Тип урока: урок-семинар с компьютерной презентацией.
Цели:
- Развитие творческого потенциала учащихся.
- Повышение познавательной активности.
- Активизация навыков работы с дополнительной литературой.
- Использование информационной технологии в приобретении знаний об окружающем мире.
Задачи:
- обобщить повторить знания о диеновых углеводородах: особенности строения, свойства, способы получения;
- получить понятие о химическом составе молекул природного каучука, нахождение в природе;
- познакомить (кратко) с основными направлениями научных исследований русского химика Лебедева С. В.;
- закрепить навыки культуры при выполнении экспериментальной и творческой работы.
Оборудование:
- компьютерный проектор, набор для сборки и демонстрации моделей молекул, необходимые учебные таблицы, стенд «Наборы различных видов каучуков»;
- набор реактивов и лабораторной посуды, необходимых для лабораторных опытов (штативы с пробирками, фарфоровые чашки, стеклянные палочки, спиртовки);
- пробирки с заготовками: кусочков бутадиенового каучука, находящихся в воде, в растворах агрессивных жидкостей (серной кислоты, щёлочи). В органических растворителях (спирта, бензина, ацетона, хлороформа).
Ход урока
Кабинет химии оборудован в виде исследовательской лаборатории, где проходит очередное заседание научных сотрудников (учащиеся класса). Заседание проводит руководитель научных исследований профессор Лебедев Сергей Васильевич, в роли которого один из учеников.
На рабочих столах вместе с необходимым оборудованием перед учащимися распечатанные программки с планом, целями и задачами урока.
На экране портрет Лебедева С. В., название урока (см. Приложение. Слайд 1).
Из репродуктора звучит песня «Широка страна моя родная».
Вступительное слово учителя: Погружаемся в историческую эпоху – конец 20-х, начало 30-х годов XX столетия.
Молодая Советская республика после Гражданской войны переживает годы подъёма промышленности, сельского хозяйства. Советские люди в своей обновлённой стране совершают поистине героические подвиги: и трудовые, и научные, проводят различные научные открытия.
Мы сегодня с вами поговорим совсем немножечко об одном из таких научных открытий советского химика.
Представим, что мы находимся в 1932 году в научно-исследовательской лаборатории советского химика Сергея Васильевича Лебедева. Он проводит заключительное научное заседание с небольшой группой сотрудников, которые проводили научные исследования, опыты по получению первого в мире синтетического бутадиенового каучука.
Лебедев: Уважаемые коллеги, вы должны были ещё раз проверить свойства, полученного нами каучука. Для этого необходимо провести научные лабораторные эксперименты. Прошу доложить о результатах экспериментов, проведённых накануне заседания.
Учащиеся (научные сотрудники) по очереди рассказывают и демонстрируют результаты экспериментов: действие на каучук различных веществ (кислоты, щёлочи, органических растворителей: спирта, бензина) и делают выводы об основных свойствах.
Сотрудник 1: Каучук отличается водонепроницаемостью, в воде практически не растворяется.
Сотрудник 2: В этиловом спирте его растворимость небольшая.
Сотрудник 3: В бензине и хлороформе каучук набухает.
Лабораторный опыт.
Учащиеся проводят лабораторный опыт для того, чтобы проверить свойство – эластичность каучука (нагревают его в фарфоровых чашечках, расплавляют и при помощи стеклянных полочек вытягивают в длинные нити).
Учитель (обобщает и делает выводы):
- Каучук – это полимер, то есть, высокомолекулярное соединение, которое состоит из десятков тысяч молекул, свёрнутые в маленькие глобулы.
- При нагревании не совсем прочные связи между глобулами рвутся, и молекулы вытягиваются в одну линию.
Лебедев: Мы убедились, что эластичность нашего каучука – довольно хорошая. Прочность нашего каучука нам помогли проверить рабочие завода «Красный треугольник», которые изготовили и подарили нам первую шину.
Наши контрольные опыты показали, что в органических растворителях и в растворах агрессивных жидкостей молекулы каучука не распадаются, а только разбухают...
В лабораторию вбегает ещё один сотрудник. В руках держит экземпляры газеты «Правда».
Сотрудник 4: Сергей Васильевич, извините за опоздание. У меня есть замечательная новость! На первой странице газеты «Правда» напечатана статья о нашем открытии. Кстати, давайте послушаем радиопередачу, включите, пожайлуста, радиоприёмник!
Начинается радиопередача. Звучит песня «А на-ка песню нам пропой, весёлый ветер». Затем звучат слова диктора.
Диктор (радиопередача): Здравствуйте, товарищи! Передаём последние известия.
15 февраля 1931 года на Ленинградском опытном заводе литер «Б» получены первые 265 кг каучука, произведённые в заводском масштабе.
Напряжённая работа небольшого коллектива завода обеспечила в короткие сроки претворения в жизнь заветной мечты советских химиков. Новая промышленная технология, основанная учёным химиком, профессором Ленинградской Военно-медицинской Академии Сергеем Васильевичем Лебедевым, группирует возле себя и промышленность, и сельское хозяйство, и целый букет специальных производств.
Это событие важно и в том отношении, что оно освободит нашу развивающую промышленность от ввоза иностранного сырья.
К 1926 году в нашей стране закончился восстановительный период. На повестку дня становится вопрос и об индустриализации страны, и освобождении от иностранной экономики.
Одной из важнейших проблем, требующей скорейшего разрешения, была проблема синтеза каучука.
В1927 году в Калининградском университете начала работать первая в мире научно-исследовательская лаборатория синтетического каучука, которую организовал и возглавил Сергей Васильевич Лебедев.
Метод Лебедева прошёл успешную проверку на опытном заводе.
Лебедев: Наше заседание продолжается. Мои ассистенты расскажут вам о том, как протекали главные реакции.
Ассистент 1: (Слайд 2) Рассмотрим реакцию получения бутадиена (C4H6) из этилового спирта.
По молекулярной формуле мы не можем определить, к какому гомологическому ряду относится данное соединение. Такой же молекулярный состав имеет бутин-изомер бутадиена.
Для того, чтобы понять, как протекает реакция, достаточно составить структурные формулы исходных веществ и продуктов реакции.
Сырьём для получения бутадиенового каучука был взят этиловый спирт (CH3-CH2-OH), в качестве катализатора был взят металлический натрий (Na). Реакция протекала при температуре 400-425ºС, в результате реакции от двух молекул спирта отщепляется две молекулы воды (H2O) и одна молекула газа водорода.
В результате такого отщепления около первого и третьего атомов углерода образовались две двойные связи.
Таким образом, полученное вещество с молекулярной формулой C4H6 относится к гомологическому ряду диеновых углеводородов и называется Бутадиен-1,3.
Ассистент 2: Рассмотрим особенности реакции полимеризации, в результате которой получили впервые бутадиеновый каучук.
Каучук – это полимер, образующийся из мономеров. Мономерами натурального каучука являются молекулы 2-метилпентадиен-1,3 (структурная формула в распечатанном виде на рабочих столах учащихся).
Первый синтетический каучук был получен из бутадиена-1,3 в результате реакции полимеризации. Это реакция соединения молекул бутадиена по месту разрыва непрочных Пи-связей с образованием высокомолекулярного соединения пространственной структуры.
Процесс полимеризации осуществлялся в специальной печи (Слайд 5) и заключался в следующем: при температуре 400º в присутствии катализатора в молекулах мономеров рвутся Пи- связи, в результате атомы углерода получают свободные связи. Крайние атомы углерода на эти свободные связи присоединяют другие молекулы, а внутренние атомы образуют между собой дополнительные Пи-связи. Так образуются структурные звенья полимера (повторяющиеся по структуре группы атомов). Это линейная структура полученного полимера. Но при данных условиях реакции образуется пространственная структура. Общая формула полимера бутадиенового каучука имеет вид. (Слайд 3)
На слайде показана пространственная структура Цис-форма (одинаковые атомы и группы атомов расположены по одну сторону относительно двойной связи). Если одинаковые атомы или группы атомов расположены по разные стороны относительно двойной связи, то образуется пространственный изомер – Транс-форма.
Кроме бутадиенового каучука был получен и изопреновый каучук. (Сайды 3,4)
Учитель: Реакция дегидрирования и дегидратации этилового спирта, в результате которой был получен бутадиен-1,3 вошла в историю химии и называется « реакция Лебедева».
А теперь предлагаю посмотреть историческую хронику – как это было.
Идёт показ ролика «Проблема синтетического каучука и её решение».
Сотрудник 5: 18 декабря 1932 года в большом зале московско-нарвского дома культуры им. Горького состоялась юбилейная сессия, посвящённая 15-летию Великой Октябрьской Социалистической Революции, на ней выступил Лебедев С. В. С докладом о своих исследованиях.
По-научному строго он определил пути дальнейшего развития синтетического каучука в промышленности нашей страны.
Выступления по слайдам, на которых представлены различные виды современных каучуков.
Сотрудник 3:
(Слайд 4 – «Бутадиеновый (Дивиниловый) каучук»)
Характерна водо- и газонепроницаемость. По износоустойчивости и эластичности превосходит природный каучук. Применение – для производства кабелей, в производстве шин, принадлежностей быта.
(Слайд 7 – «Бутадиен-стирольный каучук»)
Характерна газонепроницаемость, но недостаточная жароустойчивость.
Используется в производстве лент для транспортёров, автокамер.
(Слайд 8 – «Полихлоропреновый каучук»)
Устойчивый к воздействиям высоких температур, бензинов и масел.
Используется в производстве кабелей, трубопроводов для перекачки бензина, нефти.
Сотрудник 4:
(Слайд 9 – «Полиуретановый каучук»)
(Слайд 10 – «Фторкаучук»)
Характерна высокая прочность при растяжении и стойкость к различным воздействиям: высоких температур, давления, органических растворителей, агрессивных жидкостей, таких, как окислители и кислоты.
(Слайд 11 – «Кремнийорганический каучук»)
Характерна тепло- и морозостойкость. Обладает физиологической инертностью, что обуславливает применение в медицине, так как не оказывает вредного воздействия на живую клетку в организме человека.
Лебедев: Каучук – это источник бесконечного разнообразия. Каждый новый каучук является носителем определённых свойств и поэтому эта промышленность получит широкую свободу в выборе.
Для одного каучука характерна большая механическая прочность, для другого – сопротивляемость к истиранию, для третьего – стойкость при повышенных температурах, для четвёртого – сохранение эластичности при пониженных температурах и так далее.
Сотрудник 5: Без открытия синтетического каучука и внедрения его в нашу промышленность мы бы не достигли сейчас таких результатов в авиации, вычислительной технике, медицине и многих других областях. Синтетический каучук намного эластичнее и прочнее, чем обычный природный.
Учитель: Из каучуков, Характеризующихся эластичностью, водонепроницаемостью, электроизоляционными свойствами, путём специальной обработки получают резину. (Слайд 12, 13)
Предлагаю посмотреть отрывок из фильма, из которого мы узнаем, что такое резина и как она была получена.
Просмотр отрывка фильма.
Учитель: Итак, мы узнали, что при попадании серы на нагретый до высокой температуры каучук, протекает реакция вулканизации, в результате которой длинные молекулы каучука как бы прошиваются атомами серы, приобретая вид сетки. И в результате образуется новое вещество с новыми свойствами.
Несколько слов о том, какое значение имеет резина.
Дело в том, что любой каучук при низких температурах становится хрупким и ломается, а а при высоких температурах он становится вязким и тягучим. Резина утрачивает эти нежелательные свойства, благодаря чему нашла широкое практическое применение.
Лирическое отступление.
Далее учитель коротко рассказывает о Сергее Васильевиче, о его замечательных человеческих качествах.
Сергей Васильевич Лебедев был не только замечательный исследователь, учёный, но он был ещё и замечательный человек. Обратите внимание на эту картину, которую нарисовал Сергей Васильевич. (Слайд 14)
Он очень любил природу, любил рисовать. Это был изумительно тонкой натуры человек.
Сотрудник 2: Сергей Васильевич Лебедев очень любил поэзию и прозу А.С. Пушкина. Очень часто, приезжая с женой в пригород Ленинграда, названный именем великого поэта, он ей говорил: «Ну, а теперь давай сходим к Александру Сергеевичу поздороваться».
И они шли по аллеям и паркам маленького города. Подходя к памятнику юного лицеиста, Сергей Васильевич обходил вокруг него и громко читал неугасаемые строки:
Младых бесед оставя блеск и шум,
Я знал и труд и вдохновенье
И сладостно мне было жарких дум
Уединённое волненье…
(Слайд 15)
Учитель (обращает внимание на портрет Сергея Васильевича): Этот портрет Сергея Васильевича нарисовала его жена. Она была профессиональной художницей, закончила Академию Художеств. Очевидно, под воздействием тех эмоций, которые испытывала она к мужу, и был написан портрет, который сохранился до наших дней.
Обратите внимание, какой здесь необыкновенно задумчивый Сергей Васильевич... Какая-то глубокая мысль читается на его лице.
Для этого замечательного человека было характерным «.....видеть свою мысль, превращённой в живое дело».
Это удивительное свойство хотелось бы видеть в каждом из вас.
Лебедев Сергей Васильевич был учёным-стратегом, так как он предвидел развитие открытий, которые он сделал. И, конечно же, он был Человеком-Патриотом.
Хочется, высказать пожелание вам всем – пусть ваши мысли всегда превращаются в «живое дело» и всегда добивайтесь своей цели в жизни.
Поэтому наш урок заканчиваем куплетом из песни, слова которой были очень популярны в эпоху и годы, великих открытий Сергея Васильевича Лебедева.
Звучат слова песни:
Кто привык за победу бороться,
С нами вместе пускай запоёт,
Кто весел, тот смеётся,
Кто хочет, тот добьётся,
Кто ищет, тот всегда найдёт!