Проект "Развитие химических опытов в истории"

Содержание.

Введение.

Глава 1. Развитие химических знаний и технологий в историческом аспекте.

1.1 История появления химического опыта.

1.2 Проведение химических опытов в древности.

Глава 2. Практическая часть. «Я химик»

2.1 Проведение химических опытов в школьной лаборатории.

2.2 Обобщение результатов исследования.

Заключение.

Используемые материалы.

ВВЕДЕНИЕ.

Актуальность проекта.

Чего только не сотворили ученые и исследователи во благо науки. Какие только безумные эксперименты они не ставили, чтобы открыть что-то новое. Все это сейчас может вызывать улыбку или, наоборот, недоумение из-за странности происходившего, но тогда это было действительно важно, а о том, что это будет странно, никто и не догадывался. Тем не менее, многим из таких экспериментов мы обязаны тем, что сейчас у нас есть. Некоторые из опытов привели к открытию того, чем мы пользуемся в обычной жизни.

Большинство людей думают о химии только в контексте лабораторных экспериментов, токсичных соединений или пищевых добавок. Однако эта область гораздо шире - все, что вы видите, слышите, обоняете, осязаете и пробуете на вкус, связано с различными типами химических веществ. Химия стремится не только расшифровать характеристики вещества (например, массу и составные части соединения), но и понять, почему и как вещество претерпевает специфические изменения при определенных условиях.

Например, почему некоторые жидкости замерзают, если их оставить в очень холодной среде, почему некоторые материалы меняют цвет и размеры, если на них попадает слишком много солнечного света, или почему элементы реагируют с другими элементами, образуя различные химические соединения. Проще говоря, химия может помочь нам понять устройство нашей Вселенной.

На уроках химии меня заинтересовали вопросы о развитии опытов в древности и смогу ли я попробовать провести некоторые химические опыты. Исходя из этих вопросов, родилась тема проекта «Развитие химических опытов в истории»

Цель проекта: узнать историю развития химических опытов и значение их в наши дни.

Задачи проекта:

1. Найти и изучить информацию по теме проекта.

2. Обобщить и проанализировать информацию

3. Попробовать провести несколько интересных опытов в школьной лаборатории.

4. Изучить результат полученных реакций.

Гипотеза: эксперименты в области химии повлияли на развитие человечества .

Глава 1. Развитие химических знаний и технологий в историческом аспекте.

1. История появления химического опыта.

История химии, как наука, была основана ирландским учёным Робертом Бойлем.Два основных источника, которые легли в основу современной химии — это идеи натурфилософов (таких как Аристотель и Демокрит), которые использовали дедуктивный метод для описания мира вокруг и алхимиков (таких как Джабир ибн Хайян и Ар-Рази), которые использовали экспериментальные методы для превращения материалов, например, в золото.

В XVII веке слияние этих двух источников — дедуктивного и экспериментального — привели к появлению процесса мышления, называемого теперь «научным методом». С его появлением появилась и современная химия.

Развитие химии было тесно связано с другими науками и развитием технологии. Поэтому многие открытия в химии также являются важнейшими открытиями в физике, биологии, астрономии, геологии, науках о материалах и других областях знаний.

Если мы захотим узнать, когда впервые химия появилась в жизни человека, то на этот вопрос относительно легко дать ответ: тогда, когда человек подружился с огнем. Дружба эта началась с того, что наши далекие предки поняли: питаться пищей, приготовленной на огне, лучше, чем сырой. Для этого они стали заниматься самыми первыми химическими процессами — сперва готовкой пищи на «диких кострах», затем переносом огня в свое жилище и поддерживанием пламени в очаге, ну, а потом — искусством разведения огня. Возможно, что и в те времена были те, кто утверждал, что огонь изгоняет из туши мамонта добрых духов, делая жареную мамонтятину не такой полезной, как сырая, равно как и те, кто говорил о том, что батат, запеченный в углях «органического» лесного пожара вкуснее, чем такой же батат, запеченный в углях костра, зажженного собственноручно человеком, но тогда их судьба была очень печальна, так как во время палеолита фраза «Не нравится — не ешь!» была равнозначна фразе «Умри от голода!».

Сначала человек научился жарить мясо, чуть позже начал запивать его алкоголем (сначала — пивом, затем напитками покрепче), параллельно придумал духи, позолоту — и, не удовлетворяясь одними только практическими навыками, стремился проникнуть в суть вещей и веществ.

Примерно так зародилась химия — и немалую роль в ее развитии сыграли женщины.

Если под началом химии мы имеем в виду первые химические процессы, то они стартовали где-то через 400 тысяч лет после начала Большого Горячего взрыва, когда условия молодой Вселенной позволили существовать атомам водорода (до этого процессы связывания электронов протонами и процессы ионизации находились в равновесии, и стабильные атомы не могли существовать). Атомы водорода стали вступать в процессы образования химических связей, образуя двухатомные молекулы Н₂ и трехатомные ионы Н^3+, запустились химические процессы, и, можно сказать, химия началась.

Роясь в источниках и хрониках, мы можем даже найти кандидата на роль «первого в мире химика», имя которого сохранила история. Кстати, правильнее было бы сказать «имя которой». На месопотамской клинописной табличке, датируемой тринадцатым веком до нашей эры, упоминается некая Таппути Белатекалим, последнее слово — не фамилия и не имя рода, а должность — блюстительница женской половины царского дворца. В свободное от управления женской половиной дворца Таппути занималась химическими экспериментами в области парфюмерии.

Таппути (Tapputi), известная также как Таппути-Белатекаллим (Белатекаллим является названием смотрительницы дворца, считается первым в мире химиком и парфюмером. Она упоминается в месопотамских клинописных табличках, относящихся ко II тысячелетию до н. э. Таппути работала вместе с исследовательницей или исследователем по имени - нину (первая часть имени утрачена), и использовала в своем труде цветы, масла, аир, мирру, дистиллированную и фильтрованную воду. Помимо этого, она была дворцовым надсмотрщиком. Таппути, женщина-парфюмер и первый химик, упомянутый на клинописной дощечке, найденной в Месопотамии. Она использовала цветы и растительные масла, которые перегонялись с водой. Это также первый задокументированный перегонный процесс.

Эта женщина жила приблизительно в 1200 году до нашей эры. Известно, что она была аристократкой, работала парфюмером и производила духи исключительного качества. Может показаться, что с наукой это никак не связано, но создание этого продукта требует нетривиальных познаний именно в области химии. В Древнем Вавилоне благовония пользовались огромным спросом. Их применяли не только как косметику, но и, допустим, в ходе религиозных ритуалов. Эфирные масла и сложные мази входили в состав лекарств, поэтому парфюмеры того времени были также кем-то вроде фармацевтов.

В то далекое время этот продукт получался путем добавления ароматов к маслам и жирам. Это были быстро выветривавшиеся густые мази. Однако в Вавилоне научились объединять разные запахи и использовать растворители. Это значит, что парфюмерия от Таппути имела спиртовую основу, которая, испаряясь, оставляла только приятный аромат. Это может показаться вам знакомым, потому что именно так работают современные духи, представляющие собой смесь этилового спирта с эфирными маслами.

Таппути была знакома с таким процессом, как дистилляция. В записях об этой женщине содержится первое документальное упоминание о данной процедуре. Она используется для разделения с помощью перегонного устройства жидкостей, у которых отличаются точки кипения. Дистилляцию можно применять для очистки спиртов - в результате те получаются крепче, чем в вине или пиве. Однако этот процесс применим почти к любому раствору, состоящему из нескольких жидкостей. При нагреве первыми вверх поднимаются пары того вещества, которое имеет более низкую точку кипения. Их конденсируют с помощью воды и собирают в отдельную посуду.

Дистилляцию можно повторять снова и снова, извлекая все более чистый продукт. Это один из фундаментальных химических методов, широко использующийся до сих пор. Согласно сохранившимся описаниям, Таппути применяла этот процесс в устройстве, напоминающем перегонный куб. Вышеописанное, наверное, уже позволяет считать её первым известным истории химиком-технологом.

Понятно, что при производстве духов одной дистилляции недостаточно. Она дает спиртовой растворитель, но не ароматические составляющие. Считается, что для получения последних Таппути-Белатекаллим использовала так называемый «холодный анфлераж». Вероятнее всего, необходимый результат достигался благодаря соседству душистых растений и жировой основы в течение нескольких дней. Ароматические соединения действительно неплохо растворяются в маслах - они насыщают их и сохраняются после удаления своего изначального источника.

Изготовление парфюмерии в те давние времена было долгим, трудоемким, запутанным процессом, требовавшим обширных познаний в химии. История сохранила рецепт мази, которую производила Таппути для вавилонского царя. В неё входили такие ингредиенты, как вода, цветы, масло и аир. Ароматизация, вероятнее всего, осуществлялась с помощью описанных выше методов. Чтобы представить себе, что это был за аромат, достаточно вспомнить, чем пахнут его основные компоненты. Аир – пряное травянистое растение, относящееся к наркотическим веществам. Обладает способностью восстанавливать потенцию, в XIX веке засушенный аир был популярным в Европе десертом. Мирра – пряная древесная смола, которую часто использовали в качестве благовоний, чей аромат способствует поднятию настроения.

Месопотамские клинописные таблички являются первым письменным упоминанием о том, что люди работали с химическими ингредиентами. К сожалению, сам рецепт духов Таппути не сохранился, но зато удалось найти другой документ, созданный немного позже, в котором было упоминание Таппути и в котором утверждалось, что рецепт составлен по ее указаниям. Речь шла о довольно изобретательной ароматической смеси, которая должна была лечить от проблем с желудком.

Увы, нам сегодня известно довольно мало о роли образованных женщин в древней Месопотамии, однако тот факт, что именно женщины занимали такую важную должность, говорит о многом.

1. Проведение химических опытов в древности.

На низших ступенях культурного развития человеческого общества, при первобытно-родовом строе, процесс накопления химических знаний происходил весьма медленно. Условия жизни людей, объединявшихся в малочисленные общины, или большие семьи, и добывавших средства к существованию путем использования готовых продуктов, которые давала природа, не благоприятствовали развитию производительных сил.

Потребности первобытных людей были примитивны. Прочных и постоянных связей между отдельными общинами, особенно если они территориально были отдалены друг от друга, не существовало. Поэтому передача практических знаний и опыта требовала длительного времени. Понадобилось много веков, чтобы первобытные люди в жестокой борьбе за существование овладели некоторыми отрывочными и случайными химическими знаниями. Наблюдая окружающую природу, наши предки познакомились с отдельными веществами, некоторыми их свойствами, научились использовать эти вещества для удовлетворения своих потребностей. Так, в далекие доисторические времена, человек познакомился с поваренной солью, ее вкусовыми и консервирующими свойствами.

Овладение огнем привело к значительному расширению химико-практических знаний в первобытном обществе, к ознакомлению доисторического человека с некоторыми процессами, происходящими при нагревании различных веществ.

В древности запас химико-технологических сведений становится довольно обширным; к развитой уже металлургии прибавляется производство стекла, красителей, крашение тканей, виноделие и т. д.

Наиболее выдающимися химиками древнего мира были, по-видимому, отдельные представители египетского народа, по преимуществу из жрецов. Они первые привели в некоторую систему случайные наблюдения химических явлений, и первые приложили их к своей практической жизни.

Химия у египтян получила высокое по тому времени развитие. Даже само слово «химия» (chemia), по мнению ученых, появилось в Египте. Древнегреческий философ Плутарх писал, что жители Египта, населяющие «черную землю» (чернозем), получили прозвище «хемы» (chemi). Существует, правда, и другое объяснение происхождения этого слова; так, например, греческий ученый, считающийся одним из основателей алхимии (III–IV вв.), Зосима производит слово «химия» от Хемеса. Так звали, по его мнению, легендарного автора первой книги по химии – ангела, изгнанного с неба. Некоторые исследователи считают, что слово «химия» произошло от греческого «хима» – так называлось металлическое литье.

Финикийцы – древние мореплаватели — заимствовали химические познания от тех народов, с которыми поддерживали торговлю. Они же и распространяли эти знания по странам Востока и берегам Средиземного моря. Существует легенда, что финикийцы изобрели стекло. У римского историка Плиния есть легенда о том, как финикийские моряки, которые везли на своем корабле соду, высадились на берегу одной реки в Палестине. При постройке очага для варки пищи им понадобились камни, но они не могли их найти. Тогда моряки использовали для постройки очага куски соды. Костер разгорелся и достиг большой силы. Вдруг моряки увидели, что сода расплавилась и вместе с песком образовала прозрачную тягучую массу, в скором времени застывшую, и они обнаружили твердые прозрачные куски. Так был открыт способ изготовления стекла, который жители той местности, где останавливались финикийцы, усовершенствовали.

Но вряд ли эта легенда правдоподобна. Для получения стекла нужна очень высокая температура. От обычного костра такую температуру получить нельзя. Более вероятно, что финикийцы сами заимствовали способ изготовления стекла у египтян, которые еще за 4500 лет до н. э. знали этот материал. Цилиндр из стекла найден в Тель-Асмаре близ Багдада; по изотопным исследованиям, он изготовлен в середине III в. до н. э.

Со всех стран финикийцы собирали лучшие красители. Искусство окрашивать ткани из животных и растительных волокон у них было очень развито. Особенно славилась финикийская окраска пурпуром.

Персы, как писал греческий историк Геродот, умели добывать золото, серебро, железо, выделывать шкуры зверей. Искусство окрашивания тканей они переняли у индусов.

Химические познания индийцев и сейчас вызывают изумление. Они владели значительными химическими знаниями. Знаменитый краситель индиго служил им и для живописи, и для окрашивания тканей. Они даже печатали рисунки на тканях, а в Европе этот способ был применен только в XV в.

Медь, бронза и железо были известны индийцам в начале III тысячелетия до н. э. Из них изготовляли основные орудия труда и оружие. В это же время было известно применение гончарного круга, развивалось ювелирное искусство, строились здания из обожженного кирпича. Позднее, во II—I тысячелетии до н. э., индийцы узнали олово, свинец, серебро, золото, ртуть, сурьму, квасцы, нашатырь. В священных книгах – ведах, – относящихся к этому периоду, упоминается об удобрениях, многих лекарствах. Очень интересно упоминание о ракетах, которыми стреляли из бамбуковых стволов. Во II в. до н. э. индусы использовали для приготовления лекарств азотную, соляную и серную кислоты.

Неизвестно точно, когда человек впервые воспользовался химическим оружием, но еще в каменном веке люди применяли едкий дым костра, выкуривая животных из их логова. Затем, познакомившись с растительными и животными ядами, люди начали использовать их на охоте или в войне. Легкие стрелы южноамериканских индейцев, смазанные ядом кураре или выделениями древесных лягушек — это тоже химическое оружие. Правда, яды, которыми отравлялись острия стрел, мечей или кинжалов, уже в глубокой древности считались оружием бесчестных людей. Во многих армиях далекого прошлого использование отравленного оружия было категорически запрещено.

Однако сей запрет не распространялся на дым костров, в которые постепенно начали подбрасывать не только мокрые траву и листья. Ядовитые дымы и газы первоначально использовались во вполне мирных целях — для борьбы с кровососущими паразитами. В Египте и Китае для этого окуривали жилые помещения. Но уже во II тысячелетии до нашей эры в Древней Индии в огонь кидали охапки конопли — ее дым одурманивал воинов противника. В китайской рукописи, датированной IV веком до н. э., упоминается об использовании ядовитых газов для борьбы с подкопами врага под стены крепостей. Во вражеские подземные ходы обороняющиеся с помощью мехов и терракотовых трубок направляли дым от горящих семян горчицы и полыни. Использовали отравляющие вещества в своих войнах и древние греки: так, в ходе Пелопоннесской войны (431-404 годы до н.э.) спартанцы подкладывали под стены осаждаемых городов горящие бревна, начиненные смолой и серой.

В средние века химические средства продолжали использоваться в военных целях. Так, в 1456 году город Белград защищали от турок в том числе и применением оригинального «химического оружия». Жители города обсыпали крыс токсичным порошком, поджигали их и выпускали навстречу осаждавшим.

Во время Крымской кампании английский адмирал лорд Дэндональд предложил своему правительству проект взятия Севастополя при помощи пятисот тонн горящей серы. Специальный комитет, ознакомившись со всеми деталями проекта, высказал мнение, что он является вполне осуществимым и обещанные им результаты, несомненно, могут быть достигнуты; но сами по себе эти результаты так ужасны, что ни один честный враг не должен этим воспользоваться. Исходя из этого комитет постановил, что проект не может быть принят, и записка лорда Дэндональда должна быть уничтожена. Тем не менее какие-то «вонючие бомбы» англичане во время Крымской войны все же применяли. Так, в дневнике российского вице-адмирала М.Ф. Рейнеке имеется запись, датированная 13 мая 1854 года: «...Сегодня в Севастополь привезены из Одессы две вонючие бомбы, брошенные в город 11 апреля с английских и французских пароходов. Одну из них стали вскрывать во дворе у Меншикова в присутствии Корнилова, и прежде совершенного вскрытия втулки нестерпимая вонь так сильно обдала всех, что Корнилову сделалось дурно; поэтому перестали отвинчивать втулку и отдали обе бомбы в аптеки для разложения их состава. Такая же бомба была вскрыта в Одессе, и канонир, вскрывавший ее, лишился чувств, получив сильную рвоту».

В России первые испытания химического оружия были проведены в конце 50-х годов XIX века на Волковом поле. Снаряды, начиненные цианистым какодилом, были подорваны в открытых срубах, где находились 12 кошек. Все кошки остались живы. В результате были сделаны ошибочные выводы о низкой эффективности отравляющих веществ, а работы по испытанию снарядов, начиненных отравляющими веществами, были прекращены и возобновились только в разгар Первой мировой войны — в 1915 году. Следует отметить, что Российское высшее руководство вообще до войны очень щепетильно относилось ко всяким международным конвенциям и соглашениям, которыми оружие данного типа было запрещено. В соответствии с Гаагской декларацией 1899 года, положения которой приняли Франция, Германия, Италия, Россия и Япония и к которым в 1907 году присоединилась Великобритания, стороны договорились о неприменении удушающих и нервнопаралитических газов в военных целях. Учитывая международные запреты, негативное отношение к отравителям и отсутствие потребности у военных в новом, более смертоносном оружии, широкое использование химикатов в военных целях сдерживалось вплоть до начала XX века.

Глава 2. Практическая часть. «Я химик»

2.1 Проведение химических опытов в школьной лаборатории.

Опыты занимают неотъемлемую часть в обучении химии. Чем интереснее и занимательнее опыты, тем больше вероятность того, что дети заинтересуются химией. Для большинства химия - скучная и сложная наука. Я заинтересовалась химией после просмотра фильмов с использованием различных фокусов. Но тогда я еще не изучала химию и не знала что это за наука.

Во время проведения своего первого опыта на уроке химии у меня дрожали руки, и сильно билось сердце. Был страх сделать что-то неправильно или что-нибудь сломать. После урока меня переполняли эмоции. Мне очень понравилось проводить опыты, поэтому я захотела узнать про их историю и попробовать провести некоторые опыты, наиболее эффектные и доступные в условиях школьной лаборатории.

Первый опыт, который мы попробовали провести, это всем известный опыт «Вулкан». Есть очень много способов для его проведения. Мы же выбрали вариант с использованием дихромата аммония (NH₄)₂Cr₂O_7, который имеет ярко оранжевый цвет. Насыпали на асбестовую сетку горкой дихромат аммония, поднесли к горке подожжённую спичку. Дихромат аммония загорелся и начал увеличиваться в объеме, при этом цвет поменялся на темно - зеленый. Все это походило на маленькую копию настоящего извергающегося вулкана.

Второй опыт называется «Химический порез». Перед самым началом проведения опыта, я думала, что придётся резать палец. Но потом мне объяснили, что мы сами сделаем ненастоящую кровь. Для опыта нам понадобились растворы FeCl₃ и KCNS. Намазали на руку раствор FeCl₃ , затем протерли шпатель раствором KCNS. Провели шпателем как ножом по смазанной руке и увидели красную полосу, похожую на кровь – химический порез.

Третий опыт «Гроза в пробирке» я увидела в приложении Тик - ток. Нас очень заинтересовала необычность этого опыта. Мы были не уверены, что эксперимент пройдет хорошо, но все равно решили попробовать. Нам понадобились концентрированная серная кислота H₂SO₄, этиловый спирт C₂H₅ОН и перманганат калия KMnO₄. В пробирку мы наливаем немного концентрированной серной кислоты, затем аккуратно по стенки приливаем этиловый спирт. Из-за разной плотности они не смешиваются, и спирт находится над кислотой. Далее бросаем несколько кристалликов перманганата калия, немного ждем и наблюдаем настоящую грозу в пробирке.

2.2 Обобщение результатов исследования.

После проведения опытов я осталась довольна своими результатами. Но не обошлось и без ошибок, не все опыты получились с первого раза.

В первом эксперименте с вулканом сначала мы мало насыпали дихромата аммония и долго не могли поджечь его, так как мешали перчатки, в которых было очень неудобно держать спичку. Но все же нам удалось получить собственную, маленькую копию вулкана.

В опыте с кровью, первая попытка закончилась неудачею. В чем причина этого, мы так и не узнали, скорее всего, растворы были старыми. Хоть мы и сделали все правильно, у нас не получилось увидеть кровь. Но мы не расстроились и попробовали еще раз и он получился. На руке были очень хорошо видны красные полосы. После опыта мы заметили, что кусочки ваты, которыми мы пользовались во время опыта, также окрасились. Они были намного реалистичнее. Их цвет был не просто красным, но и где-то темнее, что и придавало им большую реалистичность.

Третий опыт был некой загадкой, потому что мы не до конца верили, что он получится и пройдет успешно. Нам было немного страшно, но мы строго следовали инструкции, которую посмотрели в видео. Когда насыпали кристаллики перманганата калия, мы стали ждать и надеяться что хоть что-то произойдет. Через некоторое время мы увидели первые вспышки и услышали первые «выстрелы». Меня пугало то, что эти взрывы могут выскочить из колбы. Но все прошло хорошо. Этот опыт у нас получился с первого раза, такой же яркий , как и предыдущие опыты, вызывает кучу эмоций. Также произошло очень интересное зрелище, когда мы начали выливать и промывать колбу водой. При смешивании с водой, в колбе опять начали происходить взрывы и вспышки. Но длились они недолго, и вскоре колба было пуста.

Все опыты запомнятся мне надолго, а главное мы хорошо провели время и смогли даже повеселиться. Я с радостью попробую еще себя в роли химика.