ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕЖПРЕДМЕТНЫХ СВЯЗЕЙ В КУРСЕ ОБУЧЕНИЯ ХИМИИ 10-ГО КЛАССА

13. 1 .Тема первая. "ПРИРОДНЫЕ ИСТОЧНИКИ УГЛЕВОДОРОДОВ».

Связь с экологией.

Проблема №1 - возникновение «парникового эффекта». Существует серьезная проблема, непосредственно связанная со сжиганием топлива - это проблема парникового эффекта. Ежегодно в атмосферу поступает около 20 млрд. тонн углекислого газа. В последние десятилетия содержание его в атмосфере стало заметно увеличиваться и сегодня уже на 15-20% превысило уровень 40-х годов. В атмосфере задерживается примерно половина поступающего в нее углекислого газа, вторую поглощают мировой океан и растительность. Углекислый газ существенно влияет на тепловой баланс Земли. Он пропускает большую часть солнечного излучения, но непроницаем для инфракрасного, теплового излучения поверхности Земли. Не давая этому излучению выйти за пределы земной атмосферы, углекислый газ действует как стекло или полиэтиленовая пленка в парниках. Предполагают, что повышение температуры даже на 1 градус может привести к значительному изменению атмосферной циркуляции и условий увлажнения почвы и , как следствие, к сильному смещению зон, оптимальных для земледелия и других видов хозяйственной деятельности.

Проблема № 2. - разрушение слоя озона в атмосфере - «озоновая дыра». Содержание озона в атмосфере не достигает и 1/1000000-й доли от содержания остальных газов, однако именно озон поглощает большую часть солнечной ультрафиолетовой радиации, не давая ей достигнуть земной поверхности. Снижение концентрации стратосферного озона опасно, поскольку следующее за этим увеличение интенсивности ультрафиолетового излучения влечет за собой много неприятных последствий. Оно повышает частоту раковых заболеваний и катаракты, повреждает сельскохозяйственные культуры, разрушает фитопланктон. Главным виновником снижения концентрации озона в атмосфере являются фторхлоруглероды. Атомы хлора, входящие в состав фторхлоруглеродов разрушают слой озона. « Озоновая дыра» - это область резко-пониженной концентрации озона в стратосфере. Она наблюдается над антарктикой, где в последнее десятилетие содержание озона снизилось на 50%.

Проблема № 3 - "кислотные дожди". При сжигании топлива выпадают еще и «кислотные дожди» (к которым относятся также «кислотные» снега, туман и роса). Это побочные продукты химических реакций в атмосфере, в которых участвуют оксиды азота и диоксид серы. В ходе таких реакций, эти газы соединятся с водой, и превращаются в азотную и серную кислоты. Капельки такого раствора, падающие на землю и представляют собой «кислотный» дождь. Они наносят колоссальный ущерб здоровью людей и материальным средствам. Под их влиянием гибнут озера, вместе со своими обитателями, коррозирует почва, массивы лессов превращаются в мертвые леса. «Кислотные» дожди разъедают не только легкие человека, но и металлы, краски и даже камень.

Проблема №4 - разлив нефти. При катастрофах танкеров . нефть покрывает огромные пространства тончайшей пленкой. Кислород не поступает в воду и как следствие, в воде гибнет все живое.

Связь с историей.

На основе бензина изготавливают напалм - зажигательное оружие, предназначенное для поражения живой силы и объектов. Оно состоит из жидкого горючего (бензина, керосина) и порошка-загустителя. Напалм был одним из главных видов химического оружия армии США в Корее и Вьетнаме. На земли Южного Вьетнама американские наемники сбросили 200 тысяч тонн напалма, где и до настоящего времени многие районы представляют из себя пустыни.

Связь с географией.

Основные месторождения природного газа, нефти, каменного угля, антрацита.

15 .2.Тема вторая "УГЛЕВОДОРОДЫ».

Связь с историей.

При изучении химических свойств алканов, следует рассказать, что в химической войне против Вьетнама армия США применила более 96 тыс. тонн, гербицидов и дефолиантов трех разновидностей рецептур, получивших наименования «оранжевая», «белая», «голубая». Гербициды американское командование применяло с целью демаскировки партизанских баз, складов и коммуникаций, ликвидации продовольственных баз, уничтожения посевов риса и других культур в густонаселенных районах Вьетнама. Гербициды использовались в колоссальных дозах - рассеивались десятками и даже сотнями килограммов на гектар. Такая дефолиация полностью уничтожает фауну и флору.

При изучении полиэтилена и полипропилена довести до понимания учащихся, что они очень медленно разрушаются. Время разложения около ста лет. Наносят вред природе, препятствуют газообмену в почвах и водоемах. Могут быть проглочены животными, что приводит к гибели последних. Необходимо вторичное использование продукта в больших масштабах, а не сжигание. Изделия из хлорсодержащих пластмасс (изоляция провода, полихлорвинил) выделяют токсичные для многих организмов вещества, выделяют при разложении ядовитые вещества. Время разложения на земле и в пресной воде несколько сотен лет, в соленой воде - несколько десятков лет.

Вторичного способа использования не существует. Наименее безопасный способ обезвреживания - захоронение на свалках. При разложении образуется углекислый газ, вода, хлороводород, ядовитые хлорорганические соединения.

Связь с биологией.

При изучении ароматических углеводородов материал темы помогает
вести борьбу с курением на научной основе, показывая что вещества,
образующиеся при курении и являющиеся одной из составных частей
табачного дыма обладают раздражающим и выраженным канцерогенным
действием, приводящим к развитию рака губы или легких. Табачный деготь,
содержащий химические стимуляторы роста злокачественных опухолей,
также вызывает рак губы, языка, гортани, пищевода, желудка и мочевых
путей. Около 50% ядовитых веществ курильщик выделяет в окружающее
пространство, создавая вокруг себя кольцо пассивных курильщиков, у
которых быстро появляется головная боль, тошнота, общее недомогание, а
затем развиваются и хронические заболевания.                   

Связь с экономикой.     

При изучении каучуков можно поднять вопрос экономики. На производство шин идет 60% общего объема С.К. При этом ассортимент шин охватывает довольно широкий диапазон - от легких велосипедных шин, до шин диаметром 3,5 метра и весом 3,5 тонны (для 50-и тонных самосвалов). Себестоимость комплекта шин в грузовом автомобиле ЗИЛ-130 составляет 25% от всей стоимости машины. По производству С.К. наша страна занимает 2-е место в мире. А по производству стереорегулярных каучуков - 1 -е. Экономика отрасли напрямую зависит от решения проблемы рационального использования сырья, снижения ее расхода, использования технологических процессов большей единичной мощности.

РАСХОД СЫРЬЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ 1 ТОННЫ БУТАДИЕНА

В отрасли успешно внедряется метод окислительного дегидрирования бутана на гетерогенном катализаторе. Суммарное уравнение:

СН₃ – СН – СН₂ – СН₃ + О₂  → СН₂ = С – СН = СН₂ + 2Н₂О

      СН₃                                          СН₃

Введение в реактор кислорода способствует смещению равновесия обратимой реакции в сторону образования изопрена. Окислительное дегидрирование в отличие от традиционного способа - одностадийный процесс, и выход мономера составляет 90%, в то время как при двухстадийном дегидрировании не превышает и 35%. Сопоставление данных о выходе целевого продукта убеждает учащихся в том, что процесс одностадийного окислительного дегидрирования позволяет снизить себестоимость готовой продукции ( на 30%).

Интенсификации производства С.К. способствует внедрение новых технологий. В институте нефтехимического синтеза разработан метод получения бутадиена из бутана с помощью плазмы. По этому методу дегидрирующая установка объемом 1 куб. м. управляемая, одним-двумя операторами, имеет такую же производительность как и ныне действующая промышленная установка размером с двухэтажный дом, которую обслуживают 150-200 рабочих.

18 .3.Тема третья "КИСЛОРОДОСОДЕРЖАЩИЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ».

Связь с экологией.

При изучении спиртов необходимо рассказать о действии метанола и этанола на организм человека, рассказать о здоровом образе жизни, как пути к избавлению от алкоголизма. Можно продемонстрировать действие этанола на белок и на экосистему (аквариум).

При изучении фенолов рассказать об их токсичности. Во время Великой Отечественной войны 1941-1945 г.г. немцы в концентрационных лагерях делали в вену инъекции раствора фенола, тем самым убивая огромное количество людей. Фенолы очень токсичны. При попадании в природную воду гибнет все живое, потому-то фенол является антисептиком.

При изучении альдегидов рассказать о токсичности формальдегида и формалина.

При изучении карбоновых кислот необходим рассказ о CMC. Синтетические моющие средства - загрязнители природной среды. При попадании в воду не разлагаются, собираются огромными массами, которые можно принять за айсберги. Единственный способ их нейтрализации -удаление с поверхности воды. Можно показать действие CMC на водную экосистему ( аквариум).

При изучении жиров показать связь с биологией. Рассказать о растительных и животных жирах, биологической роли жиров в организме человека, питательной ценности жиров. Показать причины нарушения обмена жиров в организме человека, возникновение патологий. Жиры, являясь структурными элементами клеток, в своем составе имеют вещества, обладающие большим физиологическим значением: фосфатиды, полиненасыщенные жирные кислоты, старины. С жирами в организм человека поступают жирорастворимые витамины. Фосфатиды играют большую роль для нормальной деятельности нервных тканей головного мозга, улучшают процессы клеточного обмена. Поступление их в организм обеспечивается приемом сливочного и растительного масел, яиц. Старины, в частности, холестерин, участвует в образовании гормонов коры надпочечников, половых гормонов, в синтезе витамина «Д».

Связать тему с экономикой. Рассказать о нерентабельности переработки природных жиров для получение непищевой продукции - как пример нерационального использования природных ресурсов, о замене пищевого сырья на непищевое в производстве мыла, олифы, масляных красок.

Связь с экологией. Совершенствовать способы утилизации отходов в производстве и переработке жиров, так как эти отходы являются рассадниками микробов. При гниении выделяют дурнопахнущие и ядовитые вещества, продукты гниения используются в пищу микроорганизмами. Время разложения

- две недели. Необходим способ вторичного использования: компостирование, тогда образуется перегной.

II .4.Тема четвертая "АЗОТОСОДЕРЖАЩИЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ».

Связь с литературой.

При изучении тем амины, анилины можно использовать отрывок из книги А.Толстого «Гиперболоид инженера Гарина». Зачитать отрывок, где говориться о получении и свойствах анилина.

- «Скажите, Ролинг, химические заводы представляют большую опасность для взрыва ?»

- «О, да! Четвертая производная от каменного угля - тратил - чрезвычайно могучее взрывчатое вещество. Восьмое производное от угля - пикриновая кислота, ею начиняют бронебойные снаряды морских орудий. Но есть и еще более сильная штука - это тетрил».

- «А что это такое, Ролинг?»

«Все тот же каменный уголь. Бензол, смешанный при 80° с азотной кислотой дает нитробензол. Если мы в ней две части кислорода заменим двумя частями водорода, то есть, если мы нитробензол начнем медленно размешивать при 80 градусов с чугунными опилками и небольшим количеством соляной кислоты, то мы получим анилин. Анилин, смешанный с древесным спиртом при 50 атм. давления, дает демитил-анилин. ...Произведем реакцию демитил-анилина с азотной кислотой. За термометрами во время этой реакции будем наблюдать издали, в подзорую трубу. Реакция диметил-анилина с азотной кислотой и даст нам тетрил. Этот самый тетрил - настоящий дьявол. От неизвестных причин он иногда взрывается во время реакции и разворачивает в пыль огромные заводы...» Почти все учащиеся читали эту книгу или смотрели фильм, поэтому с интересом слушали текст, а затем изучали строение и свойства анилина, проделывая лабораторные опыты.

При изучении аминокислот говорим о связи с биологией. Раскрываем биологическую роль аминокислот, рассказываем о заменимых и незаменимых аминокислотах. Затрагиваем вопрос сбалансированного питания и применении аминокислот в пищевой промышленности, медицине, животноводстве, ветеринарии.

Белки – единственный источник незаменимых аминокислот в организме. Нормы белка 1,5 г на 1 кг массы в сутки, т.е. 90-130 г. незаменимые аминокислоты, играющие важную роль для жизнедеятельности организма, содержатся в основном в продуктах животного происхождения (в мясе, рыбе, молоке, яйцах). Недостаточное поступление белков негативно сказывается на деятельности ЦНС, функции печени и эндокринных желез, задерживает рост и половое развитие, ухудшает кроветворение. Избыток белка в пищи приводит к усилению процессов гниения в кишечнике и к увеличению продуктов распада белков, приводя к напряжению работы мочевыделительной системы.

При повторении вопроса биологического значения белков, о выполняемых белками функции, например каталитических недостаточно просто назвать биологические катализаторы – ферментами (или энзимами). Необходимо рассмотреть особенности ферментов. Для этого демонстрируются опыты взаимодействия каталазы (сырая морковь) с перекисью водорода и не взаимодействия каталазы (вареная морковь) с Н₂О₂. Затем задать вопрос (показав пачку любого стирального порошка с энзимами): « При какой температуре вы будете отстирывать, например кровяные пятна?». Рассказывая о селективности работы ферментов, интересно было бы рассказать о тирозиназе, это фермент, который катализирует окисление аминокислоты тирозина, в результате чего образуется черный пигмент – меланин. Именно он вызывает пигментацию кожи у животных и человека, проявляющуюся в виде различных родимых пятен. В потемнении битого картофеле, зрелых бананов и других фруктов также повинен мелонин. С тирозиназой связана и такая аномалия, как альбинизм (от латинского «альбус» - белый). Это врожденное отсутствие пигментации кожи, волос, радужной оболочки глаз. Людей и животных с такой аномалией называют альбиносами. Тирозиназе принадлежит основная роль и при развитии меланомы – одной из разновидностей рака кожи, возникающего из клеток, вырабатывающих меланин, особенно из родимых пятен. Вот ведь как важна во всем мира: отсутствие или неактивное состояние тирозиназы приводит к альбинизму, а чрезмерная ее активность – к развитию злокачественных образований.

При освещении гормональной функции начинаю с рассказа … «В Европе и Америке миллионы людей болеют диабетом, и тысячи из них умирают. Дети, внезапно пораженные диабетом, превращаются в чахлых карликов и гибнут. Молодые мужчины и женщины гибнут во цвете лет, мучимые жаждой, которую они не могут утолить, и голодом, которого они не могут насытить…» Такую мрачную картину «доинсулиновой эры» нарисовал автор широко известных книг по микробиолиогии  и медицине Поль де Крайф. У него были свои счеты с диабетом: от этой болезни умер его отец.

Сейчас на земном шаре диабетом страдают многие миллионы людей. К сожалению , «ему по-прежнему» все возрасты покорны, и число диабетиков согласно статистике каждое десятилетие удваивается. Однако с открытием инсулина – гормона вырабатываемого поджелудочной железой и снижающего уровень сахара в крови, стало возможным облегчить страдание больных, в значительной степени улучшать их углеводный обмен и успешно противостоять грозному недугу. Не вдаваясь в подробности, заметим, что диабет возникает при недостатке в организме инсулина. Резко нарушается обмен веществ. В крови и моче появляется сахар. Инсулин был открыт всего лишь в 1921 году, и сразу же его стали использовать для лечения больных диабетом. (Английский био-химик Фредерик Сенгер, затратив 10 лет, установил формулу инсулина, был удостоен Нобелевской премии.)

ГЛАВА III .