Колонна в Дели: ещё одно чудо света?

Разделы: Химия


Тема учебно-тематического планирования: «Коррозия металлов»  11 класс

Цель урока:  убедить учащихся в том, что необратимыми процессами коррозии можно управлять, зная физико-химические особенности процесса

Задачи:

  • Образовательные:
    • ознакомить с физико-химической сутью коррозии;
    • вывить негативное значение процесса коррозии;
    • определить пути замедления коррозии;
    • интеграция в тему урока МХК, физики, географии.
  • Воспитательные:
    • ознакомление с культурными памятниками других стран;
    • бережное отношение к окружающей среде.
  • Развивающие:
    • развитие коммуникативных качеств;
    • развитие навыков, необходимых в  дискуссии;
    • развитие навыков работы со справочной литературой и Интернетом;
    • развитие умений обобщать, анализировать, делать выводы.

Стартовый уровень обученности:

  • учащиеся знают:
    • окислительно-восстановительный процесс;
    • условия, влияющие на скорость химического процесса;
    • ряд активности металлов и химические свойства металлов.
  • умеют:
    • работать со справочной литературой и Интернетом;
    • анализировать и обобщать

Ведущая деятельность учащихся: поисковая

Метод работы учителя: урочный проект

Продолжительность работы: 1-2 урока

Информационно-техническое оснащение:

  • Интернет
  • Справочная литература
  • Мультимедийный проектор

Введение в тему урока

Металлы составляют одну из основ цивилизации на планете Земля. Среди них как конструкционный материал явно выделяется железо. Объем промышленного производства железа примерно в 20 раз больше, чем объем производства всех остальных металлов, вместе взятых. Широкое внедрение железа в промышленное строительство и транспорт произошло на рубеже XVIII...XIX вв. В это время появился первый чугунный мост, спущено на воду первое судно, корпус которого был изготовлен из стали, созданы первые железные дороги. Однако начало практического использования человеком железа относят к IX в. до н.э. Именно в этот период человечество из бронзового века перешло в век железный. Тем не менее, история свидетельствует о том, что изделия из железа были известны в Хеттском царстве (государство Малой Азии), а его расцвет относят к XIV...XIII вв. до н.э.
В природе, хотя и очень редко, но встречается самородное железо. Его происхождение считают метеоритным, т.е. космическим, а не земным. Поэтому первые изделия из железа (они изготавливались из самородков) ценились очень высоко – гораздо выше, чем из серебра и даже золота.
Несмотря на широкое внедрение в нашу сегодняшнюю жизнь полимерных материалов, стекла, керамики, основным конструкционным материалом продолжает оставаться железо и сплавы на его основе. С изделиями из железа мы на каждом шагу встречаемся в быту и знаем, как много хлопот доставляют его ржавление и сама ржавчина. Ржавлением называют только коррозию железа и его сплавов. Другие металлы корродируют, но не ржавеют. Хотя корродируют практически все металлы, в повседневной жизни человек чаще всего сталкивается с коррозией железа.
Строгие расчеты показывают, что большинство металлов имеет склонность к коррозии. Поэтому удивительно не то, что металлы корродируют, а то, что изделия из них могут существовать длительное время. Скорость, с которой протекает коррозия, не поддается теоретическому вычислению. Как правило, она определяется опытным путем. Скорость, прежде всего, зависит от характера образующихся продуктов коррозии и прочности их сцепления с металлом.

Введение в проблему

Однако в окружающем нас мире существуют загадки. В данной теме – это железная колонна в Дели. Ее установили в 5 веке н.э. примерно в 20 км от современного Дели. Она напоминает усеченный конус, вес около 6 т. Колонна считается нержавеющей (смотрим фотографию и текст через проектор).

Железная колонна –  стальная колонна высотой в 7 метров и весом в 6 тонн, входящая в состав  архитектурного ансамбля Кутб-Минара, расположенного примерно в 20 километрах  южнее старого Дели. Она изготовлена из ковкого железа чистотой до 98% с низким содержанием серы и повышенным содержанием фосфора.  Широкую известность колонна приобрела тем, что за 1600 лет своего существования практически избежала коррозии.
Упоминание о колонне встречается у Бируни из Хорезма в 1048 г: «… арабами был найден железный столб высотой в 70 локтей.  Хишам ибн-Амир приказал откопать его до основания, и при этом было обнаружено, что столб был вкопан еще на 30 локтей в землю. Тогда он стал расспрашивать о нем, и ему сообщили, что один Туба из Йемена вступил в их страну вместе с персами, и когда они овладели Индией, то йеменцы отлили из своих мечей этот столб и сказали: «Мы не хотим идти отсюда дальше в другую страну», – и завладели Синдом.
В свое время для объяснения стойкости колонны выдвигались разные теории. Например, что колонна состоит из метеоритного железа. По другим представлениям, в колонне использовался особый сплав, изобретенный древними индийскими металлургами. Высказывались предположения о покрытии колонны тончайшими антикоррозионными пленками от жиров до окалины.
Железная колонна – одна из главных достопримечательностей Дели. Считается, что если стать к колонне спиной и охватить ее сзади руками, это принесет счастье. Во избежание вандализма в 1997 г. Вокруг колонны была устроена ограда, так что теперь проверить достоверность этого поверия не так-то просто.

Факты:

  • если бы современный специалист по обработке металлов посмотрел на структуру этого сплава под микроскоп, то заявил бы, что данный материал следует применять для изготовления неответственных деталей из-за большого количества неметаллических включений
  • цвет колоны меняется от черного до коричневого на верхушке
  • подземная часть колоны покрыта слоем тривиальной ржавчины толщиной в сантиметр, встречаются «язвы» глубиной до 10 см

Проблема:  почему человечество до сих пор не воспользуется знаниями, полученными при изучении колонны, а предпочитает терпеть экономический ущерб от разрушительного действия коррозии?

Вместе с учащимися формулируем цель: выяснить, насколько возможно применить условия замедляющие коррозию в современных условиях для экономически развитых стран.

Задачи:

  • выяснить, что называют коррозией и каковы ее виды
  • условия протекания процесса
  • химизм процесса
  • условия, замедляющие коррозию

2-й этап урока: осуществление деятельности учащимися

Класс делится на 4 группы, согласно поставленным задачам.
В каждой группе выделяются следующие роли: организатор-руководитель; хронометрист; фиксатор идей; составляющий план презентации; репортер. Время работы: 15 мин

Оборудование: учебник химии 11 класс, справочная литература, Интернет

Вопросы для обсуждения каждой группе (написаны на экране)

  • Мотивировать решение о наличии процесса коррозии колонны.
  • Если колонна корродирует, то каков  вид ее коррозии.
  • Какие виды чаще встречаются в окружающем мире и почему?
  • Какие условия способствуют ускорению коррозии и какие из них действуют на колонну?
  • Что такое «ржавчина», как от нее можно избавиться, все ли металлы ржавеют и корродируют?
  • Какие способы замедления коррозии существуют, и какие из них действуют на колонну? 

Заслушиваем презентации: время 1-2 мин.

На доске выписываются основные тезисы и понятия

Делаем вывод: колонна корродирует, но скорость коррозии низкая по следующим причинам:

  • сухая атмосфера близ Дели
  • из-за скопления людей и животных аммиачная атмосфера
  • у массивной колонны высокая теплоемкость: металл запасает тепло, а дождевая вода быстро испаряется
  • нижнюю часть колонны, свободную от ржавчины, полируют руки людей, которые верят в то, что она приносит счастье

Рефлексия учащихся

Комментарий домашнего задания: какие условия способствуют ускорению коррозии транспортных средств в нашем городе? Можно ли и как их свести к минимуму?