Научно исследовательский проект «Химия на защите Родины»

  Научно-исследовательский проект

«Химия на защите Родины»

1941 год, начало вой­ны... Немецкие танки рвались к Москве, Красная Армия сдерживала врага. Не хватает обмундирования, продовольствия и боеприпасов, но самое главное — катастрофически не хватает противотанковых средств. В этот критический период на помощь приходят ученые-энтузиасты: в два дня на одном из военных заводов на­лаживается выпуск бутылок КС (Качурина-Солодовникова), или просто бутылок с горючей смесью. Это неза­мысловатое химическое устройство уничтожает немецкую технику не только в начале войны, но даже в 1945 году в Берлине.

Что представляют собой бутылки КС? К обыкновенной бутылке прик­реплялись резинкой ампулы, содер­жащие концентрированную серную кислоту, бертолетову соль, сахарную пудру. В бутылки заливали бензин, ке­росин или масло. Как только такая бутылка при ударе разбивалась о броню, компоненты запала вступали в химическую реакцию, происходила сильная вспышка, и горючее воспла­менялось. Три компонента запала бе­рутся в отдельности, их нельзя сме­шивать заранее, т.к. получается взрывоопасная смесь.

Опыт «Действие Н₂S0₄ на смесь КClO3 и сахарной пудры». 1 г мелкокристаллического КClO3 осторожно перемешивают с 1 г сахарной пудры. Высыпают смесь на крышку от тигля и смачивают её 2-3 каплями концентрированной Н₂S0₄. Смесь вспыхивает.

Многие наши свер­стники в военные годы во время на­летов дежурили на крышах домов, ту­шили зажигательные бомбы. Начин­кой таких бомб была смесь порошков А1, Mg и оксида железа, детонатором служила гремучая ртуть. При ударе бомбы о крышу срабатывал детона­тор, воспламеняющий зажигатель­ный состав, и все вокруг начинало го­реть.

Горящий зажигательный состав нельзя потушить водой, т.к. раска­ленный магний реагирует с водой.

 Алюминий использо­вался не только в зажигательных бомбах, его применяли для «актив­ной» защиты самолетов.

При отражении налетов авиации союзников на Гамбург операторы не­мецких радиолокационных станций обнаружили на экранах индикаторов неожиданные помехи, которые дела­ли невозможным распознавание сиг­налов от приближающихся самоле­тов. Помехи были вызваны лентами из алюминиевой фольги, сбрасывае­мыми самолетами союзников. При налетах на Германию было сброшено примерно 20000 тон алюминиевой фольги.

 Во время ночных нале­тов для освещения цели бомбарди­ровщики сбрасывали на парашютах осветительные ракеты. В состав та­кой ракеты входили порошок магния, спрессованный с особыми составами, и запал из угля, бертолетовой соли и солей кальция. При запуске освети­тельной ракеты высоко над землей ярким пламенем горел запал, по мере снижения свет постепенно делался более ровным, ярким и белым — это загорался магний. Когда цель стано­вилась хорошо освещена, летчики на­чинали прицельное бомбометание.

Опыт.  Демонстрация горе­ние магниевой ленты.

 Магний использовали не только для создания осветитель­ных ракет. В огромном количестве его использовали в авиационной про­мышленности — основном потреби­теле этого металла. Магний добывали даже из морской воды. Технология его извлечения такова: морскую воду смешивают в огромных баках с изве­стковым молоком, затем, действуя на выпавший осадок соляной кислотой, получают хлорид магния, из которого электролизом выделяют металличес­кий магний (на экране проецируются уравнения):

МgС1₂ + Са(ОН)₂ →Мg (ОН) ₂ + СаС1₂

Мg(ОН)₂ + 2НС1→МgС1₂ + 2Н₂0

МgCl2→Mg+Cl2 (Электролиз)

Было бы несправедли­во не вспомнить сегодня о порохе. В основном во время войны использо­вался порох нитроцеллюлозный (без­дымный) и реже — черный (дымный). Основой первого является высокомо­лекулярное взрывчатое вещество нитроцеллюлоза, а второй представ­ляет собой в процентах: нитрат калия 75%, углерод 15%, сера 10%. Грозные боевые «катюши» и знаменитый штурмовик ИЛ-2 были вооружены реактивными снарядами, топливом для которых служили бездымные пороха.

Взрывчатое вещество кордит, ис­пользуемое для начинки гранат и раз­рывных пуль содержит приблизи­тельно 30% нитроглицерина и 65% пи­роксилина (пироксилин представляет собой тринитрат целлюлозы).

Опыт. Демонстрируется горение бездымного пороха (нитроцеллю­лозы).

Трудная задача стояла перед войсками ПВО. На нашу Роди­ну были брошены тысячи самолетов, пилоты которых уже имели опыт войны в Испании, Польше, Норвегии, Бельгии, Франции. Для защиты горо­дов использовали все возможные средства. Кроме зенитных орудий не­бо над городами оберегали наполнен­ные водородом шары, которые меша­ли пикированию немецких бомбар­дировщиков.

Во время ночных налетов вражес­ких пилотов ослепляли специально выбрасываемыми составами, содер­жащими соли стронция и кальция.

Опыт. Окрашивание пламени солями стронция и кальция. Полоски фильтровальной бумаги смачивают в концентрированных растворах нит­ратов кальция и стронция. Высушен­ные полоски укрепляют на металли­ческом стержне. При поджигании полосок они горят, окрашивая пламя в кирпично-красный цвет (катион Са²⁺) и малиновый (катион Sr²⁺).

Для заполнения шаров водородом в военном деле использо­вался силиконовый способ, основан­ный на взаимодействии кремния с раствором гидроксида натрия. Реак­ция идет по уравнению:

Si+2NaOH+H₂O→Na₂SiO₃+2H₂↑

Для получения водорода использо­вался также гидрид лития. Таблетки этого соединения служили америка­нским летчикам портативными ис­точниками водорода, которыми они пользовались при авариях над морем: под действием воды таблетки момен­тально разлагались, наполняя водоро­дом спасательные средства — надув­ные лодки, жилеты, сигнальные ша­ры-антенны.

LiH+ H₂O→LiOH + H₂↑

Искусственно создан­ные дымовые завесы помогли сохра­нить жизни тысяч советских бойцов. Эти завесы создаются при помощи дымообразующих веществ. Первым веществом, которое начали использо­вать для этого, был белый фосфор. Дымовая завеса при использовании белого фосфора состоит из частиц оксидов и капель фосфорной кисло­ты.

Демонстрируется опыт «Дым без огня»: в цилиндр наливают несколько капель концентрированной соляной кислоты, на стекло капают несколько капель 25-процентного раствора ам­миака. Цилиндр накрывают стеклом. Выделяется белый дым.

«Таблица Менделеева на защите Родины».

Li

В годы Великой Отечествен­ной войны литий стал страте­гическим металлом. Он бурно реаги­рует с водой, при этом выделяется большой объем водорода, которым заполняют аэростаты и спасательное снаряжение при авариях самолетов и судов в открытом море. Добавка гидроксида лития в щелочные аккумуля­торы увеличивает срок их службы в 2-3 раза, что было очень важно для партизанских отрядов и соединений, действующих в тылу врага. Трассиру­ющие пули с добавками лития при полете оставляли сине-зеленый след. Соединения лития использовались на подводных лодках для очистки возду­ха.

Be

 Бериллиевая бронза (сплав углерода и 1%Ве) использует­ся в самолетостроении. А сплав Ве, Мg, Аl, Ti необходим в создании ра­кет и скорострельных авиационных пулеметов, впервые примененных в Великой Отечественной войне.

N

Ни одно взрывчатое вещество нельзя приготовить без HNO3 и ее солей.

Mg Al

На остове магния и алюминия производились сверхлегкие сплавы для самолетостроения.

Ti

Сплав титана с другими металлами идет на изготовление танковой брони. Гитлер издал указ невступать в бой с советскими танками ИС-3 на расстоянии более 1 км. т.к. состав брони у этого танка был такой, что его не могли пробить фишистские снаряды Титан применяют также в радиотехнике.

V

Из ванадиевой стали изготов­ляли солдатские каски, шлемы, броневые плиты на пушках, бро­небойные снаряды.

Cr

Хромовые стали нужны для изготовления огнестрельных орудии, корпусов подводных лодок.

Fe

Более 90% производства ме­талла в годы войны приходилось на железо. Железо – главная составляющая чугунов и сталей.

Cu

 Сплав Сu (90%) и Sn (10%) - пушечный метал. Сплав Сu (68%) и Zn (32%) — латунь, которая использовалась для изготовления артиллерийских снарядов и патронов.

Ge

 Без германия не было бы ра­диолокаторов.

W

Из вольфрамовых сталей и сплавов изготовляют танко­вую броню, оболочки торпед и снарядов.

«Ученые-химики в период Вели­кой Отечественной войны»

Советские ученые внесли свой вклад в победу над фа­шистской Германией. Ученые-химики создавали новые способы произ­водства взрывчатых веществ, топли­ва для реактивных снарядов «Ка­тюш», высокооктановых бензинов, каучука, материалов для изготовле­ния броневой стали, легких сплавов для авиации, лекарственных препа­ратов.

Выпуск химической продукции к концу войны приблизился к довоен­ному уровню, в 1945 году он достиг 92% от уровня 1940 года.

Мы расскажем о деятельности не­которых ученых-химиков в годы Ве­ликой Отечественной войны. (На стенде помещены портреты ученых- химиков).

Александр Еремингельдович Арбузов — выдающийся ученый, основоположник химии фосфорорганических соединений. Вся жизнь и деятельность его была не­разрывно связана с прославленной Казанской школой химиков. Иссле­дования Арбузова были всецело пос­вящены нуждам обороны и медици­ны. В марте 1943 года виднейший со­ветский физик-оптик С.И. Вавилов писал Арбузову: «Глубокоуважаемый Александр Ермингельдович! Обраща­юсь к Вам с большой просьбой — из­готовить в Вашей лаборатории 15 г 3,6-диаминофталимида. Оказалось, что этот препарат, полученный от Вас, обладает ценными свойствами в отношении флуоресценции и адсорб­ции, и сейчас нам необходим для из­готовления нового оборонного опти­ческого прибора...». Изготовленный им препарат использовался в опти­ческих приборах танков и способ­ствовал обнаружению врага на дале­ком расстоянии. И в дальнейшем Ар­бузов выполнял заказы оптического института на изготовление различ­ных реактивов.

 С именем Николая Дмитриевича Зелинского связана це­лая эпоха в истории отечественной химии. Зелинский вошел в историю как деятель науки, который в крити­ческие моменты для своей страны без колебаний становился на её за­щиту. Так было с созданием противо­газа в первую мировую войну, с син­тетическим бензином в гражданскую и авиационным топливом в Великую Отечественную войну. Исследования Н. Д. Зелинского были направлены на разработку способов получения вы­сокооктанового топлива для авиации, мономеров для синтетического кау­чука.

Вкладом академика Николая Николаевича Семенова в победу являлась разработанная им теория цепных разветвленных реак­ций. Эта теория давала в руки хими­ков возможности ускорять реакции вплоть до образования взрывной ла­вины, замедлять их и даже останав­ливать на любой промежуточной ста­дии. Исследования процессов взры­ва, горения, детонации, проводимые Н.Н. Семеновым и его сотрудниками, в начале 40-х годов привели к выдаю­щимся результатам, которые во вре­мя войны использовались в произво­дстве патронов, артиллерийских сна­рядов, взрывчатых веществ, зажига­тельных смесей для огнеметов. Были проведены исследования, посвящен­ные вопросам отражения и столкно­вения ударных волн при взрывах. Ре­зультаты этих исследований были ис­пользованы уже в первой период войны при создании кумулятивных снарядов, гранат и мин для борьбы с вражескими танками.

Иван Людвигович Кнунянц — профессор и заведующий ка­федрой Военной Академии химичес­кой защиты. В 1943 году И. Л. Кну­нянц был удостоен премии за разра­ботку надежного средства индивиду­альной защиты людей от отравляю­щих веществ. Иван Людвигович явля­ется основоположником химии фторорганических соединений.

С самого начала войны перед учеными была поставлена за­дача: разработать и организовать производство препаратов для борьбы с инфекционными заболеваниями, в первую очередь с сыпным тифом. Под руководством Николая Николаевича Мельникова было организовано производство дуста, различных анти­септиков для деревянных конструкций самолетов.

Академик Александр Наумович Фрумкин — выдающийся ученый, один из основоположников современного учения об электрохи­мических процессах, основатель со­ветской школы электрохимиков. За­нимался вопросами защиты металлов от коррозии, разработал физико-хи­мический метод крепления грунтов для аэродромов, рецептуру огнеза­щитной пропитки дерева. Вместе с сотрудниками разработал электрохи­мические взрыватели.

Академик Сергей Се­менович Наметкин является одним из основоположников нефтехими­ческой науки. Он успешно работал в области синтеза новых металлоорганических соединений, отравляющих и взрывчатых веществ. Сергей Семе­нович отдал во время войны много сил для развития производства мо­торных топлив и масел, занимался проблемой химической защиты.

Исследования академи­ка Валентина Алексеевича Каргина охватывают широкий круг вопросов, относящихся к физической химии, электрохимии и физикохимии высо­комолекулярных соединений. Каргин разработал специальные материалы для изготовления одежды, защищаю­щей от действия отравляющий ве­ществ, разработал принцип и техно­логию нового метода обработки за­щитных тканей, химические составы, делающие валяную обувь непромока­емой. Разработал специальные типы резин для боевых машин.

Юрий Ар­кадьевич Клячко — заместитель на­чальника Военной Академии хими­ческой защиты и начальник кафедры аналитической химии. Ю. А. Клячко организовал батальон из состава сот­рудников академии и был начальни­ком участка линии обороны Москвы. Под его руководством была развер­нута работа по созданию новых средств химической обороны.

Сейчас мы хотим вам рас­сказать о страшном оружии — хими­ческом. Предоставим слово ученикам X класса. (Формулы отравляющих ве­ществ выполнены тушью на ватмане.)

22 апреля 1915 года во время сражения на реке Ипр (Бель­гия) немецкие войска впервые при­менили отравляющее вещество, вы­пустив огромное ядовитое облако хлора.

В период первой мировой войны исследования выдающихся химиков Н.Д. Зелинского и Н.А. Шилова при­вели к разработке противогаза, кото­рый позволил сберечь жизни тысяч людей. В 30-е годы нависла угроза следующей мировой войны. Круп­нейшие мировые державы активно вооружались, наибольшие усилия в этом направлении прилагали Герма­ния и СССР.

Однако, даже владея отравляющи­ми веществами нового поколения, Гитлер не решился развязать хими­ческую войну, вероятно понимая, что последствия ее для сравнительно ма­ленькой Германии и необъятной Рос­сии будут несоизмеримы.

После второй мировой войны гон­ка химических вооружений продол­жалась на более высоком уровне. На вооружение были приняты: иприт, люизит, зарин, заман и VХ. Позже появились и другие отравляющие ве­щества. В настоящее время ведущие мировые державы не производят хи­мического оружия, однако на плане­те накопились огромные запасы смертоносных отравляющих ве­ществ, что представляет серьезную опасность для природы и человечества.

Основную часть запа­сов химического оружия составляют нервно-паралитические вещества — около 32 тысяч тон, кожно-нервных около 6 тысяч тон.

Применение химического оружия в наши дни совершенно исключено. Было принято решение уничтожить химическое оружие. В первой поло­вине XX века его либо топили в море, либо закапывали в землю. Чем это чревато, пояснять не надо. Сейчас от­равляющие вещества сжигают, но и здесь есть свои недостатки. При го­рении в обычном пламени концент­рация их в отходящих газах в десятки тысяч раз превышает предельно до­пустимую. Относительную безопас­ность дает высокотемпературный до­жег отходящих газов в плазменной электропечи. Этот метод применяют в США.

Другой подход к уничтожению хи­мического оружия заключается в предварительном обезвреживании отравляющих веществ. Образовав­шиеся нетоксичные массы можно сжечь, а можно перевести в твердые нерастворимые блоки, чтобы затем эти блоки захоронить в специальных могильниках или использовать в до­рожном строительстве.

Заключительное слово учителя. В настоящее время широко обсуждает­ся концепция уничтожения отравля­ющих веществ непосредственно в бо­еприпасах, предлагается переработка нетоксичных реакционных масс в хи­мическую продукцию коммерческого назначения. Однако пока у прави­тельства нет денег не только на унич­тожение химического оружия, но и на научные исследования в этой об­ласти. В XXI век мы вошли с тяже­лым наследием прошлого.

Хотелось бы надеяться, что мощь химии будет направлена не на разра­ботку новых отравляющих веществ, а на решение глобальных проблем че­ловечества.

Завершим мы нашу конференцию символическим салютом в честь По­беды (звучит песня «День Победы»),

На лабораторном столе демонстри­руют «салют».

Опыт. Перемешать на листе бумаги по 3 ложечки КМnO₄, порошка угля, порошка железа. Полученную смесь высыпать в железный тигель и нагреть в пламени спиртовки. Начи­нается реакция, и смесь выбрасыва­ется в виде множества искр.