Внеклассное занятие: «Ода обыкновенной спичке»

Методическая разработка внеклассного занятия

Ода обыкновенной спичке

«Химия это область чудес,

в ней скрыто счастье человечества,

величайшие завоевания разума будут

сделаны именно в этой области…»

М.Горький

Вступление учителя:

Человек познакомился с химией, как только стал человеком. Первый сознательно зажжённый костёр - это первая химическая реакция, первый шаг на необозримо длинном пути к овладению одной из замечательных наук о природе. И разве не символично, что химия впервые предстала перед человеком в образе беспрестанно изменяющегося, бесконечно разнообразного, жутко - прекрасного пламени!

Наш далёкий предок и не подозревал о необъятных силах химии как науки. То, что когда-то казалось абсолютно невероятным, совершенно немыслимым - стало обязательным атрибутом ХХ! века. Где бы не находился человек - глубоко под землёй или в космосе, на теплоходе или в автомобиле, на заводе или в больнице, в магазине или на собственной кухне, - везде химия приходит на помощь, везде оказывает неоценимые услуги.

Более трёхсот лет отделяют нас от того момента, когда гамбургский алхимик Генинг Бранд открыл новый элемент - фосфор. Полученное вещество светилось без подогрева, было необычайно и ново. Этим свойством нового вещества Бранд не замедлил воспользоваться. Он стал показывать фосфор различным привилегированным лицам, получая от них подарки и деньги. На сегодняшний день доказано, что фосфор широко распространён в земной коре и обнаружен буквально во всех органах зелёных растений.

Главные потребители фосфора - это производство спичек, металлургия, различные химические производства.

Подсчитано, что мировое производство спичек состав­ляет 35 млрд. коробок в год. На одну коробку расхо­дуется около 1 г спичечной массы. Следовательно, расход спичечной массы в мировом масштабе состав­ляет десятки тысяч тонн в год.

Сегодня мы с вами поговорим о значении и роли вот этой маленькой спички, которая совершенно необходима для жизнедеятельности любого человека. В наш век информационных технологий и высоких достижений совершенно очевидно, что в каждом доме по-прежнему имеется коробок спичек, без которого современный человек не может обойтись и на сегодняшний день.

Целью нашего сегодняшнего занятия является:

• Узнать способы добывания огня, совершив экскурс в историю;

• Выяснить основы технологических процессов, применяемых для изготовления спичек;

• Познакомиться с различными видами и значением получаемого продукта;

• Провести опыты, подтверждающие свойства фосфора и его соединений, используемых в данном производстве.

Сообщения учащихся:

Экскурс в историю.

1 учащийся:

Человек давно уже был знаком с чудодейственными свойствами ог­ня, стихийно возникающего в результате удара молнии. Поэтому отыскание способов добывания огня было пред­принято еще первобытным человеком. Энергичное трение двух кусков дерева - один из таких способов. Само­воспламенение древесины происходит при температуре выше 300 °С. Понятно, какие мускульные усилия необхо­димо приложить для локального разогревания древесины до такой температуры, и, тем не менее, в свое время овладение этим способом было величайшим достижением. Использование огня позволило человеку в значи­тельной мере снять с себя зависимость от климата, а значит, расширить пространство для существования.

Поскольку способы получения огня были несовершен­ны и трудоемки, человеку приходилось постоянно под­держивать горящий источник огня. Для перенесения огня в Древнем Риме использовали деревянные палочки, обмакнутые в расплав серы.

Приспособления для получения огня, основанные на химических реакциях, начали делать в конце XVIII в. Вначале это были древесные лучинки, на кончике кото­рых в виде головки закреплялись хлорат калия (берто­летова соль КС1Оз) и сера. Головка погружалась в сер­ную кислоту, происходила вспышка и лучинка загора­лась. Человек был вынужден хранить и обращаться с небезопасной серной кислотой, что было крайне неудоб­но. Тем не менее, это химическое «огниво» можно рас­сматривать как прародитель современных спичек.

2 учащийся:

В начале XIX в. немецкий химик Деберейнер изоб­рел более совершенное, но и более сложное огниво. Им было установлено, что струя водорода, направлен­ная на губчатую платину, воспламеняется на воздухе.

Губчатая платина играет роль катализатора. Для ис­пользования этого средства при получении огня в быту им был создан небольшой стеклянный прибор (по типу ранее изобретенного Киппом аппарата, носящего его имя). Водород получался приведением в контакт метал­лического цинка и серной кислоты. Таким образом, получение пламени и его тушение обеспечивалось пово­ротом крана, приводящего в контакт (или разделяю­щего) серную кислоту и цинк. Огниво Деберейнера можно считать прародителем современной газовой или бензиновой зажигалки.

Важнейшим этапом на пути к современным спичкам было введение в состав массы спичечной головки белого фосфора в 1833году. Такие спички легко зажигались от тре­ния о шероховатую поверхность. Однако при горении они создавали неприятный запах и главное, их произ­водство было весьма вредно для рабочих. Пары белого фосфора приводили к тяжелейшему заболеванию - фос­форному некрозу костей. Прежде всего, некрозу подвер­гались кости челюстей людей, так как фосфор проникал через кариозные зубы.

В 1847 г. было установлено, что белый фосфор при нагревании в закрытом сосуде без доступа воздуха превращается в другую модификацию - красный фос­фор. Он гораздо менее летуч и практически не ядовит. Вскоре белый фосфор в головках спичек был заменен на красный. Такие спички зажигались лишь при трении о специальную поверхность из красного фосфора, клея и других веществ. Эти спички называли безопасными или шведскими, так как фабричным способом их впервые начали изготавливать в Швеции в 1867 - 1869 гг.

Учащиеся демонстрируют опыт:

«Превращение красного фосфора в белый».

Соскоблить смесь, содержащую красный фосфор, с двух - трёх спичечных коробков (стараясь не захватить материал упаковки) и поместить на дно тонкой пробирки. Вставить стеклянную палочку длиной чуть больше пробирки и осторожно нагреть фосфор, стараясь не нагреть остальную часть сосуда. При 296^оС красный фосфор превращается в белый, который конденсируется в виде жёлтых маслянистых капель на стеклянной палочке и более холодных стенках пробирки. После появления капель белого фосфора нагревание следует прекратить и вынуть палочку из пробирки. На воздухе белый фосфор самовоспламеняется и сгорает ярким пламенем с выделением белого дыма - оксида фосфора Р₂О_5. Необходимо подержать над горящим фосфором влажную индикаторную бумажку, изменение цвета которой укажет на кислотные свойства оксида Р₂О_5.

1 учащийся (продолжает):

Первая спичечная фабрика в России была зарегистри­рована в 1837 г., а через семь лет их было уже восемь. В 1848 г. преподаватель химии Сант-Петербургского техно­логического института Н. Витт писал, что «все прежде употребительные огнивы разных устройств ныне оставлены, потому что промышленность в новейшее время так удачно умела воспользоваться химическими сведениями, распространившимися между сословиями заводчиков, что приспособила удобно вспы­хивающие составы к деланию спичек, зажигающихся от трения, и успела усовершенствовать их до такой степени, что они, выполняя совершенно свою цель, сделались доступными по своей дешевизне для всех, а потому далеко оставили за собою все подобные средства и имели огромный успех».

Вопросы к учащимся:

• Какие способы добывания огня использовал первобытный человек? В чём помог огонь первобытным людям?

• Каковы способы получения огня, основанные на химических реакциях?

• Как работало огниво Деберейнера?

• Введение какого химического элемента стало важнейшим этапом на пути производства спичек? Что было применено при переходе от опасного производства к менее вредному?

• Когда была зарегистрирована первая спичечная фабрика в России?

Какова технология изготовления спичек?

Наши гости - представители одной из спичечных фабрик (учащиеся класса), кратко и доступно расскажут нам о данном производстве.

Специалист по технике безопасности:

У нас, так же как и в других странах, преимущест­венно выпускают спички из древесной палочки (назы­ваемой соломкой) с головкой, требующей для воспла­менения трения о намазку, нанесенную на боковые сторо­ны спичечной коробки.

В качестве основного сырья для изготовления спичеч­ной соломки с прошлого столетия используют главным образом осину и реже липу. Для этого с круглого очи­щенного от коры чурака специальным ножом по спирали снимается лента, которая затем рубится на спичечную соломку. При сгорании спички необходимо получить нетлеющий уголек от соломки и удержать на нем раска­ленный шлак от сгоревшей головки. Тлеющий уголек от соломки, естественно, представляет пожарную опасность. Для устранения тле­ния соломки и закрепления шлака от головки соломку пропитывают веществами, образующими на ее поверхности при горении пленку. Благодаря этой пленке прекра­щается сгорание угля. В качестве противотлеющих веществ используют фосфорную кислоту и ее соль фосфат аммония.

Для обеспечения эффективного перехода пламени от головки к соломке последняя около головки пропиты­вается расплавленным парафином. Спички с непарафинированной соломкой гаснут практически вслед за сгора­нием головки. Парафин легко воспламеняется при горе­нии головки и дает яркое пламя, что важно в случае использования спички как источника света. Кроме того, он обладает хорошей теплотворной способностью, способ­ствующей возгоранию соломки, безопасен при хранении спичек, не выделяет при горении копоти, дыма или вред­ных газов.

Главный технолог:

Состав спички (головка и тёрочная масса).

За период более чем 150 лет было использовано большое количество рецептур зажигательных масс, из которых изготавливают головки спичек. Они являются сложными многокомпонентными системами. В них вхо­дят; окислители (КСО₃, К₂С_Г2О₇, МпО₂), дающие кислород, необходимый для горения; горючие вещества (сера, животные и растительные клеи, сульфид фосфора P₄S₃); наполнители - вещества, предотвращающие взрывной характер горения головки (измельченное стек­ло); склеивающие вещества (клеи), которые одно­временно являются и горючими; стабилизаторы кислот­ности (ZnO, СаСО₃ и др.); вещества, окрашивающие спичечную массу в определенный цвет (органические и неорганические красители).

Температура горения спичечных головок достигает 1500°С, а температура их воспламенения лежит в преде­лах 180 - 200 °С.

Фосфорная (терочная) масса также является много­компонентной. Она наносится на узкие боковые наруж­ные стороны спичечной коробки. В состав наиболее рас­пространенной терочной массы входят: красный фосфор, сульфид сурьмы (III), железный сурик Fe₂O₃, пиролюзит МпО₂, мел СаСОз, клей.

Считают, что при трении головки о фосфорные намаз­ки тепловой импульс направлен в основном не на нагре­вание зажигательной массы до температуры воспламене­ния, а на сублимацию (возгонку) красного фосфора. В результате сублимации красного фосфора образуется белый, который легко взаимодействует с кислородом воздуха с выделением большого количества теплоты.

Вопрос одного из «специалистов:

Опишите условия и признаки данной реакции. Почему она является экзотермической?

Одним из важных показателей качества спичек яв­ляется легкость воспламенения головки спички о терку. Этот показатель называют чуткостью спичек. Она долж­на находиться в определенных пределах. Спички с очень высокой чуткостью способны воспламеняться при трении о неактивные шероховатые поверхности и потому не отвечают требованиям безопасности. При транспортировке таких спичек возможно самопроизвольное воспламенение. Опытом установлено, что чувствительность спичек зави­сит от соотношения окислителей и восстановителей в зажигательной смеси и от состава намазной массы терки. Температура воспламенения зажигательной массы имеет меньшее значение, чем головки.

Опыт «Иерусалимское чудо».

Рассказывают, что во время пасхального богослужения в иерусалимском храме произошло чудо: как только священник произнёс фразу: «Христос воскрес!», свечи в подсвечниках, которые находились в его руках, мгновенно вспыхнули.

А вы не хотели бы повторить это чудесное явление?

Для этого необходимо омочить фитиль свечи раствором белого фосфора в сероуглероде, который представляет собой бесцветную, легко испаряющуюся жидкость. Как только сероуглерод испарится, на фитиле останутся лишь кристаллики белого фосфора, который, как мы знаем, имеет способность самовоспламеняться на воздухе. Наша свеча загорелась «сама собой».

Специалист по связям с общественностью:

Существует несколько разновидностей современных спичек. По назначению различают спички, зажигающие­ся в обычных условиях, влагоупорные (рассчитанные на зажигание после хранения во влажных условиях, например в тропиках), ветровые (зажигающиеся на вет­ру) и др.

Особым сортом спичек являются ветровые. Они позво­ляют использовать пламя при силе ветра в 10-12 бал­лов. Длительность горения таких спичек равна 5-10 с. В отличие от обычных спичек у ветровых удлиненная форма головки (10-12 мм). Для продления времени горения в состав головки вводят крахмал. Для усиления ветроустойчивости спичек (до 12 баллов) в состав голов­ки вводят нафталин.

При изготовлении влагоупорных спичек их головки покрывают нитроцеллюлозной пленкой.

Следует отметить, что реакция, протекающая при сгорании головки спички, - это один из наиболее бурных химических процессов. В больших масштабах она яв­ляется и одной из наиболее опасных. Поэтому производство спички (которая хотя и называется безопасной) требует к себе уважительного отношения.

Специалисты (ребята) задают учащимся вопросы, имеющие отношение к основам производства и предлагают выполнить следующее задание.

Задание - головоломка:

«Химические полоски по теме: «Производство спичек». Выполняется в беседе с учащимися.

Перед вами 8 полосок с написанными на них буквами. Попробуйте переставить их таким образом, чтобы по вертикали читались названия химических веществ и химических процессов, имеющих отношения к данной теме. Прочитав все 8 слов, постарайтесь объяснить их значение, а также практическое применение.

с

ф

о

о

ф

Фосфор

о

к

л

и

л

ь

е

т

с

и

Окислитель

о

в

н

з

г

о

к

а

Возгонка

с

и

у

б

м

л

а

ц

и

я

Сублимация

а

о

л

л

р

т

о

п

и

я

Аллотропия

о

г

р

а

л

к

е

Горелка

п

р

и

о

в

з

о

т

о

в

д

с

Производство

р

п

а

и

ф

а

н

Парафин

Подведение итогов:

Слово учителя.

После изучения данного материала, возможно, многие из ребят, беря в руки обыкновенную спичку, будут относиться к ней с большим почтением, чем до сих пор. Ведь в ней сосредоточена не только большая энергия, но и опыт многих поколений, а также труд многих людей. Также необходимо помнить о пожарной безопасности при работе с огнём, о необходимости осторожного обращения с обыкновенной спичкой, газовой горелкой, зажигалкой и другими пожароопасными предметами быта и производства для предотвращение пожаров и возникновения непредвиденных, зачастую неприятных ситуаций и текущих последствий.