Научно - исследовательская работа "Дикий газ вокруг нас"

Районный конкурс

исследовательских работ по учебным предметам

учащихся учреждений общего среднего образования

исследовательская работа

«Дикий» газ вокруг нас»

Автор:

Седова Анастасия Евгеньевна,

учащаяся 4 «Д» класса

государственного учреждения

образования «Средняя школа №32

г. Могилёва»

Научный руководитель:

Марфонова Анна Ивановна,

педагог - организатор

государственного учреждения

образования «Средняя школа №32

г. Могилёва»

Могилёв, 2016

Оглавление

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

Глава 1 «Дикий газ вокруг нас»…………….................................................5

1.1. История открытия углекислого газа……..……..……….…….……...5

1.2. Свойства углекислого газа………………..……….………………….6

1.3. Получение углекислого газа…….……….……………………..…….7

Глава 2 «Углекислый газ в действии»………………………………………..8

2.1. Опыты с углекислым газом…………………………………………...8

2.2. Применение углекислого газа…………………………………….....11

Заключение...........…………………................................................................14

Список использованных источников…………………………….…………16

Приложение 1. Кроссворд «Дикий» газ вокруг нас»»………......................17

Введение

«Скажи мне — и я забуду, покажи мне — и я запомню,

дай мне сделать — и я пойму»

Конфуций

Листая страницы Большой энциклопедии знаний, я наткнулась на три загадочных вопроса: «Какова сила пузырьков?», «Что такое «дикий газ?» и «Можно ли его увидеть?» [1, с.181]. Оказывается, на все эти вопросы есть ответы!

В моей работе речь пойдёт об углекислом газе.

Углекислый газ – это бесцветный газ, без запаха, имеющий слегка кисловатый вкус. Мы не видим его, но он повсюду нас окружает. Ребята постарше, которые изучают химию, знают об углекислом газе достаточно. А я пока не знаю, но сталкиваюсь с ним каждый день.

Удивительные свойства углекислого газа используются в кулинарии, медицине, авиационном моделировании, технике. Углекислый газ участвует во многих жизненно необходимых процессах: дыхании, фотосинтезе. Он оказывает влияние на климат Земли, задерживая тепло на нашей планете. Интерес к изучению углекислого газа не угас и в наши дни.

Меня заинтересовала эта тема. Я изучила литературу. Затем провела опыты с углекислым газом, изучая его необыкновенные свойства.

Темой моей исследовательской работы является «Дикий» газ вокруг нас».

Объект исследования: углекислый газ.

Предмет исследования: свойства углекислого газа.

Цель исследования: проверить некоторые свойства углекислого газа и выяснить, где он применяется на практике.

Задачи исследования:

Изучить литературные источники по данной теме;

Познакомиться с историей открытия углекислого газа;

Исследовать свойства углекислого газа;

Найти, где используются эти свойства на практике.

Гипотеза исследования: углекислый газ таит в себе множество загадок и, хотя был открыт ещё в 16 веке, не потерял своей актуальности и в 21 веке.

В ходе исследования использовались следующие методы:

1. Изучение литературы и материалов из сети Интернет

2. Наблюдение

3. Опыты

4. Описание

5. Обобщение

Теоретическая значимость исследования связана с тем, что оно является еще одним этапом в изучении свойств углекислого газа.

Практическая значимость исследования заключается в возможности использования полученных результатов во внеклассной работе и на уроках химии.

1 «Дикий газ вокруг нас»

1.1 История открытия углекислого газа

В 1579 году в Брюсселе родился мальчик с красивым именем и фамилией, Ян Батист ван Гельмонт. В юности он изучал богословие, а затем обратился к медицине. Он получил основательное образование, но отказался от степени магистра, не придавая значения всякого рода отличиям. Некоторое время он занимался врачебной практикой и много путешествовал, но затем вернулся на родину, поселился в деревне и стал заниматься исключительно наукой [9, с.1].

Углекислый газ был открыт ван Гельмонтом во время проведения очередных опытов. Оксид углерода был первым между всеми другими газами противопоставлен воздуху и назван «диким».

«Уголь, – утверждал Ван-Гельмонт, – и вообще все горючие вещества освобождают необходимым образом при своем горении «дикий газ». 62 ливра дубового угля дают один ливр золы. Остальные 61 ливр пошли на образование «дикого газа». Этот «воздух», неизвестный до сих пор, который нельзя ни собрать в сосуды, ни превратить в видимое тело, я называю новым именем – газ» [3, с.1].

Таки образом, введение в науку понятия о газах и самого слова «газ», произведенного им от греческого слова – хаос, принадлежит алхимику Яну Батисту ван Гельмонту.

Открытием углекислого газа, было, положено начало новой отрасли химии - химии газов.

1.2 Свойства углекислого газа

Углекислый газ имеет несколько названий: двуокись углерода, диоксид углерода, углекислота. Он образуется при гниении и горении органических веществ, выделяется при дыхании людей, животных и растений. Служит источником питания зеленых растений – участвует в процессе фотосинтеза.

«Дикий» газ содержится в воздухе и минеральных источниках, а его среднее содержание  в атмосфере составляет 0,03%. [2, с.2].

Углекислый газ имеет удивительные свойства:

1. Он без цвета и запаха, то есть не поглощает никаких видимых лучей.

2. Растворим в воде.

3. Не поддерживает горения.

4. Замерзает при температуре минус 78,5⁰С с образованием снега – «сухого льда», состоящего из двуокиси углерода.

5. Тяжелее воздуха, но легче жидкости.

6. Имеет слегка кисловатый вкус.

7. Не токсичен и невзрывоопасен. Но в закрытых помещениях, накапливается у пола, вытесняя кислород, уменьшая его объемную долю. При концентрациях более 5% может вызвать кислородную недостаточность и удушье. Поэтому помещения необходимо обязательно проветривать!

8. При атмосферном давлении он не плавится, а испаряется.

9) Из твёрдого состояния углекислый газ сразу переходит в газообразное, минуя жидкое.

10) Пропускает ультрафиолетовые лучи и отражает инфракрасные.

Его молекула состоит из двух атомов кислорода и одного атома углерода. Это отражено в его химической формуле - СО_2.

1.3 Получение углекислого газа

В промышленности углекислый газ выделяется из дымовых газов, или как побочный продукт химических процессов, например, при разложении известняка или при спиртовом брожении.

В химических лабораториях либо пользуются готовыми баллонами с жидким углекислым газом, либо получают CO2 в специальных аппаратах для получения газов действием соляной кислоты на куски мрамора. Это происходит следующим образом:

1. в лапке лабораторного штатива закрепляется прибор для получения газов;

2. из пробирки с отростком вынимается пробка с воронкой;

3. помещается в насадку 2–3 кусочка мрамора величиной с горошину;

4. пробка с воронкой вставляется в пробирку снова;

5. открывается зажим;

6. в воронку осторожно приливается соляная кислота (1:2) так, чтобы кислота слегка покрывала мрамор;

7. химический стакан наполняется оксидом углерода;

8. зажим закрывается [5, с.2].

Чтобы получить углекислый газ в домашних условиях, к примеру, для приготовления пышных пирогов, оладий или газированной воды, можно использовать обыкновенную пищевую соду с лимонной кислотой или с кислым лимонным соком.

Как гласит история, именно таким образом появились первые газированные напитки, а их изготовлением и продажей занимались аптекари. [5, с.2].

2 «Углекислый газ в действии»

2.1. Опыты с углекислым газом

Как же обнаружить углекислый газ, если он бесцветный? Можно обнаружить углекислый газ, проделав некоторые опыты!

Пища для нашего организма – топливо, которое, медленно сгорая, словно в печи, обогревает наше тело. Чтобы этот жизненный огонь не угас, мы должны обеспечить его кислородом. Для этого мы день и ночь вдыхаем воздух, в котором содержится кислород. А ведь горение сопровождается выделением углекислого газа, значит и в нашем организме он тоже есть. Углекислый газ из печи выходит через трубу. Мы же выдыхаем его через нос и рот. Докажем это.

Опыт 1 «Дыхание»

Мне потребовалось: чашка, вода, трубочка.

Ход опыта

1) Наливаю в чашку воды.

2) Опускаю туда трубочку.

3) Выдыхаю воздух.

Результат: В воде появились пузырьки углекислого газа.

Вывод: Мы выдыхаем углекислый газ, он растворяется в воде.

Углекислота содержится и в наиболее распространенных огнетушителях – углекислотных.

Миниатюрный углекислотный огнетушитель можно изготовить в домашних условиях.

Опыт 2 « Углекислотный огнетушитель»

Мне потребовалось: тарелка, чашка, свеча, спички, сода, уксус.

Ход опыта

1) Закрепила свечу на тарелке. Зажгла свечу.

2)Положила в чашку чайную ложку соды и добавила немного уксуса.

3)Когда в чашке образовались пузырьки газа, я поднесла чашку к свече.

Результат: Пламя свечи погасло. Это произошло потому, что пузырьки, образовавшиеся при взаимодействии соды и уксуса, не что иное, как углекислый газ. Он удалил из пламени кислород и прервал процесс горения. Многие огнетушители, используемые для тушения электроприборов, также содержат углекислый газ. Они называются углекислотными огнетушителями.

Вывод: Углекислый газ тяжелее воздуха и не поддерживает горение.

Опыт 3 «Надуваем шарик»

Мне потребовалось: пластиковая бутылка, пол стакана уксуса, 5 столовых ложек соды, воздушный шарик.

Ход опыта

1) Налила пол стакана уксуса в бутылку.

2) В шарик всыпала 5 столовых ложек соды.

3) Надела шарик на горлышко бутылки.

4) Подняла шарик, чтобы сода высыпалась в бутылку.

5) Сняла шарик с бутылки.

6) Завязала горлышко шарика.

7) Подбросила шарик вверх.

Результат: При добавлении соды в уксус выделяется углекислый газ, жидкость начинает пениться, и шарик надувается, то есть пузырьки углекислого газа «выпрыгивают» на поверхность и надувают шарик. Воздушный шарик, надутый таким образом не взлетел.

Вывод: углекислый газ тяжелее воздуха.

Свойства углекислого газа используются и в пищевой промышленности. Докажем это.

Опыт №4 « Пышные оладьи»

Мне потребовалось: мука, вода, сода, уксус, растительное масло.

Ход опыта

1) Приготовила тесто из муки и воды.

2) Разделила его на две части. В одну часть добавила соду, гашенную уксусом.

3) Из одинакового количества каждого теста на сковороде испекла по одной лепешке.

Результат: Из простого теста лепешка получилась тонкая и плотная, а из теста с содой и уксусом – пышная и пористая.

Вывод: Углекислый газ используют для разрыхления теста.

Опыт №5 «Танец изюма»

Мне потребовалось: изюм, газированная вода, стеклянный стакан

Ход опыта

1) Налила в стакан газированную воду.

2) Опустила туда изюм.

Результат: Изюм двигается вверх и вниз вместе с пузырьками газированной воды. Но достигнув поверхности, пузырьки лопаются, и изюм падает на дно.

Вывод: углекислый газ легче жидкости.

2.2 Применение углекислого газа

В настоящее время человек широко использует свойства углекислого газа.

Жидкий углекислый газ используют в углекислотных огнетушителях, огнетушительных системах самолетов и кораблей и в пожарных углекислотных машинах. Он особенно эффективен в тех случаях, когда вода непригодна, например, при тушении загоревшихся огнеопасных жидкостей или при наличии в помещении не выключенной электропроводки или уникального оборудования, которое от воды может пострадать [5, с.3].

В пищевой промышленности углекислота используется как консервант и разрыхлитель, обозначается на упаковке кодом Е290.

Дырки в сыре обязаны своим происхождением углекислому газу, который образуется при брожении молока. Изделия из дрожжевого теста тоже имеют дырочки. Ведь тесто поднимается благодаря возникновению пузырьков углекислого газа. При выпечке хлеба дрожжевой грибок питается сахаром, содержащимся в муке, и производит углекислый газ, который поднимает тесто. При выпечке углекислый газ улетучивается, а в мякише хлеба остаются характерные дырочки.

Углекислый газ применяют для газирования фруктовых и минеральных вод, для производства сахара, конфет «Шипучка», при изготовлении пива, виски и других алкогольных напитков. В твёрдом состоянии – как лёд для хранения и перевозки продуктов питания: рыбы, мяса, мороженого. Если положить сухого льда в воду, то сразу возникнет множество волшебных пузырьков, брызжущих в разные стороны… Даже горящий бензин можно быстро потушить, бросив в пламя несколько кусочков сухого льда [5, с.3].

 Ценность «сухого» льда заключается не только в его охлаждающем действии, но и в том, что продукты в углекислом газе не плесневеют и не гниют. Сухим льдом испытывают в лабораториях детали, приборы, механизмы, которые будут служить в условиях пониженных температур. С помощью сухого льда испытывают морозоустойчивость резиновых покрышек автомобилей [8, с.4].

Бактерицидные свойства углекислого газа также используются при упаковке пищевых продуктов для увеличения сроков хранения.

Углекислый газ используют для сварки, в авиамоделировании, для использования пневмоинструментов, для получения моющих средств. Авиамоделисты используют это вещество в качестве топлива для своих моделей.

В современной косметологии для омоложения и борьбы с морщинками активно применяют инъекции углекислого газа. Углекислый газ действительно стал сейчас одним из самых модных «эликсиров» красоты. Секрет в том, что он воздействует системно. То есть одновременно улучшает и кровообращение и лимфоток, расширяя сосуды. В результате из организма выводятся токсины, уходят отеки, кожа становится эластичной, упругой и подтянутой [10, с.1]. Углекислый газ нашел применение и в различных областях медицины: от получения лекарств до углекислотных ванн.

Активно применяется углекислый газ и в парфюмерии. С его помощью специалисты парфюмерной области научились извлекать тот самый ароматический компонент, который так ценит в спреях и дезодорантах каждая из нас.

Очень интересно применяется углекислый газ для изменения погоды: при рассеивании порошка сухого льда с самолета, пролетающего над переохлажденным облаком, создается искусственный снегопад над аэродромами (при расходе всего примерно 100 г льда на 1 км3 облака). При этом начинают падать густые мокрые хлопья снега, а вскоре сквозь сплошную облачность начинает просвечивать небо [6, с.4].

Углекислый газ жизненно необходим для растений. Он используется в процессе фотосинтеза для образования органических веществ. Как и кислород, углерод входит в состав почв, растений, животных, участвует в многообразных механизмах круговорота веществ в природе [4, с.1].

Насыщение воды в аквариуме происходит тоже за счёт углекислого газа. Именно с его помощью обитатели аквариума могут наращивать свою биомассу.

Углекислый газ пропускает ультрафиолетовые лучи, которые обогревают нашу планету, и отражает инфракрасные. Он является наиболее важным по влиянию на климат парниковым газом. И если вдруг он исчезнет из атмосферы, то в первую очередь на Земле станет гораздо прохладнее, дожди будут выпадать очень редко. Углекислый газ можно назвать «одеялом Земли» [7, с.1].

А ещё основатели кампании по изготовлению бриллиантов Diamond Foundry научились наращивать настоящие бриллианты с помощью углекислого газа. Природный алмаз разрезают на несколько частей, а затем помещают в печь с температурой 4400 градусов Цельсия. Там же создают плазму из диоксида углерода: атомы углерода потом начинают “приклеиваться” к поверхности природного камня – так и происходит увеличение бриллианта.

Не обошли стороной углекислый газ и люди творческих профессий, писатели и поэты:

«…Мы тихонько тонем в этом скучном море,
И совсем не знаем, что прямо сейчас

В этом тихом вихре пены, рыб и соли
В вены проникает углекислый газ…»

(«Углекислый газ» Денис Бакулин)

Заключение

Проведя своё исследование, я пришла к выводу, что свойства, которыми обладает углекислый газ, широко применяются человеком в самых различных отраслях. Углекислый газ участвует в жизненно важных процессах, она оказывает влияние на здоровье человека и климат Земли.

Своим открытием ван Гельмонт повлиял не только на дальнейшие исследования учёных и изобретателей, но и на работу сварщиков, пожарных, медицинских работников, фармацевтов, авиамоделистов, овощеводов, виноделов и работников пищевой промышленности.

Несмотря на то, что своё удивительное открытие древний алхимик Ян Батист сделал очень давно, оно популярно и в наши дни.

Я бы тоже хотела предложить, где и как можно использовать углекислый газ:

1) Если вы увлекаетесь овощеводством и выращиваете растения в теплицах, то значительно повысить урожайность культур вам поможет подкормка углекислым газом.

2) Если вы творческий человек, часто выступаете на сцене, и вам хочется произвести неизгладимое впечатление на зрителей от своего выступления, то и здесь вас выручит углекислый газ! Генератор сценического дыма с углекислым газом позволит превратить любое мероприятие в по-настоящему сказочное, наполнив его особой, мистической атмосферой.

3) Свои картины художники могут хранить в контейнерах, наполненных углекислым газом, это предотвратит краску от высыхания и тем самым продлит срок службы полотна.

4) Проблема поддержания здоровья и омоложения организма является актуальной всегда. Было бы здорово, иметь в школе сухую углекислую ванну. Принятие такой процедуры позволило бы школьникам укрепить иммунитет, а работникам школы и учителям быстро восстанавливать силы после физических и нервных нагрузок. 

Таким образом, углекислый газ, открытый в 16 веке Яном Батистом ван Гельмонтом, таит в себе много неожиданных свойств и не потерял своей актуальности и в 21 веке. Гипотеза подтвердилась.

Список используемых источников:

1. Большая энциклопедия знаний/Пер. с немецкого Л.С. Беловой, Е.В. Черныш. – М. Эксмо, 2014. – 344с.

2. Диоксид углерода. http://www.org/wiki/Диоксид_углерода

3. История открытия углекислого газа. http://www.chemicals-el.ru/chemicals-1455-1.html

4. Круговорот веществ в биосфере и природе. http://geografya.ru/biosfera/krugovorot_veshestv_v_biosfere.html

5. Получение углекислого газа и его свойства. Урок – практическая работа. http://www.festival.1september.ru/articles/417661

6. Разгон облаков - установление хорошей погоды. Принцип разгона облаков. http://fb.ru/article/193803/razgon-oblakov---ustanovlenie-horoshey-pogodyi-printsip-razgona-oblakov-posledstviya

7. Статьи о газах. Углекислый газ (диоксид углерода). «Одеяло Земли». http://www.niikm.ru/articles/element_articles/co2/

8. Углекислый газ. Химия 8 класс. http://interneturok.ru/ru/school/chemistry/8-klass/bvewestva-i-ih-prevraweniyab/uglekislyy-gaz

9. У истоков химии. Медицинская химия. Парацельс. Ван Гельмонт. http://www.distedu.ru/mirror/_chem/him.1september.ru/2003/30/1.htm

10. http://www.wh-lady.ru/archive/?ELEMENT_ID=4741&SECTION_ID=78

Приложение 1

Кроссворд «Дикий» газ вокруг нас»»

Приложение 1

Кроссворд «Дикий» газ вокруг нас»»

По горизонтали:

1. Молекула углекислого газа состоит из двух атомов этого химического элемента.

2. Так называется сжиженный углекислый газ.

3. Углекислый газ не поддерживает эту химическую реакцию.

4. Само слово «газ» произведено от этого греческого слова.

5. Молекула углекислого газа состоит из одного атома этого химического элемента.

По вертикали:

1. Этим предметом пользуются при пожаре. Наиболее часто они встречаются углекислотные.

2. Фамилия учёного, открывшего углекислый газ.

3. Углекислый газ служит источником питания зелёных растений. Как называется этот процесс?

4. Какого цвета углекислый газ?

5. Так называл углекислый газ древний алхимик Ян Батист, живший в 16 веке.

6. В пищевой промышленности в этом качестве используется углекислота, позволяя тесту «подниматься».

«Для публикации информации о детях получено письменное разрешение родителей (законных представителей)».

16