Химия в профессии строителя

Предлагаемая информация поможет учителю расширить кругозор учащихся, что будет способствовать пониманию ими связей между знаниями, получаемыми при изучении трудной дисциплины химии и выбранной учащимися профессии.

Активизировать познавательную деятельность на уроке химии можно при условии пробуждения познавательного интереса у обучающихся, например, при помощи, специально подобранных задач профессиональной направленности. Учителю необходимо обеспечить понимание учащимися материала для этого он должен постараться акцентировать внимание на то, что знания полученные сегодня на уроке действительно пригодятся им в будущем.

Информацию профессиональной направленности можно включить в ткань урока различными методами и способами:

1. Вовлечь учащихся в беседу, подводящую к изучению нового материала или посвящённую закреплению.
2. Использовать небольшой (2-3 мин) рассказ-иллюстрацию учителя или учащегося к изучаемому материалу.
3. Создать проблемную ситуацию, которая потребует использование учащимися знаний, почерпнутых на других уроках или из окружающей жизни.
4. Познавательные задачи. И т.д.

При изучении темы “Химия металлов” учащимся, которые занимаются у нас в колледже на занятиях в кружке “Мозаика” я даю задание подготовить рассказ-иллюстрацию о применении в качестве протрав сернистого железа (железного купороса) и хлорного железа, сернокислой меди (медного купороса) и хлорной меди, марганцево-кислого калия и двухромовокислого калия (хромпика). Ребята каждый год проводят исследования о влиянии концентрации вещества на цветовые тона древесины при протравном крашении. Таким образом, знания, полученные ими на уроках химии, находят непосредственное применение на практике, и они могут подготовить себе для работы шпон с нужным оттенком цвета и использовать его.

Окрашивание древесины наиболее интенсивно осуществляется тогда, когда красящие вещества вступают во взаимодействие с дубильными веществами (главным образом танином), содержащимися в древесине. Такие красящие вещества называют протравами, а процесс окраски ими — травлением. При травлении массив древесины прокрашивается на значительную глубину, а шпон — насквозь. Поэтому часто древесину специально насыщают танином, чтобы получить необходимый эффект. Лучше всего окраску воспринимает таниносодержащая древесина (бук, дуб, каштаны). Хуже — древесина липы, берёзы, где танина значительно меньше (см. таблицу).

Все учащиеся получат заряд познавательной активности - дополнительную мотивацию к изучению химии как жизненно важного предмета, если их сверстники покажут картину, сделанную своими собственными руками, и расскажут об исследованиях проведенных ими. А потом можно предложить решить задачу, например:

По старинным рецептам для протравы древесины рекомендовали применять “купорос зелёный” (FeSO₄ *7H₂0), который получали обработкой железных стружек “рудничными водами”, содержащими медный купорос (Cu SO₄*5H₂0). Какая масса протравы была получена при взаимодействии железа с 2,5 кг рудничной воды, содержащей 3,2% сульфата меди(II), если доля выхода продукта составляет 72% теоретически возможного?

При изучении солей можно упомянуть, что для защиты древесины от гниения используются химические средства. В арсенал химических средств против биологических повреждений входит пропитка антисептирующими веществами, убивающими болезнетворные организмы и придающими древесине дополнительную биологическую стойкость. Например, водорастворимые антисептики — фтористый натрий, кремнефтористый натрий, кремнефтористый аммоний, хлористый цинк и др. И тут же можно попросить составить формулы этих солей, определить содержание элементов в массовых долях.

Академик М.В. Ломоносов долгое время занимался получением квасцов, которые как он писал, “не токмо цвета ладные имеют, но и раны огнестрельные лечат”. Квасцы можно использовать в качестве протрав. Одно из таких веществ М.В. Ломоносов выделил. Какова формула квасцов, если известно, что это двеннадцативодный кристаллогидрат с массовым соотношением компонентов “сухой” части K:AL:S:O=39:27:64:128

В практике, особенно в строительном деле, приходится готовить растворы нужных концентраций из более концентрированных растворов, поступающих на базу. Например, соляная кислота поступает в виде 36%-ного раствора, а для промывки стен и потолка нужна 2%-ная кислота. Аммиак поступает в виде 25%-ного раствора, а для штукатурных работ нужна 6%-ная аммиачная вода, для приготовления клея 8%-ная и т.д.

Например, перед тем как решать задачи на приготовление раствора и делать расчёт, в группе столяров я предлагаю такую информацию: Если для изготовления резных работ (скульптур, мебели, наличников и т.п.) используют хвойные породы дерева, то сначала проводят обессмоливание поверхности, чтобы защитное покрытие слоем лака или воска получилось более качественным.Для этого поверхность готового изделия промывают скипидаром, бензолом или горячим 5 % раствором едкого натра. Смола становится мыльной, и ее смывают теплой водой или 2 % раствором соды.

Задача №1: А) Необходимо приготовить 300 г 5 % раствора едкого натра. Вычислите массу воды и едкого натра. Б) Необходимо приготовить 300 г 2 % раствора соды. Вычислите массу воды и гидрокарбоната натрия.

Задача №2. Древесину отбеливают, если на ее поверхности имеются цветные пятна или загрязнение. Отбеливанию хорошо поддаются светлые породы деревьев - клен, липа, осина и тополь. Другие породы деревьев в процессе отбеливания могут дать различные оттенки желтого и серого цвета, покрыться пятнами.

Древесину покрывают 2-3 раза подряд 6-10 % раствором щавелевой кислоты или 15 % водным раствором перекиси водорода с добавлением нашатырного спирта. Определите массу, количество и число частиц атомарного водорода в 200г этого препарата.

Задача №3. Рассчитайте массу щавелевой кислоты для приготовления 5л. 6%-ного раствора.

На уроке можно рассказать и о других отбеливающих составах (предложить рецепты), а лучше будет, если рецепты поищут сами учащиеся и таким образом можно постепенно их приучать к поиску нужной информации. Вот, например, рецепты найденные учащимися при самостоятельном поиске:

Рецепт № 1

Едкий натр (каустическая сода), 100г
Поташ, 100г
Хлорная известь, 200г
Вода горячая, 1,5л

Приготовление рецепта проводят следующим образом. В горячей воде растворяют едкий натр и поташ, а после охлаждения раствора добавляют хлорную известь.

Задача№4: В какой массе поташа K₂CO₃ содержится столько же атомов элемента калия, что и в 133г природного минерала сильвинита, имеющего формулу NaCL*KCL?

Рецепт № 2

Серная кислота (30 % раствор), 20мл.
Щавелевая кислота (20 % раствор), 15мл.
Перекись натрия, 25г.
Вода, 1л.

Состав наносят на древесину травяной щеткой с соблюдением мер безопасности (надевают резиновый фартук, перчатки, очки). После отбеливания состав смывают водным раствором соды. Этот рецепт служит для ускоренного отбеливания.

Рецепт № 3 Отбеливание перекисью водорода.

Поверхность древесины смачивают теплой водой и через 15-20 мин наносят 15-30 % раствор перекиси водорода, а затем 10 % раствор нашатырного спирта.

Липу, ясень и березу лучше обесцвечивать смесью, состоящей из 30 % раствора перекиси водорода и 10 % раствора аммиака в соотношении 10:1. Он является доступным и весьма эффективным рецептом.

Тут же можно предложить решить задачу: Сколько граммов NH₃ надо растворить в воде, чтобы получить 50г такого раствора? Сколько молекул аммиака содержится в этом растворе.

Рецепт №4 Отбеливание щавелевой кислотой

Липу, березу, клен, тополь и дуб можно отбеливать раствором щавелевой кислоты (1,5-6 г на 100 г кипяченой воды). Для того чтобы нейтрализовать действие кислоты после отбеливания, поверхность необходимо промыть раствором следующего состава:

Хлорная известь, 15г.

Кальцинированная сода, 3г.

Вода, 100г.

Сначала в горячей воде растворяют соду, затем в остывший раствор добавляют хлорную известь. После обработки раствором древесину промывают водой.

Допускается обесцвечивание лимонной или уксусной кислотой, разбавленной водой (5 г на 1 л воды). Также можно использовать отбеливатели для белья и краски для обесцвечивания волос. По завершении работы отбеливатели нужно тщательно смыть водой. Кислотные отбеливатели промывают раствором воды с содой.

Вовлечь учащихся в беседу, подводящую к изучению нового материала или посвящённую закреплению можно так же опираясь на материал профессиональной направленности. По теме: “Металлы. Сплавы. Коррозия металлов” с учащимися можно обсудить, почему шляпки декоративных гвоздей из чёрных металлов должны иметь декоративно-защитное покрытие: никелевое, хромовое, латунное или бронзовое. А стальные шурупы выпускаются без покрытия и с цинковым покрытием, с фосфатированием, с пассивирующими плёнками и с многослойными покрытиями (медь-никель, медь-никель-хром). Как возникает коррозия металлов и в чём состоит защита металлов от коррозии.

Хромомедные и хромомеднофтористые консерванты — используются при строительстве домов для обработки конструкций, контактирующих с водой, а также для обработки старой древесины, пораженной грибком.

При изучении темы “Полимеры” можно прочитать инструкцию про Жидкие гвозди “Момент монтаж”. В ней написана характеристика изделия и применение: позволяет обходиться без гвоздей, шурупов и дюбелей при наружных и внутренних работах. Не подходит для полиэтилена, полипропилена, тефлона и аналогичных материалов. Таким образом вовлечь учащихся в беседу, подводящую к изучению нового материала или посвящённую закреплению перед проведением практической работы, тем самым ещё раз подчеркнуть о необходимости химических знаний.

Мастеру столярно-плотничных и паркетных работ нужны знания по защите древесины от гниения и повреждения насекомыми; огнезащите древесины; видах, составе и основных свойствах клея; лакокрасочных материалах; металлических изделиях и мебельной фурнитуре; полимерных и облицовочных материалах; изоляционных и скрепляющих, вспомогательных материалах и т.д. Он должен знать, что долговечность натуральных паркетных покрытий зависит не только от породы и состояния древесины, времени и качества укладки паркета, но и от используемых лаков, клеев, шпаклевки и т. д. Кроме того, паркетный пол нуждается в уходе и защите. Чтобы остановить свой выбор на чем-то определенном, необходимо иметь достаточно четкое представление о целях и задачах, поставленных перед паркетным покрытием.

В современной технологии укладки штучного паркета существуют три основных направления по паркетной химии:

Первое направление - лаки, клеи и шпатлевки на водной основе. Это наиболее перспективное и модное на сегодняшний день в Европе направление из-за своей полной экологической чистоты. В отличие от двух других направлений химия на водной основе не выделяет формальдегиды и другие вредные химические вещества, как в процессе нанесения, так и в процессе эксплуатации готового паркета и не имеет эффекта "поджигания" паркета (т.е. изменения естественного цвета древесины), оставляя ему естественный цвет. Наряду с этим является покрытием с высокой износостойкостью к истираемости в процессе эксплуатации паркета, что немаловажно в помещениях с повышенной проходимостью людей. Но, как и у любых материалов, у химии на водной основе есть свои ограничения к применению для некоторых пород древесины (красное дерево, мербау, бамбук и др.) и для крупных размеров паркетной плашки.

Второе направление - паркетная химия на растворителях. Данная категория характеризуется тем, что не имеет ограничений по применению. Превосходно сочетается со всеми известными видами паркета и внутренней отделкой из дерева. Основными недостатками являются эффект "поджигания", и, как и все растворители, испарения при нанесении (при работе необходимо проветривать помещение).

Третье направление - это химия на двухкомпонентной основе. Характерной особенностью является быстрое высыхание после нанесения и неограниченной областью применения.

Еще одним альтернативным направлением в покрытиях для штучного паркета - это покрытие масломимеющим антистатические свойства, не обладающим блеском и не изменяющим внешний вид паркета. Покрытый маслом паркет имеет вид естественной древесины, что иногда необходимо для создания неповторимого интерьера. Масло для паркета применяется в сочетании с воском, необходимым для защиты полов от внешних воздействий. Такой пол требует к себе более частого и тщательного ухода. Масло прекрасно подчеркивает естественную красоту и структуру древесины. Одновременно с этим поверхность приобретает очень хорошую устойчивость к механическим нагрузкам и прекрасные грязеотталкивающие свойства.

Чтобы стать высококвалифицированным специалистом, учащимся необходимо расширять и углублять знания по материаловедению, а без химических знаний этого не произойдёт! Поэтому межпредметную связь необходимо осуществлять преподавателям химии, физики, биологии и материаловедения на каждом уроке.

Список литературы:

1. И.М. Титова “Вещества и материалы в руках художника” М.: МИРОС,1994 г.
2. A.M. Коноваленко “Реставрация мебели” 1990 г.
3. Т.А. Матвеев “Мозаика и резьба по дереву”. М. Высшая школа, 1989 г.