благотворно влияет на легкие, дает избавление от кашля, смягчает боли в боку и уменьшает страдания больных чахоткой, ослабляет зубную боль и укрепляет десны, воспаленные от цинги».Угадайте, что это за всесильное лекарство? И не пытайтесь – не догадаетесь, потому что это вообще не лекарство, а… КАУЧУК. Просто в то время, когда был написан этот трактат, об этом загадочном материале почти ничего не знали, а он не переставал удивлять людей. Первым, кто очень удивился, был испанский адмирал – знаменитый Христофор Колумб. Было это в 1493 году.Учитель: А как схематично изобразить «путь» нашего урока? Ученик у доски составляет схему: Новое —> интерес —> исследование строения и состава —> получение искусственным путем —> свойства полученных веществ —> применение.Учитель: Во время своего путешествия Колумб остановился у острова Гаити и увидел, как индейцы играли в мяч. Вот этот-то мяч и удивил адмирала. На его родине тоже играли в мяч, но делали его из кожи и наполняли обрезками ткани и шерстью. Такой мяч не очень-то прыгал. А этот! Он был большой, тяжелый. Но, ударяясь о землю, довольно высоко подскакивал в воздух. «Словно живой», – подумал Колумб. Откуда взялся этот мяч и материал, из которого он сделан, мореплавателю так и не удалось узнать. Колумб привез несколько образцов этого вещества в Европу.Итак, происхождение вещества было окутано тайной. Позднее секрет был раскрыт. Это вещество оказалось соком, добываемым местными жителями из надрезов коры деревьев, который быстро твердел на воздухе. Это дерево гевея. Когда на нем делают надрез, то оно как бы плачет. Поэтому сок и называют КАУЧУК от «КАУ» – «дерево» и «УЧУ» – «плакать», то есть в переводе с языка индейского племени тупи-гуарани – «плачущее дерево». Эти «слезы», т. е. белый густой млечный сок – по-испански «латекс». Высота гевеи может достигать 30 м, а диаметр ствола – 3 м. В год от одного дерева можно получить 2-3 кг каучука.Колумбом привезенный каучукКак ценный экспонат попал в музеи,Где очень долго пролежал без цели…Спустя примерно три столетья вдругФранцузы отправляют экспедицию,Чтоб изучить бразильскую провинцию.Один из членов группы КондаминИндейцев бытом занялся серьезно.Затем в своем отчете скрупулезноОн примененье каучука осветил.Пропитывают им корзины, ткани. Чтоб защитить от влаги проникания;Борта и днища лодок покрывают,Чем службу им надолго продлевают.А вот, пожалуйста, еще два чуда:Из каучука делают сосудыИ, смазав латексом макет ноги, Индейцы делают галоши, сапоги.В Европе бум: охвачена сенсацией, В восторг приходит вся цивилизация!И из Америки пластинки слез гевеиВезут торговцы, чтоб продать скорее.Лепите, что хотите, покупатели!И появляются уже предприниматели.Мячи, подтяжки и подвязочки,Плащи, бутылочки и баночки,Среди изделий сапоги, галоши…Увы и ах… Майн гот! О боже!В жару все липнет или растекается,А в холод трескается и ломается.Каучук не сразу получил признание у европейцев. Они сначала просто не знали, что с ним делать. Одним из первых нашел применение каучуку английский химик Джозеф Пристли. Он приспособился стирать карандашные заметки шариком каучука. Шотландский химик Макинтош растворял в бензине каучук, а затем покрывал таким раствором ткани. С того времени плащ из непромокаемой ткани носит название «макинтош».Однако вскоре пришлось убедиться, что при всей своей полезности изготовленная таким образом одежда имеет существенные недостатки – при низкой температуре ткань становится жесткой и ломкой, а при нагревании, наоборот, делается липкой. Стало ясно, что у нового материала есть огромные недостатки.Честь каучука спас совсем случайно торговец из Америки Чарльз Гудиер… Этот одержимый изобретатель решил вылечить каучук. Для этого он смешивал его с любыми попадавшимися под руку предметами: солью, сахаром, перцем, речным песком. Результата никакого. В ход пошли орехи, сыр… Не подошло. Не помогли и чернила. У Гудиера кончились деньги… Но тут ему помог случай.Обычно серой посыпал он специальноСвои пластиночки… И как-то уронилОдну из них в огонь. Он испугался,Схватил кусочек, гнул его и мял -Гораздо лучше тот по свойствам оказалсяИ – чудо! – даже липнуть перестал.Получилась известная всем резина – она была эластичной и прочной при различных температурах, не твердела при умеренном холоде и не расползалась на жаре. Ясно, что был открыт новый процесс. Но как его назвать? Поскольку жар и сера были главными атрибутами римского бога огня Вулкана, процесс назвали вулканизацией.Вулканизация – процесс получения резины из каучука при нагревании его с серой.Резина содержит около 5% серы. Если содержание серы увеличить до 40% и более, то каучук становится твердым, приобретая высокую прочность. Эта твердая резина называется эбонитом (электроизолятор), он получил применение в электротехнике.Ученые ж корпели над составомИ над строением молекул каучука.Достойны многие из них великой славыЗа то, что двинули вперед науку.2) «Из чего же, из чего же?», или Строение каучукаУчитель: Каучук относится к группе веществ, называемых ПОЛИМЕРАМИ. Дословно этот термин можно перевести как «много сегментов» или «много звеньев» (молекула полимеров напоминает бусы). Определение молекулярной массы показывает, что она достигает нескольких сот тысяч (150000 – 500000). Каучук, следовательно, природный полимер.Французский ученый Гюстав Бушард определил, что природный каучук представляет собой полимер, длинные цепочки которого состоят из множества звеньев 2-метилбутадиена-1,3 (изопрена), молекулярная формула (С5Н8)n CH2 = C – CH = CH2 | CH3  Сначала за счет разрыва двойных связей происходит соединение двух молекул изопрена CH3 CH3 | | n CH2=C – CH=CH2  (- CH2 – C = CH – CH2-)n пентан  изопентан  изопрен  СКИПри этом свободные валентности средних углеродных атомов смыкаются и образуют двойные связи в середине молекул, ставших теперь звеньями растущей цепи.Обратите внимание, что в молекуле каучука есть двойная связь, поэтому при определенных условиях она может «раскрыться», т. е. образуется свободная связь, которая готова вступить во взаимодействие с каким-нибудь другим веществом.Сначала представим, что у вас не одна нитка бус, а много. Если мы их в беспорядке бросим на стол, то получим просто гору бус. Но это также и самая простейшая модель строения реального полимера. Сейчас наши нитки не связаны между собой, им можно придать любую форму. Применительно к каучуку это свойство называют пластичностью (таким свойством обладают пластилин, глина).Но если каучук вступит во взаимодействие с серой, она «свяжет» между собой длинные молекулы, в результате чего свойства каучука сильно изменятся. Он потеряет свою пластичность и станет эластичным – будет легко менять свою форму под действием нагрузки, а после ее удаления опять примет свою первоначальную форму. Кроме того, материал приобретет прочность. Теперь он называется резиной и имеет пространственную структуру.Мы встречались уже с полимерами, например с полиэтиленом, макромолекулы которых представляют собой длинные цепи атомов. Однако они не проявляют такой эластичности, какую имеет каучук. Чем же объясняется это особое свойство?Молекулы каучука хотя и имеют линейное строение, но не вытянуты в линию, а многократно изогнуты, как бы свернуты в клубки (похожи на телефонный шнур). При растягивании каучука такие молекулы распрямляются, становятся длиннее. Каучук – высокоэластичный продукт, обладает обратимой деформацией растяжения до 1000%, а у обычных твердых тел эта величина не превышает 1%. Эластичность каучука сохраняется в широких температурных пределах, и это является характерным его свойством. Но при долгом хранении каучук твердеет.3) «Спасибо вам, Сергей Васильевич!»Учитель: Прошли годы… Изучили свойства каучука и обнаружили, что они удивительные. Каучук эластичен, устойчив к износу, гибок, прочен, непроницаем для воды и газов, является электроизолятором. Резина еще прочнее. Такие важные технические свойства! Долгое время спрос на каучук был мизерный. Даже в 1830 году во всем мире использовали всего 25 тонн каучука.Чтобы современный автомобиль вышел из ворот завода, нужно 250 кг каучука, на каждый самолет в среднем уходит 600 кг, а на оборудование крупного военного корабля – почти 70 тонн каучука.Природа вырабатывает только один вид каучука, да и то в ограниченном количестве: самая урожайная гевея дает в один день около 20 граммов своих «слез». Значит, чтобы получить 100 тысяч тонн натурального каучука, нужно обработать ни много ни мало – 13 млн деревьев.Каучуконосы лучше всего произрастают не далее 10° от экватора на север и юг. Поэтому эта полоса шириной 1300 километров по обе стороны от экватора известна как «каучуковый пояс». Здесь каучук добывается и поступает для продажи во все страны мира.А как быть и как жить без каучука другим странам и народам? На территории России растет известное всем растение-каучуконос – одуванчик, однако использование его в промышленных масштабах нерентабельно. Попытки же развести гевею в южных регионах нашей страны окончились неудачей из-за неподходящих климатических условий. Как быть? Где взять каучук, чтобы полностью удовлетворить быстрорастущие потребности бурно развивающегося промышленного производства?Эти вопросы заставили химиков искать пути получения синтетического каучука.Рассказ учащихсяВ 1926 году Высший совет народного хозяйства СССР объявил международный конкурс на лучший промышленный способ получения синтетического каучука. По условиям конкурса к 1 января 1928 года должно быть представлено описание технологии получения каучука из доступного сырья, схема заводского производства и 2 кг продукта. С этой задачей справилась группа ленинградских ученых под руководством профессора Военно-медицинской академии Сергея Васильевича Лебедева. Еще в 1914 году он был награжден золотой медалью Российской академии наук за исследования в области полимеризации диеновых углеводородов. Химики во главе с Лебедевым предложили метод синтеза каучукоподобного материала полимеризацией бутадиена-1,3 (дивинила), который в свою очередь получали из этилового спирта.Получение бутадиена путем дегидрирования и дегидратации этилового спирта: 450С; ZnO, Al2O32CH3CH2OH  CH2=CH-CH=CH2 + 2H2O + H2Полимеризация бутадиена на натриевом катализаторе: Na, t nCH2=CH-CH=CH2  (-CH2-CH=CH-CH2-)nВ 1930 году в нашей стране впервые в мире было организовано крупное промышленное производство синтетического каучука по методу С.В.Лебедева. С осени 1930 года на опытном заводе начались систематические работы по изучению свойств натрийдивинилового каучука и по приготовлению из него резины.Сама идея синтеза каучука в то время казалась абсурдной. Не случайно знаменитый изобретатель Эдисон, услышав о синтезе каучука, не поверил этому: «Я не верю, что удалось получить синтетический каучук. Все это сообщение – сплошной вымысел. Мой собственный опыт и опыт других показывает, что вряд ли сам процесс синтеза каучука вообще когда-либо увенчается успехом. Промышленные масштабы обречены на крушение…»За рубежом подобные предприятия появились позже: в Германии – в 1938 году, в США – в 1942 году.Ученик рассказывает о жизни и деятельности Сергея Васильевича Лебедева.4) «Какие же они разные!..»,  или Классификация каучуковУчитель: В настоящее время химикам известно более 25 тысяч видов искусственных каучуков. Но промышленность освоила около сотни из них. Рассмотрим только самые главные.Важнейшие виды синтетического каучука: бутадиеновый, изопреновый, хлоропреновый, бутадиен-стирольный.Ученики показывают презентации и рассказывают о данных видах синтетического каучука.5) Свойства каучуков. Отличие каучука от резиныЛабораторная работа- эластичность каучука и резины;- растворимость в воде;- растворимость каучука и резины в органических растворителях;- ненасыщенный характер каучука.Вывод: Вулканизированный каучук имеет большую прочность и эластичность, а также большую устойчивость к изменению температуры, чем невулканизированный каучук; резина непроницаема для газов, устойчива к царапанию, химическому воздействию, жаре и электричеству.Антиокислители (стабилизаторы, противостарители) вводят в резиновую смесь для предупреждения «старения» каучука.Наполнители улучшают физико-механические свойства резин: прочность, эластичность.Информация по профориентацииУчитель: Мы провели самые простые лабораторные опыты по изучению свойств резины и синтетических каучуков. Но в нашей области есть учебные заведения, где можно стать профессионалом в области эластомеров.Рассказ о химических факультетах и специальностях местных вузов.6) «Исчезнет резина – заглохнет жизнь», или Применение каучуковУчитель: Из бетона люди строят несколько тысяч лет. Конечно, резине трудно с ним соревноваться в строительстве, но иногда она успешно его заменяет. Что же это за сооружения из резины? Надувные. У них много достоинств: они не боятся землетрясений, их можно устанавливать на воде, а в случае необходимости перенести в другое место. В Англии соорудили даже надувной театр. Полчаса работы насоса – и театр на 350 мест готов принять зрителей. Кончились гастроли – и театр переехал на другое место.«Все болезни происходят от излишков в пище», – утверждали врачи Древнего Египта и советовали обязательно промывать кишечник. Именно они изобрели клизму, конструкция которой дошла до наших дней без изменений. Когда говорят о применении резины в медицине, то в первую очередь вспоминают это незатейливое приспособление. Но у резины есть и другие назначения. Вспомните резиновую грелку, эластичный кровоостанавливающий бинт или жгут. Первое в мире искусственное сердце заработало в нашей стране. Сердце в течение жизни перекачивает столько крови, что ее хватило бы для наполнения канала длиной 5 километров, причем такой ширины и глубины, что по нему можно было бы пустить речной пароход. Значит, материал, из которого надо делать детали сердца, не должен «уставать». Эту проблему помогла решить резина.Как эвакуировать людей из горящего здания? Спасательный брезент – старое и испытанное средство, но его должны растянуть и держать по крайней мере 15-20 сильных людей. Такой брезент можно заменить надувным резиновым баллоном.Когда на улице сыро, мы сразу вспоминаем о резиновых вещах – одежде, обуви. Древние египтяне вообще не знали обуви, и только фараоны как знак царского достоинства носили сандалии из тростника. А когда Чарльз Гудиер «вылечил» каучук, по всему свету зашагали галоши. Они нужны и в наш космический век, ведь без валенок в сельской местности придется нелегко, а к ним нужны галоши. Рыболовам, охотникам никак не обойтись без болотных сапог. Современная автомобильная дорога – сооружение многослойное. Словно в насмешку дороги называют асфальтированными. Ведь «asphalos» по-гречески – вечный. А на самом деле едва проходит 7-10 лет, дорога покрывается трещинами. Кто главный враг дорог? Вода! Многие десятилетия асфальтобетон был беззащитен перед водой, пока в него не начали добавлять некоторое количество резины. Сейчас во всем мире при строительстве дорог используют вторичное сырье – отработавшие свой срок покрышки. Вместе с цементом, силикатом натрия и другими веществами резиновая крошка образует покрытие, которое надежнее и прочнее асфальтированного. Устойчивость автомобиля в дождливую погоду на таком покрытии выше, чем на обычном, а тормозной путь машин сокращается вполовину.Авиация делала еще только первые шаги, а конструкторы уже задумывались над созданием самолетов из резины. Немецкие инженеры создали «карманный самолет». Он сделан из каучука и нейлона и упакован в гильзу. Вместе с двигателем он весит 140 кг, имеет длину 6 метров, размах крыльев 9 метров, скорость полета 80-90 км/ч. Такой самолет удобен для экспедиций в труднодоступных районах, при спасении людей, терпящих бедствие в отдаленных от жилья местах. Специалисты считают, что надувные самолеты со временем станут такими же привычными, как автомобили.Спустимся с небес на землю, вернее, в воду, а еще вернее – нырнем в ее глубины. В Древней Греции водолазы, добывавшие рыбу, пурпурные раковины, устриц, медную руду, пользовались кожаными трубками, выходившими на поверхность воды. А чтобы предохранить от случайных ударов голову, надевали на нее железный шлем. Это снаряжение можно считать прообразом акваланга. А акваланг без резины не сделаешь! Костюм, ласты, маска. Много резиновых деталей и в скафандре.Рефлексия Неожиданностью для меня явилось то, что…Сегодня на уроке я понял(а), что…Особенно интересным было…Сегодня на уроке я научилась(ся)… Сегодня на уроке я узнал(а)… ​Ольга ЛЕКОМЦЕВА, учитель химии средней школы с углубленным изучением отдельных предметов пгт Уни Кировской области