V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Домашняя лаборатория
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Физика и химия - это не только научные книги, сложные законы, но и исследовательские лаборатории, в которых проводят интересные и важные эксперименты. В домашних условиях, используя знания и подбирая безопасные реактивы, можно провести опыты, фокусы, которые не только удивят, но и заинтересуют друзей и знакомых, им захочется узнать что-то новое о химических веществах и физических явлениях, окружающих нас в повседневной жизни.
Тема нашего проекта «Домашняя лаборатория». Мы выбрали эту тему, потому что нам интересно опытным путем объяснить многие процессы, происходящие в жизни обычного человека.
АКТУАЛЬНОСТЬ
Все, что мы видим вокруг в повседневной жизни: одежда, еда, предметы быта – все это состоит из химических элементов. Я учусь в 4 классе, предметы «Химия» и «Физика» мы еще не начинали изучать, но мне очень интересно немного узнать об основных химических веществах и физических явлениях, которые окружают нас. Нам кажется, что эта тема достаточно актуальна, так как многие свойства элементов можно изучить с помощью подручных средств, которые найдутся в каждом доме. Мы надеемся, что сможем вдохновить других детей на познание мира вокруг нас.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ
Цель проекта:
Выявление и исследование свойств различных химических веществ и физических явлений.
Задачи проекта:
Узнать историю возникновения химии и физики.
Найти информацию и изучить свойства некоторых веществ, встречающихся в быту.
Провести несложные химические опыты, соблюдая технику безопасности.
Способствовать развитию интереса одноклассников к изучению химии и физики.
Методы исследования:
Изучение литературы
Эксперимент.
Наблюдение.
Описание опытов.
Интервьюирование.
2. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
2.1.Краткая история возникновения химии.
Зачатки химии возникли еще со времен появления человека. Поскольку человек постоянно имел дело с химическими веществами, многие открытия в его повседневной жизни (огонь, дубление шкур, приготовление пищи и т.д.) являлись реакциями практической химии. Сначала использовались реакции, протекающие в живой природе: брожение, гниение, горение, спекание, сплавление. Позже открытие реакций, не протекающих в живой природе, дало развитие многим ремеслам: металлургии, стеклоделию, парфюмерии и т.д. В древнем мире людей, знавших законы химии и использовавших их в своей работе, считали колдунами. Так появилось определение «алхимия». Эпоха алхимиков ознаменовала получение многих первичных веществ, разработку способов их получения, выделения и очистки. Химия как самостоятельная дисциплина определилась в XVI—XVII веках.
«Химия — наука об изменениях, происходящих в смешанном теле, поскольку оно смешанное.
Современная химия — настолько обширная область естествознания, что многие её разделы по существу представляют собой самостоятельные, хотя и тесно взаимосвязанные научные дисциплины: квантовая химия, электрохимия, химическая кинетика, геохимия, агрохимия и т.д.
2.2.Краткая история возникновения физики.
Физика - одна из древнейших наук о природе. Первыми физиками были греческие мыслители, которые предприняли попытку объяснить наблюдаемые явления природы. Величайшим из древних мыслителей был Аристотель.
Среди выдающихся ученых и изобретателей этого периода первое место занимает Архимед (287-212 до начала нашей эры). Из его работ «О равновесии плоскостей», «О плавающих телах», «О рычаги» начинают свое развитие такие разделы физики, как механика, гидростатика. Яркий инженерный талант Архимеда проявился в сконструированных им механических устройствах.
С середины XVI в. наступает качественно новый этап развития физики - в физике начинают применять эксперименты и опыты. Одним из первых является опыт Галилея с бросания ядра и пули с Пизанской башни. Этот опыт стал знаменитым, поскольку его считают «днем рождения» физики как экспериментальной науки.
2.3. Изучение свойств различных веществ с помощью опытов
Все, что нас окружает, — тела живой и неживой природы, изделия — состоит из веществ. Железо, стекло, соль, вода, полиэтилен — это вещества. Их очень много. В настоящее время известно более 27 миллионов разных веществ, и каждый год люди синтезируют новые, ранее неизвестные. В нашей повседневной жизни практически все, чем мы пользуемся, состоит из различных веществ. Мы используем вещи согласно инструкции по применению, ни о чем более не задумываясь. Хотя на самом деле эти инструкции можно написать самим, зная свойства с детства знакомых нам вещей. Изучением этих свойств мы и занялись вместе с руководителем проекта. Хочется отметить, что присутствие взрослых при опытах обязательно, а также соблюдении техники безопасности.
2.3.1. Изучение свойств воды.
Вода в нашей жизни - самое обычное и самое распространенное вещество. Однако с научной точки зрения это самая необычная, самая загадочная жидкость. Но в чем же заключается необычность воды? Дело в том, что трудно назвать какое-либо ее свойство, которое не было бы аномальным, то есть ее поведение (в зависимости от изменения температуры, давления и других факторов) существенно отличается от такового у подавляющего большинства других жидкостей, у которых это поведение похоже и может быть объяснено из самых общих физических принципов. К таким обычным, нормальным жидкостям относятся, например, расплавленные металлы, сжиженные благородные газы (за исключением гелия), органические жидкости (бензин, являющийся их смесью, или спирты). Вода имеет первостепенное значение при большинстве химических реакций, в частности и биохимических. Древнее положение алхимиков – «тела не действуют, пока не растворены» – в значительной степени справедливо. Человек и животные могут в своем организме синтезировать первичную ("ювенильную") воду, образовывать ее при сгорании пищевых продуктов и самих тканей. У верблюда, например, жир содержащийся в горбу, может путем окисления дать 40 л воды. Связь между водой и жизнью столь велика, что даже позволила В. И. Вернадскому «рассматривать жизнь, как особую коллоидальную водную систему... как особое царство природных вод». Вода – вещество привычное и необычное. Известный советский ученый академик И.В.Петрянов свою научно – популярную книгу о воде назвал “Самое необыкновенное вещество в мире”. А доктор биологических наук Б.Ф.Сергеев начал свою книгу “Занимательная физиология” с главы о воде – “Вещество, которое создало нашу планету”. Ученые правы: нет на Земле вещества более важного для нас, чем обыкновенная вода, и в то же время не существует другого такого же вещества, в свойствах которого было бы столько противоречий и аномалий, сколько в её свойствах.
Вода – самый сильный природный растворитель. В ней растворяются в той или иной степени все вещества. Внешне вода подвижна и податлива – ее можно заключить в любой сосуд. Однако, проникая в трещины горных пород и расширяясь при замерзании, вода раскалывает скальные породы любой твердости.
Горячая вода замерзает быстрее холодной. Об этом феномене в свое время еще упоминал сам Аристотель. Но лишь много лет спустя этим всерьез заинтересовался один школьник, который смог подчеркнуть важность этого вопроса перед научным миром. До сих пор ученые не могут объяснить этот парадокс.
Вода состоит из двух атомов водорода и одного кислорода. 70% поверхности Земли покрыта водой (океаны, моря, озера, реки, льды). Однако для питья пригоден всего лишь 1%.
Как увидеть примеси в воде из-под крана? Нам потребуется стекло, пипетка и водопроводная вода. Капаем на чистое стекло водопроводной воды из пипетки. Когда стекло высохнет, на нем образуются разводы – это соль, которая содержалась в воде.
Существует ли абсолютно чистая вода? Да. Она называется дистиллированная и практически не содержит примесей. Ее получают перегонкой в специальных аппаратах – дистилляторах. Дистиллированная вода находит множество применения в современной жизни. Например, в быту дистиллированную воду используют в паровых утюгах, полностью исключая появление накипи.
Жесткость воды определяется содержанием в ней растворенных солей, главным образом, кальция и магния. Вода с большим содержанием солей называется жесткой. Вода с малым содержанием – мягкой. Исторически воду стали называть жесткой, потому что одежда, постиранная в жесткой воде, более жесткая на ощупь. Жесткая вода при умывании сушит кожу. В ней также плохо образуется пена при использовании мыла. Использование жесткой воды вызывает образование осадка (накипи), например, в чайниках или утюгах.
Обычная (недистиллированная) вода – великолепный проводник электрического тока. Поэтому во время грозы нельзя купаться. Молния – гигантский электрический ток. При попадании в воду она ее попросту вскипятит. Температура молнии достигает 30000 градусов. Это в 5 раз больше температуры на Солнце.
2.3.2. Изучение свойств кислот
Такой класс химических соединений, как кислоты, известен человечеству с древности. Отличительной чертой этих веществ является кислый вкус, за который они и получили свое название. А кислород получил свое название благодаря названию кислота, так как он считался Лавуазье обязательным компонентом кислот, что оказалось заблуждением. На сегодняшний день известно множество кислот, не содержащих кислород в своем составе. И огромное количество веществ содержащих кислород, но не являющимися кислотами. Кислоты могут быть сильными и слабыми. Сильные кислоты могут растворять металлы, а слабые просто делают продукты питания вкуснее.
Уксусная кислота – бесцветная жидкость с характерным запахом и кислым вкусом. Ее применяют в пищевой промышленности, при книгопечатании и в медицине. Уксусная кислота – самая первая кислота, которую удалось выделить и использовать человечеству. Ее появление связано с нарушением технологии производства вина виноделами древности, которая приводила к его скисанию и образованию уксуса. На первых порах его выливали, но затем нашли применение в повседневной жизни. Берем домашний чайник – на его дне обнаруживаем накипь. Накипь – результат разложения солей под воздействием тепла. Если залить в чайник уксусную или лимонную кислоту и добавить воды, вскипятить чайник и вылить содержимое – дно чайника будет чистым. Это самое распространенное применение химической реакции кислоты в быту.
2.3.3. Изучение свойств моющих средств
В наших домах содержится много средств, покупаемых в отделах бытовой химии. Давайте разберемся – что за вещества хранятся у нас дома. Практически у всех средств в составе есть аббревиатура ПАВ. ПАВ расшифровывается как поверхностно активные вещества. Это органические соединения, с одной стороны стремящиеся впитать воду, а с другой стремящиеся избежать контакта с водой. Они производятся из продуктов нефтепереработки. Применяются ПАВ не только в производстве моющих средств и косметики, но и в текстильной и бумажной промышленностях.
Что такое мыло? Мыло – это жидкий или твердый продукт, содержащий ПАВ, состоит из смеси растворимых солей жирных кислот. Применяется для ухода и очистки кожи и в качестве моющего средства. Для того, чтобы сделать мыло в домашних условиях, нам нужны: сода, пробирка, пипетка, вода, растительное масло, поваренная соль, спички и горючее. Добавляем в пробирку соду и немного воды, размешиваем. У нас получился концентрированный раствор соды. Поджигаем горючее и хорошо подогреваем раствор, не допуская кипения. Через полминуты ставим пробирку на место и добавляем в раствор растительное масло по капле до тех пор, пока оно не перестанет растворяться. Добавляем в пробирку 1 ложку поваренной соли. На поверхность всплывает мыло, которое у нас получилось. Мыло растворимо в пресной воде, но нерастворимо в соленой. По этой причине оно и всплыло после добавления в пробирку соли. Это называется высаливанием. В производстве мыло изготавливается из различных жиров – животных или растительных или синтетических жирозаменителей. Кстати, можно заметить, что при употреблении жирной пищи руками (например, шашлыка), загрязнения с поверхности кожи исчезают. Так действуют все жиры биологического происхождения.
2.3.4. Изучение свойств перекиси водорода.
Для перекиси водорода характерно наличие одновременно окислительных и восстановительных свойств, что объясняется особым состоянием атомов кислорода в молекуле этого вещества. Тем не менее, перекись водорода более охотно проявляет окислительные свойства при взаимодействии с металлами, гидроксидами, солями, щелочами.
При этом образуются оксиды или пероксиды других соединений, а перекись водорода восстанавливается до воды. В присутствии других сильных окислителей (кислот или активных соединений) пероксид водорода проявляет свойства восстановителя, что может быть использовано в целях очистки соединений от примесей.
2.4. Опыты с продуктами питания.
2.4.1. Опыт №1 «Зубная паста для слона»
«Зубная паста для слона» — простой химический опыт, который понравится всем взрослым и детям. В результате этого эксперимента мы получим огромное количество густой пены. Такой тип химических реакций называется «Фараонова змея».
Для проведения опыта нам понадобятся реактивы:
6% раствор перекиси водорода,
сухие дрожжи,
жидкое мыло или средство для мытья посуды,
5 капель любого пищевого красителя,
2 ложки теплой воды,
литровая пластиковая бутылка, воронка, тарелка, поднос.
перчатки
Важно. Использовать менее, чем 6% раствор перекиси водорода не нужно. Ничего не получится. Чем выше концентрация, тем лучше. Но чем выше концентрация, тем опаснее становится раствор перекись водорода! Поэтому 6% для нас оптимальный вариант.
В тарелке смешали ложку сухих дрожжей и теплую воду. Помешивали вещества около минуты. С помощью воронки перелили раствор перекиси водорода в бутылку и добавили пищевой краситель (достаточно 5 капель). Далее налили ложку жидкого мыла. Тщательно перемешали полученную жидкость, взбалтывая бутылку. Осторожно влили дрожжи в бутылку и сразу отошли.
Суть опыта:
Перекись водорода является нестабильным веществом и очень быстро разлагается на воду и кислород. Мыльный раствор не дает кислороду «улететь». Пузырьки выделившегося кислорода обволакиваются слоем молекул мыла и поднимаются на поверхность. Соприкасаясь друг с другом, они образуют ячеистую структуру – пену. Пена получается плотной и долго не оседает из-за низкого содержания воды.
2.4.2. Опыт №2 «Светящийся помидор»
Реактивы:
красный помидор;
шприц с иголкой;
сера со спичек;
«Белизна»;
30% перекись водорода.
Перекись водорода не менее 30%. В небольшую емкость засыпаем серу со спичек и добавляем «Белизну». Оставляем на некоторое время этот раствор в покое, до момента пока не образуется 2 слоя. Набираем раствор в шприц и со всех сторон обкалываем нашего «пациента», он же помидор. После инъекции аккуратно вводим в самый центр помидора перекись водорода, выключаем свет и наслаждаемся результатом.
2.4.3. Опыт №3 «Апельсин плавает или тонет»
Нам понадобится: два апельсина и емкость с водой.
Один апельсин положили в миску с водой. Он будет плавать. И даже если очень постараться, утопить его не удастся. Очистили второй апельсин и положили его в воду. Апельсин утонул. Два одинаковых апельсина, но один утонул, а второй плавает? В апельсиновой кожуре есть много пузырьков воздуха. Они выталкивают апельсин на поверхность воды. Без кожуры апельсин тонет, потому что тяжелее воды, которую вытесняет.
2.4.4. Опыт №4 «Возможно ли разделить перемешанные перец и соль?»
Нам понадобятся:
бумажное полотенце
1 чайная ложка (5 мл) соли
1 чайная ложка (5 мл) молотого перца
ложка
шерстяной свитер
Подготовка:
Расстелили на столе бумажное полотенце.
Насыпали на него соль и перец.
Тщательно перемешайте ложкой соль и перец. Предложили помощнику попытаться отделить соль от перца. не вышло .Надули шарик и потерли им о шерстяной свитер .Поднесли шарик поближе к смеси соли и перца.
Результат. Перец прилипнет к шарику, а соль останется на столе.
Объяснение. Это пример действия статического электричества. Когда вы натираете шарик шерстяной тканью, он приобретает отрицательный заряд. Если поднести шарик к смеси перца с солью, перец начнет притягиваться к нему. Это происходит потому, что электроны в перечных пылинках стремятся переместиться как можно дальше от шарика. Следовательно, часть перчинок, ближайшая к шарику, приобретает положительный заряд, и притягивается отрицательным зарядом шарика. Перец прилипает к шарику. Соль не притягивается к шарику, так как в этом веществе электроны перемещаются плохо. Когда вы подносите к соли заряженный шарик, ее электроны все равно остаются на своих местах. Соль со стороны шарика не приобретает заряда — остается незаряженной или нейтральной. Поэтому соль не прилипает к отрицательно заряженному шарику.
2.4.5. Опыт №5 «Резиновое яйцо»
Использовались:
уксусная кислота
сырое куриное яйцо
стакан
Помещаем варёное яйцо в стакан и заливаем его уксусом так, чтобы он полностью покрыл яйцо. И сразу же мы сможем наблюдать выделение пузырьков с поверхности яйца. Это реакция уксусной кислоты с карбонатом кальция, из которого и состоит скорлупа. Еще через некоторое время цвет скорлупы начнёт меняться. А через 3 дня уксус полностью растворит яичную скорлупу. Аккуратно достаньте яйцо и тщательно промойте. При надавливании на поверхность яйца оно будет отскакивать от твёрдой поверхности. А если в темноте направить на яйцо луч фонарика, то увидим, что оно светится!
Объяснение. Если поместить куриное яйцо в уксусную кислоту и продержать его около 3-х дней, то скорлупа полностью растворится. Скорлупа растворяется из-за того, что состоит она из кальция, который вступает в реакцию с уксусом. Яйцо, при этом, сохранит свою форму, благодаря наличию пленки между скорлупой и содержимым яйца.
3. Заключение.
За время своего исследования мы провели много опытов. Это оказалось не только познавательно, но и увлекательно. Наряду с опытами мы узнали многие химические веществами и физическими явлениями. Нам стали понятны принципы действия различных вещей, окружающих нас. В начале нашей работы мы ставили перед собой некоторые задачи. Поставленные нами задачи выполнены:
Узнали историю возникновения химии и физики.
Нашли информацию и изучили свойства некоторых веществ, встречающихся в быту.
Провели несложные химические опыты, соблюдая технику безопасности.
Способствовали развитию интереса одноклассников к изучению химии и физики.
О нашем проекте я рассказала в классе своим одноклассникам. Мы провели опрос учеников своего класса, знают ли они свойства некоторых веществ, которые встречаются в быту?
Оказалось, что многие из учеников даже не задумывались о том, какие интересные свойства химических реактивов существуют в природе и окружают нас.
Опрос показал определенные результаты. Не все ребята из класса смогли ответить на заданные вопросы.
Химия и физика – важнейшие науки, ведь сама жизнь подчинена законам физики и химии, и поэтому мы зависимы от них. Современная жизнь едва ли возможна без этих знаний. Многие вещи, к которым мы привыкли, которые мы видим повсюду и используем каждый день, сделаны с помощью известных химических реакций. Человек, который изучает физику и химию, обретает силу – знания, с помощью которых он может влиять на мир, на материю, пользуясь законами и теоремами. Изучение этих учебных предметов в школе может стать дорогой к пониманию законов мироздан
Использованные источники.
В.Н. Болховитинов, Б.И. Колтова «Твое свободное время». Издательство «Детская литература» 1969 г.
Я.И.Перельман «Занимательные задачи и опыты». Издательство «Детская литература» 1972 г.
Сеть «Интернет».
Приложение
Правила безопасности при проведении домашних опытов.
1. Застилать рабочую поверхность бумагой или полиэтиленом.
2. В ходе опыта не наклоняться близко во избежание повреждения глаз и кожи.
3. При необходимости использовать перчатки.
4. Во время экспериментов необходимо обеспечить проветривание комнаты.
5. После проведения опытов все реактивы, участвующие в эксперименте, необходимо утилизировать.
6. По завершению экспериментов убрать рабочую поверхность и тщательно вымыть руки мылом.
Вопросы для опроса учащихся 4А класса
МАОУ лицея №14 им.Ю.А.Гагарина
Знаете ли Вы, как возникла химия и физика?
Какими химическими и физическими свойствами обладает вода?
Какую воду называют дистиллированной?
Что такое кислота? Какие бывают кислоты?
Как селать мыло в домашних условиях?
Какими свойствами обладает перекись водорода?
Как получить светящийся помидор?
Бывает ли куриное яйцо резиновым?
Как разделить перемешанные перец и соль?
Существует ли зубная паста для слона