Планируемые результаты: рассмотреть строение, свойства и применение природного каучука.
Оборудование и вещества: компьютер, мультимедийный проектор, мультимедийная презентация по теме урока, портреты С. Лебедева, Х. Колумба; раздаточный материал: текст с дополнительным материалом; оборудование и вещества для лабораторной работы: натуральный каучук, резина, клей “Момент” или резиновый, эбонит, горячая вода, лед, кристаллизатор, тигельные щипцы, моток бельевой резинки.
Тип урока: комбинированный.
Структура урока
I. Организационный момент
На доске, слайде: портрет (Колумб)
Вызов: Кто изображен на портрете?
Какие открытия сделал для человечества Х. Колумб на американских материках? (табак, каучук)
Рассказ учителя
Когда Х. Колумб в конце XVв предпринял свое второе путешествие, он остановился у берегов острова Гаити в Тихом океане. Сойдя на берег, испанцы с удивлением увидели, как индейцы бросают друг другу какие-то предметы округлой формы. Диковинные шары подпрыгивали. Это казалось невероятным, поскольку они были твердыми. Оказалось, что туземцы изготавливали эти шары из “слез дерева” (“ка” - дерево, “у-чу” - слезы).
Когда Колумб вернулся на родину, он привез несколько кусков странного материала. Особого интереса сувенир в то время не вызвал: внимание соотечественников было поглощено золотом и серебром.
Вопрос к классу
Так, о чем же мы будем говорить сегодня на уроке, и какое отношение к нему имеет Колумб?
Запись темы урока. Природный каучук
II . Актуализация знаний по теме урока
Что вам известно по данной теме?
Какую информацию вы бы хотели узнать по теме урока (запись в тетрадях, озвучивание учениками вопросов).В течение всего урока мы с вами попробуем найти ответы на поставленные вами вопросы (задачи урока)
III. Изучение нового материала
На доске изображена логическая цепочка. Некоторые звенья пропущены (выделено курсивом), и в ходе урока их нужно заполнить. В течение урока необходимо составить краткий конспект урока, записывая новые знания под звеном цепи.
Осмысление.
1) Что означает слово “гевея”? Ваши предположения.
Фото, текст. Гевея, род вечнозеленых однодомных деревьев семейства молочайных. Насчитывается около 12 видов, растут в тропических лесах.
Гевея бразильская – основной источник натурального каучука, растет во влажных лесах долины реки Амазонка. Высота дерева 30-40 м, листья тройчатосложные, цветки мелкие, однодомные, собранные в метельчатые соцветия. Семена крупные, быстро теряют всхожесть (слайд № 2).
Если на коре дерева сделать надрез, то из ранки вытекает сок молочно-белого цвета, называемый латексом. На воздухе млечный сок постепенно темнеет и затвердевает, превращаясь в эластичную смолу. Латекс содержит около 30 % натурального полимера, крохотные частички которого находятся во взвешенном состоянии в воде – эмульсию, аналогичную эмульсию представляет собой молоко – в нем мельчайшие капельки жира взвешены в водном растворе.
Уже в XV в индейцы придумали, как можно использовать сок гевеи в полезных целях. Они пропитывали млечным соком лодки, корзины, одежду, чтобы те не пропускали воду. Из каучука стали изготавливать факелы, которые долго и равномерно сгорали, распространяя приятный запах. Если каучуком обмазать глиняные бутылки, а затем после его затвердевания, разбить и вынуть через горловое отверстие глиняные черепки, то получится легкая и небьющаяся емкость для различных жидкостей. Аналогичным способом индейцы научились изготавливать даже каучуковую обувь.
В Восточной Азии в XVI в каучук использовали как клей для ловли птиц.
2) Какими свойствами обладает природный каучук?
Лабораторная работа “Свойства природного каучука”
Вывод:
- Эластичный.
- Газонепроницаемый.
- Водонепроницаемый.
- Горит.
- Растворение в бензине и других органических растворителях.
Рассказ учителя. В Европе каучук не сразу получил всеобщее признание.
Ла-Кондамин французский ученый, который впервые подробно разузнал о добыче и применении каучука в Бразилии, побывав там в экспедиции в XVII в.
Одним из первых нашел применение каучуку англ химик Джозев Пристли. Он описал опыт механика Э. Нерна. Так появилась известная всем резинка – ластик. Это случилось в 1770 г.
В 1823 г шотландский химик Чарлз Макинтош изобрел непромокаемую ткань, состоящую из 2 слоев материала, соединенный раствором каучука и наладил производство плащей, так называемых “макинтошей”.
В 1832 году в Петербурге построена первая фабрика по производству галош.
Однако качество данных изделий было невысоким. От тепла они размягчались, становились липкими, а от мороза стояли колом.
3) Предположите, в чем причина? С чем это связано?
- Причина клейкости каучука является содержанием в нем жидкости. Логичным казалось ее удалить, но при нагревании каучук превращался в дурно пахнущую массу.
- Зависит от химической и физической природы гигантской молекулы каучука
Объяснение, Слайд. Состав натурального каучука:
1) углеводород полиизопрен (С5Н8)п
(2-метилбутадиен-1,3)
2)белки и аминокислоты – 2,2-3,8%
3) высшие органические вещества – 1,5–4%
4) металлы побочных подгрупп (Си до 0,0008%, Fе до 0,01%,
Мп до 0,001%)
5) вода
Молекулярная масса = 1 400 000 – 2 600 000, плотность 0,91 г/см3
Слайд. Гигантские молекулы каучука, хотя и имеют линейное строение, не вытянуты в линию, а многократно изогнуты, как бы свернуты в клубки. При растягивании каучука, образец каучука становится длиннее (демонстрация на бельевой резинке). При снятии нагрузки возвращается в прежнее положение.
или
4) Исходя из выше сказанного, сделайте предположение: каким образом повысить качество изделий из каучука.
(Текст)
Первый шаг сделал немецкий химик Людерсдорф, американец Хейворд. Им независимо друг от друга удалось доказать, что свойство каучука улучшается, если в него добавить серу. Такой материал не делается липким на солнце. Этим заинтересовался Чарльз Гудьир, торговец различными товарами, в том числе и пластинками каучука. Чтобы пластинки не слипались, он пересыпал их серой. Гудьир пытался выяснить, как влияют добавки серы на свойство каучука. Оказалось, что тот действительно терял липкость, но только в поверхностном слое, внутри же масса оставалась прежней. Счастливый случай помог ему сделать грандиозное открытие. Однажды Гудьир уронил пластинку каучука на горячую кухонную плиту. Обжигая руки, схватил пластинку каучука и стал ее мять, чтобы убедиться, не испортилась ли она. Каково же было его удивление, когда он обнаружил, пластинка не только не липла, но стала упругой и эластичной. Позже этот новый продукт назвали резиной (от лат. “resina” - смола), а процесс превращения каучука в резину в честь древнеримского бога подземного огня Вулкана – вулканизацией (1839 г).
Резина.
5) Какие свойства характерны для резины?
- Прочность.
- Стойкость к деформациям и старению.
- Стоек к перепадам температур.
- Химически стоек (в бензине не раств, только набухает).
6) Объясните, что происходит с молекулами каучука при вулканизации?
(Текст)
В настоящее время из смеси каучука с серой, наполнителями (особенно важным наполнителем служит сажа) и другими веществами формуют нужные изделия и подвергают их нагреванию. При этих условиях атомы серы вступают в химическое взаимодействие с молекулами каучука по месту некоторых двойных связей и сера как бы “сшивает” собой молекулы каучука друг с другом. В результате образуются гигантские молекулы, имеющие три измерения в пространстве – как бы длину, ширину и толщину.
Слайд.
7) Измениться ли свойство резины, если добавить к каучуку больше серы, чем нужно?
Если к каучуку добавить больше серы, чем нужно для образования резины, то при вулканизации линейные молекулы окажутся “сшитыми” во многих местах и материал утратит эластичность, станет твердым – получится эбонит. До появления пластмасс эбонит считался лучшим изолятором.
8) С открытием процесса вулканизации потребность в каучуке резко возросла. Гевея способна давать латекс только с 10-12-летнего возраста. С одного дерева получают от 3-4 до 7,5 кг каучука в год.
Бурное развитие автомобильной промышленности, особенно после изобретения в 1888 г резиновых пневматических шин, поставило перед химиками проблему в поиске сырья для резиновой промышленности.
Ваши предложения в поиске решения данной проблемы?
(Текст)
- В 1876 году семена бразильской гевеи была тайно вывезена из Бразилии и распространены в странах Юго-Восточной Азии и Африки. В настоящее время крупнейшим производителем натурального каучука является Малайзия (свыше 40 % мирового производства). Гевею выращивают в Бразилии, в Перу, в Боливии, на острове Шри-Ланка, в тропиках Азии и в Нигерии, в Африке.
- Гваюла из семейства сложноцветных. Низкорослый кустарник родом из северной Мексики и с юго-запада США. Содержание в ней каучука 20% сырой массы растения. Преимущество гваюлы перед гевеей в том, что ее можно выращивать в пустынях. Плантации в США дали во время второй мировой войны более 1300 т каучука.
Он содержится и в млечном соке маниока — невысокого дерева, обычного в тропической Америке. В млечном соке маниока много смол, и поэтому его каучук хуже, чем каучук гевеи.
Другой вид этого растения — маниок съедобный, или кассава, заменяет жителям тропиков картофель. В пищу идут его корни, раздутые, как клубни. Иногда они бывают длиной до метра и весят больше 10 кг. В клубнях много крахмала и из него получают муку и делают крупу, которую называют тапиока.
Каучук сочится и из ствола сального дерева, обитателя Восточной Азии. Но это растение больше ценят из-за тугоплавкого жира, которым покрыты его семена. Это вещество похоже на воск и идет в первую очередь на изготовление мыла и свечей. Из него также делают китайское растительное масло для смазки, так как оно несъедобно. Из листьев получается черная краска.
На острове Мадагаскар растет молочай ин-тизи, невысокое дерево или кустарник. В его млечном соке содержится каучук высокого качества. Это вещество есть и в млечном соке фикусов, растущих в тропических странах.
Каучук когда-то добывали даже из стеблей таких травянистых растений, как кок-сагыз и крым-сагыз. Но большого количества сока из этих жителей пустынь получать не удавалось.
- Получение синтетического каучука.
Лебедев, слайд. Российский химик Сергей Васильевич Лебедев (1874-1934) в 1910г впервые получил образец синтетического бутадиенового каучука. Однако скорость процесса и выход бутадиена были невелики. Потребовалось много труда, опытов и научных изысканий, пока ученый не подыскал нужный катализатор. Пока Лебедев занимался опытами, прошло несколько лет. За это время многое изменилось. Началась и закончилась Первая мировая война. К власти пришли большевики, завершилась гражданская война. Страна приступила к восстановлению хозяйства, а для этого требовались металл, уголь и много каучука – сырья для производства резины. В России был объявлен конкурс на лучший способ получения дешевого каучука; в нем могли участвовать и иностранные ученые.
В начале 1928 г, в срок, обусловленный конкурсом, Лебедев представил два килограмма каучука, впервые созданного человеком. Сырьем послужил этиловый спирт, а катализатором был металлический натрий.
В настоящее время синтетический каучук получают из нефтепродуктов.
Рефлексия
Заполните кластер по теме “Области применения каучука”.
