Межпредметные связи в курсе школьного предмета химии на предмете углерода и его соединений

Приложение
1

Конкретные
примеры о методах
реализации
межпредметных
связей.

1. Вопросы
межпредметного
содержания:

а) Вспомните
(из курса географии)
основные
месторождения
в России:

алмаза

поваренной
соли

каменного
угля

К уроку 1 по
теме 4 “Подгруппа
углерода”.

б) Вспомните
определение
(из курса физики)
ион.

К уроку 3 “Угольная
кислота и ее
соли”, лабораторный
опыт 7.

в) Вспомните
(из курса биологии)
сущность процесса
фотосинтеза.

К уроку 2 “Оксиды
углерода”.

2. Межпредметные
задачи:

а. В чем основное
отличие структуры
и физических
свойств кристаллических
и аморфных
(стеклообразных)
тел? При ответе
используйте
сведения, полученные
из курса физики.

б. Какое свойство
угольной кислоты
вы будете привлекать
для ответов
на вопросы:

- Как доказать,
что данное
вещество является
солью угольной
кислоты?

К уроку 3 “Угольная
кислота и ее
соли”.

- На каком
свойстве основано
применение
питьевой соды
в медицине для
снижения кислотности
желудочного
сока? (из курса
биологии, анатомии)

К уроку 3.

- Почему известняк
(в размолотом
виде) применяют
для уменьшения
кислотности
почвы (известкование
почвы)? (из курса
географии,
биологии)

К уроку 3
“Круговорот
углерода в
природе”.

3. Домашнее
задание межпредметного
характера.

а) Подготовьте
реферат на тему
“Парниковый
эффект и углекислый
газ” (из курса
географии –
“Загрязнение
атмосферы”
– одна из глобальных
проблем человечества).

К уроку 2 “Оксиды
углерода”.

б. Составьте
кроссворд на
тему “Подгруппа
углерода”.

Примерный
кроссворд:

Вопросы: 1.
Самый большой
из всех известных
алмазов.

2. Одна из
аллотропных
модификаций
углерода.

3. Ученый, впервые
получивший
углекислый
газ.

4. Основная
составная часть
природного
горючего газа
(w
= 60 – 99%).

5. Соединение
углерода с
кремнием.

6. Процесс в
природе поглощения
углекислого
газа растениями
при освещении.

7. Соединение
углерода с
металлами.

8. Элемент 4
группы, главной
подгруппы
возглавляющий
ее, имеет относительную
атомную массу
12,011, порядковый
номер 6.

4. Межпредметное
наглядное
пособие:

а) Подготовить
на основе данных
о круговоротах
воды, кислорода
схему “Круговорот
углерода в
природе”.

К уроку 3.

б) Составить
диаграмму
влияния давления
и температуры
на растворимость
оксида углерода
4 (из курса физики).

5. Химический
эксперимент:

а) Адсорбция
активированным
углем.

6. Уроки
межпредметного
обобщения или
тематические
задания:

а) Межпредметная
конференция
по глобальным
проблемам,
источникам
бед, то есть
загрязнителей
– обобщение
по подгруппам
кислорода,
азота, углерода.

Приложение
10.

Физиологические
действия углекислого
газа на человека.

Углекислый
газ являясь
продуктом
дыхания, не
поддерживает
его. Однако в
малых количествах
углекислый
газ для человека
не ядовит, как
это следует
из постоянного
нахождения
его в наших
легких. Более
того, в малых
количествах
он физиологически
полезен и необходим,
так как возбуждающе
действует на
дыхательный
центр, приводящий
в действие
мускулы грудной
клетки. Начиная
с первого вдоха,
вызванного
первой перегрузкой
крови диоксидом
углерода во
время акта
рождения, мускулатура
нашей грудной
клетки управляется
без вмешательства
сознания нервными
импульсами
дыхательного
центра, вызываемого
накоплением
в крови CO2.

Поэтому
углекислый
газ подмешивается
к кислороду,
предназначенному
для оживления
мнимоумерших
при помощи
аппаратов
искусственного
дыхания, иначе
дыхание может
не возобновиться.
Переход одного
физиологического
качества CO2
(физиологической
полезности
в малых концентрациях)
в прямо противоположное
(удушающее
действие) является
результатом
нарастания
количества
содержания
CO2 в
воздухе. Накопление
CO2 в
воздухе затрудняет
отдачу в легких
CO2, накопившейся
в венозной
крови, а длительная
перегрузка
крови CO2
вредна. Поэтому
в школах должны
проводиться
замеры, что бы
ПДК по CO2
не превышала
нормы. (В США
ПДК – 9000 мг/ м3 до
0,5%), постоянно
проветриваться
кабинеты и
вести его озеленение
(биоиндикаторы
– традесканция,
хлорофитум).

Последствия
от накопления
в воздухе CО2
представлены
в таблице.

Из таблицы
следует, что
дышать воздухом,
обогащенным
СО2,
становится
трудно лишь
при приближении
содержания
СО2 во
вдыхаемом
воздухе к содержанию
СО2 в
выдыхаемом
нами воздухе
5%, а угроза обморока
наступает при
содержании
СО2,
какое получится
в легких, если
мы, насколько
сможем долго,
задержим дыхание
(например при
нырянии в воду).

Приложение
11

Химический
вечер по теме
"Суд над алмазом"

Действующие
лица:

Ведущий

1-ый историк

2-ой историк

Алмаз

Председатель
суда

Народный
заседатель
(2 человека)

Адвокат

Государственный
обвинитель

Секретарь
суда

Свидетели:
важная дама

Владелец
алмаза “Южная
Земля”

Ростовщик-богач

Девушка

Работница
часового завода

Рабочий со
стекольного
завода

Работница
электролампового
завода

Инженер
нефтяных разработок

Ученый из
зала суда

Ведущий:
Сегодня в нашем
школьном зале
проходит суд
серьезный,
важный. Судить
алмаз мы будем
строго: принес
он людям горя
много. Но прежде,
чем начнется
заседание,
послушайте
одно сказание.

Входят историки
со свитками
в руках:

1-ый историк:
Нас справку
здесь просили
дать.

2-ой историк:
Попробуй кратко
рассказать.

1-ый историк:
Исторической
родиной алмаза
считают Индию.
Впервые алмазы
из Индии попали
к древним грекам,
доказательством
чего служит
хранящаяся
в британском
музее бронзовая
статуэтка 5
века до нашей
эры, у которой
вместо глаз
были вставлены
два неошлифованных
алмаза.

2-ой историк:
Древним грекам
безусловно
была известна
необычайная
твердость
алмаза. Недаром
слово “Алмаз”
произносится
от греческого
“Адамас”
(Разворачивает
второй свиток
со словами):
“непреодолимый”,
“непобедимый”,
“несокрушимый”,
“неуловимый”.

1-ый историк:
В древности
алмазу приписывали
необыкновенные
сверхъестественные
свойства; он
мог решить
судьбу человека,
исцелить от
недуга, выявить
истину. Алмаз
считали талисманом,
приносящим
счастье в сражении.

2-ой историк:
Из истории
известно, что
французский
король Карл
Смелый во всех
битвах имел
при себе свои
драгоценности.
В битвах при
Нанси шлем
Карла украшал
большой бриллиант
весом 5 каратов
(карат равен
0,2 г). Однако алмаз
не отвел копья
от груди короля.
В этом сражении
Карл Смелый
был убит.

1-ый историк:
Много лет спустя
алмаз, некогда
украшавший
шлем Карла
Смелого, при
сражении под
Ватерлоо находился
в кармане Наполеона
I. Неожиданно
во время сражения
Наполеон побледнел
и схватился
за карман.

- Мой бриллиант,
- крикнул он не
своим голосом.
Свита императора
бросилась
искать потерянную
драгоценность.
Наполеон несколько
минут наблюдал
за ними, потом
вскочил на
чью-то лошадь
и ускакал на
правый фланг
своих войск.

Ведущий:
Исход сражения
всем известен.
Бриллиант тут
право не причем.
Был или не был
он на месте,
конец сражения
предрешен.

2-ой историк:
Вторым местом
нахождения
алмазов является
Бразилия. Самыми
богатыми находками
славился округ
Диаманди. Алмазы
в этом округе
были не крупные.
Но однажды
здесь был найден
алмаз, превышающий
100 каратов. Алмаз
этот в истории
был известен
под названием
“Южная Звезда”.

1-ой историк:
“Южная Звезда”
унесла много
жизней, подвергнув
в прах суждение
о том, что алмаз
и бриллиант
приносят людям
счастье.

2-ой историк:
Самым большим
алмазом является
алмаз под названием
“Куллипон”,
найденный в
Южной Африке
в начале нашего
века. Вес его
3106 каратов.

(разворачивает
таблицу)

1-ый историк:
Вторым по величине
алмазом был
“Экспельспор”,
найденный там
же в Южной Африке
весом 995 каратов.

2-ой историк:
У нас в музее
хранится алмаз
“Орлов”. И интересна
его история.
Примерно 300 с
лишним лет
назад в далекой
Индии нашли
ивидолову
голову, замуровали
как могли.

Прошли года
и шах Надир

Войсками
Дели захватил.

Он грабил,
мучил, всех
губил.

Алмаз припрятать
не забыл.

Затем игрой
судьбы алмаз

В Россию
прибыл как-то
раз

Придворный,
важный ювелир,

Его Орлову
подарил

А граф Орлов
любимцем был,

Ведь это не
секрет.

Алмаз царице
подарил-

Подарка лучше
нет.

1-ый историк:
Капитализм
по-настоящему
открыл в алмазе
замечательное
свойство - твердость
и алмаз был
низвергнут
с блестящего
трона в душный
фабричный цех
в шахтный ствол.
Камень-бездельник
бесповоротно
уступил место
камню-работнику.
Всем сидящим
в зале должна
быть известна
страшная,
кровопролитная,
англо-бурская
война, которая
открыла новую
эпоху империалистических
войн. Итогом
этой войны было
то, что под вывеской
“Английские
синдикаты”
империалисты
Англии все
южно-африканские
алмазы земли.
Эти алмазные
синдикаты
существуют
и поныне. На
протяжении
всей своей
истории они
вели жестокую
борьбу со всеми
возникающими
алмазными
монополиями,
как спрут, втягивая
их в свою работу.

2-ой историк:
Но Соединенные
Штаты Америки
прилагают все
усилия, чтобы
подчинить
алмазный синдикат
своему влиянию
и наложить свою
лапу на мировую
алмазную
промышленность.
Страсти не
утихают.

1-ый историк:
Открытие наших
якутских алмазов
нанесло огромный
удар по карману
алмазного
синдиката.

2-ой историк:
Но вот на подмогу
природным
алмазам пришел
алмаз искусственный.

1-ый историк:
О получении
драгоценных
камней люди
мечтали столетиями.
В разных странах,
в разные времена
пытались получить
алмаз. Но все
попытки терпели
фиаско.

2-ой историк:
Они родились
в институте
физики высоких
давлений,
руководствуемым
Героем социалистического
труда академиком
Верещагиным.
С 1963 года началось
промышленное
изготовление
искусственных
алмазов.

1-ый историк:
По твердости
искусственные
алмазы не уступают
природным, но
они более хрупкие.
Хрупкость - это
только достоинство.
Дело в том, что
в бурах, на
шлифовальных
станках искусственные
алмазы крошатся,
а этим самым
как бы затачиваются.

2-ой историк:
Более 2/3 алмазов,
применяемых
в технике, шло
на изготовление
шлифовальных
инструментов.
Все это количество
природных
алмазов полностью
заменяют
искусственные,
полученные
из графита.

Ведущий:
... Все ... Ваше время
истекло. Сейчас
начнется заседание.
(На сцену входит
секретарь суда
с папкой, ее
кладет на стол
секретаря.)

Секретарь:
Ввести подсудимого.
(Вводят
“Алмаз” . На
груди на листке
бумаги вычерчена
кристаллическая
решетка алмаза.)

Секретарь:
Встать, суд
идет. (На
сцену выходит
председатель
суда, народные
заседатели
, прокурор, адвокат.
Члены суда
садятся. Адвокат
и прокурор
занимают свои
места. Зал садится).

Председатель
суда: Наше
судебное заседание
ведется в следующем
составе:

Председатель
суда

Адвокат

Секретарь
суда

Народный
обвинитель

Народный
заседатель:
Подсудимый
на месте?

Алмаз:
Я здесь!

Председатель
суда: Свидетели
явились все?

Секретарь:
Явились все.

Председатель
суда: Тогда
приступим к
делу. Заполним
вначале анкету.
Пункт 1 - фамилия
подсудимого?

Алмаз:
Углерод

Председатель
суда: Имя?

Алмаз:
Алмаз

Председатель
суда: Год
вашего рождения?

Алмаз:
5-ый век до нашей
эры.

Председатель
суда: Ваш
постоянный
адрес?

Алмаз:
Периодическая
система Д.И.
Менделеева,
II период, 4-я группа,
номер 6.

Председатель
суда: Род
занятий?

Алмаз:
Род занятий
назвать очень
трудно. Много
лет украшением
служил, талисманом
иные считали,
пряча глубже
в карманы свои
и мечтали со
мной о богатстве
ненасытные
люди Земли.
Затем меня в
шахту спустили,
превратили
в сверло, долото.
Моим порошком
и сверлили,
точили, и твердость
ценили высоко.

Но вот меня
стража схватила,

Зачем, почему,
не пойму.

Меня в преступлении
обвинили.

Нет! Быть
виновным не
могу!

Председатель
суда: Разберемся
сейчас в деле
том. Здесь алмазу
предъявлен
иск.

Алмазу предъявили
обвинение. Он
виновен в смерти
невинных людей,
был причиной
Англо-бурского
сражения. Воспитывал
алчность,
стяжательство,
страх. Причиной
был разорения
и горя. Немало
с ним люди пролили
слез. И вот нам
судить его
поручили.

Следствие
долго дело его
изучало.

Чтобы понятно
было - свидетелей
позвало

Сейчас их
показания
послушаем мы
с вами,

Слово предоставляю
важной даме.

(Входит
свидетельница
- важная дама)

С ним счастье
я нашла.

Богатство
в нем, почет,
любовь

Сквозь жизнь
я пронесла.

Ну что ж, что
многие гниют
в лачугах на
земле,

Их труд принес
богатство мне,

Я счастлива
вполне.

Горит алмазами
браслет,

Бриллиантами
кольцо.

Он бросает
нежный свет,
на руки и лицо.

В оправе
тонкой, золотой

Алмаз блестит,
горя.

В его защиту
голос свой

Здесь поднимаю
я.

Председатель
суда: Сказали
все? Представим
слово другому.
Дельцу, владельцу
земли Южной
Африки округа
Диаманди.

Делец:
Земля моя, земля
моя!

В ней найден
был бриллиант!

Теперь я буду
богачем!

А - следовательно
- мудрецом,

Недаром “Южная
звезда”

Его назвали
так тогда.

Ко мне он в
руки попадет,

И много счастья
принесет.

А арендатор
хитрый мой

Присвоил
он бриллиант,
у девушки, рабыни
той,

Кем найден
был он раз.

Девица юная
пошла, и думала
теперь:

“Свободу
я себе куплю,
подругам всем
в пример”

Бриллиант
хозяин отобрал,
свободу, правда,
обещал.

Но не дождалась
она и в реку
бросилась сама.

Но я бриллиант
тот отберу,
мерзавца в яму
заточу.

Пускай гниет
он в яме той, и
помнит, что
бриллиант лишь
мой.

Председатель
суда: Его
вы поняли слова,
и хоть ошибка
велика, на много
нам открыл
глаза. Других
послушаем
друзья. Здесь
с завода часового
слова просит
товарищ Орлова.

Орлова:
На часовом
заводе встречались
мы не раз, чтоб
время было
точно - необходим
алмаз. Алмаз
ведь не случайно
вошел в тот
механизм. Который
помогает украсить
нашу жизнь.

Чтоб точно
он работал и
время сохранял.

Чтоб каждую
минуту он в
дело превращал.

Алмаз часам
продали, велели
им служить.

Каждую минуту
и каждый час
хранить.

Председатель
суда: Свидетель
- он ростовщик,
богач известный,
и для него найдется
место.

Ростовщик:
Спускаюсь я
в подвал, все
мрачно и темно.

Я спускаюсь
ниже, ниже, вот
дверь, за дверью
все:

Богатство,
счастье, радость
жизни.

Я открываю
дверь, вхожу,
здесь все знакомо
мне:

Мои ларцы,
шкатулки, сундуки.
Я открываю их
и темный

Мой подвал
сверкает светом
ярче солнца.

Алмазы в руки
я беру, вся жизнь
моя лишь в них
одних.

Жену на них
я обменял, и
сына продал
я за них.

Алмазы! Вас
как жизнь люблю!
И что бы ни было
со мной,

В подвал я
в полночь прихожу.
Здесь забываем
все земное.

Председатель
суда: Свидетель
следующий -
девушка.

Девушка:
Зачем тогда
нашла алмаз,
поверьте, я не
знаю.

Я камни видела
не раз, такого
не встречала.

Все говорят
алмаз-бриллиант
приносит счастья
много.

И лишь мечтала
иногда о жизни
я свободной,

Была тогда
я молода, была
всегда веселой.

Алмаз всю
жизнь мне отравил,
его ведь отобрали...

И сколько
слез пролито
с ним, друзья
со мной страдали.

И я не выдержав
потерь, решила
утопиться.

Не нужен мне
алмаз теперь,
в нем счастье
не таится.

Председатель
суда: Вот
со стекольного
завода свидетель.
Рабочий Славов.
Вам слово.

Рабочий
Славов:
Стекло пришлось
резать не раз,
а много раз. И
вот я благодарность
пою тебе алмаз.
Где тверже
материал сумеем
мы найти. Наука
все искала -
подобных не
найти. Его создать
решили, искусственно
в цехах. И в жизнь
воплотили в
огромнейших
бурах.

Председатель
суда: Показания
исчерпаны у
нас. Слушали
мы много “за”
и “против”.
Сейчас Вам
слово предоставлю
- Государственному
обвинителю.

Государственный
обвинитель:

Свидетелей
здесь было
много. В устах
их истина была.

Здесь обвиняли
очень строго.
Здесь защищали
без меня.

Но я не буду
голословен,
сошлюсь на
факты как всегда.

По-моему алмаз
виновен и привлечен
к суду не зря.

Мой первый
пункт: вина
алмаза, что в
людях жадность
пробудил.

Что бар поддерживал
он страстно,
бездельникам
сродни он был.

Его увидя,
забывали о
чести, о своих
друзьях.

Детей, жену
- мы здесь слыхали,
все продавали
на торгах.

Мой пункт
второй - он жизнь
губил, не счесть
сейчас людские
слезы.

И кровь, что
капала из жил.
Разбив мечты,
былые грезы,

Вы скажете,
что старое
прошло. Дела
и времена сейчас
другие.

Дела сейчас
поистине большие.
Но надо помнить,
что алмаз

Хорош лишь
если... Трудом
людей он освящен,

И людям служит
верно он. Но
надо справедливым
быть.

Да, роль его
важна, но разве
можно позабыть,
как власть его
страшна

Мы так оставить
не могли, и наказание
для него я требую
сейчас.

Председатель
суда: Слово
предоставляется
адвокату.

Адвокат:
Сидящим здесь
в зале должно
быть известно,
что роль моя
в этом процессе
сложна. Но царь
всех камней,
речь моя будет
в защиту тебя.
Скажите: можно
ли принцессу
винить за то,
что она прекрасна?
И юноша с сердцем,
способным
любить, в красу
ту влюбляется
страстно. И
ради того, чтоб
красой обладать,
готов на убийство,
на кровь и на
муки. Вы в зале,
кто в зале, кто
мысль мою мог
угадать, берите
алмаз на поруки?

Председатель
суда: Материал
исчерпан. Вопросов
нет? Нет. Суд
удаляется на
совещание.

Ученый из
зала суда:
Постойте, я
хочу сказать:
прошу алмаз
не осуждать.
Возьмем его
мы на поруки.
Пускай послужит
он науке.

Секретарь:
Встать, суд
идет. (Входит
суд, все стоят.
Председатель
открывает
папку, читает
приговор.)

Приговор
суда:

Судейская
коллегия заслушала
делегацию по
обвинению
Гражданина
Углерода Алмаза,
год рождения
- 5-ый век до нашей
эры, и вынесла
приговор: Алмаз
оправдать
согласно ст.
48, 215 и 49 Кодекса
Союза равноправных
элементов
системы Д.И.
Менделеева.

Статья 48 гласит:

Член Союза
равноправных
элементов,
приносящих
пользу хотя
бы в одной из
отраслей
промышленности,
может быть
осужден, независимо
от состава
преступления,
сроком не более
одного года
лишения свободы.

Статья 215, пункт
“а” гласит:

Член Союза
равноправных
элементов,
работающих
и приносящих
пользу более,
чем в 3-х отраслях,
уважаемый
обществом и
необходимый
людям, обвинен
быть им не может,
поэтому обвиняемый
алмаз освобождается
из-под суда и
следствия и
может с полным
правом честного
элемента продолжать
служить людям.

Приговор
суда окончательный
и обжалованию
не подлежит.

Секретарь
суда: Алмаз
из-под стражи
освободить.
(Часовые
уходят.)

Алмаз:
Я очень благодарю
вас,

Растрогал
приговор меня.

Я понял: суд
вели друзья

И путь мне
верный указали.

О, я готов
служить всегда

Большим,
великим начинаниям.

Литература
для вечера:

1. “Чудесный
камень” Г.С.
Бурмин

2. Химия для
Вас А.М. Юдин

3. “Химия для
любознательных”
Э.Гроссе, Х.Вайсмантель

4. Книга для
чтения по
неорганической
химии, часть
II

5. Занимательная
геохимия А.Е.
Ферсман

Приложение
12

Определение
молекулярного
состава углекислого
газа(экспериментальная
часть)

Рассмотрим
несколько
методик получения
углекислого
газа:

1. Разложение
гидрокарбонатов
при нагревании.

Ход
работы

В штативе
закрепляем
сухую колбу
Вюрца, поместив
туда 3,75 г сухого
гидрокарбоната
калия. Колбу
соединяем
газоотводной
трубкой с
соединенными
между собой
колбами Тищенко
(первая заполнена
водой для очистки
от твердых
частиц, от
хлороводорода,
вторая - концентрированной
серной кислотой
для сушки газа
от паров воды)
и выходящей
из последней
газоотводной
трубки в колбу-приемник
очищенного
газа. Ведем
нагревание
колбы спиртовкой.
Примерно при
температуре
105°C
начинается
разложение.
Сама реакция
протекает с
приемлимой
скоростью лишь
в интервале
120 -200°C.

Уравнение
реакции

2 NaHCO3 ®
Na2CO3+H2O+CO2­

Наблюдения

Получаемый
газ собираем
в колбу на 500 мл
(заполнение
ведем до получения
постоянной
массы, проверку
заполненности
колбы ведем
по горящей
лучине), он
получается
очень чистым,
реакция проходит
очень интенсивно.
Газ, таким образом,
получаем в три
пробега.

Установка

2. Разложение
малахита.

Ход
работы

В штативе
закрепляем
сухую колбу
Вюрца, поместив
туда 5 г малахита.
Колбу соединяем
газоотводной
трубкой с
соединенными
между собой
колбами Тищенко
(первая заполнена
водой для очистки
от твердых
частиц, вторая
- концентрированной
серной кислотой
для сушки газа
от паров воды)
и выходящей
из последней
газоотводной
трубки в колбу-приемник
очищенного
газа. Ведем
нагревание
колбы спиртовкой.
Реакция начинает
идти при температуре
100°C,
идет интенсивно
при температуре
150°C.

Уравнение
реакции

Cu2(OH)2CO3
®
2CuO+H2O+CO2­

Наблюдения

Получаемый
газ собираем
в колбу на 500 мл
(заполнение
ведем до получения
постоянной
массы, проверку
заполненности
колбы ведем
по горящей
лучине), реакция
протекает очень
быстро и интенсивно
с образованием
черного порошка
оксида меди
(II). Проделываем
три пробега.

Установка
та же, что и в
опыте 1.

3. Термическое
разложение
карбоната
магния.

Ход
работы

В штативе
закрепляем
сухую колбу
Вюрца, поместив
туда 2 г магнезита.
Колбу соединяем
газоотводной
трубкой с
соединенными
между собой
колбами Тищенко
(первая заполнена
водой для очистки
от твердых
частиц, вторая
- концентрированной
серной кислотой
для сушки газа
от паров воды)
и выходящей
из последней
газоотводной
трубки в колбу-приемник
очищенного
газа. Ведем
нагревание
колбы спиртовкой.

Уравнение
реакции

MgCO3®MgO+CO2­

Наблюдения

Для разложения
необходима
температура
540°C.
Данной температуры
достичь не
удалось, газ
не был получен.

Установка
та же, что и в
опыте 1.

4. Взаимодействие
мрамора с соляной
кислотой.

Ход
работы

В проверенный
на герметичность
аппарат Киппа
закладываем
3 г карбоната
кальция и наливаем
раствор соляной
кислоты (1: 2,5). Аппарат
Киппа соединяем
газоотводной
трубкой с
соединенными
между собой
колбами Тищенко
(первая заполнена
водой для очистки
от твердых
частиц, вторая
- концентрированной
серной кислотой
для сушки газа
от паров воды)
и выходящей
из последней
газоотводной
трубки в колбу-приемник
очищенного
газа.

Уравнение
реакции

CaCO3+2HCl®CaCl2+CO2­+H2O

Наблюдения

Получаемый
газ собираем
в колбу на 500 мл
(заполнение
ведем до получения
постоянной
массы, проверку
заполненности
колбы ведем
по горящей
лучине), реакция
идет умеренно.
Газ получается
чистый. Делаем
три пробега.

Установка

5. Декарбоксилирование
карбоновой
кислоты.

Ход
работы

В штативе
закрепляем
сухую колбу
Вюрца, поместив
туда 2,5 г лимонной
кислоты. В колбу
Вюрца помещаем
катализатор
- медь и ведем
нагревание.
Колбу соединяем
газоотводной
трубкой с
соединенными
между собой
колбами Тищенко
(первая заполнена
водой для очистки
от твердых
частиц, вторая
- концентрированной
серной кислотой
для сушки газа
от паров воды)
и выходящей
из последней
газоотводной
трубки в колбу-приемник
очищенного
газа.

Уравнение
реакции

Наблюдения

Реакция
декарбоксилирования
лимонной кислоты
идет очень
медленно даже
в присутствии
медного катализатора.
При температуре
°С
лимонная кислота
начинает закипать
и разлагаться.
В результате
опыта получили
небольшое
количество
углекислого
газа, т.к. все
дикарбоновые
кислоты трудно
декарбоксилируются.

Столбиковая
диаграмма
относительной
ошибки

Сводная
таблица результатов

Поправка:
берем средние
величины результатов.

Приложение
13

Растворенный
углекислый
газ в воде определяет
жизнедеятельность
в океане. Углекислый
газ является
“продуктом
питания”
фитопланктона.
Максимальное
содержание
углекислого
газа приурочено
к глубинным
слоям воды.
Растворимость
углекислоты
возрастает
в холодных
водах и уменьшается
при нагревании.
В связи с этим
в зимние месяцы
часть углекислого
газа переходит
из атмосферы
в океаническую
воду, а летом
– обратно.

Углекислый
газ принимает
участие в химических
реакциях, в
частности
регулирует
карбонатное
равновесие.
Воды, обогащенные
углекислым
газом, агрессивны
по отношению
к CaCO3, удаление
углекислого
газа из воды
при ее нагревании
способствует
осаждению
карбонатов.
Велика роль
углекислого
газа в фотосинтезе,
в процессе
которого образуется
органическое
вещество. В
результате
фотосинтеза
в океане ежегодно
образуется
около 1017
г биомассы
фитопланктона.

Выяснив, что
углекислый
газ может поглощать
океан как северного,
так и южного
полушария,
ученых заинтересовал
еще один вопрос:
поглощает ли
южная часть
Тихого океана
углекислый
газ во все сезоны
года?

Известно,
что обильный
планктон южного
полушария
играет важную
роль в природном
механизме,
“выкачивающем”
диоксид углерода
из атмосферы
и отлагающем
ее в меловые
осадочные
породы морского
дна. Если его
эффективность
понизится,
количество
углекислого
газа в воздухе
возрастает,
что будет
способствовать
парниковому
эффекту, вызывающему
глобальное
потепление.

На сессии
Американского
географического
союза в декабре
1991 г. были представлены
первые материалы
о концентрациях
углекислого
газа в водах
южной части
Тихого океана
в осенний период.
Исследования
выполняли
сотрудники
Тихоокеанской
лаборатории
Национального
управления
США по изучению
океана и атмосферы
(НОАА) Р.Фили и
П.Мерфи при
участии Р.Гаммона
– Вашингтонский
университет,
спонсор исследования
– программа
НОАА по глобальному
изменению
климата.

Обобщенные
данные непосредственных
химических
анализов, которые
были выполнены
с 1984 по 1989 г. в Тихом
океане от экватора
до Южного полярного
круга. Полученные
результаты
ставят под
сомнение
представление
о роли этой
области Мирового
океана как
активного
поглотителя
углекислого
газа из атмосферы.

На основании
прежних исследований
считалось, что
около половины
углекислого
газа, поступающего
в атмосферу
со всей земной
поверхности
при сжигании
ископаемого
топлива и сокращении
площади лесных
массивов, в ней
и остается, а
другая половина
– “пропавший
углерод” –
поглощается
наземными
растениями
и водами океана,
в основном
южной частью
Тихого океана.
Считалось
также, что область
высоких концентраций
углекислого
газа в восточной
половине южной
части Тихого
океана находится
в приблизительном
балансе с областью
низких концентраций
западной половины.

По мнению
Фили, “область
высоких концентраций
углекислого
газа – это те
районы, где
океан отдает
этот газ в атмосферу,
и наоборот, в
области с низкими
концентрациями
углекислого
газа воды поглощают
его из атмосферы”.
Однако количество
поглощаемой
и отдаваемой
углекислоты
зависит от
скорости ветра:
чем он сильнее,
тем больше
углекислого
газа переносится
через границу
вода-воздух.
Этот фактор
заставил
исследователей
тщательно
проанализировать
данные по ветровому
режиму южной
части Тихого
океана. Однако
вследствие
суровых погодных
условий метеонаблюдения
на судах велись
эпизодически.
Пришлось для
анализа использовать
также имеющийся
в НОАА массив
сведений о
ветрах, которые
отмечались
китобойными
судами в прошлом
веке, особенно
в полосе между
40 и 50 градусами
ю.ш. Эта полоса
хорошо известна
мореплавателям
как “ревущие
сороковые”,
где скорость
ветра превышает
70 км/ч. Обобщенные
данные по ветрам
были сопоставлены
с концентрациями
углекислого
газа в поверхностных
водах и приповерхностных
слоях воздуха
для оценки
потоков поглощаемого
или выделяемого
углекислого
газа в различных
районах южной
части Тихого
океана. Согласно
полученным
результатам,
в осенний сезон
в Южном полушарии
количество
углекислого
газа, выделяемого
в атмосферу
из океана на
востоке, почти
совпадает с
количеством,
поглощаемым
океаном на
западе.

Ученые допускают,
что в иные сезоны
южная часть
Тихого океана
действительно
является мощным
поглотителем
углекислого
газа. Это вопрос
и практика
будущего.

Следующий
вопрос, который
заинтересовал
ученых – это
механизм осаждения
карбонатов
в условиях
фотосинтеза.
Для простоты
изобразим это
в виде небольшого
рисунка (его
можно использовать
как МП-картосхему
на уроках химии
и географии).

Рис. 2 Схема
осаждения
атмосферного
углекислого
газа, образование
морских отложений.

Экспериментально
изучена кинетика
осаждения CaCO3
при 20°C
и 30°C
в условиях
пересыщений,
достигаемых
при фотосинтезе
в морской воде.
Выяснена возможность
спонтанного
осаждения CaCO3
в условиях
Багамской
Банки.

Проблема
осаждения
карбоната
кальция в океане
привлекает
внимание
исследователей
в течение последних
40 лет. Две основные
точки зрения
– о выделении
CaCO3 исключительно
биогенным путем
и о спонтанном
физико-химическом
осаждении
непосредственно
из морской воды
– имеют подтверждения
как в экспериментальных
работах, так
и в результатах
натуральных
наблюдений.
Особенно большое
значение придается
этой проблеме
в связи с интенсивным
осаждением
карбонатных
илов на Багамской
Банке, Персидском
заливе, которое
часто рассматривают
в качестве
аналога
карбонатообразования
в древних морях.

Эксперименты
по этому вопросу
были проведены
московскими
учеными О.С.
Покровским
и В.С. Савенко
(МГУ им.М.В. Ломоносова).
Что же им удалось
получить и
изучить?

В экспериментах
по изучению
спонтанного
физико-химического
осаждения CaCO3
в морской воде
была показана
возможность
непосредственного
осаждения
карбоната
кальция в условиях
морской воды,
отвечающих
районам интенсивного
карбонатонакопления.
Данные по Багамской
Банке подтверждают
действие механизма
прямого физико-химического
осаждения из
морской воды.
Но имеются
многочисленные
данные, которые
доказывают
основную роль
в выделении
CaCO3 сине-зеленых
водорослей.
В ходе фотосинтеза
происходит
значительное
увеличение
pH, что может
приводить к
химическому
осаждению CaCO3
на внешних
поверхностях
клеток. Наблюдения
показали, что
суточные изменения
pH в непосредственной
близости от
скоплений
водорослей
могут достигать
7,4 – 9,2, что приводит
к выпадению
CaCO3.

Несмотря
на большую роль
водного фотосинтеза
в осаждении
карбонатов,
физико-химический
анализ этого
процесса не
проводился,
а имеющиеся
данные по гомогенному
осаждению CaCO3
не могут быть
непосредственно
использованы
в силу изменения
концентраций
неорганического
углерода,
растворенных
фосфатов, pH,
происходящих
при фотосинтезе.

Рассмотрим
теоретически
изменения
состава среды,
непосредственно
примыкающей
к фотосинтезирующим
клеткам. При
фотосинтезе,
вследствие
реакций образования
электронейтральных
органических
соединений
происходит
компенсационное
выделение ионов
OH-, что
сопровождается
увеличением
pH и переходом
части ионов
HCO3- в
CO32-

n H2CO3
®
(CH2O)n
+ n O2;

n HCO3-
+ n H2O ®
(CH2O)n
+ n O2+ n OH-;

n CO32-
+ 2n H2O ®
(CH2O)n
+ n O2+ 2n OH-;

Используя
условие
электронейтральности
– постоянство
общей щелочности
– Alk

Alk = [HCO3-]
+ 2[CO32-]
+ [H2BO3]-
+ [OH]-

и смешанные
константы
диссоциации,
можно выразить
общую концентрацию
неорганического
углерода Ст
как функцию
активности
ионов водорода
(10-pH)

Необходимо
знать, что в
ходе водного
фотосинтеза
изменение
концентрации
ионов CO32-
слагается из
двух одновременно
действующих
и противоположно
направленных
процессов:
уменьшением
общего количества
растворенного
неорганического
углерода Ст,
который расходуется
на синтез
органических
соединений,
и увеличением
концентрации
CO32-
в результате
подщелачивания
среды:

HCO3-
+ OH- ®
CO32-
+ H2O

Это указывает
на существование
экстремального
пересыщения,
выше которого
происходит
снижение пересыщения
при дальнейшем
развитии фотосинтеза.
Используя
уравнение для
пересыщения

Табл.5 Расчетные
параметры для
уравнений (1) и
(2),

где [ ] – концентрации;
K'a
– концентрационное
произведение
растворимости
арагонита,
являющегося
основной фазой
выпадающего
из морской воды
карбоната
кальция – можно
рассчитать
зависимость
пересыщения
от pH.

В таблице
5 приведены
значения расчетных
параметров
в уравнениях
(1) и (2) для морской
воды с соленостью
35%. При температурах
20°C
и 30°C,
охватывающих
интервал
поверхностных
вод с наиболее
интенсивным
фотосинтезом.
На рис. 3,а представлена
кривая снижения
концентрации
растворенного
углерода в
системе в ходе
фотосинтеза,
а на рис. 3,б –
зависимость
пересыщения
от интенсивности
фотосинтеза
(величины pH).

Как видно
из этих рисунков,
полного выделения
растворенной
углекислоты
в фотосинтезирующих
природных
системах не
происходит.
Максимальное
значение пересыщения
– 11 – 12 раз по арагониту
достигается
уже при величинах
pH = 9,2 – 9,4, реализуемых
в природной
обстановке.

Поскольку
уравнения
зависимости
индукционного
периода осаждения
CaCO3 от пересыщения
относятся к
условиям морской
воды с Ст = 2,33 ммоль/л
= const, нельзя считать,
что выведенные
закономерности
напрямую приложимы
к условиям
фотосинтеза.
Дополнительным
фактором
неопределенности
является влияние
фосфат-ионов
– главных ингибиторов
осаждения CaCO3
в природе.
Закономерное
выведение
фосфора из
раствора через
пищевые цепи
организмов
может сильно
изменить оценку
скорости осаждения
карбоната
кальция.

Были проведены
и специальные
исследования
по изучению
кинетики спонтанного
осаждения
карбоната
кальция в условиях,
моделирующих
фотосинтез
в морской воде.
В отличие от
более ранних
экспериментов,
в этой работе
проводились
по два параллельных
опыта при
индукционных
периодах менее
500 минут, что
позволило
снизить относительную
ошибку измерений
до 10%. Величины
индукционных
периодов осаждения
определяли
визуально или
спектрофотометрически.
В слабопересыщенных
растворах, в
силу трудности
обнаружения
малого количества
осадка, основным
критерием с
начала осаждения
было уменьшение
pH на заранее
заданную величину.
Дополнительный
контроль карбонатной
щелочности,
измеренной
в нескольких
пробах, отфильтрованных
через мембранный
фильтр после
окончания
индукционного
периода, показал
ее заметное
уменьшение.
Это подтверждает
надежность
критерия снижения
pH в качестве
мер индукционного
периода. Эксперименты
проводили в
закрытой ячейке
при 20±0,5°C
и 30±0,1°C,
термостатируемой
с помощью водного
термостата
U15. Во всех опытах
использовали
искусственную
морскую воду
соленостью
35%, отфильтрованную
сначала через
бумажный фильтр,
а затем через
мебрану 0,45 мм.

Варьирование
концентрации
общего углерода
достигали путем
смешивания
двух растворов
морской воды:
без HCO3-
и содержащей
10 ммоль/л NaHCO3.
Далее в раствор
с известной
концентрацией
общего углерода
добавляли
несколько
капель раствора
NaOH до создания
величины pH,
отвечающей
данному Ст в
соответствии
с уравнением
(1) и рис.3. Фосфат
вводили в виде
точной аликвоты
свежеприготовленной
морской воды,
содержащей
10-5 M PO43-.

Зависимость
кинетики осаждения
от pH

Поскольку
интервал величин
pH, достигаемых
при фотосинтезе,
весьма значителен,
возникает
вопрос о возможности
зависимости
кинетики осаждения
не только от
пересыщения,
но и от pH.

Проведены
специальные
эксперименты
при пересыщениях
10, 15 и 20 раз по арагониту
в интервале
pH = 7,6 – 10,2. Для каждого
раствора морской
воды с известным
содержанием
общего углерода
(это достигали
введением
точного количества
NaHCO3)
добавлением
раствора NaOH
создавали такое
значение pH, которое
отвечало желаемому
пересыщению.
Для получения
широкого интервала
pH содержание
Ст варьировали
в 50 раз. Результаты
представлены
на рис.4. Как видим
при pH от 7,7 до 9,8 в
интервале
протекания
процесса фотосинтеза
– кинетика
осаждения не
зависит от pH,
но определяется
только величиной
пересыщения.
Наблюдаемое
при высоких
pH резкое снижение
индукционных
периодов связано
с формированием
зародышей уже
на стадии создания
пересыщения
и с возможностью
осаждения
Mg(OH)2, как
это проявлялось
визуально в
опытах при pH =
10,1-10,2. Это происходило
в силу превышения
произведения
растворимости
Mg(OH)2; так, ученый
Плэтфорд наблюдал
появление
осадка Mg(OH)2
при pH = 9,8-9,9. Согласно
последним
опытам, pH морской
воды, равновесной
с Mg(OH)2 составляет
9,70.

Моделирование
осаждения при
фотосинтезе

Используя
полученное
ранее уравнение
зависимости
индукционного
периода от
пересыщения
G (при постоянной
концентрации
Ст = 2,33 ммоль/л)

lg t[мин]
= 6,27 - 3,784 lg Ga
(3)

Рис.4 Зависимость
кинетики осаждения
СаСО3
в морской воде
от величины
рН при постоянном
пересыщении
(Ст = 0,5 - 50 мМ)

можно по
уравнениям
(1, 2, 3) рассчитать
ожидаемую
кривую кинетики
осаждения как
функции величины
pH, достигаемой
при фотосинтезе.
Из рис.5 видно,
что расчетная
кривая хорошо
согласуется
с экспериментальными
данными, полученными
при переменной
концентрации
Ст. Причина
систематического
отклонения
опытных точек
(пунктирная
кривая) в сильнощелочной
области при
pH > 9,8 аналогична
резкому снижению
индукционных
периодов при
G = 10-15 на рис. 4 и, вероятно,
связана с
возникновением
избыточного
числа зародышей
на стадии создания
пересыщения
при высоких
pH.

Рис.5 Индукционные
периоды осаждения
CaCO3 в
различных
условиях фотосинтеза.

Сплошные
кривые – расчет
по уравнениям
(3) – кривая 1, 20°C
и (4) кривая 2, 30°C;
пунктирные
линии – экспериментальные
данные.

без перемешивания
при 20°C
(кривая 3);

то же, с добавлением
3мкгР/л;

с перемешиванием
при 30°C.

При 30°C
в нормальной
морской воде
с 2,33 ммоль/л HCO3-
было получено

lg t
= 6,32 - 3,951 lg Ga
(4)

Данные 11
экспериментов
хорошо ложатся
на прямую, с
коэффициентом
корреляции
0,994. Используя
уравнения 1, 2
и 4, рассчитали
ожидаемую
кривую кинетики
осаждения как
функции pH при
фотосинтезе
до 30°C.
Экспериментальные
данные обнаружили
хорошее согласие
до pH < 9,2. Наблюдаемое
отклонение
в щелочной
области связано
с теми же причинами,
что и при 20°C.
Увеличение
константы
диссоциации
воды (см. таблицу
5) в интервале
20–30°C
приводит к
снижению величины
pH момента начала
осаждения
Mg(OH)2 на 0,3–0,4
единицы.

В неперемешиваемых
растворах
происходит
увеличение
длительности
индукционных
периодов примерно
на порядок.
Данные эксперименты
при 20°C
(пунктирная
линия) подтверждают
это. На рис.5 видно,
что в опытах
без перемешивания
действительно
происходит
десятикратное
уменьшение
скорости осаждения.

Роль
фосфатов.

Присутствие
фосфатов –
главных ингибиторов
осаждения
карбоната
кальция – может
сильно уменьшить
скорость осаждения
при фотосинтезе.
Вместе с тем
известно, что
выделение
фосфора при
интенсивном
цветении
фитопланктона
зачастую приводит
к обнаружению
аналитического
нуля неорганических
фосфатов в
растворе. Полагая
отношение P:C
как 1:50 (по весу
на сухое вещество
в %) или 1:130 в атомных
соотношениях,
и максимальную
начальную
концентрацию
фосфора 0,1 мг/л,
вывели скорость
выделения
фосфатов в ходе
фотосинтеза,
используя
уравнение (1).
Расчеты показали,
что уже при pH
= 8,5 происходит
полное извлечение
всех растворенных
неорганических
фосфатов при
20°C.
Это хорошо
согласуется
с опытами, которые
при 25°C
используются
в уравнении

Ст = 135[PO43-]
+ 1860 (m
моль/л) (5)

Как видно,
в этом случае
полное исчезновение
фосфатов наблюдается
при G = 1,86 ммоль/л,
то есть pH = 8,55 (рис.3а).

Данные опыты
были проведены
с морской водой,
содержащей
3 мкг/л фосфора
(10-7 M[PO43-]),
что близко к
аналитическому
нулю. Как видно
из рис.4, не происходит
систематических
отклонений
величин индукционных
периодов сравнительно
с безфосфатной
морской водой.
Таким образом,
роль фосфатов
при осаждении
CaCO3 при
фотосинтезе
незначительна.

Рассматриваемая
модель изменения
концентрации
растворенной
углекислоты
в ходе повышения
pH при фотосинтезе
предполагает
закрытость
системы по
отношению к
атмосферному
резервуару
углекислого
газа. То есть
допускается,
что скорость
изменения
содержания
углекислоты
в результате
фотосинтеза
значительно
превышает
скорость обмена
углекисло­го
газа с атмосферой.
Это предположение
верно, т.к. кинетика
взаимодейст­вия
с газовой фазой
определяется
несколькими
сутками или
неделями, тогда
как фотосинтез
происходит
в течение одного
светового дня
(12 – 16 часов). Это
подтверждается
натуральными
данными, которые
по результатам
дневных измерений
приводят уравнение
связи концентрации
общей углекислоты
и pH: при 25°C

Ст = -524 pH + 6285 (в mM)

pH = 7,7 - 8,4

На рис. 3а
зависимость
показана точечной
линией.

Видна согласованность
с расчетными
данными. Отличия
обусловлены
интегральным
характером
величины pH,
измеряемой
в полевых условиях.
Используя
полученные
данные, можно
оценить начало
выпадения CaCO3
в природных
обстановках.
Как видно из
рис.4 в зонах
интенсивного
фотосинтеза
с температурой
поверхностных
вод 20–30°C
уже при pH = 8,5-8,8 должны
создаваться
условия, достаточные
для гомогенного
осаждения
CaCO3. В связи
с этим следует
отметить, что
величины pH = 8,5-8,6
(Ga = 5) часто
наблюдаются
в водах Багамской
Банки. Учитывая
хорошую локальную
перемешиваемость
вод (скорость
течений достигает
18,5 см/с), которые
меняются каждые
6 часов и варьируют
по глубине,
можно предполагать
реальность
процесса спонтанной
нуклеации.
Необходимые
индукционные
периоды не
превышают 1–2
суток. Полученные
в работе московских
ученых изотопные
данные по сравнению
состава карбонатов
водной взвеси,
донных осадков
и выделяемых
водорослями,
изучение
гидродинамической
обстановки
придонных слоев
и состава грунтов
показывают,
что 80–90% карбонатов
осаждаются
непосредственно
из морской
воды, а 10–20% имеют
происхождение,
связанное с
жизнедеятельностью
фитопланктона.
Основываясь
на полученных
результатах,
возможно рассчитать
кинетику осаждения
CaCO3 в процессе
цветения
фитопланктона
или суточного
фотосинтеза
водорослевой
колонии. Поскольку
роль фосфатов
ничтожна, а
растворенное
органическое
вещество не
оказывает
существенного
ингибирующего
действия, можно
использовать
данные зависимости
индукционного
периода от pH
при фотосинтезе.
Для двух вариантов
скоростей
процесса 0,2 и
0,5 единиц pH/час
– получены
кривые зависимости
момента выпадения
осадка от времени,
прошедшего
с начала фотосинтеза.
Каждой точке
зависимости
pH(G) от времени
соответствует
величина
индукционного
периода появления
осадка для
данных условий
pH и G.(рис.6)

Рис.6 Экспериментальная
модель кинетики
осаждения CaCO3
при 20°C
и различной
скорости фотосинтеза.

t – время, прошедшее
с момента начала
фотосинтеза;

пунктирная
правая кривая
соотвестствует
скорости фотосинтеза
0,5 ед. pH/час;

сплошная
0,2 ед. pH/час;

левые кривые
отражают время
с начала фотосинтеза
до появления
первого осадка.

Как видим,
минимальное
время, требуемое
для появления
осадка в условиях
перемешиваемой
среды в ходе
фотосинтеза
8 – 12 часов после
начала процесса.
Гомогенное
осаждение при
фотосинтезе
происходит
в условиях
переменного
пересыщения,
т.к. величина
G в течение
индукционного
периода не
постоянна.
Однако, в силу
логарифмической
зависимости
t
от G, этот эффект
не может значительно
сократить время
осаждения даже
в условиях
очень интенсивного
фотосинтеза.

Таким образом,
полученные
экспериментальные
данные дают
основания
считать, что
в условиях
интенсивного
цветения
фитопланктона
или в среде
водорослевой
колонии достигаются
пересыщения
10–11 раз по арагониту,
и это вполне
достаточно
для спонтанного
осаждения
CaCO3. Обычно
измеряемые
величины pH вблизи
фотосинтезирующих
организмов
являются
интегральными
характеристиками,
поскольку
отражают изменения
pH в среднем по
довольно большому
объему раствора.
Реальные же
пересыщения
в тонком приклеточном
слое могут
достигнуть
гораздо больших
значений.

Приложение
2

Тематическое
планирование
по теме “Подгруппа
углерода”.

По программе
курса химии
для 8-11 классов
средней общеобразовательной
школы разработанной
в лаборатории
химического
образования
Института
общеобразовательной
школы РАО на
данную тему
отводится 7
часов.

Цели изучения
данной темы:

Ознакомить
учащихся с
характерными
свойствами
простых и сложных
веществ образованных
элементами
– неметаллами
главной подгруппы
4 группы. Сформировать
знания о кристаллических
решетках,
аллотропии,
практическом
применении
веществ на
примерах соединений
углерода и
кремния. Показать
роль топлива
в развитии
экономики
страны.

Развивать
умения решать
качественные
задачи, а также
расчетные
химические
задачи: определение
массы или объема
продукта реакции
по известной
массе или объему
исходного
вещества,
содержащего
примеси.

Расширить
представления
о взаимосвязи
количественных
и качественных
изменений при
сравнении
состава и свойств
оксидов углерода.

Сформировать
знания учащихся
по данной теме
используя их
знания из курсов
физики, географии,
биологии.

Показать
важность
взаимосвязей
между предметами.

Тематическое
планирование
в приложении.

Рекомендации
по теме “
Подгруппа
углерода”

Материал
данной темы
подвергся
довольно значительным
сокращениям
(всего отводится
7 часов). Не
рассматриваются
подробно сведения
о метане. Однако
при изучении
химических
свойств углерода
необходимо
обратить внимание
учащихся на
то, что соединения
углерода с
водородом
весьма многочисленны.
В природе смеси
углеводородов
образуют скопления
нефти и природного
газа. Это 2 важных
вида топлива
– сведения из
курса географии.

Изучение
неметаллов
будет завершаться
сравнением
свойств водородных
соединений
неметаллов
разных групп.
Сравнение этих
свойств можно
провести в
такой последовательности:
учитель напоминает,
какие соединения
с водородом
могут образовывать
различные
химические
элементы, в
каких из этих
соединений
водород –
электроотрицателен,
а в каких –
электроположителен,
каково строение
этих соединений
и их физические
свойства. Внимание
учащихся привлекается
к тому, какие
химические
свойства проявляют
водородные
соединения
неметаллов
разных групп
периодической
системы Д.И.
Менделеева.
Отмечается,
что водородные
соединения
6-7 групп неметаллов,
растворяясь
в воде, образуют
кислоты, водородные
соединения
азота и фосфора
в тех же условиях
обнаруживают
основные свойства,
а водородные
соединения
углерода и
кремния ни
кислотных, ни
основных свойств
в водном растворе
не проявляют.
Затем прослеживается,
как изменяется
сила кислот
и оснований,
образуемых
водородными
соединениями
неметаллов,
при перемещении
в подгруппах
периодической
системы Менделеева
сверху вниз
и слева направо
и даются пояснения
этим изменениям.
Здесь уже можно
привлечь для
объяснения
закон Кулона,
изученный к
этому времени
в курсе физики.

Рекомендуется
также пошаговая
подача учебной
информации
для класса со
средним уровнем
усвоения материала.
Данная система
предлагает
разъяснения
темы небольшими
порциями, закрепление
каждой с помощью
упражнений
или в ходе выполнения
учащимися
самостоятельной
работы.

1 шаг
– Обратить
внимание на
то, что химические
элементы главной
подгруппы 4
группы стоят
на границе с
металлами.
Напомнить, что
химические
элементы одной
и той же подгруппы
имеют общее
и различное
в свойствах,
обусловленное
их строением.
Дается сравнительная
характеристика
химических
элементов
подгруппы
углерода. Отмечают
характер соединений.

2 шаг
– Рассматривают
свойства простых
веществ образованных
углеродом.
Углерод – один
из важнейших
химических
элементов живых
организмов.
Изучение аллотропных
видоизменений:
при характеристике
свойств аллотропных
видоизменений
углерода имеется
возможность
привлекать
знания знания,
полученные
на других уроках,
например: из
курса физики
об электропроводности
графита и
использовании
его в производстве
электродов;
из курсов биологии
о том, что элемент
углерод – основа
жизни, он входит
в состав белка;
из курса географии
о месторождениях
графита и алмазов,
атмосфера и
углекислый
газ.

3 шаг
– Физические
свойства углерода,
можно изучить
в процессе
просмотра
кинофильма
“Углерод” и
в ходе работы
с раздаточным
материалом.

4 шаг
– Изучение
химических
свойств, сопровождающее
демонстрацией
химических
опытов.

5 шаг
– На основе
изученных
свойств делается
вывод о применении.
Доказывается
схема – главная
идея химии:

свойства

строение
применение

1 шаг
– Дедуктивный
подход – на
основе положения
в ПСХЭ, строения
атома отсюда
структура
вещества.

2 шаг
– Повторяем
материал о
аллотропных
видоизменениях
углерода в
связи со строением
атома (соединяются
атомы ковалентной
неполярной
связью, образуя
простые вещества
состава Cn.,
где n – очень
большая временная
величина).

3 шаг
– Исторический
подход – постоянные
поиски искусственного
способа получения
алмаза. Начались
в 1881 году – английский
ученый Ханней.
В СССР осуществлен
в 1961 в институте
физики высоких
давлений по
технологии
Верещагина.
Карбин – состоит
из линейных
полимеров.

4 шаг
– Алмаз, графит,
карбин, уголь
– родные братья.
Различия их
физических
свойств определяется
различной
кристаллической
решеткой. Химические
свойства сходны.

5 шаг
– Подчеркивается
огромное практическое
значение простого
вещества.

Экологизация
курса химии
по теме “Углерод”

Данная программа
разработана
В.М. Назаренко,
МПГУ им. В.И. Ленина.
В данной программе
более глубоко
развиваются
МПС, на каждом
уроке постоянно
привлекаются
знания учащихся
из других предметов.
При изучении
этой темы необходимо
придерживаться
нескольких
направлений:

1. Выяснить
причины, вызывающие
нарушение
круговорота
углерода в
природе.

2. Рассмотреть
физико-химическую
природу оксидов
углерода и
оксида кремния.

3. Сравнить
возможность
их использования
живыми организмами
в процессе
жизнедеятельности.

4. Раскрыть
вопросы охраны
окружающей
природной среды
в связи с добычей
и использованием
ископаемого
твердого топлива
и производство
цемента.

5. Живой мир
на планете
Земля – это мир
углерода,
единственный
элемент, сохраняющий
в цепях одновременно
одинарные и
кратные связи.

6. Различие
от углерода
у кремния из-за
увеличения
заряда ядра
и радиуса атома
ослабевает
связь валентных
электронов
с ядром, возрастает
металличность,
уменьшается
электроотрицательность.
Цепи из атомов
кремния неустойчивы.

7. Сформулировать
проблему: почему
углекислый
газ усваивается
растениями
в процессе
фотосинтеза,
а оксид кремния
IV нет. Ответ на
него заключается
в следующем:
в процессе
усвоения растениями
углекислого
газа лежит
реакция карбоксилирования
рибулозо-1,5-дифосфата
(связывание
углекислого
газа в темновой
фазе фотосинтеза).
Эта реакция
возможна из-за
молекулярной
природы углекислого
газа (он легко
диффундирует
через устьица
в лист) и из-за
наличия в его
молекуле двойных
связей, при
разрыве которых
происходит
присоединение
углекислого
газа к углеводу.

В оксиде
кремния IV атомы
кремния не
способны к
образованию
кратных связей:
при образовании
химических
связей два
валентных
электрона из
четырех переходят
на a-подуровень,
поэтому с кислородом
образуются
только одинарные
связи. Оставшиеся
у кремния и у
кислорода
неспаренные
электроны
образуют новые
связи с соседними
молекулами
оксида кремния
IV, что приводит
к созданию
гигантского
полимера с
атомной кристаллической
решеткой, твердого,
исключительно
плотного инертного
вещества, не
способного
растворяться
в воде. В этой
форме кремний
не усваивается
растениями,
не включается
в обменные
процессы и,
следовательно,
выбывает из
круговорота
веществ в природе.
Но в некоторых
формах он участвует
в обменных
процессах
веществ живых
организмов.
Кремний входит
в состав стеблей
растений, тканей
животных. А
искусственно
полученные
препараты на
основе кремния
менее канцерогенны,
чем на основе
углерода,
способствуют
более эффективному
заживлению
ран, язв, срастанию
костей.

Обсуждая
вопрос “Круговорот
углерода в
природе” следует
объяснить, что
круговорот
состоит из двух
циклов:

Важно отметить
главную роль
океана, т.к. он
адсорбирует
из атмосферы
примерно 30%
углекислого
газа, но также
служит и его
источником,
выделяя его
в атмосферу
в районах теплых
вод. Он является
“насосом природы”,
перекачивая
углекислый
газ из холодных
в теплые районы,
т.к. там давление
углекислого
газа в атмосфере
выше (основано
на физико-химическом
свойстве углекислого
газа к растворению
в воде, в холодной
лучше, чем в
теплой). В океанической
воде растворено
88% углерода, за
26 дней это количество
возвращается
в биосферу,
остальной
оседает в виде
карбонатов.
Установлено,
что углекислого
газа в 60 раз больше
в водах рек,
морей, океанов,
чем в атмосфере.

Необходимо
указать, что
круговорот
углерода в
природе не
замкнут. Углерод
выходит из него
часто на длительный
срок в виде
карбонатов,
торфа, сапропели,
гумуса. Каждый
год в атмосферу
Земли за счет
естественных
процессов
поступает
примерно 0,5Ч109
углекислого
газа, тогда как
антропогенное
его поступление
достигло 15-25Ч109
т, что в 100-150 раз
больше.

Вместе с
учащимися
указать главные
причины интенсивного
притока углекислого
газа в атмосферу.

CO2 ®
в атмосферу
из-за:

1. сжигания
ископаемого
топлива, отходов
целлюлозно-бумажного
производства;

2. огромного
потребления
кислорода
металлургической
и химической
промышленностью;

3. истребления
лесов, особенно
тропических;

4. разрушения
и минерализации
лесных подстилок,
дернины лугов,
степей;

5. осушения
болот, сопровождающегося
интенсивным
окислением
торфяников;

6. уничтожения
водной растительности
в дельтах рек,
загрязнения
водоемов и
морей, приводящего
к угнетению
фотосинтеза
и, как следствие,
к увеличению
концентрации
углекислого
газа в атмосфере;

7. обжига
известняка,
производства
цемента.

8. воздействия
кислотных
дождей на природные
запасы карбонатов

CaCO3 + 2H+
®
Ca2+ + CO2­
+ H2O

Углекислый
газ – “парниковый
газ” – уменьшает
тепловое излучение
Земли, но увеличение
его концентрации
в атмосфере
приводит к
интенсивному
осаждению на
дне океана
карбонатов
кальция и магния,
к снижению
фотосинтеза
(при избытке
углекислый
газ становится
ингибитором
этого процесса).

Влияние
углекислого
газа на человека:
наркотическое
действие, раздражение
кожи, слизистых
оболочек, в
малых концентрациях
возбуждает
дыхательный
центр, в очень
больших – угнетает.
Углекислый
газ оказывает
центральное
сосудосуживающее
и местное
сосудорасширяющее
действие, вызывает
ацидоз (закисление),
повышение
содержания
адреналина
и норадреналина
и уменьшение
содержания
аминокислот
в крови, ингибирует
действие ферментов
в тканях. Животные
менее чувствительны
к углекислому
газу, чем человек.

Наибольшую
опасность для
здоровья человека
представляет
оксид углерода
II – продукт
неполного
сгорания топлива.
Этот оксид
соединяется
с гемоглобином
крови в 200-300 раз
быстрее, чем
кислород, образует
очень прочное
соединение
– карбоксигемоглобин,
диссоциация
которого протекает
в 3600 раз медленнее,
чем оксигемоглобина
(соединение
гемоглобина
с кислородом).
В этом случае
резко снижается
обеспеченность
тканей организма
кислородом,
развивается
гипоксемия.

Оксид углерода
II соединяется
не только с
гемоглобином
крови, но и с
миоглобином
мышц. Он нарушает
углеводный
обмен, усиливая
распад гликогена
в печени, нарушая
утилизацию
глюкозы, повышая
уровень сахара
в крови, моче
и в спинномозговой
жидкости, нарушает
обмен фосфора
и азота, водно-солевой
обмен, изменяет
содержание
витамина B6,
повышает содержание
липидов в плазме,
что способствует
усиленному
отложению
холестерина
на стенках
сосудов, свертываемость
крови и проницаемость
сосудов.

Важной проблемой
загрязнения
атмосферного
воздуха является
добыча и сжигание
твердого топлива.

При сжигании
твердого топлива
в атмосферу
поступает:

1. летучая
зола с частицами
несгоревшего
топлива (2/3 топлива
рассеивается
в атмосфере)
– CO, CO2, SO3,
NO2, соединения
F;

2. летучая
зола с МИ;

3. зола торфа
содержит U, Co, Cu,
Ni, Pb, Zn.

Причины
поступлений:

1. низкий КПД
электростанций;

2. неудовлетворительная
очистка топочных
газов;

3. пыление
угля при его
добыче и перевозке,
потери его при
разгрузке и
складировании.

Природоохранные
меры:

1. предварительное
извлечение
из топлива серы
(путем его
гидрирования);

2. применение
очистных аппаратов;

3. сокращение
территорий,
занимаемых
ТЭС, путем более
компактного
их размещения;

4. создание
лесозащитных
зон.

5. использование
шлаков и золоотвалов
ТЭЦ в производстве
строительных
материалов.
Другой источник
загрязнения
атмосферы –
производство
цемента.

Очаги пыления
– барабаны для
сушки угля и
сырья, шаровые
мельницы для
угля, сырья и
цемента, вращающиеся
печи и транспортно-загрузочные
установки.

В окрестностях
крупного цементного
завода П = 400 тыс.т
цемента в год
на расстоянии
2 км концентрация
пыли в воздухе
– 20 мг/м3.

Повышенная
концентрация
кремнезема
в воздухе вызывает
тяжелое заболевание
легких – силикоз.
При попадании
SiO в дыхательные
пути происходит
его гидратация
в присутствии
тканевой жидкости.
При этом на
поверхности
пылевидных
частиц образуется
коллоидный
раствор кремниевой
кислоты, которая
и становится
причиной заболевания:
появляется
одышка, боли,
кашель.

Основные
природоохранные
меры:

1. полнейшая
гирмитизация
оборудования;

2. снижение
отходов до 99%
;

3. экономное
расходование
продукции.

(Если на дне
вагона останется
слой цемента
0,5 см, то потери
составят 150 кг).

Элементарный
углерод попадает
в атмосферу
в виде сажи с
выбросами.
Длительность
существования
частиц элементарного
углерода в
атмосфере
определяют:

·
размеры частиц

·
их концентрация

·
эффективность
механизмов
очистки промышленных
выбросов

·
метеорологические
условия (В условиях
дождливого
климата они
могут прибывать
в атмосфере
до 40 ч, а в засушливом
– до одной недели
и более.)

Частицы
углерода в
зависимости
от источника
загрязнения
могут быть
покрыты оболочкой,
обуславливающей
их гидрофильность.
Попадая в облака,
эти частицы
становятся
ядрами конденсации.
Химические
реакции, протекающие
на таких частицах,
могут приводить
к образованию
нелетучих
веществ из
газообразных
продуктов,
например сульфатов
из SO3. Адсорбция
частиц углерода
аэрозолями
снижает прозрачность
атмосферы, что
уменьшает
количество
солнечных дней
и влияет на
климат региона.
Частицы угля
активно поглощают
солнечное
излучение, что
может привести
к парниковому
эффекту.

Сажа поступает
в атмосферу
также в составе
обработанных
газов автотранспорта.
Выхлопы дизельных
двигателей,
особенно тяжелых
грузовиков,
состоящие в
основном из
частиц углерода,
дают примерно
1/2 всего количества
углеродных
частиц, попадающих
в атмосферу,
крупных городов.

Частицы
углерода в
составе аэрозолей
распространяются
очень далеко
от индустриальных
центров. При
открытых разработках
угля, подземной
его газификации,
получение
угольного
концентрата,
сжигание угля
на ТЭС в атмосферу
выбрасывается,
помимо частиц
углерода, СО,
СО2, соединения
серы, хлора,
брома, в составе
летучих фракций
золы – кадмий,
Ni, Pb, Se, радионуклеотиды,
а также полициклические,
ароматические
углеводороды.

Высокое
содержание
частиц углерода
в атмосферных
аэрозолей ведет
к повышению
заболеваемости
населения
особенно страдают
верхние дыхательные
пути и легкие.
Профессиональная
заболеваемость
представлена
в основном
антрапозом,
пылевым бронхитом;
присутствие
в угольной пыли
частиц SiO2
ускоряет и
осложняет этот
процесс. Наиболее
агрессивны
частицы угольной
пыли менее 5-7
мкм, способные
глубоко проникать
в легкие, и в
большом количестве
задерживаться
в легочной
ткани. Существенное
значение имеет
продолжительность
воздействия
пыли: более
длительное
при меньшей
концентрации
оказывает более
выраженный
эффект, чем
менее длительны,
но более интенсивное.
Повышенное
содержание
в угле Cu, Fe, Ni, Pb, Zn способствует
учащению заболевания
антракозом.

Тематическое
планирование
по теме “Подгруппа
углерода”.

Приложение
3

Межпредметный
семинар “Биогенные
элементы в

периодической
системе Д.И.
Менделеева”.

Наиболее
эффективным
средством
обучения является
семинар. Межпредметный
семинар
– одна из эффективных
форм организации
учебной работы,
которая способствует
обобщению
знаний учащихся
из разных предметов.
Такой семинар
позволит в
целом комплексе
решать задачи
образования,
развития и
воспитания
школьников,
то есть ТДЦ.

Межпредметный
семинар “Биогенные
элементы в
ПСХЭ“ – проводится
как завершающий
и обобщающий
тему “ПЗ
и ПС Д.И. Менделеева“,
“Строение
вещества”.
Данный семинар
проводится
с учетом особенностей
строения атомов
биогенных
элементов и
их роли в живых
организмах
и проводится
на факультативных
занятиях по
химии при изучении
строения вещества.

Основная
цель семинара
установить
закономерные
связи между
строением
атома, химическими
свойствами
и биогенными
функциями
элементов.

За две недели
до семинара
предлагаем
учащимся вопросы
для подготовки,
называем параграфы
из учебников
химии и биологии,
которые необходимо
повторить,
рекомендуем
дополнительную
литературу.
Учитель биологии
проводит
семинары-консультации,
на которых
рассматриваются
более сложные
вопросы биологического
характера. В
процессе совместной
работы учителей
и коллективной
деятельности
учащихся, знания
по химии и биологии
о биогенных
элементах
приводились
в систему.

Учителя-методисты
отмечают, что
эффективность
межпредметных
семинаров
значительно
повышается,
если использовать
проблемный
подход в обучении,
коллективную
работу в классе
и индивидуальный
подход к учащимся.
Методика семинара
в отличии от
конференций,
в центре которых
стоят доклады
учащихся,
предполагает,
прежде всего,
совместное
обсуждение
общей проблемы,
темы семинара,
а также активность
всех учеников
в достижении
основной учебной
цели. Поэтому
используются
многообразные
средства активизации
познавательной
деятельности
учащихся на
основе проблемного
подхода. Занятия
семинара строились
таким образом,
что учащиеся
должны были
решить ряд
последовательно
предложенных
проблемных
(межпредметных)
вопросов: почему
именно элемент
углерод, а не
кремний является
основным элементом
жизни? Как объяснить,
почему с повышением
в крови концентрации
диоксида углерода
повышается
и концентрация
ионов H+?
Какова их
физиологическая
роль? Почему
жизнь зародилась
в воде и как
это произошло?
Каковы физико-химические
свойства воды
и как объяснить
ее биологические
функции? Почему
живые организмы
дышат кислородом,
хотя в атмосфере
значительно
больше азота?
Содержание
данных вопросов
предполагает
одновременное
использование
и обобщение
знаний из курсов
химии и биологии.

В процессе
коллективной
беседы учащиеся
высказывают
предположения,
ищут их обоснование
и приход к решению
поставленных
проблем.

На межпредметных
семинарах
нередко заслушиваются
доклады учащихся.
Тематику докладов
целесообразно
посвящать
вопросам, которые
еще не изучались
в курсах химии
и биологии и
требуют самостоятельного
освоения учащимися
новых разделов
учебных программ
(например: значение
углерода для
организма
человека); не
входят в школьные
программы и
требуют самостоятельного
изучения из
дополнительной
литературы
(например:
“Использование
элементов-органогенов
в медицине”).

Распределение
докладов проводилось
с учетом познавательных
интересов
учащихся и их
возможностей.
В процессе
семинара сообщения
учащихся прерывались
беседой и обобщениями
учителя. Доклады
служат опорой
в постановке
и решении проблемных
межпредметных
вопросов.

Рассмотрим
на примере, как
происходит
на семинаре
решение ряда
предложенных
(межпредметных)
проблемных
вопросов. Во
вводной части
семинара в
процессе беседы
учащиеся повторяют
химический
состав живых
организмов,
выводится
понятие о биогенных
элементах как
элементах, из
которых строятся
органические
и неорганические
вещества живых
организмов,
обеспечивающие
их основные
функции. Рассматриваются
и записываются
в тетрадь сведения
о положении
этих элементов
в ПС.

Отмечается,
что углерод,
водород, кислород,
азот – это широко
распространенные
элементы. Они
находятся в
двух первых
периодах таблицы
Д.И. Менделеева,
имеют небольшой
порядковый
номер и обладают
высокой способностью
к образованию
устойчивых
ковалентных
полярных связей
в молекулах
белков, жиров,
углеводов.

Учитель,
подчеркивает,
что основной
скелет органических
соединений,
входящих в
состав живых
организмов,
образуется
из атомов углерода.
Перед учащимися
ставится проблемный
вопрос: почему
именно элемент
углерод, а не
кремний является
основным элементом
жизни, хотя эти
элементы в
таблице находятся
в одной группе
и имеют сходное
строение атом?

Учащиеся
по заранее
подготовленной
таблице “Углерод
и кремний“
сравнивают
строение атомов,
химические
свойства элементов.
Учитель подчеркивает,
что углерод
имеет строение
атома, промежуточное
между металлами
и неметаллами,
поэтому он
легко вступает
в реакцию со
многими элементами,
в том числе и
с водородом,
кислородом,
азотом, образуя
разнообразные
органические
вещества. Главной
особенностью
атомов углерода
является их
способность
к образованию
простых элементных
связей друг
с другом. Это
ведет к созданию
длинных углеродных
цепей (-C-C-C-), прямых,
разветвленных,
в виде колец,
спиралей
(демонстрируются
таблицы сложных
органических
веществ), что
приводит к
огромному
многообразию
соединений.
В большинстве
источников
– 5-6 млн органических
веществ, по
сведениям
иностранных
журналов – 12
млн. Вследствие
большой металличности,
меньшей
электроотрицательности
кремния по
сравнению с
углеродом атомы
кремния не
образуют длинных
цепей.

Сравнение
связей -C-C- и -Si-Si-
показывает,
что расстояние
между атомами
углерода значительно
меньше, чем
между атомами
кремния. Это
обеспечивает
устойчивость
углеродных
связей и наличие
в них большего
запаса энергии,
что важно для
биоэнергетического
обмена, для
жизнедеятельности
организма.
Запасы энергии
в органических
соединениях
увеличиваются
благодаря
способности
атомов углерода
создавать
устойчивые
при обычных
условиях длинные
цепи.

Совместно
с учащимися
делается вывод
о необходимости
для жизни организмов
макромолекул
органических
веществ с большим
числом химических
связей, с большим
запасом внутренней
энергии. Такие
макромолекулы
образует углерод.
Учитель обобщает
результаты
коллективного
обсуждения
вопроса: мир
углерода – это
живая природа,
мир кремния
– неживая природа.

Рассмотрим
это на примере
фотосинтеза.

Мы утверждаем,
что мир углерода
– это живая
природа. Наиболее
яркое и знакомое
из курса биологии
6-7 класса учащимся
такое явление
как фотосинтез.
Изобразив схему
фотосинтеза,
нетрудными
вопросами
вспоминаем:
1) Из каких веществ
образуется
сахар в зеленых
листьях растений?
2) Какой опыт
показывает,
что наземные
растения на
свету поглощают
CO2 и
выделяют кислород?
(рис. 1)

Используя
знания физики-9
о втором законе
термодинамики
повторяем, что
любые виды
энергии в конечном
счете превращаются
в тепловую
форму и рассеиваются.
Реакция же
фотосинтеза
сопровождается
накоплением
энергии в
органическом
веществе за
счет преобразования
энергии фотонов
в энергию химических
связей.

Энергетический
смысл фотосинтеза
заключается
в расщеплении
светом некоторого
донора водорода
DH2 и
переносе водорода
на акцептор
A с выделением
свободного
окислителя
D:

DH2 +
A ®свет
AH2
+ D

В качестве
акцептора
выступает
углекислый
газ, а роль донора
водорода могут
играть некоторые
органические
соединения,
сероводород
и вода.

Наибольшее
распространение
получил процесс
с участием
воды, идущий
в зеленых растениях:

6 CO2 +
6 H2O + 673 ккал
хлорофилл®
(СH2O)6
+ 6 O 2­

При этом
источником
кислорода
является вода,
а не углекислый
газ. В некоторых
случаях синтез
органического
вещества может
осуществляться
некоторыми
бактериями
без выделения
кислорода.
Источником
углерода для
них служит
углекислый
газ, а водород
берется из
сероводорода
(или какого-либо
органического
соединения):

6 CO2 +
12 H2S ®
(CH2O)6
+ 12 S + 6 H2O

Фотосинтез
– это сложная
многостадийная
реакция:

1 стадия
– световая –
молекулы хлорофилла
возбуждаются
фотонами света
с длиной волны
670-680 нм и ускоряют
фотолиз воды,
то есть разложение
воды на кислород,
который поступает
в атмосферу,
протоны и электроны:

H2O ®
2 H+ + 2 e-
+ 1/2 O2

Энергия,
образующихся
электронов
используется
в последующих
реакциях с
участием пигментных
фотосистем
растений.

2 стадия
– темновая, так
как протекает
без участия
солнечного
света, во время
которой происходит
поглощение
CO2 и синтез
на его основе
органических
веществ – сахаров,
глицерина и
аминокислот.

Этот процесс,
возникнув на
Земле, стал
мощным геологическим
фактором (весь
кислород атмосферы
имеет фотосинтетическое
происхождение).

Ежегодно
запасаемое
растениями
в продуктах
фотосинтеза
общее количество
энергии составляет
примерно 1024
ккал. Хотя
коэффициент
полезного
действия фотосинтеза
невелик (КПД
из курса физики).

Известно,
что хлорофилл
поглощает
энергию, находящуюся
в голубой (400-500
нм) и красной
(610-690 нм) областях
спектра.

Поэтому в
реальных условиях
лишь 10% энергии
из видимой
области спектра,
получаемой
растениями,
действительно
обращается
в биомассу.
Если сопоставить
количество
энергии, преобразованной
в органические
вещества растениями,
с большим количеством
солнечной
энергии, достигающей
поверхности
Земли, то коэффициент
полезного
действия фотосинтеза
оказывается
крайне низким
(менее 1%). Только
в редких случаях,
касающихся
культурных
растений с
высокой продуктивностью,
можно повысить
КПД до 3% .

Роль образующей
глюкозы велика,
так как в дальнейшем
процессе фотосинтеза
образуется
крахмал – является
запасным питательным
материалом
для растений
и содержится
в них в виде
крахмальных
зерен.

Существенное
отличие химии
кремния от
химии углерода
обусловлено
прежде всего
относительно
малой прочностью
связей Si-Si. Поэтому
цепочки из
атомов кремния
разрываются
гораздо легче
, чем углеродные,
особенно если
имеется возможность
образования
наиболее характерной
для кремния
связи с кислородом.
Прямым следствием
является резкое
уменьшение
числа устойчивых
кремниевых
соединений
по сравнению
с углеродными.
Так, различных
минералов
известно около
3 тыс., а отдельных
видов живых
организмов
описано более
миллиона.

Сравнение
диоксида углерода
и диоксида
кремния показывает
активное участие
соединений
углерода в
круговороте
веществ в природе,
в реакциях
обмена веществ
в организме
(например, газообмен
в легких и тканях).

Обмен газов
в легких

Содержание
газов во вдыхаемом
и выдыхаемом
воздухе неодинаково.
Во вдыхаемом
воздухе содержится
почти 21% кислорода,
около 79% азота,
примерно 0,035% ,
небольшое
количество
водяных паров
и инертных
газов.

Процентный
состав выдыхаемого
воздуха иной.
Кислорода в
ней остается
около 16%, количество
углекислого
газа возрастает
до 4%. Увеличивается
и содержание
водяных паров.
Азот и инертные
газы в выдыхаемом
воздухе остаются
в том же количестве,
что и во вдыхаемом.
Разное содержание
кислорода и
углекислого
газа во вдыхаемом
и выдыхаемом
воздухе объясняется
обменом газов
в легочных
пузырьках.
Концентрация
углекислого
газа в венозных
капиллярах
легочных пузырьков
гораздо выше,
чем в воздухе,
заполняющем
легочные пузырьки.
(рис. 2)

Углекислый
газ из венозной
крови поступает
в легочные
пузырьки и во
время выдоха
выводится из
организма.
кислород из
легочных пузырьков
проникает в
кровь и вступает
в химическое
соединение
с гемоглобином.
Кровь из венозной
превращается
в артериальную.

По легочным
венам артериальная
кровь поступает
в левое предсердие,
затем в левый
желудочек и
в большой круг
кровообращения.

Обмен газов
в тканях

Из капилляров
большого круга
кровообращения
кислород поступает
в ткани. (рис.3).
В артериальной
крови кислорода
больше, чем в
клетках, поэтому
он легко диффундирует
в них и используется
в окислительных
процессах.
Углекислый
газ из клеток
поступает в
кровь. Таким
образом, в тканях
органов происходит
превращение
артериальной
крови в венозную.

Венозная
кровь по венам
большого круга
кровообращения
поступает в
правое предсердие,
затем в правый
желудочек
сердца, а оттуда
в легкие.

Учитель
знакомит учащихся
с тем фактором,
что при повышении
в крови концентрации
диоксида углерода
повышается
и концентрация
ионов водорода.
Ставиться новый
проблемный
вопрос: почему
с повышением
в крови концентрации
диоксида углерода
повышается
и концентрация
ионов водорода?
Как это объяснить?

Учащиеся
записывают
уравнение
реакции:

CO2 +
H2O ®
H2CO3
®
H+ + HCO3-

Далее повторяется
строение атома
водорода, особенности
его положения
в ПС, образование
ионов водорода:

H - 1 e- ®
H+; H + 1 e-
®
H-

Отмечается,
что при отдаче
электрона от
атома водорода
остается один
“голый протон”,
радиус которого
почти в 2000 раз
меньше радиуса
атома водорода.
Физиологическое
значение
положительного
иона водорода,
рассказывается
в докладе ученика,
который готовил
его, консультируясь
с учителем
биологии.

Аналогично,
путем бесед,
докладов и
самостоятельной
работы учащихся
с обобщающими
таблицами и
периодической
системой элементов,
проходит обсуждение
всех других
вопросов семинара.

В заключение
учащиеся подводят
к мировоззренческому
выводу о наличии
в природе связей
“строение –
свойства –
функции”:
биологические
(физиологические)
функции всех
биогенных
элементов
определяются
их физико-химическими
свойствами,
которые, в свою
очередь, зависят
от особенностей
строения их
атомов, их места
в ПСХЭ Д.И. Менделеева.
В этом проявляется
материальное
единство живой
и неживой природы.

В целях создания
межпредметных
связей учащимся
предлагается
дома заполнить
таблицу “Знания
по биологии,
химии, физике,
которые привлекались
на семинаре”.

Об эффективности
межпредметного
семинара можно
судить по количеству
высоких оценок,
по росту интереса
к познанию
взаимосвязей
наук химии,
биологии.
Межпредметный
семинар имеет
большое воспитательное
и образовательное
значение.

Вопросы
межпредметного
семинара.