327
з історії

164
учня

97
для 11 классу

303
відкореговано


Вашій увазі

510
кейсів
Останнє оновлення:
27.03.2017


Кейс-урок «Формула грязі»
Кейс-урок «Формула грязі»

Розділ: Науки, природа і людина

Рівень (клас): 8-11

Тема: Природні явища

Мета: Засвоїти взаємозв'язок фізичних, хімічних і біологічних характеристик природних матеріалів на прикладі грязі і прикладні аспекти їх вживання

Яка інформація мене тут чекає?

  • Що таке грязь з точки зору хімії і чому мило її змиває?
  • Навіщо люди, тварини і птахи приймають грязьові ванни?
  • Чи буває грязь корисною?
  • Які фундаментальні і практичні знання мені знадобляться?
  • Якій техніці грязь не перешкода?
  • Чи можна займатися спортом «в грязі»?
6 розгорток з предметів, явищ та практик:
Вступ

Що таке грязь? Це дитяче наївне питання вимагає повної і наукоємної відповіді. Грязь — це змішана речовина, що має різноманітні фізичні і хімічні властивості.

Непростий склад визначає і «методи боротьби» з нею, і породжує, у свою чергу, нові питання: чому мило її миє, чи всі види грязі воно змиває? І, взагалі, чи буває корисною грязь?

 

Хімія
Так з чого ж складається грязь? По-перше, це неорганічні компоненти, в яких присутні частки пилу і грунту, тобто залізо, калій, магній, марганець, азот, фосфор та інші:

 

По-друге, органічні компоненти. І вони вже залежатимуть від того, що саме ми розуміємо під терміном «грязь»: якщо це «природна» грязь, в якій так люблять «купатися» деякі види тварин, то це в основному органіка рослинних залишків. Рослинні залишки накопичуються в результаті відмирання вищих рослин і їх розкладання при надлишковому зволоженні і нестачі кисню. В результаті біохімічних процесів і життєдіяльності мікроорганізмів органічні речовини розпадаються з утворенням летючих жирних кислот, вуглеводів і амінів.

Якщо ми говоримо про бруд «на руках», то їх головний органічний компонент – жири. І якщо органічні речовини, що містяться в глинах, самі можуть використовуватися як миючі засоби, то жири «брудних рук» – головна мішень для мила і шампуню. Вчені називають глинисту частину грязі «глинистим остовом».

Отже, грязь – колоїдний розчин, що містить, окрім води, такі компоненти (в середньому, у %):

 

Неорганічні компоненти грязі:

 

Органічні компоненти грязі:

 

Бруд змивається милом, не даремно ж ми чуємо про це з раннього дитинства. Так як же «працює» мило, враховуючи хімічний склад грязі?

Хімічна формула молекули мила наступна:

 

Дія мила заснована на гідрофільності. Гідрофільністю є здатність речовини взаємодіяти з водою на молекулярному рівні (а гідрофобні речовини, навпаки, не можуть взаємодіяти з водою). Група COONa і забезпечує гідрофільність молекули мила. Завдяки цій групі мило здатне розчинятися у воді. А СН3—(CH2)n – насичений вуглеводневий радикал, який є гідрофобним. До складу цього радикала можуть входити до 12 атомів вуглецю.

Мило, як і інші миючі засоби, зменшує поверхневий натяг води, покращуючи доступ молекул мила до поверхні, яка миється. Під час процесу миття при контакті з водою на поверхні утворюються мильні бульбашки.

Молекули мила орієнтуються так, що гідрофільні групи COONa+ спрямовані до полярних молекул води, тобто всередину. Вони залишаються у воді. А гідрофобні СН3—(CH2)n спрямовані вгору, до неполярних часток грязі. Грязь містить жир. А жир – це сполука гліцерину з тими самими жирними кислотами. СН3—(CH2)n утворює з частками жиру суспензію, яка легко видаляється разом з водою.

За таким же сценарієм діють практично всі миючі засоби, в основі яких знаходяться поверхнево-активні речовини.

Питання:


Як ви вважаєте, чи є залежність між кількістю грязі і тим, як сильно потрібно милити і терти руки?

Фізика
В основі «роботи мила зі змивання грязі» з точки зору фізики лежить явище поверхневого натягу. Що ж таке поверхневий натяг?

Поверхневий натяг має подвійну фізичну суть — енергетичну (термодинамічну) і силову (механічну).

Енергетичне (термодинамічне) визначення: поверхневий натяг — це питома робота зі збільшенні поверхні під час її розтягування за умови постійності температури.

Силове (механічне) визначення: поверхневий натяг — це сила, що діє на одиницю довжини лінії, яка обмежує поверхню рідини.

 

Крапля рідини на поверхні твердої речовини утворює кут до даної поверхні. Він називається крайовим кутом (кутом змочування). Розмір крайового кута між рідиною і твердою речовиною залежить від взаємодії між речовинами на контактній поверхні. Чим незначніше взаємодія, тим більше значення крайового кута:

 

Визначивши крайовий кут, можна дізнатися про певні властивості поверхні, як наприклад, поверхневу енергію. Чим більше крайовий кут, тим важче змочити поверхню і тим менше чужорідних речовин пристають до неї. Тобто, щоб змити грязь, необхідно використовувати речовини, що збільшують крайовий кут і зменшують змочування. Саме такими речовинами і є миючі засоби, у т.ч. і мило.

Здоров’я

Зазвичай говорять, що грязь шкідлива, грязь може спровокувати безліч інфекційних захворювань. Багато інфекцій так і називають – «хвороби брудних рук».

А чи може грязь бути корисною для здоров'я? Так, якщо мова йде про лікувальні грязі.

В основі фізіологічної дії лікувальних грязей знаходиться комплексний вплив на організм температурного, механічного і хімічного чинників:

 

Які ж «корисні» грязі бувають?

 

Наприклад, грязі Куяльника:

Лікувальні грязі Куяльницького лиману є еталоном за своїми фізико-хімічними, біологічними і терапевтичними властивостям для сульфідних мулових грязей. У грязьовому розчині, характерному для Куяльника, поряд з розчиненими в ньому мінеральними солями містяться органічні речовини і гази. Гази утворюються за рахунок біологічних процесів і в результаті хімічних реакцій. Це сірководень (специфічний запах грязі обумовлений, перш за все, сірководнем і є показником її терапевтичної ефективності), метан, вуглекислий газ, водень та ін.

Якщо вміст газів в розчині перевищує розчинність, то вони виділяються у вільному вигляді, утворюючи так званий летючий комплекс. Саме летючий комплекс має найбільшу здатність проникати всередину організму через неушкоджену шкіру.

Тому прогулянки вздовж лиману Куяльник також мають істотний терапевтичний ефект.

Лікувальна грязь Куяльника містить в собі також до 15 мікроелементів — свинець, йод, мідь, берилій, молібден, цирконій, стронцій, ванадій, марганець, титан, нікель, кобальт та інші, які беруть активну участь в регенерації всього організму людини, що приймає грязьові або ропні ванни.

Або грязі Мертвого моря:

За мільйони років існування Мертвого моря на його дні сформувався осадовий шар у вигляді мула товщиною понад 100 м. Цей шар і є тими самими всесвітньо відомими грязями Мертвого моря, які так славляться своїми чудодійними цілющими властивостями, відомими ще з глибин історії. Відомо про споруди водогрязелікарень на берегах Мертвого моря, що були побудовані ще стародавніми римлянами та іудеями.

До складу грязі Мертвого моря входять наступні сполуки: тверда фаза (кальцит, арагоніт, доломіт, слюда, кам'яна сіль, каолін (біла глина), кварц, польовий шпат, сірчисте залізо, мідь, кобальт), рідка фаза (магній, натрій, калій, кальцій, стронцій, літій, бром, хлориди, сульфати, бікарбонати, йод, марганець, літій), гази (сірководень, вуглекислий газ, азот, кисень, метан). Окрім цього, грязь Мертвого моря містить гормоноподібні речовини, сполуки, які за структурою нагадують жіночі і чоловічі статеві гормони.

При цьому важливо пам'ятати, що лікувальні грязі – це перш за все комплекс речовин природного походження з дуже специфічним складом і побічними ефектами. І застосовувати їх потрібно з врахуванням рекомендацій лікаря або косметолога.

Завдання:


Пофантазуйте, які властивості повинна мати лікувальна грязь? Яким би міг бути її склад при таких властивостях, і що б вона лікувала?

Біологія
Навіщо деякі тварини купаються в грязі? Зовсім не тому, що вони «неохайні». І не тому, що вони «чули про лікувальні властивості грязі». Ось, наприклад, дитинча носорога, захоплене грязьовою ванною:

Найпоширеніше пояснення – для того, щоб позбавитися паразитів. Але і це не вичерпна остаточна відповідь.

Ці «купання» необхідні для терморегуляції: у таких тварин дуже мала кількість потових залоз, які не допустили б перегрів тіла за рахунок збільшення інтенсивності випару, тим самим охолодивши весь організм. Волога грязь є для них повільним і в той же час ефективним «холодильником», дієвішим, ніж просто холодна вода, в яку ці тварини занурювалися б. Також, купаючись у грязі, вони можуть змінювати свій запах і так маскуватися від хижаків.

Але і птахи не нехтують можливістю «викупатися в пилу». Навіщо вони це роблять?

Справа в тому, що навесні і влітку, коли птиці сидять у гніздах, у них часто заводяться дрібні комахи-паразити. Птиці починають відчувати неприємний свербіж, позбутися якого можна лише спеціальними препаратами або теплим пилом і піском. Валяючись у піску, птиці чистять пір'ячко і виганяють своїх настирливих «гостей». Якщо їх не вивести вчасно, птиця може втратити пір'я і привабливість. Та і зимувати без частини пір'я не найприємніше заняття.

Для багатьох мешканців лісових масивів турботливі лісники влаштовують справжні земляні або пісочні «ванни».

Питання:


Чому деякі діти "вступають" у грязь?

Спорт
Чи можна займатися спортом у грязі? Так, грязь може стати незвичайним спортмайданчиком. Наприклад, перегони по бездоріжжю:

Такі перегони не лише незвичайний вид спорту, але і стимул для інженерів-конструкторів позашляховиків і всюдиходів.

Ще одним видом спорту «в грязі» став болотний футбол:

 

Це різновид футболу, що проводиться на майданчику із заболоченим грунтом. Родоначальником болотного футболу вважається лижник Еса Ромппайнен. Місце проведення щорічного чемпіонату світу з болотного футболу — фінське село Хюрюнсалмі, де є болотний стадіон «Vuorisuo». Правила цього різновиду футболу такі ж, як і в традиційного. Але є і декілька «поправок на грязь»: гра ведеться на болоті, заборонена зміна чобіт під час гри; розмір поля 60х35 м; команда включає 5 гравців і воротаря; матч складається з двох таймів по 13 хвилин, а штрафні удари проводяться «з рук».

Завдання:


Придумайте «свій» грязьовий вид спорту. Які у нього мають бути правила? Які переваги такого виду спорту?

Техніка
Яка техніка здатна долати грязь? Звичайно ж, всюдиходи! Але які з них: найвитриваліші, «пронирливі», вантажопідйомні?

Найпотужніший всюдихід — Polaris RZR XP 1000 EPS. При вазі 621 кг розганяти мотовсюдихід по бездоріжжю можна до 80 км/год. за 5,5 секунд:

Найбільшим, хоча і не найпотужнішим, всюдиходом у світі вважається Heavy Mover німецької компанії Paul Nutzfahrzeuge. Це вантажний автомобіль для перевезення надважких вантажів в умовах бездоріжжя. Автомобіль з колісною базою 6х6 був випущений у 2012 р. Він розрахований на експлуатацію в районах, де потрібна підвищена прохідність. Спеціально відкалібрований силовий агрегат здатний запуститися навіть при температурі -40°C:

Найкращий всюдихід-амфібія — фантастичний Scamander, створений британською компанією. Автомобіль розробив Пітер Уїллер. Це була його мрія — створити сучасний всюдихід-амфібію, над якою він працював два десятки років. Але, на жаль, він так і не побачив кінцевий результат. Роботу завершила його дружина разом з інженерами компанії:

А яким же всюдиходом краще всього перевозити вантаж? Який з них «найгрязестійкіший» при високій вантажопідйомності? Це – Mercedes Unimog. Він здатен розвинути високу швидкість, впоратися з будь-якою гряззю і перевезти при цьому понад 7 т вантажу:

Перед інженерами кожного разу з'являються нові незвичайні завдання. Можливо, черговим поколінням геніальних інженерів та винахідників доведеться космічними всюдиходами долати грязь вже позаземних колоній людства?

Акселеративні та інтерактивні методи

«Плямовивідник» 

Суть гри: Грають дві команди. По одному з гравців команда-суперник наносить на тильну сторону долоні невеличку плямку або зображення (інструмент підбирає самостійно, це теж частина завдання — нанести стійкішу плямку!) фарбою, маркером, фломастером, ручкою тощо.

На столі перед командами стоять пробірки або інші невеличкі ємності з такими речовинами: вода; спирт (етиловий); мильний розчин; пральний порошок; рослинна олія; крохмаль; настоянка календули; спеції, що мають характерні забарвлення, наприклад, куркума або кориця; будь-яка аптечна трава дрібного помелу; сіль. Ці речовини не підписані. Також є по одній невеличкій порожній ємності для змішування. Завдання команди – змішати таку суміш, яка виведе пляму на руці гравця. Пробувати виводити пляму в процесі приготування суміші забороняється! Час на змішування обмежується. Команда має продумати, які інгредієнти, на їх погляд, будуть доцільними.

МЕТА: тренування командної роботи в режимі мозкового штурму, дискусії, напрацювання таких компетенцій, як уміння виправляти помилки, уміння слухати і чути, уміння вибудовувати відносини, подолання перешкод, управління часом, розстановка пріоритетів, кмітливість з одночасним засвоєнням інформації шкільної програми та закріпленням матеріалу кейс-уроку.

 

Підведення підсумків кейс-уроку:

Назва

Зміст

1

Результати кейс-уроку можна доповнити такими знахідками учнів:

 

2

Які 3 сайти допомогли знайти важливу інформацію?

http://edufuture.biz/

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

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

 

3

На допомогу учню і 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

Де знаходити інформацію для кейсу:

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

Локація проведення кейс-уроку:

Кейс-урок проходить у класі.

Можливе проведення в музеї, бібліотеці.

6

Змагання:

Команди хлопчиків і дівчаток.

Рахунок склав:….

Завдання для них:

1. Подумайте, чи можна об'єднати корисні властивості грязі і мила? Як?

2. Пофантазуйте, який всюдихід потрібний для подолання вулканічної грязі?

7

Домашнє завдання:

Спробуйте провести міні-дослідження: використовуйте тверде і рідке мило по черзі протягом деякого часу (наприклад, тиждень). Запишіть, яке з них краще змиває грязь, яке краще піниться, не сушить шкіру? Подивіться склад мила на упаковці, і спробуйте пояснити його особливості з точки зору складу. Чи є зв'язок між пінистістю мила і чистотою? Чи можна пояснити це з точки зору фізики? За результатами підготуйте доповідь або презентацію.

8

Тривалість:

 

90 хвилин (спарений урок)

 

9

Можливість схеми заняття з учнем-дублером: 

Можливо.

10

Отримані знання і напрацьовані компетенції:

•          Розширити і систематизувати знання про природні матеріали і миючі засоби.

•          Уміння швидко знайти необхідну інформацію по темі.

•          Здобуття комплексного бачення проблеми з точки зору живої природи (біологія, здоров'я) і з точки зору техніки.

•          Уміння прикладного використання отриманих теоретичних знань і практичних навиків з хімії, фізики та інших розділів.

11

Теги:

Жирні кислоти, аміни, жири, мило, глинистий остов, гідрофільність, гідрофобність, поверхневий натяг, змочування, крайовий кут, всюдихід, лікувальна грязь.

12

Автори:

Грабовська Лариса Леонідівна

13

Брали участь в апгрейді кейсу:

 

 

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!