[Академия] Наука для детей: наглядные опыты дома.

В в этом уроке мы подробно разберём лекцию Наука для детей: наглядные опыты дома. Пройти курс самостоятельно вы можете на сайте stepik

Занятие ведёт Антон Алексашкин, аспирант Химического факультета МГУ и учитель химии в Пироговской школе.

В начале предлагается в свободной форме написать о себе, о том, что хочешь получить от курса. Довольно неожиданно!

Физика: маленькие кирпичики мироздания

О "составе" материального мира рассуждали ещё древнегреческие философы. Фалес считал, что все состоит из воды, Гераклит - из огня, Анаксимен - из воздуха; Аристотель объединил 4 первоначала (огонь, вода, воздух и земля) и добавил нематериальный эфир, который проникает во все вещи.
Мы, конечно же, понимаем, что они были неправы. Любая материя состоит из молекул, а те, в свою очередь, из атомов. Кстати, термин атом был введён ещё Демокритом.

Как увидеть движение атомов

Движение атомов можно увидеть, проведя достаточно простой эксперимент.
Например, можно взять стакан тёплой воды и положить на его поверхность крупицу красящего вещества, например кристалл марганцовки или любой пищевой краситель. Вы сразу-же будете наблюдать процесс распространения молекул красителя в воде.
Так-же вместо марганцовки можно использовать каплю жидкости другого цвета. Это может быть йод, зелёнка или даже капля крепкого чая.
Скорость распространения молекул зависит от физико-химических свойств веществ. Наглядный пример - растворение красителя в холодной и горячей воде.
В горячей воде молекулы будут распространяться быстрее, так как молекулы горячей воды движутся быстрее, нежели молекулы холодной.
Таким образом можно считать, что температура - характеристика скорости движения атомов.
И важно понимать, что не высокая температура заставляет молекулы двигаться быстрее, а быстрое движение молекул вызывает повышение температуры.
Помимо скорости молекул увеличивается и расстояние между ними. Отсюда следует, что плотность горячей воды меньше плотности холодной.

Если нагреть воду до состояния пара - он даже не будет иметь своей формы и его поток будет создавать минимальное сопротивление. Если же заморозить воду до состояния льда - то наоборот, её плотность будет достаточно высокой.

Проверить всё это экспериментально достаточно просто. Следует взять стакан холодной воды и стакан горячей воды. Горячую воду нужно подкрасить. Затем долить в стакан с холодной немного подкрашенной горячей. После этого вы будете наблюдать, что подкрашенная вода будет в верхней части стакана, так как её плотность меньше, чем плотность холодной воды.

Как измерить температуру

Так как в горячей воде расстояние между молекулами больше - то в одном и том же объёме холодной и горячей воды - атомов горячей воды будет меньше. Соответственно равной количество атомов(горячей и холодной воды) приведёт к увеличению объёма жидкости.
Теперь, когда мы понимаем зависимость объема воды от её температуры - пользуясь этим знанием можно собрать жидкостный термометр.

Взять стеклянную бутылку, полную холодной воды.
Проделать в пластиковой крышке отверстие и вставить в неё трубочку от коктейля.
Загерметизировать её жидким парафином.
Опустить трубочку на 1-1,5см в подсолнечное масло и зажать верхнее отверстие трубочки.
Вкрутить крышку в бутылку.
Теперь помещая бутылку в холодильник или теплую комнату можно наблюдать изменение уровня масла в трубочке.

Градусы цельсия, которыми мы измеряем температуру - это придуманная людьми единица измерения для выражения температуры в числах.
Эту систему предложил Цельсиус в 1742 году.
При создании температурной шкалы Цельсиус взял температуру замерзания воды за 0 градусов, а температуру её кипения за 100 градусов.
Данная шкала используется во всём мире, кроме США. У них в ходу шкала Фаренгейта.
По ней 0 градусов - это температура замерзания смеси воды, соли и нашатыря в соотношении 1:1:1, за 96 - температура человеческого тела.
Существуют и другие шкалы:

Если вы ведёте запись температуры продолжительное время - то эти записи удобно хранить в виде графика, а не таблицы.

Химия: скрытые возможности

Светодобытчики

Ранее мы узнали об атомах. Сейчас разберём подробнее - из чего же они состоят.
Атом - это ядро, состоящее из протонов и нейтронов, а вокруг него вращаются электроны.
Такая планетарная модель атомы была предложена Резерфордом.

Электрон** - это и частица, и волна.
Протон - положительно заряженная частица.
Нейтрон - частица, не имеющая заряда.

Интересный момент - нейтроны нужны для того, чтобы не дать положительно заряженным протонам "разделиться", "уничтожив" таким образом ядро.
У всех атомов одного элемента всегда одинаковое количество протонов.
В атомах число протонов соответствует числу электронов.

Источник изображения etokamen.ru

Частица, в которой количество протонов не равно количеству электронов, называется ионом.
Положительно заряженный ион - катион.
Отрицательно заряженный ион - анион.
Электроны атомов притягиваются к их ядрам. Ядра разных элементов делают это с разной силой, поэтому разные элементы могут взаимодействовать друг с другом.

Чтобы добыть электричество - можно воспользоваться несколькими лимонами, кусочками медной проволоки и стальными(алюминиевыми) гвоздями(шурупами).
Соедините половинки лимонов как показано на рисунке и подключите к выходам последних половинок лимонов светодиод. Если у вас достаточное количество лимонов - светодиод загорится.

Источник изображения spaces.ru

Электрический ток - это направленное движение заряженных частиц(электронов).
Металлы хорошо проводят ток, так как их ядра не очень привязаны к электронам и позволяют последним передвигаться. Сами же ядра остаются на местах.
Каким же образом лимон проводит электричество?
Его сок является электролитом, то есть жидкостью, которая проводит ток. Лимонная кислота, растворённая в воде, или поваренная соль - так же будут электролитами. А вот сахар - нет.
Электролиты при попадании в воду распадаются на ионы - катионы и анионы.

Кислоты и основания

Вещества, которые при распаде в воде дают протон, называют кислотами. Те вещества, которые этот протон принимают - это основания. При взаимодействии кислоты с основанием - кислота отдаёт протон основанию.
Чтобы понять - является ли вещество кислотой - используют специальные индикаторы.
Индикатор - это молекула, которая под воздействием протонов ведёт себя по-разному.
Например в щёлочи(в ней мало протонов) индикатор имеет заряд -2.
В нейтральной среде(в ней немного протонов) протон взаимодействует с ионом индикатора(-2) и получает ион с зарядом -1.
В кислоте(в ней много протонов) протон(+1) связывается с ионом(-1) и получается нейтральная молекула.

Биохимия: на службе у жизни

Дрожжи - лучшие химики

Дрожжи - это обыкновенные грибы, содержащие в себе ферменты - особые молекулы, ускоряющие химические реакции.
Например:

каталаза - это фермент, который ускоряет реакцию разложения перекиси водорода.
зимаза - это смесь ферментов, которые ускоряют цепочку реакций от сахара до этилового спирта и углекислого газа.
Молекула, которая подходит к ферменту называется субстратом. Субстрат каталазы - перекись водорода.
Ещё важный момент - работа ферментов зависит от температуры. Так при высоких температурах ферменты работают лучше, нежели при низких. Чаще всего ферментами являются белки, которые при нагревании денатурируют.
Так как наш организм является белковой формой жизни - то следует понимать, что при многих болезнях в нашем организме нарушается работа ферментов. Они либо слишком активны, либо наоборот - неактивны. Лекарства как раз стараются исправить этот дисбаланс.

Отзыв о курсе.

Курс был очень необычным, и несмотря на то, что он детский - мне было интересно ознакомиться с его программой. Данная лекция позволила посмотреть на казалось бы элементарные вещи с научной точки зрения. Теперь будет проще объяснить ребенку элементарные законы физики и химии. А вы знаете для чего нужны нейтроны? ;)

Заглавное фото с сайта terra-nova-rus.ru

Конспект подготовлен для Академии Голоса @academy