Связь химии с другими науками

Характеристика взаимосвязи химии и физики: положения теории строения веществ, опыты, доказывающие молекулярное строение веществ. Внутреннее строение Земли и состав горных пород как пример связи химии с географией. Обоснование связи химии с биологией.

Рубрика Химия
Вид доклад
Язык русский
Дата добавления 22.03.2009
Размер файла 1009,3 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

МОУ «Никифоровская средняя общеобразовательная школа №1»

Связь химии с другими науками

Доклад

Выполнила: ученица 8 класса

Проскурякова Наталья

Учитель: Сахарова Л.Н.

Дмитриевка, 2008

План

1. Химия и физика

2. Химия и география

3. Химия и биология

1. Химия и физика

К общим вопросам химии и физики относятся строение веществ и движение тех частиц, из которых вещества построены. Показательно, что самые первые шаги в изучении физики вы делаете, знакомясь с молекулярно-кинетической теорией, имеющей непосредственное отношение как к физике, так и к химии.

Основное положение этой теории: вещества состоят из мельчайших частиц. Это могут быть молекулы, атомы или ионы.

Молекула - это мельчайшая частица вещества, определяющая его свойства. Из молекул состоят такие хорошо знакомые вам вещества, как вода и уксусная кислота, сахар и углекислый газ.

Большинство твердых веществ находится в кристаллическом состоянии. Частицы вещества в кристаллах расположены в строго определенном порядке. Если соединить их воображаемыми линиями, получается правильная геометрическая фигура, называемая кристаллической решеткой. На рисунке ниже представлены модель кристаллической решетки йода и образец этого вещества. Вы думали, что йод - это жидкость? Не следует путать: в вашей домашней аптечке есть йодная настойка - раствор кристаллического вещества йода в этиловом спирте. Двойные шарики в модели кристаллической решетки - это и есть молекулы йода I2.

Модель кристаллической решетки йода и кристаллы этого вещества

Баллончик дезодоранта

Доказательством того, что многие вещества состоят из молекул, может служить явление диффузии. Самопроизвольное распространение частиц одного вещества между частицами другого называется диффузией.

Явление диффузии можно объяснить только тем, что между молекулами вещества есть промежутки, в которые могут проникать молекулы другого вещества. Поэтому, к примеру, газообразное вещество распространяется в воздухе без нашего участия, т.е. самопроизвольно.

Примерно то же самое происходит при растворении в воде сахара.

Явление диффузии доказывает, что частицы, из которых состоит вещество, находятся в непрерывном движении. Это обусловливает еще одно интересное физическое явление - броуновское движение.

Английский ботаник Роберт Броун в 1827 г. изучал строение пыльцы растений. Наблюдая в микроскоп за крупинками пыльцы в капле воды, ученый с удивлением заметил, что пылинки хаотически перемещаются, словно живые. Беспорядочное движение мельчайших частиц в жидкой или газообразной среде называется броуновским движением.

Может быть, крупинки цветочной пыльцы и вправду могут двигаться без посторонней помощи? Давайте проверим это с помощью лабораторного эксперимента. Для этого вам понадобится микроскоп и немного черной туши.

Нанесите на предметное стекло каплю чистой воды и с помощью кисточки подкрасьте ее очень небольшим количеством черной туши, предварительно разведенной водой до светло-серого цвета. Накройте каплю покровным стеклом. Перемещая тубус микроскопа, добейтесь четкого изображения. Вы увидите, как черные частицы туши совершают самопроизвольное движение. Но ведь их-то точно нельзя назвать живыми! Подобный опыт поставил выдающийся французский ученый Ж.Б. Перрен. Он зарисовал движение частиц примерно так, как показано на рисунке:

Броуновское движение частиц туши в воде
Опыт Перрена стал еще одним убедительным доказательством существования молекул. Он показал, что причина броуновского движения состоит в непрерывном, никогда не прекращающемся движении молекул жидкости или газа. Разумеется, что крупинки твердого вещества во много раз больше молекул, которые нельзя увидеть в микроскоп. Однако они испытывают постоянные столкновения с молекулами жидкости, что и заставляет их перемещаться. Молекулы веществ состоят из еще более мелких частиц - атомов. Атомы - это мельчайшие электронейтральные частицы, из которых состоят молекулы веществ. Есть вещества, которые состоят не из молекул, а из атомов. К ним относятся алмаз, графит, кремний, кварц, сапфир и рубин. Из отдельных атомов состоят газы, которые называют благородными (гелий, неон). Модели кристаллических решеток некоторых веществ атомного строения и их образцы изображены на рисунке:
Кристаллические решетки и образцы: а - алмаз; б - графит; в - кварц
Многие вещества состоят не из молекул или атомов, а из ионов. Ионы - это положительно или отрицательно заряженные частицы, образовавшиеся из атомов. Поваренная соль, сода, марганцовка - это вещества, состоящие из ионов.
Модели кристаллических решеток веществ ионного строения и образцы соответствующих природных минералов вы можете рассмотреть на рисунке ниже.
В предыдущем эксперименте вы наблюдали диффузию «ароматных» молекул в воздухе. Нетрудно увидеть диффузию в водном растворе веществ, состоящих из ионов.
На скорость диффузии веществ существенное влияние оказывает температура. Предыдущий эксперимент можно провести в двух сосудах, один из которых поместить в холодильник, второй оставить в комнате.
Модели кристаллических решеток и образцы природных минералов: а - фторид кальция (минерал флюорит); б - хлорид натрия (минерал галит)
Диффузия окрашенных ионов вещества в водном растворе
2. Химия и география
Из курса географии 6 и 7 классов нам известно, что наш общий дом - планета Земля - имеет сложное строение:
Внутреннее строение Земли
Твёрдое внутреннее ядро имеет диаметр около 1370 км. Оно состоит из железа и никеля, находящихся под большим давлением, и потому, несмотря на высокую температуру, эта часть ядра твердая.
Его окружает жидкое внешнее ядро, имеющее толщину около 2000 км, которое состоит также из расплавленных железа и никеля, но кроме них, возможно, включает некоторые другие элементы.
Почему мы сказали «возможно»? Потому что о внутреннем строении Земли известно гораздо меньше, чем даже о космосе. Температура веществ в ядре достигает 4000-5000 °С.
За ядром располагается покрывающая его мантия (от греч. mantion - покрывало), толщина которой около 2900 км. Мантия состоит из веществ, образованных главным образом тремя элементами: магнием, кремнием и кислородом. Она имеет температуру около 2000 °С, поэтому можно предположить, что вещества мантии должны находиться в расплавленном состоянии, но этому мешает высокое давление. В некоторых участках мантии давление меньше, и поэтому вещества, образующие ее, расплавляются, образуя магму (от греч. magma - густая мазь).
За мантией располагается земная кора, или литосфера (от греч. lithos - камень, sphaira - оболочка). Толщина океанической земной коры 5-10 км, а континентальной - до 35 км на равнине и до 70 км в горных районах. Земная кора состоит в основном из твердых минералов и горных пород.
Минералы - это однородные по составу и свойствам природные тела, возникающие в результате природных процессов, протекающих в земной коре или недрах других планет.
На Земле насчитывается около 3000 минералов, например, поделочный камень лазурит (из него изготавливали природную краску ультрамарин), один из самых твердых минералов корунд, сырье для получения меди халькопирит, содержащий мышьяк минерал аурипигмент и уже знакомые вам флюорит и галит.
Минералы обычно представляют собой составную часть горных пород или руд. В отличие от минералов горные породы неоднородны по составу и, следовательно, более сложны по строению.
По происхождению различают несколько видов горных пород.
Магматические горные породы образуются при затвердевании расплавленной магмы. Это, например, хорошо знакомый вам гранит - плотная зернистая горная порода с крупными кристаллами минералов («граны» - зерна).
Ученический эксперимент. Рассмотрите при помощи увеличительного стекла или лупы кусочек гранита. Хорошо заметно его неоднородное строение. Красноватые или сероватые зерна - это полевой шпат, полупрозрачные - кварц, блестящие чешуйчатые зернышки - слюда.
Осадочные горные породы образуются на поверхности земной коры в результате осаждения веществ под действием силы тяжести из водной среды. Различают два вида осадочных пород.
Горючие осадочные породы органического происхождения:
а - каменный уголь; б - торф; в - горючие сланцы
Неорганические осадочные породы представляют собой обломки различных пород, которые за тысячи лет под действием воды, ветра, солнечных лучей измельчаются, дробятся и окатываются. Так образуются валуны, щебень, галька, песок, глина. Эти породы оседают на дно водоемов или накапливаются на суше. Иногда в речных наносах обнаруживают россыпи драгоценных минералов магматического происхождения (например, золота или алмазов).
Органические осадочные породы образованы остатками растительных и животных организмов, накопившимися за миллионы лет на дне водоемов. Это горючие полезные ископаемые: нефть, каменный уголь, горючие сланцы, торф (рисунок выше). К негорючим осадочным породам органического происхождения относятся мел (рисунок ниже) и известняк.
3. Химия и биология
На уроках биологии вы уже встречались как с химическими веществами, так и с химическими реакциями.
Так, вы узнали, что любая клетка, растительная или животная, состоит из одних и тех же групп веществ (рисунок и схема ниже).
Основная масса живой клетки приходится на воду, и это не случайно. Велика роль воды в клетках живых организмов.
Она определяет их упругость, доставляет в клетки необходимые для жизни вещества и удаляет из них продукты жизнедеятельности, сама принимает участие в непрерывно происходящих в живых клетках процессах превращения одних веществ в другие.
Растительная (а) и животная (б) клетки

Химический состав растительной и животной клеток

Превращения одних веществ в другие называют химическими явлениями, или химическими реакциями.

Так, наиболее известная вам из курса биологии химическая реакция - процесс образования органического вещества глюкозы на свету из углекислого газа и воды, который называется фотосинтез и упрощенно описывается схемой:

Однако этот процесс невозможен без особого вещества, содержащегося в зеленых листьях, - хлорофилла:

Демонстрационный эксперимент. Зеленый листок растения учитель помещает в пробирку, заливает его спиртом, а затем нагревает пробирку в стакане с горячей водой или на пламени спиртовки. Через некоторое время спирт окрасится в изумрудно-зеленый цвет. Хлорофилл, содержащийся в клетках растения, хорошо растворяется в спирте.

Этот опыт для вас проделал учитель. Какое явление - физическое или химическое - он вам продемонстрировал? А вот опыт по определению содержания неорганических и органических веществ в растениях вы с помощью учителя можете выполнить и сами.

Ученический эксперимент. Взвесьте 100 г свежего укропа или петрушки. Высушите зелень на солнце или батарее центрального отопления. На это потребуется 5-7 дней. Таким способом вы удалите из растения большую часть содержащейся в нем воды. Сколько граммов воды вы удалили высушиванием?

Сухой остаток с помощью учителя прокалите в муфельной печи. При этом из сухого остатка вы удалите все органические вещества, содержащиеся в растении. Взвесьте остаток после прокаливания, который состоит из негорючих минеральных солей. Массы воды, органических и неорганических веществ (в граммах) покажут вам процентное содержание каждой группы этих соединений в зеленом растении, взятом для опыта.

В повседневной жизни вы постоянно сталкиваетесь с такими важными веществами, как жиры.

Как правило, по консистенции жиры делятся на жидкие и твёрдые. Жидкие жиры имеют растительное происхождение, а твердые - это жиры животные.

На любой кухне обязательно найдется жидкий растительный жир, который чаще называют растительным маслом: подсолнечным, оливковым, кукурузным. Сливочное масло в основном состоит из жиров. Это жир животного происхождения: его получают из коровьего молока. Понятно, что свиное сало, говяжий жир - это жиры той же группы.

Жиры входят в состав любых растений и живых организмов. За их счёт организм получает основное количество энергии, необходимой для жизни, развития и роста. Кроме того, жиры выполняют роль резервного запаса энергии: подобно тому, как рачительная хозяйка имеет запас продуктов на «крайний случай», живой организм запасает жиры на тот период, когда поступление питательных веществ извне внезапно прекратится.

Обнаружить жиры в тканях растений достаточно просто.

Ученический эксперимент. На лист белой бумаги положите семечку подсолнечника или кусочек ядра грецкого ореха и раздавите его. На бумаге образуется жирное пятно. Значит, в семечке содержится растительное масло.

Особую группу растительных масел составляют так называемые эфирные масла. Часто именно они придают цветам, ягодам, фруктам и плодам неповторимый запах.

Ученический эксперимент. Резко согнув корочку апельсина, «выстрелите» соком на пламя свечи или газовой горелки. Что при этом наблюдается?

Эфирные масла - горючие органические вещества, они-то и вызывают небольшой «фейерверк».

В мире растений огромную роль играет группа органических веществ, называемых углеводами. К углеводам относятся простейшие по строению вещества этой группы - сладкие на вкус глюкоза (виноградный сахар) и фруктоза (фруктовый сахар). Подобно им растворимы в воде углеводы более сложного строения - сахароза (называемая в быту сахаром) и лактоза, придающая сладкий вкус молоку животных. Кроме растворимых в воде углеводов в природе есть углеводы, нерастворимые в воде, например основной «строительный материал» клеток и тканей растений - целлюлоза. Не растворяется, а набухает в воде запасное питательное вещество и один из важнейших компонентов пищи человека - углевод под названием «крахмал».

Обнаружим крахмал в некоторых продуктах питания с помощью эксперимента.

Ученический эксперимент. Из муки (ее изготавливают из зерен пшеницы) и небольшого количества воды замесите немного теста. Поместите кусочек теста в марлю и тщательно промойте его в стакане воды. К полученной мутной воде добавьте несколько капель йодной настойки из аптечки. О чем свидетельствует появление сине-фиолетового окрашивания?

В марле осталась липкая тягучая масса. Это растительный белок, который называется клейковиной.

Слово «белок» вам знакомо с раннего детства. Конечно, вы связываете его прежде всего с белком куриного яйца. Но вы даже не представляете, насколько велико разнообразие белковых веществ! Можно бесконечно спорить о том, какое из веществ на Земле главное. Понятно, что спор этот бесполезен.

Если в цепочке химических превращений, которые определяют обмен веществ в живых организмах, нарушить хотя бы одно звено, то цепь разорвется. И все-таки ученые сошлись во мнении: между понятиями «жизнь» и «белок» можно поставить знак равенства. Белки - это особая группа веществ, из которых построены любые живые организмы. Благодаря белкам все живое на Земле растет и размножается, борется с болезнями и врагами, питается и двигается, т.е. существует.

Следовательно, для нормального существования живому организму, и в первую очередь животному, необходимы углеводы, жиры, белки, а также вода и минеральные соли, которые поступают вместе с пищей. Растениям в этом плане повезло: они могут синтезировать из углекислого газа и воды углеводы (процесс фотосинтеза), а также еще одну удивительную группу веществ, которые называются витаминами.

Впервые предположение о существовании этих особых веществ высказал русский врач-педиатр Н.И. Лунин в 1880 г. Он кормил одну группу мышей искусственно приготовленной пищей, состоящей из чистых углеводов, белков и жиров, а другую - природными питательными веществами: зернами злаков, шариками из бобовой муки и кусочков мяса, замешанными на молоке. Ученый обнаружил, что первая группа мышей вскоре начала болеть, а затем погибла. Вторая же группа продолжала чувствовать себя хорошо. Лунин сделал вывод, что в состав пищи второй группы мышей помимо белков, жиров и углеводов входят еще какие-то очень важные для жизни вещества. Позже их обнаружили и дали им название «витамины».

Вы не раз слышали об укрепляющем действии на организм витамина С (читается «витамин цэ», химическое название этого вещества - аскорбиновая кислота), как и о том, что им богаты фрукты (рисунок ниже) и овощи. Обнаружить витамин С можно с помощью той же настойки йода, которую он обесцвечивает.

Литература

1. Обносова Н.К. Начала химии. М: Просвещение, 1999, 136 с.

2. Габриелян О.С. Введение в химию. 7 класс. М: Просвещение, 2007

3. Никифорова Т.П., Нагин А.С. Неорганическая химия. Справочник. М: Просвещение, 1989, 257 с.


Подобные документы

  • Основные этапы развития химии. Алхимия как феномен средневековой культуры. Возникновение и развитие научной химии. Истоки химии. Лавуазье: революция в химии. Победа атомно-молекулярного учения. Зарождение современной химии и ее проблемы в XXI веке.

    реферат [24,8 K], добавлен 20.11.2006

  • Пути познания и классификация современных наук, взаимосвязь химии и физики. Строение и свойства вещества как общие вопросы химической науки. Особенности многообразия химических структур и теория квантовой химии. Смеси, эквивалент и количество вещества.

    лекция [759,9 K], добавлен 18.10.2013

  • Вещества и их взаимные превращения являются предметом изучения химии. Химия – наука о веществах и законах, которым подчиняются их превращения. Задачи современной неорганической химии – изучение строения, свойств и химических реакций веществ и соединений.

    лекция [21,5 K], добавлен 26.02.2009

  • Теоретическая основа аналитической химии. Спектральные методы анализа. Взаимосвязь аналитической химии с науками и отраслями промышленности. Значение аналитической химии. Применение точных методов химического анализа. Комплексные соединения металлов.

    реферат [14,9 K], добавлен 24.07.2008

  • Истоки и развитие химии, ее связь с религией и алхимией. Важнейшие особенности современной химии. Основные структурные уровни химии и ее разделы. Основные принципы и законы химии. Химическая связь и химическая кинетика. Учение о химических процессах.

    реферат [25,9 K], добавлен 30.10.2009

  • Основные функции химии. Свойства моющих и чистящих средств. Использование химии в здравоохранении и образовании. Обеспечение роста производства, продление сроков сохранности сельхозпродукции и повышение эффективности животноводства при помощи химии.

    презентация [14,3 M], добавлен 20.12.2009

  • Грань между органическими и неорганическими веществами. Синтезы веществ, ранее вырабатывавшихся только живыми организмами. Изучение химии органических веществ. Идеи атомистики. Сущность теории химического строения. Учение об электронном строении атомов.

    реферат [836,2 K], добавлен 27.09.2008

  • От алхимии - к научной химии: путь действительной науки о превращениях вещества. Революция в химии и атомно-молекулярное учение как концептуальное основание современной химии.Экологические проблемы химической компоненты современной цивилизации.

    реферат [56,6 K], добавлен 05.06.2008

  • Адамантан-родоначальник гомологического ряда семейства углеводородов алмазоподобного строения диамантана, триамантана. Возникновение и развитие на основе химии адамантана одной из областей современной органической химии-химии органических полиэдранов.

    курсовая работа [259,0 K], добавлен 08.10.2008

  • Стехиометрия – раздел химии, изучающий количественные соотношения в химических процессах; основные законы, открытые в XVIII–XIX вв., - отправная точка для создания теории строения вещества; сущность и содержание законов, их современная формулировка.

    презентация [42,5 K], добавлен 11.10.2011

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.