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 понятиеполимеры, 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 α – 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, 9класс). 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.