Текст книги "Магическая наука. Химия"

Магическая наука. Химия
Яна Геннадьевна Агафонова

Ни одна наука не нуждается

в эксперименте в такой степени, как химия

Майкл Фарадей

Иллюстратор Гелена Анатольевна Жукова

© Яна Геннадьевна Агафонова, 2023

© Гелена Анатольевна Жукова, иллюстрации, 2023

ISBN 978-5-0059-9957-3

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Занимательные опыты, являясь неотъемлемой частью изучения химии, прививают любовь к науке, формируют основной интерес к изучению предмета. Самостоятельная деятельность ребенка способствует более углубленному и расширенному получению знаний.

На более осмысленное восприятие целостной картины эксперимента влияет изучение и понимание теоретических основ опыта, его описание, порядок действий, полученные результаты.

Выполнение практических действий даёт учащимся дополнительные знания в области работы с веществами, обращением с техникой и оборудованием. Это, в свою очередь, помогает «приобретению опыта химически грамотного использования веществ и материалов, применяемых в быту», что обозначено в концепции учебного предмета «химия», как первостепенное.

У учащихся в процессе экспериментального обучения происходит развитие мотивации, что способствует формированию осознанных знаний. Развиваются творческие способности, которые рождаются при формировании их познавательной активности и самостоятельности.

Актуальность

Данный курс сочетает в себе научность и занимательность, имеет познавательную и практическую ценность. Книга предназначена для проведения совместного досуга родителей и детей от 6 до 12 лет. Каждая глава книги – это отдельное занятие, проходя которое, ребенок знакомится с веществами, их строением, свойствами и применением. В каждой главе есть портреты ученых, иллюстрации, загадки, головоломки, викторины. Дети узнают, как устроен окружающий мир, какие интересные явления могут происходить с веществами, узнают о практической значимости веществ. А помогут в знакомстве с магической наукой – книга и, конечно, родители! Пусть каждый ребенок почувствует себя настоящим магом и волшебником!

Уникальность

Отличительная особенность курса – структурированность подачи материала. Все эксперименты проводятся в рамках рассмотрения определенной темы, по составленному плану освоения науки, и направлены на знакомство со всеми веществами, процессами и явлениями, которые будут изучаться в школьном курсе химии.

Опыты безопасны и разнообразны по своей природе и способам их выполнения. Все вещества для опытов можно найти на кухне, позаимствовать в ванной, купить в аптеке или в магазине для садовода. Для развития интереса к предмету и повышения уровня мотивационной деятельности, материал дополнен игровыми заданиями, интересными фактами о веществах и их открытиях, сведениями о жизни и деятельности великих ученых.

Цель курса:

С помощью захватывающих опытов показать ребенку, что наука химия может быть очень интересной. Сделаем мы это эффективно – предложим самостоятельно провести массу интересных, познавательных и увлекательных экспериментов. Дети никогда не забудут занятия, на которых они сами проведут опыты и увидят результат!

Задачи курса:

– Сформировать интерес к миру веществ и химических превращений

– Расширить у учащихся кругозор представлений о значимости химических знаний

– Подготовить школьников к изучению учебного предмета «химия» в 8 классе

При изучении курса:

1. Дети увидят красочные опыты и узнают, как устроен окружающий мир

2. Смогут овладеть навыками лабораторных исследований, выполнять несложные химические опыты, соблюдать технику безопасности

3. Научатся использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни

4. Познакомятся со строением веществ, их свойствами и превращениями

5. Все опыты, проводимые на занятиях, безопасны, могут проводиться детьми самостоятельно, под руководством родителей. В каждом опыте есть подробное объяснение происходящим процессам и явлениям.

6. На каждом занятии ребенок ведет «Лабораторный журнал», где может записывать формулы веществ, зарисовывать опыты.

7. Иллюстрации к занятию можно распечатывать и магнитом прикреплять к холодильнику, создавая дома настоящую лабораторию!

8. Ребята узнают о великих ученых, внесших огромный вклад в развитие науки химии, требующими знания химии

9. По окончании занятий, в конце книги есть диплом, который можно распечатать, подписать, и вручить каждому юному химику, освоившему курс!

Дополнительно, в программу курса включены:

– Разгадывание кроссвордов, головоломок, загадок по химии

– Викторины по химии

* – значком обозначаются дополнительные опыты или информация, которые будут интересны детям старшей возрастной группы

** – значком обозначаются вещества и оборудование, которые возможно приобрести через интернет или купить в специализированном магазине

Детям на занятиях понадобятся:

– Папка для хранения материалов занятия

– Ч/б таблица Менделеева (находить элементы, разукрашивать изученные элементы)

– Цветные карандаши/ручки

– Зубочистки

– Картон формата А4 (плотная бумага)

– Пластилин

– Тетрадь в клетку 48 л. – «Лабораторный журнал» (для записи темы, формулы и выполнения рисунков)

1. Начало химии. Чудеса вокруг нас

Наше сегодняшнее занятие – Ваш первый в жизни урок химии

Мы узнаем, что такое химия?

И какими способностями может обладать эта интересная наука!

Все мы с Вами живем в мире веществ, мы постоянно окружены этими веществами. Из веществ состоят все физические тела, которые мы используем в повседневной жизни. Например, ручка пластиковая, ложка алюминиевая, стакан стеклянный (демонстрация всех перечисленных предметов)

 
Сахар, который мы в чай кладем,
Соль, которой мы солим пищу,
Вода, которую мы пьем
Кислород, которым мы дышим…
 

Все эти вещества изучает наука химия. Химия – это и лекарства, которые помогают нам выздороветь, и удобрения, благодаря которым мы выращиваем растения, это и пищевые добавки, которые улучшают вкус любимых нам блюд. Человек вповседневной жизнипостоянно использует все эти вещества, и важнейшим моментом здесь являются знания о свойствах этих веществ.

Например:

Кислород – газ, без запаха и цвета

Вода – жидкость, прозрачная и безвкусная

Сахар – твёрдый, белый и сладкий

Соль – тоже твёрдая и белая, но солёная

Все эти свойства – это признаки веществ, их тоже изучает наука химия. Чтобы правильно использовать вещества, кроме состава и свойств надо знать, что может происходить с веществами? Например, дрова горят, молоко прокисает, листья осенью желтеют. Все это превращения веществ.

Таким образом,

Химия – это наука о веществах, их свойствах и превращениях.

А теперь перейдем к самому интересному. Что может химия?

«Фараонова змея»

«Зубная паста для слона»

Важная информация! *

!!! Обычная медицинская перекись имеет концентрацию 3%, а содержание перекиси в гидроперите составляет 35%. У нас она получается около 7—10% в зависимости от количества воды. Исходя из этого, следует понимать, что мы работаем с относительно едким раствором.

Необходимо соблюдать меры безопасности при работе с веществами из опыта! Не допускать попадание раствора в глаза и на кожу.

К тому же, реакция взаимодействия перекиси и марганцовки экзотермическая, поэтому можно обжечься.

Выделяемый пар содержит в себе примеси гидроксида калия, а это щелочь. Её в паре немного, но лучше паром не дышать и не допускать его попадания в глаза.

«Зубная паста для слонёнка»

«Необычные мыльные пузыри»

Все вещества, которые мы использовали в наших экспериментах, все вещества, которые нас окружают, состоят из химических элементов. Кто же такие эти химические элементы и где они «живут»?

Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

Таблицу можно представить в виде многоэтажного дома, где «живут» все химические элементы. У каждого химического элемента есть своя «квартира», т.е. клетка, с определенным номером. Например, Ca, «живет» в «квартире» №20, т.е. в клетке №20

Горизонтали дома – это «этажи», их всего 7. В химии они называются – периоды. На первом этаже живут всего два химических элемента, на втором и третьем – по восемь. Эти периоды называются малыми. Начиная с 4 периода, на каждом этаже появляется больше жителей. Например, в 4—5 их 18, а в 6– 32.Эти периоды называют большими, ведь здесь уже больше химических элементов, расположенных в два ряда. 7период – заполнен не полностью, не все жители еще заехали на этот этаж.

В «подвальных этажах» дома живут по 14 элементов-близнецов, похожих по своим свойствам. Одни похожи на лантан (La⁵⁷), поэтому называются лантаноиды, другие похожи на актиний (Ac⁸⁹) – актиноиды.

Вертикальные ряды дома – подъезды. Их всего 8. В химии они называются – группы. В этих вертикальных столбцах химические элементы имеют схожие свойства. Каждая группа состоит из двух подгрупп – главная и побочная. Главную подгруппу еще обозначают подгруппой А, в нее входят элементы и малых и больших периодов. Побочную подгруппу называют подгруппой В, в нее входят элементы только больших периодов.

1 марта 1869 г. – опубликован первый вариант таблицы, имевший название: «Опыт системы элементов», основанной на атомном весе и химическом сходстве элементов. Для ее разработки было приложено много усилий. Следует отметить, что гениальная мысль не пришла ученому в один вечер во время работы. Менделеев трудился около 20 лет, снова и снова перебирал карточки с элементами, изучая их характеристики.

На момент открытия таблицы было известно 63 элемента. В настоящее время – 118 (94 из них обнаружены в природе, 24 – получены искусственно, в лабораториях, в результате ядерных реакций). Еще 8 элементов являются лишь гипотетическими вариантами. Их пытаются изобрести, или получить.

В 1955 американские физики, во главе с Г. Сиборгом синтезировали химический элемент №101 и назвали его «Менделевий» – в знак признания заслуг великого русского ученого.

Среди 118 элементов, образующих простые вещества, неметаллов насчитывается – 22, остальные– металлы.

По физическим свойствам: 11 – газообразные вещества, 2– жидкости (Br, Hg), остальные – твердые вещества.

Дмитрий Иванович Менделеев (1834 – 1907)

Дмитрий Иванович Менделеев родился 8 февраля 1834 года в городе Тобольске – первой столице Сибирского края. Отец Дмитрия – Иван Павлович, занимал должность директора Тобольской Гимназии. Все заботы о семье легли на маму – Марию Дмитриевну, она приложила немало усилий, чтобы её дети получили хорошее образование.

Благодаря маме, Дмитрий поступил в Главный педагогический институт (Санкт-Петербургский государственный университет)

Дмитрий Иванович имел большой педагогический опыт, работал в лицеях, гимназиях, преподавал в институте, в котором проработал около 30 лет. Свою последнюю лекцию, которую ученый прочитал 22 марта 1890 года, он завершил такими словами: «Покорнейше прошу не сопровождать моего ухода аплодисментами по множеству различных причин».

Существует мнение, что однажды Менделеев во сне увидел периодическую таблицу, после чего он её и составил. Однако ученый опроверг эту легенду, сказав следующее: «Я над ней, может быть, двадцать лет думал, а Вы говорите: сидел и вдруг… готово». Первый вариант таблицы Менделеев сделал, начертив набросок на обратной стороне письма, в котором его приглашали приехать и помочь производству.

Выдающийся ученый занимался не только научной работой и педагогической деятельностью. В свободное время он любил изготавливать чемоданы. Это ремесло Менделеев освоил, когда из-за войны закрылась гимназия, в которой он работал. Однажды на рынке, во время покупки кожи, один из покупателей спросил у купца, кто это, на что получил ответ: «Это известный, знаменитый чемоданных дел мастер Менделеев!»

Менделеев также работал над конструкцией летательных аппаратов, с помощью которых он планировал исследовать температуру, давление и влажность в верхних слоях атмосферы.

РУБРИКА «Занимательная химия»

Лабиринт

Ребята, лаборатория нашего волшебника, который помогает нам в магических опытах, переехала на другой этаж. Помоги магу найти путь среди бесчисленных коридоров большого здания.

Дмитрий Иванович Менделеев (1834 – 1907)

Д. И. Менделеев. Рукопись «Опыта системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве». 17 февраля 1869 года

2. Вода. Растворы

Вода – самое удивительное, самое распространенное и самое необходимое вещество на Земле

Почти ¾ поверхности Земного шара занято водой морей и океанов. Из космоса наша планета кажется голубой, именно потому, что на ней есть вода

Древние народы, наряду с огнем, обожествляли и воду. Древнегреческий философ Фалес Милетский считал, что вода является первичным веществом Вселенной, из которой всё состоит и в которое, в конечном итоге, превращается. Мнение древних мыслителей о воде, как начале всех начал, встретилось и в учении Аристотеля о четырёх стихиях – огне, воздухе, земле и воде.

Когда древние люди хотели пожелать собратьям чего-то доброго, они желали, кроме всего прочего и «свежей воды».

В течение очень длительного времени (миллионов лет) вода принимала активное участие в подготовке условий, необходимых для зарождения и развития жизни на Земле. Совершенно точно справедливы версии о том, что жизнь зародилась именно в водной среде.

Посмотрите на воду (демонстрация воды в стакане) – чистая, прозрачная, она не имеет ни цвета, ни вкуса, ни запаха: Ц, В, З

РУБРИКА «Нескучные молекулы»

Строим формулы веществ

Из пластилина делаем шарики разного цвета, химических элементов – кислород, водород

Прикрепляем атомы химических элементов к картонному листу, подписываем название атомов.

Из атомов данных химических элементов собираем формулу молекулы, соединяя с помощью половинок зубочисток: два шарика пластилина водорода + один шарик пластилина кислорода = молекула воды; H-O-H

У нас получается структурная формула вещества, прикрепляем ее к картонному листу, подписываем название.

Сколько % воды в организме человека?

Тело взрослого человека в среднем состоит на 60% (это 2/3) из воды, в теле ребёнка её ещё больше. Вода есть везде – в организме животных, в растениях, в продуктах питания, в почве и в атмосфере.

Без воды человек может прожить 3 дня. Потеря 12% воды приводит к смерти

Роль воды:

– способствует доставке кислорода в клетки

– транспортирует питательные вещества

– регулирует температуру тела

– выводит из организма продукты ж/д

Совет: выпивайте 1 стакан воды сразу после подъёма, перед приёмом пищи (натощак) – запускается процесс обмена веществ (метаболизм), укрепляется иммунитет, заряд энергией (бодрость и хорошее настроение), очищение организма.

Какое свойство воды является наиболее важным? Это способность растворять вещества. Она присуща воде, благодаря строению её молекулы. Вода растворяет всевозможные вещества, в организме происходят многие жизненно важные процессы, благодаря воде.

Вода – универсальный растворитель

«Получение разноцветных жидкостей»

«Пенная радуга»

«Слоистый коктейль»

Опыт «Лава»

РУБРИКА «Занимательная химия»

Загадки

Вырежьте из приложения загадку и ответ к ней, приклейте в свой лабораторный журнал.

Интересные факты о воде:

– Вода – единственное вещество на Земле, которое встречаетсяв трех естественных агрегатных состояниях – твердом, жидком и газообразном.

– Только 3% всей воды на земле – пресная, остальные 97% – солёная вода. Больше всего пресной воды в ледниках

– 1 литр воды весит 998,5 г.

– Без воды человек сможет прожить только 3 дня, в то время как без пищи 30 – 50 дней. Потребность человека в воде стоит на втором месте после кислорода.

– За последние несколько лет водопотребление в мире увеличилось в 5 раз. Например, на чистку зубов уходит примерно 1 л воды, на мытье посуды – 60 литров. Человек ежедневно использует 230 л воды. При неисправности крана с самой тонкой струйкой воды за сутки может уйти в канализацию до 80 л чистейшей питьевой воды. Каждая стирка белья в стиральной машинке требует свыше 100 л воды.

– Вода замерзает при 0⁰С, закипает при t = 100⁰С

– Один из самых водянистых продуктов – это арбуз. Арбуз на 93% состоит из воды.

– В природе существует около 1330 видов воды, по происхождению (почвенная, талая)

– Вода в морях и океанах, кажется, синей за счет поглощения и рассеивания света в воде.

– Некоторые газированные напитки содержат вредные химические вещества, которые вызывают обезвоживание, а вовсе не утоляют жажду.

– Человек за всю жизнь выпивает в среднем 35 тонн воды

– 22 марта – отмечается всемирный день воды. Мы должны помнить о том, что необходимо беречь наши водные ресурсы.

3. Чистые вещества и смеси. Способы разделения смесей

Мы уже знаем с Вами, что живем в мире веществ. Вещества – это то, из чего состоят физические тела.

А какие бывают вещества?

Чистые вещества – вещества, которые состоят из одного вида частиц и обладают постоянными физическими свойствами (цвет, вкус, запах, агрегатное состояние)

Примеры: сахар, сера, железо, мел, медь, соль

Смеси веществ – это то, что образуется при перемешивании двух и более различных по свойствам веществ. Вещества, составляющие смесь, называют компонентами.

Смеси могут иметь любое агрегатное состояние: воздух – смесь газов, бензин – смесь органических веществ.

«Хрустальные яйца»

Способы разделения смесей

Многие способы получения чистых веществ из смеси, являются физическими явлениями, и основаны на различных свойствах этих веществ.

«Действие магнитом»

«Выпаривание»

Интересная информация *

Фильтры конструируются таким образом, чтобы через него могли пройти только частицы с тем же размером, и той же растворимостью, что он может пропустить. Более крупные не смогут пройти через фильтр и будут отсеяны.

По такому принципу работает пылесос, который отделяет крупные частицы мусора и ловко всасывает мелкие, неспособные повредить механизм.

Когда Вы болеете, то надеваете марлевую повязку, которая может отсеять бактерии.

Рабочие, чья профессия связана с распространением опасных газов и пыли, носят респираторные маски, защищающие их от отравления.

«Фильтрование»

«Отстаивание»

РУБРИКА «Занимательная химия»

Раскраска

Ребята, помогите нашему волшебнику преобразить свою лабораторию, сделать ее красочнее и ярче.

4. Необычные свойства жидкостей

Жидкости, свойства которых мы привыкли наблюдать в ежедневном использовании, подчиняются закону Ньютона, и называются ньютоновскими. Основным свойством такой жидкости является то, что она может менять свою форму при механическом воздействии на неё.

Но оказывается, что не все жидкости ведут себя таким привычным образом. Это так называемые неньютоновские жидкости:

– мёд

– зубная паста

– кровь

– болото

– зыбучие пески

– масляные краски

– некоторые строительные материалы.

Что такое «Неньютоновская жидкость»?

Еще в конце XVII века великий физик Исаак Ньютон обратил внимание, что грести вёслами быстро гораздо тяжелее, чем, если делать это медленно. И тогда он сформулировал закон: «Вязкость жидкости усиливается пропорционально силе воздействия на неё».

Неньютоновские жидкости не подчиняются законам обычных жидкостей, такие жидкости меняют свою плотность и вязкость при действии на них физической силой, причем не только механическим воздействием, но и звуковыми волнами.

Чем сильнее воздействие на обычную жидкость, тем быстрее она будет течь, и менять свою форму. Если мы подействуем на неньютоновскую жидкость механическим усилием, мы получим обратный эффект, жидкость начнёт принимать свойства твёрдых тел и вести себя как твёрдое тело, связь между молекулами жидкости будет усиливаться с увеличением силы воздействия на неё.

Свойства неньютоновских жидкостей изучает Реология (от греч. «rheos» – течение, поток и «logos» – наука) – наука о деформациях и течении материальных тел под действием внешних воздействий.

«Течение вязкой жидкости»

«Твердая жидкость»

«Фигурки из гипса»

«Умный пластилин» *

Применение неньютоновских жидкостей

«Жидкая сумка»

С целью защиты пассажиров во время полётов, международная компания ученых разработала специальную «жидкую» сумку-чехол, которая способна подавить взрыв в багажном отсеке самолёта.

«Жидкий бронежилет»

Новый вид бронежилета был создан специалистами из британской компании BAESystems. Ученые предложили использовать особую жидкую массу, которая будет заполнять пространство между слоями бронежилета. Жидкость будет смягчать удар, равномерно распределяя импульс по всему бронежилету. Секрет состава субстанции компания не разглашает.

Косметология

Для того, чтобы косметика долго держалась на коже, её делают вязкой, подводка это для глаз, блеск для губ, или тональный крем.

Вязкость каждого продукта подбирается индивидуально, в зависимости от того, для какой цели использования изделие предназначено.

Кулинария

Чтобы улучшить внешний вид блюд, сделать еду более аппетитной и привлекательной, чтобы её было легче кушать, в кулинарии используют вязкие продукты питания. Продукты с большой вязкостью, например, соусы, удобно использовать, чтобы намазывать на другие продукты, например, хлеб. Их используют также для того, чтобы соединять и удерживать слои продуктов на месте. В бутербродах с такой целью используют кетчуп или майонез – тогда сыр, мясо и овощи не соскользнут с хлеба. В многослойных салатах, например, тоже используют майонез, чтобы такие салаты держали форму.

Развивающие игрушки

«Лизун», «умный пластилин» – силиконовый слайм впервые появился на рынке товаров в 1976 году, благодаря компании Mattel.

Игрушка завоевала популярность благодаря своим свойствам – текучей, эластичной и постоянно трансформирующейся субстанции. Обладая свойствами неньютоновской жидкости, игрушка-лизун быстро набрала популярность среди детей и взрослых. Такие игрушки помогают в развитии моторики пальцев, способствуют релаксации.

Исаак Ньютон (1642 – 1727)