Конспекти уроків ІІ курс Хімія

Урок 2-3
Теорія як вища форма наукових знань.
Теорія хімічної будови органічних речовин О. М. Бутлерова

Мета уроку: розвивати в учнів розуміння етапів наукового пізнання, зокрема теорії, на прикладі теорії хімічної будови хімічних речовин О. М. Бутлерова, уміння встановлювати причинно-наслідкові зв’язки між складом, будовою і властивостями речовин; показати застосування теоретичних знань на практиці; активізувати знання учнів з органічної хімії; повторити назви й формули алканів.
Очікувані результати: учні повинні встановлювати зв’язок між будовою і властивостями органічних речовин; учні повинні пояснювати значення теорії О. М. Бутлерова в органічній хімії, причини різноманітності органічних речовин.
Обладнання:
Тип уроку: урок вивчення й первинного закріплення нових знань.

 1. Організаційний етап
1.1. Привітання.
1.2. Перевірка присутності учнів: кількість за списком _________,
кількість присутніх на уроці ___________, відсутніх ___________.
1.3. Перевірка готовності учнів до уроку.
1.4. Перевірка готовності класного приміщення до уроку.

 2. Етап підготовки учнів до активного й усвідомленого засвоєння нового матеріалу
2.1. Повідомлення теми уроку.
2.2. Формулювання разом з учнями мети і задач вивчення  нового матеріалу.
2.3. Показ практичного значення вивчення нового матеріалу. Запитання до учнів:
Яке значення мають наукові теорії у розробці практичного застосування речовин? У створенні нових матеріалів?

 3. Актуалізація опорних знань
Фронтальна бесіда
1. Як ви пам’ятаєте, всі вуглеводні містять у складі атоми Карбону й Гідрогену. Яким чином атоми лише двох елементів можуть утворювати велику кількість (кілька тисяч) різноманітних речовин?
2. Як ви вважаєте, які етапи необхідно було пройти О. М. Бутлерову при створенні своєї теорії?
 4. Етап засвоєння нових знань
План пояснення нового матеріалу.
1. Місце практики в науковому пізнанні світу. (Розповідь учителя.)
2. Значення теорії в накопиченні, обробці й використанні наукових даних. (Бесіда.)
Запитання для бесіди:
— Наведіть приклади понять, суджень, умовиводів.
— Які закони хімії та інших наук вам відомі?
— Які наукові теорії вам відомі?
— Наведіть приклади абстрактних об’єктів (у різних науках).
3. Створення теорії будови органічних речовин О. М. Бутлеровим. (Розповідь учителя.)
4. Основні положення теорії О. М. Бутлерова. (Розповідь учителя або самостійна робота з підручником, складання конспекту.)
Завдання учням
За розповіддю вчителя або самостійно за відповідним матеріалом підручника виписати в зошит основні положення теорії хімічної будови органічних речовин.
5. Повторення назв і формул алканів. (Заповнення таблиці.)





Назва Формула
молекулярна структурна (скорочена)
Mетан CH4 CH4
Етан C2H6 H3C—CH3
Пропан C3H8 H3C—CH2—CH3
Бутан C4H10 H3C—(CH2)2 —CH3
Пентан C5H12 H3C—(CH2)3—CH3
Гексан C6H14 H3C—(CH2)4 —CH3
Гептан C7H16 H3C—(CH2)5 —CH3
Октан C8H18 H3C—(CH2)6—CH3
Нонан C9H20 H3C—(CH2)7—CH3
Декан C10H22 H3C—(CH2)8—CH3

6. Значення теорії будови органічних речовин. (Бесіда.)
 5. Узагальнення й закріплення знань
5.1. Фронтальне опитування.
1. Що таке хімічний елемент? Які властивості він має?
2. Який елемент обов’язково міститься у складі органічних речовин?
3. Дайте характеристику Карбону за його положенням у Періодичній системі хімічних елементів.
4. Сформулюйте основні положення теорії О. М. Бутлерова.
5. Наведіть приклади, що підтверджують цю теорію.
5.2. Робота біля дошки.
Складіть структурні формули галогенопохідних насиченого вуглеводню, що має склад C4H9Cl.
 6. Домашнє завдання, інструктаж щодо його виконання
6.1. Завдання для всього класу.
6.2. Індивідуальне завдання.
Матеріали до уроку

Урок № 2-3
 4. Етап засвоєння нових знань
1. Місце практики в науковому пізнанні світу
Розповідь учителя
Поняття «практика» походить від грецького слова «праксис», що в перекладі означає діяння, активність, діяльність.
Практика — це діяльність, за допомогою якої людина змінює, перетворює світ. Людина як суспільна, матеріальна істота, що наділена свідомістю, змінює дійсність у трьох вимірах: 1) матеріально; 2) на певному конкретно-історичному етапі розвитку суспільства та в межах відповідних суспільних відносин; 3) свідомо. Поза цими вимірами неможливе людське перетворення світу, але кожний з них, узятий окремо, не відображає сутності практики як філософської категорії.
Під практикою, перш за все, розуміється сукупна діяльність людства, весь його досвід у процесі історичного розвитку. Як за своїм змістом, так і за способом реалізації, практична діяльність має суспільний характер і виступає як цілісна система дій, є способом суспільного буття людини та специфічною формою його самоутвердження у світі. Практика — це матеріальна, чуттєво-предметна, цілеспрямована діяльність людини, що містить освоєння та перетворення природних та соціальних об’єктів. Вона є основою багатозначних форм життєдіяльності людини. Якщо практику розглядати як певний процес перетворення природи відповідно до інтересів людини, яким регулюється і контролюється обмін речовин між людиною і природою, то тоді практика приймає форму праці. Якщо ж узяти її як суспільну, втілену в конкретно-історичних формах діяльність, що соціалізує природу, трансформує природне буття в суспільне, то практика набуває ознак виробництва. Якщо ж практика розглядається як діяльність, що штучно відтворює ті або інші боки об’єктивної дійсності, створює умови для повного наукового дослідження, вона розглядається як науковий експеримент.
Отже, категорія «практика» тісно пов’язана з такими категоріями, як «діяльність», «праця», «виробництво» в їх різноманітних формах. Найбільш багатостороннім і суттєвим визначенням практики є: практика — це чуттєво-предметна, матеріально перетворююча, свідомо цілеспрямована, суспільно-історична діяльність людей.
Основою практики є праця, матеріальне виробництво, у процесі якого людина змінює себе, а також відповідно до своїх цілей та інтересів природну та соціальну реальність. Проте зміст практики не вичерпується лише матеріальним, суспільним виробництвом. До неї відносять соціально-політичну діяльність людей, яка регулює взаємовідносини між державами, націями, народами і націлена на постійну зміну та оновлення суспільного життя.
Важливе значення має діяльність у науковому пізнанні — науковий експеримент. Можна виділити певні форми практики на основі взаємозв’язку теорії та практики. З цієї точки зору першою формою практики є зовнішня діяльність людини, що збігається з її соціальною поведінкою, з орієнтацією на здоровий глузд та певні соціально-визначені норми. Друга форма практики — власне предметно-перетворююча діяльність, що ґрунтується на емпірично-практичному досвіді. Тут практика збігається з практичним досвідом. Знання, що відповідають цій формі практики, відображають досвід як певну систему операцій з об’єктом. Практичне ставлення людини до світу набуває характеру системи умінь, навичок, вправності. Третьою формою практики є практика у поєднанні з науковим знанням. Вона ґрунтується на теоретичному осягненні предмета, виступає як цілісність дій, що визначені в теорії. Ця форма розвивається разом з виникненням великого машинного виробництва. Практична діяльність ґрунтується на науковій теорії, яка осягає узагальнені характеристики предмета і представляє їх як мету діяльності.
Загалом практика є діяльністю з перетворення світу відповідно до інтересів людини — це її головний зміст, у цьому її сенс як специфічно людського ставлення до світу. Оскільки практика в суттєвому, глибинному розумінні є не тільки простим повторенням того, що було і є, вона виступає як момент акумуляції, включення того, що буде, майбутнього. Проте зазначимо, що окрім дій, які є творчо-креативними за своїм характером, змінюють, перетворюють навколишній світ і створюють основний, визначальний рівень власне практики, вона містить ще один, хоч і підпорядкований, рівень діянь. Якщо перший рівень можна назвати перетворюючим, то другий рівень — використовуючим.
Використовуючий рівень практики містить певну сукупність звичок і дій-операцій, які здійснюються за відповідними правилами (нормами, рецептами, інструкціями), що сприяють безперервному відтворенню досягнутого людством рівня контролю над навколишнім світом. Це дії з використання засобів виробництва, транспорту, побутових приладів, виконання правил технології виробництва — тобто ті дії, що раніше відбувалися. Для реалізації діяльності на використовуючому рівні немає потреби мати знання, що розкривають безпосередньо саме діяння, його сутність, — для цього досить мати рецепт, формулу, власне алгоритм досягнення потрібного результату. Наприклад, щоб користуватись електричним освітленням, зовсім не обов’язково мати навіть елементарні знання з теорії електрики, для цього досить уміння користуватись вимикачем.

2. Значення теорії в накопиченні, обробці й використанні наукових даних
Бесіда
Теоретичний рівень пізнання характеризується домінуванням понять, теорій, законів, принципів, наукових узагальнень і висновків. Теоретичне пізнання відображає предмети, властивості, істотні зв’язки і закономірності, що осягнуті раціональною обробкою емпіричних даних. Відбувається така обробка на основі форм мислення: поняття, судження, умовиводу, закону, категорії та ін.
 Запитання до учнів
— Наведіть приклади понять, суджень, умовиводів.
— Які закони хімії та інших наук вам відомі?

Головна мета теоретичного пізнання — осягання об’єктивної істини, вільної від суб’єктивності, пояснення та інтерпретація емпіричних фактів. Теорія користується різними методами: аксіоматичним, гіпотетико-дедуктивним, системно-структурним, еволюційним, редукціоністським, структурно-функціональним аналізом, методом пізнання від абстрактного до конкретного.
 Запитання до учнів
— Які наукові теорії вам відомі?
Теоретичні уявлення виникають на основі узагальнення емпіричних даних. Одночасно вони впливають на збагачення і зміну цих емпіричних знань.
Теоретичний рівень наукового знання припускає встановлення законів, що дають можливість сприйняття і пояснення емпіричних ситуацій, тобто пізнання сутності явищ. Теоретичні закони мають суворіший, формальніший характер, у порівнянні з емпіричними.
Терміни опису теоретичного знання належать до об’єктів, що умовно ідеалізуються, тобто є абстрактним. Подібні об’єкти неможливо піддати безпосередній експериментальній перевірці.
 Запитання до учнів
— Наведіть приклади абстрактних об’єктів (у різних науках).
Для експертних оцінок процесу появи нових знань використовують обсяг знань, накопичений у бібліотеках. Експериментальним шляхом вивчають здатність людини одержувати інформацію в процесі самонавчання у нормованих за інформацією середовищах. Поки не має можливості у повному обсязі виміряти темпи виробництва знання, оскільки немає адекватних універсальних моделей.

3. Створення теорії будови органічних речовин О. М. Бутлеровим
Ідея хімічної будови була викладена О. М. Бутлеровим у доповіді «Про хімічну будову речовин» на з’їзді натуралістів у Шпейері.
У цій доповіді він дав своє чітке визначення хімічної будови: «Я називаю хімічною будовою розподіл дії цієї сили (спорідненості), внаслідок якого хімічні атоми, посередньо або безпосередньо впливаючи один на одного, з’єднуються в хімічну частку». Говорячи про хімічну будову, О. М. Бутлеров вважав за необхідне чітко роз’яснити, що він має на увазі «хімічну взаємодію атомів», залишаючи поки відкритим питання, чи прилягають один до одного атоми, що хімічно безпосередньо діють один на одного. Подальший розвиток науки довів, що відповідність між хімічною будовою й просторовим розташуванням існує, але в часи О. М. Бутлерова наука ще не давала матеріалу для відповіді на це питання.
Користуючись поняттям хімічної будови, О. М. Бутлеров дав у своїй доповіді відоме класичне формулювання: «Хімічна натура складної частки визначається натурою елементарних складових частин, їхньою кількістю і хімічною будовою». Далі в доповіді йшлося про шляхи вивчення хімічної будови. Про хімічну будову можна дізнатися насамперед на підставі різних способів синтезу речовини, особливо, якщо вони «відбуваються при температурі мало підвищеної, і взагалі за умови, коли можна стежити за ходом поступового ускладнення хімічної частки». Реакції розкладання, що переважно відбуваються у м’яких умовах, — також дають можливість зробити висновок про хімічну будову, тобто вважати, що «залишки (радикали) перебували готовими в частці, що розклалася». Разом із цим О. М. Бутлеров передбачав, що не всі реакції придатні для визначення будови: існують серед них і такі, під час яких «змінюється хімічна роль деяких паїв, а виходить, і будова». Інакше кажучи це реакції, що супроводжуються ізомеризацією скелета або перенесенням реакційного центра.
Побудована за хімічною будовою раціональна формула, підкреслював О. М. Бутлеров, буде однозначною:
«Для кожного тіла можливою буде лише одна раціональна формула, і коли постануть відомими загальні закони залежності хімічних властивостей тіл від хімічної будови, то подібна формула буде вираженням усіх цих властивостей. Типові формули в їхньому нинішньому значенні повинні б тоді вийти з використання... Справа в тому, що ці формули є тісними для сучасного стану науки!»

4. Основні положення теорії О. М. Бутлерова
Складання конспекту
 Завдання учням
За розповіддю вчителя або самостійно за відповідним матеріалом підручника учні виписують у зошит основні положення теорії хімічної будови органічних речовин.
Основні положення теорії хімічної будови органічних речовин:
1. Атоми в молекулах з’єднані між собою в певному порядку хімічними зв’язками відповідно до їхньої валентності; Карбону всіх органічних сполуках є чотирьохвалентним.
2. Властивості речовини визначаються не тільки її якісним складом, але і її будовою.
3. Атоми й групи атомів, що утворили молекулу, взаємно впливають один на одного, від цього залежить реакційна здатність молекули.
Зараз можна доповнити формулювання ще одним пунктом:
4. Будова молекули може бути визначена на основі вивчення її хімічних властивостей.
Важливим наслідком теорії будови є висновок про те, що кожна органічна сполука повинна мати одну хімічну формулу, що відображає її будову. Цей висновок теоретично обґрунтовує явище ізомерії — існування речовин з однаковим молекулярним складом, але з різною будовою й різними властивостями.
Існування ізомерів потребує використання не тільки молекулярних брутто-формул, але й структурних формул, що відображають порядок зв’язків атомів у молекулі кожного ізомеру.

5. Повторення назв і формул алканів
Заповнення таблиці
Назва Формула
молекулярна структурна (скорочена)
Метан


Етан


Пропан


Бутан


Пентан


Гексан


Гептан


Октан


Нонан


Декан



6. Значення теорії будови органічних речовин
Теорія хімічної будови органічних речовин О. М. Бутлерова:
• дозволила пояснити багато фактів, що накопичилися в органічній хімії на початку другої половини XIX ст.;
• довела, що за допомогою хімічних методів (синтезу, розкладу та інших реакцій) можна встановити порядок з’єднання атомів у молекулах (цим самим була доведена можливість пізнання будови речовини);
• внесла доповнення в атомно-молекулярне вчення (порядок розташування атомів у молекулах, взаємний вплив атомів, залежність властивостей від будови молекул речовини). Раніше теорія розглядала молекули речовини як упорядковану систему, наділену динамікою взаємодіючих атомів, тому атомно-молекулярне вчення набуло подальшого розвитку, що мало велике значення для хімічної науки;
• дала можливість передбачити властивості органічних сполук на підставі будови, синтезувати нові речовини, дотримуючись певного плану;
• дозволила пояснити різноманіття органічних сполук;
• дала потужний поштовх синтезу органічних сполук, розвитку промисловості органічного синтезу (синтез спиртів, ефірів, барвників, лікарських речовин тощо).
Розробивши теорію і підтвердивши її правильність синтезом нових сполук, О. М. Бутлеров не вважав свою теорію абсолютною і незмінною. Він стверджував, що вона повинна розвиватися і що цей розвиток піде шляхом вирішення протиріч між теоретичними знаннями і новими фактами.
Як і передбачав О. М. Бутлеров, теорія хімічної будови, не залишилася незмінною. Подальший її розвиток ішов головним чином у двох взаємопов’язаних напрямках.
Перший з них був передбачений самим Бутлеровим. Він вважав, що наука в майбутньому зможе встановлювати не тільки порядок з’єднання атомів у молекулі, але і їх просторове розташування. Учення про просторову будову молекул — стереохімія (від грец. стереос — просторовий), увійшло в науку в 80-х роках минулого сторіччя.
Другий напрямок пов’язаний із застосуванням в органічній хімії вчення про електронну будову атомів, що розвивалося у фізиці XX століття. Це вчення дозволило зрозуміти природу.
Урок 4
Явище ізомерії. Структурна ізомерія, номенклатура насичених вуглеводнів
Мета уроку: сформувати в учнів поняття про явище ізомерії; продовжити розвивати вміння складати структурні формули ізомерів насичених вуглеводнів; ознайомити учнів із міжнародною номенклатурою органічних речовин; сформувати вміння складати структурні формули за назвами речовин і давати назви речовинам відповідно до їхніх структурних формул.
Очікувані результати: учні повинні знати як явище ізомерії вплив на властивості речовин та її роль у багатоманітності органічних сполук; учні повинні вміти розпізнавати ізомери, складати структурні формули ізомерів алканів за назвами і називати їх відповідно до міжнародної номенклатури.
Обладнання: моделі молекул алканів, набір для виготовлення кулестрижневих моделей молекул.

Тип уроку: комбінований.
1. Організаційний етап
1.1. Привітання.
1.2. Перевірка присутності учнів: кількість за списком _________,
кількість присутніх на уроці ___________, відсутніх ___________.
2. Етап перевірки домашнього завдання
2.1. Фронтальне опитування.
1. Визначте місце теорії у створенні природно-наукової картини світу.
2. Назвіть основні положення теорії О. М. Бутлерова.
3. Яке значення мала ця теорія для розвитку органічної хімії?
4. Відомо, що у складі молекули речовини містяться 6 атомів Карбону й 14 атомів Гідрогену. Чи достатньо цієї інформації для визначення властивостей речовини? Яку додаткову інформацію ви хотіли б одержати?
2.2. Хімічний диктант.
Запишіть відповідні формули (назви) речовин: метан, бутан, C5H12, етан, C3H8, декан, нонан, C8H18, гексан, C7H16.
 3. Етап підготовки учнів до активного й усвідомленого засвоєння нового матеріалу
3.1. Повідомлення теми нового матеріалу.
3.2. Показ практичного значення вивчення нового матеріалу.
Звернути увагу учнів на те, що без поняття «ізомери» є неможливим вивчення органічної хімії.
Акцентувати увагу учнів на те, що дуже важливим є навчитися складати формули і давати назви ізомерам органічних сполук за міжнародною номенклатурою.
Слово вчителя
Як ви дізналися з попереднього уроку, важливо знати не тільки, які атоми містяться у складі речовини, але й в якому порядку вони з’єднані. Речовини, різні за будовою, але однакові за складом, називаються ізомерами. Явище ізомерії зумовлює різноманітність органічних речовин. На сьогоднішньому уроці ми розглянемо ізомерію алканів.
 4. Актуалізація опорних знань
Бесіда
1. Пригадайте, які вуглеводні називаються алканами (насиченими вуглеводнями). Чому?
2. Яку валентність має Карбон у всіх органічних сполуках?
3. Напишіть молекулярну й структурну формули першого та другого представників алканів (один учень пише на дошці, інші — у конспектах).
5. Етап засвоєння нових знань
План пояснення нового матеріалу
1. Поняття «ізомерія»: визначення, приклади ізомерів. (Розповідь учителя.)
2. Складання структурних формул ізомерів на прикладі бутану, пентану. (Робота учнів біля дошки.)
Демонстрація. Моделі молекул парафінів.
3. Поняття «радикали»: визначення, назви радикалів. (Розповідь учителя, приклади на дошці.)
4. Правила складання назв ізомерів. (Розповідь учителя, приклади на дошці.)
5. Складання формул речовин за назвами. (Робота біля дошки.)
Завдання
Складіть структурні формули речовин: 2-метилпропан, 2-метилпентан, 3-метилпентан, 3,3-диметилпентан.
6. Узагальнення й закріплення знань
6.1. Лабораторний дослід № 1. Виготовлення моделей парафінів.
6.2. Робота біля дошки.
1. Напишіть структурні формули ізомерів гексану й назвіть їх.
2. Напишіть структурні формули 2-метилбутану й 3,3-диетилпентану.
3. Напишіть структурні формули алканів, що не мають ізомерів.
4. Чи має хімічний сенс назва 1-метилпентан? Відповідь обґрунтуйте.
5. Напишіть структурні формули 2,4,4-триметилгексану й 2,2-диметилпропану.
6. При промисловому хлоруванні пропану одержують суміш ізомерних дихлоропропанів. Напишіть структурні формули цих ізомерів.
6.3. Робота за картками. (Індивідуальне письмове завдання.)
7. Домашнє завдання, інструктаж щодо його виконання
7.1. Завдання для всього класу.
Підручник
Робочий зошит
Збірник завдань
7.2. Індивідуальне завдання.
























Матеріали до уроку                                                                                     Урок № 4
 5. Етап засвоєння нових знань
1. Поняття «ізомерія»: визначення, приклади ізомерів
Розповідь учителя
Сполуки, що мають однакові молекулярні формули, але різну будову і різні властивості, називають ізомерами. Явище існування таких сполук називається ізомерією.
Хімічну будову речовини можна зобразити за допомогою структурних формул, які показують послідовність зв’язків між атомами в молекулі.
Наприклад:
 
       Бутан      2-метилпропан (ізобутан)

Ці дві різні структурні формули мають однаковий молекулярний склад C4H10.
Як порахувати кількість ізомерів для певної органічної сполуки?
Кількість можливих ізомерів у насичених вуглеводнів (алканів) вражає навіть спокушену уяву:
Формула Назва Число ізомерів
  Метан 1
  Етан 1
  Пропан 1
  Бутан 2
  Пентан 3
  Гексан 5
  Гептан 9
  Октан 18
  Нонан 35
  Декан 75
  Ундекан 159
  Додекан 355
  Тридекан 802
  Тетрадекан 1858
  Пентадекан 4347
  Ейкозан 336 319
  Пентакозан 36 797 588
  Триаконтан 4 111 846 763
  Тетраконтан 62 481 801 147 341
  Гектан близько 

Починаючи з C167H336, число ізомерів уже перевищує число елементарних часток у видимій частині Всесвіту, що оцінюється як 1080. Так, у C200H402 може бути до 9,430.1083 ізомерів. А якщо враховувати ще й дзеркально-симетричні молекули — стереоізомери, ці числа значно зростуть: з 9 до 11 для гептану, з 75 до 136 для декану, з 336 319 до 3 396 844 для ейкозану, з 5,921.1039 до 1,373.1046 для гектану й т. д. Вуглеводень із самим довгим ланцюгом — нонаконтатриктан C390H782 синтезували в 1985 р. англійські хіміки Бідд і  Уайтинг.
Не одне покоління школярів і студентів пильно розглядало подібні таблиці в підручниках з органічної хімії, проте помітити певну закономірність у цифрах не вдавалося.
Першим цю проблему вирішив англійський математик Артур Келлі, один із засновників топології. Виявилося, що формули, за якої можна відразу визначити число ізомерів для вуглеводню складу CnH2n+2, взагалі не існує. Є тільки так звані рекурентні (від латин. Recurrens — повернення) формули, які дозволяють розрахувати число ізомерів n-го члена ряду, якщо відоме число ізомерів (n-1)-го члена. Розрахунки для великих значень n, виконані порівняно недавно за допомогою потужних комп’ютерів і проведені до вуглеводню C400H802, для якого отримане значення числа ізомерів, з урахуванням стереоізомерів, майже непідвласне уяві: 4,776.10199!
Для хіміків практичний інтерес представляє тільки число структурних ізомерів у перших членів ряду. Справа в тому, що навіть для порівняно простого алкану, що містить усього півтора десятка атомів Карбону, переважна більшість ізомерів не одержана на практиці, і навряд чи це коли-небудь відбудеться. Так, останні з 75 ізомерів декану синтезовані лише до 1968 р. і зроблено це було тільки для того, щоб мати більш повний набір стандартних сполук, за якими можна розпізнати різні вуглеводні, наприклад ті, що містяться в нафті. (До речі, у нафті були виявлені всі 18 ізомерів октану.)
Крім того, починаючи з гептадекану C17H36, спочатку лише деякі ізомери, а потім — багато хто з наведених у таблиці, а згодом — практично всі є яскравим прикладом «паперової хімії», тобто не можуть існувати в дійсності.
Справа в тому, що в міру зростання числа атомів Карбону в молекулах ізомерів «сферичної» форми ускладнюється їхнє розміщення в просторі при заміні атомів Гідрогену на метильні групи CH3. Адже математики розглядають атоми Карбону й Гідрогену як умовні крапки, а насправді вони мають кінцевий радіус. Уже на поверхні дуже розгалуженого ізомеру C17H36 для розміщення всіх 36 атомів Гідрогену в 12 метильних групах не вистачає місця. Це легко перевірити, якщо намалювати структуру ізомерів на площині, дотримуючи сталості довжин зв’язків C—C і C—H і всіх кутів між ними.

3. Поняття «радикали», назви радикалів
1. Розповідь учителя
Радикали — це частинки (атоми або молекули) з неспареним електроном на зовнішній атомній або молекулярній орбіталі. Можуть бути нейтральними або нести позитивний чи негативний заряд.
Найпростішими вуглеводневими радикалами є одновалентні радикали, що утворюються внаслідок віднімання одного атома Гідрогену від молекули насиченого вуглеводню. Радикали зазвичай позначають буквою R, їхні назви походять від назв відповідних насичених вуглеводнів при заміні закінчення -ан на -іл або -ил (див. таблицю). Виняток становить лише радикал C5H11, який має особливу назву — аміл.
Назви одновалентних радикалів насичених вуглеводнів
Назва вуглеводню Формула Назва радикала Формула
Метан Метил CH3
Етан Етил
C2H5
Пропан Пропіл C3H7
Бутан Бутил C4H9
Пентан Аміл (пентил) C5H11
Гексан Гексил C6H13
Гептан Гептил C7H15
Октан Октил C8H17
Нонан Ноніл C9H19
Декан Децил C10H21

Радикали утворюються під час хімічних реакцій. Хімічно вони надзвичайно активні, тому можуть існувати лише тисячні частки секунди. Сполучаючись між собою або іншими атомами чи молекулами, радикали відразу ж утворюють молекули інших речовин.

4. Правила складання назв ізомерів
Правила складання назв алканів:
1. У молекулі визначають найдовший (головний) карбоновий ланцюг і нумерують у ньому атоми Карбону. Нумерацію починають із того кінця ланцюга, до якого ближче розташований замісник.
2. Визначають назву кожного замісника.
3. Назви замісників розміщують на початку назви сполуки (за алфавітом). Перед назвою кожного замісника через дефіс указують номер атома Карбону, з яким сполучений замісник. Останньою записують назву алкану нерозгалуженої будови, молекула якого містить стільки атомів Карбону, скільки їх у головному ланцюзі.
4. За наявності кількох однакових замісників їхню кількість указують, додаючи до назви замісника числовий префікс (ди-, три-, тетра- тощо), а поперед нього вказують номери відповідних атомів Карбону, розділені комами.


 6. Узагальнення і закріплення знань
6.1. Лабораторний дослід № 1
Тема. Виготовлення моделей молекул парафінів.
Мета: навчитися виготовляти моделі ізомерів алканів, закріпити набуті знання про просторову будову насичених вуглеводнів.
Обладнання: пластилін і палички (сірники) або набір «Моделі молекул».
4. Хід роботи
2. Зберіть кулестрижневу модель молекули
а) метану;
б) етану;
в) бутану;
г) 2-метилпропану.
2. Напишіть молекулярні та структурні (розгорнуті й напіврозгорнуті) формули всіх речовин із п. 1.
3. Укажіть подібність і чим відрізняються просторові будови молекул речовин.
4. Зробіть висновок.

6.3. Робота з картками (індивідуальне письмове завдання)
Картка 1
Складіть структурну формулу 2,2,5,5-тетраметилгексану. Складіть структурну формулу одного з ізомерів цієї сполуки і запишіть його назву.
Картка 2
Складіть структурну формулу 2,3,3,4-тетраметилпентану. Складіть структурну формулу одного з ізомерів цієї сполуки і запишіть його назву.
Картка 3
Складіть структурну формулу 4,4-диетилгептану. Складіть структурну формулу одного з ізомерів цієї сполуки і запишіть його назву.
Відповіді:
Картка 1
Картка 2

Картка 3








Роздавальний матеріал

до уроку № 4
Робота за картками
Картка 1
Складіть структурну формулу 2,2,5,5-тетраметилгексану. Складіть структурну формулу одного з ізомерів цієї сполуки і запишіть його назву.

Картка 2
Складіть структурну формулу 2,3,3,4-тетраметилпентану. Складіть структурну формулу одного з ізомерів цієї сполуки і запишіть його назву.

Картка 3
Складіть структурну формулу 4,4-диетилгептану. Складіть структурну формулу одного з ізомерів цієї сполуки і запишіть його назву.


















Урок 5
Багатоманітність органічних сполук, їхня класифікація
Мета уроку: показати багатоманітність органічних сполук, що ґрунтується на різноманітній будові речовин; закріпити поняття «функціональна група»; дати коротку класифікацію органічних сполук; розвивати логічне мислення в учнів; формування в учнів наукового світогляду.
Очікувані результати: учні повинні поглибити й узагальнити знання про органічні сполуки, учні повинні знати принципи класифікації органічних речовин.
Обладнання: таблиця «Класифікація органічних сполук», набір для виготовлення кулестрижневих моделей.

Тип уроку: комбінований.
 1. Організаційний етап
1.1. Привітання.
1.2. Перевірка присутності учнів: кількість за списком _________,
кількість присутніх на уроці ___________, відсутніх ___________.
1.3. Перевірка готовності учнів до уроку.
1.4. Перевірка готовності класного приміщення до уроку.
 2. Етап перевірки домашнього завдання
2.1. Перевірка письмового домашнього завдання біля дошки.
2.2. Перевірка усних запитань із підручника (фронтальне опитування).
2.3. Самостійна робота (складання формул за назвами і написання назв органічних речовин за формулами).
 3. Етап підготовки учнів до активного й усвідомленого засвоєння нового матеріалу
3.1. Повідомлення теми нового матеріалу.
3.2. Показ практичного значення вивчення нового матеріалу.
Акцентувати увагу учнів на величезному числі органічних речовин і необхідності їх упорядкування, класифікування.
3.3. Мотивація навчальної діяльності.
Слово вчителя
Всі органічні сполуки класифікують, виділяючи гомологічні ряди чи класи органічних сполук. Речовини, що становлять певний гомологічний ряд, мають подібну будову й властивості. Які параметри ви запропонували б ураховувати при об’єднанні органічних сполук у гомологічні ряди? (Можливі відповіді: будова, властивості — фізичні й хімічні.)
 4. Актуалізація опорних знань
На дошці записано кілька структурних формул органічних речовин (наприклад, алкани, алкени, алкіни). Учням пропонується об’єднати їх у групи. Учитель пояснює учням, що таким чином вони класифікували органічні сполуки.
 5. Етап засвоєння нових знань
План пояснення нового матеріалу (складання схем)
1. Розподіл органічних сполук на класи.
2. Поняття «гомологи» та «гомологічні ряди».
Звернути увагу учнів на поняття «гомологи», «ізомери», їхню подібність і відмінності.
3. Циклічні органічні сполуки.
4. Оксигеновмісні органічні сполуки. Поняття «функціональна група».
5. Нітрогеновмісні органічні сполуки.
 6. Узагальнення й закріплення знань
«Розподіли на групи»
Учні мають класифікувати за певними групами формули органічних сполук:
а) СH3—CH2—CH=С=CH2;
б) СH3—CH=СН=CH3;
в) СH2=CH2—CH(СН3)—СН2—CH3;
г) H2С=C=CH2;
д) СH3—CH2—CH2—CH2—CООH;
е) NH—(CH3)2;
є) СH3—C(CH3)(CH3)—C—C—CH3;
ж) СH3—CH(CH3)—CH2—CH2—CH3;
з) HC—C—CH3.
Відповідь: алкани — ж; алкени — б, в; алкіни — є, з; алкадієни — а, г; карбонові кислоти — д; аміни — е.
 7. Домашнє завдання, інструктаж щодо його виконання
7.1. Завдання для всього класу.
Підручник _ _________________________________________________
Робочий зошит ______________________________________________
Збірник завдань _ ____________________________________________
7.2. Індивідуальне завдання.
1. Складіть структурну формулу вуглеводню, в якому з атомом Карбону з’єднані чотири групи СН3. Складіть структурні формули його ізомерів. Назвіть усі сполуки.
2. Складіть структурні формули ізомерів гексану, у яких ланцюжок з атомів Карбону:
а) найдовший; б) найкоротший.
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________


















Матеріали до уроку

Урок № 5
 2. Етап перевірки домашнього завдання
 2.3. Самостійна робота
1. Напишіть назви вуглеводнів:
а)  ;
б)  ;
в)  ;
г)  .
2. Напишіть структурні формули вуглеводнів:
а) 2,2-диметилгексан;
б) 2,4-диметилгексан;
в) 3,3,4-триетилгептан;
г) 2,3,4,5-тетраметилгексан.

Відповіді:
Завдання 1:
а) 2,2-диметилпентан;
б) 3-метилпентан;
в) 2,3-диметилбутан;
г) 2-метилпропан.

Завдання 2:
а)


б)


в)

г)


Додаткове індивідуальне завдання до самостійної роботи
1. Із поданих сполук випишіть ізомери і складіть їхні структурні формули:
а) 2,3,3-триметилпентан; б) 3-етил-2,5-диметилгексан; в) 3-етил-2,4-диметилпентан; г) 2,3,4-триметилгексан.
2. Із поданих сполук випишіть ізомери і складіть їхні структурні формули:
а) 2,7-диметилнонан; б) 4-етил-2-метилоктан; в) 5-етил-4-метилдекан; г) 2-метил-5-пропілдекан.

Відповіді:
Завдання 1: Ізомерами є в) та г).
в) 3-етил-2,4-диметилпентан: 

г) 2,3,4-триметилгексан: 

Завдання 2: Ізомерами є а) та б).

а) 2,7-диметилнонан: 

б) 4-етил-2-метилоктан: 
 5. Етап засвоєння нових знань
 1. Розподіл органічних сполук на класи
За ходом лекції учні складають схему в зошитах, а вчитель — на дошці.


 2. Поняття «гомологи» та «гомологічні ряди»
Сполуки, що мають подібну молекулярну будову і подібні хімічні властивості, але відрізняються між собою за складом на одну (або декілька груп CH2), називаються гомологами.
Ряд таких сполук, в якому порядковий номер вуглеводню дорівнює числу атомів. Карбону, називається гомологічним рядом.
Групу CH2
 називають гомологічною різницею.
Явище гомології є дуже поширеним серед органічних сполук.
Зверніть увагу учнів, що ця класифікація не повна, оскільки у складу органічних речовин можуть міститися й інші хімічні елементи: Сульфур, Фосфор і навіть металічні елементи.

 3. Циклічні та ациклічні органічні сполуки


Особливістю будови молекул кожної групи є наявність різних зв’язків. В ациклічних вуглеводнях існує три види зв’язків: одинарний, подвійний та потрійний.

 4. Оксигеновмісні органічні сполуки. Поняття «функціональна група»
Органічні сполуки класифікують не тільки за будовою карбонового ланцюга і типом зв’язків між атомами Карбону, а також за наявністю в їхніх молекулах певних груп. Функціональні (характеристичні) групи — це атом, або група атомів, що зумовлюють характерні властивості органічних сполук та їх належність до певного класу сполук.




 5. Нітрогеновмісні сполуки
За наявністю функціональних груп —NH2 і —NO2 нітрогеновмісні органічні речовини поділяють на аміни й нітросполуки.





 6. Узагальнення і закріплення знань
 Завдання «Розподіли на групи»
а)  ;
б) ;
в) ;
г) ;
д) ;
е) ;
є) ;
ж) ;
з) ;
Відповідь:
алкани — ж;
алкени — б, в;
алкіни — є, з;
алкадієни — а, г;
карбонові кислоти — д;
аміни — е.

Роздавальний матеріал
до уроку № 5
Самостійна робота
Завдання 1. Напишіть назви вуглеводнів:
а)  ____________________________________
б)  ________________________________________
в)  ________________________________________
г)  __________________________________________________

Завдання 2. Напишіть структурні формули вуглеводнів:
а) 2,2-диметилгексан
б) 2,4-диметилгексан
в) 3,3,4-триетилгептан
г) 2,3,4,5-тетраметилгексан


Додаткове індивідуальне завдання до самостійної роботи
5. Завдання 1. Із поданих сполук випишіть ізомери і складіть їхні структурні формули:
а) 2,3,3-триметилпентан;
б) 3-етил-2,5-диметилгексан;
в) 3-етил-2,4-диметилпентан;
г) 2,3,4-триметилгексан.


Завдання 2. Із поданих сполук випишіть ізомери і складіть їхні структурні формули:
а) 2,7-диметилнонан;
б) 4-етил-2-метилоктан;
в) 5-етил-4-метилдекан;
г) 2-метил-5-пропілдекан.

Завдання «Розподіли на групи»
а)  ;
б) ;
в) ;
г) ;
д) ;
е) ;
є) ;
ж) ;
з) ;







Урок 6
Органічні речовини в живій природі. Рівні структурної організації органічних речовин
Мета уроку: розглянути органічні сполуки як складові компоненти живих організмів та складність їхньої взаємодії й організації, використовуючи знання, набуті учнями на уроках біології; підкреслити єдність живої й неживої природи і формувати в учнів єдину картину світу.
Очікувані результати: учні повинні закріпити міжпредметні зв’язки між хімією й біологією, поглибити знання про хімічну сутність біологічних процесів, що протікають у живих організмах; учні повинні усвідомлювати складність структурної організації органічних речовин.
Обладнання: схеми будови білків, вуглеводів, нуклеїнових кислот; схема будови клітини.

Тип уроку: комбінований.
1. Організаційний етап
1.1. Привітання.
1.2. Перевірка присутності учнів: кількість за списком _________,
кількість присутніх на уроці ___________, відсутніх ___________.
1.3. Перевірка готовності учнів до уроку.
1.4. Перевірка готовності класного приміщення до уроку.
2. Етап перевірки домашнього завдання
2.1. Перевірка письмового домашнього завдання біля дошки.
2.2. Фронтальне опитування за запитаннями з підручника.
2.3. Завдання «Склади формулу».
Учні мають за визначений час скласти максимальну кількість формул органічних сполук із поданих частин формул, радикалів, функціональних груп та визначити, до якого класу речовин
вони належать.
а) СH3—;
б) ОH—;
в) СH3—CH2—;
г) NH2—;
д) —COOH;
е) СH3—CH(CH3)— СH —
3. Етап підготовки учнів до активного й усвідомленого засвоєння нового матеріалу
3.1. Повідомлення теми нового матеріалу.
3.2. Формулювання разом з учнями мети і задач вивчення нового матеріалу.
Слово вчителя
Як вам уже відомо, у складі живих організмів містяться органічні речовини. Різноманітність живої природи вимагає й наявності відповідного числа органічних речовин. Які класи органічних сполук найбільше представлені в живих організмах? Як впливає зміна структури органічних речовин на живий організм? На сьогоднішньому уроці ми намагатимемося дати відповіді на ці запитання.
4. Актуалізація опорних знань
Запитання до учнів
У живих організмах містяться оксигено- та нітрогеновмісні органічні сполуки. До яких класів органічних сполук вони належать?
5. Етап засвоєння нових знань
На замітку
Всі органічні сполуки, що будуть розглянуті на цьому уроці, були вивчені на уроках біології. Тому варто приділити увагу хімічним особливостям цих речовин і їхній ролі в життєдіяльності клітини й організму. Якщо діти добре підготовлені, можна провести цей урок у формі бесіди. Один із варіантів — організувати спільний урок з учителем біології.
План пояснення нового матеріалу (лекція вчителя з елементами бесіди)
1. Основні органічні речовини, що містяться у складі живих організмів: білки, жири, вуглеводи, нуклеїнові кислоти (оглядово).
2. Функції цих органічних речовин у живих організмах (оглядово).
3. Структурна організація білків (первинна, вторинна, третинна й четвертинна структури).
4. Гідроліз і денатурація білків.
5. Структурна організація вуглеводів (моно-, оліго- і полісахариди).
6. Жири й жироподібні речовини, їхні хімічні особливості.
7. Нуклеїнові кислоти: склад і будова ДНК і РНК. АТФ (оглядово, акцент на хімічній будові).
8. Перехід від молекулярного рівня організації до рівня органел, клітини й організму в цілому.
6. Узагальнення й закріплення знань
Робота з підручником
Учні, використовуючи конспект і підручник, складають запитання до вивченого матеріалу, потім ставлять їх один одному.
Можна розбити клас на групи й улаштувати змагання. Оцінювати можна як відповіді, так і цікаві запитання. Деякі запитання можна запропонувати як домашнє завдання.
7. Домашнє завдання, інструктаж щодо його виконання
7.1. Завдання для всього класу.
Підручник _____________________________________________
Робочий зошит _________________________________________
Збірник завдань ________________________________________
7.2. Індивідуальне завдання.
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________













Матеріали до уроку                                                                                     Урок № 6

2. Етап перевірки домашнього завдання
2.3. Завдання «склади формулу»
За поданими частинами складіть максимальну кількість формул органічних сполук (за визначений час).
а) CH3—
б) OH—
в) CH3—CH2—
г) NH2—
д) —COOH
е) CH3—CH(CH3) —CH—


5. Етап засвоєння нових знань
1. Основні органічні речовини, що містяться у складі живих організмів
Білки
За елементним складом білки відрізняються від жирів і вуглеводів тим, що, крім Карбону, Гідрогену й Оксигену, їх молекули містять Нітроген. Крім того, усі рослинні та більшість тваринних білків містять у своєму складі Сульфур (0,3–2,5 %). Деякі фізіологічно важливі білки містять Фосфор (0,5–0,6 %).
Білки — високомолекулярні сполуки. Визначена різними методами молекулярна маса може коливатися від кількох тисяч до 10 і більше мільйонів (наприклад, у вірусів сказу, віспи).
За формулою молекул розрізняють білки фібрилярні (нитчасті) і глобулярні (кулясті). До першої групи належать білки волосся, вовни, мускульної тканини, до другої — більшість білків рослинних і тваринних організмів.
Деякі білки розчиняються у воді, інші в слабких розчинах нейтральних солей або
в 70 %-му спирті, деякі — у розбавлених розчинах кислот або лугів. Є й такі білки, що в названих рідинах не розчиняються.

Жири
Жири — органічні речовини, що є сполукою естерів (складних ефірів) трьохатомного спирту (гліцеролу) і жирних кислот.
У рослинному й тваринному світі налічується близько 1300 видів жирів, але їхній елементний склад відносно мало коливається й дорівнює в середньому, (%):
Карбон: 76–79; Гідроген: 11–13 і Оксиген: 10–12.
Жири тваринного походження мають при кімнатній температурі, зазвичай, тверду консистенцію. Риб’ячий жир та більшість рослинних жирів — рідку. З рослинних жирів твердими є кокосова олія та пальмова олія.
Шляхом гідролізу (омилення) жири легко розщеплюються на гліцерол і жирні кислоти, причому різні кислоти виявляють неоднакову стійкість до дії високих температур і мікроорганізмів.
Вуглеводи
Вуглеводи — складова частина клітин усіх живих організмів. Вуглеводи є найпоширенішими органічними сполуками. Це підтверджується тим, що більше половини органічного вуглецю на Землі існує у формі вуглеводів.
Здебільшого вуглеводи є сполуками рослинного походження — це продукти фотосинтезу і тому вони є базовою ланкою у трансформації сонячної енергії у хімічну для забезпечення життя на Землі.
Поряд із білками і жирами, вуглеводи — важлива складова частина харчування людини і тварин, багато з них використовується як технічна продукція.
Із хімічної точки зору вуглеводи є полігідроксикарбонільними сполуками та їхніми похідними із загальною формулою Cn(H2O)m.
Вуглеводи поділяють на моносахариди, дисахариди, олігосахариди і полісахариди.
Низькомолекулярні вуглеводи відомі також як цукри.
У вищих рослинах вуглеводів міститься більше, ніж інших речовин. Деревина, наприклад, містить понад 50 % найскладніших вуглеводів, до яких належить целюлоза, причому її «супроводжують» менш складні прості вуглеводи, пектинові речовини й геміцелюлози.
Харчова енергетична цінність вуглеводів становить приблизно 4 ккал/г. Особлива група органічних сполук — це біологічно-активні речовини. Вони впливають на процеси обміну речовин і перетворення енергії в живих організмах.
Вуглеводи у великій кількості містяться в рослинних і тваринних організмах. У природі переважно поширені пентози і гексози.
Нуклеїнові кислоти
Нуклеїнові кислоти — складні високомолекулярні біополімери, мономерами яких є нуклеотиди. Природні нуклеїнові кислоти виконують у всіх живих організмах роль передачі й експресії генетичної інформації. Залежно від виду пентози, що входить до складу нуклеотиду, їх поділяють на дезоксирибонуклеїнову (ДНК) та рибонуклеїнову (РНК).
Нуклеїнові кислоти є біополімерами, мономерами яких є нуклеотиди. Нуклеотиди є естерами (складними ефірами) нуклеозиду й ортофосфатної кислоти і з’єднуються через залишок ортофосфатної кислоти. Нуклеозид складається з моносахариду — пентози (рибози або дезоксирибози залежно від типу нуклеїнової кислоти) і нітратної основи (пуринового або піримідинового).
Уперше нуклеїнові кислоти були виділені з ядра. Звідси й походить назва цих сполук (від латин. нуклеус — ядро). Це найбільш високомолекулярні речовини у клітині.
Порівняльна характеристика ДНК і РНК
• ДНК — дезоксирибонуклеїнова кислота. Моносахарид — дезоксирибоза, нітрогеновмісні основи: пуринові — гуанін (Г), аденін (A), піримідинові — тимін (T) і цитозин (Ц). ДНК складається з двох полінуклеотидних ланцюжків.
• РНК — рибонуклеїнова кислота. Моносахарид — рибоза, нітрогеновмісні основи: пуринові — гуанін (Г), аденін (A), піримідинові — урацил (У) і цитозин (Ц). РНК складається з одного полінуклеотидного ланцюга.

1. 2. Функції органічних речовин у живих організмах
Функції білків
2. Будівельна — входять до складу всіх клітин.
3. Регуляторна — беруть участь у регуляції функцій організму.
4. Каталітична — прискорюють хімічні реакції.
5. Захисна — захищають клітини й організм від хвороботворних організмів і чужорідних тіл.
6. Транспортна — переносять гази та інші речовини.
Функції жирів
1. Енергетична (у разі повного окислення 1 г жирів до вуглекислого газу і води виділяється 38,9 кДж енергії).
2. Будівельна (структурна) — основна складова клітинних мембран.
3. Захисна — механічний захист від ударів, тепло- і гідроізоляція.
4. Запасаюча — підшкірний жир у ссавців, «жирове тіло» у комах.
5. Джерело ендогенної води.
Функції вуглеводів
1. Енергетична — при розщепленні 1 г вивільняється 17,2 кДж енергії.
2. Будівельна (структурна) — компонент клітинних мембран.
3. Опорна (пластична) — хітин є компонентом зовнішнього скелета членистоногих та клітинних стінок деяких грибів і водоростей, а також целюлоза є компонентом клітинних стінок у рослин.
4. Запасаюча — крохмаль у рослин, глікоген у тварин.
5. Захисна — в’язкі секрети (слизи), багаті на вуглеводи та їхні похідні — глікопротеїди, оберігають стінки органів (шлунок, кишечник, бронхи) від механічних і хімічних впливів.
6. Рецепторна — більшість клітинних рецепторів є глікопротеїнами. Зв’язуючись з інтегральними мембранними білками, вуглеводи у складі рецепторів беруть участь у розпізнаванні сигнальних молекул (гормонів, нейромедіаторів).

3. Структурна організація білків
Істотна причина різноманітності білків у порівнянні, наприклад, з полісахаридами полягає в тім, що у складі макромолекул білка може міститися близько 20 різних амінокислот, у той час як звичайні полісахариди (целюлоза, крохмаль) побудовані з одного мономера — глюкози.
Уяву про різноманітність білків дає підрахування числа різних декапептидів (тобто ізомерних поліпептидів із 10 залишками амінокислот), які можна побудувати з 20 відомих білкових амінокислот. Це число розміщень 20 елементів у групи по 10 елементів. Обчислення за формулою:
 ,
де в нашому випадку m=20, n=10, дає число близько 600 млрд. Але ж цей розрахунок стосується порівняно простого поліпептиду з молекулярною масою 3000!
Розрізняють чотири рівні структурної організації білків.
Первинна структура — це послідовність амінокислотних залишків у поліпептидному ланцюзі.
Вторинна структура — це первинна структура, яка упакована в спіраль завдяки утворенню водневих зв’язків між групами —CO та —NH.
Третинна структура — це упакування спіралі у просторову глобулу завдяки додатковим водневим і дисульфідним зв’язкам та гідрофільно-гідрофобним взаємодіям.
Четвертинна структура — це спільне упакування декількох поліпептидних ланцюгів.

 Цікавий факт
• Окремі представники білків (пептидів)
В організмі пептиди виконують роль регуляторів різних біохімічних процесів. Наприклад, пептидні антибіотики є лікарськими препаратами. Їх використовують для лікування захворювань, що викликані мікроорганізмами. Навпаки, пептидні токсини — найбільш отруйні речовини із всіх відомих. Наприклад, з колонії Clostridum botulinum був виділений пептид ботулін, смертельна доза якого становить 1.10-11 м2 на 1 кг маси тварини. Пептиди дифтерійної палички, блідої поганки, зміїної отрути також належать до дуже токсичних речовин. Токсичність цих пептидів пояснюється тим, що вони блокують («вимикають») біохімічні реакції, без протікання яких організм існувати не може.
Ученими виділені пептиди, що мають цінні смакові якості. Наприклад, із деяких африканських рослин добуті пептиди тауматин і монелин, які в 22 000 разів солодші за цукор. «Пептиди сну», уведені в організм викликають глибокий і міцний сон.
• Оптичні ізомери амінокислот
Лише у найпростішій амінокислоті — гліцині до α-атома Карбону, крім аміногрупи, приєднано два атоми Гідрогену. У всіх інших випадках усі чотири замісники в α-атома Карбону різні, тому цей атом є асиметричним. Отже, усі амінокислоти, крім гліцину, повинні бути представлені двома оптично активними формами ізомерів, що є дзеркальним відображенням один одного. Дійсно, усі амінокислоти, за винятком гліцину, мають оптичну активність і можуть існувати в двох конфігураціях — в D-формі або L-формі.
  D-амінокислота

  L-амінокислота

Надзвичайно вражаючим є той факт, що виявлено лише один із двох можливих енантиомерів кожної амінокислоти у тваринних і рослинних білках і що кожний такий енантиомер має однакову конфігурацію для всіх амінокислот. Тобто у всіх випадках атом Гідрогену, карбоксильна група й аміногрупа займають однакове просторове положення щодо групи R та α-атома Карбону. Усі природні білки побудовані з L-амінокислот!
Це досить загадковий факт, і поки ще не відомо, чому живі організми побудовані з L-, а не D-молекул амінокислот. Усі вивчені білки, одержані з тваринних і рослинних організмів (як із вищих, так і з найпростіших — бактерій і навіть вірусів), складаються, як виявлено, з L-амінокислот.
Праві й ліві форми молекул мають зовсім однакові властивості, коли це стосується їхньої взаємодії зі звичайними речовинами, але вони розрізняються у випадку, коли вони взаємодіють із біологічними молекулами (ферментами). На Землі могли б існувати організми, побудовані з D-амінокислот, так само як зараз живуть організми, побудовані з L-амінокислот. Якби одна людина раптово перетворилася у своє дзеркальне зображення, то вона не помітила б спочатку будь-яких змін навколо себе, за винятком того, що писала б не правою, а лівою рукою, зачісувала б волосся в інший бік, по биттю серця почувала б, що воно розміщується в правій частині грудної клітки й т. д. Людина могла б пити воду, дихати повітрям і використовувати кисень для процесів окиснення, видихати карбон(IV) оксид, тобто весь організм її функціонував би нормально доти, поки людині не потрібна була б їжа. Одразу виявилося б, що людина не може перетравлювати звичайну їжу рослинного або тваринного походження. Вона могла б підтримувати життя, тільки споживаючи їжу, що містить штучні
D-амінокислоти, синтезовані в хімічних лабораторіях. Ця людина не могла б мати дітей, доки не знайшла б дружину (чоловіка), що піддалася такому ж процесу перетворення у своє дзеркальне зображення. Тобто Земля могла б бути населеною двома зовсім незалежними видами живих організмів — рослинами, тваринами, людськими істотами, які не могли б користуватися їжею протилежного амінокислотного виду, не могли б народити гібридних нащадків.
Нікому ще не відомо, чому живі організми побудовані з L-амінокислот. Поки немає переконливих доказів того, що молекули, подібні до білків, не могли б бути побудовані з рівного числа правих і лівих молекул амінокислот. Можливо, білкові молекули, побудовані з молекул амінокислот лише одного виду найкраще підходять для побудови живих організмів, але якщо це так, то невідомо, чому це саме так.
Так само наука не знає чому живі організми вибрали L-, а не
D-орієнтацію. Висловлювалося припущення, що перший живий організм, випадково скористався декількома молекулами
з L-конфігурацією, що були тоді в однаковому співвідношенні
D-молекулами. Згодом усі наступні форми життя в процесі розвитку продовжували користуватися молекулами L-амінокислот, отриманими «в спадщину» від первісної форми життя. Може, буде знайдене краще пояснення, але яким воно буде ще не відомо.
• Рідкі (нестандартні) амінокислоти
У живих організмах міститься невелике число рідких амінокислот. Вони являють собою похідні деяких стандартних амінокислот. Гідроксипролін, наприклад, це похідна проліну, що міститься у складі колагену; крім гідроксипроліну в колагені міститься ще одна рідка амінокислота — гідроксилізин, похідне лізину.
У триплетному коді ДНК немає кодонів для цих рідких амінокислот. Рідкі амінокислоти утворюються шляхом модифікації відповідних вихідних амінокислот уже після того, як ті приєднаються до поліпептидного ланцюга.
• Амінокислоти, що не входять до складу білків
Таких кислот відомо понад 150. Вони перебувають у клітинах у вільному або зв’язаному виді, але ніколи не виявляються в складі білків. Орнитин і цитрулін, наприклад, це важливі проміжні продукти у синтезі аргініну. γ-аміномасляну кислоту можна виявити тільки в нервовій тканині. Вона виконує функцію інгібітору нейромедиаторів і відіграє важливу роль у функціонуванні центральної нервової системи.
7.
4. Гідроліз і денатурація білків
Гідроліз — це процес розпаду поліпептидних зв’язків білкової молекули з утворенням вільних амінокислот. Гідроліз відбувається під час нагрівання білків із розчинами кислот та лугів або внаслідок дії ферментів.
Денатурація — це процес руйнування просторової конфігурації білка (вторинної, третинної, четвертинної) і втрачання властивих йому функцій.
Денатурація відбувається під впливом нагрівання, випромінювання, дії сильних кислот та лугів.
Процес денатурації необоротний, проте в усіх випадках первинна структура білка (амінокислотна послідовність) залишається незмінною.

5. Структурна організація вуглеводів
Залежно від числа мономерів, що входять до складу молекул, вуглеводи поділяють на три основні класи: моносахариди, олігосахариди та полісахариди.
Моносахариди залежно від числа атомів Карбону, поділяють на тріози (3 атоми), тетрози (4), пентози (5), гексози (6) і так далі до декоз (10). У природі найпоширенішими є гексози, а саме глюкоза і фруктоза. Солодкий смак ягід, фруктів, меду залежить від вмісту в них цих сполук. Серед пентоз важливе значення мають рибоза і дезоксирибоза, що входять до складу нуклеїнових кислот та аденозинтрифосфатної кислоти (АТФ).
Олігосахариди — сполуки, в яких кілька залишків молекул моносахаридів з’єднані між собою ковалентними зв’язками. Серед них найпоширенішими є дисахариди, що утворюються внаслідок сполучання залишків двох молекул моносахаридів. Наприклад, буряковий (або тростинний) цукор — сахароза — складається із залишків глюкози і фруктози, а солодовий — мальтоза — лише із залишків глюкози. Дисахариди мають солодкий присмак. Вони, як і моносахариди, добре розчинні у воді.

 
     1 2
Схема будови молекул моносахариду (1) і дисахариду (2)

Полісахариди — це молекули, молекулярна маса яких може сягати кількох мільйонів. Полісахариди розрізняються між собою складом мономерів, довжиною та розгалуженістю ланцюгів. На відміну від моно- та олігосахаридів, полісахариди майже не розчиняються у воді та не мають солодкого присмаку.
Один із найпоширеніших полісахаридів — крохмаль. Він синтезується в процесі фотосинтезу в клітинах рослин і складається із залишків глюкози. Крохмаль у значній кількості відкладається в клітинах рослин насамперед листків, насіння, бульб тощо. У клітинних стінках рослин міститься полісахарид целюлоза — міцний, волокнистий, нерозчинний у воді. Деревина, кора, бавовна складаються переважно з целюлози.
У грибів, тварин і людини запасним полісахаридом є глікоген. Він відкладається здебільшого в м’язах і клітинах печінки. У складі клітинних стінок деяких грибів і зелених водоростей, кутикули членистоногих міститься полісахарид — хітин.

6. Жири і жироподібні речовини, їхні хімічні особливості
Залежно від хімічної природи, ліпіди поділяють на жири і ліпоїди (жироподібні речовини).
Жири (тригліцериди, нейтральні жири) являють собою естери (складні ефіри) триатомного спирту гліцеролу і жирних кислот або суміш вільних жирних кислот і тригліцеридів (жирові включення або краплини жиру в клітинах діатомових водоростей, жирової тканини свиней, тюленів, китів; рідкі жири (олії) в насінні льону, соняшника, арахісу тощо).
Трапляються в живих клітинах і вільні жирні кислоти: пальмітинова, стеаринова, лінолева, рицинолева.
Ліпоїди — жироподібні речовини, до яких належать фосфоліпіди, стероїди, різні воски і воскоподібні сполуки, а також жиророзчинні сполуки: пігменти (хлорофіли, каротини), вітаміни (A, D, E, K).

8.
7. Нуклеїнові кислоти
Ви пам’ятаєте, що всі живі істоти здатні зберігати спадкову інформацію і передавати її нащадкам при розмноженні. Цю функцію завдяки особливостям своєї будови виконують нуклеїнові кислоти.
 Запитання до учнів
Що таке нуклеїнові кислоти?
Нуклеїнові кислоти — це складні високомолекулярні біополімери, мономерами яких є нуклеотиди. Уперше їх виявлено в ядрі клітин, звідки й походить назва цих сполук (від латин. нуклеус — ядро). Молекула нуклеотиду складається із залишків нітратної основи, моносахариду (пентози) і ортофосфатної кислоти.
Залежно від виду пентози, що входить до складу нуклеотиду, розрізняють два типи нуклеїнових кислот: дезоксирибонуклеїнову (ДНК) та рибонуклеїнову (РНК). До складу ДНК входить залишок дезоксирибози, а РНК — рибози.
У молекулах ДНК і РНК містяться залишки таких нітратних основ: аденіну (А), гуаніну (Г), цитозину (Ц). Крім того, до складу ДНК входить залишок тиміну (Т), а РНК — урацилу (У). Отже, до складу молекул ДНК і РНК входить по чотири типи нуклеотидів, що відрізняються за типом нітратної основи.
За певних умов (дія кислот, лугів, високої температури тощо) відбувається процес денатурації ДНК — розривання водневих зв’язків між комплементарними нітратними основами різних полінуклеотидних ланцюгів. При цьому ДНК повністю або частково розпадається на окремі ланцюги, через що молекула втрачає свою біологічну активність. Денатурована ДНК після припинення дії руйнівних факторів, може поновити свою структуру завдяки відновленню водневих зв’язків між комплементарними нуклеотидами (процес ренатурації ДНК).
Аденозинтрифосфатна кислота (АТФ) за будовою подібна до нуклеотидів, із яких складаються РНК.

 Запитання до учнів
Що таке АТФ? Які її функції?
Молекула АТФ складається із залишків нітратної основи (аденіну), вуглеводу (рибози) та трьох залишків ортофосфатної кислоти. АТФ — універсальна сполука. У її високоенергетичних хімічних зв’язках запасається значна кількість енергії. Якщо з участю відповідного ферменту від молекули АТФ відщеплюється один залишок ортофосфатної кислоти, АТФ перетворюється на аденозиндифосфатну кислоту (АДФ). При цьому звільняється приблизно 42 кДж енергії. Якщо від молекули АТФ відщеплюються два залишки ортофосфатної кислоти, вона перетворюється на аденозинмонофосфатну кислоту (АМФ). При цьому енергії звільняється вже до 84 кДж.

Будова АТФ та механізм перетворення АТФ на АДФ (~ — високоенергетичний зв’язок)

Отже, під час розщеплення молекули АТФ виділяється велика кількість енергії. Вона використовується для синтезу необхідних організму сполук, на підтримання певної температури тіла, забезпечення різних процесів життєдіяльності. Під час утворення молекул АДФ з АМФ та АТФ з АДФ у зв’язках, що виникають між залишками молекул ортофосфатної кислоти, запасається відповідна кількість енергії. Тому молекула АТФ є універсальним хімічним акумулятором енергії в клітині.

8. Перехід від молекулярного рівня організації до рівня органел, клітини й організму в цілому
У клітинах тіла людини виявлено близько 88 хімічних елементів. Основними з них є Гідроген, Оксиген, Карбон і Нітроген, які називають органогенними. До складу клітин входять неорганічні й органічні речовини.
З неорганічних речовин у клітині містяться вода, мінеральні солі тощо. Вода є розчинником і середовищем для дифузії багатьох речовин, забезпечує тургор (пружність) клітин і процеси осмосу (процес дифузії розчинника з менш концентрованого розчину в більш концентрований через напівпроникну мембрану). Отже, наявність води — обов’язкова умова активності клітини.
Мінеральні речовини підтримують осмотичну рівновагу між клітиною та міжклітинною рідиною; регулюють різні біохімічні та фізіологічні процеси.
З органічних сполук у клітинах є білки, вуглеводи, жири, нуклеїнові кислоти, АТФ. Білки виконують різноманітні функції: будівельну (входять до складу всіх клітин), регуляторну (беруть участь у регуляції функцій організму), каталітичну (прискорюють хімічні реакції), захисну (захищають клітини й організм від хвороботворних мікроорганізмів і чужорідних тіл), транспортну (переносять гази та інші речовини) тощо. Вуглеводи є основним джерелом енергії. Жири — важливі енергетичні резерви для організму. Нуклеїнові кислоти забезпечують збереження і передачу спадкової інформації від батьків нащадкам і беруть участь у синтезі всіх білків організму. Аденозинтрифосфатна кислота (АТФ) синтезується в мітохондріях клітини й акумулює в собі енергію.
Організм людини складається з величезної кількості клітин, різних за формою, розмірами, масою і функціями. Усі вони мають однакові структурні елементи: цитоплазматичну мембрану, цитоплазму, ядро і органели (ендоплазматичну сітку, комплекс Гольджі, рибосоми, лізосоми, мітохондрії, клітинний центр), які функціонують взаємоузгоджено. Отже, клітина є цілісною біологічною системою.





Роздавальний матеріал                                                                                                 до уроку № 6
«Склади формулу»
За поданими частинами складіть максимальну кількість формул органічних сполук.
а) CH3—
б) OH—
в) CH3—CH2—
г) NH2—
д) —COOH
е) CH3—CH(CH3) —CH—























Урок 8
Природні джерела органічних речовин. Природний і супутній нафтові гази, їхній склад, використання
Мета уроку: ознайомити учнів із природними джерелами органічних сполук, із різними поглядами на походження горючих копалин; показати важливість використання їх не тільки як палива, але і як джерела різних органічних сполук; порівняти розташування родовищ у природі, склад і використання природного і супутнього нафтових газів; формувати дбайливе ставлення до природних багатств.
Очікувані результати: учні мають знати основні природні джерела вуглеводнів, їхні характеристики; учні мають розуміти, що економічно доцільнішим є переробляти вуглеводні, одержуючи важливі органічні речовини, ніж використовувати їх як паливо.
Обладнання: зразки вугілля, нафти, продуктів, одержаних із них; економічна карта України або атласи з економічної географії.

Тип уроку: урок вивчення й первинного закріплення нових знань.
1. Організаційний етап
1.1. Привітання.
1.2. Перевірка присутності учнів: кількість за списком _________,
кількість присутніх на уроці ___________, відсутніх ___________.
1.3. Перевірка готовності учнів до уроку.
1.4. Перевірка готовності класного приміщення до уроку.
2. Етап перевірки домашнього завдання
2.1. Робота біля дошки (перевірка письмового домашнього завдання).
2.2. Фронтальне опитування за запитаннями підручника.
2.3. Завдання «Знайди відповідність».
Необхідно встановити відповідність між органічною речовиною та її будовою або функціями в живому організмі.
3. Етап підготовки учнів до активного й усвідомленого засвоєння нового матеріалу
3.1. Повідомлення теми нового матеріалу.
3.2. Формулювання разом з учнями мети і задач вивчення
нового матеріалу.
Бесіда
Які природні вуглеводні ви знаєте? Як їх використовують? Що таке супутній і природний гази?
Відповіді на ці запитання ви дізнаєтеся на уроці.
3.3. Показ практичного значення вивчення нового матеріалу.
Природні гази, нафта й кам’яне вугілля — основні джерела вуглеводнів. При їхній переробці одержують практично всі органічні сполуки, що використовуються в різних галузях народного господарства. Обсяги їхнього видобутку зростають із кожним роком, але ще швидше зростає потреба в них. Якщо раніше основна частина природних вуглеводнів використовувалася тільки як паливо, то зараз акценти зміщуються у бік переробки їх із метою одержання органічних речовин: синтетичних волокон, барвників, розчинників, різних видів палива, лікарських препаратів, мастил, пластмас, каучуків тощо.
4. Актуалізація опорних знань
Запитання до учнів
1. Наведіть приклади застосування вуглеводнів у народному господарстві.
2. Як одержують ці вуглеводні?
5. Етап засвоєння нових знань
На замітку
Урок можна провести разом з учителем географії.
План пояснення нового матеріалу (лекція із демонструванням колекцій)
1. Огляд основних джерел вуглеводнів: нафта, газ, кам’яне вугілля, горючі сланці, торф, деревина, інші джерела.
2. Природний і супутній гази: місця розташування родовищ у природі, склад, застосування.
6. Узагальнення й закріплення знань
6.1. Робота з картою України.
Учні знаходять на економічній карті України місця розташування родовищ природних джерел вуглеводнів і виробництв із їхньої переробки.
6.2. Робота з підручником.
Учні, за текстом підручника, а також використовуючи одержані на уроці знання, складають схему використання різних видів природної вуглеводневої сировини.
7. Домашнє завдання, інструктаж щодо його виконання
7.1. Завдання для всього класу.
Підручник _________________________________________________
Робочий зошит _____________________________________________
Збірник завдань _____________________________________________
7.2. Індивідуальне завдання.
Задача
Природний газ одного з родовищ містить 80 % метану, 5 % етану, 5 % пропану, 4 % азоту й 6 % карбон(IV) оксиду. (Сполуки подані в об’ємних частках.) Обчисліть об’єм повітря (м3), необхідний для спалювання цього газу об’ємом 2 м3 (н. у.). Об’ємну частку кисню в повітрі слід прийняти такою, що становить 21 %.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
















Матеріали до уроку                                                                                 Урок № 8

2. Етап перевірки домашнього завдання
2.3. «Знайди відповідність»
Необхідно встановити відповідність між назвою речовини, та її функцією або будовою.
Назва органічної речовини Функції в організмі, будова
1 Білки А Молекула, що запасає енергію у своїх хімічних зв’язках
2 Жири Б Естери (складні ефіри) багатоатомних спиртів  та вищих карбонових кислот
3 Амінокислоти В Носій спадкоємної інформації
4 ДНК Г Будівельний матеріал для білків
5 АТФ Д Полімери, мономерами яких є амінокислоти

Відповіді: 1 — Д, 2 — Б, 3 — Г, 4 — В, 5 — А.

5. Етап засвоєння нових знань
1. Огляд основних джерел вуглеводнів
Джерела енергії
Джерела енергії Запаси енергії, млрд кВт/г
Торф 480 103
Вугілля буре й кам’яне 358 106
Сланці горючі 7105
Природний газ 8104
Нафта 223 103
Деревина 2105
Енергія Сонця 15 107
Енергія вітру 15 104
Енергія річок 23 103
Енергія припливів і відливів 7107
Енергія ядерного пального практично безмежна

Значну частку необхідної енергії людство одержує з вуглеводнів: нафти, природного газу, кам’яного вугілля. Це зумовлюється наявністю відповідних технологій та достатньо легким способом добування. Щоб опанувати інші джерела енергії потрібні наукові розробки технологій добування і використання.
Окрім використання вуглеводнів як джерел енергії, вони використовуються як сировина для подальшої переробки й одержання важливих речовин шляхом органічного синтезу.
Основні джерела вуглеводнів — нафта, кам’яне вугілля, природний газ — сформувалися на Землі в давні часи і належать до невідновлюваних природних ресурсів. Неконтрольоване й нераціональне використання існуючих запасів вуглеводнів може призвести до повного виснаження родовищ.
Перед людством постає складне завдання: відшукати більш ефективні шляхи переробки нафти, газів, вугілля, сланців; удосконалити вже існуючі (перегонка, крекінг, піроліз, коксування); розробити технології одержання рідкого палива з вугілля та сланців; одержання й використання водню як моторного палива; одержання синтетичного рідкого палива з водню.
2. Природний і супутній гази
Найбільші родовища природного газу розташовані на території Росії. Склад газу з різних родовищ може відрізнятися за відсотковим вмістом основних складових. Запаси природного газу є і в Україні (Шебелінське, Дашевське, Семенівське, Абазівське родовища тощо).
У родовищах газ перебуває у стислому стані у товщі земної кори. Для його добування роблять свердловини, а для транспортування на великі відстані — будують газопроводи.
Супутній газ є різновидом природного газу. Він залягає разом із нафтою і виділяється на поверхню під час її добування.
Склад природного й супутнього газів
Складова газу Природний газ Супутній нафтовий газ
Метан 95,6 % 63,4 %
Етан 1 % 10,5 %
Пропан 0,33 % 11,1 %
Бутан 0,07 % (н-бутан) 2,8 % (н-бутан) і 1,2 % (ізо-бутан)
Пентан і вище 0,03 % 2 %
Азот і рідкі гази 3 % 9 %
Вуглекислий газ 0,4 % —

Природний газ широко використовується як паливо, оскільки має високу теплотворну здатність (з 1 м3 газу виділяється при спалюванні 55 000 кДж енергії). Цю властивість природного газу використовують у промисловості для виробництва сталі та скла.
Окрім спалювання, природний газ використовують як сировину для хімічної промисловості (одержання ацетилену, сажі, водню тощо). Розроблені технології переробки природних газів (перетворення насичених вуглеводнів у ненасичені).
Супутній газ раніше не мав застосування, тому його спалювали на місцях видобування нафти. Зараз його використовують як цінну дешеву сировину та як паливо у побутових цілях. Для оптимального використання супутнього газу, його слід поетапно розділити:
супутній газ  газовий бензин (суміш пентану, гексану, гептану й октану)  суміш пропану й бутану  «сухий газ» (складається переважно з метану).

Роздавальний матеріал
до уроку № 8
Завдання «Знайди відповідність»

Назва органічної речовини Функції в організмі, будова
1 Білки А   Молекула, що запасає енергію у своїх хімічних зв’язках
2 Жири Б   Естери (складні ефіри) багатоатомних спиртів
3 Амінокислоти В   Носій спадкової інформації
4 ДНК Г   Будівельний матеріал для білків
5 АТФ Д   Полімери, мономерами яких є амінокислоти

1 2 3 4 5



Урок 9
Нафта. Склад, властивості нафти. Продукти перегонки нафти, їх застосування. Детонаційна стійкість бензину.
Мета уроку: розглянути склад, походження, фізичні й хімічні властивості, застосування нафти; ознайомити учнів з основними процесами видобутку вуглеводнів із нафти.
Очікувані результати: учні мають знати про походження, склад і переробку нафти.
Обладнання: зразки нафти й продукти її переробки, модель нафтопереробної установки.

Тип уроку: урок вивчення й первинного закріплення нових знань.
1. Організаційний етап
1.1. Привітання.
1.2. Перевірка присутності учнів: кількість за списком _________,
кількість присутніх на уроці ___________, відсутніх ___________.
1.3. Перевірка готовності учнів до уроку.
1.4. Перевірка готовності класного приміщення до уроку.
2. Етап перевірки домашнього завдання
2.1. Перевірка письмового завдання біля дошки.
2.2. Перевірка знань за усними запитаннями з підручника (фронтальне опитування).
2.3. Письмова самостійна робота.
3. Етап підготовки учнів до активного й усвідомленого засвоєння нового матеріалу
3.1. Повідомлення теми нового матеріалу.
3.2. Формулювання разом з учнями в процесі бесіди мети і задач вивчення нового матеріалу.
3.3. Показ практичного значення вивчення нового матеріалу.
У процесі бесіди назвати галузі, в яких використовуються продукти переробки нафти: полімери, лікарські препарати, будівельні матеріали, сировина для органічного синтезу тощо.
3.4. Мотивація навчальної діяльності.
Слово вчителя
Основи вчення про нафту були закладені російськими й продовжені надалі радянськими вченими. Так, Д. І. Менделєєв уперше звернув увагу на те, що нафта є найважливішим джерелом хімічної сировини, а не лише паливом. Він присвятив ряд робіт походженню й раціональній переробці нафти. Йому належить відомий вислів: «Нафта — не паливо, опалювати можна й асигнаціями»
— Що мав на увазі великий хімік?
(Целюлоза асигнацій — поновлюване і менш коштовне джерело сировини, ніж нафта.)
4. Актуалізація опорних знань
Робота біля дошки (один учень) та в зошитах
Завдання
У складі нафти містяться різні вуглеводні, переважно алкани. Напишіть 5 різних структурних формул алканів, у складі яких міститься 12 атомів Карбону. Назвіть їх.
5. Етап засвоєння нових знань
План пояснення нового матеріалу (лекція із демонструванням колекції)
1. Походження й історичні етапи дослідження нафти.
2. Склад нафти.
3. Первинна перегонка нафти, фракції нафти, їхнє застосування.
Демонстрація. Модель нафтопереробної установки.
6. Узагальнення й закріплення знань
6.1. Фронтальне опитування.
1. Що таке нафта?
2. Які теорії походження нафти ви знаєте? Яку з них ви вважаєте найбільш правильною?
3. Чому нафту називають «чорним золотом»?
4. На яких властивостях нафти заснована первинна перегонка нафти?
5. Які продукти одержують при прямій перегонці нафти? Де їх використовують?
6.2. Робота з текстом.
Учні працюють із запропонованим текстом, відзначаючи, що було їм відомо, про що нове вони довідалися, що залишилося незрозумілим й вимагає додаткового пояснення.



7. Домашнє завдання, інструктаж щодо його виконання
7.1. Завдання для всього класу.
Підручник _______________________________________________
Робочий зошит ___________________________________________
Збірник завдань _ _________________________________________
7.2. Індивідуальне завдання.
Підготувати невеликі повідомлення про родовища, застосування, видобуток нафти.
__________________________________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________










































Матеріали до уроку

Урок № 9
2. Етап перевірки домашнього завдання
2.3. Письмова самостійна робота
I варіант
1. Складіть структурні формули 5 ізомерів гептану і назвіть їх.
2. Обчисліть масові частки елементів у молекулі бутану.
II варіант
1. Складіть структурні формули 5 ізомерів октану і назвіть їх.
2. Обчисліть масові частки елементів у молекулі пропану.

Відповіді:
I варіант
Завдання 1
1) 2-метилгексан

2)   3-метилгексан


3)   2,4-диметилпентан


4) 2,3-диметилпентан


5)   3,3-диметилпентан
 Завдання 2
6. Дано: 7. Розв’язання:
8. 9.
10.
11. ; 83 %;
12. ; 17 %;
13. ω(C) — ?
14. ω(H)— ?
Відповідь: ω(C) = 83%; ω(H) = 17%.

II варіант
 Завдання 1
1)   2-метилгептан;


2)   3-метилгептан;


3)   4-метилгептан;


4)   2,4-демитилгексан;


5)   2,5-диметилгексан.


Завдання 2
15. Дано: 16. Розв’язання:
17. C3H8 18.
19. Mr (C3H8) = 44;
20. ω(C) =3 * 12 / 44 = 0,82; 82 %
21. ω(H) =8 * 1 / 44 = 0,18; 18 %
22. ω(C) — ?
23. ω(H) — ?
Відповідь: ω(C) = 82%; ω(H) = 18%.;.


5. Етап засвоєння нових знань
1. Походження та історичні етапи дослідження нафти
 Нафта відома людству з давніх часів. Перші згадки про нафту є у давньоперських письмових джерелах («нефт» з перської перекладається як «витікати»). Адже саме на території Персії (нині Ірану) нафта просочувалась на поверхню Землі із надр.
 За теорією органічного походження, нафта — це органічна речовина, що утворилася із залишків вимерлих рослин і організмів у давні геологічні ери. Упродовж тривалого часу у товщі Землі під дією високої температури й тиску утворилися значні родовища нафти.
 За теорією мінерального походження, нафта утворилася з карбідів і води під впливом високих температур, випромінювання та каталізаторів. Це відбувалося на ранніх етапах формування літосфери Землі.
 Головні родовища нафти розташовані в країнах Перської затоки та Росії. В Україні запаси нафти розташовані у Полтавській, Сумській, Львівській та Чернігівській областях.
 Пріоритет у вивченні нафти належить російським ученим.
 Велике значення у вивченні складу нафти мали роботи В. В. Марковнікова (80-ті рр. XIX ст.). Він відкрив у нафті новий клас вуглеводнів, названий нафтенами, і вивчив будову багатьох вуглеводнів. Л. Г. Гурвич на підставі своїх досліджень розробив фізико-хімічну основу очищення нафти й нафтопродуктів і значно вдосконалив методи їх переробки. Продовжуючи роботи Марковнікова, М. Д. Зелинський розробив у 1918 році каталітичний спосіб одержання бензину з важких залишків нафти. Багато років у галузі хімії нафти працював С. С. Наметкин. Він розробив методи визначення вмісту в нафті вуглеводнів різних класів (визначення групового складу) і визначені способи підвищення виходу нафтопродуктів. В. Г. Шухов створив першу в світі промислову установку термічного крекінгу нафти (1891 р.), був автором проекту й головним інженером будівництва першого російського нафтопроводу (1878 р.), заклав основи конструювання нафтопроводів, нафтосховищ і устаткування необхідного для нафтопереробки.

2. Склад нафти
 Елементний склад (%): Карбон 80–88, Гідроген 11,0–14,5, Сульфур 0,01–6 (рідко до 8), Оксиген 0,005–0,7 (рідко до 1,2), Нітроген 0,001–1,8.
 Основу технологічної класифікації нафти складає вміст Сульфуру: I клас — малосульфурні, що містять до 0,5 % S; II клас — сульфурні з 0,5–2 % S; III клас — високосульфурні, що містять понад 2 % S.
 Усього в нафті виявлено понад 50 хімічних елементів. Так, поряд із згаданими, у нафті присутні V (10-5—10-2), Ni (10-4—10-3), Cl (від слідів до 2.10-2 %) тощо.
 Нафта — це суміш, що містить близько 1000 речовин, з яких велика частина — рідкі вуглеводні (понад 500) і гетероатомні органічні сполуки, переважно сірчасті (близько 250), азотисті (понад 30) і кисневі (близько 85); інші компоненти — розчинені вуглеводневі гази, вода, мінеральні солі, механічні домішки (частинки глини, піску, вапняку).
24. Вуглеводневий склад
 У хімічному відношенні нафта — найскладніша суміш вуглеводнів, що підрозділяється на дві групи — важку і легку нафту. Легка нафта містить приблизно на два відсотки менше Карбону, ніж важка, і відповідно, більшу кількість Гідрогену і Оксигену. Головну частину нафти складають три групи вуглеводнів — алкани, нафтени й арени.
 Алкани (насичені вуглеводні, парафіни) хімічно найбільш стійкі. Якщо число атомів Карбону в молекулі не більше чотирьох, то за атмосферного тиску алкани будуть газоподібними. При 5–16 атомах Карбону — це рідини, а понад — уже тверді речовини, парафіни.
 До нафтенів належать алициклічні вуглеводні. У нафті міститься переважно циклопентан C5H10, циклогексан C6H12 та їхні гомологи.
 Арени (ароматичні вуглеводні) містять значно менше атомів Гідрогену, проте співвідношення Карбон/Гідроген в аренах найвище, набагато вище, ніж у нафті в цілому.
 Крім карбонової частини, у нафті міститься асфальто-смолиста складова, порфірини, Сульфур і зольна частина.
 Асфальто-смолиста частина — темна щільна речовина, що частково розчиняється в бензині. Частину, що розчиняється, називають асфальтеном, а ту, що не розчиняється — смолою.
 Порфірини — особливі органічні сполуки, що містять у своєму складі Нітроген. Багато вчених упевнені, що колись вони утворилися з хлорофілу рослин і гемоглобіну тварин.
 Сульфуру в нафті досить багато — до 5 %, і він заподіює чимало турбот нафтовикам, спричинюючи корозію металів. Зольна частина — це те, що залишається після спалювання нафти. У золі зазвичай утримуються сполуки Феруму, Ніколу, Ванадію та деяких інших речовин.

3. Первинна перегонка нафти, фракції нафти, їхнє застосування
 Сиру нафту зазвичай не використовують. Щоб одержати з видобутої нафти потрібні речовини, її слід піддати переробці після видалення механічних домішок.
Перегонка — це фізичний метод розподілу нафти на її складові, що заснований на різних температурах кипіння фракції.
 Перегонку нафти здійснюють в установці, що складається із трубчастої печі й ректифікаційної колони. По трубопроводу подається нафта, де вона нагрівається до температури 320–350 °C і у вигляді суміші рідини й випарів надходить у колону. Усередині колона має горизонтальні перегородки з отворами (так звані тарілки). Випари нафти подаються в колону через отвори і піднімаються нагору. При цьому вони поступово охолоджуються й скраплюються. Менш леткі виходять на перших тарілках, більш леткі піднімаються вище. При цьому виділяють такі фракції (заповнити таблицю разом з учнями):

25. Фракції 26. Склад фракції 27. t кипіння, °C 28. Застосування
29. Газова 30. 31. — 32. Паливо
33. Бензин 34. 35. 40–200 36. Пальне для автомобільних і авіаційних двигунів
37. Лігроїн 38. 39. 120–240 40. Пальне для дизельних двигунів, розчинник лаків та фарб
41. Гас 42. 43. 150–310 44. Пальне для реактивних двигунів, побутове пальне
45. Газойль 46. C18 і вище 47. 250–275 48. Дизельне паливо
49. Мазут 50. Залишок після перегонки 51. Сировина для одержання мастил рідке котельне паливо

Залишок після перегонки (мазут) також піддають вакуумній перегонці (при зниженому тиску) і одержують: солярні масла (дизельне паливо), мастила (машинні, циліндрові), частина, що залишилася — гудрон.
Недолік процесу первинної перегонки нафти — малий вихід бензину (20 %).
1. Методи вторинної переробки нафти
52. Переробка нафти та нафтопродуктів



53. Переробка мазуту


 Під час вторинної переробки нафти відбувається зміна структури вуглеводнів, що входять до її складу. Серед існуючих методів велике значення має крекінг (розщеплення) вуглеводнів нафти, який проводиться для підвищення виходу бензину.
 Крекінг — це високотемпературна переробка нафтової фракції з метою одержання низькомолекулярних продуктів із нижчою температурою кипіння.
 Застосовують два основних види крекінгу: термічний і каталітичний.
 Термічний крекінг здійснюється тільки під впливом високої температури.
 Каталітичний крекінг проводиться при значно нижчих температурах із використанням каталізаторів. Застосовують переважно для одержання високооктанових бензинів. Спеціально підібрані каталізатори забезпечують ізомеризацію й циклізацію вуглеводнів, внаслідок чого підвищується їхнє октанове число (ОЧ). Як каталізатори використають алюмосилікати складу  , а також цеоліти:
 газойль бензин із високим октановим числом, вакуумний газойль

 Каталізатор швидко дезактивується вугільним порошком (сажею), що осаджується на ньому, тому його доводиться часто міняти або очищати.

2. Продукти переробки нафти, їхнє застосування
 Сьогодні з нафти одержують тисячі різних продуктів: рідке паливо, газоподібне паливо, тверде паливо (нафтовий кокс), змащувальні та спеціальні мастила, парафіни і церезини, бітуми, ароматичні сполуки, сажу, ацетилен, етилен, нафтові кислоти та їхні солі, вищі спирти тощо.
 Найбільше застосування продукти переробки нафти здобули в паливно-енергетичній галузі. Наприклад, мазут має майже в півтора рази вищу теплоту згоряння у порівнянні з найкращим вугіллям. Він займає мало місця при згоранні і не дає твердих залишків при горінні.
 Заміна твердих видів палива мазутом на ТЕС, заводах, на залізничному та водному транспорті дає величезну економію коштів, сприяє швидкому розвитку основних галузей промисловості та транспорту.
 Енергетичний напрям використання нафти донині залишається головним у всіх країн світу. Частка нафти в світовому енергобалансі становить понад 46 %.
 Проте останнім часом продукти переробки нафти все ширше використовуються як сировина для хімічної промисловості. Близько 8 % нафти, що видобувається, стає сировиною для сучасної хімії. Наприклад, етанол використовується у понад 150 галузях виробництва.
 У хімічній промисловості застосовуються формальдегід, пластмаси, синтетичні волокна, синтетичний каучук, амоніак, етанол тощо.
 Продукти переробки нафти використовуються і в сільському господарстві. Це стимулятори росту, отрутохімікати, азотні добрива, сечовина, плівки для парників тощо. У машинобудуванні та металургії застосовуються універсальні клеї, деталі й частини апаратів із пластмас, змащувальні мастила тощо.
 У харчовій промисловості застосовуються поліетиленові упаковки, харчові кислоти як консерванти, парафін, білково-вітамінні концентрати, сировиною для яких є метанол, етанол і метан. Хімізація нафти дозволила скоротити витрати харчових продуктів на технічні цілі.
 У фармацевтичній і парфумерній промисловості з похідних переробки нафти виготовляють нашатирний спирт, хлороформ, формалін, аспірин, вазелін тощо. Похідні нафтосинтезу широко застосовуються і в деревообробній, текстильній, шкіряно-взуттєвій і будівельній промисловостях.

3. Риформінг
 Риформінг — каталітична переробка бензинових фракцій первинної перегонки нафти за допомогою водню під тиском із використанням каталізаторів та під дією високих температур. Під час риформінгу насичені вуглеводні перетворюються на ароматичні. Застосовується переважно для одержання високооктанового моторного пального. Крім того, за допомогою риформінгу виділяють бензол та інші арени.
54.
55. Схема каталітичного риформінгу:
 Бензин (фракція перегонки нафти) + H2 риформінг-бензин

 Як каталізатори застосовують платину або суміш оксидів MoO3  і Cr2O3, нанесених на  A2O3 або алюмосилікати.
 Ці каталізатори сприяють протіканню реакцій дегідратації, гідрування й ізомеризації.

4. Детонаційна стійкість бензину
 Швидкість згоряння пального визначається його хімічним складом (вмістом вуглеводнів). Якщо у бензині переважають такі вуглеводні як гексан, гептан та октан, то швидкість згоряння буде дуже високою і може статися вибух — детонація. Отже, детонація палива в моторах пояснюється нерівномірністю процесу його згоряння й залежить від якості бензину. Мірою детонаційної стійкості палива є октанове число (ОЧ). Воно чисельно дорівнює вмісту (в об’ємних %) ізооктану (ОЧ = 100) у його еталонній суміші з н-гептаном (ОЧ = 0), за якого ця суміш має однакові з випробуваним паливом антидетонаційні властивості.
 Найменше октанове число мають нормальні алкани. ОЧ зростає при переході від алканів до алкенів, циклоалканів та ізоалканів. Найбільшими значеннями ОЧ характеризуються арени.



56. Речовина 57. Октанове число
58.    (н-гептан) 59. 0
60.   (н-гексан) 61. 26
62.   (гексен-1) 63. 63
64. C6H12  (циклогексан) 65. 77
66.   (ізопентан) 67. 90
68.   (ізооктан; 2,2,4-триметилпентан) 69. 110
70. C6H6 (бензол) 71. 108

 Бензини, одержані первинною перегонкою нафти, мають октанові числа від 30 до 45.
 Так, із бензинової фракції нафти з ОЧ = 30–45 у результаті каталітичного риформінгу одержують бензин з ОЧ = 85–95.


6.1. Лабораторний дослід № 2
 Тема. Ознайомлення зі зразками нафтопродуктів.
 Мета: дослідити фізичні властивості нафтопродуктів, та взаємозв’язок між хімічним складом та властивостями.
Досліджувані об’єкти: колекція нафтопродуктів.
72. Хід роботи
1. Розгляньте запропоновані зразки продуктів нафтопереробки. Складіть порівняльну таблицю, в якій слід зазначити фізичні властивості (агрегатний стан, колір, наявність запаху тощо) та вказати галузі переважного застосування.
2. Зробіть висновки (поясніть залежність між фізичними властивостями нафтопродуктів та галуззю застосування).


6. Узагальнення і закріплення знань
6.2. Робота з текстом
73. Теорії походження нафти
 Дуже ймовірно, що нафта утворилася із залишків морських організмів і рослин, що осідали протягом мільйонів років на морське дно. Неорганічні речовини були каталізаторами гниття, що було викликано анаеробними бактеріями (бактеріями, що живуть без доступу повітря). При тектонічних порушеннях донні органічні шари опинялися в товщі Землі, де на них впливали тиск земної кори й високі температури внутрішніх шарів Землі. У такий спосіб донні шари перетворювалися на суміш вуглеводнів. Рідка нафта накопичувалася у вигляді нафтоносних шарів, які утримувалися під поверхнею Землі верхніми шарами літосфери.
 Окрім цієї — органічної теорії — можна назвати неорганічну теорію походження нафти, автором якої є Д. І. Менделєєв. Відповідно до цієї теорії, нафта могла утворитися з карбідів металів, що знаходяться у надрах Землі, і прониклої туди води. Існує також космічна теорія, за якої нафта могла утворитися з Гідрогену й Карбону одночасно з формуванням нашої планети.
74.
75. Застосування нафти
 У зв’язку зі швидким розвитком хімічної й нафтохімічної промисловості, потреба в нафті збільшується не тільки з метою підвищення вироблення палива і мастил, але і як джерела коштовної сировини для виробництва синтетичних каучуків і волокон, пластмас, ПАР, мийних засобів, пластифікаторів, присадок, барвників та ін. Серед одержаних із нафти речовин найбільше застосування одержали парафінові вуглеводні (метан, етан, пропан, бутани, пентани, гексани), високомолекулярні (10–20 атомів Карбону в молекулі), нафтенові, ароматичні вуглеводні (бензол, толуол, ксилол, етилбензол), олефінові й диолефінові (етен, пропен, бутадієн); етин. Нафта є унікальною речовиною завдяки найякіснішого вугілля), нафту легко транспортувати (у порівнянні з газом або вугіллям), з нафти легко одержати багато корисних речовин. Виснаження ресурсів нафти, зростання її ціни та інші чинники спричинили інтенсивний пошук замінників цього рідкого палива.

76. «Нафтова чума»
 «Нафтова чума» з’явилася не сьогодні й не раптово. Ще в 1922 році у Великобританії була прийнята постанова, що забороняла злив нафти в її територіальні води. Надалі укладалися міжнародні угоди, проводилися міжнародні наради, створювалися ради й комітети з боротьби з нафтовим забрудненням морів. Але остаточного рішення проблеми поки ще немає.
 Щорічно у Світовий океан із тих або інших причин скидається від 2 до 10 млн т нафти. Супутниками зафіксовано, що вже майже 30 % поверхні океану вкрито нафтовою плівкою. Особливо забруднені води Середземного моря, Атлантичного океану та їхні береги.
 Джерел надходження нафти в моря й океани багато: це скидання очисних вод, принесення забруднюючих компонентів річками. У наш час із кожних 10 т нафти, що видобувають у морі, 7–8 тонн транспортується до місця споживання морським шляхами. Майже щороку трапляються великі катастрофи. В 1967 р. сталася аварія супертанкера «Торуй Каньйон» біля берегів Західної Європи. У море потрапило 120 тис. т нафти. Величезна нафтова пляма спотворила води й береги Франції та Англії. Загинуло 50 тис. водоплавних птахів, тобто 90 % морських птахів цих районів.
 Якщо перераховувати всі аварії, що відбулися за останні роки, вийде величезний список. Лише 1 літр нафти, що потрапила у воду, позбавляє кисню 40 тис. літрів морської води.
 1 т нафти забруднює 12 км2 поверхні океану. Ікринки багатьох риб розвиваються в приповерхньому шарі води. Небезпека нафти тут є особливо великою. На 1 гектарі морської поверхні може загинути більше 100 млн риб, якщо її вкриває нафтова плівка. Молюски накопичують канцерогенні речовини, що одержують з нафти. Важко перелічити всі лиха, які заподіює «нафтова чума» океану.




Роздавальний матеріал                                                                                                   до уроку № 9

Самостійна робота
I варіант
1. Складіть структурні формули 5 ізомерів гептану і назвіть їх.
2. Обчисліть масові частки елементів у молекулі бутану.

II варіант
1. Складіть структурні формули 5 ізомерів октану і назвіть їх.
2. Обчисліть масові частки елементів в молекул                                                                                                    Робота з текстом

Теорії походження нафти
Дуже ймовірно, що нафта утворилася із залишків морських організмів і рослин, що осідали протягом мільйонів років на морське дно. Неорганічні речовини були каталізаторами гниття, що було викликано анаеробними бактеріями (бактеріями, що живуть без доступу повітря). При тектонічних порушеннях донні органічні шари опинялися в товщі Землі, де на них впливали тиск земної кори й високі температури внутрішніх шарів Землі. У такий спосіб донні шари перетворювалися на суміш вуглеводнів. Рідка нафта накопичувалася у вигляді нафтоносних шарів, які утримувалися під поверхнею Землі верхніми шарами літосфери.
Окрім цієї — органічної теорії — можна назвати неорганічну теорію походження нафти, автором якої є Д. І. Менделєєв. Відповідно до цієї теорії, нафта могла утворитися з карбідів металів, що знаходяться у надрах Землі, і прониклої туди води. Існує також космічна теорія, за якої нафта могла утворитися з Гідрогену й Карбону одночасно з формуванням нашої планети.

Застосування нафти
У зв’язку зі швидким розвитком хімічної й нафтохімічної промисловості, потреба в нафті збільшується не тільки з метою підвищення вироблення палива і мастил, але і як джерела коштовної сировини для виробництва синтетичних каучуків і волокон, пластмас, ПАР, мийних засобів, пластифікаторів, присадок, барвників та ін. Серед одержаних із нафти речовин найбільше застосування одержали парафінові вуглеводні (метан, етан, пропан, бутани, пентани, гексани), високомолекулярні (10–20 атомів Карбону в молекулі), нафтенові, ароматичні вуглеводні (бензол, толуол, ксилол, етилбензол), олефінові й диолефінові (етен, пропен, бутадієн); етин. Нафта є унікальною речовиною завдяки комбінації якостей: висока щільність енергії (на тридцять відсотків вище, ніж у найякіснішого вугілля), нафту легко транспортувати (у порівнянні з газом або вугіллям), з нафти легко одержати багато корисних речовин. Виснаження ресурсів нафти, зростання її ціни та інші чинники спричинили інтенсивний пошук замінників цього рідкого палива.



«Нафтова чума»
«Нафтова чума» з’явилася не сьогодні й не раптово. Ще в 1922 році у Великобританії була прийнята постанова, що забороняла злив нафти в її територіальні води. Надалі укладалися міжнародні угоди, проводилися міжнародні наради, створювалися ради й комітети з боротьби з нафтовим забрудненням морів. Але остаточного рішення проблеми поки ще немає.
Щорічно у Світовий океан із тих або інших причин скидається від 2 до 10 млн т нафти. Супутниками зафіксовано, що вже майже 30 % поверхні океану вкрито нафтовою плівкою. Особливо забруднені води Середземного моря, Атлантичного океану та їхні береги.
Джерел надходження нафти в моря й океани багато: це скидання очисних вод, принесення забруднюючих компонентів річками. У наш час із кожних 10 т нафти, що видобувають у морі, 7–8 тонн транспортується до місця споживання морським шляхами. Майже щороку трапляються великі катастрофи. В 1967 році сталася аварія супертанкера «Торуй Каньйон» біля берегів Західної Європи. У море потрапило 120 тис. т нафти. Величезна нафтова пляма спотворила води й береги Франції та Англії. Загинуло 50 тис. водоплавних птахів, тобто 90 % морських птахів цих районів.
Якщо перераховувати всі аварії, що відбулися за останні роки, вийде величезний список. Лише 1 літр нафти, що потрапила у воду, позбавляє кисню 40 тис. літрів морської води.
1 т нафти забруднює 12 км2 поверхні океану. Ікринки багатьох риб розвиваються в приповерхньому шарі води. Небезпека нафти тут є особливо великою. На 1 гектарі морської поверхні може загинути більше 100 млн риб, якщо її вкриває нафтова плівка. Молюски накопичують канцерогенні речовини, що одержують із нафти. Важко перелічити всі лиха, які заподіює «нафтова чума» океану.


















Урок 10
Кам’яне вугілля, продукти його переробки
Мета уроку: повторити теорії походження кам’яного вугілля, з’ясувати роль кам’яного вугілля як джерела різних хімічних речовин; ознайомитися з основними принципами процесу коксування кам’яного вугілля; показати розмаїтість використання продуктів коксування.
Очікувані результати: учні повинні пояснювати походження кам’яного вугілля, учні повинні наводити приклади застосування кам’яного вугілля й продуктів його переробки.
Обладнання: зразки продуктів коксування вугілля й різних видів палива.

Тип уроку: урок вивчення й первинного закріплення нових знань.
1. Організаційний етап
1.1. Привітання.
1.2. Перевірка присутності учнів: кількість за списком _________,
кількість присутніх на уроці ___________, відсутніх ___________.
1.3. Перевірка готовності учнів до уроку.
1.4. Перевірка готовності класного приміщення до уроку.
2. Етап перевірки домашнього завдання
2.1. Письмові завдання (за підручником) перевіряються біля дошки.
2.2. Повідомлення учнів про використання продуктів переробки нафти.
2.3. Фронтальне опитування.
1. Які види вторинної перегонки нафти вам відомі?
2. Чим бензин первинної перегонки відрізняється від крекінг-бензину? Бензин термічного крекінгу від бензину каталітичного крекінгу?
3. Запропонуйте спосіб, яким легко визначити, бензин первинної перегонки чи крекінг-бензин вам запропонували на автозаправці.
4. Що таке риформінг і навіщо його застосовують?
5. Який бензин ви хотіли б для свого автомобіля? Чому?
6. Що таке «октанове число»?


3. Етап підготовки учнів до активного й усвідомленого засвоєння нового матеріалу
3.1. Повідомлення теми нового матеріалу.
3.2. Формулювання разом з учнями в процесі бесіди мети і задач вивчення нового матеріалу.
3.3. Показ важливості переробки кам’яного вугілля та його значення як джерела одержання різноманітних органічних речовин.
Слово вчителя
Вугілля дешевше за нафту, воно більш рівномірно розподілено в земній корі. Його природні запаси набагато перевершують запаси нафти й, за прогнозами вчених, не будуть вичерпані ще протягом століття.
4. Актуалізація опорних знань
Бесіда
1. Що ви знаєте про вугілля?
2. Назвіть родовища вугілля в Україні.
5. Етап засвоєння нових знань
План пояснення нового матеріалу (лекція, під час якої учні складають схему переробки кам’яного вугілля)
1. Походження вугілля.
2. Види вугілля, його запаси на території України.
3. Переробка вугілля.
4. Продукти переробки і їх застосування.
На замітку
Учні можуть самостійно працювати з текстом підручника і заповнювати схему.
6. Узагальнення й закріплення знань
6.1. Лабораторний дослід № 3. Ознайомлення зі зразками продуктів коксування вугілля й різних видів палива.
6.2. Письмова робота (контроль засвоєння нового матеріалу).
Самостійна робота за варіантами:
I. Яка існує теорія походження вугілля? Під час якого геологічного періоду утворилися основні запаси вугілля? Чому він так називається?
II. Які основні методи переробки вугілля вам відомі?
III. Які продукти утворюються під час коксування вугілля? Де вони використовуються?
IV. Які продукти утворюються під час газифікації вугілля? Де вони використовуються?
7. Домашнє завдання, інструктаж щодо його виконання
7.1. Завдання для всього класу.
Підручник _ _____________________________________________
Робочий зошит ___________________________________________
Збірник завдань __________________________________________
7.2. Індивідуальне завдання.
Підготувати невеликі повідомлення про продукти переробки вугілля і їх використання.
____________________________________________________________
_______________________________________________________________
























Матеріали до уроку
1. Походження вугілля
Практично неможливо встановити точну дату (близько десяти тисяч років тому) початку використання людиною вугілля. Археологами знайдені доісторичні розробки покладів вугілля.
Пізніше, у Давньому Римі, поширилося його використання, але лише за часів Аристотеля з’явився опис властивостей вугілля. У 315 р. до н. е. його учень описує вугілля як горючий матеріал і називає його «антраксом» (пізніше з’явилося назва «антрацит»).
На підставі численних фактів (виявлення у вугільних пластах відбитків листя, кори, стовбурів дерев тощо) та використання ізотопного методу аналізу було доведено теорію про органічне походження вугілля. Разом із тим складність природних процесів вуглеутворення і впливу на ці процеси таких чинників, як клімат, температура, тиск тощо, призвели до виділення хімічних, мікробіологічних і геологічних аспектів цієї теорії. До сьогодні немає єдиної думки про те, які компоненти органічних речовин є вихідним матеріалом при утворенні різних видів вугілля, немає єдиної схеми його генетичних перетворень.
Для утворення вугілля необхідне значне накопичення рослинної маси. У торф’яних болотах палеозойської ери (кам’яновугільний період) накопичувалася органічна речовина, з якої без доступу кисню формувалися поклади вугілля. Більшість промислових родовищ викопного вугілля належить до кам’яновугільного періоду, хоча існують і пізніші родовища. Вік найдавнішого вугілля оцінюється приблизно в 350 млн років.
Вугілля утворюється в умовах, коли гниючий рослинний матеріал накопичується швидше, ніж відбувається його бактеріальне розкладання. Ідеальні умови для цього є в болотах, де в стоячій воді мало кисню, що перешкоджає життєдіяльності бактерій і тим самим зберігає рослинну масу від повного руйнування. На певній стадії процесу, кислоти, що виділяються, запобігають подальшій діяльності бактерій. Так виникає торф — початковий продукт для утворення вугілля. Потім відбувається його покриття наносними шарами і торф під дією стиснення втрачає воду і гази, перетворюючись на вугілля.
Під тиском товщі осадів глибиною 1 кілометр із 20-метрового шару торфу утворюється пласт бурого вугілля завтовшки 4 метри. Якщо глибина розміщення рослинного матеріалу досягає 3 кілометри, то такий же шар торфу перетвориться на пласт кам’яного вугілля завтовшки 2 метри. На глибині близько 6 кілометрів і при значно вищій температурі 20-метровий шар торфу стає пластом антрациту завтовшки в 1,5 метра.
У результаті руху земної кори, вугільні пласти зазнавали підняття і складкоутворення. З часом підняті нагору частини руйнувалися за рахунок ерозії, а нижчі зберігалися в широких неглибоких басейнах, де вугілля розташовано на рівні не менш, як 900 метрів під земною поверхнею.

2. Види вугілля, його запаси на території України
Види вугілля:
• буре вугілля;
• кам’яне вугілля;
• антрацити.

Види вугілля розрізняються за вмістом у його складі вільного вуглецю (до 10 %), органічних та неорганічних речовин.
Запаси вугілля на території України (117,1 млрд т) зосереджені переважно в трьох басейнах: Донецькому — 87,0 % (101,9 млрд т), Львівсько-Волинському 2,0 % (2,3 млрд т) та Дніпровському 3,5 % (4,1 млрд т).
Крім того, запаси вугілля є на території Харківської та Полтавської областей — 8,7 млрд т та Закарпатської — 0,2 млрд т.
Запасів вугілля в Україні цілком достатньо для задоволення власних потреб і забезпечення експортних поставок. Однак складні гірничо-геологічні та технологічні умови розробки вугільних родовищ України (в першу чергу Донбасу), суттєво впливають на економічну ефективність виробництва у вугільній промисловості.













3. Переробка вугілля



Коксування (суха перегонка) вугілля полягає в його хімічному розкладанні при нагріванні без доступу повітря.
Розрізняють два варіанти сухої перегонки вугілля — напівкоксування (швелювання) і коксування, перший процес здійснюється за температури 500–550 °С, друга — 900–1050 °С.
Головне завдання напівкоксування кам’яного вугілля — одержання рідких вуглеводнів (бензину); одночасно утворюються напівкокс і суміш газів (CO, CO2, H2, N2, CH4 та ін.). Напівкокс не можна застосовувати в металургії, його використовують у виробництві кальцій карбіду та для газифікації вугілля. Температура, за якої відбувається напівкоксування, не повинна перевищувати 550 °С, оскільки при більш високій температурі вихід рідких вуглеводнів зменшується. Із 1 т кам’яного вугілля одержують 110 м3 газу, 750–800 кг напівкоксу та 8 кг смоли й дьогтю.
Коксування кам’яного вугілля має велике промислове значення. Процес коксування здійснюється на коксохімічних заводах, де переробляють жирне вугілля (з виходом летких речовин 10–30 %), і на газових заводах, де переробляють газове вугілля (з виходом летких речовин 35–40 %). Процес проводять у щільно закритих камерних печах, що вміщають 30–40 т вугілля; печі обкладені жаростійкою силікатною цеглою. Між камерами розташовані канали, у яких спалюють частину газів, що відходять, для підтримки високої температури.
Газифікація — це перетворення органічної частини викопного вугілля на горючі гази під час високотемпературної (1000–2000 °С) взаємодії з окиснювачами (O2, повітря, водяна пара,CO2). При цьому вугілля майже повністю перетворюється на генераторний і водяний гази (твердий залишок — зола). Для газифікації використовують буре вугілля та продукт переробки кам’яного вугілля — кокс.
Газифікацію вугілля проводять у газогенераторах. Крізь шар коксу (товщиною 3 м) знизу нагору поперемінно пропускається повітря (гаряче дуття) і водяна пара (холодне дуття).
При гарячому дутті відбувається екзотермічний процес:
 ; 
Утворений CO реагує з N2 (із повітря) і утворює генераторний (повітряний) газ. Його теплотворна здатність становить 4300 кДж / м3, що досить мало в порівнянні з теплотою згоряння природного газу (38 000 кДж / м3), тому генераторний газ використовують як паливо тільки в металургійному виробництві та на коксохімічних заводах.
При холодному дутті відбувається ендотермічний процес:
 ; 
Утворена суміш CO і H2 називається водяним газом. Його теплотворна здатність
11 кДж / м3. Водяний газ використовується в багатьох промислових синтезах, наприклад при одержанні метанолу й амоніаку.

4. Продукти переробки кам’яного вугілля та їх застосування
Головні продукти переробки кам’яного вугілля:
• коксовий газ — використовують для обігрівання коксових печей, проте це застосування є нераціональним, оскільки його теплотворна здатність не дуже велика. Переважно коксовий газ використовують у хімічній промисловості — з нього одержують водень, етилен, із яких синтезують різноманітні речовини. Шляхом контакту з іншим продуктом (кам’яновугільною смолою) із коксового газу одержують технічний бензол — рідку суміш легкокиплячих аренів;
• амоніачна вода — з неї шляхом обробки вапняним молоком (водною суспензією кальцій гідроксиду) одержують амоніак;
• кам’яновугільна смола — є основним джерелом ароматичних вуглеводнів. Її розділяють шляхом перегонки на арени, феноли й похідні піридину, що є важливою сировиною для виробництва барвників, розчинників, вибухових речовин, лікарських і запашних препаратів, пестицидів тощо;
• залишок перегонки смоли — кам’яновугільний пек — використовується для виготовлення асфальту й ущільнюючих засобів;
• кокс, отриманий з вугілля, використовується в металургії у процесах виплавляння металів у доменних печах.

6. Узагальнення та закріплення знань
6.1. Лабораторний дослід № 3
Тема: ознайомлення за зразком продуктів коксування вугілля та різних видів палива.
Мета: дослідити властивості продуктів коксування кам’яного вугілля та різних видів палива.
Досліджувані об’єкти: колекція продуктів коксування та різних видів палива.
Хід роботи
1. Розгляньте запропоновані продукти коксування кам’яного вугілля.
2. Заповніть порівняльну таблицю, в якій слід зазначити фізичні властивості (агрегатний стан, колір, наявність запаху), особливості хімічного складу та галузь застосування.
3. Зробіть висновки (поясніть залежність застосування від хімічного складу та фізичних властивостей продуктів коксування).




















Урок 11
Основні види палива і їхнє значення в енергетиці країни. Охорона навколишнього середовища від забруднень
при переробці вуглеводневої сировини
 й використанні продуктів її переробки
Мета уроку: узагальнити знання учнів про види палива, показати їхнє значення в енергетиці країни; ознайомити учнів із проблемами забруднення навколишнього середовища продуктами переробки нафти, вугілля, природного газу; поглибити знання про парниковий ефект; розвивати дбайливе ставлення до навколишнього середовища, екологічну свідомість учнів; показати значення альтернативних джерел енергії й можливості використання вторинної сировини.
Очікувані результати: учні повинні оцінювати вплив продуктів переробки вуглеводневої сировини на навколишнє середовище.
Обладнання: підручники, схема використання паливних ресурсів.

Тип уроку: комбінований.
1. Організаційний етап
1.1. Привітання.
1.2. Перевірка присутності учнів: кількість за списком _________,
кількість присутніх на уроці ___________, відсутніх ___________.
1.3. Перевірка готовності учнів до уроку.
1.4. Перевірка готовності класного приміщення до уроку.
2. Етап перевірки домашнього завдання
2.1. Перевірка письмового завдання біля дошки.
2.2. Повідомлення учнів про продукти переробки вугілля та їх використання.
2.3. Робота біля дошки або за картками (хімічні перетворення).
3. Етап підготовки учнів до активного й усвідомленого засвоєння нового матеріалу
3.1. Повідомлення теми нового матеріалу.
3.2. Формулювання разом з учнями мети і задач вивчення нового матеріалу.
У ході бесіди слід дійти висновку про визначальну роль енергетики в економіці країни та про необхідність захисту навколишнього середовища.
3.3. Мотивація навчальної діяльності.
Слово вчителя
Економічний розвиток суспільства тісно пов’язаний зі споживанням значної кількості енергії. Основними джерелами енергії є вугілля, нафта, природний і супутній гази. Ресурси викопного палива скорочуються, що змушує підвищувати ефективність їх використання. Одночасно постає проблема захисту навколишнього середовища, що змушує докладати зусиль, спрямованих на розробку й вдосконалення технологій використання природної сировини, опанування нових джерел енергії. У вирішенні цих проблем ключова роль належить хімії.
4. Актуалізація опорних знань
Бесіда
1. Які види палива вам відомі?
2. Якого негативного впливу можна заподіяти навколишньому середовищу при видобуванні основних видів палива та їх використанні?
5. Етап засвоєння нових знань
План пояснення нового матеріалу
1. Основні види палива та їхнє значення в енергетиці країни. (Обговорення таблиці.)
2. Забруднення навколишнього середовища при використанні вуглеводневої сировини (парниковий ефект, кислотні дощі, термічні й хімічні забруднення). (Розповідь учителя.)
3. Альтернативні джерела енергії. (Бесіда.)
6. Узагальнення й закріплення знань
6.1. Робота біля дошки.
Як домішки у складі вугілля містяться Сульфур і його сполуки. Сульфур(IV) оксид, що утворюється при спалюванні палива, необхідно вловлювати. Запропонуйте варіанти використання цього оксиду й продуктів його переробки. Відповідь підтвердьте рівняннями реакцій.
6.2. Фронтальне опитування.
1. Назвіть найважливіші природні джерела вуглеводнів.
2. В який спосіб можна встановити присутність води, карбон(IV) оксиду в продуктах горіння?
3. Які позитивні й негативні наслідки виробництва енергії?
4. У чому полягає причина кислотних дощів? Що, на вашу думку, слід зробити, щоб їх не було?
5. Назвіть можливі наслідки парникового ефекту.
6. Коли говорять про шкідливі наслідки для навколишнього середовища, що пов’язані з виробництвом енергії, зазвичай звинувачують хімію. Чи справедливо це?
7. Домашнє завдання, інструктаж щодо його виконання
7.1. Завдання для всього класу.
Підручник _______________________________________________
Робочий зошит ___________________________________________
Збірник завдань __________________________________________
7.2. Індивідуальне завдання.
Підготувати доповіді до семінарського заняття за темами:
1. Найважливіші родовища кам’яного вугілля, нафти й газу в Україні.
2. Використання природних джерел вуглеводнів і продуктів їхньої переробки:
а) в органічному синтезі; б) як палива.
3. Екологічні наслідки виробництва енергії.
4. Альтернативні джерела енергії.
___________________________________________________________

















Робота за картками
1. Здійсніть перетворення. Визначте тип реакції, назвіть одержані речовини.
а)


б)


Відповіді:
а) 1)   (окиснення);

2)   (реакція розкладу);

3)   (реакція заміщення).


б) 1)   (дегідрування);

2)   (полімеризація);
3)     1,2-дихлороетан (приєднання).


5. Етап засвоєння нових знань
1. Основні види палива та їхнє значення в енергетиці країни
Джерела енергії Вироблення енергії, 1018 Дж
1972 р. 1985 р. 2000 р. 2020 р.
Вугілля 66 115 170 269
Нафта 115 216 195 106
Газ 46 77 143 125
Ядерне паливо 2 23 88 314
Разом 229 431 596 814

 Запитання до учнів:
— Як змінюється співвідношення використання видів палива у різні роки?
— Спрогнозуйте, на яких видах палива у майбутньому буде ґрунтуватися енергетика.
— Які види палива будуть зменшувати «свою частку» в світовій енергетиці? Чому?

2. Забруднення навколишнього середовища при використанні вуглеводневої сировини
 Лекція з елементами бесіди
Як переробка, так і використання продуктів переробки вуглеводневої сировини пов’язане з проблемою забруднення довкілля та необхідністю охорони навколишнього середовища. Але доки застосування нафти, природного газу та вугілля дає економічний ефект, доти неможливо припинити їхнє видобування та переробку. Тому проблема вдосконалення існуючих процесів та створення нових технологій у цих галузях промисловості є актуальною для всіх країн світу.
Хімічними речовинами, що найбільше забруднюють довкілля є: оксиди Карбону (CO та CO2); сульфур(IV) оксид, оксиди Нітрогену (NO та NO2), сірководень H2S, етан CH4 та багато інших.
До основних забрудників атмосфери належать:
• ТЕС, що працюють на викопних видах палива;
• автомобільний транспорт, що викидає у атмосферу небезпечні вихлопні гази;
• нафтопереробні та коксохімічні підприємства.

 Запитання до учнів
— Що, крім атмосфери, зазнає забруднення? Як це відбувається?
Одним із негативних наслідків безконтрольного забруднення атмосфери є парниковий ефект. Він спричиняється збільшенням кількості вуглекислого газу і має згубні наслідки — підвищення середньорічної температури і зміну клімату.
В результаті складних фотохімічних реакцій, у повітрі, забрудненому вуглеводнями, пилом, сажею й оксидами Нітрогену під впливом сонячного світла та підвищеної температури виникає смог. Оксиди Сульфуру та Нітрогену, що викидаються в атмосферу внаслідок роботи ТЕС та автодвигунів, сполучаються з атмосферною вологою й утворюють краплі сульфатної та нітратної кислот. Вони переносяться вітром у вигляді кислотного туману й випадають кислотними дощами.

 Запитання до учнів:
— Як впливають зазначені явища на стан здоров’я людини? Наведіть приклади.
— Чи потерпають інші живі організми від наслідків енергетичної діяльності людини? Наведіть приклади.

Додаткова інформація
 Вміст вихлопних автомобільних газів
Карбон(II) оксид. Отруйний газ без кольору і запаху. При вдиханні сполучається з гемоглобіном крові. Невеликі концентрації викликають запаморочення, головний біль, почуття втоми й уповільнення реакції у водія. Висока концентрація навіть при короткочасному впливі може призвести до смерті. Кисневе голодування насамперед руйнує головний мозок і особливо небезпечно для серцевого м’яза, спричиняє захворювання серця — стенокардію.
Альдегіди. Належать до отруйних речовин, подразнюють очі, дихальні шляхи, вражають нирки й печінку.
Оксиди Нітрогену. Розчиняючись у воді, утворюють нітратну і нітритну кислоти, є причиною кислотних дощів. Ці кислоти утворюються у верхніх дихальних шляхах організму, роз’їдаючи їх.
Сажа. Діє на органи дихання, але найнебезпечнішим є те, що на поверхні часток сажі осідають канцерогенні речовини.
Канцерогенні речовини (зокрема бензопірен). Дуже небезпечні для людини навіть у малій концентрації, оскільки накопичуючись в організмі, ці речовини спричиняють ракові захворювання.
Сполуки Плюмбуму. Отрути, що вражають центральну нервову систему, шлунково-кишковий тракт, порушують процеси обміну речовин. Накопичуються в організмі до небезпечних концентрацій. Поблизу автомагістралей вони накопичуються в ґрунті та рослинах.
Гідроген сульфід (сірководень). Із водяною парою в атмосфері утворює сульфатну кислоту. Тривале вдихання спричиняє порушення діяльності нервової системи.

3. Альтернативні джерела енергії
Бесіда
Учитель заздалегідь записує на дошці джерела енергії.
Біогаз
Вугілля й торф
Нафта
Природний газ
Водень
Рослинне масло
Спирти
Біомаса
Їжа (білки, жири, вуглеводи)
Деревина
Сонце
Припливи (відливи)
Гідроелектроенергія
Вітер
Ядерне паливо

 Запитання до учнів:
— Що таке альтернативні джерела енергії?
— Які із запропонованих на дошці джерел енергії є альтернативними?
— Чому на сучасному етапі людство надає перевагу традиційним джерелам, знаючи про їх негативний вплив на довкілля?
— Запропонуйте свої методи заохочення підприємств використовувати безпечні джерела енергії.







Роздавальний матеріал
Робота за картками
Складіть хімічні реакції для здійснення перетворень. Визначте тип кожної реакції і назвіть речовини.
а)


б)




















Урок №12
Семінарське заняття «Екологічні проблеми і їх вирішення»
 Мета уроку: узагальнити й закріпити зания учнів за темою: «Природні джерела вуглеводнів»; підкреслити важливість екологічного аспекту в одержанні й застосуванні палива.
 Очікувані результати: творчий підхід учнів до вирішування екологічних проблем.
 Обладнання:
 Тип уроку: урок узагальнення знань і вмінь учнів.
1. Організаційний етап
 1.1. Привітання.
 1.2. Перевірка присутності учнів: кількість за списком _________,
 кількість присутніх на уроці ___________, відсутніх ___________.
 1.3. Перевірка готовності учнів до уроку.
 1.4. Перевірка готовності класного приміщення до уроку.
2. Етап перевірки домашнього завдання
 2.1. Перевірка письмового завдання біля дошки.
 2.2. Фронтальне опитування за запитаннями підручника.
3. Етап підготовки учнів до активного й усвідомленого засвоєння нового матеріалу
 3.1. Повідомлення теми уроку.
 3.2. Формулювання разом з учнями мети і задач семінарського заняття.
4. Мотивація навчальної діяльності
 Обговорення вислову
 Однією з найбільш гострих проблем сучасності є збереження навколишнього середовища. Будь-які успіхи науково-технічного прогресу будуть знецінені, якщо вони супроводжуються руйнуванням природи. Людина не зможе жити без чистого повітря, вільного від шкідливих домішок, води та продуктів харчування.
 Тейяр де Шарден
 — Чи можна на сучасному етапі розвитку цивілізації повністю відмовитися від шкідливих промислових технологій?
 — Як поєднати науково-технічний прогрес і охорону природного середовища?
 — Які ще ви знаєте вислови, що закликають людство звернути увагу на екологічні проблеми?
5. Узагальнення і закріплення знань
 (Проведення семінарського заняття)
 5.1. Виступи учнів із доповідями за пропонованими темами:
 1. Найважливіші родовища кам’яного вугілля, нафти й газу в Україні.
 Головні моменти:
 Запаси паливних ресурсів України характеризуються переваго в їхній структурі твердих видів палива (кам’яного вугілля, пальних сланців і торфу) і дефіцитом рідких і газоподібних вуглеводнів. Відсутність достатньої кількості нафти і природного газу створює значні труднощі в розвитку економіки.
 2. Використання природних джерел вуглеводнів і продуктів їхньої переробки:
а) в органічному синтезі; б) як палива.
 Головні моменти:
 Видобута і неперероблена нафта зазвичай не застосовується. Для одержання з нафти необхідних речовин її треба піддати переробці. Останнім часом нафтові вуглеводні широко використовують як сировину для хімічної промисловості. Різними способами з них отримують речовини, необхідні для виробництва пластмас, синтетичного текстильного волокна, синтетичного каучуку, спиртів, кислот, синтетичних мийних засобів, вибухових речовин, отрутохімікатів, синтетичних жирів тощо.
 Головне завдання переробки природних газів — перетворення насичених вуглеводнів у більш активні — ненасичені, які потім переробляють на синтетичні полімери (каучук, пластмаси). Крім того, окисненням вуглеводнів одержують органічні кислоти, спирти та інші продукти.
 3. Екологічні наслідки виробництва енергії.
 Головні моменти:
 Парниковий ефект: причини; наслідки.
 Кислотні дощі: історична довідка; неприємності, пов’язані з кислотними дощами; процес утворення кислотних хмар.
 4. Альтернативні джерела енергії.
 Головні моменти:
 Пряме перетворення сонячної енергії: використання сонячних панелей та фотоелементів; використання сонячної енергії для одержання водню шляхом електролізу та фотолізу; біофотоліз; термохімічне розкладання води.
 Одержання енергії з біомаси: біогаз; спирт; рослинні масла.
 Екологічний аспект енергетичної проблеми.
 5.2. Обговорення.
 5.3. Колективне формулювання висновків.
6. Підбиття підсумків уроку, рефлексія
 «Закінчи речення»
 — Сьогодні на уроці я дізнався…
 — Сьогодні на уроці я зрозумів…
 — Сьогодні на уроці найцікавішим було…
 — У мене виникло запитання щодо…
7. Домашнє завдання, інструктаж щодо його виконання
 7.1. Завдання для всього класу.
 Підручник ________________________________________________
 Робочий зошит ____________________________________________
 Збірник завдань ____________________________________________
 7.2. Індивідуальне завдання.
 ________________________________________________________________
________________________________________________________________























Матеріали до семінарського заняття
Найважливіші родовища кам’яного вугілля, нафти, газу в Україні
Загальна характеристика родовищ України
Запаси паливних ресурсів характеризуються перевагою в їхній структурі твердих видів палива (кам’яного вугілля, пальних сланців і торфу) та дефіцитом рідких і газоподібних. Відсутність достатньої кількості нафти і природного газу створює значні труднощі у розвитку економіки.
Основні родовища пальних вуглеводнів в Україні розташовані в Дніпровсько-Донецькому, Карпатському і Причорноморсько-Кримському нафтогазоносних регіонах. Уже понад сто років видобуваються нафта у Бориславі та 80 років — природний газ у Прикарпатті. Тому запаси Бориславського, Долинского, Битков-Бабчинського й Оров-Уличнянського нафтових і Дашавського, Угерського, Рудковського, Ходовицького, Калушського, Кадобнянського газових родовищ майже вичерпані. Близько 80 % видобутку нафтогазової сировини країни зараз припадає на родовища східної України. Найбільші нафтові родовища: Леляківське, Гнідинцивське і Глинсько-Розбишевське; нафтогазові — Качанівське, Рибальське; газові — Шебелинське, Єфремовське, Захрестищенське. На півдні України найбільше число родовищ нафти і газу досліджено на Тарханкутському і Керченському півостровах. Із 1966 р. тут добувається газ, а з 1993 р.— нафта.
Велика надія пов’язана з найбільш глибокими шарами вже відомих родовищ (особливо Передкарпаття) і шельфами Чорного та Азовського морів. Необхідно зазначити, що в колишньому СРСР переважно видобували тільки 30–40 % загально-геологічних запасів родовищ, а в країнах із високим рівнем технології віддача родовищ досягає 70–80 %. Оскільки в Україні до цього часу вже добуто понад 250 млн т нафти і понад 1 трлн м3 природного газу, то, використовуючи сучасні технології підвищення віддачі родовищ, можна різко підвищити видобуток нафти і газу.
За призначенням у господарстві мінеральні ресурси поділяють на енергетичні, рудні та нерудні. До енергетичних належать ті, що здатні виділяти енергію. Сюди ж можна віднести і уранові руди, що переробляються на паливо для атомних електростанцій. Рудні корисні копалини використовують для виплавлення металів як чорних (залізо, марганець), так і кольорових (мідь, цинк, титан, олово, нікель та ін.). Є руди, що містять багато кольорових металів, їх називають поліметалевими. До нерудних належать ті мінеральні ресурси, які використовують у хімічній промисловості, а також як будівельні матеріали чи сировина для її виробництва.
За цією класифікацією кам’яне вугілля, нафту та природний газ відносять до енергетичних ресурсів.
Докладна характеристика енергетичних ресурсів України
В Україні це поклади кам’яного та бурого вугілля, нафти, горючих газів, торфу, уранових руд, горючих сланців. Серед усіх видів палива найважливіше значення у нашій країні має кам’яне вугілля. Загальногеологічні запаси його становлять близько 60 млрд т. Запаси кам’яного вугілля зосереджені в Донецькому і Львівсько-Волинському басейнах.
Донецький басейн (Донбас) охоплює Донецьку, Луганську, Дніпропетровську і частково Харківську області. Частину басейну, що розташована на Лівобережжі Дніпра, називають Західним Донбасом. Вугілля Донбасу висококалорійне, тобто при його спалюванні виділяється багато тепла і досягається висока температура. Близько половини його запасів становить високоякісне коксівне вугілля (вміст Карбону — 75–90 %) та антрацит (Карбон — 90–96 %). У Донбасі зосереджено 98 % усіх промислових запасів кам’яного вугілля країни.
Львівсько-Волинський басейн розміщений у межах Львівської і Волинської областей. Запаси вугілля тут порівняно з Донбасом незначні, а їхня якість низька. У басейні переважає малокалорійне вугілля, що використовують як енергетичне паливо. Важливість басейну полягає в тому, що він розміщений у західній частині країни — найвіддаленіший від Донбасу.
Найбільші поклади бурого вугілля зосереджені у Дніпропетровському буровугільному басейні, що розташований на Правобережжі від Житомирської до Дніпропетровської областей. Невеликі поклади бурого вугілля залягають на заході України.
Нафта і газ в Україні виявлені у трьох нафтогазоносних районах: Передкарпатському, Дніпровсько-Донецькому і Причорноморському.
Передкарпаття належить до одного з найдавніших районів нафто- і газовидобутку в світі. Найбільші родовища нафти — Долинське, Битківське, Бориславське, а серед нових — Лопушнянське у Чернівецькій області. Газ тут значною мірою вичерпаний. Найважливіші родовища його — Дашавське, Угерське, Рудківське. Передкарпатський газ, у складі якого міститься 98 % метану — дуже цінна хімічна сировина.
Дніпровсько-Донецький нафтогазоносний район розташований на Лівобережжі Дніпра, у Чернігівській, Полтавській, Сумській та Харківській областях. Тут зосереджено понад 70 % розвіданих покладів нафти і газу в Україні. Райони залягання промислових запасів нафти розміщені північніше газових. Найбільші родовища нафти — Леляківське, Гнідинцівське (Чернігівська область), газу — Шебелинське і Єфремівське (Харківська область).
Родовища нафти й газу в Причорномор’ї порівняно здавна відомі на Кримському півострові. Вони мають місцеве значення. Найбільше родовище газу — Глібовське. Проводяться пошуки нафти й газу на шельфі Чорного та Азовського морів. За оцінками експертів тут мають залягати великі запаси цих енергетичних ресурсів.
Надра України багаті на торф. Найбільші поклади його зосереджені в Рівненській, Чернігівській та Волинській областях.
Горючі сланці є низькосортним паливом. Запаси їх зосереджені в Черкаській області.
Значні поклади уранових руд є у Кіровоградській області.

2. Використання природних джерел вуглеводнів і продуктів їхньої переробки
Нафта
За складом нафта — складна суміш вуглеводнів різної молекулярної маси, переважно рідких (у них розчинені тверді та газоподібні вуглеводні). Зазвичай це вуглеводні парафінові, циклоалкани, ароматичні, співвідношення яких у нафтах різних родовищ коливається в широких межах. Крім вуглеводнів, нафта містить органічні сполуки Оксигену, Сульфуру, Нітрогену тощо.
Видобута і неперероблена нафта зазвичай не застосовується. Для одержання з нафти необхідних речовин її треба піддати переробці.
Продукти нафтоперегонки мають широке і різноманітне застосування.
Бензин у великих кількостях використовують як авіаційне та автомобільне паливо.
Лігроїн — це пальне для дизельних двигунів. Його використовують як розчинник у лакофарбової промисловості. Значну кількість легроїну переробляють на бензин.
Гас застосовують у побутових потребах та як пальне для реактивних і тракторних двигунів.
Солярове масло використовують як моторне паливо, а мастила — для змащення механізмів. Вазелін використовують у медицині та парфумерній промисловості.
Парафін застосовують для одержання вищих карбонових кислот, у виробництві сірників і олівців, для виготовлення свічок, гуталіну тощо.
Гудрон використовують при виробництві асфальту.
Мазут іде на переробку для одержання мастила і бензину, також його використовують як котельне рідке паливо. Під час вторинної переробки нафти відбувається зміна структури вуглеводнів, що входять до її складу.
Для одержання автомобільного бензину використовують технології термічного крекінгу. Каталітичним крекінгом, що проводиться за наявності каталізаторів одержують авіаційний бензин.
Останнім часом нафтові вуглеводні широко використовують як сировину для хімічної промисловості. Різними способами з них отримують речовини, необхідні для виробництва пластмас, синтетичного текстильного волокна, синтетичного каучуку, спиртів, кислот, синтетичних мийних засобів, вибухових речовин, отрутохімікатів, синтетичних жирів тощо.
Природний і супутній гази
У природному газі містяться вуглеводні з невеликою відносною молекулярною масою.
Природний газ використовують як дешеве паливо з високою теплотворною здатністю. Це один із кращих видів палива для промислових і побутових потреб.
До природних газів належать і так звані супутні гази, які зазвичай розчинені в нафті та виділяються при її видобутку. У супутніх газах міститься менше метану, але більше етану, пропану, бутану і вищих вуглеводнів.
Раніше супутні гази не знаходили застосування і при видобутку нафти спалювалися. Зараз їх використовують як паливо і як цінну хімічну сировину.
Головне завдання природних переробки природних газів — перетворення насичених вуглеводнів у більш активні — ненасичені, які потім переробляють на синтетичні полімери (каучук, пластмаси). Крім того, окисненням вуглеводнів одержують органічні кислоти, спирти та інші продукти.
Вугілля
Вугілля разом із природним газом і нафтою, є джерелом енергії та цінною хімічною сировиною.
Основний метод переробки кам’яного вугілля — коксування (суха перегонка). При коксуванні (нагріванні до 1000 ... 1200 ° С без доступу повітря) одержують різні продукти: кокс, кам’яновугільну смолу, аміачну воду і коксовий газ.
Коксовий газ застосовують для обігрівання коксових печей, але переважно його піддають хімічній переробці. З нього виділяють водень для синтезу амоніаку, який використовується потім для отримання азотних добрив.
Кам’яновугільна смола є джерелом ароматичних вуглеводнів. Після її ректифікаційної перегонки одержують бензол, толуол, ксилол, нафталін, а також феноли, нітрогеновмісні сполуки. Після перегонки смоли залишається пек, що використовується для виготовлення електродів і будівельного толю.
3. Екологічні наслідки виробництва енергії
Парниковий ефект
Парниковий ефект обмежує кількість теплової енергії, що випромінює Земля в космічний простір. Одночасне нагромадження пилу у верхніх шарах атмосфери призводить, навпаки, до охолодження Землі, оскільки підсилює відбиття сонячного випромінювання земною атмосферою.
Та частина сонячного випромінювання, що пройшла крізь озоновий шар і досягала поверхні Землі, складається з ультрафіолетового, видимого світла та інфрачервоного випромінювання. Інфрачервоне випромінювання називають ще тепловим, оскільки підвищує температуру речовин. Нагріта земна поверхня в свою чергу стає джерелом інфрачервоного випромінювання. Його поглинають випари води, вуглекислий газ, метан й інші компоненти атмосфери, створюючи парниковий ефект. Без парникового ефекту Земля була б безжиттєвою пустелею: усе її тепло йшло б у космос, температура на її поверхні становила б –15 °С, а не +18 °С як зараз.
Однак збільшення промислових викидів і ріст концентрації CO2 в атмосфері може призвести до глобального потепління клімату. Тоді внаслідок танення полярного льоду підніметься рівень Світового океану, і частина суші виявиться затопленою.
Проблема задоволення зростаючих потреб людства в енергії зараз полягає не в тім, щоб зберегти навколишнє середовище та звести до мінімуму його руйнування, а в тім, щоб як найефективніше використати навколишнє середовище. У деяких країнах, що розвиваються, зростає небезпека того, що звичайні харчові сільськогосподарські культури будуть витиснуті з полів культурами, що використовуються як сировина для одержання пального. Це означає, що бідняки залишаться без їжі, а багатії будуть їздити в автомашинах. Країни, що розвиваються, змушені дотепер використовувати деревину як основний вид палива. У деяких країнах до 90 % виробленої енергії одержують спалюванням деревини, спричиняючи тим самим величезну шкоду навколишньому середовищу.
Кислотні дощі
Уперше про кислотні дощі заговорили ще в 1852 році. Людина на прізвище Сміт, яка проживала в Манчестері, зібрала у фотографічну кювету дощову воду й чомусь додала туди розчин солі Барію. Вода стала мутною. Оскільки це відома якісна реакція на сульфат-іон (SO42-), то стало зрозуміло, що в дощовій краплі є сульфатна кислота. Хоча задовго до Сміта в 1696 році Р. Бойль також виявив кислу реакцію дощової води, але він так і не визначив, чому це відбувається. Тому довгий час вважали, що в краплинах дощу розчиняється CO2 й утворюється слабка карбонатна кислота. Коли Сміт виявив сульфатну кислоту, йому не одразу повірили, і почали  перевіряти його результат ще раз. Виявилося, що, крім сульфатної, у дощовій краплі є ще й нітратна кислота, потім знайшли метанову, а згодом — щавлеву й етанову. Чому ж саме в середині XIX століття вдалося виявити цілий набір кислот у дощових краплях, причому найпростішими способами? Справа в тому, що це був початок технологічної й індустріальної революції: в Англії з’явилися перші майстерні, підприємства та котельні, де у великій кількості спалювали вугілля. А спалювання будь-якого викопного палива, твердого або рідкого, дає не тільки вуглекислий газ(CO2), але й сульфур(IV) оксид (SO2). Спочатку вважали, що механізм утворення сульфатної кислоти простий — це звичайне розчинення сульфур(IV) оксиду в дощовій краплі, але, цей механізм виявився значно складнішим. Спочатку вчені навіть зраділи кислотним дощам, адже кожна хмара приносила на поля не тільки вологу для ґрунту, але й добриво — Сульфур і Нітроген. Але радість була передчасною.
Проблеми, пов’язані з кислотними дощами
Якщо розташувати проблеми, пов’язані з кислотними дощами, у міру убування їхньої шкідливості, то вийде такий ряд:
• Зниження врожайності основних сільськогосподарських культур (пшениці, жита, кукурудзи тощо), оскільки в закиснених ґрунтах гине ґрунтова біота. Тільки деякі рослини (кропива, щавель, виноград) люблять кислий ґрунт. Захистити ґрунт від кислотних дощів дуже важко, хоча це намагаються зробити, вносячи в нього вапняк. Але масштаб природних явищ і людських дій не можна порівняти.
• Загибель лісів. Через кислотні дощі дерева втрачають імунітет, хворіють на різні нетипові хвороби, у них знижується фотосинтез, і вони гинуть. На сьогодні уражена значна частина лісів Європи, а в США й Канаді масштаби шкоди вражають. Такі ліси мають вигляд як після пожежі: голі стовбури й жодного листочка. Картина, треба зізнатися, страшна.
• Загибель водойм (озер). Від кислотних дощів гине водна біота. Не залишається ані риб, ані равликів, ані черв’яків. Відбувається це поступово: під дією кислоти розчиняються алюмосилікатні породи (там, де вони є) з утворенням токсичних речовин. Загибель всієї біоти вчені спостерігають при такому рівні pH, коли концентрація Алюмінію у водоймі досягає летальної дози. У минулі роки «загинули» вже тисячі озер у США, Канаді й Швеції (правда, є надія, що на цьому процес зупиниться).
• Корозія й руйнування вапняних, кам’яних будинків, металевих дахів і різних споруд. У XIX столітті в Європі саме із цієї причини стали покривати дахи черепицею — вона служить набагато довше.
Для дощової краплі потрібна сіль або пил
Отже, дощова крапля містить цілий набір кислот, а також йони амонію, Феруму, Натрію, Кальцію, Мангану, Магнію. Щоб зрозуміти, як збирається такий хімічний букет, треба згадати, як утворюється хмара. Зазвичай небо Землі більш ніж наполовину вкрито хмарами. Всі вони існують близько години, потім 85 % хмар розсіюється, а інші випадають у вигляді дощу. Якщо хмара потрапляє до зони з меншою вологістю або більш високою температурою, то дощу не буде: краплі випаруються й хмара, тепер уже газова, буде рухатися далі. Так, випаровуючись і конденсуючись знову, хмара може переміщуватися на значні відстані, до 2000 км. Тому хмара, що утворилася в одній країні, може випасти кислотним дощем в інший, розташованій далеко від місця забруднення. Це називається трансграничним перенесенням: хмара утвориться у Німеччині, а випадає на Швецію або Данію, утвориться в США, а озера гинуть у Канаді...
Переважна частина хмар розташована в тропосфері, на висоті 1–5 км. Водяна пара піднімається угору, де значно нижчі температури (температура зменшується з висотою близько 6 °С на кілометр), тому спочатку ненасичена водяна пара угорі стає насиченою. У цьому стані випари мають сконденсуватися, тобто перетворитися на краплю, але цього не відбувається, оскільки краплі потрібний центр конденсації. Над поверхнею океану, там, де найбільше утворюються хмари, цими центрами конденсації є кристалики солі (NaCl). Вони з’являються через те, що вітер підхоплює з поверхні океану краплі морської води, висушує їх, і кристалики, що утворилися, піднімаються вгору. А сіль — це гідрофільна сполука, на яку осідає вода, тобто конденсується. Крапелька швидко росте й через п’ять хвилин досягає розміру 10 мікронів. Це стійкий розмір існування водяної краплі, і саме в цьому стані вона «живе» близько години. У такий спосіб утворюються хмари над морем чи океаном.
Над індустріальною зоною центрами конденсації крапель є інші аерозольні частинки, наприклад оксиди Феруму й Мангану. Їх викидають у повітря промислові підприємства, наприклад теплові електростанції, що працюють на вугіллі або мазуті. На ТЕС сполуки, що містилися у вугіллі або нафті, згоряють і потрапляють в атмосферу у вигляді прожарених, повністю збезводнених оксидів. Такі прожарені оксиди є гідрофільними й тому стають центрами конденсації для хмарних крапель. От чому в дощових краплях містяться йони Феруму й Мангану, причому в значних концентраціях (до 10-6 моль/л). А ще — йони Кальцію, Магнію, амонію.

4. Альтернативні джерела енергії
Пряме перетворення сонячної енергії
 Запитання до учнів
У який спосіб можна безпосередньо використовувати сонячне випромінювання?
1. Найважливішим способом прямого перетворення сонячної енергії є використання сонячних панелей. Їх виготовляють із металів, оскільки вони є гарними провідниками тепла. Найчастіше використовується мідь.
На панель наносять покриття чорного кольору, щоб вона краще поглинала сонячне світло. Сонячні панелі зазвичай розміщують на дахах будинків і використовують для обігріву осель.
2. Перетворення сонячної енергії на електричну можливе за допомогою фотоелементів. Проте вони мають невисоку ефективність: їхній коефіцієнт корисної дії не перевищує 20 %. Важливим завданням є підвищення ефективності фотоелементів. Одна з можливостей їхнього поліпшення полягає у використанні скляних панелей, що містять оксид Урану й рідкоземельний елемент Неодим, що підсилює поглинання світла фотоелементом.
3. В останні роки велику увагу вчених привернуло використання сонячної енергії для одержання водню (як пального) з води. Водень — найпоширеніший елемент у Всесвіті, проте цього не можна сказати про Землю. Більша частина Гідрогену в земних умовах перебуває у формі води. Отриманий будь-яким способом водень можна перетворити потім в інші види пального, наприклад у метанол. Найпростішим способом одержання водню з води є електроліз. Ефективність цього процесу досягає 83 %. Однак зараз ще економічно невигідно використовувати електроенергію, що вироблена за допомогою сонячної енергії шляхом її електролізу.
Більш привабливим є пряме використання сонячної енергії для одержання водню з води за допомогою її фотохімічного розкладання. Цей процес називається фотолізом. На сьогодні розглядаються два головних підходи до рішення цієї проблеми — біологічний і біохімічний.
4. У рамках біологічного підходу для розкладання води на водень і кисень використовуються живі організми. Цей процес називається біофотолізом. При біохімічному підході для одержання водню з води використовуються ферменти, отримані з живих організмів. Цим методом уже вдається одержувати водень із води, однак швидкість і тривалість цього процесу поки ще незадовільні.
5. Ще одне перспективне джерело енергії — це використання сонячних колекторів, здатних концентрувати сонячне випромінювання і досягати високих температур, необхідних для термохімічного розкладання води. Цей процес запишемо рівнянням

Одержання енергії з біомаси
Біомаса складається з будь-яких речовин тваринного й рослинного походження. Їжа, деревина, органічні відходи тварин і рослин — усе це різновиди біомаси. Біомаса є важливою формою запасання енергії. Наприклад, вуглеводи, жири й білки, що містяться у їжі, забезпечують енергією людський організм. Людство вже давно використовує деревину як паливо. В останні десятиліття біомаса цікавить учених і технологів як джерело таких видів пального, як біогаз і спирт.
Біогаз — подібно до природного газу — це переважно метан. Для одержання біогазу широко застосовуються певні біологічні процеси при очищенні побутових і сільськогосподарських стічних вод. На заводах для одержання біогазу як сировину використовують відходи тваринного й рослинного походження, що перегнивають у генераторах або автоклавах. У цих установках гниття відбувається без доступу кисню, тобто в анаеробних умовах, за яких певні різновиди бактерій розкладають відходи з утворенням газоподібного метану. Газоподібний метан збирають, і потім безпосередньо використовують для опалення осель, готування їжі, або для одержання електричної енергії за допомогою електрогенераторів.
Виробництво біогазу швидко збільшується в країнах, що розвиваються. У Китаї розміщено близько 4,3 млн установок, що виробляють біогаз, і підготовлено близько 100 000 фахівців для їхнього обслуговування. В Індії діє понад 60 000 установок з виробництва біогазу.
Використання «зелених відходів» у країнах, що розвиваються, виявляється привабливим із кількох причин. По-перше, такий біогаз можна одержувати в сільській місцевості. По-друге, залишки після одержання біогазу із зелених відходів мають високий вміст Нітрогену й можуть використовуватися як добрива. Землі, що є непридатними для вирощування зернових культур, можуть бути використані для вирощування біомаси з метою наступного одержання біогазу. Багато водяних рослин, наприклад водяні гіацинти, що засмічують канали й водойми в деяких країнах, теж можуть бути використовані для одержання біогазу. Нарешті, використання біогазу дозволяє зменшити витрати деревини як пального.
Іншим різновидом біопалива є спирт, що вже давно використовується як пальне, наприклад у лампах-спиртівках або в суміші з бензином. Спирт можна одержувати з таких рослин, як, наприклад, цукровий очерет і маніок, шляхом ферментації (зброджування) і перегонки. Бразилія виробляє його із зернових культур, а також розробляє й випускає автомашини із двигунами, що працюють на суміші бензину зі спиртом.
Певний інтерес фахівці виявляють до використання деякої рослинної олії як дизельного палива й мастильних матеріалів.
Останнім часом в цьому напрямку проводяться випробування олії, що одержують із соєвих бобів, соняшника, земляних горіхів (арахісу), суріпки (рапсу), евкаліпта, гарбуза, а також пальмової, кокосової й касторової олії.
За даними Всесвітньої енергетичної конференції, видобуток нафти й газу скоро досягне максимуму. Разом з цим одержання енергії з вугілля, ядерного пального, а також сонячних і геотермальних джерел у найближчі 30 років буде постійно зростати. У більш віддаленому майбутньому переважними джерелами енергії стануть ядерний розподіл, ядерний синтез, а також сонячна енергія. Однак сьогодні ще не визначено, до якого ступеня є можливою розробка зручної, безпечної й економічно вигідної технології одержання енергії з цих джерел.

Екологічний аспект енергетичної проблеми
Однією з найважливіших проблем, пов’язаних з використанням горючих копалин є проблема забруднення навколишнього середовища. Усім відомі проблеми, пов’язані із забрудненням моря нафтою. Спалювання горючих копалин призводить до загального забруднення атмосфери. Щохвилини у світі спалюються сотні мільйонів тонн вугілля. Продуктами його спалювання, крім корисної енергії, є дим, сажа, оксиди Карбону й Сульфуру. На сучасних теплоелектростанціях, що працюють на вугіллі, видалення пилу й окалини з газів здійснюється за допомогою спеціальних фільтрів. Потім очищені гази через високу трубу випускаються у верхні шари атмосфери. Це призводить до виникнення так званого парникового ефекту та багатьох інших негативних наслідків.



Роздавальний матеріал

Робота за картками
Складіть хімічні реакції для здійснення перетворень. Визначте тип кожної реакції і назвіть речовини.
а)


б)














Урок 13-14
Синтез органічних сполук різних класів на основі вуглеводневої сировини
Мета уроку: узагальнити й закріпити знання учнів про хімічні властивості органічних сполук, їхній генетичний зв’язок; показати важливість вуглеводневої сировини як джерела для одержання органічних речовин різних класів; розвивати логічне мислення учнів.
Очікувані результати: учні повинні усвідомити важливість вуглеводневої сировини для економіки країни, учні повинні пояснювати взаємоперетворення органічних речовин.
Обладнання: підручники.

Тип уроку: урок удосконалення знань, умінь і навичок.
1. Організаційний етап
1.1. Привітання.
1.2. Перевірка присутності учнів: кількість за списком _________,
кількість присутніх на уроці ___________, відсутніх ___________.
1.3. Перевірка готовності учнів до уроку.
1.4. Перевірка готовності класного приміщення до уроку.
2. Етап перевірки домашнього завдання
2.1. Перевірка письмового домашнього завдання біля дошки.
2.2. Фронтальне опитування за запитаннями з підручника.
3. Етап підготовки учнів до активного й усвідомленого засвоєння нового матеріалу
3.1. Повідомлення теми нового матеріалу.
3.2. Формулювання разом з учнями мети і задач вивчення нового матеріалу.
У процесі бесіди слід підвести учнів до розуміння важливості застосування природних вуглеводнів як сировини для органічного синтезу.
3.3. Показ практичного значення вивчення нового матеріалу.
Слово вчителя
У зв’язку зі швидким розвитком хімічної й нафтохімічної промисловості потреба в нафті збільшується не тільки з метою підвищення вироблення палива і масел (мастил), але і як джерела важливої сировини для виробництва синтетичних каучуків і волокон, пластмас, ПАВ, мийних засобів, пластифікаторів, присадок, барвників тощо (на це витрачається понад 8 % від
об’єму світового видобутку).
4. Актуалізація опорних знань
Проблемне запитання
Як ви вважаєте, які органічні речовини і в який спосіб можна одержати з метану?
На дошці записуються всі запропоновані формули і схеми одержання. У ході уроку пропозиції учнів або підтверджуються, або спростовуються.
5. Етап засвоєння нових знань
План пояснення нового матеріалу
1. Складання схеми синтезу органічних речовин різних класів на основі вуглеводневої сировини. (Бесіда.)
2. Одержання вуглеводнів і їх застосування. (Бесіда, рівняння на дошці.)
Головні моменти:
Лабораторні й промислові методи одержання алканів, алкенів, алкінів.
Застосування насичених та ненасичених вуглеводнів (етилену та ацетилену)
3. Одержання оксигеновмісних органічних сполук і їх застосування (насичені одноатомні спирти (метанол та етанол), багатоатомні спирти (гліцерол), карбонові кислоти, естери, жири, вуглеводи). (Бесіда (оглядово).)
4. Одержання нітрогеновмісних органічних сполук і їх застосування (аміни, амінокислоти, білки). (Бесіда (оглядово).)
Звернути увагу учнів
Продукти харчування, відповідно до державних стандартів, виготовляють лише з харчової сировини, а не з нафти або газу.
6. Узагальнення й закріплення знань
Самостійна робота (перевірка засвоєння знань, отриманих на уроці).
Складіть рівняння реакцій для здійснення ланцюга перетворень.
I варіант
С→CH4→СН3Cl→C2H6→CO2.
II варіант
CH4→С2Н2→C2H4→C2H5Cl.
III варіант
С2H6→С2Н4→C2H2→C2H2Cl4.
7. Домашнє завдання, інструктаж щодо його виконання
7.1. Завдання для всього класу.
Підручник _________________________________________________
Робочий зошит _____________________________________________
Збірник завдань ____________________________________________
7.2. Індивідуальне завдання.
Напишіть можливі рівняння реакцій, за допомогою яких можна одержати етанол із вуглеводневої сировини (наприклад, з метану).
_____________________________________________________________
_____________________________________________________________



































1. Складання схеми синтезу органічних речовин різних класів на основі вуглеводневої сировини








2. Одержання вуглеводнів та їх застосування
1. Методи одержання алканів
Промислові методи:
1. Насичені вуглеводні з довжиною ланцюга до одинадцяти атомів Карбону одержують переважно методами:
• фракційної перегонки нафти;
• переробки природного газу;
• гідрогенізації вугілля: 
2. Синтез Фішера — Тропша  .
Лабораторні методи:
1. Гідроліз алюміній карбіду:

2. Синтез Вюрца:
 ;
 .
3. Гідрування (гідрогенізація) алкенів:


2. Одержання ненасичених вуглеводнів
• Алкенів
Промислові методи:
Крекінг алканів нафти
 



Лабораторні методи:
1. Дегідратація спиртів:
 ;
 .
2. Відщеплення галогенів (Cl, Br):
 .
3. Гідрування алкінів:
 .

• Алкінів
Промислові методи отримання етину:
1. Гідроліз кальцій карбіду:
 ;
 .
2. Піроліз метану:
 .
Лабораторні методи:
1. Одержання через галогенопохідні:
 .

Застосування вуглеводнів
 Насичені вуглеводні
Метан. Оскільки внаслідок згоряння метану виділяється велика кількість теплоти, його використовують як дешеве паливо у побуті та в багатьох промислових процесах (доменному, скловарному). Продукт хімічної переробки метану — вуглець (у вигляді сажі) — використовують для виготовлення гуми, друкарської фарби; водень — для синтезу амоніаку та гідроген хлориду. Продукти неповного окиснення метану є вихідними речовинами для виготовлення пластмас. Із метану добувають етин.
Пропан і бутан — гази, що легко скраплюються. Це зумовлює їх використання у побуті як палива. Ці алкани є сировиною для добування багатьох органічних речовин.
Парафін — суміш твердих вуглеводнів (C18—C35) — використовують у медицині, виробництві мийних засобів, пластмас, свічок, жувальної гумки.
Озокерит (гірський віск) — суміш вуглеводнів нафтового походження, використовують у медицині.


 Ненасичені вуглеводні
Застосування етену:
• добування 1,2-дихлороетану (розчинник, інсектицид);
• добування хлороетану (анестезуюча речовина);
• добування етанолу (для синтетичного каучуку, барвників, ліків);
• добування поліетилену (для ізоляційних матеріалів, корозійно-стійких покрить тощо).
Застосування етину:
• газове зварювання і різання металів;
• добування хлоропохідних (розчинників);
• добування хлоровінілу (для добування поліхлорвінілу);
• добування етанової кислоти;
• добування хлоропрену (для виробництва синтетичного каучуку).

77. 3. Одержання оксигеновмісних органічних сполук та їх застосування
 Насичені одноатомні спирти (метанол й  етанол)

Добування метанолу:
 .

Добування етанолу:
1. Зброджування цукристих речовин:
 .
2. Гідроліз крохмалю та клітковини з наступним зброджуванням утвореної глюкози:
 .
 .
3. Гідратація етену:
 .

Застосування
Найважливіші промислові продукти серед спиртів — метанол і етанол.


Застосування одноатомних спиртів

Речовина Застосування

Метанол
  Добування метаналю (для виробництва пластмас)
В органічному синтезі
Як розчинник
Добування бутадієну (для виробництва синтетичного каучуку)
Етанол
  Добування діетилового етеру (для фармацевтичної промисловості)
Добування хлороетану (засіб знеболювання)
Добування етанової кислоти
Як розчинник
Як пальне (у суміші з бензеном)

•
•  Багатоатомні спирти

Методи добування багатоатомних спиртів

Двохатомні спирти добувають окисненням алкенів:

 .

Гліцерол добувають омиленням жирів:



Застосування багатоатомних спиртів ґрунтується не лише на їхніх хімічних, а й фізичних властивостях. Наприклад, завдяки низькій температурі замерзання етиленгліколь входить до складу антифризів — рідин для охолодження двигунів. Завдяки гігроскопічності гліцерол входить до складу зм’якшувальних засобів у парфумерії, фармації, шкіряній і текстильній промисловості. Продукт нітрування гліцеролу (нітрогліцерол) — вибухова речовина, а розчин цієї сполуки використовується як серцеві ліки.


Застосування багатоатомних спиртів
Речовина Застосування
Етиленгліколь
  Виробництво полімеру для синтетичного волокна лавсан
Виробництво вибухових речовин
Як антифриз
Виготовлення розчинників
Гліцерол
  Добування синтетичних смол для лакофарбової промисловості
У медицині, парфумерії як пом’якшуючий засіб
У шкіряному виробництві та текстильній промисловості
Виробництво вибухових речовин

•  Карбонові кислоти
 Добування
Загальний спосіб добування карбонових кислот— окиснення спиртів та альдегідів. Перспективними є способи добування карбонових кислот окисненням алканів.
Окиснення етанолу:



Окиснення етаналю:


Окиснення бутану:






Застосування
Речовина Застосування
Етанова кислота
  Виробництво барвників
Виробництво лікарських препаратів
Виробництво ацетатного волокна
Як розчинник
Як консервуючий засіб
Добування естерів (розчинники, запашні речовини)
Виробництво хімічних засобів захисту рослин

•
•  Естери, жири
Продукти взаємодії карбонових кислот і спиртів належать до класу естерів. Реакція їх утворення називається реакцією естерифікації.

Жири — це естери трьохатомного спирту гліцеролу і вищих (насичених і ненасичених) карбонових кислот.
 Застосування
Естери, що мають приємний квітковий чи фруктовий запах, використовують у парфумерній та харчовій промисловості, з них виготовляють есенції.
Естери застосовуються як добрі розчинники органічних речовин. Деякі естери використовують у медицині.
Жири — це необхідна складова частина їжі. Також їх широко використовують у промисловості для добування жирних кислот, мила, гліцеролу.

•  Вуглеводи
Сахароза — цінний харчовий продукт, тому її добувають у великій кількості. Добування цукру полягає у виділенні його з природної сировини (цукрових буряків), очищенні та перекристалізації продукту.
Крохмаль є цінною хімічною сировиною, його добувають із природної сировини механічним способом. Проміжні продукти гідролізу використовують у кондитерській промисловості. З крохмалю виробляють етиловий спирт. Для цього крохмаль піддають гідролізу, а глюкозу, що утворилась, за допомогою спиртового бродіння перетворюють на спирт. У текстильній промисловості крохмаль використовують для проклеювання тканин, у паперовій — для склеювання паперу і картону, у медицині — для виготовлення лікарських препаратів.
Целюлозу (C6H10O5) використовують у текстильній промисловості (виробництво тканин, ниток); у виробництві штучних волокон; кіноплівки; нітролаків; у будівництві; у виробництві паперу; для добування етанолу.

78. 4. Одержання нітрогеновмісних органічних сполук і їх застосування
•  Аміни
Велике промислове значення має анілін, він є сировиною для виробництва барвників, лікарських засобів, пластмас, вибухових речовин тощо.
Основний спосіб добування аніліну — відновлення нітробензену воднем за температури 250—350оС та наявності каталізатора:


Ця реакція відновлення нітробензену до аніліну відома в історії хімії як реакція М. М. Зініна (1842 р.).
•  Амінокислоти
Амінокислоти використовуються:
• у тваринництві (для підгодівлі тварин);
• у виробництві синтетичних волокон;
• у медицині (як зміцнюючий і лікувальний засіб).
•  Білки
Білки є основним будівельним матеріалом тваринних організмів, а саме їх клітин. Білки їжі безпосередньо не засвоюються організмом, спочатку вони гідролізуються до амінокислот. Ті, у свою чергу всмоктуються у кров, нею переносяться до печінки, де організм синтезує білки, властиві саме йому.
Для нормального функціонування організм мусить постійно поповнювати запас амінокислот переважно за рахунок білків їжі.


6. Узагальнення і закріплення знань
79. Самостійна робота
Складіть рівняння реакцій для здійснення перетворень.
I варіант
 .
II варіант
 .
III варіант
 .
Відповіді:
I варіант
1) ;
2) ;
3) ;
4) .
II варіант
1) ;
2) ;
3) .
III варіант
1) ;
2) ;
3) .

Роздавальні картки.                                                                                                                                               Складіть рівняння реакцій для здійснення ланцюга перетворень.
I варіант

II варіант

III варіант
     

Урок 15
Контрольна робота № 1
Мета уроку: перевірити рівень знань учнів за темами: алкани, ізомерія, природні джерела вуглеводнів та їх застосування.
Очікувані результати: виявити рівень знань учнів за вивченими темами з метою їхнього подальшого коригування.
Обладнання: завдання для контрольної роботи.

Тип уроку: урок контролю й корекції знань, умінь і навичок учнів.
1. Організаційний етап
1.1. Привітання.
1.2. Перевірка присутності учнів: кількість за списком _________,
кількість присутніх на уроці ___________, відсутніх ___________.
1.3. Перевірка готовності учнів до уроку.
1.4. Перевірка готовності класного приміщення до уроку.
2. Етап контролю знань
2.1. Інструктаж щодо оформлення роботи.
2.2. Інструктаж щодо виконання завдань, пояснення загальної оцінки (у скільки балів оцінюється кожне завдання), наголос на завданнях, що є більш складними або потребують особливої уваги учнів.
2.3. Виконання завдань.
3. Підбиття підсумків уроку
Після закінчення роботи учні можуть поставити запитання щодо виконаних завдань. Слід відзначити поняття, які засвоєні учнями добре, а які викликали труднощі під час виконання контрольної роботи.
4. Домашнє завдання, інструктаж щодо його виконання
4.1. Завдання для всього класу (не є обов’язковим).
Підручник _________________________________________________
Робочий зошит _____________________________________________
Збірник завдань ____________________________________________
4.2. Індивідуальне завдання.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________


Контрольна робота № 1
I варіант
1. Які продукти утворяться під час сухої перегонки вугілля? Де вони використовуються?
2. Чим бензин прямої перегонки відрізняється від крекінг-бензину? Бензин термічного крекінгу від бензину каталітичного крекінгу?
3. Знаючи приблизний склад природного й супутнього газів, визначте, які продукти можуть утворюватися при їхньому спалюванні. Напишіть рівняння реакцій.
4. Серед поданих сполук знайдіть формули ізомерів:
а) 2,3-ди-метилпентан;
б) 3,3,4-триетилгексан;
в) 3-метилгексан;
г) 2,3,3,4-тетраметилпентан.
Напишіть структурні формули обраних сполук.
5. Природний газ одного з родовищ має склад: 85 % метану, 8 % етану, 2 % пропану, 2 % азоту й 3 % карбон(IV) оксиду (склад поданий в об’ємних частинах). Обчисліть об’єм повітря, що необхідний для спалювання цього газу об’ємом 2м3 (н. у.). Об’ємний вміст кисню в повітрі становить 21 %.

II варіант
1. Які продукти утворяться під час газифікації вугілля? Де вони використовуються?
2. Що таке риформінг і для чого він використовується?
3. Які продукти можна одержати при крекінгу бутану? Напишіть рівняння реакцій.
4. Дайте назву поданим вуглеводням:
а) СH3—СН(CH3)—CH(С2Н5)—CH2—CH3;
б) СH3—СН(CH3)—С(CH3)2—CH2—CH3;
в) СH3—ССl2—СH(CH3)—CCl2—CH3;
г) СH3—СBr(CH3)—СBr(CH3)—CH3.
5. Природний газ одного з родовищ містить 92 % метану, 3 % етану, 1,6 % пропану, 0,4 % бутану, 2 % азоту; карбон(IV) оксид, водяна пара й інші негорючі гази становлять 1 % (склад поданий в об’ємних частинах). Обчисліть, який об’єм повітря необхідний для спалювання цього газу об’ємом 5м3 (н. у.). Об’ємний вміст кисню в повітрі становить 21 %
































Контрольна робота № 1
I варіант
1. Які продукти утворюються під час сухої перегонки вугілля? Де вони використовуються?
2. Чим бензин прямої перегонки відрізняється від крекінг-бензину? Бензин термічного крекінгу від бензину каталітичного крекінгу?
3. Знаючи приблизний склад природного й супутнього газів, визначте, які продукти можуть утворюватися при їхньому спалюванні. Напишіть рівняння реакцій.
4. Серед поданих сполук знайдіть формули ізомерів: а) 2,3-диметилпентан; б) 3,3,4-триетилгексан; в) 3-метилгексан; г) 2,3,3,4-тетраметилпентан. Напишіть структурні формули обраних сполук.
5. Природний газ одного з родовищ має склад: 85 % метану, 8 % етану, 2 % пропану, 2 % азоту й 3 % карбон(IV) оксиду (склад поданий в об’ємних частинах). Обчисліть об’єм повітря, що необхідний для спалювання цього газу об’ємом 2 м3 (н. у.). Об’ємний вміст кисню в повітрі становить 21 %.

II варіант
1. Які продукти утворюються під час газифікації вугілля? Де вони використовуються?
2. Що таке риформінг і для чого він використовується?
3. Які продукти можна одержати при крекінгу бутану? Напишіть рівняння реакцій.
4. Дайте назву поданим вуглеводням:
а)  CH3 — CH(CH3) —CH(C2H5) — CH2 — CH3;
б)  CH3 — CH(CH3) —C(CH3)2 — CH2— CH3;
в)  CH3 — CCl2 —CH(CH3) — CCl2— CH3;
г)  CH3 — CBr(CH3) — CBr(CH3) — CH3.

5. Природний газ одного з родовищ містить 92 % метану, 3 % етану, 1,6 % пропану, 0,4 % бутану, 2 % азоту; карбон(IV) оксид, водяна пара й інші негорючі гази становлять 1 % (склад поданий в об’ємних частинах). Обчисліть об’єм повітря, що необхідний для спалювання цього газу об’ємом 5 м3 (н. у.). Об’ємний вміст кисню в повітрі становить 21 %.



Відповіді:
I варіант
Завдання 3. Основні складові природного газу: метан (80–97 %), етан, пропан, бутан (2–3 %).
 ;
 ;
 ;
 .
Основні складові супутнього газу: метан (30–50 %); етан, пропан, бутан, пентан (7–20 %).
 .

Завдання 4. Ізомерами є а) та в).
а) 2,3-диметилпентан

в) 3-метилгексан


Завдання 5.
Дано: Розв’язання:

 ; 0,85
 ; 0,08
 ; 0,02
 ; 0,03
 ; 0,02 .
 .
 ; 1700 л,
 ; 160 л,
 ; 40 л,
 ; 40 л,
 ; 60 л,
  — ?
  моль,
  моль,
  моль,
  моль,
  моль,
 ,
 ,   (моль),
 ,
    (моль),
 ,
    (моль),
 ,
    (моль),
  (моль),
 .
Обчислимо об’єм повітря.
4м3— 21 %
y м3— 100%.
 .
 .
Відповідь:  .




II варіант
Завдання 3.
 ;
 ;
 .

Завдання 4.
а) 3-етил-2-метилпентан;
б) 2,3,3-триметилпентан;
в) 3-метил-2,2,4,4-тетрахлоропентан;
г) 2,3-дибромо-2,3-диметилбутан.

Завдання 5.
Дано: Розв’язання:
 ; 0,92
 ; 0,03
 ; 0,016
 ; 0,004
 ; 0,02
  .
 .
 ; 4600 л,
 ; 150 л,
 ; 80 л,
 ; 20 л,
 ; 1000 л,
  — ?
  моль,
  моль,
  моль,
  моль,
  моль,
 ,
 ,   (моль),
 ,
 ,   (моль),
 ,
 ,   (моль),

    (моль)
 ,
     (моль),
  (моль),
  (л);  .
Обчислимо об’єм повітря:
10,344 м3 — 21 %
y м3 — 100%.
 ;  .
 .
Відповідь:  .












Урок 16-17
Органічні речовини як основа сучасних матеріалів. Пластмаси
Мета уроку: поглибити й розширити знання учнів про роль хімії у створенні нових матеріалів; показати можливості застосування нових синтетичних матеріалів з оригінальними властивостями, використання нових технологій; визначити роль органічної хімії у створенні нових матеріалів, зокрема полімерів (пластмас), показати різноманітні сфери застосування полімерів; розвивати логічне мислення учнів.
Очікувані результати: учні повинні визначати провідну роль органічної хімії у створенні нових речовин; учні повинні характеризувати полімерні матеріали, зокрема пластмаси, і знати сфери їх застосування.
Обладнання: для лабораторної роботи та для демонстрації, зразки пластмас, вироби з пластмас, розчини кислоти, лугу, калій перманганату, пробірки в штативі, нагрівальне устаткування.

Тип уроку: засвоєння нових знань.
1. Організаційний етап
1.1. Привітання.
1.2. Перевірка присутності учнів: кількість за списком _________,
кількість присутніх на уроці ___________, відсутніх ___________.
1.3. Перевірка готовності учнів до уроку.
1.4. Перевірка готовності класного приміщення до уроку.
2. Аналіз контрольної роботи
Оголошення результатів, аналіз та виправлення типових помилок, яких припустилися учні під час виконання контрольної роботи.
3. Етап підготовки учнів до активного й усвідомленого засвоєння нового матеріалу
3.1. Повідомлення теми нового матеріалу.
3.2. Формулювання разом з учнями мети і задач вивчення нового матеріалу.
У процесі бесіди підвести учнів до думки, що створення нових технологій неможливе без створення нових матеріалів.
3.3. Показ практичного значення вивчення нового матеріалу.
Слово вчителя
Будь-який вид людської діяльності, починаючи з готування їжі й закінчуючи запуском космічних кораблів, так чи інакше пов’язаний із використанням різних матеріалів. Виробництво більшості видів матеріалів ґрунтується на хімічних процесах. Розробка й одержання нових матеріалів та вдосконалення існуючих — одне з головних завдань сучасної хімії.
4. Актуалізація опорних знань
Запитання до учнів
1. У чому полягають основні цілі наукових розробок у створенні нових матеріалів?
Учні мають дійти висновку, що цілі наукових розробок полягають у тому, щоб:
будь-яку речовину зробити матеріалом або його компонентом;
на основі однієї речовини створити різноманітні матеріали.
2. Які з органічних речовин мають широке застосування?
У процесі бесіди з’ясувати, що найбільш широке застосування в сучасному світі знайшли полімери.
5. Етап засвоєння нових знань
План пояснення нового матеріалу
1. Сучасні вимоги до нових матеріалів. (Лекція з елементами бесіди.)
2. Роль органічної хімії у створенні нових матеріалів. (Розповідь учителя.)
3. Полімери. (Лекція.)
4. Властивості пластмас (хімічні й фізичні). (Демонстраційна лекція або робота в групах.)
При роботі в групах кожній групі слід дати завдання (інструктивну картку) й теоретичний матеріал. Після обговорення заслухати короткі повідомлення (виступає один представник групи), під час доповідей інші учні складають короткий конспект у зошитах.
Демонстрація. Виявлення властивостей пластмас: відношення до нагрівання, розчинів кислот, лугів, окисників.
Звернути увагу учнів
Часто паралельно використовуються поняття «речовина» і «матеріал», проте слід їх чітко розмежовувати, оскільки ці поняття не тотожні одне одному. Речовина може лише тоді стати матеріалом, коли вона набуває застосування.
6. Узагальнення й закріплення знань
6.1. Лабораторний дослід № 4. Ознайомлення зі зразками пластмас.
6.2. Творче завдання: «Розкажіть, що відбулося б, якби раптом із нашого життя зникли пластмасові вироби».
7. Домашнє завдання, інструктаж щодо його виконання
7.1. Завдання для всього класу.
Підручник _________________________________________________
Робочий зошит _____________________________________________
Збірник завдань ____________________________________________
7.2. Індивідуальне завдання.
Підготувати повідомлення (3–5 хв) про застосування пластмас.
__________________________________________________________
__________________________________________________________
__________________________________________________________


































Етап засвоєння нових знань
1. Сучасні вимоги до нових матеріалів
 Для будь-якого хіміко-технологічного процесу потрібна апаратура, що виготовлена з таких матеріалів, які здатні протидіяти різноманітним агресивним впливам, у тому числі хімічним, механічним, термічним, електричним, а в деяких випадках навіть радіаційним і біологічним.
 Запитання до учнів
 — Які нові матеріали, що були створені останнім часом, вам відомі?
 Хімічна галузь постачає промисловості та сільському господарству різні матеріали і сировину. Це паливо, мастила, хімічні волокна, пластмаси, синтетичні каучуки, мінеральні добрива, мийні засоби, парфуми, фармацевтичні препарати, луги, кислоти, розчинники, вибухові речовини тощо.
 «Широко простягає хімія руки свої у справи людські. Куди не подивимось, куди не оглянемось, скрізь обертаються перед очима нашими успіхи її старанності».
 Ці слова великого російського вченого-природодослідника М. В. Ломоносова, висловлені майже 250 років тому, і сьогодні не втратили свого значення. Навпаки, вони звучать з особливою силою, оскільки на сьогодні роль хімії в житті суспільства постійно зростає.
 Запитання до учнів
— Щоб, на вашу думку, сказав великий учений, якби опинився у XXI столітті?

 Проникнення хімічних нових речовин і нових матеріалів у майже всі галузі промислового виробництва, сферу побуту, охорону здоров’я значною мірою забезпечує їх прогрес. Саме тому й відбувається хімізація практично всіх сфер людської діяльності. Створення нових матеріалів — це життєва необхідність сьогодення. Матеріали, що зараз використовуються, зокрема в машинобудуванні, недостатньо стійкі та міцні. Тому обладнання передчасно зношується, потребуючи частих замін та ремонтів. Нових матеріалів вимагають і нові галузі техніки: космічна, атомна тощо. Для практичних потреб необхідні такі матеріали, як метали, полімери, кераміка та композити.
 Вимоги до матеріалів постійно зростають. Це пояснюється тим, що значно ширше застосовують екстремальні впливи — надвисокі й наднизькі тиски та температури, ударні й вибухові хвилі, йонізуючі випромінювання, ферменти. Зважаючи на це зростає також роль хімії у створенні нових матеріалів, здатних чинити опір цим впливам.

2. Роль органічної хімії у створенні нових матеріалів
 Історія розвитку хімічної промисловості доводить, що іноді з пустої породи або з відходів виробництва можна одержати цінну сировину. Наприклад, калій хлорид КСl наприкінці минулого століття був відходом при добуванні кухонної солі із сильвініту. Тепер сильвініт переробляють з метою вилучення з нього КСl для виробництва цінних мінеральних добрив, а натрій хлорид перетворився на відходи.
 Багато рідкісних металів раніше не мали застосування через їхню промислову недоступність, але потреба в цих металах атомної енергетики, мікроелектроніки, радіотехніки, космічної техніки, що сьогодні визначають науково-технічний прогрес, зробили можливим промислове виробництва цих елементів.
 Комплексне використання сировини спрямовується на застосування всіх її головних частин для одержання корисних продуктів або матеріалів. Це означає, що з одного виду сировини можна добути велику кількість різних продуктів. Наприклад, нині деревина використовується не лише як джерело для виготовлення меблів, а й як джерело багатьох матеріальних цінностей. Отже, розробка нових способів комплексного використання сировини має величезне значення.
 Хімія має велике значення для розробки способів щоб повернути речовини, що прореагували, до початкового стану для їх повторного використання (рециркуляція, регенерація сировини).
 Наприклад, зараз досить широко використовуються метали як вторинна сировина (так званий скрап). Майже половина світового виробництва сталі базується на скрапі.
 Невичерпним джерелом сировини є промислові й побутові відходи. Вони отруюють водойми, заражують ґрунт і повітря, засмічують території. Завдання хіміків полягає у знешкодженні відходів. Для цього будують спеціальні очисні споруди.
 В Україні встановлено норми допустимого вмісту речовин у газоподібних промислових викидах і стічних водах. Але головне завдання хіміків полягає у створенні безвідходних виробництв, де відходи перетворювалися б на корисні продукти. Реалізація такого завдання тісно поєднана з комплексним використанням сировини і комбінуванням технологій, коли відходи одного заводу стають сировиною для іншого.
 Серед неметалічних матеріалів важливого значення набули полімери на основі фенолформальдегідних смол, полівінілхлориду, поліетилену та флуоропластів. Ці матеріали, на відміну від металічних, мають високу стійкість до агресивних середовищ, мають низьку щільність, хороші діелектричні й теплоізоляційні властивості. Важливе значення мають каучуки та різні матеріали на їх основі — бутилкаучук, фторкаучук, силіконові каучуки тощо.
 До групи неметалічних матеріалів належать і такі традиційні матеріали, як кераміка, порцеляна, фаянс, скло, цемент, бетон, графіт, що використовуються по-новому.

3. Полімери
 Полімери — це високомолекулярні сполуки, молекули яких складаються з великого числа мономерних ланок, що сполучені між собою хімічними зв’язками.
 Наприклад, полімер (—CH2—CH2—)n складається з n ланок етену.
 Число n називається ступенем полімеризації.
 Відносна молекулярна маса полімерів коливається від 15 до 500 000.
 Мономерні ланки в молекулах полімерів сполучені ковалентними зв’язками.
 Залежно від будови та розміщення молекул у полімерах, вони можуть перебувати у кристалічному або аморфному стані. Проте у кристалічних полімерах можуть бути окремі аморфні ділянки.
 Завдяки цінним властивостям синтетичні полімерні сполуки широко використовуються майже в усіх галузях господарства. Вони є основою виробництва різних видів пластмас, волокон, каучуків, штучної шкіри та хутра, фарб, лаків, клеїв тощо.
 Використання полімерних матеріалів у машинобудуванні безперервно зростає. Інші галузі народного господарства також збільшують застосування полімерних матеріалів у сільському господарстві, будівництві, легкій і харчовій промисловості. Із полімерів почали виготовляти значно більше дрібних, але конструктивно складних деталей машин і механізмів. Водночас усе частіше з полімерів виготовляють великогабаритні корпусні деталі машин і механізмів, що витримують значні навантаження.
 До недавніх пір широкому використанню полімерних матеріалів у машинобудуванні перешкоджали два недоліки полімерів: їх низька (у порівнянні з марочними сталями) міцність і низька теплостійкість. Межа міцності властивостей полімерних матеріалів удалося подолати переходом до композиційних матеріалів, переважно скла й вуглепластиків. Тепер вираз «пластмаса міцніша за сталь» є цілком обґрунтованим. З полімерів виготовляють величезну кількість тих деталей, у яких не потрібна особливо висока міцність: заглушки, штуцери, ковпачки, рукоятки, шкали і корпуси вимірювальних приладів.
 Майже три чверті салонів легкових автомобілів, автобусів, літаків, річкових і морських суден і пасажирських вагонів виконані з декоративних пластиків, синтетичних плівок, тканин, штучної шкіри. Більше того, для багатьох машин і апаратів тільки використання антикорозійної обробки синтетичними матеріалами забезпечило їх надійну, довгострокову експлуатацію.
 Нині є підгалузі, де використання полімерних матеріалів забезпечує економію матеріальних і енергетичних ресурсів, і ріст продуктивності праці. Майже повну автоматизацію забезпечило застосування полімерів у виробництві систем гальмування для транспорту. Усі функціональні деталі цих систем для автомобілів і близько 45 % для залізничного транспорту виробляються із синтетичних прес-матеріалів. Близько 50 % деталей обертання виготовляється з міцних конструкційних полімерів. Інша тенденція — повна заміна металевих деталей у редукторах на деталі з вуглепластиків. Цим досягається значне зниження механічних витрат, тривалість терміну служби.
 Ще одна область застосування полімерних матеріалів у машинобудуванні — виготовлення металорізального інструменту. Сьогодні три чверті абразивного інструменту виробляється із застосуванням синтетичних смол.
 Широкого застосування полімерні матеріали набули в авіаційній промисловості. Наприклад, заміна алюмінієвого сплаву графітопластиком при виготовленні предкрилка крила літака дозволяє знизити вагу на 22 %, вартість — на 25 %. При цьому запас міцності виробу становить 178 %. Лопаті гелікоптерів та лопаті вентиляторів реактивних двигунів найкраще виготовляти з поліконденсаційних смол, наповнених алюмосилікатними волокнами, що дозволяє знизити вагу літака при збереженні міцності та надійності.

4. Властивості пластмас
Матеріал для роботи в групах
Група 1
Інструктивна картка № 1
 1. Уважно прочитайте теоретичний матеріал.
 2. Схарактеризуйте основні фізичні властивості пластмас.
 3. На підставі яких фізичних властивостей пластмаси так широко ввійшли до нашого побуту?
 4. За допомогою наявних на вашому столі приладів і матеріалів (хімічна склянка з водою, зразки пластмас) продемонструйте деякі фізичні властивості полімерів.

80. Теоретичний матеріал
 Щільність більшості пластмас становить 0,92—1,54 г / см3, що є нижчим за щільність легких металів. Уведення Хлору до молекули підвищує щільність. Наприклад, у полівінілхлориду вона дорівнює 1,7 г / см3. Найменшу щільність серед пластмас має поліпропілен, а полістирол ледь важчий за воду. Пінопласти з паперу й тканин, просочені пластиками,— нові легкі матеріали високої міцності.
 Прозорість. Аморфні полімери — світлі й прозорі. Ступінь прозорості оцінюється за кількістю пропущеного світла. Найбільша світлопроникність (понад 90 %) у поліметилметакрилату, полістирол й органічні прості та складні ефіри целюлози також мають гарну світлопроникність.
 Електричний опір деяких пластмас дуже великий, тому вони знаходять різноманітне застосування в електронному устаткуванні. Полістірол, поліетилен, поліметилметакрилат, поліпропілен і тефлон (політетрафтороетилен) мають чудові діелектричні й ізолюючі властивості.
 Термостійкість. Деякі пластмаси, особливо тефлон, мають виняткову термостійкість, але важко піддаються прямому пресуванню або формуванню. Тефлон можна повільно видавлювати за високих температур; одержані вироби зберігають твердість і стійкість (без деструкції й розкладання) за температур до 260 °С упродовж тривалого часу.
 Міцність на розтягування. Межа міцності на розтягування — це максимальне розтяжне зусилля, яке матеріал може витримати без розриву. Більшість пластмас мають межу міцності на розтягування в діапазоні 48–83 МПа; у деяких випадках волокнисті наповнювачі збільшують міцність на розтягування. Лінійні кристалічні матеріали, наприклад нейлон, після процесу витягування значно підвищують свою міцність на розтягування (до 276–414 МПа).


81. Міцність (кг / мм2) деяких речовин:
82. 1 — вовна; 2 — шовк; 3 — капрон, нейлон, лавсан; 4 — сталь високої якості; 5 — поліетилен; 6 — рекордно міцна сталь; 7 — ідеально впорядкований поліетилен.

 Міцність на стискування. Межа міцності на стискування — це максимальне стискування, що матеріал може витримати без зміни (зменшення) об’єму. Армовані пластмаси мають значно вищі межі міцності на стискування (більше 200 МПа), ніж ненаповнені вінильні полімери (~70 МПа).

 Група 2
Інструктивна картка № 2
 1. Уважно прочитайте теоретичний матеріал.
 2. Схарактеризуйте основні хімічні властивості пластмас.
 3. На підставі яких хімічних властивостей пластмаси так широко ввійшли до нашого побуту?
 4. За допомогою наявних на вашому столі приладів і матеріалів (пробірки, розчини сульфатної кислоти, натрій гідроксиду, хімічна склянка з водою, зразки пластмас) продемонструйте деякі хімічні властивості пластмас.

83. Теоретичний матеріал
 Хімічні властивості. Полімери одержують полімеризацією ненасичених вуглеводнів. Так, з етену H2C═CH2 , пропену H2C═CH—CH3 і стиролу H2C═CH—C6H5 одержують поліетилен, поліпропілен і полістирол з такими структурами:
 ,  ,  .

 Властивості цих полімерів подібні до властивостей вуглеводнів. Вони, наприклад, розчиняються у вуглеводнях, не поглинають воду, не реагують із кислотами й основами, горять, подібно до вуглеводнів, можуть хлоруватися, бромуватися, а у випадку полістиролу — нітруватися й сульфуруватися.
 Хімічна стійкість до агресивних рідин. Деякі пластмаси мають виняткову стійкість до кислот, лугів і розчинників. Термореактивні смоли взагалі не піддаються впливу розчинників.
 Деякі розчинники впливають на більшість термопластів. Вуглеводородні смоли зазвичай розчинні в ароматичних вуглеводнях, а от вода й нижчі спирти на них не впливають. Полістирол надзвичайно стійкий до сильних мінеральних кислот і лугів.


Група 3
Інструктивна картка № 3
 1. Уважно прочитайте теоретичний матеріал.
 2. Схарактеризуйте основні методи виробництва пластмас.
 3. Визначте, як вироблені видані вам вироби із пластмас (пластикові пляшки, лінолеум, поролон, ґудзики, ламінована фотографія, електричний шнур).

84. Теоретичний матеріал
Методи обробки термопластів для одержання виробів з них відрізняються від методів обробки термореактивних матеріалів.
Переробка й використання термопластів.
 Екструзія (виштовхування) використовується для виробництва волокон, плівок, аркушів, труб, стрижнів тощо.
 Видувне формування використовують для виготовлення пляшок та інших ємностей або плівок.
 Метод заливання. Рідкий матеріал (пластизоль) заливають у порожню форму, потім шляхом обертання його розподіляють по стінках із подальшим видаленням надлишку пластизолю. На внутрішній поверхні форми залишається шар матеріалу, що при нагріванні перетворюється на еластомер. Після охолодження готовий виріб витягають із форми. Точність виготовлення, можливість одержання деталей складної конфігурації й низьких виробничих витрат — головні переваги цього процесу.
 Литтьове формування може бути використане для будь-яких термопластів від поліпропілену до тефлону. Це найбільш практичний і швидкий метод виготовлення предметів зі складним профілем. Матеріал (зазвичай у вигляді невеликих гранул) нагрівають у камері за відсутності повітря. Коли пластмаса розріджується, поршень видавлює її крізь отвір у холодну форму. Матеріал швидко охолоджується й після затвердіння виймається з форми.
 Для виготовлення пінопластів потрібно або використання агента, що виділяє газ і який рівномірно розподілено у масі, або розчинення газу в м’якій пластичній масі під тиском із наступним випінюванням маси, коли вплив тиску припиняється. Варіанти цього методу залежать від пластика, що використовується. В авіапромисловості пінопласти використовуються як легкі арміруючі елементи для крил, причому матеріал зазвичай спінюють на місці — у крилі.
Переробка й використання реактопластів
 Пряме пресування. Цей спосіб використовується у виробництві твердих, термостійких, стійких до деформації предметів — гребенів, оправ для окулярів, ручок каструль, слухавок, попільниць, корпусів і панелей радіоприймачів і телевізорів, холодильників, пральних машин і кондиціонерів.
 Литтьове пресування застосовується тоді, коли виріб має металеві елементи і складний профіль. Вихідні речовини завантажують в окрему камеру, і, коли форма закривається, щільно прилягаючий плунжер видавлює речовину з камери в порожнину форми.
 Одержання шаруватих матеріалів (ламінування). Шаруваті матеріали (ламінати) виробляють із паперу або тканини, що просочені термореактивною смолою. Як наповнювачі застосовуються текстиль, папір і глина, переважно у формі аркушів. Так формують прості предмети — аркуші, стрижні або труби. Під впливом температури й тиску шари спікаються. Товщина шаруватого матеріалу визначається числом аркушів, що поміщають між пластинами преса.

6. Узагальнення і закріплення знань
6.1. Лабораторний дослід № 4
 Тема. Ознайомлення зі зразками пластмас.
 Мета: ознайомитися з властивостями пластмас.
 Обладнання: склянки, тигельні щипці, нагрівальний прилад, металева пластинка, скляна паличка, штатив із пробірками.
 Досліджувані об’єкти: шматочки поліетилену, поліпропілену, полівінілхлориду чи інші, що є в лабораторії.
 Реактиви: розчин лугу, кислоти та калій перманганату, вода.
85. Хід роботи
 1. Розгляньте зразки пластмас, опишіть їхні зовнішні ознаки.
 2. Порівняйте густину кожного зразка із густиною води.
 3. Визначте термопластичність зразків пластмас.
 4. Визначте відношення пластмас до дії кислот та лугів.
 5. За всіма спостереженнями складіть порівняльну таблицю.
 6. Зробіть висновки. Визначте загальні властивості пластмас та відмінності у поданих зразках.



















Роздавальні картки                                                                                                         до уроку № 16-17
Група 1
Інструктивна картка № 1
1. Уважно прочитайте теоретичний матеріал.
2. Схарактеризуйте основні фізичні властивості пластмас.
3. На підставі яких фізичних властивостей пластмаси так широко ввійшли до нашого побуту?
4. За допомогою наявних на вашому столі приладів і матеріалів (хімічна склянка з водою, зразки пластмас) продемонструйте деякі фізичні властивості полімерів.

Теоретичний матеріал
Щільність більшості пластмас становить 0,92—1,54 г / см3, що є нижчим за щільність легких металів. Уведення Хлору до молекули підвищує щільність. Наприклад, у полівінілхлориду вона дорівнює 1,7 г / см3. Найменшу щільність серед пластмас має поліпропілен, а полістирол ледь важчий за воду. Пінопласти з паперу й тканин, просочені пластиками,— нові легкі матеріали високої міцності.
Прозорість. Аморфні полімери — світлі й прозорі. Ступінь прозорості оцінюється за кількістю пропущеного світла. Найбільша світлопроникність (понад 90 %) у поліметилметакрилату, полістирол й органічні прості та складні ефіри целюлози також мають гарну світлопроникність.
Електричний опір деяких пластмас дуже великий, тому вони знаходять різноманітне застосування в електронному устаткуванні. Полістирол, поліетилен, поліметилметакрилат, поліпропілен і тефлон (політетрафтороетилен) мають чудові діелектричні й ізолюючі властивості.
Термостійкість. Деякі пластмаси, особливо тефлон, мають виняткову термостійкість, але важко піддаються прямому пресуванню або формуванню. Тефлон можна повільно видавлювати за високих температур; одержані вироби зберігають твердість і стійкість (без деструкції й розкладання) за температур до 260 °С упродовж тривалого часу.
Міцність на розтягування. Межа міцності на розтягування — це максимальне розтяжне зусилля, яке матеріал може витримати без розриву. Більшість пластмас мають межу міцності на розтягування в діапазоні 48–83 МПа; у деяких випадках волокнисті наповнювачі збільшують міцність на розтягування. Лінійні кристалічні матеріали, наприклад нейлон, після процесу витягування значно підвищують свою міцність на розтягування (до 276–414 МПа).


86. Міцність (кг / мм2)  деяких речовин:
87. 1 — вовна; 2 — шовк; 3 — капрон, нейлон, лавсан; 4 — сталь високої якості; 5 — поліетилен; 6 — рекордно міцна сталь; 7 — ідеально впорядкований поліетилен.

Міцність на стискування. Межа міцності на стискування — це максимальне стискування, що матеріал може витримати без зміни (зменшення) об’єму. Армовані пластмаси мають значно вищі межі міцності на стискування (більше 200 МПа), ніж ненаповнені вінілові полімери (~70 МПа).









Урок 18
Синтетичні каучуки, гума
Мета уроку: показати застосування реакцій полімеризації у виробництві різних видів каучуку; розглянути властивості синтетичних каучуків і, відповідно, їх застосування; розглянути одержання й застосування гуми.
Очікувані результати: учні повинні складати реакції полімеризації, у результаті яких утворюється каучук; учні повинні характеризувати залежність властивостей речовин від їхніх складу та будови.
Обладнання: зразки каучуку, гуми.

Тип уроку: комбінований.
1. Організаційний етап
1.1. Привітання.
1.2. Перевірка присутності учнів: кількість за списком _________,
кількість присутніх на уроці ___________, відсутніх ___________.
1.3. Перевірка готовності учнів до уроку.
1.4. Перевірка готовності класного приміщення до уроку.
2. Етап перевірки домашнього завдання
2.1. Вікторина «Пластмаси».
Клас розбити на групи, що змагаються між собою. Учні групи, що перемогла, самі вирішують, які оцінки їм поставити.
1. Які речовини належать до високомолекулярних сполук (ВМС)?
2. Наведіть приклади природних ВМС.
3. Що являють собою штучні й синтетичні ВМС?
4. Наведіть приклади штучних і синтетичних полімерів.
5. Як із грецької мови перекладаються слова «полімер» і «мономер»?
6. Що таке «ступінь полімеризації»?
7. Що таке «структурна ланка»?
8. Які полімери називають полімерами стереорегулярної будови?
9. Чим відрізняються реакції полімеризації від реакцій поліконденсації?
10. У чому полягає особливість поняття «молекулярна маса полімеру»?
2.2. Перевірка письмового завдання біля дошки.
2.3. Повідомлення учнів про застосування пластмас. (Індивідуальне домашнє завдання минулого уроку.)
3. Етап підготовки учнів до активного й усвідомленого засвоєння нового матеріалу
3.1. Повідомлення теми нового матеріалу.
3.2. Формулювання мети і задач вивчення нового матеріалу.
3.3. Показ практичного значення вивчення нового матеріалу, мотивація навчальної діяльності.
Слово вчителя
Цілий ряд подій вплинув на винахід синтетичного каучуку: індустріальна революція, прогрес у моторобудуванні, дві світові війни, зростаючий попит на каучук і дефіцит натурального каучуку. Все це значною мірою спровокувало світовий попит на еластомери. Синтетичні каучуки стали необхідною альтернативою натуральному каучуку й надали додаткових властивостей виробам.
4. Актуалізація опорних знань
Завдання учням
Написати рівняння полімерізації етену. (Перевірка на дошці.)
nH2C=СН2→ (—H2С—СН2—)n
5. Етап засвоєння нових знань
План пояснення нового матеріалу (лекція з елементами бесіди)
1. Визначення каучуку.
2. Історія відкриття каучуку.
3. Види синтетичних каучуків, їхні властивості й застосування. (Складання та обговорення таблиці.)
4. Гума, види гуми, застосування. Ебоніт.
6. Узагальнення й закріплення знань
6.1. Лабораторний дослід № 5. Ознайомлення зі зразками каучуків.
6.2. Робота біля дошки.
Написати рівняння реакцій одержання полібутадієнового каучуку.
nСH2=СН—СН=СН2→ (—СH2—СН=СН—СН2—)n
7. Домашнє завдання, інструктаж щодо його виконання
7.1. Завдання для всього класу.
Підручник ________________________________________________
Робочий зошит ____________________________________________
Збірник завдань ____________________________________________
7.2. Індивідуальне завдання.
Підготувати повідомлення про застосування синтетичних волокон.
__________________________________________________________
__________________________________________________________


























Матеріали до уроку
Етап перевірки домашнього завдання
2.1. Вікторина «Пластмаси»
1. Які речовини належать до високомолекулярних сполук (ВМС)?
(ВМС — це сполуки, молекули яких складаються з великого числа повторюваних ланок.)
2. Наведіть приклади природних ВМС.
(Органічні сполуки — целюлоза, білки, крохмаль, натуральний каучук; неорганічні — графіт, силікати.)
3. Що являють собою штучні й синтетичні ВМС?
(Штучні ВМС одержують із природних ВМС, використовуючи хімічні методи, що не змінюють головний ланцюг. Синтетичні ВМС одержують реакціями полімеризації й поліконденсації низькомолекулярних речовин.)
4. Наведіть приклади штучних і синтетичних полімерів.
(Штучні органічні полімери — ацетилцелюлоза, нітроцелюлоза, гума; синтетичні органічні полімери — поліетилен, полістирол, полівінілхлорид, капрон, лавсан, каучуки; синтетичні неорганічні полімери — скловолокно, керамічні волокна.)
5. Як із грецької мови перекладаються слова «полімер» і «мономер»?
(«Полі» — багато, «моно» — один, «мерос» — частина. Полімери — це високомолекулярні сполуки. Мономери — це низькомолекулярні речовини, з яких одержують полімери.)
6. Що таке «ступінь полімеризації»?
(Ступенем полімеризації (поліконденсації) називають середнє число структурних ланок у молекулі полімеру.)
7. Що таке «структурна ланка»?
(Повторювану ділянку молекули полімеру називають структурною ланкою.)
8. Які полімери називають полімерами стереорегулярної будови?
(Полімери стереорегулярної будови мають регулярно розташовані радикали з одного або з двох боків головного ланцюга.)
9. Чим відрізняються реакції полімеризації від реакцій поліконденсації?
(У ході реакцій полімеризації утворюються тільки полімери; при реакціях поліконденсації утворюються полімери і побічні продукти — низькомолекулярні речовини.)
10. У чому особливість поняття «молекулярна маса полімеру»?
(Відносна молекулярна маса для полімеру є його середньою відносною молекулярною масою, оскільки ступінь полімеризації не є величиною постійною.)

5. Етап засвоєння нових знань
1. Визначення каучуку
Каучук — це еластичний матеріал, який отримують при коагуляції латексу каучуконосних рослин.
Природний каучук — полімер ненасиченого вуглеводню ізопрену C5H8. Його добувають із молочного соку деяких рослин, переважно з гевеї, що росте в тропічних країнах. Полімеризацію ізопрену можна схематично зобразити таким рівнянням:
  
Молекули природного каучуку мають лінійну будову. Відносна молекулярна маса природного каучуку становить 150–500 тис., а число елементарних ланок в молекулі — до 2500.
Чистий каучук має густину 0,9–0,95 г / см3, легший за воду, не розчиняється у воді. Природний каучук не проводить електричний струм.

2. Історія відкриття каучуку
Природний каучук існує стільки років, скільки й сама природа. Скам’янілі залишки каучуконосних дерев мають вік близько трьох мільйонів років. Каучук мовою індіанців тупі-гуарані означає «сльози дерева». Каучукові кулі із сирої гуми знайдено серед руїн цивілізацій інків і майя в Центральній і Південній Америці, вік цих куль не менше 900 років.
Перше знайомство європейців з природним каучуком відбулося п’ять століть тому.
На острові Гаїті (а тоді — Еспаньол) під час своєї другої подорожі в 1493 р. іспанський адмірал Христофор Колумб побачив тубільців, які грали великим щільним м’ячем. Хоча це здавалося неймовірним, але, ударяючися об землю, м’ячі високо підскакували в повітря. Взявши ці кулі в руки, іспанці побачили, що вони досить важкі, липкі та пахнуть димом.
Індіанці виробляли їх із молочного соку з порізів на корі дерева гевеї. Колумб привіз кілька шматків цієї дивної речовини на батьківщину, але в ті часи це нікого не зацікавило. Індіанці робили із соку непромокальні калоші, що в спеку прилипали до ніг, а розтягнувшись, більше вже не стискалися.
Багато років іспанці намагалися повторити водонепроникні речі (взуття, одяг, головні убори) індіанців, але всі спроби були невдалими.
Перші спроби зробити каучукове взуття викликали лише сміх. Калоші або чоботи добре служили в дощ, але варто було потрапити на розігріту сонцем поверхню, як вони розтягувалися і починали прилипати. У мороз таке взуття ставало крихке як скло.
Наступні два століття каучук для Європи був просто цікавою заморською дивиною.
У 1731 р. уряд Франції відрядив математика і географа Шарля Кондамін у географічну експедицію до Південної Америки. У 1736 р. він надіслав до Франції кілька зразків каучуку разом з описом продукції, виробленої з нього людьми, які населяють Амазонську низовину. Після цього збільшився науковий інтерес до вивчення цієї речовини і його властивостей.
У 1770 р. британський хімік Джозеф Прістлі вперше знайшов застосування каучуку: він виявив, що каучук може стирати те, що написано графітним олівцем. Тоді такі шматки каучуку називали гуміеластиком («смолою еластичною»).
У 1791 р. англійський фабрикант Самуель Пил запатентував спосіб, що дозволяв зробити одяг водонепроникним за допомогою обробки каучуку в скипидарі.
У Франції у 1820 р. навчилися виготовляти підтяжки і підв’язки з каучукових ниток, сплетених із тканиною.
В Англії британський хімік і винахідник Чарльз Макінтош запропонував класти тонкий шар каучуку між двома шарами тканини та з цього матеріалу шити водонепроникні плащі. У 1823 р. у Глазго він почав мануфактурне виробництво водонепроникного одягу. Непромокальний плащ із прогумованої тканини до сьогодні носить його ім’я. Проте ці плащі взимку ставали твердими від холоду, а влітку розповзалися від спеки.
У США речі з каучуку стають популярними з 1830-го року: гумові пляшки і взуття, вироблені південноамериканськими індіанцями, імпортувалися у великих кількостях. Інші гумові вироби завозилися з Англії, а в 1832 р. в місті Роксбері штату Массачусетс Джон Хаскінс і Едвард Шафе організували першу «каучукову» фабрику в США. У 1834 р. німецький хімік Фрідріх Людерсдорф і американський хімік Натаніель Хейвард виявили, що додавання сірки до каучуку зменшує або навіть зовсім усуває клейкість виробів. Американський винахідник Чарльз Гудьїр з 1834 р. наполегливо намагався «врятувати» каучук. Але тільки в 1839 р. йому пощастило. Він поклав на піч шматок вкритої каучуком тканини, на яку був нанесений шар сірки. Через деякий час він виявив подібний до шкіри матеріал — гуму. Цей процес був названий вулканізацією.
Увага підприємців усіх країн була звернена на видобуток каучуку. Бразилія виявилася господарем величезних багатств. Щоб зберегти їх, уряд Бразилії видав закон, що забороняє під страхом смерті вивозити насіння і молоді дерева гевеї. Але було пізно.
За порадою ботаніка Дж. Гукера, англієць Генрі Вікгем поїхав у 1876 р. на береги Амазонки, де зібрав 70 000 насіння гевеї і контрабандно вивіз їх із Бразилії. Потайки доставив їх до Королівського ботанічного саду в Лондоні. Насіння було висіяне, але зійшло тільки 4 %.
Через кілька днів сіянці досягли півметрової висоти і були використані для висадки на плантаціях спочатку в Шрі-Ланці, а потім в інших тропічних районах Східної півкулі. Близько 99 % плантаційного каучуку походить з Південно-Східної Азії. Спроби висадити каучуконосні дерева в тропічних областях Західної півкулі закінчилися невдачею через хвороби рослин.
Компанії, що організовували видобування, збір та перевезення каучуку, безжально експлуатували людей, прагнучи якомога більше і дешевше отримати його. Збирачам каучуку багато доводилося блукати по лісах у пошуках гевей, оскільки вони ростуть на відстані 20–100 м.
У переважній більшості країн не було природних джерел для одержання натурального каучуку, тому безперервно шукали альтернативних джерел. Наприклад, у Росії у 30-ті роки колгоспник на прізвище Співаченко вказав ботаніку Л. Е. Родіну, що в горах Тянь-Шаню в Казахстані є рослина кок-сагиз, що містить у корінні від 16 до 28 % каучуку.
Необхідність створення сировинної бази гумової промисловості спонукало радянський уряд на початку 1926 р. оголосити конкурс на кращий спосіб отримання синтетичного каучуку. Першого успіху досягла група вчених під керівництвом С. В. Лебедєва. 30 грудня 1927 р. 2 кг дивінілового каучуку було відправлено на конкурсну комісію. Спосіб Лебедєва полягав у полімеризації бута-1,3-дієну під дією натрію. З 1932 р. було почато промислове виробництво бута-1,3-дієну за методом Лебедєва, а з бута-1,3-дієну — виробництво каучуку.
3. Види синтетичних каучуків, їхні властивості й застосування
Усі існуючі каучуки можна розділити на два великих сегменти: каучуки загального призначення й каучуки спеціального призначення.
 Синтетичні каучуки
 загального призначення  спеціального призначення
 Бутадієн-стирольний  Хлоропреновий
 Бутадієн-метил-стирольний  Бутадієн-нітрильний
 Полібутадієновий  Галогенірувані ізобутілени
 Бутилкаучук  Уретани
 Етиленпропіленовий  Силікони
 Етиленпропілендієновий  Полісульфідні каучуки
 Цис-1,4-поліізопреновий 

Каучуки загального призначення використовуються в тих виробах, де важлива сама природа гуми й немає будь-яких особливих вимог до готового виробу. Каучуки спеціального призначення мають більш вузьку сферу застосування й використовуються для надання гумо-технічному виробу (шинам, ременям, взуттєвій підошві тощо) заданих властивостей, наприклад, зносостійкості, морозостійкості, підвищеного зчеплення з мокрою дорогою тощо.
Розглянемо деякі каучуки загального призначення, зі схожими способами одержання, переробки й застосування.
Бутадієн-стирольний каучук
Цей каучук вважають кращим каучуком загального призначення завдяки високій стійкості до стирання й високому відсотку наповнюваності. Характерною рисою бутадієн-стирольних каучуків є низький опір розриву. Важливою перевагою цих каучуків перед натуральним каучуком є менша ймовірність утворення тріщин, більш висока стійкість, паро- і водонепроникність, кращий опір тепловому світловому випромінюванню, діелектричні властивості.
Полібутадієновий каучук
Будучи ненасиченим каучуком, він легко вулканізується із сіркою. Має стійкість до низьких температур і до стирання. Оскільки він має погане зчеплення з дорогою (порівняно з натуральним каучуком), то при виготовленні гумотехнічних виробів він перемішується з натуральним каучуком або бутадієн-стирольним каучуком.
Полібутадієновий каучук використовуються як модифікатор у сумішах з іншими еластомерами для поліпшення морозостійких властивостей, стійкості стирання й розтріскування.
Бутилкаучук
Він має унікальну здатність утримувати повітря, що забезпечує йому безумовний пріоритет у шинній промисловості при виробництві камер і діафрагм. Автомобільні камери з бутилкаучуку зберігають вихідний тиск повітря в 8–10 разів довше, ніж аналогічні камери з натурального каучуку. Це підвищує термін служби шини мінімум на 10–18 % у порівнянні з натуральним каучуком. Каучук стійкий до впливу озону та має гарну стійкість до водяних розчинів кислот і окисників. Він має гарну стійкість до дії тваринних і рослинних масел, але є нестійким до дії мінеральних масел.
Міцність на розрив бутилкаучуку набагато менша в порівнянні з натуральним каучуком, але за високих температур цей показник є однаковим для обох каучуків. Деякі з недоліків бутилкаучуку (такі, як низька швидкість вулканізації, низька адгезія до багатьох матеріалів, особливо металів) усуваються частковою зміною хімічної природи полімеру. Наприклад, уведенням у макромолекули бутилкаучуку невеликої кількості атомів галогенів.
Етиленпропіленові каучуки
Найлегші каучуки мають щільність від 0,86 до 0,87. Властивості залежать від вмісту та варіацій етиленових ланок. Етиленпропіленовий каучук не містить подвійних зв’язків у молекулі, безбарвний, має відмінну стійкість до впливу тепла, світла, кисню й озону. Стійкість таких каучуків до тепла й старіння значно вища, ніж у бутадієн-стирольного й натурального каучуків.
Усі види етилен-пропіленових каучуків підсилюються наповнювачами, такими як сажа, щоб додати гарних механічних властивостей. Ці каучуки мають два значних недоліки: вони не можуть бути перемішані з іншими простими каучуками та є нестійкими до дії масел.
4. Гума, види гуми, застосування. Ебоніт
Гума — високоеластична, міцна сполука, складна багатокомпонентна система, що складається з полімерної основи (каучуку) і різних добавок.
Гума — матеріал, необхідний для виробництва різноманітних виробів — від автомобільних шин до хірургічних рукавичок. Головна перевага гуми — її еластичність. Вона може розтягуватися й гнутися, а потім приймати початкову форму. Гума може бути як м’якою, так і твердою.
Натуральну гуму виробляють з особливої рідини — латексу, який одержують із соку каучукових дерев. Батьківщина каучукового дерева — Центральна та Південна Америка. Сьогодні їх вирощують на плантаціях у теплих країнах у всьому світі, зокрема й у Південно-Східній Азії.
Після Другої світової війни з нафти хімічним шляхом одержали синтетичну гуму, яка набула широкого застосування. Зараз частка синтетичної гуми складає дві третини світового виробництва гуми.
Найбільшими споживачами гумових технічних виробів є автомобільна промисловість і сільськогосподарське машинобудування. Ступінь насиченості гумовими виробами — одна з основних ознак досконалості, надійності та комфортності масових видів машинобудівної продукції. У складі механізмів і агрегатів сучасних автомобіля і трактора є сотні найменувань і близько тисячі штук гумових деталей, причому одночасно зі збільшенням виробництва машин зростає їхня різноманітність.
Залежно від структури гуму поділяють на непористу (монолітну) і пористу.
Непористу гуму виготовляють на основі бутадієнового каучуку. Вона характеризується високим показником стирання. Термін зносу підошовної гуми в 2–3 рази перевищує термін зносу підошовної шкіри. Межа міцності гуми при розтягуванні менша, ніж у натуральної шкіри.
Гума не пропускає воду і практично в ній не набухає.
Гума поступається шкірі за морозостійкістю і теплопровідністю, що знижує теплозахисні властивості взуття. І нарешті, гума є абсолютно повітро- і паронепроникною.
Гума пористої структури має замкнуті пори, вміст яких залежно від виду гуми коливається від 20 до 80 % її загального об’єму. Ці гуми мають низку переваг порівняно з непористою гумою: підвищені м’якість, гнучкість, високі амортизаційні властивості, пружність.
Недоліком пористих гум є властивість давати усадку, а також викришуватися в певних ділянках виробу при ударах. Для підвищення твердості пористих гум до їхнього складу вводять полістирольні смоли.
На сьогодні освоєно виробництво нових видів пористих гум: порокрепу і вулканітів. Порокреп характеризується гарним кольором, еластичністю, підвищеною міцністю. Вулканіти — це пориста гума з волокнистими наповнювачами, що має високу зносостійкість, гарні теплозахисні властивості.
Ебоніт — вулканізований каучук з високим вмістом сірки (30–50 % від маси каучуку), зазвичай темно-бурого або чорного кольору. На відміну від м’якої гуми, ебоніт не виявляє високої еластичності за звичайних температур і нагадує тверду пластмасу.
Зараз ебоніти практично витіснені пластмасами і майже не використовуються.

6. Узагальнення і закріплення знань
6.1. Лабораторний дослід № 5
Тема. Ознайомлення зі зразками каучуків.
Мета: ознайомитися з властивостями каучуків.
Досліджувані об’єкти: зразки натурального та синтетичних (декілька різних видів) каучуків).
Обладнання: нагрівальний прилад, штатив із пробірками, водяна баня, тигельні щипці, ножиці, лінійка.
 Хід роботи
1. Розгляньте зовнішні ознаки зразків каучуків.
2. Дослідіть еластичні властивості каучуків за звичайних умов.
3. Визначте відношення каучуків до нагрівання.
4. За результатами досліджень складіть порівняльну таблицю.
5. Зробіть висновки, зазначте спільні властивості та відмінності у досліджуваних видів каучуків.





Урок 19
Штучні й синтетичні волокна
Мета уроку: сформувати в учнів поняття про штучні й синтетичні волокна на прикладі капрону й лавсану, віскози й ацетатного шовку. Показати значення синтетичних і штучних волокон у промисловості; порівняти властивості синтетичних, штучних і натуральних волокон; розвивати науковий світогляд учнів; виховувати практичність і сприяти розвитку естетичного смаку.
Очікувані результати: учні повинні визначати позитивні та негативні властивості синтетичних і штучних волокон; учні повинні характеризувати загальні наукові й технічні принципи одержання синтетичних волокон; хімічний склад синтетичних волокон та їхнє застосування.
Обладнання: зразки синтетичних волокон, розчини кислот, лугів, вода, хімічні склянки.

Тип уроку: комбінований.
1. Організаційний етап
1.1. Привітання.
1.2. Перевірка присутності учнів: кількість за списком _________,
кількість присутніх на уроці ___________, відсутніх ___________.
1.3. Перевірка готовності учнів до уроку.
1.4. Перевірка готовності класного приміщення до уроку.
2. Етап перевірки домашнього завдання
2.1. Фронтальне опитування за запитаннями з підручника.
2.2. Перевірка письмового завдання біля дошки.
2.3. Самостійна робота.
Учні отримують картки з назвами каучуків і описують їхні властивості й застосування.
3. Етап підготовки учнів до активного й усвідомленого засвоєння нового матеріалу
3.1. Повідомлення теми нового матеріалу.
3.2. Формулювання разом з учнями мети і задач вивчення нового матеріалу.
3.3. Показ практичного значення вивчення нового матеріалу, мотивація навчальної діяльності.
Слово вчителя
Здавна для виготовлення одягу людина користувалася природними волокнами, одержуваними з бавовни, льону, вовни деяких тварин, із ниток, що випрядає гусениця шовкопряда. Але цих джерел недостатньо для задоволення зростаючої потреби в тканинах. Шовковичний шовкопряд упродовж всього життя дає лише 1 г шовкової нитки, окрім того для його розведення необхідні шовковичні дерева, певні кліматичні умови й ретельний догляд. Бавовна росте повільно, вимагає багато світла, тепла, вологи. Тваринництво не в змозі забезпечити людство вовною в повному обсязі. Як створити волокно штучним способом? Чому наше століття часто називають синтетичним? Відповіді на ці та інші запитання ми спробуємо одержати на цьому уроці.
4. Актуалізація опорних знань
Запитання до учнів
Що вам відомо про хімічні волокна, їхню структуру й використання?
5. Етап засвоєння нових знань
План пояснення нового матеріалу
1. Класифікація волокон. (Складання схеми, пояснення вчителя.)
2. Одержання штучних волокон. (Розповідь учителя.)
3. Властивості штучних волокон, їх застосування. (Розповідь учителя, повідомлення учнів.)
4. Виробництво синтетичних волокон. (Складання схеми, пояснення вчителя.)
Звернути увагу учнів
Якщо витрати праці на виготовлення синтетичного капронового шовку прийняти за 100 %, то при виробленні штучного шовку вони становлять 60 %, вовни 450 %, а натурального шовку 25 000 %.
5. Властивості й застосування синтетичних волокон.
Демонстрація:
1. Витягування ниток зі смоли капрону чи лавсану.
2. Відношення волокон різних видів до розчинів кислот і лугів.
6. Порівняння властивостей синтетичних, штучних і натуральних волокон.
Лабораторний дослід № 6. Ознайомлення зі зразками натуральних, штучних і синтетичних волокон.
6. Узагальнення й закріплення знань
6.1. Бесіда.
1. Схарактеризуйте процеси одержання штучних волокон і технологічні умови їхнього виробництва.
2. Схарактеризуйте процеси одержання синтетичних волокон і технологічні умови їхнього виробництва.
6.2. Робота з текстом «Випиши головне».
Учні мають прочитати пропонований текст і доповнити свій
конспект у зошиті інформацією, що вони вважають за важливу.
7. Домашнє завдання, інструктаж щодо його виконання
7.1. Завдання для всього класу.
Підручник ________________________________________________
Робочий зошит ____________________________________________
Збірник завдань _ __________________________________________
7.2. Індивідуальне завдання.
Підготувати повідомлення про вплив органічних речовин на здоров’я людини за темами:
1. Органічні сполуки в продуктах харчування, воді й повітрі, їхній вплив на здоров’я людини.
2. Органічні речовини в медицині.
3. Органічні речовини в будівельних матеріалах.
4. Органічні сполуки в побуті.
______________________________________________________________
______________________________________________





















Матеріали до уроку

Етап засвоєння нових знань
1. Класифікація волокон



Натуральними називаються волокна природного походження (рослинного або тваринного).
Хімічними називаються волокна, що були вироблені з молекулярних сполук (природних або синтетичних).
Штучними є волокна, що одержані хімічною обробкою природних полімерів, зокрема клітковини.
Синтетичними є волокна, що були синтезовані з низькомолекулярних сполук хімічним способом.
2. Одержання штучних волокон
Здавна для виготовлення одягу людина використовувала природні волокна, що одержувала з бавовни, льону, вовни деяких тварин, з ниток, випрядених гусеницею шовкопряда. Зрозуміло, що цих джерел виявилося недостатньо, щоб цілком задовольнити зростаючу потребу в тканинах.
Гусениця шовковичного шовкопряда видавлює через вузьку протоку в’язку рідину і формує її в найтоншу нитку, що застигає на повітрі. Отже, щоб одержати штучне волокно, треба приготувати відповідну рідину і з неї спробувати витягти нитку.
Із цією метою бавовну обробили нітратною кислотою. У такий спосіб утворювалася нітроцелюлоза, що при розчиненні в суміші спирту з естером давала сироподібну рідину. З цієї рідини паличками вдавалося витягати нитки. Французький хімік Шардоне продавлював цей розчин крізь тонкі отвори в підкислену воду. Після розведення водою утворювалися шовковисті довгі нитки чистої нітроцелюлози.
Проте відомо, яка вогне- і вибухонебезпечна нітроцелюлоза. У плаття з такої тканини не погодилася б нарядитися жодна модниця. Щоб уникнути цього недоліку, одержані нитки піддавали денітрації.
Перші зразки були дуже дорогі. От якби навчитися виробляти штучні нитки з целюлози, що міститься в деревині, і не застосовувати при цьому дорогу нітратну кислоту.
Великим завоюванням хімії було створення саме такого способу. Цей спосіб зветься віскозним і є одним із найпоширеніших.
Виробництво віскозного шовку
Як відомо, у деревині целюлоза становить приблизно 50 % (за масою). Щоб виділити чисту целюлозу, деревину перетворюють у тріску і варять у великих закритих казанах, під тиском у кілька атмосфер, із розчином кальцій гідрогенсульфіту Ca(HSO3)2. Варіння продовжується близько доби. При цьому гідрогенсульфіт руйнує речовини, що склеюють волоконця клітковини, і вона виділяється у вільному вигляді. Целюлозу змішують з водою, виливають поступово на стрічку, що рухається. Після видалення води, висушування і розрізання утворюються аркуші так званої сульфітної целюлози, що нагадує собою картон. Частина сульфітної целюлози йде на вироблення паперу, а частина — на виробництво віскозного шовку.
З отриманої целюлози не можна безпосередньо випрясти нитки, її треба спочатку перетворити на розчин, щоб потім із грузлого розчину витягати нитки. Целюлоза не розчиняється ні у воді, ні в зазвичай уживаних органічних розчинниках. Але виявилося, що якщо на целюлозу подіяти спочатку концентрованим розчином лугу, а потім карбон(IV) сульфідом (CS2), то вона перетворюється на речовину, що є розчинною в розведених розчинах лугу.
У промисловості для одержання мідно-амоніачного шовку використовується бавовняне волокно — линт. Щоб виділити целюлозу з купрум-амоніачного комплексу, розчин видавлюють крізь фільтри в теплу воду чи розчин лугу. Нитки, що утворяться, пропускають потім крізь розчин сульфатної кислоти.
Мідно-амоніачний шовк називають павутиною з міцністю сталі. Однак він тонший за павутину і за натуральний шовк та за міцністю мало поступається останньому, а за красою навіть перевершує його.
Для ацетатного волокна характерною є особлива міцність.
Усі розглянуті раніше волокна складаються з целюлози, хоча вона в процесі переробки піддається перетворенням. Ацетатне волокно істотно від них відрізняється тим, що є естером (складним ефіром) целюлози. Воно не набухає у воді та менше ніж інші втрачає міцність у вологому стані.
Ацетатне волокно є дорожчим за віскозне, оскільки на його виробництво витрачаються такі дорогі речовини, як оцтовий ангідрид, ацетон тощо.
3. Властивості штучних волокон, їх застосування
 Ацетатне волокно
Ацетатні волокна за багатьма властивостями перевищують бавовну, шовк, натуральний шовк, вовну, але поступаються полікремонітрильним і поліефірним. За стійкістю до дії мікроорганізмів ацетатне волокно перевищує природне. Тканини з ацетатного волокна добре драпіруються. Триацетатні тканини, що піддалися термообробці є формостійкими. Основні недоліки ацетатного волокна: електризується і має малу гігроскопічність. Ацетатні нитки використовують при виготовленні трикотажної білизни, тканини для підбивок і штор; триацетатні нитки — платтів, купальників. Джгутове ацетатне волокно використовують у виготовленні сигаретних фільтрів.
 Віскоза
Залежно від призначення віскозні волокна виробляють у вигляді текстильних ниток або штапельного волокна. Віскозні волокна піддають різним видам обробки і сушать. Залежно від способу формування і обробки віскоза може бути матовою або блискучою, дуже або слабо гується з гладкою або структурованою поверхнею.
Змінюючи зовнішній вигляд, віскозі можна надати властивостей будь-якого натурального волокна — матова віскоза приємна на дотик подібна до бавовни, блискуча — нагадує шовк, а віскозна тканина з потовщеннями імітує льняне домоткане полотно.
Віскоза за своїми властивостями найбільше подібна до натуральних волокон.
Переваги віскози:
• м’якість;
• шовковистість;
• висока гідрофільність;
• здатність легко і рівномірно забарвлюватися;
• здатність легко змішуватися з іншими волокнами;
• мало електризується;
• доступність і низька ціна.
 Недоліки:
• зниження міцності в мокрому вигляді (тому рекомендується сухе чищення);
• втрата міцності під дією сонячного світла;
• усадка;
• схильність до гниття.

Незважаючи на велику кількість переваг віскози, частка штучних волокон у загальному обсязі виробництва хімічних волокон становить лише 15 %. Чому? По-перше, щоб усунути серйозні недоліки віскози потрібно значно вдосконалювати існуючі технології.
По-друге, виробництво віскози дуже токсичне — завжди існує можливість виділення вибухонебезпечного сірковуглецю в атмосферу, а отруйних сполук Цинку — у водні басейни.
Проте відповідної заміни волокнам з целюлози досі немає. Кращий вихід — нові технології та вирішення екологічних проблем шляхом зниження шкідливості виробництва.

4. Виробництво синтетичних волокон
Виробництво хімічних волокон ділиться на три етапи.

I Одержання прядильного розчину (розплаву)
Шляхом хімічних реакцій різних речовин


II Формування волокна
Пропускання розчину через фільтри (кількість отворів у фільтрі — 24–36 тис.)
Розчин твердне, утворюючи тверді тонкі нитки


III Обробка волокна
Нитки промивають, сушать, крутять, обробляють високою температурою. Потім відбілюють, фарбують, обробляють розчином мила

Вихідні матеріали для синтетичних волокон мають задовольняти вимогам і мати велику молекулярну масу, витягнуту форму молекул, розчинятися і утворювати концентровані в’язкі розчини або плавитися і переходити у в’язкоплинний стан.
Використовуючи різні за природою мономери і цілеспрямовано впливаючи на умови реакцій полімеризації та на процес формування волокна з розчину (або розплаву), можна одержати волокна з багатьма заздалегідь заданими властивостями.


5. Властивості та застосування синтетичних волокон
Як ми вже дізналися синтетичні волокна формують або з розплаву полімеру (поліаміду, поліестеру, поліолефіну), або з розчину полімеру (поліакрилонітрилу, полівінілхлориду, полівінілового спирту). Синтетичні волокна випускають у вигляді текстильних ниток, моноволокна, а також штапельного волокна. Різноманітність властивостей вихідних синтетичних полімерів дозволяє одержувати синтетичні волокна з різними властивостями, тоді як можливості варіювати властивості штучних волокон дуже обмежені, оскільки їх формують, як ми вже дізналися, практично з одного полімеру (целюлози або її похідних). Синтетичні волокна характеризуються високою міцністю, водостійкістю, зносостійкістю, еластичністю та стійкістю до дії хімічних реагентів.
Із 1931 р., окрім бутадієнового каучуку, синтетичних волокон і полімерів ще не було, а для виготовлення волокон використовували лише целюлозу.
Виробництво синтетичних волокон розвивається значно швидшими темпами, ніж виробництво штучних волокон. Це пояснюється доступністю вихідної сировини і швидким розвитком сировинної бази, меншою трудоємністю виробничих процесів і головне різноманітністю властивостей і високою якістю синтетичних волокон. У зв’язку з цим синтетичні волокна поступово витісняють не тільки натуральні, але і штучні волокна у виробництві деяких товарів народного споживання та технічних виробів.
 Капрон
Волокно з поліамідних смол називають у нашій країні капрон.
Капрон або капронове волокно — біло-прозора, дуже міцна речовина. Еластичність капрону набагато вища за шовк. Капрон належить до поліамідних синтетичних волокон. Поряд із високою міцністю капронові волокна характеризуються стійкістю до стирання, дії багаторазової деформації. Капронові волокна не вбирають вологу, тому не втрачають міцності у вологому стані. Але у капронового волокна є й недоліки. Воно малостійке до дії кислот — макромолекули капрону піддаються гідролізу за місцем амідних зв’язків. Порівняно невеликою є і теплостійкість капрону. При нагріванні його міцність знижується, при 215 °С відбувається плавлення.
Вироби з капрону, або в поєднанні з капроном, стали вже звичними в нашому побуті. Із капронових ниток шиють одяг, який коштує набагато дешевше, ніж одяг із натуральних природних матеріалів. Із капрону виробляють рибальські сіті, волосінь, фільтрувальні матеріали, кордну тканину. Із кордної тканини виробляють каркаси авто-і авіапокришек. Капронова смола використовується для отримання пластмас, з яких виготовляють різні деталі машин.
Капрон добувають реакцією полімерізації:
  .
Молекули капрону мають лінійну будову.

 Лавсан
Лавсан (поліетилентерефталат) — представник поліефірів. Це волокно характеризується високою механічною міцністю та стійкістю до дії підвищених температур, світла, окислювачів, є гарним діелектриком. Лавсан є повноцінним замінником натуральної вовни. Плівки з нього при малій товщині мають велику міцність. Ця властивість використовується при виготовленні магнітофонної стрічки.
Волокно лавсану додають до натуральної вовни для виготовлення високоякісних тканин і трикотажу, що не мнуться. Його застосовують також у виробництві транспортерних стрічок, ременів, завіс, вітрил тощо.
Лавсан добувають реакцією поліконденсації між етиленгліколем і терефталевою кислотою:

Молекули лавсану мають розгалужену будову.


6. Узагальнення і закріплення знань

6.1. Лабораторний дослід № 6
Тема. Ознайомлення зі зразками натуральних, штучних і синтетичних волокон.
Мета: дослідити та порівняти деякі фізичні та хімічні властивості різних видів волокон.
Обладнання: штатив із пробірками, нагрівальний прилад, тигельні щипці, скляні палички, металева пластинка.
Досліджувані об’єкти: зразки різних видів волокон (бавовна, вовна, шовк (натуральний та ацетатний), капрон, лавсан, нейлон та інші.
Хід роботи
1. Ознайомитися із зовнішніми ознаками усіх видів волокон. Звернути увагу на колір, блиск, структуру, товщину волокон.
2. Визначити відношення всіх видів волокон до нагрівання.
3. Визначити відношення всіх видів волокон до горіння.
4. Скласти порівняльну таблицю за результатами спостережень.
5. Зробити висновок, де зазначити загальні властивості і відмінності у досліджуваних видах волокон.

6.2. Текст для самостійної роботи учнів «Випиши головне»
Тканини із синтетичних волокон
Сировиною для виробництва синтетичних волокон є гази — продукти переробки кам’яного вугілля й нафти. У результаті складних хімічних реакцій одержують синтетичні волокна, що відрізняються одне від одного хімічним складом, властивостями, характером горіння.
Найпоширеніші з них:
• поліефірні волокна (лавсан, кримплен й ін.);
• поліамідні волокна (капрон, нейлон);
• поліакрилонітрильні волокна (нітрон, акрил);
• еластанове волокно (лайкра, дорластан).
 Застосування капрону на основі його фізичних властивостей. Види продукції на основі капрону
1. Кордна тканина — у шинній промисловості, як каркас для виготовлення покришок, пневматичних шин.
2. Штапельне капрон-волокно — у текстильній і килимовій промисловості.
3. Поліамід-6 — для виготовлення технічних виробів, деталей, що використовуються в машинобудуванні, автомобільній промисловості.
4. Мононить — для виготовлення щіток комунальних машин.
5. Технічні нитки — для виготовлення технічних тканин, канатів, у рибній промисловості.
6. Текстильні нитки — у виробництві панчішних та шкарпеткових виробів.
7. Капронова смола — для виготовлення пластмасових виробів.
8. Волокнистий матеріал — для дорожнього покриття у важкодоступних районах країни.

Тканини зі штучних волокон
 Віскозне волокно
Сировиною для виробництва віскозного волокна є целюлоза з деревини. Її одержують з ялинової тріски й тирси додаючи хімічні речовини. Віскозне волокно дуже схоже на волокно натурального шовку.
Віскозні волокна м’які, гладкі, менш міцні за натуральний шовк. Віскоза краще за бавовну вбирає вологу, але має слабку пружність, тому тканини з віскозних волокон дуже мнуться.
Горять віскозні волокна швидко, рівно, полум’я яскраве, залишається запах паленого паперу. Після згоряння залишається попіл сірого кольору.
 Ацетатне волокно
Сировиною для ацетатного волокна є відходи бавовни з додаванням хімічних речовин. Ацетатні волокна погано вбирають вологу, мають більшу пружність ніж віскоза, тому майже не мнуться й добре зберігають форму. Горить ацетатне волокно дуже повільно, жовтим полум’ям, залишаючи оплавлену кульку й кислуватий запах





Роздавальний матеріал до уроку № 19

Текст для самостійної роботи учнів «Випиши головне»

Тканини із синтетичних волокон
Сировиною для виробництва синтетичних волокон є гази — продукти переробки кам’яного вугілля й нафти. У результаті складних хімічних реакцій одержують синтетичні волокна, що відрізняються одне від одного хімічним складом, властивостями, характером горіння.
Найпоширеніші з них:
• поліефірні волокна (лавсан, кримплен й ін.);
• поліамідні волокна (капрон, нейлон);
• поліакрилонітрильні волокна (нітрон, акрил);
• еластанове волокно (лайкра, дорластан).

Застосування капрону на основі його фізичних властивостей.
 Види продукції на основі капрону
1. Кордна тканина — у шинній промисловості, як каркас для виготовлення покришок, пневматичних шин.
2. Штапельне капрон-волокно — у текстильній і килимовій промисловості.
3. Поліамід-6 — для виготовлення технічних виробів, деталей, що використовуються в машинобудуванні, автомобільній промисловості.
4. Мононить — для виготовлення щіток комунальних машин.
5. Технічні нитки — для виготовлення технічних тканин, канатів, у рибній промисловості.
6. Текстильні нитки — у виробництві панчішних та шкарпеткових виробів.
7. Капронова смола — для виготовлення пластмасових виробів.
8. Волокнистий матеріал — для дорожнього покриття у важкодоступних районах країни.

Тканини зі штучних волокон
Віскозне волокно
Сировиною для виробництва віскозного волокна є целюлоза з деревини. Її одержують з ялинової тріски й тирси додаючи хімічні речовини. Віскозне волокно дуже схоже на волокно натурального шовку.
Віскозні волокна м’які, гладкі, менш міцні за натуральний шовк. Віскоза краще за бавовну вбирає вологу, але має слабку пружність, тому тканини з віскозних волокон дуже мнуться.
Горять віскозні волокна швидко, рівно, полум’я яскраве, залишається запах паленого паперу. Після згоряння залишається попіл сірого кольору.
Ацетатне волокно
Сировиною для ацетатного волокна є відходи бавовни з додаванням хімічних речовин. Ацетатні волокна погано вбирають вологу, мають більшу пружність ніж віскоза, тому майже не мнуться й добре зберігають форму. Горить ацетатне волокно дуже повільно, жовтим полум’ям, залишаючи оплавлену кульку й кислуватий запах.














Контрольна робота № 2
Мета уроку: перевірити рівень знань учнів, отриманих на уроках хімії.
Очікувані результати: виявити найкраще й найгірше засвоєні теми з метою їх подальшого коригування.
Обладнання: завдання для контрольної роботи.

Тип уроку: урок контролю знань, умінь і навичок учнів.
1. Організаційний етап
1.1. Привітання.
1.2. Перевірка присутності учнів: кількість за списком _________,
кількість присутніх на уроці ___________, відсутніх ___________.
1.3. Перевірка готовності учнів до уроку.
1.4. Перевірка готовності класного приміщення до уроку.
2. Етап контролю знань
2.1. Інструктаж щодо оформлення роботи.
2.2. Інструктаж щодо виконання завдань, пояснення загальної оцінки (у скільки балів оцінюється кожне завдання), наголос на завданнях, що є більш складними або потребують особливої уваги учнів.
2.3. Виконання завдань.
3. Підбиття підсумків уроку
Після закінчення роботи учні можуть поставити запитання щодо виконаних завдань. Слід відзначити поняття, які засвоєні учнями добре, а які викликали труднощі під час виконання контрольної роботи.
4. Домашнє завдання, інструктаж щодо його виконання
4.1. Завдання для всього класу (не є обов’язковим).
Підручник _________________________________________________
Робочий зошит _____________________________________________
Збірник завдань ____________________________________________
4.2. Індивідуальне завдання.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________


Контрольна робота № 2

I варіант
1. У схемі наведена класифікація мийних засобів, але не зазначені їхні назви та формули речовин, що належать до кожного класу. Запишіть їх. Поясніть мийну дію мила й синтетичних мийних засобів (СМЗ).

2. Чому для зубів небезпечна їжа із високим вмістом вуглеводів (білий хліб, печиво, цукор)?
3. Обчисліть масову частку Карбону в молекулі глюкози.
4. Обчисліть масу етанолу, що утвориться при спиртовому бродінні глюкози масою 90 г.
II варіант
1. Назвіть типи синтетичних волокон, які вам відомі На яких властивостях засноване їхнє застосування?
Складіть і заповніть таблицю «Класифікація волокон».


2. Запишіть хімічні речовини, що ми використовуємо як про-
дукти харчування?
3. При спиртовому бродінні глюкози виділився газ об’ємом 67,2 л (н. у.). Визначте масу глюкози.
4. Обчисліть кількість речовини глюкози, що утвориться при гідролізі сахарози кількістю речовини 20 моль.

Етап контролю знань
88. Завдання для контрольної роботи
I варіант
Завдання 1. У схемі наведеною класифікацію мийних засобів, але не зазначених їхні назви та формули речовин, що належать до кожного класу. Запишіть їх. Поясніть мийну дію мила й синтетичних мийних засобів (СМЗ).

Завдання 2. Чому для зубів небезпечна вуглеводна їжа (білий хліб, печиво, цукор)?
Завдання 3. Обчисліть масову частку Карбону в молекулі глюкози.
Завдання 4. Обчисліть масу етанолу, що утвориться при спиртовому бродінні 90 г глюкози.

II варіант
Завдання 1. Назвіть типи синтетичних волокон, які вам відомі. На яких властивостях засноване їхнє застосування?
Заповніть таблицю «Класифікація волокон».


Завдання 2. Які ви знаєте хімічні речовини, які ми використовуємо як продукти харчування?
Завдання 3. При спиртовому бродінні глюкози виділився газ об’ємом 67,2 л (н. у.). Визначте масу глюкози.
Завдання 4. Обчисліть кількість речовини глюкози, що утвориться при гідролізі 20 моль сахарози.

Відповіді:
I варіант

Завдання 1.
Тверді мила: C15H31COONa — натрій пальміат
C17H35COONa — натрій стеарат.
Рідкі мила: : C15H31COOK  — калій пальміат
C15H35COOK — калій стеарат.
Синтетичний мийний засіб: C11H23—CH2—O—SO3Na — лаурилсульфат.

Завдання 3.
Дано: Розв’язання:
C6H12O6

 ; 40 %.
ω(C) — ?
Відповідь: ω(C) = 40 %.

Завдання 4.
Дано: Розв’язання:
m(C6H12O6) = 90 г M(C6H12O6) = 180 г/моль.
  (моль)
m(C2H5OH) — ?

x = 1;   моль
  г/моль;
  г.
Відповідь:   г.





II варіант
Завдання 1.


Завдання 3.
Дано: Розв’язання:
  л   (моль)

  — ?

x = 1,5;
  (моль)
  (г/моль);
  г.
Відповідь:   г.

Завдання 4.
Дано: Розв’язання:
 
х = 20
 .
  — ?
Відповідь:  .