VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Тайны космоса
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Космос бесконечен , изучить его крайне трудно. Каждый день расстояние от одной галактики к другой увеличивается. Лишь самая малая часть вселенной изучена нами.
Что же может находиться в нашем таинственном космосе? Существует ли в нем жизнь? Для решения этих вопросов ученые нашей планеты отправили капсулу с золотыми дисками , на которых записаны звуки живой природы, приветствие на всех языках мира и даже музыка (от классики до тяжелого рока). Чтобы инопланетные существа смогли к нам прилететь и опознать нас, ученые в этой капсуле оставили специальные карточки с нашей анатомией (были выгравированы женское и мужское тело) и карточку с нашим местом нахождением (галактика, солнечная система и планета). Также была предоставлена инструкция для иноземный жителей. Но как скоро нам ответит неземная раса? Никто этого не знает.
Космос в популярном сознании представляется царством холода и пустоты. Однако примерно с середины XIX века исследователи стали понимать, что пространство между звездами непустое. Наглядный признак существования межзвездного вещества –«темные облака», бесформенные черные пятна особенно хорошо различимы на светлой полосе Млечного пути. В XII-XIX веках полагали, что это реальные дырки в распределении звезд, однако к 1920 годам сложилось мнение, что пятна выдают присутствие колоссальных облаков межзвездной пыли, которая мешает нам видеть свет расположенных за ними звезд. Химия имеет прямое отношения ко многим достижением освоения человеком космоса. Без усилий многочисленных ученых-химиков, технологов, инженеров-химиков не были бы созданы удивительные конструкционные материалы, которые позволяют космическим кораблям преодолеть земное притяжение, сверхмощное горючее, помогающее двигателям развить необходимую мощность, точнейшие приборы, инструменты и устройства, которые обеспечивают работу космических орбитальных станций.
За проект отвечали:
Сомова Дарья
Поиск и обработка информации в интернете и научной литературы для реферата и презентации
Обработка текста для реферата
Проведение опроса
Оформление презентации
Поиск изображений для презентации
Организация экскурсии для желающих учащихся в Музей-усадьбу Д.И. Менделеева “Боблово” (д. Боблово Клинского района Московской области).
Изготовление модели Солнечной системы и коллажа планет.
Рябова Дарья
Поиск научной литературыинформации в интернете и по планетам Солнечной системы
Обработка текста для реферата
Проведение опроса
Организация экскурсии для желающих учащихся в Музей-усадьбу Д.И. Менделеева “Боблово” (д. Боблово Клинского района Московской области).
Изготовление модели Солнечной системы и коллажа планет.
Гипотеза
Существуют ли в космосе химические элементы, хотя бы немного похожие на земные и можно ли их использовать в своих целях?
Цель работы:
познакомиться с наукой Космохимией;
изучить химию планет, звезд, межзвездного пространства;
узнать и рассказать о новых и интересных фактах, касающихся космической химии;
провести сравнительный анализ химического состава космических тел;
провести анкетирование для выяснения уровня знаний учащихся в области химических элементов в космосе.
Для достижения цели исследования нужно решить следующие задачи:
1. выявить новую информацию о химических элементах Космоса;
2. провести сравнительный анализ химического состава космических тел;
3. провести анкетирование для выяснения уровня знаний подрастающего поколения в области открытия химических элементов в Космосе;
5.создать презентацию.
Методы исследования:
1. анализ информации;
2. изучение и обобщение;
3. анкетирование.
Практическая значимость исследования:
провелианализ литературы и интернет-источников, который показал, что информации о наличиихимических элементов на планетах солнечной системы очень мало;
для проведения просветительской деятельности среди учащихся 6, 8, 9, 10 классов, был сделан буклет,в котором была систематизирована и кратко изложена информация о химических элементах планет Солнечной системы;
провели анкетирование среди учащихся 6, 8, 9, 10 классов(свыше 170чел.) и обработали анкеты, выявили, что знания о науке космохимии у учащихся низкие, процент знаний о наличии космических проектах и о химическом составе планет солнечной системе тоже ничтожно мал;
посетили Планетарий, прослушали лекцию о химических элементах планет Солнечной системы;
провели просветительскую работу, в форме классного часа;
для учащихся 6,8, 9, 10 классов, показали им свой проект и ответили на вопросы;
организовали экскурсию для желающих учащихся вМузей-усадьбу Д.И. Менделеева “Боблово” (д. Боблово Клинского района Московской области);
изготовилимодель планет Солнечной системы;
создали презентацию.
История возникновения Вселенной
Во время большого первичного взрыва, который породил Вселенную, возникли водород и гелий. Из этих легких газов сконденсировались галактики и звезды. Более тяжёлые элементы, которые составляют сейчас наш мир, появились в результате слияния атомов внутри звёзд. Самые тяжёлые элементы возникли путём слияния во время взрывов звёзд, превращающихся в сверхновые.
Космохимия - область химии, наука о химическом составе космических тел, законах распространённости и распределения химических элементов во Вселенной, процессах сочетания и миграции атомов при образовании космического вещества.
Как самостоятельная наука космохимия начала складываться вXIX веке одновременно с развитием спектрального анализа. Исследования состава метеоритов и спектров видимого излучения Солнца позволили заключить, что в космосе присутствуют те же химические элементы, что и на Земле. Становление и развитие космохимии прежде всего связаны с трудами В. М. Гольдшмидта, Г. Юри, А. П. Виноградова(ПРИЛОЖЕНИЕ 1).
Распространенность химических элементов в космосе
Все тела во Вселенной состоят из атомов одних и тех же химических элементов, но содержание их в разных объектах различно. При этом наблюдаются интересные закономерности. В звёздах и планетах распространены также углерод, азот, кислород, неон, магний, кремний, сера, аргон и железо. Таким образом, лёгкие элементы преобладают.
(Приложение 2)
«Космические элементы».
Элемент № 34 - Селен (Se) – назван в честь Луны.
Элемент № 92 Уран (U) – назван в честь планеты Уран.
Элемент № 93 Нептуний (Np) – назван в честь планеты Нептун. Элемент № 94 - плутоний (Pu) – назван в честь Плутона.
Элемент № 58 - церий (Ce) – назван в честь астероида Цереры (самой большой из малых планет).
Межзвездная среда– это вещество, наблюдаемое в пространстве между звездами. Большую роль в динамике звездных процессов, в звездной эволюции играет межзвездная среда, тесно связанная со звездами: в межзвездной среде они рождаются, а «умирая», отдают ей свое вещество. Проявляет себя межзвездная среда в ослаблении, рассеянии, поглощении света в отдельных линиях спектра, радиоизлучении, инфракрасном, рентгеновском и гамма-излучениях, через оптическое свечение некоторых туманностей. Основная составляющая межзвездной среды - межзвездный газ.
Межзвездный газ: атомы водорода 90%, атомы гелия 8%, остальные химические элементы 2%.
Солнечная система. (Приложение 3)
Солнечная система — планетная система, включающая в себя центральную звезду — Солнце — и все естественные космические объекты, вращающиеся вокруг Солнца. Существует 8 планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.
Удивительный и интересный факт. У космоса тоже есть звуки. Каждая планета издает свой особенный звук, в том числе и звезды. Правда мы эти звуки не слышим...Сколько же еще мы не замечаем?
Желтый карлик. (Приложение 4)
Солнце — одна из звёзд нашей Галактики (Млечный Путь) и единственная звезда Солнечной системы. Солнце относят к классу желтых карликов. Срок «службы», отпущенный таким телам, составляет примерно 10 миллиардов лет (сейчас Солнцу приблизительно 4,5 млрд. лет). В раскаленном сердце Солнца непрерывно идет процесс преобразования атомов водорода в атомы более тяжелых химических элементов. Пока эти реакции осуществляются, Желтый карлик излучает свет и тепло.
Планеты Солнечной системы
(Приложение 5) Меркурий– это ближайшая к Солнцу планета. Меркурий обладает крупным железным ядром, который на 70% представлен металлическим и на 30% силикатным материалом и является источником магнитного поля. Ядро Меркурия окружено силикатной мантией толщиной примерно 550 километров. Толщина коры планеты составляет от 100 до 300 километров. Поверхность Меркурия усеяна ударными кратерами от воздействий метеоритов и комет и напоминает поверхность Луны.
(Приложение 6) Венера — вторая по удалённости от Солнца планета Солнечной системы, принадлежащая к семейству планет земной группы. Названа в честь древнеримской богини любви Венеры. Венерианский год составляет 224,7 земных суток. Она имеет самый длинный период вращения вокруг своей оси среди всех планет Солнечной системы. Венера не имеет естественных спутников. Это третий по яркости объект на небе после Солнца и Луны.
В процентном соотношении компоненты, составляющие атмосферу планеты, соотносятся так: углекислый газ 96,5%, азот 3,5%и другие химические элементы (ангидрид сернистый, аргон, водная жидкость, газ угарный).
Атмосферное давление на поверхности планеты в 92 раза больше, чем на поверхности Земли, и примерно равно давлению воды на глубине 900 метров.
(Приложение 7)Земля— третья по удалённости от Солнца планета Солнечной системы. Самая плотная, пятая по диаметру и массе среди всех планет и крупнейшая среди планет земной группы. По научным исследованиям выходит, что Земля как планета образовалась примерно 4,54 млрд. лет назад из солнечной туманности, после чего обрела единственный спутник – Луну. Жизнь на планете появилась около 3,9 млрд. лет назад. С тех пор биосфера сильно поменяла структуру атмосферы и абиотических факторов. В результате обусловилось количество аэробных живых организмов и формирование озонового слоя.
Атмосфера Земли состоит в основном из двух газов — азота (78%) и кислорода (21%), также содержится примеси углекислого и других газов.
(Приложение 8)Луна – естественный спутник нашей планеты, единственное крупное небесное тело, которое вращается вокруг Земли. Скорость вращения вокруг собственной оси равна скорости вращения Земли. Многочисленные горы, горные цепи и трещины – главная особенность лунного пейзажа; поверхность неровная, с многочисленными кратерами, образовавшимися в результате столкновения с небесными телами.
Луна по строению повторяет Землю и также располагает внутренним и внешним ядром, мантией и корой. Ядро состоит из металлического железа, с примесями серы и никеля. Мантия состоит из минералов оливина, клинопироксена и ортипироксена. Грунт содержит восемь основных элементов: магний, алюминий, кремний, калий, кальций, титан, хром и железо. Кроме того, имеются следы стронция, иттрия и циркония.
Прочной атмосферы на Луне нет, но там есть очень тонкий газовый слой, который технически именуют атмосферой Луны.
(Приложение 9) Марс— четвёртая по удалённости от Солнца и седьмая по размерам планета Солнечной системы; масса планеты составляет 10,7 % массы Земли. Марс — планета земной группы с разреженной атмосферой.
Ядро в основном состоит из железа и серы; мантия из силикатов и коры, состоящей из базальта с примесями оксида железа, которое дает планете характерный красноватый оттенок. В составе атмосферы присутствует 95% двуокиси углерода, 3% азота, 1,6% аргона, и следовых количеств кислорода, водяного пара и других газов.
Особенностями поверхностного рельефа Марса можно считать ударные кратеры наподобие лунных, а также вулканы, долины, пустыни и полярные ледниковые шапки наподобие земных. Марс имеет период вращения и смену времён года, аналогичные земным, но его климат значительно холоднее и суше земного.
(Приложение 10) Юпитер – пятая планета от Солнца и самая большая планета Солнечной системы. Это газовый гигант с закрученными облаками, загадочным красным пятном и семейством из 79 спутников.У Юпитера есть кольца, но они мало заметны потому, что они состоят из маленьких частиц – пыли.
Большое красное пятно — это гигантский шторм, который бушует уже 400 лет.
У Юпитера нет твердой поверхности, поэтому за некую условную «поверхность» ученые определяют нижнюю границу его атмосферы в точке, где давление составляет 1 бар.
Юпитер содержит небольшие количества таких соединений как метан, аммиак, сероводород и вода. Эта смесь химических соединений и элементов вносит свой вклад в формирование красочных облаков, которые мы можем наблюдать в телескопы.
Химический состав атмосферы –это89% – приходится на водород, гелий составляет 10%, а последний процент поделили между собой водяной пар, метан, ацетилен, аммиак, сероводород и фосфор.
(Приложение 11) Сатурн — шестая планета от Солнца, и вторая по размерам планета в Солнечной системе, классифицируется как газовый гигант. Сатурн обладает заметной системой колец, состоящей главным образом из частичек льда, меньшего количества тяжёлых элементов и пыли. Вокруг планеты обращается 62 известных на данный момент спутника. Состоит эта планета в основном из гелия и водорода.
Внешний слой атмосферы Сатурна на 96,3% состоит из молекулярного водорода, а на 3,25% из гелия. Также есть и более тяжелые элементы, но об их пропорциях мало информации. В небольшом количестве найдены пропан, аммиак, метан, ацетилен, этан и фосфин. Верхний облачный покров представлен аммиачными кристаллами, а нижний – гидросульфидом аммония или водой.
(Приложение 12) Уран—это седьмая по удаленности планета от Солнца. По диаметру она является третьей, он составляет 50724. Всего спутников у Урана 27, но они значительно удалены от планеты и намного тусклее её. Уран является одним из четырех газовых гигантов, а вместе с Нептуном образует отдельную группу ледяных гигантов. Самая холодная планета имеет кольца. Наименьшая его температура достигает -224 градуса в среднем слое атмосферы. Химический состав атмосферы Урана таков: 83% водорода, 15% гелия и около 2% метана. Метан, так же, как и водород, принимает активное участие в поглощении солнечной радиации, и, следовательно, инфракрасного и красного спектров. Этим объясняется сине-зеленый цвет планеты.
(Приложение 13) Нептун— восьмая от Солнца и самая удаленная планета Солнечной системы. Нептун также является четвёртой по диаметру и третьей по массе планетой. Основу газовой оболочки представляют: водород – 82%, гелий – 15% и метан – 1%. В нижних слоях атмосферы замечены облака, образованные кристаллами метана, сероводородом, аммиаком или сульфидом аммония. Именно эти кусочки льда создают голубое свечение вокруг планеты.
На Нептуне нередко случаются большие бури, кроме того, для него характерны вихри и сильные ветры.Средняя температура на Нептуне составляет 73 градуса по Кельвину (-200 градусов по Цельсию).
(Приложение14)Метеорит - тело космическогопроисхождения, упавшее на поверхность крупного небесного объекта. Их вес варьируется от несколько сотен граммов до 2-4 кг.Основная часть падает на планету незамеченными.Приближаясь к Земле на скорости 11-70 км/с, небесное тело испытывает колоссальные термодинамические нагрузки. Полет сопровождается ярким свечением и разогревом тела до температур в тысячи градусов. Соответственно происходит значительная потеря основной массы летящего объекта. Нередко метеорит не выдерживает больших нагрузок и распадается на мелкие фрагменты, поэтому масса метеорита, долетевшего до поверхности Земли, по факту оказывается значительно меньше, чем та, которая была до момента входа объекта в атмосферу.Метеориты разделяют на три обширные группы, в зависимости от доминирующего состава: каменные, железные и железно-каменные. Они представляют собой сцементированные каплевидные частицы, состоящие из оливинов (44,53%), пироксенов (26,87%), полевых шпатов (11,7%), железа и никеля (9%), сульфата железа (6,9%).
(Приложение 15) Кометы—небольшие по размеру и массе небесные тела Солнечной системы, обращающиеся вокруг Солнца по сильно вытянутым орбитам и резко повышающие свою яркость при сближении с Солнцем.Их отличие от астероидов заключается в присутствии комы и хвоста. Кометы относятся к малым телам Солнечной систем. Кометы подразделяются на два основных класса: короткопериодические и долгопериодические с периодом обращения соответственно менее и более 200 лет. Кометы состоят из пыли, льда и замороженных газов, таких как окись углерода, двуокись углерода, метан и аммиак.Также они содержат различные органические соединения, например, метанол, водород, цианистый водород, формальдегид, этанол, и этан. Возможно, они могут содержать более сложные молекулы, такие как длинные цепи углеводородов и аминокислот. Из-за своей низкой массы, комета не может стать круглой и всегда имеет неправильную форму.Потоки газа и пыли образуют огромную, чрезвычайно разреженную атмосферу вокруг нее, называемую комой, а сила Солнечного давления, действующая на кому, вызывает образование огромного хвоста.
Вывод
Наши знания о составе планет пока ещё довольно ограничены, но некоторые выводы, вытекающие из последних достижений науки, мы сделать уже можем:
• планеты Солнечной системы возникли из того же вещества, что и Солнце;
• различие плотности планет Солнечной системы отражает различие их состава: вблизи Солнца сохранились преимущественно тугоплавкие вещества, а вдали от него – менее тугоплавкие, больше лёгких газов;
• распространения химических элементов в космических системах. Но химические реакции на поверхности ее привели к образованию сложных высокомолекулярных соединений углерода, которые создали основу жизни;
Возникновение жизни на Земле и процессов фотосинтеза изменило состав первичной атмосферы нашей планеты до неузнаваемости.
• кислород атмосферы Земля является продуктом фотосинтеза, который происходит в зеленых растениях Мирового океана и суши.
При этом основными питательными веществами растений является вода (Н2О) и углекислый газ (СО2).
Реакцию фотосинтеза в сокращенном виде можно записать следующим образом:
• mН2О + nСО2 = Сn(Н2О)m + nО2.
Заключение
Мы убедились, что Вселенная удивительна!
Не на все вопросы есть ответы у ученых, ещё многое предстоит узнать. Но уже полученные данные подтверждают предположение, что Вселенная состоит из одних и тех же химических элементов.
Ученые ответили: «Существуют элементы и не только похожие, а даже точно такие же, как и в известной всем таблице Д.И. Менделеева».
Поразительные достижения космической химии позволили начать исследования процессов, протекающих на поверхности далеких, пока еще недоступных миров.
• Это приводит к очень важному выводу:
Самая прекрасная планета – наша родная Земля.
• Долг каждого человека – бережно относиться ко всем ее богатствам и красоте.
Источник информации:
Космос. Полная энциклопедия. (Цветков Валентин Иванович)
Ликсо, Кошевар: Всё-всё-всё о космосе и астрономии.
Ликсо: Большая энциклопедия знаний. Вселенная и космос.
vsefacty.com›fact/interesnye-fakty-o-planetah
hikosmos.ru›interesnye-fakty-o-planetah
Н.Е. Кузьменко, В.В. Еремин, В.А. Попков «Начала химии» - «Лаборатория знаний» 2017.
Д.И. Менделеев «Периодический закон» под редакцией Лазуткиной) - «Издательство АСТ» . 2018.
О.С. Габриелян «Химия 11 класс». Учебник для общеобразовательных организаций. - М.: Дрофа, 2016.
Школьная энциклопедия «Руссика ». История России. 18-19 вв.- М. Олма - Пресс образование. 2003-736 с.
Детская энциклопедия. Том 3. Вещество и энергия/ науч. Ред. Петрянов И.В.-М.: Педагогика 1973-544 с.
Энциклопедия для детей Том 17. Химия/ глав. Ред. В. Володин. вед. науч. ред. И. Леенсон – М.: Аванта, 2004-640с: ил.
Химия 9 класс: Учебник для общеобразовательных учебных заведений/ И.И. Новошинский, Н.С. Новошинская – М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство « Мир и Образование», 2003 -256 с: ил.
Петров А.А. Справочник по химии для школьников – М. Лист Нью,
Электронные источники:
http://www.primefan.ru/stuff/chem/moodle/atom5.html
Приложение. Фото в презентации
Анкетирование.
Знакомы ли Вы с наукой «Космохимия»?
Известны ли Вам проекты по исследованию космоса?
Кем применяется таблица Д.И. Менделеева? (выберите несколько правильных ответов)
Знаете ли Вы химические составы планет Солнечной системы?
Приложение1. Распространенность химических элементов.
Приложение 2. Деятели космохимии. В. М. Гольдшмадт Г. Юри.
А.П.Виноградов.
Приложение 3. Солнечная система.
Приложение 4.
Солнце (или Желтый карлик).
Приложение 5.
Меркурий.
Приложение 6.
Венера.
Поверхность Венеры.
Приложение 7.
Земля.
Приложение 8.
Луна.
Приложение 9.
Марс.
Пылевой смерч в кратере Гусева.
Приложение 10.
Юпитер.
Приложение 11.
Сатурн.
Приложение 12.
Уран.
Приложение 13.
Нептун.
Приложение 14.
Метеориты
Приложение 15.
Кометы
Приложение 16.
Проведение мероприятий по теме космоса
Презентация работы классам
11 класс
10 класс
6 класс
9 класс
Посещение музея