8 класс

Задание №1: Ученик должен написать химическое сочинение на заданную тему, в котором он должен дать решение и объяснение поставленных в химическом эссе проблем познания (выделены жирным шрифтом).

Небесный металл

Древнейшие железные предметы, найденные археологами, относятся к IV тысячелетию до нашей эры. У древних греков, армян и египтян железо называли «небесным металлом». Почему?

Из такого железа, за редким исключением, отковать что-либо можно было только на холоду: при горячей ковке металл становился хрупким. Согласно легенде, оружейники не смогли отковать из «небесного камня» меч для эмира Бухары, и их умертвили. Однако оружие из уникального «металла с неба» было у индийских властителей в XVII в., у российского царя Александра I и у латиноамериканского героя, легендарного Боливара. Почему оружейникам Бухары не удалось сделать оружие? В чем причина?

На земле есть месторождения важнейшей железной руды – гематита, называемого ещё «красным железняком» или «железным блеском». Какова химическая формула данного минерала? Он образует крупные скопления, имеющие промышленное значение, - руды, содержащие 50-60% железа. Цвет тонкого порошка гематита всегда вишнево-красный; такого цвета черту оставляет кусок гематита на твердой поверхности. Минерал имеет много разновидностей: «кровавик», «железная роза», «красная стеклянная голова», «железная сметана». Что это за разновидности? Как они выглядят?

Другая важнейшая железная руда – магнетит, названная в честь местности Магнезия, где добывалась ещё 2500 лет назад. Какова химическая формула магнетита? Какими удивительными свойствами обладает этот минерал?

Как мы видим железо на земле в основном находится в форме различных оксидов, да и чистое железо, полученное в результате металлургической обработки, остается таким ненадолго потому что под воздействием влаги и кислорода ржавеет. Напишите химическую реакцию процесса образования ржавчины. Но близ г. Дели в Индии стоит знаменитая Кутубская железная колонна высотой около семи метров и массой 6,5 т без малейшего пятнышка ржавчины. Надпись на колонне говорит о том, что она была поставлена в IX в. до н. э. Не чудо ли это? Дайте объяснение.

Самородное железо, иногда называемое «теллурическим» (от латинского «теллус» - земля), на Земле – редкость. Это железо образовалось в уникальных геологических условиях – там, где расплавленные потоки лавы, богатой оксидом железа FeO и с относительно низким содержанием диокисда кремния SiO₂, на пути своего извержения из земных глубин пересекали пласты каменного угля. Как в доменной печи, уголь здесь служил восстановителем оксидов железа. В результате получались железные самородки, почти не содержащие примесей. Сколько процентов в самородном («теллурическом») железе содержится элемента теллура?

В образцах лунного грунта, доставленных на Землю, обнаружено поразительно большое количество самородного железа. В первую очередь это остатки метеоритов, которые беспрепятственно достигают поверхности  безатмосферного спутника Луны. На их долю приходится 30% лунного железа. А остальные 70% следовало бы назвать «селеническим железом». Но на Луне нет залежей каменного угля и атмосферы, необходимых для естественного доменного процесса. Откуда же там взялось собственное («селеническое») самородное железо?

Содержание железа в земной коре 4,65% по массе. По распространенности оно занимает 2-ое место среди металлов после алюминия. Сердцевину Земли, начиная с глубины 2900 км и до её центра на расстоянии 6370 км от поверхности, занимает ядро, состоящее из сплавов железа. А есть ли железо в теле человека? Насколько великое его количество?

Единственный минерал, который человек употребляет в пищу – это соль. Но иногда в средствах массовой информации проскакивают сообщения о людях, которые едят железо – металл явно несъедобный. Выдумки это или истинная правда? Способен ли человек переварить железо?

Огромные залежи железа в земной коре и обладание способами его получения, обработки в свое время необратимо изменили облик человеческой цивилизации.

Внутри человека железа немного, но от этого его значение для жизни человека не уменьшилось. Недостаток железа вызывает анемию, или как раньше называли это заболевание «бледную немочь». Железо входит в состав 70 ферментов – биокатализаторов, контролирующих реакции в живом организме. Ферменты – наши невидимые помощники: помогают нам дышать, строить наши клетки, ткани. Малое количество не означает малое значение!

Задание №2: Каков химический состав жидкости текущей в этих реках?

9 класс

Задание №1: Ученик должен написать химическое сочинение на заданную тему, в котором он должен дать решение и объяснение поставленных в химическом эссе проблем познания (выделены жирным шрифтом).

Зеркала – глаза души

Людям всегда хотелось увидеть собственное изображение в любой момент времени, когда возникнет потребность в поддержке и одобрения у самого себя. Люди шлифовали и полировали самые различные материалы – металлы (золото, серебро, бронза, олово, медь) и камень (пирит, горный хрусталь). Каков, примерно, возраст самих древних зеркал?

Как правило, зеркала представляли собой золотые и серебряные диски, тщательно отполированные с одной стороны и с узорами на другой. Для того, чтобы было удобно смотреться, к дискам приделывалась ручка. Зачем при изготовлении зеркал полировали металлы и камни? Какие зеркала были самими лучшими по качеству отражения?

В I веке н. э. начали изготавливать стеклянные зеркала – стеклянные пластинки, соединенные со свинцовой или оловянной. Затем ремесленные мастерские перешли на выпуск стеклянных зеркал, отражающая поверхность которых была сделана из амальгамы олова. Что такое амальгама? Как её получают? Почему не использовали для изготовления зеркал амальгаму железа?

Искусством изготовления стеклянных зеркал славилась средневековая Венеция. В 1291 году всех стеклоделов этой республики пересилили на остров Мурано. Власти объясняли, что это необходимо в целях пожарной безопасности, а на самом деле причины для переселения уважаемых граждан (звание стекольщика считалось не менее почетным, чем звание дворянина) были совсем другие. Что это за причины которые приходилось скрывать?

Довольно долгое время зеркала делали и продавали только в Венеции. Однако в XVII веке Франции удалось овладеть тайной изготовления венецианского стекла. Побудила её на это дороговизна модных изделий. По свидетельству французского министра финансов Кольбера, венецианское зеркало размером 115 на 65 сантиметров в серебряной оправе стоило 68 тысяч ливров, в то время как картина Рафаэля такого же формата – всего 3 тысячи! Французские аристократы, похваляясь друг перед другом своим богатством, платили за них целые состояния. Вдобавок ко всему на один из придворных балов королева явилась в платье, усыпанном кусочками зеркал. От неё исходило ослепительное сияние, но это «великолепие» слишком дорого обошлось стране. Чтобы спасти страну от разорения Кольбер решился на крайние меры. Что предпринял Кольбер, чтобы спасти страну от финансового краха?

В середине 19 века немецкий химик Либих предложил изготавливать стеклянные зеркала с серебряным покрытием. Разработанный им метод состоял из следующих операций. Сначала к водному нитрату серебра добавляли водный раствор гидроксида калия, что приводило к осаждению черно-коричневого оксида серебра. Напишите уравнение химической реакции.

Осадок отфильтровывали и перемешивали с водным раствором аммиака. В этой реакции оксид дисеребра переходил в раствор в виде гидроксида диамминсеребра (I). Каково химическое уравнение данной реакции?

Затем в полученный прозрачный раствор погружали лист стекла, одна из поверхностей которого была тщательно обезжирена, и добавляли формальдегид. Формальдегид восстанавливал серебро, которое осаждалось на очищенной поверхности стекла с образованием зеркала. Напишите химическое уравнение завершающего этапа производства стекла.

Свинцово-сульфидное зеркало получают, используя любую растворимую соль свинца, например нитрат свинца и гидроксид натрия. При действии избытка гидроксида натрия на нитрат свинца в водном растворе образуется гексагидроксоплюмбат натрия. Если к такому раствору добавить тиоркарбамид и равномерно нагревать, то вскоре можно почувствовать запах аммиака. На тщательно вымытое и обезжиренное стекло сульфид цинка осаждается зеркально блестящим слоем. Напишите уравнения проходивших реакций.

Самое лучшее зеркало не серебряное и не свинцовое, а совсем из другого вещества. В отличие от серебра оно не тускнеет на воздухе, долго сохраняет высокий коэффициент отражения. Зеркала из этого вещества, установленные в прожекторах, позволяли легко находить фашистские самолеты, сбрасывающие бомбы на Лондон. Лучи от этих зеркал пробивали плотный туман, часто висящий над столицей Великобритании. Из какого вещества были сделаны эти стеклянные зеркала?

С начала ХХ века зеркала теряют свою экзотику. Они становятся привычным предметом домашнего обихода. Их все шире применяют в технике. Кстати, такой любопытный факт: одним из первых, если не самым первым зеркало для технических, точнее, военных целей использовал Архимед. Для чего и как?

Зеркала, как известно, являются частью микроскопов, телеобъективов, оптических резонаторов, ламп накаливания, медицинских приборов, фотоаппаратов и так далее. Словом, невозможно перечислить все области применения этого, казалось бы, «легкомысленного» изобретения человека. Смысл всему, что человек создает, придает сам человек!

Задание №2: Из какого материала изготовлены эти письма? Как писали на них? Какими химическими и физическими свойствами должны обладать материалы из которых состоят письма и письменные принадлежности?

10 класс

Задание №1: Ученик должен написать химическое сочинение на заданную тему, в котором он должен дать решение и объяснение поставленных в химическом эссе проблем познания (выделены жирным шрифтом).

Соединяющий всё

Всякой вещи – свой срок! Но некоторые вещи для нас настолько дороги, что мы не оставляем попытки продлить время их существования. И помочь этому может обыкновенный клей… Хотя может ли любой клей считаться обыкновенным?

Люди изобрели клей уже в эпоху неолита! Они «варили» клей из костей и сухожилий животных. Приморские народы, занимавшиеся рыболовством, заметили, что отвар из рыбьей чешуи обладает клейкостью. Помимо рыбьего клея они также использовали различные природные и растительные смолы. Какими уникальными свойствами должно обладать вещество, чтобы его можно было использовать в качестве клея?

В гробнице 18-летнего фараона Тутанхамона среди предметов, которые должны были пригодиться ему в загробном мире, обнаружили и хорошо клеящие вещества, в том числе, и животный клей. Какие ещё вещества использовали в качестве клея в те стародавние времена? В Древнем Египте их употребляли для соединения инкрустаций из дерева, слоновой кости и других материалов.

Но, также, была необходимость запечатывать кувшины с вином, замазывать трещины в глиняной посуде, смолить днища кораблей и прочее и прочее. Большой популярностью в качестве клея пользовался совсем другой редкостный природный материал. К его услугам часто прибегали древние строители. Так до наших дней дошли развалины одной из башен, построенной примерно 2500 лет назад. Обвалились изразцы, осыпались кирпичи, обнажились прослойки между рядами кладки, но застывший клей по-прежнему скреплял пальмовые листья, проложенные в швах здания. Что это за вещество? Каков его состав? Где его добывали?

А глина, гипс? Их вполне можно назвать каменными клеями. И среди этих клеев первое место принадлежит серому, мягкому, словно нежная пудра, порошку. Если его размешать с водой, он обретает удивительное свойство связывать в прочный монолит песок, кирпичи, металлическую арматуру и многие годы держать их вместе. Получается главный строительный материал современности, который люди применяют уже несколько тысяч лет при строительстве (древний Вавилон, государство Урарту, древний Египет, Великая китайская стена). О каком строительном материале идет речь? Что является в нем связующим элементом?

Древнеримские строители собирали этот связующий элемент близ Везувия, где он после извержений оседал в виде порошка. Каков его химический состав? На Руси, как известно, вулканов не было. Строители Киева, Новгорода и других городов вводили в раствор перемолотые в пыль недожженные кирпичи и гончарный брак. Как назывался на Руси этот связующий элемент? Насколько его химический состав отличается от состава порошка образующего после извержения вулкана?

При Петре I в России появилось много заводов – оружейных, текстильных, бумажных, сахарных. В то же время появился первый завод по производству цемента. Был найден мергель – ценное сырье для производства цемента. Сегодня цемент выпускают самых различных сортов. Есть цементы, не боящиеся морозов, агрессивных сред, стойкие к вибрации. Чем отличаются различные сорта цемента? Какие марки цемента существуют?

Мы пользуемся клеем, наверное, каждый день. Чаще всего простым, канцелярским. Но ведь клеев существует множество. Одни из них скрепляют бумагу, другие ткани, стекло, металл. А нельзя ли достоинства разных клеев объединить в одном? Об этом давно мечтали люди. Думаете, что такого клея нет? Есть. Как он называется?

Клей можно изготовить и самому. Приведем несколько рецептов изготовления клея:

1) Старинный рецепт приготовления «почтового» декстринового клея, совершенно безвредного для здоровья, предусматривает смешивание 400 г декстрина (продукта переработки крахмала) с 600 мл воды, 20 г глюкозы и 5 г безводного сульфата алюминия. Напишите химическую формулу «почтового» клея. Как изменится рекомендуемый объем воды и масса соли алюминия, если вместо безводного Al₂(SO₄)₃ используется кристаллогидрат сульфата алюминия состава Al₂(SO₄)₃∙18Н₂О?

2) Один из старинных рецептов приготовления универсального клея «синдетикон», пригодного для склеивания предметов домашнего обихода и детских игрушек, предусматривает смешивание 40 мл воды с 50 г столярного клея и 10 г гексагидрата хлорида кальция состава CaCl₂∙6H₂O. Какой объем воды и какую массу соли хлорида кальция надо будет взять, если вместо шестиводного кристаллогидрата CaCl₂∙6H₂O придется использовать: а) двухводный кристаллогидрат CaCl₂∙2H₂O; б) безводный хлорид кальция CaCl₂?

Какими свойствами должен обладать клей? Специалисты из разных отраслей ответят на этот вопрос по-разному. Одним нужна высокая теплостойкость, другим – электропроводность, третьим способность выстоять в агрессивных средах. А какие клеи ещё понадобятся завтра?

Несмотря на все возможности науки – создать универсальный клей не удастся. Почему? Отвечу на этот наивный вопрос шуткой: «Ученые создали суперклей. Он клеит буквально все. Теперь ученые работают над проблемой, как открыть тюбик!»

Задание №2: Где используются эти чернила? Каков их химический состав? Каковы особенности используемых чернил?

11 класс

Задание №1: Ученик должен написать химическое сочинение на заданную тему, в котором он должен дать решение и объяснение поставленных в химическом эссе проблем познания (выделены жирным шрифтом).

Спирт как часть Вселенной

Огромное облако газа в центре нашей галактики состоит из газообразного спирта. Чтобы получить из него один бокал вина, необходимо взять кусочек объемом с Землю! А что же такое спирт? Какова химическая формула древесного и винного спирта?

История этилового спирта теряется в глубине веков. Более чем четыре тысячи лет до нашей эры древние народы Средиземноморья умели делать пьянящий напиток – вино, сбраживая виноградный сок. Такой процесс сейчас называют брожением. Он состоит в том, что в фруктовые соки, стоящие продолжительное время на воздухе, попадают микроорганизмы, которые способны питаться содержащимся в соке сахаром. При этом они превращают сахар в спирт, а выделяющуюся энергию используют для своего размножения и роста. Перебродивший виноградный сок называется вином. В современных условиях для получения спирта используют зерно, реже – овощи (картофель, сахарную свеклу), фрукты. При этом добавляют специальные ферменты, например дрожжи. Приведите реакцию спиртового брожения. Можно ли получить спирт без брожения?

Открытие этилового спирта согласно старой арабской легенде принадлежит некому алхимику который в поисках «эликсира жизни» стал перегонять старое вино, к которому он добавил поваренной соли, и получил спирт. Он попробовал его и обнаружил опьяняющее действие. Изумленный поразительными свойствами спирта прогонять печаль и вызывать бодрость, алхимик решил, что ему удалось открыть «воду жизни». Кто дал этиловому спирту другое название -  «алкаголь»?

В старину, вплоть до конца XIX века к «спиртам» относили также ряд неорганических веществ – легколетучих жидкостей (от латинского «спиритус» - дух): «соляной спирт», «крепкая водка», «царская водка», «серный спирт», «мочевой спирт», «спирт сулемы», «купоросный спирт». Что это за вещества? Каковы их современные названия и химические формулы?

Но это дела давно минувших дней. В настоящее время бытуют названия «муравьиный», «борный», «камфарный» и даже «мыльный» спирт. А это что за вещества? Имеют ли они хоть какое-то отношение к спирту?

Для спиртов существует совсем другая классификация. Каковы её основания? Какие химические органические вещества относятся к спиртам?

Алхимики долгое время называли этиловый спирт «пылающей водой» и «водой жизни». С первым названием все понятно – спирт горит и в этом может убедиться каждый желающий. Кстати, какова химическая формула реакции горения? Сколько энергии выделяется при сгорании 1 кг спирта? А вот ещё вопрос, почему алхимики называли спирт так вычурно и возвышено - «водой жизни»?

Но вскоре после открытия спирта хвалебные гимны сменились проклятиями в адрес этанола – этого «великого лжеца», прозванного «чумой XX века». Не все знают, этанол – естественный продукт обмена веществ. В крови и тканях здорового, абсолютно трезвого человека всегда содержится от 0,003 до 0,006% этанола. Откуда берется спирт в организме непьющего человека? Какое количество употребленного алкоголя приводит к опьянению? От чего зависит опьяняющее действие спирта (этанола)? К чему приводит злоупотребление спиртными напитками?

Этиловый спирт – не только прекрасный растворитель и антисептик, но и сильный наркотик, и даже яд. Сколько трагедий, несчастий, слез из-за нескольких рюмок выпитой водки! А с другой стороны множество заводов по всей стране по производству этилового и других спиртов! Вы можете объяснить этот парадокс нашей жизни?

Задание №2: Дайте характеристику почвам, представленным на фотографиях. Каков их химический состав? Какова плодородность почв?