Всюду углерод

Конференция начинающих исследователей
ООЗШЮИ «Стимул»
Всюду углерод
Автор: Фахрутдинова Анна,
3 Б класс МОАУ «Гимназия
имени А. Грина» г. Кирова
Руководители: Фахрутдинова С.П.;
Новикова Т.А., учитель МОАУ
«Гимназия имени А. Грина»
г. Кирова
Киров, 2013г.
1
Содержание
Введение…………………………………………………………………… 3
1. История открытия углерода……………………………………………… 3
2. Нахождение в природе……………………………………………………. 4
3. Применение углерода……………………………………………………. .5
4. Токсическое действие углерода………………………………………….. 6
5. Мои исследования………………………………………………………... .6
Вывод……………………………………………………………………….6
Список литературы……………………………………………………...... 7
Приложения……………………………………………………………..8-14
2
Введение
Каждое лето на каникулах я езжу в деревню. Дома посередине
комнаты стоит русская печка (Приложение 1), в которой мы иногда готовим
еду. Однажды, когда топилась печь, я испачкалась чёрной сажей. Она никак
не хотела стряхиваться с моей одежды, и мне стало интересно, что это за
вещество, откуда оно появляется и существует ли ещё оно в природе.
Родители сказали мне, что сажа на моей одежде – это одна из форм
углерода. Что же такое углерод и часто ли он встречается в природе? Это и
стало целью моей работы.
Цель: выяснить, что такое углерод и часто ли он встречается в
природе.
Задачи:
1. Изучить литературу об открытии углерода, о нахождении углерода в
природе;
2. Выяснить: где применяют углерод;
3. Проанализировав данные исследования, сделать выводы.
Гипотеза: я предположила, что углерод часто встречается в природе.
1. История открытия углерода
Углерод является одним из первых химических элементов, который известен
человеку.
С незапамятных времён человек использовал уголь и сажу. Когда наши
предки овладели огнём, а это было около 100 тысяч лет назад, они имели
дело с углём и сажей (Приложение 2).
Углерод является одним из элементов, имя первооткрывателя
которого неизвестно, неизвестно и то, какая из форм элементарного углерода
– алмаз или графит – была открыта раньше. И то и другое случилось
слишком давно, ещё до возникновения письма. По всей видимости, люди
знакомы очень давно с разновидностями углерода - алмазом, графитом и
каменным углем (Приложение 3).
Сам процесс горения, который является первым химическим
процессом, очень заинтересовал человека. Огонь давал тепло, свет, защищал
от хищных животных. Человек замечал, что если взять много топлива, то в
результате горения остаётся зола, которой значительно меньше чем
3
сжигаемое топливо. Уголь или углерод не считали элементом. Элементом
для древнего человека был огонь. В конце XVIII, начале XIX веков
зародилась теория о том, что в любом веществе имеется особое элементарное
вещество и некоторые учёные стали предполагать, что уголь - есть
элементарное вещество. Позже зародилась теория о том, что в огне есть
некий элемент, и некоторые учёные стали предполагать, что уголь и есть тот
элемент. В начале XIX в. старое слово уголь в русской химической
литературе иногда заменялось словом "углетвор"; с 1824 г. Соловьев М.Ф.
ввел название углерод, которым мы сейчас и пользуемся.
2. Нахождение в природе
Свободный углерод находится в природе в виде алмаза и графита.
Основная масса углерода находится в виде природных карбонатов
(известняки и доломиты), горючих ископаемых — антрацит (94—97 % С),
бурые угли (64—80 % С), каменные угли (76—95 % С), горючие сланцы
(56—78 % С), нефть (82—87 % С), горючих природных газов (до 99 %
метана), торф (53—56 % С), а также битумы и др. в виде углекислого газа
(СО2). Углерод входит в состав растений и животных, содержится в водах
рек, морей и океанов, в воздухе и полезных ископаемых в виде углекислого
газа (СО2).
В организм человека углерод поступает с пищей (в норме около 300 г
в сутки). Общее содержание углерода в организме человека достигает около
21 % (15 кг на 70 кг массы тела). Углерод составляет 2/3 массы мышц и 1/3
массы костной ткани. Выводится из организма преимущественно с
выдыхаемым воздухом (углекислый газ) и мочой (мочевина).
Кругооборот углерода в природе включает биологический цикл
(Приложение 4). СО2 попадает в атмосферу при сгорании топлива, из
вулканических газов, горячих минеральных источников. Биологический
цикл состоит в том, что углерод в виде СО2 поглощается из тропосферы
растениями. Затем (из биосферы вновь возвращается в геосферу:) с
растениями углерод попадает в организм животных и человека, а затем при
гниении животных и растительных материалов — в почву и в виде СО2 — в
атмосферу.
В парообразном состоянии и в виде соединений с азотом и водородом
углерод обнаружен в атмосфере Солнца, планет, найден в каменных и
железных метеоритах.
4
3. Применение углерода
Углерод играет огромную роль в жизни человека. Его применения
столь же разнообразны, как сам этот многоликий элемент. В частности
углерод является неотъемлемой составляющей стали и чугуна.
В карандашной промышленности очень широко используется графит.
Также его используют в качестве смазки при особо высоких или низких
температурах.
Алмаз, благодаря исключительной твердости, незаменимый
абразивный материал. Алмазным напылением обладают шлифовальные
насадки бормашин. Кроме этого, ограненные алмазы — бриллианты
используются в качестве драгоценных камней в ювелирных украшениях.
Благодаря редкости, высоким декоративным качествам и стечению
исторических обстоятельств, бриллиант неизменно является самым дорогим
драгоценным камнем. Исключительно высокая теплопроводность алмаза
делает его перспективным материалом для полупроводниковой техники в
качестве подложек для процессоров. Относительно высокая цена (около 50
долларов/грамм) и сложность обработки алмаза ограничивают его
применение во многих областях.
В фармакологии и медицине широко используются различные
соединения углерода — производные угольной кислоты и карбоновых
кислот, различные гетероциклы, полимеры и другие соединения.
Активированный уголь применяется для абсорбции и выведения из
организма различных токсинов; графит (в виде мазей) — для лечения
кожных заболеваний; радиоактивные изотопы углерода — для научных
исследований (радиоуглеродный анализ).
Углерод является основой всех органических веществ. Любой живой
организм состоит в значительной степени из углерода. Углерод — основа
жизни. Источником углерода для живых организмов обычно является СО2 из
атмосферы или воды. В результате фотосинтеза он попадает в биологические
пищевые цепи, в которых живые существа поедают друг друга или останки
друг друга и тем самым добывают углерод для строительства собственного
тела. Биологический цикл углерода заканчивается либо окислением и
возвращением в атмосферу, либо захоронением в виде угля или нефти.
5
Углерод в виде ископаемого топлива: угля и углеводородов (нефть,
природный газ) — один из важнейших источников энергии для человечества.
Таким образом, углерод используется в различных областях нашей
жизни.
4. Токсическое действие углерода
Углерод входит в состав атмосферных аэрозолей, в результате чего
может изменяться климат, уменьшаться количество солнечных дней. Углерод
поступает в окружающую среду в виде сажи в составе выхлопных газов
автотранспорта, при сжигании угля на ТЭС, при открытых разработках угля,
подземной его газификации, получении угольных концентратов и др.
Высокое содержание углерода в атмосферных аэрозолях ведет к повышению
заболеваемости населения, особенно верхних дыхательных путей и легких.
5. Мои исследования
С какой формой углерода мы встречаемся в повседневной жизни?
Можем ли мы потрогать его собственными руками?
Для этого мы провели несколько опытов.
Опыт 1. Для данного опыта нам понадобится: крышка от консервной банки,
свечка, спички и щипцы (Приложение 5). Зажигаем свечу. Щипцами держим
крышку от консервной банки над пламенем свечи (Приложение 6). Остужаем
крышку, затем вытираем черное вещество, которое называется сажа
(Приложение 7). Это фактически и есть углерод (Приложение 8).
Опыт 2. Нам понадобиться листок бумаги, спички. Поджигаем бумагу
(Приложение 9,10), после сжигания она стала черной, так как выделился
углерод (Приложение 11). Только он остается после полного сгорания
различных материалов.
При нагревании углерода до очень высокой
температуры он образует углекислый газ.
Опыт 3. Нам понадобится лист бумаги и простой карандаш (Приложение
12). Нарисовав грифелем карандаша на бумаге, мы видим не что иное, как
одну из форм углерода (Приложение 13,14).
Вывод
Моя гипотеза подтвердилась. Закончив своё исследование, я сделала
вывод, что углерод — это основа жизни, встречается он повсюду – в живой и
неживой природе, широко применяется в различных сферах деятельности
человека.
6
Список литературы
1. «365 научных экспериментов». Проверены и описаны учителями. Рисунки
Глена Синглтона
2. Ахметов Н.С. Неорганическая химия. Учеб. пособие для учащихся 8–9 кл.
шк. с углуб. изучением химии. В 2-х частях – ч. 1, ч. 2, – 2-е изд. –
М.: Просвещение, 1990 – 208 с.
3. Бабич Л.В., Балезин С.А., Гликина Ф.Б., Зак Э.Г. Практикум по
неорганической химии. Учеб. пособие для ВУЗов, М.: Высшая школа, 1989 –
300 с.
4. Башлак А.Т. “Что может зажечь углекислый газ”, ж. “Химия в школе”,
1991, № 5, с. 58.
Интернет-ресурсы:
5. http://n-t.ru/ri/ps/pb006.htm
6. http://ru.wikipedia.org/wiki
7. http://svitkvit-com-ua.1gb.ua
8. http://lady.webnice.ru/forum
9. http://omop.su/2004/01/5808.ph
10.http://biznes.vsem.ru/syre_i_m
11.http://nts.sci-lib.com/picture
7
Приложение 1
Приложение 2
8
Приложение 3
Приложение 4
9
Приложение 5
Приложение 6
10
Приложение 7
Приложение 8
11
Приложение 9
Приложение 10
12
Приложение 11
Приложение 12
13
Приложение 13
Приложение 14
14