XII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Этот интересный газ - углекислый!
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1. Введение
На уроке « Окружающий мир» мы изучали тему о воздухе и его свойствах. Я узнала, что в воздухе в малом количестве содержится углекислый газ. Учитель рассказала, что он является очень важным газом на нашей планете.
Мне стало интересно, почему углекислый газ такой важный, какими свойствами он обладает. Я решила самостоятельно изучить данный вопрос.
Я хотела найти ответы на некоторые вопросы:
История открытия углекислого газа
Роль углекислого газа в жизни человека
Способы получения углекислого газа
Свойства углекислого газа
Я решила подробно разобраться в этом вопросе, поэтому выбрала именно такую тему исследовательской работы.
Итак, тема научно-исследовательской работы: углекислый газ и его свойства
Объект исследования: Углекислый газ.
Предмет исследования: состав, получение, свойства и значение углекислого газа.
Цель моего исследования: определить свойства углекислого газа.
Учебные задачи:
1. Узнать, историю открытия углекислого газа.
2. Узнать, углекислый газ легче или тяжелее воздуха.
3. Доказать, что в газированной воде содержится углекислый газ.
4. Доказать, что в выдыхаемом воздухе содержится углекислый газ.
Методы исследования:
1. Изучение энциклопедической литературы, научных изданий, ресурсов сети Интернет.
2. Проведение опытов по определению свойств углекислого газа.
Гипотеза: углекислый газ – это газ, который нельзя увидеть и почувствовать, но можно получить и изучить.
Методы исследования: изучение информационных источников; систематизация; обобщение; поиск; описание; сопоставление; эксперимент; анализ; осмысление.
2.Основная часть
2.1. История открытия углекислого газа
Углекислый газ был первым между всеми другими газами противопоставлен воздуху под названием “дикого газа” алхимиком XVI в. Вант Гельмонтом. Открытием СО2 было положено начало новой отрасли химии – пневматохимии (химии газов).
Первооткрывателем углекислого газа является шотландский физик и химик Джозеф Блэк. В 1756 г ученый проводил эксперимент, нагревая белую магнезию. В результате нагрева он выявил, что карбонат магния разложился до жженой магнезии с потерей массы и образованием так называемого «связанного воздуха». Этим воздухом и был диоксид углерода или по-другому углекислый газ.
Этот газ был идентичен открытому Ван Гельмонтом “дикому газу”, но Блэк дал ему новое название – “связанный воздух” – так как этот газ можно было связать и вновь получить твердую субстанцию, а также он обладал способностью притягиваться известковой водой (гидроксидом кальция) и вызывать её помутнение.
Углекислый газ — это вещество, существующее обычно в газообразном состоянии. Он может стать твердым, если немного охладится.
2.2. Углекислый газ в жизни человека
В воздухе всегда содержится небольшое количество углекислого газа, около 1 литра в 2560 литрах воздуха. Большая часть углекислого газа поступает в воздух, когда животные и растительные ткани, состоящие из углерода, разлагаются. Топливо, состоящее из углерода, такое, как древесина или каменный уголь, дают большое количество двуокиси углерода при сгорании.
Человеческому организму требуется для существования небольшое количество углекислого газа. Он контролирует скорость биения сердца и некоторые другие функции организма. Но перенасыщение организма углекислым газом может причинить вред и даже стать причиной смерти.
Человек получает кислород из воздуха, которым дышит. Кислород поступает в кровь. Там он соединяется с пищей и превращается в результате химических реакций в углекислый газ. Углекислый газ возвращается в легкие и выдыхается. Деревья, в свою очередь, испытывают жизненную необходимость в углекислом газе. Зеленые растения поглощают углекислый газ из воздуха через поры в листьях. Он соединяется с водой, а затем с помощью солнечного света углекислый газ и вода превращаются в крахмал и другую пищу для растения. Растение при этом выделяет кислород. Итак, растения выделяют кислород и поглощают углекислый газ. Люди и животные вдыхают кислород, а выдыхают углекислый газ. Это поддерживает постоянное количество кислорода и углекислого газа в воздухе.
Однако, существенные изменения в составе атмосферы происходят под влиянием природных факторов и влияния человека. Хозяйственная деятельность человека, связанная с потреблением кислорода, выбросами пыли, газа, органики и излучением магнитных полей, может оказывать заметное влияние на состояние атмосферы.
Промышленная революция, вырубка лесов и распашка земель, эрозия почв, лесные и степные пожары – всё это сопровождалось ростом запылённости воздуха. С конца 19 века по наши дни количество пыли в атмосфере возросло в 20 раз.
С каждым годом увеличивается газовое загрязнение атмосферы предприятиями и автотранспортом. В течение последних 100 лет за счет сжигания топлива человек добавил в атмосферу 400 млрд. тонн углекислого газа. Все это привело к тому, что поступление углекислого газа в атмосферу стало превышать его потребление растениями. Ежегодный прирост углекислого газа в атмосфере ныне составляет 14 млрд. тонн
2.3Природные источники углекислого газа
Природные источники углекислого газа называются мофетами. Мофеты характерны для последней, поздней стадии затухания вулканов, в которой находится, в частности, знаменитый вулкан Эльбрус. Поэтому там наблюдаются многочисленные выходы пробивающихся сквозь снега и льды горячих источников, насыщенных углекислым газом. Вне земного шара оксид углерода обнаружен в атмосферах Марса и Венеры – планетах “земного типа”.
Несколько столетий функционирует в качестве постоянно действующего генератора CO2 “Собачья пещера” вблизи города Неаполя в Италии. Она знаменита тем, что собаки в ней не могут находиться, а человек может там пребывать в нормальном состоянии. Дело в том, что в этой пещере углекислый газ выделяется из земли, а так как он в 1,5 раза тяжелее воздуха, то располагается внизу, примерно на высоте роста собаки (0,5 м). В таком воздухе, где углекислого газа 14% , собаки (и другие животные, разумеется) дышать не могут, но стоящий на ногах взрослый человек не ощущает избытка углекислого газа в этой пещере. Такие же пещеры существуют в Йеллоустонском национальном парке (США).
3. Опытно-экспериментальная часть
Моё исследование состояло из двух частей. Первая часть – собрать теоретические сведения об углекислом газе, а вторая часть – это собственное исследование - проведение опытов в домашних условиях для определения свойств углекислого газа.
3.1 Получение углекислого газа
Карбонат любой возьмем,
Кислоты к нему прильем.
Пузырьки увидит глаз –
Углекислый, что ли газ?
Нам сказать поможет «ДА!»
Известковая вода.
Распознать его сумеет,
Так как вскоре помутнеет.
Чтобы изучить углекислый газ, его надо получить. Я решила проверить, можно ли получить углекислый газ.
Для этого я провела небольшой эксперимент.
Первый опыт
Этот опыт я провела в кабинете химии вместе с учителем. В две пробирки налили известковую воду. Одну пробирку оставили чистой для контроля.
Через известковую воду продували выдыхаемый воздух.
Наблюдали, что прозрачная известковая вода помутнела. Это качественная реакция на углекислый газ. (Приложение опыт №1)
Вывод: в выдыхаемом воздухе содержится углекислый газ.
Второй опыт
Этот опыт я провела дома. Я взяла соду и залила уксусной кислотой. В результате выделится углекислый газ. (Приложение опыт №2)
Вывод: при взаимодействии соды и уксусной кислоты выделяется углекислый газ
Третий опыт
Я попробовала обычный школьный мел залить уксусной кислотой. В результате этого эксперимента выделился углекислый газ. (Приложение опыт №3)
Вывод: при взаимодействии мела и уксусной кислоты выделяется углекислый газ
3.2 Опыты для выявления свойств углекислого газа
1 Опыт: В пластиковую бутылку наливаем уксус (примерно 50 мл). Через воронку засыпаем в эту ёмкость 2-3 чайных ложки соды.
Надеваем шарик на горлышко бутылки, и он начинает медленно надуваться.
В результате взаимодействия соды и уксуса выделяется углекислый газ, который и наполняет шар.
Заполненный углекислым газом шарик не смог подняться вверх. (Приложение опыт №4)
Вывод: углекислый газ тяжелее воздуха
2 Опыт: Берем минеральную газированную воду, насыпаем соль или сахар. Смесь «зашипела». Приходим к выводу: в газированной воде под давлением растворён углекислый газ.
Когда мы добавляем соль или сахар, они начинают растворяться в воде. А углекислый газ выходит из воды. (Приложение опыт №5)
Вывод: углекислый газ малорастворим в воде
3 Опыт: На дно пустого стакана нужно насыпать 1 столовую ложку пищевой соды. Опустить на дно стакана свечу-таблетку и зажечь её.
Пипеткой или шприцом по кругу на соду налить уксус. Делать это нужно очень аккуратно, чтобы не обжечься и не попасть на свечу.
Сода зашипела, и свеча погасла сама!
И снова все дело в химическом взаимодействии между кислотой и щелочью. Углекислый газ, образующийся во время реакции, вытесняет кислород вокруг свечи. А без кислорода горение невозможно. По такому же принципу работают пенные углекислотные огнетушители. (Приложение опыт №6)
Вывод: углекислый газ не поддерживает горения
4 Выводы
Результаты исследования показали, что углекислый газ
Без цвета
Без запаха
Тяжелее воздуха
Малорастворим в воде
Можно получить в домашних условиях
Не поддерживает горения
Следовательно, гипотезу подтверждаем. Углекислый газ нельзя увидеть и почувствовать.
5 Применение углекислого газа
Применение углекислого газа основано на его свойствах. Его применяют:
В пищевой промышленности для газирования минеральных вод, шипучих напитков и хранения продуктов.
Твердый СО2 или «сухой лёд» используют для хранения и перевозки продуктов питания: рыбы, мяса, мороженого.
Для тушения пожара
Для получения мочевины - ценного удобрения.
Для получения соды
Углекислым газом насыщают воздух в теплицах, для повышения урожайности
6 Заключение
В результате проведения своего исследования, я узнала, кто открыл углекислый газ, как его можно получить и определила его свойства.
Оказалось, что этот процесс очень увлекательный. Я обязательно расскажу одноклассникам о проделанной работе, познакомлю их с результатами своего исследования. Мне было очень интересно проводить опыты. Это был первый мой опыт в проведении опытно-экспериментальной работы.
На этом мои исследования свойств углекислого газа не будут закончены. Углекислый газ таит в себе множество загадок и, хотя он был открыт ещё в 16 веке, не потерял своей актуальности и в 21 веке.
Я хочу продолжить изучение этого удивительного газа и постараюсь определить влияние углекислого газа на мыслительные функции школьников.
Я думаю, что процесс обучения школьников будет более эффективным, если участники образовательного процесса будут информированы о содержании углекислого газа в школьных помещениях до и после занятий, будут своевременно принимать меры по устранению избытка углекислого газа в учебных кабинетах. Предстоит интересная работа.
Еще я узнала, что с помощью углекислого газа можно сделать газировку! (Приложение пункт 1.3)
Для это необходимо:
Развести воду вареньем.
Добавить немного соды и немного лимонной кислоты.
Все хорошо перемешать.
Газировка готова!
7. Список использованной литературы
Большая детская энциклопедия М.: Махаон - 336 с. 2010 г
Научная тетрадь Химия М: Аванта -47 с 2018 г
Светлана Лаврова: Занимательная химия – 128 с 2016 г
Что такое CO2 [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://tion.ru/blog/dioksid-ugleroda-co2/
Детская энциклопедия Потому.ру// Что такое углекислый газ? [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://potomy.ru/world/830.html
HeaClub / Простые и безопасные химические опыты для детей, школьников в домашних условиях: описание, инструкция, отзывы. Химические опыты для детей на день рождения, праздник, утренник[Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://heaclub.ru/prostye-i-bezopasnye-himicheskie-opyty-dlya-detej-shkolnikov-v-domashnih-usloviyah-opisanie-instrukciya-otzyvy-himicheskie-opyty-dlya-detej-na-den-rozhdeniya-prazdnik-utrennik
Приложение
1.1 Опыты по получению углекислого газа
Опыт № 1
Опыт №2
Опыт №3
1.2 Опыты по выявлению свойств углекислого газа
Опыт №4
Опыт №5
Опыт 6
1.3 Получение газировки