Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Химия / Другие методич. материалы / Исследовательская работа по химии "Химия и свет" (10 класс)

Исследовательская работа по химии "Химия и свет" (10 класс)


До 7 декабря продлён приём заявок на
Международный конкурс "Мириады открытий"
(конкурс сразу по 24 предметам за один оргвзнос)

  • Химия

Название документа Исследовательская работа ХИМИЯ и СВЕТ.doc

Поделитесь материалом с коллегами:

24


Введение

На 71-м пленарном заседании 68-й сессии Генеральной ассамблеи ООН 2015 год был провозглашен Международным годом света и световых технологий. Проведение Года света призвано повысить всеобщую осведомленность о том, как световые технологии могут содействовать решению глобальных проблем энергообеспечения, образования, промышленности, сельского хозяйства и здравоохранения.

В связи с этим, увлекаясь естественнонаучными предметами, особенно химией, я считаю, что выбранная мною тема исследовательской работы «Химия и свет» в настоящее время очень актуальна. Я решила посвятить свою работу значению света в химии.

Главная цель моей исследовательской работы: выяснить влияние света на химические реакции, рассказать о важности света для науки, культуры и нашей жизни.

Чтобы разобраться с данной проблемой, я поставила перед собой следующие задачи:

  • изучить теоретические основы по данной теме, расширив область своих знаний из школьной программы;

  • провести практические исследования, показывающие значение света для химических процессов.

Также в этой работе я выдвигаю гипотезу: всегда ли воздействие света оказывает положительное воздействие на химические реакции.

Всем известно, для того чтобы провести взаимодействие двух веществ, необходимо их нагреть. Тепло – наиболее распространённый стимулятор химических превращений. Однако известны и другие виды энергии, например, световая. Она и будет нас интересовать.

Раздел 1. Основная часть

    1. Видимое излучение

Свет, будь то естественный солнечный свет или любой другой искусственный источник освещения - вспышка, лампа накаливания или лампа дневного света, представляет собой поток электромагнитных волн. Те волны, которые способен фиксировать глаз человека, составляют видимую часть спектра электромагнитных волн. За ее пределами находится невидимое излучение, те волны, которые не видимы человеческим глазом. Так с синей, холодной, стороны спектра находятся ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи и гамма излучение. А с теплой, красной, стороны - инфракрасное излучение, излучение радаров и радиоволн.

То есть, видимое излучение — это электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом. Чувствительность человеческого глаза к электромагнитному излучению зависит от длины волны (частоты) излучения, при этом максимум чувствительности приходится на 555 нм (540 терагерц), в зелёной части спектра. Поскольку при удалении от точки максимума чувствительность спадает до нуля постепенно, указать точные границы спектрального диапазона видимого излучения невозможно. Обычно в качестве коротковолновой границы принимают участок 380—400 нм (750—790 ТГц), а в качестве длинноволновой — 760—780 нм (385—395 ТГц), (Приложение 1). Электромагнитное излучение с такими длинами волн также называется видимым светом, или просто светом. Свет можно рассматривать не только как волны, но и как поток частиц, называемых квантами или фотонами.

    1. Законы фотохимии

Фотохимия изучает химические процессы, идущие при воздействии света на вещество. Фотохимические реакции (или фотолиз) идут в твёрдых, жидких, газообразных телах под влиянием видимого света, а так же под действием инфракрасных и ультрафиолетовых лучей.

Большинство фотохимических процессов начинается с того, что вещество поглощает свет. Это приводит к переходу электронов его атомов или молекул на более высокий энергетический уровень - иначе говоря, к переходу их в возбужденное состояние. Такие атомы и молекулы ведут себя по-другому, чем когда они находятся в основном состоянии, и процессы, в которых они могут принимать участие, отличаются от обычных "тепловых" химических реакций. Согласно закону Макса Планка, энергия фотона (кванта) излучения e связана с длиной волны l соотношением e = hc/l, где h - постоянная Планка, с - скорость света. При поглощении кванта видимого света энергия возбужденной молекулы становится сравнимой с энергией химических связей, поэтому молекула может претерпеть химическое превращение - либо сама по себе, либо в результате взаимодействия с другой молекулой.

Анализ химических превращений, сопровождающих электронное возбуждение, приводит к двум основным законам фотохимии. Первый из них, сформулированный Теодором Гротгусом и Джоном Уильямом Дрейпером, состоит в том, что фотохимическую реакцию может инициировать только поглощенный свет. Второй закон, закон фотоэквивалентности Штарка - Эйнштейна, утверждает, что каждый поглощенный фотон возбуждает одну и только одну молекулу. (Появление мощных лазеров потребовало некоторой корректировки закона, поскольку второй фотон может столкнуться с молекулой, еще находящейся в возбужденном состоянии, и тогда произойдет двухфотонное возбуждение.) Экспериментальное подтверждение закона фотохимической эквивалентности дало Альберту Эйнштейну еще одно, уже химическое свидетельство правильности квантовой теории, которую он вместе с М. Планком и другими учеными сформулировал исходя из рассмотрения физических свойств молекул, поглотивших квант света. Поглощение света может вызывать различные химические превращения. Рассмотрим наиболее важные из них.



    1. Воздействие света на химические процессы

Известно очень большое число самых различных химических реакций, происходящих под действием света. Здесь и разрушение молекул органических соединений, и присоединение различных веществ, например кислорода, и изомеризация, и фотосинтез, и многие другие. На уроках химии при изучении химических реакций мы всегда останавливаемся на условиях их протекания. Я знаю несколько химических превращений, протекающих на свету. Например, из курса неорганической химии:

  1. Расщепление молекулы перекиси водорода:

2H2O2 + hν  2H2O+ O2

  1. Галогениды серебра (кроме фторида) разлагаются под действием света:

2AgГ + hν  2Ag + Г2

Я попыталась смоделировать этот процесс, лежащий в основе современной фотографии, (Приложение 2) и описала в практической части данной работы.

  1. Образование озона. Основная масса природного озона образуется в верхних слоях атмосферы из молекул кислорода в результате поглощения "жесткого" (т.е. несущего много энергии) ультрафиолетового излучения Солнца:

hello_html_m2b9a5b8.png

Продолжив изучать в 10-м классе органическую химию, я вновь встретилась с химическими реакциями с участием света:

  1. Реакция замещения (галогенирование) алканов на примере метана:

CH4 + Cl2  hν  → CH3Cl + HCl

Эта реакция протекает по свободнорадикальному механизму, который представляют тремя основными стадиями:

1) Инициирование (зарождение цепи, образование свободных радикалов под действием источника энергии — ультрафиолетового света, нагревания) – происходит гомолитический разрыв связи C1—C1 и молекула хлора распадается на атомы: C1— C1hν → C1 + C1

2) Развитие цепи (цепь последовательных взаимодействий свободных радикалов и неактивных молекул, в результате которых образуются новые радикалы и новые молекулы). Образовавшиеся свободные радикалы атакуют молекулы метана, отрывая у них атом водорода:

CH4 + C1→ CH3 + HC1

и превращая в радикалы СН3, которые, в свою очередь, сталкиваясь с молекулами хлора, разрушают их с образованием новых радикалов:

CH3 + Cl2 → CH3C1 + C1 и т. д. Происходит развитие цепи.

3) Обрыв цепи. Наряду с образованием радикалов происходит их «гибель» в результате процесса рекомбинации — образования неактивной молекулы из двух радикалов:

СН3 + C1 → СН3С1

C1 + C1 → С12

СН3 + СН3 CH3 — СН3

  1. Рhello_html_m6e66bf53.pngеакция присоединения хлора бензолом с образованием гексахлорциклогексана:



В повседневной жизни я слышала о явлении, которое меня заинтересовало ─ хемилюминесценция свечение тел в видимом диапазоне при протекании химической реакции, (Приложение 3). Основывается данный эффект на том, что в результате некоторых химических взаимодействий может выделяться энергия, причем выделяется она в виде света. Например, свечение белого фосфора при медленном окислении:

P4 + 3O2 = P4O6

Хемилюминесценция

  • широко используется в светящихся браслетах для дискотек.

  • В качестве автономных (до 12 часов свечения) источников света при различных аварийно-спасательных, дорожных, уличных работах, в чрезвычайных ситуациях, в туризме и спелеологии, подводном плавании, для подачи сигналов, вообще в качестве различного рода резервных осветителей, в декоративном освещении;

  • В качестве источника когерентного излучения - химические лазеры.

  • В качестве маркера для поплавка. Представляет собой пластиковый корпус со стеклянной ампулой внутри. Когда капсула разрушается — компоненты смешиваются, и получившийся внутри раствор светится в течение нескольких часов, делая поплавок хорошо видным в темноте.

Химические активаторы хемилюминесценции - это соединения, вступающие в химические реакции с активными формами кислорода или органическими свободными радикалами, в ходе которых образуются молекулы, находящиеся в нестабильном возбужденном электронном состоянии. При переходе молекул в своё обычное состояние происходит выброс фотонов и свечение. Хорошо известный представитель таких активаторов – люминол – органическое вещество, способное выделять свет при соединении с перекисью водорода или другими окислителями за счёт испускания кванта света. В нейтральных и слабокислых жидкостях, при освещении ультрафиолетом, он флуоресцирует светло-голубым светом. В щелочных растворах (перекись водорода), где реакция протекает в присутствии катализаторов – соединения фосфора, солей металлов и гемоглобина - свечение получается более насыщенным и ярким.

Ещё одно интересное явление – это «чёрный свет». После того, как было обнаружено инфракрасное излучение, немецкий физик Иоганн Вильгельм Риттер начал поиски излучения и в противоположном конце спектра, с длиной волны короче, чем у фиолетового цвета. В 1801 году он обнаружил, что хлорид серебра, разлагающийся под действием света, быстрее разлагается под действием невидимого излучения за пределами фиолетовой области спектра. Хлорид серебра белого цвета в течение нескольких минут темнеет на свету:

2AgCl = 2Ag + Cl2

Разные участки спектра по-разному влияют на скорость потемнения. Быстрее всего это происходит перед фиолетовой областью спектра. Тогда многие ученые, включая Риттера, пришли к соглашению, что свет состоит из трех отдельных компонентов: окислительного или теплового (инфракрасного) компонента, осветительного компонента (видимого света), и восстановительного (ультрафиолетового) компонента. Ближний ультрафиолетовый диапазон часто называют «чёрным светом», так как он не распознаётся человеческим глазом, но при отражении от некоторых материалов спектр переходит в область видимого излучения вследствие явления фотолюминесценции.

Области применения «черного света» весьма различны.

  • Ультрафиолетовые лампы используются для стерилизации (обеззараживания) воды, воздуха и различных поверхностей во всех сферах жизнедеятельности человека. В наиболее распространённых лампах низкого давления почти весь спектр излучения приходится на длину волны 253,7 нм, что хорошо согласуется с пиком кривой бактерицидной эффективности (то есть эффективности поглощения ультрафиолета молекулами ДНК). Этот пик находится в районе длины волны излучения равной 253,7 нм, которое оказывает наибольшее влияние на ДНК, однако природные вещества (например, вода) задерживают проникновение ультрафиолета (далее по тексту УФ). Бактерицидное УФ излучение на этих длинах волн вызывает димеризацию тимина в молекулах ДНК. Накопление таких изменений в ДНК микроорганизмов приводит к замедлению темпов их размножения и вымиранию. Ультрафиолетовые лампы с бактерицидным эффектом в основном используются в таких устройствах, как бактерицидные облучатели и бактерицидные рециркуляторы.

УФ-дезинфекция выполняется при облучении находящихся в воде микроорганизмов УФ-излучением определённой интенсивности (достаточная длина волны для полного уничтожения микроорганизмов равна 260,5 нм) в течение определённого периода времени. В результате такого облучения микроорганизмы «микробиологически» погибают, так как они теряют способность воспроизводства. УФ-излучение в диапазоне длин волн около 254 нм хорошо проникает сквозь воду и стенку клетки переносимого водой микроорганизма и поглощается ДНК микроорганизмов, вызывая нарушение её структуры. В результате прекращается процесс воспроизводства микроорганизмов. Следует отметить, что данный механизм распространяется на живые клетки любого организма в целом, именно этим обусловлена опасность жесткого ультрафиолета.

В настоящее время в развивающихся странах, в регионах испытывающих недостаток чистой питьевой воды внедряется метод дезинфекции воды солнечным светом (SODIS), в котором основную роль в очистке воды от микроорганизмов играет ультрафиолетовая компонента солнечного излучения.

  • Лампа чёрного света — лампа, которая излучает преимущественно в длинноволновой ультрафиолетовой области спектра (диапазон UVA), то есть за коротковолновой границей спектральной области, занимаемой видимым светом, (Приложение 4).

Для защиты документов от подделки их часто снабжают люминесцентными метками, которые видны только в условиях ультрафиолетового освещения. Большинство паспортов, а также банкноты различных стран содержат защитные элементы в виде краски или нитей, светящихся в ультрафиолете.

Ультрафиолетовое излучение, даваемое лампами «чёрного» света, является достаточно мягким и оказывает наименее серьёзное негативное влияние на здоровье человека. Однако при использовании данных ламп в тёмном помещении существует некоторая опасность для глаз, связанная именно с незначительным излучением в видимом спектре: в темноте зрачок расширяется и больше излучения беспрепятственно попадает на сетчатку.

  • Ультрафиолетовое излучение нередко применяется при ловле насекомых на свет (нередко в сочетании с лампами, излучающими в видимой части спектра). Это связано с тем, что у большинства насекомых видимый диапазон смещён, по сравнению с человеческим зрением, в коротковолновую часть спектра: насекомые не видят того, что человек воспринимает как красный, но видят мягкий ультрафиолетовый свет.

  • В химическом анализе. Например, многие минералы содержат вещества, которые при освещении ультрафиолетовым излучением начинают испускать видимый свет. Каждая примесь светится по-своему, что позволяет по характеру свечения определять состав данного минерала.

  • В химической промышленности «черный свет» позволяет распознавать натуральные смолы и резины. Искусственные шелка, одинаковые при дневном свете, под воздействием «черного света» легко отличаются друг от друга и от натурального шелка.

Конечно, нельзя не остановиться отдельно на важнейшей химической реакции с участием света - фотосинтез:

6CO2 + 6H2OC6H12O6 + 6O2

Важнейшие химические реакции под действием света и солнца происходят во многих микроорганизмах, траве, зеленых листьях деревьев и растений, дающих нам пищу и кислород для дыхания. Листья поглощают из воздуха углекислый газ и расщепляют его молекулы на составные части: углерод и кислород. Происходит это в молекулах хлорофилла под действием красных лучей солнечного спектра. Этот процесс называется фотосинтезом.

Хлорофилл – зеленый пигмент, сосредоточенный в хлоропластах и находящийся в непрочном состоянии с белковыми веществами. Наличие хлорофилла является необходимым условием фотосинтеза, т.е. создания органического вещества из углекислоты и воды при участии солнечного света. Эти богатые энергией органические вещества служат пищей для всех других организмов и обеспечивают существование на Земле всего органического мира. В результате фотосинтетической деятельности растений в прошлые геологические эпохи в недрах и на поверхности Земли накопились громадные запасы восстановленного углерода и органических продуктов в виде каменного угля, нефти, горючих газов, сланцев, торфа, а атмосфера обогатилась кислородом. Фотосинтез может протекать только под действием света определенного спектрального состава, (Приложение 5).

Для описания механизма процесса фотосинтеза требуются знания не только химии, но и биологии, и физики. Каждая наука раскрывает свою сторону процесса, но, только объединившись, они дают целостную картину мира.

Я более подробно остановлюсь на световой фазе фотосинтеза – это стадия, для протекания реакций которой требуется поглощение кванта солнечной энергии. В ходе реакций энергия света преобразуется в энергию химических связей. Молекулы хлорофилла поглощают красные и сине-фиолетовые лучи светового спектра. При этом одни молекулы улавливают свет с длиной волны 700 нм и образуют фотосистему I. Другие молекулы воспринимают волны длиной 680 нм и образуют фотосистему II. Молекулы хлорофилла фотосистемы I поглощают квант солнечной энергии и переходят в активное состояние. В результате эти молекулы теряют электроны и окисляются. Электроны попадают на наружную мембрану гран и включаются в окислительно-восстановительные реакции. Молекула хлорофилла стремится закрыть образовавшиеся «электронные дырки». Под действием света молекулы хлорофилла фотосистемы II тоже переходят в активное состояние и теряют электроны, которые закрывают «электронные дырки» в фотосистеме I.

Оказывается, под влиянием электронов, имеющих избыток энергии за счёт фотореакций, происходит процесс фотолиза воды (от лат. «фото» – свет, «лизис» – разложение):

2О → 4Н+ + 4е- + О2 ↑ (под действием энергии света)

В 1939 г. Роберту Хиллу впервые удалось показать, что в изолированных хлоропластах под действием света, при добавлении акцептора электронов происходит выделение кислорода.

 Кислород выделяется в атмосферу, электроны направляются в фотосистему II и закрывают «электронные дырки». А катионы водорода накапливаются на внутренней поверхности мембраны гран.

Итак, на внешней поверхности мембраны накопились электроны, несущие отрицательный заряд, на внутренней поверхности – катионы водорода, несущие положительный заряд. Возникает разность потенциалов, что приводит к выделению энергии, которая идёт на синтез АТФ (аденозинтрифосфат) в каналах мембраны гран. Катионы водорода присоединяют электроны, превращаются в атомы водорода и соединяются с молекулами-переносчиками.

Н+ + е- → Н
Н + НАДФ → НАДФ•Н

Основным переносчиком атомов водорода является вещество НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат). Полученный комплекс богат энергией и будет играть роль восстановителя в реакциях темновой фазы.

Таким образом, во время световой фазы фотосинтеза происходит:

  • процесс разложения воды под действием энергии солнечного света, т.е. фотолиз воды;

  • выделение в окружающую среду побочного продукта фотосинтеза – кислорода;

  • преобразование энергии света в химическую энергию АТФ и НАДФ•Н.

Темновая фаза представляет собой процесс превращения углекислого газа в глюкозу и протекает в строме хлоропласта. Последовательность происходящих при этом окислительно-восстановительных реакций была впервые описана учёным Кальвином и получила название цикла Кальвина. Восстановителем в большинстве реакций является водород, доставляемый НАДФ•Н. Каждая реакция в цикле Кальвина идёт при участии своего фермента за счёт энергии АТФ, запасённой в световую фазу фотосинтеза.

Закончить теоретическую часть о химических превращениях с участием света мне бы хотелось хорошо известной всем реакцией горения – реакцией окисления, в результате которой образуются свет и тепло и протекающей с достаточно большой скоростью. Как источник освещения свечи применяются, начиная с III тысячелетия до н. э. До появления и начала распространения электрических ламп накаливания с 1880-х годов, наряду с лампадами это был основной источник освещения. Свечи используются для получения света и на начало 21 века при отсутствии электричества.

В нашем современном обществе реакция горения широко применяется на различных праздничных мероприятиях: горение бенгальских огней, фейерверки, сопровождающиеся ярким светом с разноцветными огнями. Опыты «Бенгальские огни», (Приложение 6) и «Фейерверк на границе жидкостей», (Приложение 7), представлены мной в практической части работы.

    1. Отрицательное воздействие света на химические превращения

Свет может отрицательно воздействовать на химические процессы.

Так, многие полимеры, используемые в товарах народного потребления, разрушаются под действием УФ света. Для предотвращения деградации в такие полимеры добавляются специальные вещества, способные поглощать УФ, что особенно важно в тех случаях, когда продукт подвергается непосредственному воздействию солнечного света. Проблема проявляется в исчезновении цвета, потускнению поверхности, растрескиванию, а иногда и полному разрушению самого изделия. Скорость разрушения возрастает с ростом времени воздействия и интенсивности солнечного света.

Описанный эффект известен как ультрафиолетовое старение полимеров. К чувствительным полимерам относятся термопластики, такие как, полипропилен, полиэтилен, полиметилметакрилат (органическое стекло). Поглощение УФ приводит к разрушению полимерной цепи и потере прочности в ряде точек структуры.

В обширной номенклатуре химических реактивов имеется большое число светочувствительных веществ, в большей или меньшей степени претерпевающих изменения при действии на них лучевой энергии. В зависимости от светочувствительности реактива, длительности светового облучения, качества и вида тары и других факторов воздействие света может привести либо к потере внешнего вида реактива (изменение цвета), либо к более глубоким превращениям, вплоть до его полной порчи. Растворы марганцовокислого калия, анилин, вышеописанный хлорид серебра и многие другие реактивы изменяются при неправильном хранении на свету. Так, концентрированная азотная кислота имеет обычно жёлтую окраску вследствие происходящего на свету процесса разложения с образованием бурого оксида азота (IV), (Приложение 8):

4HNO3 → 4NO2↑ + 2H2O + O2

Поэтому хранят азотную кислоту в прохладном и тёмном месте.

Разрушение органических красителей под действием света – тоже химическое превращение. Например, некоторые красители ткани выцветают на ярком свету.

Свет может играть и отрицательную роль в сохранности картин – музейных экспонатов, причем разрушения, вызываемые воздействием света, бывают столь значительны, что по степени влияния на экспонаты он занимает следующее место после температуры и влажности. Наиболее опасным для экспонатов является естественный свет, особенно прямой солнечный, имеющий в своем составе высокий процент ультрафиолетовых лучей.

Отрицательное воздействие свет, особенно солнечный, оказывает на хранение большинства продовольственных товаров, так как активизирует окислительные процессы, вследствие чего отмечаются прогоркание жиров, разрушение красящих веществ, и т.д. В результате фотодеструкции изменяются потребительские свойства... В результате многие товары утрачивают свойственную им окраску (выцветают) и подвергаются порче.









Раздел 2. Практическая часть

В данном разделе своей практической работы я провела некоторые эксперименты, с помощью которых можно наблюдать значение света в химических превращениях.

Опыт 1, (Приложение 2). «Модель современной фотографии». В затемнённой комнате в стакане к раствору азотнокислого серебра (использовала ляпис) прибавила раствор поваренной соли. Выпавший осадок хлорида серебра смешала с набухшим в воде желатином, аккуратно нанесла на бумажный фильтр тонким слоем и высушила в тёмном помещении. Наложила на полученную «фотопластинку» трафарет из чёрной бумаги, (Приложение 2, А) и поставила «пластинку» на яркий свет, (Приложение 2, Б). Через несколько минут сняла трафарет и осмотрела «пластинку» в затемнённой комнате. В тех местах, куда попал свет, появилось тёмное окрашивание, (Приложение 2, В).

Вывод. В данном эксперименте смоделирован процесс, лежащий в основе современной фотографии. Потемнение бумажного фильтра вызывается образующимся металлическим серебром. Таким образом, участки бумаги, на которые попадал свет, темнели, а не засвеченные оставались неизменными. Данная реакция сыграла важную роль в истории развития фотографии, показывает значение света в данной области.

Опыт 2, (Приложение 6). «Бенгальские огни». Хорошо измельчила в ступках порознь древесный уголь, перманганат калия, порошок магния. Поместила в железный тигель компоненты и смешала их в нем стеклянной палочкой. Внесла тигель со смесью в пламя спиртовки. Перманганат калия – сильный окислитель. При нагревании он разлагается с выделением кислорода:

2КМnО4= К2МnО4 + МnО2 + О2

Магний и уголь – восстановители. Они сгорают при накаливании в кислороде:

2Mg + О2 = 2MgO

С + О2 = СО2

Опыт 3, (Приложение 7). «Фейерверк на границе жидкостей». Прежде чем приступить к данному эксперименту, учитель напомнила мне правила техники безопасности при работе с концентрированной серной кислотой:

  • работать в перчатках и защитных очках;

  • во избежание разбрызгивания кислоты спирт надо приливать осторожно тонкой струйкой;

  • при попадании кислоты на кожу место поражения быстро промыть большим количеством воды.

В небольшую пробирку с концентрированной серной кислотой (H2SO4), приготовленную учителем химии, сверху осторожно налила этиловый спирт (С2Н5ОН). Затем всыпала предварительно измельченные кристаллы перманганата калия (КМnО4). Падающие крупинки марганцовки достигали границы, разделяющей спирт и серную кислоту, и вызывали вспышки огней, так что в течение нескольких минут можно наблюдать в жидкости настоящий фейерверк!

Огни в жидкости возникают, когда этанол мгновенно воспламеняется при контакте с оксидом марганца(VII), который образуется в результате реакций:

KMnO4 + H2SO4 = KHSO4 + HMnO4 (марганцевая кислота)

Марганцевая кислота под действием конц. H2SO4 разлагается:

2HMnO4 = Mn2O7 + H2O

В результате образуется зеленый оксид марганца (VII) - Mn2O7, который обладает очень сильными окислительными свойствами:

2Mn2O7 + C2H5OH = 2CO2 + 3H2O + 4MnO2



Суммарный процесс можно выразить следующим уравнением реакции:

4KMnO4 + C2H5OH + 2H2SO4 = 4MnO2 + 2CO2 + 2К2SO4 + 5H2O

В материалах заданий Межрегиональной олимпиады школьников по химии Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева за 2010 – 2011 учебный год Отборочный (заочный) этап, а также в ответах к олимпиадным заданиям отборочного этапа Межрегиональной химической олимпиады школьников имени академика П.Д. Саркисова за 2014 – 2015 учебный год, я увидела следующую запись данной химической реакции:

5C2H5OH + 4КМnО4 + 6Н2SO4 = 5СH3COOН + 2K2SO4 + 4MnSO4 + 11H2O

Я считаю, что окисление этилового спирта зависит от того, в каких пропорциях взяты реагенты данной химической реакции и от концентрации серной кислоты.

Вывод. Эти занимательные опыты 2 «Бенгальские огни» и 3 «Фейерверк на границе жидкостей» сопровождаются яркими вспышками, красивыми световыми эффектами, что создаёт праздничную атмосферу и оказывает положительное влияние на настроение человека.

Опыт 4, (Приложение 8). Концентрированная азотная кислота в светлом пузырьке длительное время хранилась на свету. В результате, она приобрела жёлтую окраску вследствие происходящего на свету процесса разложения с образованием бурого оксида азота (IV).

Вывод. Этот эксперимент показывает отрицательное воздействие света: концентрированное азотная кислота теряет свои свойства на свету.







Заключение

В начале своей исследовательской работы я поставила цель – выяснить влияние света на химические процессы, показать важность света в различных областях науки, культуры, жизни человека и задачи – изучить литературу по данной теме и провести практические исследования, показывающее значение света для химических превращений.

В ходе изучения специальной литературы я расширила свои знания в области фотохимии, хемилюминесценции, использовании «чёрного света» и о многом другом.

Проведенные мною эксперименты и наблюдения помогли убедиться в правильности выдвинутой гипотезы: влияние света не всегда оказывает на положительное воздействие на химические реакции, возможно и отрицательное.

Практическая значимость данной работы заключается в том, что собранные материалы могут быть использованы учащимися и учителем как дополнительный материал на уроках химии и физики, а также на внеклассных занятиях.

     Таким образом, я считаю, что задачи исследовательской работы решены, поставленная цель достигнута, выдвинутая проблема выяснена.

В связи с тем, что проведение Международного года света призвано повысить осведомленность граждан мира о важности света в их жизни, для улучшения общественного понимания того, как световые технологии содействуют устойчивому развитию и обеспечивают решение проблем в области энергетики, образования, сельского хозяйства, связи и здравоохранения, выбранная мною тема очень актуальна. Ведь световые технологии призваны привнести преобразования в XXI век, подобные тем, которые привнесла электроника в XX век.



Список литературы

  1. Габриелян О.С., Остроумов И.Г., Карцова А.А.. Органическая химия. Учебник для 10 класса общеобразовательных учреждений с углубленным изучением химии. – 2-е изд. – М.: Просвещение, 2004.

  2. Габриелян О.С., Шипарёва Г.А., Химия, методическое пособие. – М.: Дрофа, 2007.

  3. Крицман В.А., Станцо В.В. – Энциклопедический словарь юного химика. – М.: Педагогика, 1982.

  4. Кукушкин Ю.Н. Химия вокруг нас. Справочное пособие. – М.: Высшая школа, 1992.

  5. Лидин Р.А. Справочник по общей и неорганической химии. – М.: Просвещение: Учебная литература, 1997.

  6. Рябцев А. Н.. Ультрафиолетовое излучение. Физическая энциклопедия. Гл. ред. А. М. Прохоров. – М.: Большая Российская энциклопедия, 1998, Т. 5

  7. Рувинский О.А., Высоцкая Л.В., Глаголев С.М. и др.; Под ред. О.А. Рувинского. Общая биология: Учебник для 10-11 классов школ с углубленным изучением биологии. – М.: Просвещение, 1993

  8. Шульпин Г.Б.. Химия для всех. – «Знание», 1987.

  9. Интернет-ресурсы:

https://ru.wikipedia.org/wiki/

http://chemistry-chemists.com/

http://veronium.narod.ru/

http://www.mashteh21.ru/



Приложения

Пhello_html_24d91cdf.pngриложение 1.















Приложение 2. Опыт 1. «Модель современной фотографии».

Аhello_html_mfe2a49b.jpg)

hello_html_m163ad0fa.jpgВыпавший осадок хлорида серебра смешала с набухшим в воде желатином, аккуратно нанесла на бумажный фильтр тонким слоем и высушила в тёмном помещении. Наложила на полученную «фотопластинку» трафарет из чёрной бумаги.

Б)



Поставила «пластинку» на яркий свет.

В)

Чhello_html_76f48556.jpgерез несколько минут сняла трафарет и осмотрела «пластинку» в затемнённой комнате. В тех местах, куда попал свет, появилось тёмное окрашивание.









hello_html_m667efb2.png

Приложение 3. Хемилюминесценция - излучение тел в видимом диапазоне при протекании химической реакции





hello_html_65c47e6f.png



Приложение 4. Лампа чёрного света







hello_html_m76cf6859.jpg



Приложение 5.









hello_html_38f81879.jpg









hello_html_525715b4.jpg

Приложение 6. «Бенгальские огни»

hello_html_6c0930a8.jpg











Приложение 7. «Фейерверк на границе жидкостей»hello_html_44041808.png



hello_html_mb6bb4f2.jpg



















Пhello_html_58c25d77.jpgриложение 8. Хранение концентрированной азотной кислоты в темноте (слева) и на свету (справа) hello_html_215a74a2.jpg













hello_html_m4d466bb7.png

Название документа Тит лист, содержание.docx

Поделитесь материалом с коллегами:

Муниципальное общеобразовательное учреждение «Гимназия № 1»








ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА





по химии на тему: «Химия и свет»











Ученица 10 «Б» класса Лебедева Анастасия Сергеевна


Руководитель: Лобанова Оксана Дмитриевна




















г. Воскресенск 2015




Содержание



Введение 1

Раздел 1. Основная часть 2

1.1. Видимое излучение 2

1.2. Законы фотохимии 2

1.3. Воздействие света на химические процессы 4

1.4. Отрицательное воздействие света на химические превращения 13

Раздел 2. Практическая часть 15

Заключение 18

Список литературы 19

Приложения 20



57 вебинаров для учителей на разные темы
ПЕРЕЙТИ к бесплатному просмотру
(заказ свидетельства о просмотре - только до 11 декабря)

Краткое описание документа:

2015 год на 71-м пленарном заседании 68-й сессии Генеральной ассамблеи ООН был провозглашен Международным годом света и световых технологий.

В связи с этим, увлекаясь естественнонаучными предметами, особенно химией, выбранная учащейся 10 класса тема исследовательской работы «Химия и свет» в настоящее время очень актуальна. Работа посвящена значению света в химии.


Автор
Дата добавления 28.09.2015
Раздел Химия
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров779
Номер материала ДВ-016974
Получить свидетельство о публикации
Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх