XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Углекислый газ вокруг нас
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Однажды бабушка собралась печь пирожки и поставила тесто. Со временем крышка в кастрюльке начала подниматься. Я так удивился и заглянула в кастрюльку. На поверхности теста я увидел пузырьки. Я заинтересовалась, почему это происходит.
Я спросил у учителя, что это за пузырьки? Она объяснила, что тесто поднимается благодаря возникновению пузырьков углекислого газа.
Мне стало интересно, а что же ещё может углекислый газ? Так появилась тема исследовательской работы «Углекислый газ вокруг нас»
Цель: опытным путем проверить некоторые свойства углекислого газа и выяснить, где он применяется на практике.
Перед собой мы ставили следующие задачи:
1. Изучить общие сведения об углекислом газе и его роли на Земле.
2. Опытным путем определить основные свойства углекислого газа и их применения.
3. Выяснить, где используются эти свойства на практике.
Предмет исследования: углекислый газ
Объект исследования: свойства углекислого газа
В ходе исследования использовались следующие методы:
-
Изучение литературы и материалов из сети Интернет
-
Наблюдение
-
Опыты
-
Описание
-
Обобщение
Предположим, что углекислый газ таит в себе множество загадок и не потерял своей актуальности и в наше время.
Глава 1.Теоретическая часть
1 .1 История открытия углекислого газа
Углекислый газ под названием «дикого газа» был открыт в 16 веке голландским учёным в Ван-Гельмонтом. (Алхимия – средневековое название химии.) Он изучал пары, которые образовались при горении дерева, впервые применил слово «газ».
«Уголь, − утверждал Ван Гельмонт, − и вообще все горючие вещества освобождают необходимым образом при своём горении «дикий газ». 62 ливра (ливр – французская единица веса, 1 ливр=489,5г) дубового угля дают 1 ливр золы. Остальные 61 ливр пошли на образование «дикого газа». Этот «воздух», неизвестный до сих пор, который нельзя ни собрать в сосуды, ни превратить в видимое тело, я называю новым именем – газ». Так было положено начало новой отрасли химии – химии газов.
Его молекула состоит из двух атомов кислорода и одного атома углерода. Это отражено в его химической формуле − СО2.
Углекислый газ – бесцветный газ без запаха. Мы его не видим, но он повсюду нас окружает. Имеет слегка кисловатый вкус. Тяжелее воздуха в 1,5 раза, но легче жидкости. Растворим в воде. Не поддерживает горение. Замерзает при температуре минус 78,5 0С с образованием снега – «сухого льда».
1.2 Углекислый газ в природе
Содержание углекислого газа в атмосфере относительно небольшое, всего
0, 04 - 0,03%. В 60 раз больше углекислого газа содержится в растворённом виде в морях и океанах. Основная масса углекислого газа в природе образуется при гниении и горении органических веществ.В процессе дыхания люди, животные и растения выделяют углекислый газ, который попадает в атмосферу. Непрерывно увеличивается количество углекислого газа, выделяемого различными производствами. Естественные источники углекислого газа – вулканы. Углекислый газ содержится в составе вулканических газов, которые выбрасываются в атмосферу во время извержений.
В Италии есть Собачья пещера. 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). Такие же пещеры существуют и в национальном парке (США) Йеллоустонском.
1.3 Фотосинтез
У глекислый газ очень важен для фотосинтеза. Фотосинтез – это важнейший процесс в жизни нашей планеты. Главную роль в процессе фотосинтеза играют растения – трава, деревья, кустарники. Именно в листьях растений на протяжении миллионов лет происходит удивительное превращение углекислого газа в кислород, так необходимый для жизни любителям дышать. Попробуем разобрать весь процесс фотосинтеза по порядку.
1. Растения берут из почвы воду с растворенными в ней минеральными веществами – азот, фосфор, марганец, калий, различные соли – всего больше 50 различных химических элементов. Это необходимо растениям для питания. Но из земли растения получают лишь 1/5 часть необходимых веществ. Остальные 4/5 они получают из воздуха!
2. Из воздуха растения поглощают углекислый газ. Тот самый углекислый газ, который мы выдыхаем каждую секунду. Углекислым газом растения дышат, как мы с вами дышим кислородом. Но и этого мало.
3. Незаменимый компонент в природной лаборатории − солнечный свет. Солнечные лучи в листьях растений пробуждают необычайную химическую реакцию. Как же это происходит?
4. В листьях растений есть удивительное вещество – хлорофилл. Хлорофилл способен улавливать потоки солнечного света и неутомимо перерабатывать полученные воду, микроэлементы, углекислый газ в органические вещества, необходимые каждому живому существу нашей планеты. В этот момент растения выделяют в атмосферу кислород! Именно эту работу хлорофилла ученые называют сложным словом – фотосинтез.
В 1600 году голландский ученый Ван-Гельмонт впервые провел исследование как питаются растения. В 1771 году английский ученый Джозеф Пристли открыл фотосинтез, а русский ученый К.А. Тимирязев развил учение о фотосинтезе.
Глава 2. Практическая часть.
1.1. Опыты
Опытным путём определим некоторые свойства углекислого газа.
Опыт 1 «Дыхание»
Наливаем в чашку воду – опускаем туда трубочку. Выдыхаем воздух.
Результат: в воде появились пузырьки углекислого газа.
Вывод: мы выдыхаем углекислый газ, он растворяется в воде.
У глекислота содержится и в наиболее распространенных огнетушителях – углекислотных. Миниатюрный углекислотный огнетушитель можно изготовить в домашних условиях.
Опыт 2 «Углекислотный огнетушитель»
Чтобы доказать, что углекислый газ не поддерживает горение, мы провели следующий опыт. Взяли лучину, подожгли её, опустили в стакан, в которой находились сода с уксусом.
Результат: лучина погасла. Это произошло потому, что пузырьки, образовавшиеся при взаимодействии соды и уксуса, не что иное, как углекислый газ. Он удалил из пламени кислород и прервал процесс горения.
Вывод:углекислый газ не поддерживает горение.
Опыт 3 «Надуваем шарик»
А этим опытом мы доказали, что углекислый газ тяжелее воздуха. Наливаем полстакана уксуса в бутылку. В шарик всыпаем 5 столовых ложек соды. Надеваем шарик на горлышко бутылки. Поднимаем шарик, чтобы сода высыпалась в бутылку. Шарик надулся. Снимаем шарик с бутылки, завязываем горлышко. Подбрасываем шарик вверх.
Результат: при добавлении соды в уксус выделяется углекислый газ, жидкость начинает пениться, и шарик надувается. Воздушный шарик, надутый таким образом, не взлетел.
Вывод: углекислый газ тяжелее воздуха.
Опыт 4 «Танец изюма»
В высокий прозрачный стакан вылили бесцветную газированную воду. Заметили, что пузырьки со дна стакана начали подниматься на поверхность. Опустили изюм в стакан.
Результат: спустя некоторое время изюминки начали плавно подниматься и опускаться, создавая иллюзия танца в воде. Плотность изюма больше плотности воды, поэтому сначала изюм опускается на дно. Любая газированная вода высвобождает пузырьки углекислого газа. Когда эти пузырьки прикрепляются к неровной поверхности изюма, и таких пузырьков становится достаточно, чтобы поднять ягоды на поверхность, изюм всплывает. Как только изюм достигает поверхности воды, пузырьки газа лопаются и растворяются в воздухе. Изюминки теряют свою плавучесть и снова опускаются на дно стакана. Этот процесс повторяется до тех пор, пока в напитке остается углекислый газ.
Вывод: углекислый газ легче жидкости.
Свойства углекислого газа используются и в пищевой промышленности. Докажем это.
Опыт 5 «Пышные оладьи»
Приготовили тесто из муки и воды. Разделили его на две части. В одну часть добавили соду, гашенную уксусом. Из одинакового количества каждого теста на сковороде испекли по одной лепешке. Результат: из простого теста лепешка получилась тонкая и плотная, а из теста с содой и уксусом – пышная и пористая.
Вывод: углекислый газ используют для разрыхления теста.
Сделанные выводы позволяют судить о том, что цель нашего исследования достигнута, результаты исследования могут быть использованы на уроках окружающего мира и во внеклассной работе.
Однако, есть ещё явления, которые требуют изучения :
Несколько лет назад стало известно, что и на Марсе падает снег, только снежинки там не такие как на нашей планете. Они состоят из углекислого газа, который в земных условиях представляет собой бесцветный газ, а в марсианской атмосфере он превращается в мельчайшие снежинки белого цвета. Этот снег оседает на поверхности Красной планеты (Марс), и поэтому создаётся впечатление белесоватого тумана.
Тайна удивительного марсианского снега, которого нет больше ни на одной известной людям планете,еще не раскрыта.
1.2. Применение углекислого газа
Проведя исследование, мы пришли к выводу, что свойства, которыми обладает углекислый газ, широко применяются человеком в самых различных отраслях.
Прессованный твёрдый углекислый газ получил название «сухого льда». Главное применение сухого льда – хранение и перевозка продуктов питания: рыба, мясо, мороженое и т. д. Ценность сухого льда заключается не только в его охлаждающем действии, но и в том, что продукты в углекислом газе не плесневеют и не гниют.
Углекислый газ применяют для газирования фруктовых и минеральных вод, для производства сахара, конфет «Шипучка», при изготовлении кваса, лимонада, кока-колы и других напитков; а в медицине − для углекислотных ванн для лечения и профилактики различных заболеваний.
Жидкий углекислый газ используют в углекислотных огнетушителях, огнетушительных системах самолётов и кораблей.
В пищевой промышленности используется как консервант – он обозначается на упаковке под кодом Е290.
Дырки в сыре обязаны своим происхождением углекислому газу, который образуется при брожении молока. Изделия из дрожжевого теста тоже имеют дырочки. Ведь тесто поднимается благодаря возникновению пузырьков углекислого газа. При выпечке хлеба дрожжевой грибок питается сахаром, содержащимся в муке, и производит углекислый газ, который поднимает тесто.
В современной косметологии для омоложения и борьбы с морщинками активно применяют инъекции углекислого газа. Углекислый газ действительно стал сейчас одним из самых модных «эликсиров» красоты. Секрет в том, что он воздействует системно. То есть одновременно улучшает и кровообращение и лимфоток, расширяя сосуды. В результате из организма выводятся токсины, уходят отеки, кожа становится эластичной, упругой и подтянутой
Углекислый газ нашел применение и в различных областях медицины: от получения лекарств до углекислотных ванн.
Он активно применяется углекислый газ и в парфюмерии. С его помощью специалисты парфюмерной области научились извлекать тот самый ароматический компонент, который так ценит в спреях и дезодорантах каждая из нас.
Урожайность культур можно повысить путем подкормки углекислым газом.
Его даже используют при изготовлении бриллиантов.
Заключение
Проведя своё исследование, мы пришли к выводу, что свойства, которыми обладает углекислый газ, широко применяются человеком в самых различных отраслях. Углекислый газ участвует в жизненно важных процессах, она оказывает влияние на здоровье человека и климат Земли.
Своим открытием ванн Гельмонт повлиял не только на дальнейшие исследования учёных и изобретателей, но и на работу сварщиков, пожарных, медицинских работников, фармацевтов, авиамоделистов, овощеводов, виноделов и работников пищевой промышленности.
Несмотря на то, что своё удивительное открытие древний алхимик Ян Батист сделал очень давно, оно популярно и в наши дни.
Мы бы тоже хотели предложить несколько идей, где и как можно использовать углекислый газ:
1) Если вы увлекаетесь овощеводством и выращиваете растения в теплицах, то значительно повысить урожайность культур вам поможет подкормка углекислым газом.
2) Проблема поддержания здоровья и омоложения организма является актуальной всегда. Было бы здорово, иметь в школе сухую углекислую ванну. Принятие такой процедуры позволило бы школьникам укрепить иммунитет, а работникам школы и учителям быстро восстанавливать силы после физических и нервных нагрузок.
Таким образом, углекислый газ, открытый в 16 веке Яном Батистом ванГельмонтом, таит в себе много неожиданных свойств и не потерял своей актуальности и в 21 веке. Гипотеза подтвердилась.
Литература
-
Большая энциклопедия знаний/ Пер. с немецкого Л.С. Беловой, Е.В. Черныш. – М. Эксмо, 2014. – 344с.
-
Диоксид углерода.http://www.org/wiki/Диоксид_углерода
-
История открытия углекислого газа.http://www.chemicals-el.ru/chemicals-1455-1.html
-
Круговорот веществ в биосфере и природе. http://geografya.ru/biosfera/krugovorot_veshestv_v_biosfere.html
-
Получение углекислого газа и его свойства. Урок – практическая работа. http://www.festival.1september.ru/articles/417661
-
Статьи о газах. Углекислый газ (диоксид углерода). «Одеяло Земли».http://www.niikm.ru/articles/element_articles/co2/
-
Углекислый газ. Химия 8 класс. http://interneturok.ru/ru/school/chemistry/8-klass/bvewestva-i-ih-prevraweniyab/uglekislyy-gaz