Научно-исследовательская работа «Химия без лаборатории»

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Гимназия № 1»

 

Исследовательская работа

Химия без лаборатории

 

Автор:

Кривошеева Анна Александровна,

8 класс

муниципальное общеобразовательное учреждение

«Гимназия №1»

Секция «Химическая»

Руководитель:

учитель химии

высшей квалификационной категории

Лобанова Оксана Дмитриевна

 

Россия, Московская область, город Воскресенск

2019

Оглавление
 

Введение…………………………………………………….…………….……..……………3

Глава 1. Основная часть……………………………………..…………………………….…4

Глава 2. Практическая часть……………………………..…………..……………………....9

Заключения. Выводы……………………………….…………...…………………………..13

Список литературы……………………………………………….…………………………14

Приложения……………………………………………………….…………………………15

Приложение 1. Обнаружение витамина С…………………………………………………15

Приложение 2. Выделение углекислого газа……………………………………………...15

Приложение 3. Обнаружение крахмала……………………………………………………16

Приложение 4. Эфирные масла в мандарине……………………………………………...16

Приложение 5. Диффузия окрашенных ионов вещества в водном растворе…………...16

Приложение 6. Лакмусовые бумажки из сока краснокочанной капусты………...……..17

Приложение 7. Выделение кислорода……………………………………………………..18

 

 

Введение

В современном мире химия такая неотъемлемая часть нашей жизни, что не знать, что такое химия и как она работает нельзя. Но не все люди в мире догадываются о том, что обычные бытовые процессы, такие как добавление лимона в чай или зажигание газовой печи – это химические реакции. Мы каждый день прикасаемся к этой сложной, но важной науке «химия», но не осознаём её значение. Некоторые люди не знают, что всё состоит из молекул, атомов или ионов, хотя окончили школу. Я хочу познакомиться с химией более углубленно, чем это преподают в школах и в будущем связать свою профессию с этой увлекательной наукой.

Цель моей исследовательской работы: изучить физические и химические явления дома, без лаборатории и специального лабораторного оборудования, но придерживаясь научного подхода.

Задачи моей исследовательской работы:

изучить литературу и понять, что такое химические (в том числе качественные) реакции и физические явления.

Провести химические эксперименты, соблюдая технику безопасности и сделать вывод о взаимосвязи причины и следствия.

Объект исследования: физические и химические явления

Предмет исследования: различные эксперименты в домашней лаборатории практически без предварительной подготовки и с минимальными затратами

Моя исследовательская работа очень актуальна, так как в настоящее время среди многих учащихся существует распространённое мнение, что химия является трудным, скучным и бесполезным школьным предметом. Я же своей работой хочу доказать, что это мнение является неверным, показать необходимость изучения этой науки для объяснения явлений, наблюдаемых в нашей повседневной жизни, и как глубоко связана химия с окружающим миром.

Поэтому, я выдвигаю гипотезу: использование эксперимента способствует развитию интереса к предмету и более осознанному усвоению научных знаний.

 

 

Глава 1. Основная часть

Химия – это наука о веществах, их строении, свойствах и превращениях. Когда вещества преобразуются или соединяются, вместе с ними меняются их свойства и вещества приобретают новые.

Согласно истории, химия отделилась от физики и сейчас представляет собой одну из самых интересных и перспективных областей науки. Очень важно понимать химию, потому как многие её принципы используются в других научных дисциплинах, включая астрономию, геологию, математику, науки об окружающей среде, ботанику, медицину, электронику, физику и даже искусство.

В наше время без химических знаний человек подобен путнику в лесу без компаса. Вы зашли в магазин. Продуктов полным-полно, а на этикетке жиры, белки, углеводы и какие-то «Е»? Хорошо это или плохо? Нужно понимать, что покупать, что есть, а от чего нужно бежать подальше. А магазин бытовой химии! Как с этим обращаться? А как разобраться в самом себе, если эти химические реакции ежесекундно идут в твоём организме?

Химия одевает нас и лечит, помогает выращивать высокие урожаи, строить и украшать наши жилища. Химия ставит на службу человеку подземные ископаемые, воду, воздух. Химия помогает заглядывать в недра живой клетки, чтобы управлять жизненными процессами. Без достижений химии нельзя было бы осваивать космос. Ведь реактивное горючее для космических кораблей создала химия. Химия всюду... Книга, раскрытая перед тобой, изготовлена из бумаги, типографской краски и клея; синтетические вещества; пищевые консерванты; взрывчатые вещества; дезинфицирующие вещества для уборки и даже дрожжи, добавляемые при выпекании, чтобы хлеб «подошёл», - всё имеет отношение к химии и демонстрирует принципы её работы. На стенках комнаты штукатурка, на потолке мел, в окнах стекла, сделанные из известняка и песка. Электрические лампочки, электропроводка, облицовка стен, ванна, раковина - это все химическая продукция. Вся деятельность человека, начиная с утреннего туалета и приготовления пищи, связана с химическими процессами. Химия часть нашей повседневной жизни. Элементарное знание химии поможет избежать ошибок в ведении домашнего хозяйства.

Химия, обладая огромными возможностями, создаёт невиданные ранее материалы, умножает плодородие почвы, облегчает труд человека, экономит его время, одевает, сохраняет его здоровье, создаёт ему уют и комфорт, изменяет внешность людей. Но та же химия может стать и опасной для здоровья человека, даже смертельно опасной.

Писатель-фантаст и учёный – биохимик Айзек Азимов писал в одной из своих повестей: «Химия ─ смерть, упакованная в банки и коробки». Сказанное справедливо. Использование людьми достижений современной химии и техники требуют высокой общей культуры, ответственности и, конечно, знаний.

Итак, человек встречается с химией на каждом шагу. Наша жизнь, здоровье, настроение тесно связаны с бесчисленными химическими веществами и процессами вокруг нас и в нас самих.

«Химия – это область чудес, в ней скрыто счастье человечества, величайшие завоевания разума будут сделаны именно в этой области», ─ сказал русский писатель М. Горький.

Развитие человеческого общества сопровождается применением новых материалов и новых химических процессов во всех сферах деятельности человека. Химия даёт в руки человеку огромные возможности и силы, но при этом требует грамотного, ответственного их использования, понимания сущности химических явлений.

В своей исследовательской работе я провела в домашних условиях несколько превращений. Я наблюдала, что с веществами произошли некоторые изменения, которые называют явлениями. Различают физические и химические явления.

Физические явления сопровождаются изменением формы, агрегатного состояния, объема, температуры, степени измельчения вещества и т.д., но при этом не происходит превращения одних веществ в другие. Состав вещества остается неизменным.

Химические явления называют химическими реакциями. Химическая реакция происходит тогда, когда одни вещества превращаются в другие: у новых веществ другой состав и новые свойства. Сущность химической реакции заключается в перегруппировке атомов исходных веществ, в результате чего образуются молекулы продуктов реакции.

В соответствие с атомно-молекулярной теорией, вещества состоят из молекул, а молекулы – из атомов. В ходе химической реакции атомы, входящие в состав исходных веществ, не исчезают и не появляются новые атомы. В результате химической реакции продукты реакции образуются из атомов, которые ранее входили в состав исходных веществ. Вот модель химической реакции (рисунок 1.1)

 

 

 

(рисунок 1.1)

Для каждой химической реакции обязательно возможно выделить характерные признаки:

в ходе реакции может выпасть осадок

может измениться цвет вещества;

 

(рисунок 1.2)

следствием протекания реакции может стать выделение газа;

 

 

(рисунок 1.3)

 

может быть выделена либо поглощена теплота;

также реакция может сопровождаться выделением света.

 

(рисунок 1.4)

Для протекания химической реакции нужны определенные условия:

контакт: чтобы реагировать, вещества должны соприкасаться;

измельчение: для успешного протекания реакции, вступающие в нее вещества должны быть как можно мельче измельчены, идеальный вариант – растворены;

температура: очень многие реакции напрямую зависят от температуры веществ (чаще всего их требуется нагреть, но некоторые наоборот – охладить до определенной температуры);

некоторые реакции протекают под действием электрического тока, света и т.д.

катализаторы: вещества, которые ускоряют химические реакции, но по их окончании остаются неизмененными и не входят в состав продуктов.

Некоторые химические реакции сопровождаются какими-нибудь аналитическими сигналами – характерными признаками, которые можно зафиксировать с помощью органов чувств: зрения, обоняния, слуха. Такие реакции называются качественными. Качественные реакции – это химические превращения, сопровождающиеся характерными признаками, с помощью которых проводят распознавание веществ. Вещество, с помощью которого проводят качественную реакцию, называется реактивом на определяемое вещество. Аналитическим сигналом может быть изменение окраски, выпадение осадка, выделение газа, которое можно зафиксировать по выделению запаха, характерному звуку и т.д. Этот сигнал на определённый реактив должен появляться только при взаимодействии с определённым веществом. Некоторые качественные реакции я описала в своей работе.

Также при проведении даже самых простых экспериментов надо помнить о безопасности, так как даже безвредные на первый взгляд вещества и предметы могут стать очень опасными в определенных условиях. При проведении какой-либо химической реакции я старалась придерживаться научного подхода, включающий несколько этапов: определение проблемы или постановка задачи, выдвижение гипотезы, проведение эксперимента, запись результатов. В конце эксперимента делала вывод о том, верна ли выдвинутая гипотеза.

Я только начинаю знакомиться с этой интересной, наукой. Проведенные мною эксперименты просты и несложны.

Но уже на данном этапе я поняла, насколько увлекательна Госпожа Химия!

 

 

Глава 2. Практическая часть

Опыт 1. Обнаружение витамина C (аскорбиновой кислоты)

Цель: Обнаружить витамин C, растворённый в воде.

Гипотеза: Если добавить настойку йода в воду с растворённым в ней витамином C, то настойка йода обесцветится.

Растворим таблетку аскорбиновой кислоты в стакане воды. Добавим несколько капель настойки йода. На мгновение вода окрасится, но если перемешать она становится прозрачной. (Приложение 1)

Вывод: Эта реакция является качественной для определения витамина С, реактив – настойка йода.

Опыт 2. Выделение углекислого газа CO2

Цель: Провести химическую реакцию с выделением углекислого газа.

Гипотеза: Если в соду добавить уксусную кислоту, то тогда начнётся химическая реакция с выделением углекислого газа.

NaHCO3 + CH3COOH → CH3COONa + H2O + CO2↑

оксид углерода (IV)

вода

гидрокарбонат

натрия

ацетат

натрия

уксусная

кислота

 

Возьмём соду и уксусную кислоту в отношении 2:1. Добавим в соду уксусную кислоту. Реагент начнёт шипеть и пузыриться, выделяя при этом CO2. Доказать это очень просто, надо зажечь свечу и «вылить» на неё углекислый газ, свеча потухнет. (Приложение 2)

Вывод: Во время химической реакции между содой и уксусной кислотой выделяется CO2. Проведена качественная реакция для обнаружения углекислого газа (он не поддерживает горение).

Опыт 3. Обнаружение крахмала

Цель: Провести химическую реакцию и проверить, есть ли в картофеле крахмал.

Гипотеза: Ели капнуть каплю настойки йода на срез картофеля, то крахмал станет синим.

Возьмём картофелину и порежем на кружочки. Капнем каплю настойки йода на кусочек. Кусочек картофеля окрасится в синий цвет. (Приложение 3)

Вывод: С помощью качественной реакции доказано наличие крахмала в картофеле.

Опыт 4. Эфирные масла в мандарине

Цель: Проверить, есть ли эфирные масла в мандарине.

Гипотеза: В соке мандарина есть эфирные масла.

Возьмём мандаринную дольку и свечу. Зажжём свечу и капнем на пламя немного мандаринового сока. (Во время горения эфирных масел, пламя свечи должно искрить.) Пламя свечи заискрится и может потухнуть, если капнуть очень много. (Приложение 4)

Вывод: В мандарине есть эфирные масла – горючие органические вещества, вызывающие небольшой «фейерверк».

Опыт 5. Диффузия окрашенных ионов вещества в водном растворе

Цель: Проверить, произойдёт ли диффузия окрашенных ионов вещества в водном растворе.

Гипотеза: Если в водный раствор бросить несколько кристаллов марганцовки, то вскоре появятся малиновые разводы.

Возьмём стеклянный стакан с водой и кристаллы марганцовки. Бросим их туда. Вскоре появятся малиновые разводы: вещество при растворении постепенно окрашивает воду. Через некоторое время цвет жидкости станет полностью однородным.

Вывод: Гипотеза подтвердилась, кристаллы марганцовки со временем полностью окрашивают воду. Это процесс относится к физическим явлениям. (Приложение 5)

Опыт 6. Лакмусовые бумажки из сока краснокочанной капусты

Цель: создать и проверить лакмусовые бумажки из сока краснокочанной капусты.

Гипотеза: Лакмусовые бумажки легко сделать в домашних условиях, и они сработают.

Из сока краснокочанной капусты можно сделать лакмусовые бумажки. Для этого понадобится фильтровальная бумага. Ее надо пропитать капустным соком и дать ей высохнуть. После этого разрезать на тонкие полоски. Лакмусовые бумажки готовы!

Примечание: не только краснокочанная капуста, но и многие другие растения содержат PH чувствительный растительный пигмент (антоцианин). Например, свёкла, ежевика, черная смородина, черника, голубика, вишня, темный виноград и др. Антоцианин придает растениям темно-синюю окраску. Продукты такого цвета считаются очень полезными для здоровья.

Сок краснокочанной капусты при смешивании с различными веществами изменяет свой цвет от красного (в сильной кислоте), к розовому, фиолетовому (это его естественный цвет в нейтральной среде), синему, и, наконец, зеленому (в сильной щелочи). На картинке, слева направо, результаты смешения сока краснокочанной капусты: 1. с лимонным соком (красная жидкость); 2. во второй пробирке чистый сок краснокочанной капусты, он имеет фиолетовый цвет; 3. в третьей пробирке сок капусты смешан с нашатырным спиртом - получилась жидкость синего цвета; 4. в четвертой пробирке результат смешения сока со стиральным порошком - жидкость зеленого цвета. (Приложение 6)

Вывод: Гипотеза подтвердилась, лакмусовые бумажки легко сделать, и они работают. Сок краснокочанной капусты при смешивании с различными веществами изменяет свой цвет от красного (в сильной кислоте), к розовому, фиолетовому (это его естественный цвет в нейтральной среде), синему, и, наконец, зеленому (в сильной щелочи).

Опыт 7. Выделение кислорода

Цель: Проверить, правда ли, что при нагревании кристаллов марганцовки выделяется кислород.

Гипотеза: Если нагреть кристаллы марганцовки, то будет выделяться кислород.

2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2↑

кислород

оксид

марганца

(IV)

манганат

калия

перманганат

калия

 

Возьмём небольшую стеклянную бутылку и стакан. В крышке проделаем отверстие, в которое помещается трубочка из-под коктейля. Насыплем в бутылку некоторое количество кристаллов марганцовки. Соединим трубочки так, что другой конец будет в стакане. Поставим бутылку над свечкой и нагреем кристаллы марганцовки. Кислород, выделяемый ими по трубочкам, попадёт в стакан. Проверить есть ли внутри стакана кислород очень просто. Надо зажечь лучинку, потушить её и поместить в стакан с кислородом. Она тут же вспыхнет. (Приложение 7)

Вывод: Гипотеза подтвердилась, при нагревании кристаллов марганцовки выделяется кислород. Наличие кислорода доказано качественной реакцией: кислород поддерживает горение.

 

Заключение. Выводы

В начале своей исследовательской работы я поставила цель – провести и изучить физические явления и химические реакции дома, без специального лабораторного оборудования. Я убедилась, что эксперимент – это один из основных способов постигнуть основы науки. Наблюдая за различными опытами, появляется желание разобраться в том, как это все происходит. Таким образом, подведя итоги исследовательской работы, можно констатировать, что поставленная цель достигнута, поставленные задачи решены.

Практическая значимость данной работы заключается в том, что, рассказывая одноклассникам о моей исследовательской работе: проведённых химических реакциях, в том числе качественных, выводах – я заинтересовала многих. В домашней лаборатории практически без предварительной подготовки и с минимальными затратами можно провести много различных интересных экспериментов! И многие убедились, что наука «химия» не такая уж и скучная! Выдвинутая мною гипотеза подтвердилась.

В ходе изучения специальной литературы я расширила свои знания о химических явлениях (реакциях), их признаках.  Убедилась, что без химии современная жизнь просто бессмысленна, невозможна. Очень важно изучать химию, ведь она вокруг нас!

Предмет «химия» я изучаю с этого года, но уже успела заинтересоваться этим предметом. Есть еще много того, о чем я не знаю. А чтобы понять все, что связано с химией, необходимо углубленно изучать такую сложную, но интересную науку, как химия!

 

 

Список литературы

 

1. Алексинский В. Н. Занимательные опыты по химии: Книга для учителя . – 2-е изд ., испр. – M.: Просвещение, 1995 . – 96 с., ил.

2. Боб Боннет, Дэн Кин. Химия без лаборатории. Увлекательные опыты и развлечения. – Издательство: АСТ, Астрель, 2009. – 127 с.

3. Габриелян О.С. Химия. Вводный курс. 7 класс: учебное пособие / О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов, А.К. Ахлебинин. – 7 издание, стереотип. – М.: Дрофа, 2016. – 152 с., ил.

4. Гроссе Э., Вайсмантель Х. Химия для любознательных. Основы химии и занимательные опыты. Перевод с немецкого Л. Н. Исаевой под ред. Р. Б. Добротина (гл. 1-3) и А. Б. Томчина (гл. 4-8). – 2-е русское изд.: Химия, 1985 г. – 336 с.

5. Ольгин О. Опыты без взрывов. Рецензент: д-р хим. наук М. Г. Гольдфельд. Изд. второе, переработанное. – М.: Химия, 1986. – 192 с.

6. Савина Л.А.. Я познаю мир. Детская энциклопедия. Химия. – М.: ООО «Издательство АСТ – АТД, 1997.– 421 с.

 

Приложения

Приложение 1. Обнаружение витамина C

 

 

Приложение 2. Выделение углекислого газа

 

Приложение 3. Обнаружение крахмала

 

Приложение 4. Эфирные масла в мандарине

 

 

Приложение 5. Диффузия окрашенных ионов вещества в водном растворе

 

 

Приложение 6. Лакмусовые бумажки из сока краснокочанной капусты

 

1. С лимонным соком (красная жидкость);

2. чистый сок краснокочанной капусты (фиолетовый цвет);

3. сок капусты смешан с нашатырным спиртом (синий цвет);

4. результат смешения сока капусты со стиральным порошком (зеленый цвет)

 

 

 

Приложение 7. Выделение кислорода