327
з історії

164
учня

97
для 11 классу

303
відкореговано


Вашій увазі

510
кейсів
Останнє оновлення:
27.03.2017


Кейс - урок «Формула грязи»
Кейс - урок «Формула грязи»

Раздел: Науки, природа и человек

Уровень (класс): 8-11

Тема: Природные явления

Цель: Освоить взаимосвязь физических, химических и биологических характеристик природных материалов на примере грязи и прикладные аспекты их применения

Какая информация меня здесь ждет?

  • Что такое грязь с точки зрения химии и почему мыло ее смывает?
  • Зачем люди, животные и птицы принимают грязевые ванны?
  • Бывает ли грязь полезной?
  • Какие фундаментальные и практические знания мне пригодятся?
  • Какой технике грязь не помеха?
  • Можно ли заниматься спортом «в грязи»?
6 разверток по предметам, явлениям и практикам:
Вступление

Что такое грязь? Этот детский наивный вопрос требует вполне обширного и наукоемкого ответа. Грязь - это смешанное вещество, имеющее разнообразные физические и химические свойства.

Сложный состав определяет и «методы борьбы» с нею, порождая, в свою очередь, новые вопросы: почему мыло ее моет, все ли виды грязи оно смывает? И, вообще, бывает ли полезная грязь? 

 

 

Химия
Так из чего же состоит грязь? Во-первых, это неорганические компоненты, в которых присутствуют частицы пыли и грунта, то есть железо, калий, магний, марганец, азот, фосфор и другие.

 

Во-вторых, органические компоненты. И они уже будут зависеть от того, что именно мы понимаем под термином «грязь»: если это «природная» грязь, в которой так любят «купаться» некоторые виды животных, то это в основном органика растительных остатков. Растительные остатки накапливаются в результате отмирания высших растений и их разложения при избыточном увлажнении и недостатке кислорода. В результате биохимических процессов и жизнедеятельности микроорганизмов органические вещества распадаются с образованием летучих жирных кислот, углеводов и аминов.

Если мы говорим о грязи «на руках», то их главный органический компонент – жиры. И если органические вещества, содержащиеся в глинах, сами могут использоваться как моющие средства, то жиры «грязных рук» - главная мишень для мыла и шампуня. Ученые называют глинистую часть грязи «глинистым остовом».

Итак, грязь – коллоидный раствор, содержащий помимо воды такие компоненты (в среднем, в %):

 

Неорганические компоненты грязи:

 

Органические компоненты грязи:

 

Грязь смывается мылом, не зря же мы слышим об этом с раннего детства. Так как же «работает» мыло, учитывая химический состав грязи?

Химическая формула молекулы мыла:

 

Действие мыла основано на гидрофильности. Гидрофильность представляет собой способность вещества взаимодействовать с водой на молекулярном уровне (а гидрофобные вещества, наоборот не могут взаимодействовать с водой). Так вот, группа COONa и обеспечивает гидрофильность молекулы мыла. Благодаря этой группе, мыло способно растворяться в воде. А СН3—(CH2)n – длинный углеводородистый радикал, который гидрофобен. В состав этого радикала могут входить до 12 атомов углерода.

Мыло, как и другие моющие средства, уменьшает поверхностное натяжение воды, улучшая доступ молекул мыла к поверхности, которая моется. Во время процесса мытья при контакте с водой на поверхности образуются мыльные пузырьки.

Молекулы мыла ориентируются так, что гидрофильные группы COONa+ направлены к полярным молекулам воды, то есть внутрь. Они остаются в воде. А гидрофобные СН3—(CH2)n направлены наверх, к неполярным частицам грязи. Грязь содержит жир. А жир – это соединение глицерина с теми же жирными кислотами. СН3—(CH2)n образует с частицами жира суспензию, которая легко удаляется вместе с водой.

По такому же сценарию действуют практически все моющие средства, в основе которых лежат поверхностно-активные вещества.

Вопрос: Как вы думаете, есть ли зависимость между количеством грязи и тем, как сильно нужно мылить и тереть руки?

Физика
В основе «работы мыла по смыванию грязи» с точки зрения физики лежит явление поверхностного натяжения. Что же такое поверхностное натяжение?

Поверхностное натяжение имеет двойной физический смысл — энергетический (термодинамический) и силовой (механический).

Энергетическое (термодинамическое) определение: поверхностное натяжение — это удельная работа увеличения поверхности при её растяжении при условии постоянства температуры.

Силовое (механическое) определение: поверхностное натяжение — это сила, действующая на единицу длины линии, которая ограничивает поверхность жидкости.

 

Капля жидкости на поверхности твердого вещества образует угол к данной поверхности. Он называется краевым углом (углом смачивания). Размер краевого угла между жидкостью и твердым веществом зависит от взаимодействия между веществами на контактной поверхности. Чем незначительнее взаимодействие, тем больше значение краевого угла.

 

Определив краевой угол можно узнать определенные свойства поверхности, как например, поверхностную энергию. Чем больше краевой угол, тем труднее смочить поверхность и тем меньше приставание чужеродных веществ к поверхности. То есть, чтобы смыть грязь, необходимо использовать вещества, увеличивающие краевой угол и уменьшающие смачиваемость. Именно такими веществами и являются моющие средства, в том числе и мыло.

Здоровье
Обычно говорят, что грязь вредна, грязь может спровоцировать множество инфекционных заболеваний. Многие инфекции так и называют – болезни грязных рук. А может ли грязь быть полезной для здоровья? Да, если речь идет о лечебных грязях.

В основе физиологического действия лечебных грязей лежит комплексное влияние на организм температурного, механического и химического факторов:

 

Какие же «полезные» грязи бывают?

 

Например, грязи Куяльника:

Лечебные грязи Куяльницкого лимана служат эталоном по своим физико-химическим, биоло-гическим и терапевтическим свойствам для сульфидных иловых грязей. В грязевом растворе, характерном для Куяльника, наряду с растворенными в нем мине¬ральными солями, содержатся органические вещества и газы. Газы образуются за счет биологических процессов и в резуль¬тате химических реакций. Это сероводород (специфический запах грязи обусловлен, прежде всего, сероводородом и является показателем ее терапевтической эффективности), метан, углекислый газ, водород и др.
Если содержание газов в растворе превышает растворимость, то они выделяются в свободном виде, образуя так называемый летучий комплекс. Именно летучий комплекс обладает наибольшей способностью проникать внутрь организма через неповрежденную кожу.
Поэтому прогулки вдоль лимана Куяльник также имеют существенный терапевтический эффект.
Лечебная грязь Куяльника содержит в себе также до 15 микроэлементов — свинец, йод, медь, бериллий, молибден, цирконий, стронций, ванадий, марганец, титан, никель, кобальт и др., которые принимают активное участие в регенерации всего организма человека, принимающего грязевые или рапные ванны.

Или грязи Мертвого моря:

За миллионы лет существования Мертвого моря на его дне сформировался осадочный слой в виде ила толщиной более 100 метров. Этот слой и является теми самыми всемирно известными грязями Мертвого моря, которые так славятся своими чудодейственными целебными свойствами, известными еще из глубин истории. Известно о постройках водогрязелечебниц на берегах Мертвого Моря, построенных еще древними римлянами и иудеями. 

В составе грязи Мертвого моря содержатся следующие соединения: твердая фаза (кальцит, арагонит, доломит, слюда, каменная соль, каолин (белая глина), кварц, полевой шпат, сернистое железо, медь, кобальт), жидкая фаза(магний, натрий, калий, кальций, стронций, литий, бром, хлориды, сульфаты, бикарбонаты, йод, марганец, литий), газы (сероводород, углекислый газ, азот, кислород, метан). Помимо этого, грязь Мертвого моря содержит гормоноподобные вещества, соединения, по структуре напоминающие женские и мужские половые гормоны.

 

При этом, важно помнить, что лечебные грязи – это прежде всего комплекс веществ природного происхождения с очень специфическим составом и побочными эффектами. И применять их нужно с учетом рекомендаций врача или косметолога.

Задание:


Пофантазируйте, какими свойствами должна обладать лечебная грязь? Каким бы мог быть ее состав при таких свойствах, и что бы она лечила?
Биология
Зачем некоторые животные купаются в грязи? Вовсе не потому, что они «неряхи». И не потому, что они «наслышаны о лечебных свойствах грязи». Вот, например, детеныш носорога, увлеченный грязевой ванной:

Самое распространенное объяснение – для того, чтобы избавиться от паразитов. Но и это не исчерпывающий окончательный ответ.

Эти «купания» необходимы для терморегуляции: у таких животных очень малое количество потовых желёз, которые не допустили бы перегрев тела за счёт увеличения интенсивности испарения, тем самым охладив весь организм. Влажная грязь является для них медленным и в то же время эффективным «холодильником», куда более действенным, чем просто холодная вода, в которую эти животные бы окунались. Также, купаясь в грязи, они могут изменять свой запах и таким путём маскироваться от хищников.

Но и птицы не пренебрегают возможностью «искупаться в пыли». Зачем они это делают?

Дело в том, что весной и летом, когда птицы сидят в гнёздах, у них часто заводятся мелкие насекомые-паразиты. Птицы начинают испытывать неприятный зуд, снять который можно только специальными препаратами или… теплой пылью и песком. Валяясь в песке, птицы чистят пёрышки и выгоняют всех назойливых «гостей». Если их не вывести вовремя, птица может лишиться перьев и потерять привлекательность. Да и зимовать без части перьев не самое приятное занятие.

Для многих обитателей лесных массивов заботливые лесники устраивают настоящие земляные или песочные «ванны».

 

Вопрос: Почему некоторые дети "вступают" в грязь?

Спорт
Можно ли заниматься спортом в грязи? Да, грязь способна стать необычной спортплощадкой. Например, гонки по бездорожью:

Такие гонки не только необычный вид спорта, но и стимул для инженеров – конструкторов внедорожников и вездеходов.

Еще одним видом спорта «в грязи» стал болотный футбол.

 

Это разновидность футбола, проводимого на площадке с заболоченной почвой. Родоначальником болотного футбола считается лыжник Эса Ромппайнен. Место проведения ежегодного чемпионата мира по болотному футболу — финская деревня Хюрюнсалми, где есть болотный стадион «Vuorisuo». Правила этой разновидности футбола такие же, как и у традиционного. Но есть и несколько «поправок на грязь»: игра ведётся на болоте, запрещена смена сапог во время игры; размер поля 60 на 35 метров; команда включает 5 игроков и вратаря; матч состоит из двух таймов по 13 минут, а штрафные удары проводятся «с рук».

Задание:


Придумайте «свой» грязевой вид спорта. Какие у него должны быть правила? Какие преимущества такого вида спорта?
Техника
Какая техника способна преодолевать грязь? Конечно же, вездеходы! Но какие из них самые-самые: самые выносливые, «пронырливые», грузоподъемные?

Самый мощный вездеход - Polaris RZR XP 1000 EPS. При весе 621 кг разогнать мотовездеход по бездорожью можно до 80 км/ч за 5,5 сек.

Самым большим, хотя и не самым мощным, вездеходом в мире считается Heavy Mover, немецкой компании Paul Nutzfahrzeuge. Это грузовой автомобиль для перевозки сверхтяжелых грузов в условиях бездорожья. Автомобиль с колесной базой 6х6 был выпущен в 2012 году. Он рассчитан на эксплуатацию в районах, где нужна повышенная проходимость. Специально откалиброванный силовой агрегат способен запуститься даже при -40°C.

Самый лучший вездеход-амфибия — фантастический Scamander, созданный британской компанией. Автомобиль разработал Питер Уиллер. Это была его мечта, создать современный вездеход-амфибию, над которой он работал два десятка лет. Но, к сожалению, он так и не увидел конечный результат. Работу завершила его жена вместе с инженерами компании.

А каким же вездеходом лучше всего перевозить груз? Какой из них самый «грязестойкий» при высокой грузоподъемности? Это – Mercedes Unimog. Он способен развить высокую скорость, справиться с любой грязью и перевезти при этом больше 7 т груза.

Перед инженерами каждый раз появляются новые необычные задачи. Возможно, очередным поколениям гениальных инженерови и изобретателей доведется космическими вездеходами преодолевать грязь уже внеземных колоний человечества?

Подведение итогов урока-кейса

Наименование

Содержание

1

Результаты урока-кейса можно дополнить такими находками учеников

 

2

Какие 3 сайта помогли найти важную информацию?

http://edufuture.biz/

http://ximik.biz/prakticheskaya-himiya/79-pochemu-mylo-moet

http://www.lechebnaya-gryaz.com/classic/

 

3

В помощь ученику и коучу:

http://edufuture.biz/

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D1%8B%D0%BB%D0%BE

http://www.mining-enc.ru/g/gidrofilnost-i-gidrofobnost/

 

4

Где брать информацию для кейса:

http://edufuture.biz/

http://ximik.biz/prakticheskaya-himiya/79-pochemu-mylo-moet

http://gryaz-sivash.ru/sravnenie-razlichnyh-vidov-gryazi/himicheskiy-sostav-gryazi.html

http://www.lechebnaya-gryaz.com/classic/

http://www.dabulgaria.com/article/99

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D1%8B%D0%BB%D0%BE

http://www.mining-enc.ru/g/gidrofilnost-i-gidrofobnost/

http://sankurtur.ru/methods/371/

http://www.zoopicture.ru/pochemu-svini-tak-lyubyat-valyatsya-v-gryazi/

http://spectechzone.com/top/top-luchshikh-vezdekhodov-mira.html

 

5

Локация проведения урока-кейса

Урок – кейс проходит в классе. Возможно проведение в музее, библиотеке.

6

Соревновательность:

Команды мальчиков и девочек.

Счет составил:….

Задания для них:

1. Подумайте, можно ли объединить полезные свойства грязи и мыла? Как?

2. Пофантазируйте, какой вездеход нужен для преодоления вулканической грязи?

7

Домашнее задание

Попробуйте провести мини-исследование: используйте твердое и жидкое мыло поочередно в течение некоторого времени (например, недели). Запишите, какое из них лучше смывает грязь, какое лучше пенится, не сушит кожу? Посмотрите состав мыла на упаковке, и попробуйте объяснить их особенности с точки зрения состава. Есть ли связь между пенистостью мыла и чистотой? Можно ли объяснить это с точки зрения физики? По результатам подготовьте доклад или презентацию.

8

Продолжительность:

90 мин (спаренный урок)

 

9

Возможность схемы проведения с учеником-дублером

 

возможно

10

Полученные знания и наработанные компетенции:

  • Расширить и систематизировать знания о природных материалах и моющих средствах.
  • Умение быстро найти необходимую информацию по теме.
  • Получение комплексного виденья проблемы с точки зрения живой природы (биология, здоровье) и с точки зрения техники.
  • Умение прикладного использования полученных теоретических знаний и практических навыков по химии, физике и других разделах.

11

Теги:

Жирные кислоты, амины, жиры, мыло, глинистый остов, гидрофильность, гидрофобность, поверхностное натяжение, смачивание, краевой угол, вездеход, лечебная грязь

12

Авторы:

Грабовская Лариса Леонидовна

13

Принимали участие в апгрейде кейса:

 

The End

«Знання завжди повинні бути свіжими!»

Цікаві факти

Протягом життя у людини виділяється така кількість слини, що нею можна заповнити два басейни середнього розміру.

Знайшли помилку? Виділіть текст та натисніть Ctrl + Enter, ми будемо Вам дуже вдячні!

Знайшли помилку? Виділіть текст та натисніть Ctrl + Enter, ми будемо Вам дуже вдячні!