Янтарь: введение в органическую химию

1. вход Включение в янтарь. Изображение предоставлено Стеев Селби; источник изображения: Wikimedia...
2. 1) геологическое происхождение
3. 2) Горение
4. Заметки о безопасности
5. 3) Плотность
6. 4) отделение янтаря от смеси органических и неорганических веществ
7. 5) Председательство
8. 6) Разделение грузов
9. Дополнительные задачи
10. Связи с биологией

вход Включение в янтарь.

Изображение предоставлено
Стеев Селби; источник изображения:
Wikimedia Commons

Янтарь используется для изготовления украшений в качестве парфюмерного ингредиента и в народной медицине на протяжении тысячелетий. Кроме того, он нашел свое место в науке. Он был первым веществом, в котором греческий философ «Сказки Милета» (6 век до н.э.) наблюдал электростатический феномен, благодаря которому янтарь дал название электричеству: в 1601 году английский физик Уильям Гилберт, который впервые отличил магнитное и электрическое притяжение, приписал название «электрический» свойствам притяжения. мелкие предметы после втирания, производные этого слова от греческого названия янтарь - электрон, означающий «блестящий».

Источники янтаря в Европе.
Места открытия янтаря
они отмечены красным,
исторические маршруты
янтарный и черный
красный, и реки на
синий.Нажмите на картинку
увеличить

Изображение предоставлено
Йоханнес Рихтер; источник
фотографии: Wikimedia Commons

Янтарь - это смола, которая окаменела внутри растения или после того, как она просочилась на поверхность. Кускам янтаря может быть от 20 до 320 миллионов лет, но в этом трудно быть уверенным: радиоуглеродное датирование можно использовать только для образцов не старше 50 000 лет. Чтобы оценить возраст янтаря, необходимо определить период образования окружающего осадка, хотя это может быть обманчивым, потому что янтарь мог быть создан в месте, отличном от того, в котором он был найден. Хотя янтарь встречается во всем мире, включая Доминиканскую Республику, где добывается редкий синий янтарь, вероятно, наиболее известные месторождения находятся в Балтийском море, где добывается большое количество янтаря. Его также можно найти в Восточной Европе, в регионе Северного моря, в Альпах, на севере Испании и на Сицилии. Кусочки янтаря, вырванные со дна моря, выбрасываются волнами, и люди собирают их, ныряя или выкапывая из песка. В других местах янтарь добывается как в карьерах, так и на глубоководных шахтах.

Эта гетерогенная органическая макромолекула желтого или красного цвета кристаллизуется из двух типов мягкой клейкой растительной смолы: терпеноидной или фенольной смолы. Терпеноидная смола, получаемая как при посадке, так и при голосеменных, состоит из колец из изопрена (C5H8). Фенольная смола встречается только в покрытосеменных. Фенольная группа включает лигнин, флавоноиды и некоторые красители.

Голубой янтарь с
Доминиканская Республика с 25-40
миллионы лет

Государственная собственность; источник
фотографии: Wikimedia Commons

Смола защищает поврежденное растение. Когда дело доходит до вершины и укрепляется, это служит защитой от грибков и насекомых. Летучие частицы смолы прекрасно пахнут (вспомните запах сосновой смолы), но этот липкий, нелетучий ди- (С20) и тритерпеноид (С30) отверждается и образует янтарь в результате радикальной полимеризации. Во время процесса созревания, который происходит в течение миллионов лет, могут происходить полимеризация, изомеризация, сшивание и циклизация, в результате чего получается смесь молекул, имеющих общую формулу C10H16O. Также может быть небольшое количество серы (до 1%).

Поскольку янтарь обладает многими типичными свойствами органического твердого вещества, такими как сжигание, непроводимость электричества и электростатическая зарядка, это хорошая модель для представления этих типов соединений, несмотря на его разнообразный и сложный состав. Дополнительной ценностью является способность представлять химию в более широком контексте, поскольку она также может относиться к искусству, биологии, наукам о Земле и физике. Это позволяет вам достичь студентов, которые обычно не заинтересованы в предмете.

Эта тема была разработана в течение пяти учебных часов для студентов в возрасте 16 лет и старше, которые уже знакомы с понятиями плотности, проводимости и электрических цепей. Учителя могут использовать учебники из предыдущих классов, чтобы ученики могли обновить свои знания. Весь цикл делится на шесть основных задач; В течение четырех 45-минутных уроков группы учеников перемещаются на последующие позиции, так что каждая группа принимает участие в каждом задании. Каждая из этих задач занимает около 20 минут. Для большого класса вам может понадобиться две позиции для каждого опыта. На последнем уроке ученики представят свои результаты классу.

Янтарные цепочки для
это нравится детям
они подходят для
эксперименты.

Изображение предоставлено
Бернхард Штурм

Описанные действия можно дополнить дополнительными задачами (см. ниже ). Для некоторых дополнительных действий вам может понадобиться помощь других учителей-предметников. Эксперименты также могут проводиться как демонстрация перед классом или одновременно всеми учащимися. Методы, используемые в классах, могут быть весьма разнообразными, и их результаты должны быть легко запоминаемыми для учащихся.

Янтарь, необходимый для занятий, можно приобрести в интернет-магазинах. Для группы из 30 учеников достаточно цепочки длиной 30-35 см для прорезывания зубов у детей стоимостью от 8 до 20 евро (примерно от 32 до 80 злотых). Студенты также могут привезти украшения из дома. Единственный эксперимент, в котором янтарь будет использован и уничтожен, - это сжигание.

Основные задачи

Для наиболее эффективных учеников вы можете приготовить другие органические соединения, на которых они смогут проводить те же эксперименты для сравнения с янтарем. Они могут включать: для второго эксперимента различные насыщенные органические соединения, такие как алканы, например газ в газовой горелке (с желтым пламенем) и зажигалку; для экспериментов 3 и 6 пластик (например, поливинилхлорид или полиэтилен) и различные виды дерева (например, сосна и дуб) и канифоль (используется для смазывания струн скрипки).

1) геологическое происхождение

Предполагается, что студенты сравнивают дату и процесс создания природных месторождений янтаря, нефти и угля с помощью сообщений, найденных в Интернете и книгах. В то же время они должны оценить достоверность различных источников информации и записать даты и процессы, обнаруженные в разных местах. Для веб-сайтов, они должны отметить, когда они нашли эти данные. Таблица 1 Вы можете увидеть примеры найденных данных.

Источники информации Таблица 1: Геологическое происхождение нефти, угля и янтаря dtv-Lexikon, Мюнхен, 1966 http://en.wikipedia.org дня 31/03/2011 Нефтяной Период происхождения Меловой период, 145-65 миллионов лет назад Миллион лет назад Формирование Небольшие организмы упали на дно моря, чтобы сформировать сапропель (органическая грязь). Их объединяли в осадок под влиянием анаэробных условий и высокого давления. Огромное количество доисторического зоопланктона и водорослей осело на дне водоемов, где преобладали анаэробные условия. Органическое вещество было смешано с грязью и погребено под осадками. Высокая температура и давление привели к созданию сырой нефти. Угольное время каменноугольного периода, 360-300 миллионов лет назад каменноугольного (359-299 миллионов лет назад) образования. Остатки мертвых растений поселились на муле, а затем были покрыты песком и глиной. Высокое давление и анаэробные условия привели к карбонизации (карбонизации). Слои растительного материала ложатся на дно емкости для воды; грязевые и кислые воды препятствовали их биологическому разложению и окислению. Они были покрыты отложениями и превращены в уголь. Янтарь. Период создания. От девона до третичного периода, 400-40 миллионов лет назад. Высшее каменноугольное (320 миллионов лет назад) и позднее. Образование. Смола просочилась с деревьев на землю, после изменения климата опустилась ниже уровня моря и полимеризовалась в анаэробных условиях. Смола, которая находилась в растениях или всплыла и попала на землю, часто загрязнялась ею. Высокие температуры и давление, вызванные перекрывающимися слоями, привели к образованию копала (переходное состояние полимеризации и отверждения между смолистой смолой и янтарем). Поддерживаемые высокие температуры и давление вызывали отделение терпенов, что приводило к образованию янтаря.

2) Горение

Напомните своим студентам, что из-за высокого содержания углерода при горении образуются органические вещества. Каждый студент должен держать кусочек янтаря (немецкий: Bernstein = Börnsteen - горящий камень) в плоскогубцах над пробиркой, а затем установить янтарь спичкой и наблюдать за пеплом, собранным в пробирке.

Чтобы объединить этот опыт с темой загрязнения воздуха при сгорании в двигателях, учащиеся могут изменить условия горения, регулируя пламя в горелке Бунзена, и обсудить способы предотвращения образования сажи.

Заметки о безопасности

Носите защитные очки и будьте осторожны, чтобы не перегреть стеклянную пробирку, которая может взорваться. Не разрешается курить поливинилхлорид (один из материалов для экспериментов 3-6), поскольку это может привести к выделению вредных соединений. Смотрите также общая информация о безопасности Наука в школе .

3) Плотность

Изображение предоставлено
Бернхард Штурм

Ученики определяют плотность янтаря (1050-1,096 г / мл), которая лишь немного выше, чем у воды (примерно 0,998 г / мл при комнатной температуре). В этом эксперименте более точные результаты могут быть получены с использованием более крупного куска янтаря без каких-либо отверстий. Мне нравится использовать большой кусок янтаря для сравнения на уроке и схожего размера кремня, который у меня есть, и сами студенты должны распознавать его, измеряя свою плотность.

Необходимые аксессуары: кусочек янтаря, мерный цилиндр, вода (с каплей промывочной жидкости для уменьшения поверхностного натяжения и повышения точности измерений) и вес.

Рассмотрим янтарь. Частично заполните цилиндр водой и запишите объем. Вставьте янтарь и отметьте разницу в громкости. Рассчитайте плотность янтаря по формуле:

Плотность янтаря [г / мл] = масса янтаря [г] / объем с янтарем [мл] - объем без янтаря [мл]

Многие органические соединения имеют водоподобную плотность (0,8-1,2 г / мл). Поливинилхлорид с плотностью 1,4 г / мл является нетипичным из-за более тяжелых атомов хлора.

4) отделение янтаря от смеси органических и неорганических веществ

Студенты научатся отделять янтарь от камней и песка. Это опыт, связанный с деятельностью, выполняемой в янтарных рудниках.

1. Взвесьте пустой стакан.
   
2. Добавьте определенный объем и повторно взвесьте мензурку, чтобы определить массу воды.
   
3. Затем добавьте смесь песка, камней и янтаря и снова взвесьте мензурку. Также обратите внимание на объем.
   
4. Постепенно добавить соль и перемешать до тех пор, пока янтарь не вытечет. Взвесьте стакан еще раз и отметьте громкость.

Какова плотность соленой воды? Используйте формулу:

Плотность соленой воды [г / л] = [(конечная масса стакана (4) - масса стакана до добавления соли (3)) + (масса стакана с водой (2) - масса пустого стакана (1))] / [объем воды + [конечный объем смеси (4) - объем воды без соли (3))]

Результат должен быть больше (> 1,1 г / мл), чем плотность янтаря, рассчитанная в эксперименте 3, в противном случае янтарь не будет плавать сверху.

Студенты могут описать свои идеи по разработке этого метода в технологии, которая может быть использована при добыче янтаря в шахтах (см. Фото ниже).

Изображение предоставлено
Бернхард Штурм

5) Председательство

Студенты узнают, что органические соединения в твердой форме не проводят электричество, построив электрическую цепь от источника питания, трех кабелей и лампы для проверки проводимости янтаря. Если студенты не знают, как построить эту схему, они могут использовать учебники по физике.

6) Разделение грузов

Студенты изучают феномен электростатической индукции и разделения заряда, выполняя электростатический эксперимент Гилберта: нужно натереть янтарь куском шерсти и проверить, не привлекает ли он небольшие кусочки бумаги или кусочки высушенного стебля бузины ( Sambucus ). Маленькие янтарь из детских ожерелий отлично подходят для этого опыта.

Эксперимент не получится с высокой влажностью, потому что вода, которая проводит электричество, уменьшит электростатический заряд на янтаре. То же самое может привести к мокрым пальцам: для лучшего результата учащиеся могут использовать изолированный (пластиковый) пинцет, чтобы держать янтарь.

Изображение предоставлено V
Жирар / Д Неро, UMR
CNRS 6118

Дополнительные задачи

Изготовление ювелирных изделий

Чтобы объединить искусство и химию и развить навыки ручного труда, вы можете побудить их делать собственные украшения. Вам понадобятся неразрезанные кусочки янтаря диаметром не менее 15 мм. Каждый кусок должен быть отшлифован влажной абразивной бумагой (толщина 120-1000) и отполирован зубной пастой. Затем смойте водой, протрите кухонным полотенцем и протрите немного растительного масла тряпкой. Янтарь прокалывают горячей иглой (это должен сделать учитель) или проделывают отверстие 1-2 мм. Наденьте бусину на нитку или ремешок, чтобы сделать браслет или ожерелье.

Связи с биологией

Ища связи с биологией, вы можете показать студентам включения в янтаре и более широко обсудить смолу - ее состав, где он происходит, какова его функция и какова структура древесины.

Похожие