Из поливинилхлорида получают химически и механически стойкую пластмассу.
Знакомясь с диенами, вы получили также первоначальные знания о природном каучуке и синтетических каучуках (с.166, §63, Химия, 9 класс). Первые сведения вы получили также о природных полимерах крахмале и целлюлозе (с.175, §70, Химия, 9 класс) [9]. К сложным природным полимерам иногда причисляют и белки.
Чтобы получить представление, сколь велико значение только одного вида полимеров - фенопластов, рассмотрите табл.40.
Таблица 40. Важнейшие фенопласты ФФС.
Характеристика фенопластов | Виды фенопластов | |||||
Текстолит | Волокнит | Гетинакс | Стеклопласт | Карболит | ||
Исходные материалы, спрессованные при повышенной температуре. | Хлопчатобумажная ткань, пропитанная ФФС | Обрезки хлопчатобумажной ткани, пропитанная ФФС | Бумага, пропитанная ФФС | Стеклянная ткань и стекловолокно, пропитанные ФФС | Древесная мука, пропитанная ФФС | |
Свойства | Выдерживает большие нагрузки, легко поддается обработке | Высокая износоустойчивость | Очень хороший электроизо-ляционный материал | Механически прочный материал, устойчивый к коррозии | Хороший электроизо- ляционный материал, устойчивый к коррозии | |
Применение | Изготовляют детали машин и аппаратов (зубчатые колеса, шарикоподшипники) | Изготовляют автомобильные диски сцепления, дуги тормозов, ступеньки эскалаторов и др. | Используют в электро- и радиотехнике как хороший электроизоляционный материал | Производят детали больших габаритов (надстройки для автомобилей, автоцистерны, лодки и др.) | Изготовляют телефонные аппараты, электровыключатели, контактные гнезда и др. |
IV. Закрепление знаний (5 мин.)
1. Что такое полимеры?
2. Как получают полиэтилен, полипропилен и поливинилхлорид (напишите уравнения реакций)?
3. Перечислите важнейшие фенопласты и области их применения?
V. Домашнее задание (3 мин.)
Ответьте на вопросы и выполните упражнения 1-12, §72, стр.179 [9].
Именно таким образом выглядит план урока в школе по теме «Полимеры».
Остальные сведения о полимерах сводятся к материалам различных приложений, в которых рассматриваются в основном природные, синтетические и искусственные волокна. Основные классы полимеров, вопросы получения полимеров и не менее важные вопросы рециклизации и утилизации отработавших полимеров в школьном курсе химии не рассматриваются.
Исходя из вышеизложенного, очевидна необходимость наполнения школьного курса химии экологическим содержанием. Результаты проделанной работы будут изложены в третьей главе.
Глава III. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ «ПОЛИМЕРЫ» В КУРСЕ ХИМИИ СРЕДНЕЙ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ШКОЛЫ
Экологическое образование и развитие школьников - полноценная область знания, познания самого себя, окружающего мира, которая реально воздействует на формирование мировоззренческой компоненты их развития как личностей.
Вашему вниманию представляется урок на тему: «Полимеры», наполненный экологическим содержанием, позволяющий оценить важную роль перспективы развития экологического самосознания школьников, выявить взаимосвязь между изучаемым объектом и окружающей средой, а также определить роль уроков химии при формировании экологической культуры школьников, их способности применять знания и навыки для достижения основной цели экологии - сохранении окружающей природной среды.
3.1 Урок по теме «Полимеры» в 9 классах, позволяющий развить экологическое сознание школьников
Цель урока: познакомить учащихся со способом получения поливинилхлорида и возможностями его применения, а также обобщить знания учащихся о высокомолекулярных соединениях, сформировать систему экологических знаний при изучении полимеров и способов их получения, показать необходимость предотвращения загрязнения окружающей природной среды продуктами производства синтетических полимерных материалов и готовыми изделиями из них.
Задачи обучения: сформировать понятие полимеры, расширить представление о способах получения, свойствах и способах применения различных типов полимеров в промышленности. Развить экологическое сознание и воспитание школьников, приучить их к способности понимать, что возможности полимерной химии безграничны и многообразны, но неосознанное загрязнение окружающей среды отходами полимерной промышленности может нанести непоправимый вред как здоровью человека, в частности, так и привести к глобальным негативным последствиям, в целом, для всей планеты.
Задачи развития: продолжить развитие у учащихся основных приемов мышления (умения анализировать, сравнивать и т.д.), совершенствовать умение учащихся самостоятельно работать с дополнительной информацией. Развить экологическое сознание школьников, заложить в основу воспитания представления о взаимосвязи состава, строения, свойств и биологической функции веществ, их двойственной роли в живой природе.
Задачи воспитания: продолжить химическое и экологическое образование школьников.
Ход урока
II. Организационный момент (1-2 мин.)
- посадка детей;
- проверка принадлежностей;
- отметка отсутствующих и т.д.
II. Опрос домашнего задания (10 мин.)
6. Что такое аминокислоты?
7. Какие функциональные группы имеют в своей молекуле аминокислоты?
8. Что такое белки?
9. Как образуются белки?
10. Какова роль аминокислот и белков в живых организмах?
III. Изучение нового материала (20 мин.)
Полимеры - высокомолекулярные соединения, молекулы которых образуются в результате соединения множества одинаковых звеньев - составных частей молекулы полимера.
Полимеры являются основной частью пластмасс. Они связывают в единое целое другие компоненты, т.е. полимерное вещество служит связующим. При этом образуются различные полимерные композиции, обладающие набором нужных физико-механических характеристик. Помимо полимера в состав пластической массы входят наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, отвердители, смазывающие вещества, красители, порообразователи и другие добавки. Наполнители вводят для улучшения механических свойств пластмасс, уменьшения усадки во время отверждения, повышения их стойкости к действию различных сред. Пластификаторы - это специальные добавки, придающие материалу пластичность и сохраняющие его свойства в широком интервале температур. Улучшается морозостойкость, огнестойкость и стойкость к действию УФ-лучей. Стабилизаторы - химические соединения, способствующие длительному сохранению свойств пластмасс в процессе их переработки и эксплуатации. Отвердители - это вещества, которые вводят для создания трехмерной структуры в полимере. Смазывающие вещества - это вещества, которые предотвращают прилипание материала к оборудованию.
Первоначальные сведения о полимерах в школьном курсе рассматриваются при изучении полимеризации этилена и пропилена (с.166, §63, Химия, 9 класс) [9], и получение в результате полиэтилена и полипропилена, но ничего не сказано об экологических проблемах производства полиолефинов.
Итак, к полиолефинам относятся полиэтилен, полипропилен, полимеры на основе б - олефинов и полиизобутилен.
Однако, производство полиэтилена, полипропилена и поливинилхлорида приносит немалые экологические проблемы для окружающей природной среды [5].
Производство полиэтилена и других полиолефинов относиться к категории пожароопасных и взрывоопасных (категория А): этилен и пропилен образуют с воздухом взрывчатые смеси. Оба мономера обладают наркотическим действием. ПДК в воздухе этилена составляет 0,05 • 10 -3 кг/м3, пропилена - 0,05 • 10 -3 кг/м3. Особенно опасно производство полиэтилена высокого давления (ПЭВД), поскольку оно связано с применением высокого давления и температуры. В связи с возможностью взрывного разложения этилена во время полимеризации реакторы оборудуют специальными предохранительными устройствами (мембраны) и устанавливают в боксах. Управление процессом полностью автоматизировано. При производстве полиэтилена низкого давления и полипропилена особую опасность представляет применяемый в качестве катализатора диэтилалюминийхлорид. Он отличается высокой реакционной способностью. При контакте с водой и кислородом взрывается. Все операции с металлоорганическими соединениями должны проводиться в атмосфере чистого инертного газа (очищенный азот, аргон). Небольшие количества триэтилалюминия можно хранить в запаянных ампулах из прочного стекла. Большие количества следует хранить в герметически закрытых сосудах, в среде сухого азота, либо в виде разбавленного раствора в каком-либо углеводородном растворителе (пентан, гексан, бензин - чтобы не содержали влаги). Триэтилалюминий является токсичным веществом: при вдыхании его пары действуют на легкие, при попадании на кожу возникают болезненные ожоги. В этих производствах используется также бензин. Бензин - легковоспламеняющаяся жидкость, температура вспышки для разных сортов бензина колеблется от - 50 до 28 °С. Концентрационные пределы воспламенения смеси паров бензина с воздухом составляют 2-12% (объемных). На организм человека оказывает наркотическое действие. ПДК бензина в воздухе = 10,3 • 10 -3 кг/м3. Порошкообразные полиолефины образуют взрывоопасные смеси. ПДК полипропилена составляет: 0,0126 кг/м3. При транспортировании порошкообразных полиолефинов происходит образование аэрозолей и неизбежно накапливание зарядов статического электричества, что может привести к искрообразованию. Транспортирование полиолефинов по трубопроводу производят в атмосфере инертного газа. Для защиты окружающей среды все вентиляционные выбросы из производственных помещений должны подвергаться очистке на специальных установках. Сточные воды при отмывке полиэтилена низкого давления и полипропилена от остатков катализатора и продуктов его распада, а также образующиеся при регенерации промывной жидкости должны подвергаться нейтрализации и тщательной очистке на специальных очистных сооружениях.
Сходным полимером является поливинилхлорид. Если к ацетилену присоединить хлороводород, то образуется газообразное вещество винилхлорид, или хлорвинил.
Винилхлорид полимеризуется также, как и этилен. Из поливинилхлорида получают химически и механически стойкую пластмассу.
Производство и использование винилхлорида относят также к категории взрывоопасных и пожароопасных (категория А). Винилхлорид в газообразном состоянии оказывает наркотическое действие, продолжительное пребывание в помещение, в атмосфере которого содержится большое количество винилхлорида вызывает головокружение и потерю сознания. ПДК в рабочих помещениях составляет 3• 10-5 кг/м3. При концентрации 1 • 10-4 кг/м3 вызывает раздражение слизистых оболочек, а запах начинает ощущаться даже при 2 • 10-4 кг/м3. Вдыхание паров при открытом испарении мономера вызывает острое отравление. Другие мономеры используемые при производстве политетрафторэтилена, политрифторхлорэтилена, поливинилфторидов также не менее токсичны.
Знакомясь с диенами, вы получили также первоначальные знания о природном каучуке и синтетических каучуках (с.166, §63, Химия, 9 класс). Первые сведения вы получили также о природных полимерах крахмале и целлюлозе (с.175, §70, Химия, 9 класс) [9]. К сложным природным полимерам иногда причисляют и белки.
Здесь нам хотелось бы остановиться на такой важной проблеме как производство и применение биоразлагаемых пластиков на основе синтетических полимеров, рассмотренных выше и природных полимеров (крахмал, целлюлоза), изученных ранее.
Итак, биоразлагаемые полимеры представляют собой смесь широко используемых синтетических полимеров и природных полимеров, таких как крахмал, целлюлоза, лигнин, хитин и т.д. Известно, что отработавшие свой срок службы изделия из пластических масс чаще всего подвергаются утилизации захоронением в почву. При этом такие полимеры как полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид и т.д. могут находиться в почве не разлагаясь в течение очень длительного времени, до десятков и сотен лет. Разложение полиэтилена в течении 10 лет происходит только на 1 %. При использовании же в разумных пределах природных полимеров, легко и экономически доступных для получения, биоразлагаемых композиций приводит к разложению отработавшего свой срок полимера под действием микроорганизмов почвы, влаги и света в течении от двух недель до нескольких месяцев. Биоразлагаемые композиции используют при производстве тары и упаковки, в медицине и во многих других отраслях промышленного производства [10-13]. Рассмотрим рис. 1-3, Приложение 1.
IV. Закрепление знаний (5-7 мин.)
1. Что такое полимеры?
2. Как получают полиэтилен, полипропилен и поливинилхлорид (напишите уравнения реакций)?
3. Расскажите, к каким производствам относят производства полиэтилена, полипропилена и поливинилхлорида?
4. Какой вред здоровью человека могут нанести повышенное содержание этих полимеров и их мономеров в атмосфере производственных и других помещений?
5. Что такое ПДК?
6. Что такое биоразлагаемые пластики и какова область их применения?
V. Домашнее задание (2-3 мин.)
1. Рассмотрите табл. 40 и ответьте на вопросы и выполните упражнения 1-12, §72, стр. 178-179.
2. Повторите пройденный на уроке материал и обобщите свои знания об экологических проблемах, связанных с производством и применением синтетических полимеров.
Для закрепления материала можно провести тестирование среди учащихся. В качестве тестов представлены 2 варианта вопросов, один из которых содержит вопросы экологического характера. Примеры тестов по теме «Полимеры» для учеников 9-х классов представлены в Приложении 1.
Результаты тестирования представлены на рис.1.
Рис.1.
Итак, результаты тестирования показали, что усвояемость знаний выше в 9 «Б» классе. В 9 «Б» классе был проведен урок, содержащий материал, раскрывающий экологические проблемы, возникающие при производстве и использование полимеров. Для развития дальнейшего интереса к проблемам охраны окружающей природной среды предлагаем использовать проведение различных внеклассных мероприятий. Например, ролевых игр, различных конкурсов, КВН и т.п. (Приложение 1.)
Заключение
Острота современной экологической ситуации привела к пониманию необходимости формировать новое экологическое мышление и сознание, экологизировать науки, производства, переосмыслить проблемы взаимодействия природы и общества в структуре мировоззрения, изучать основные предметы естественных наук - географию и биологию, физику и химию - в тесной связи с экологическими проблемами. Особенно глубоко должны разбираться эти проблемы при изучении химии. Очень важно решение такого вопроса как элементарная химическая подготовленность людей, ведь каждый из нас ежедневно контактирует с веществами способными нанести вред окружающей природной среде.
Исходя из вышесказанного, очевидно, что общеобразовательная школа обязана воспитывать и развивать в школьниках экологическую культуру, готовность не только потреблять блага научно-технического прогресса, но и нести ответственность за сохранение природы.
Важно, что в результате проведенного эксперимента в 9-х классах Гимназии №14 учащиеся поняли, что в решении экологических проблем они не должны чувствовать себя сторонними наблюдателями, а обязаны нести ответственность за сохранение жизни на нашей Земле.
Литература
1. Макареня А.А., Кривых С.В., Ишкова Л.В. От химического образования к междисциплинарному подходу / Химия в школе, №7, 2000 г., с.3-6.
2. Егорова Н.В. Вопросы экологического образования при изучении химии. Химия в школе, № 5, с.46-49
3. Кузнецов В.И. Г. Штаудингер: Основополагающие начала химии высокомолекулярных соединений // Химия в школе. - 2002. - №8. - с. 89-91.
4. Тугов И.И., Кострыкина Г.И. Химия и физика полимеров. М: Химия, 1989. - 432 с.: ил.
5. Быстров Г.А. Оборудование и утилизация отходов в производстве пластмасс. М.:, Химия, 1982 г.
6. Васнев В.А. Биоразлагаемые полимеры. Высокомолекулярные соединения. Серия Б. 1997. т. 39. №12., с.2073-2086
7. Фомин В.А., Гузеев В.В. Биоразлагаемые полимеры, состояние и перспективы использования. Пласт. массы. 2001., №2, с. 42-46
8. Макаревич и др. Пласт. массы, 1996, №1, с.34-36
9. Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия, учебник для 9 класса М.; Просвещение, 2002 г. -192 с.
10. Кукушкин В.Д., Семенов В.Г., Смирнов О.М., Соловьев В.П., Тулупов С.А. Эффективная утилизация пилиэтилентерефталата и других термопластов. Создание нового семейства композитов / Экология и Промышленность России - ЭкиП, сентябрь, 2005 г., с.12-15.
11. Соломин И.А., Башкин В.Н. Выбор оптимальной переработки ТБО / Экология и Промышленность России - ЭкиП, №9, 2005 г., с.42-45.
12. Адамович Б.А., Дербичев Г.Б., Дудов В.И. Новая технология уничтожения медицинских отходов / Экология и Промышленность России - ЭкиП, №3, 2005 г., с.10-13.
13. Липик В.Т., Прокопчук Н.Р. Технология сортировки бытовых полимерных отходов / Экология и Промышленность России - ЭкиП, №4,
Приложение 1
Тестовые задания по теме «Полимеры»:
Тестирование на тему: «Высокомолекулярные соединения»
1 вариант.
1. Процесс образования высокомолекулярного вещества путем соединения друг с другом исходных низкомолекулярных веществ:
