Тема: Повітря, його склад.
Мета:

• Повторити і розширити знання про хімічні елементи та їхні сполуки;
• Поглибити знання учнів про склад атмосферного повітря, ознайомити з впливом на організм людини його складників;
• Розвивати хімічну та екологічну культуру.

Тип уроку: урок засвоєння нових знань.

Хід уроку.

І. Організаційний момент.
ІІ. Актуалізація знань.
Серед наведеного списку речовин вибрати прості. Які з них, на вашу думку, можуть міститися в атмосферному повітрі?
N2O, CO2, O3, H2O, CuO, H2, NO2, N2, O2, H2S, CO, He, NH3, Ar

ІІІ. Новий матеріал 

  Атмосферне повітря — це фізична суміш газів. Практично співвідношення різних газів атмосфери однакове до висоти 80 — 100 км. Крім постійних складників атмосфери, у ній можуть міститися як різноманітні домішки природного походження, так і забруднення, зумовлені антропогенною дією. Постійний газовий склад атмосфери підтримується за рахунок біологічного колообігу речовин екологічних систем біосфери, невід'ємною складовою частиною якої є атмосфера, а також за рахунок безперервного переміщення мас повітря в горизонтальному і вертикальному напрямках.

Головними компонентами цієї складної суміші газів, які не є хімічною сполукою, слід вважати азот і кисень.

Конкретніші відомості про хімічний склад атмосферного повітря наведено в табл. 2.

Азот — безбарвний газ, без запаху і смаку, малоактивний, не підтримує дихання і горіння. Через це і називається "безжиттєвим". Але виявилося, що азот є важливою складовою амінокислот, які утворюють білки, а також відіграє незамінну роль у природному колообігу речовин. Бобові рослини за допомогою специфічних мікроорганізмів, бульбочкових та інших бактерій засвоюють азот безпосередньо з повітря і фіксують у ґрунті у вигляді азотно-кислих і амонійних солей. Звідси азот у зв'язаному вигляді надходить в організм травоїдних тварин і, таким чином, входить до складу тваринних білків, а згодом і білкових речовин людини. Азот потрапляє в атмосферу переважно під час розкладання рослин і викидів вулканів. Він належить до інертних газів. При підвищеному тиску азот є наркотиком.

Фізіологічна його роль визначається участю у створенні рівня атмосферного тиску, потрібного для життєво важливих процесів. Збільшення вмісту азоту в повітрі може призвести до гіпоксії і асфіксії внаслідок зниження парціального тиску кисню.

З підвищенням тиску розчинність азоту в крові і тканинах збільшується і це (наприклад, під час підводних робіт) спричинює у людей вкрай тяжкий стан, оскільки через швидкий перехід до нормального тиску азот утворює у крові дрібненькі пухирці, які закупорюють кровоносні судини, це є причиною розвитку кесонної хвороби.

У водолазів унаслідок занурення на велику глибину можуть спостерігатися зміна психіки, відчуття важкості в голові, забуття, плутання думки, провали пам'яті, галюцинації.

Кисень є основним складником повітря. Без нього неможливе життя. Це безбарвний газ, добре розчиняється у воді, і йому зобов'язане все живе на Землі своїм виникненням та існуванням. Кисень входить майже до всіх органічних речовин. Його наявність у повітрі потрібна для дихання, горіння і гниття. Джерелом кисню у природі є фотосинтез. Зелені рослини, використовуючи сонячну енергію, поглинають воду й діоксид вуглецю з повітря і виробляють вуглець, потрібний їм для харчування та росту. При цьому вони виробляють вільний кисень. У процесі фотосинтезу засвоюється близько 200 млрд тонн діоксиду вуглецю і виділяється в навколишнє середовище приблизно 145 млрд тонн вільного кисню. Процесами фотосинтезу головним чином визначається колообіг кисню в природі і зберігається постійний склад атмосферного повітря. Слід також врахувати, що внаслідок згоряння великої кількості палива, корозії металів та інших хімічних процесів атмосфера Землі втрачає щорічно понад 10 млрд тонн кисню.

В організмі людини міститься 65% кисню. У стані спокою людина поглинає за годину 25 л кисню і виділяє 22,6 л вуглецю діоксиду. Усі тканини і клітини організму людини безперервно поглинають кисень. Добова потреба у кисні варіює в межах від 300 до 1000 л і більше залежно від фізичного навантаження. 

Зменшення вмісту кисню в повітрі до 10% є небезпечним. У людини в такому разі можуть розвиватися патологічні явища, нудота, блювання, ослаблення розумової діяльності. Особливо чутлива до нестачі кисню центральна нервова система (ЦНС), оскільки кора головного мозку споживає кисню в 30 разів більше, ніж периферійні нерви та м'язи. Кисневе голодування зменшує властивість організму розрізняти кольорові сигнали, погіршує гостроту зору і порушує м'язову рівновагу ока. Вміст кисню в повітрі, що знижується до 7—8%, призводить до асфіксії, зниження температури тіла, анурії тощо, які загрожують життю людини. 

Розподіл кисню по висоті над Землею

1. Індиферентна зона, що поширюється на 1500—2000 м над рівнем моря. Перебування у цій зоні безпечне для здоров'я.

2. Зона повної компенсації розташована на висоті від 2000м до 4000м над рівнем моря. Перебування в цій зоні супроводжується збільшенням легеневої вентиляції, хвилинного об'єму крові і перерозподілом кровотоку.

3. Зона неповної компенсації досягає 4000—5500 м над рівнем моря і характеризується погіршенням самопочуття людини: знижується працездатність, з'являються ейфорія, головний біль, сонливість, порушується увага.

4. Критична зона — від 5500 до 8000 м над рівнем моря. Спостерігається прогресивне погіршення загального стану здоров'я з більшою ймовірністю виникнення непритомності. Людина в такому разі повністю втрачає працездатність.

5. Непереносна зона розміщена вище ніж 8000 м над рівнем моря і характеризується дуже коротким резервним часом, після чого настає глибока непритомність, а потім смерть.

Якщо ж збільшити кількість кисню у повітрі, який людина вдихає, організм переносить це без негативних змін. Проте тривале перебування в атмосфері з великим відсотковим вмістом кисню є небажаним, оскільки може призвести згодом до набряку легенів.

Вуглецю діоксид (СО2) міститься в чистому атмосферному повітрі в кількості 0,03%. Це безбарвний газ, кислуватий на смак, зі своєрідним запахом, розчинний у воді. Джерелом вуглецю діоксиду служить в основному дихання людей, тварин, частинки рослин, процеси розкладання органічних речовин та виділення газу з ґрунту.

Велику роль у збереженні рівноваги вуглецю діоксиду в атмосфері відіграє відкрита поверхня морів і океанів. На вміст вуглецю діоксиду в атмосфері істотно впливає згорання палива. Оскільки вуглецю діоксид має властивість пропускати короткохвильову сонячну радіацію і затримувати вихідну довгохвильову радіацію, виникає так званий парниковий ефект, який призводить до розігрівання атмосфери. Регулятором вмісту вуглецю діоксиду в атмосферному повітрі є рослинний світ. Великі нагромадження вуглецю діоксиду спостерігаються в герметично замкнених приміщеннях, у бродильних приміщеннях пивоварних заводів, у цехах цукрового та інших виробництв, у глибоких колодязях і шахтах.

Фізіологічна роль вуглецю діоксиду полягає в тому, що його вміст у повітрі легенів і крові впливає на нормальний процес дихання. 

Підвищення вмісту вуглецю діоксиду у вдихуваному повітрі негативно впливає на організм. За наявності 3% С02 у повітрі дихання людини прискорюється і поглиблюється, а поступове його підвищення спричинює відчуття тиску в голові і головний біль, шум у вухах, психічне збудження. Наявність у повітрі 20% вуглецю діоксиду через кілька секунд зумовлює параліч мозкових центрів. Небезпека нагромадження вуглецю діоксиду в повітрі закритих приміщень збільшується у зв'язку з тим, що одночасно супроводжується зменшенням відсоткового вмісту кисню в повітрі.

Озон (О3) міститься в атмосфері в незначній кількості. Він утворюється під час громовиці під впливом електричних розрядів, а також унаслідок фотохімічної дії на кисень УФ-сонячної радіації. Це проста речовина, що є видозміною кисню. Озон має своєрідний запах "електричного струму" і відрізняється сильною окисною дією. Внаслідок взаємодії з органічними речовинами озон дуже легко розпадається і при цьому виділяється атом кисню. Отже, озон активно окислює всі речовини, що забруднюють повітря, а тому служить показником чистоти повітря. Він характеризується знезаражувальною дією, отож застосовується для очищення повітря і води.

Шар озону, розміщений у верхніх шарах атмосфери на висоті до 50 км (озоносфера), захищає нас від небезпечного надміру УФ-променів і частково поглинає деяку частину інфрачервоного випромінювання. Відомо, що деякі речовини, зокрема фреон, які використовуються в холодильниках, можуть зумовлювати зменшення вмісту озону в стратосфері. Озон у незначних концентраціях подразнює слизові оболонки верхніх дихальних шляхів, призводить до запаморочення, виділення слини, посиленого потовиділення і прогресування втоми. Перебування в такій атмосфері є причиною поганого самопочуття, роздратування і головного болю. Великий вміст озону в повітрі, що сягає до 0,02 мг/л, може зумовлювати пневмонію, що незрідка призводить до смерті.

Інертні гази (гелій, неон, криптон, ксенон) є в атмосфері в незначній кількості і пов'язані з безперервними процесами природного радіоактивного розпаду. У процесі життєдіяльності людини інертні гази не відіграють особливо важливої ролі.

Водень міститься в земній атмосфері в незначній кількості, як і гелій, безперервно втрачається цією атмосферою в міжпланетному просторі.

Метан виявляють частіше над болотами (болотяний газ). Він утворюється в процесі метанового бродіння під час анаеробного розпаду вуглецевих сполук.

Азоту закис N2O практичного значення не має.

Азоту діоксид NO2 утворюється під час громовиці внаслідок активації азоту.

Аміак потрапляє в атмосферу внаслідок процесів розпаду органічних речовин, що містять азот.

Сірководень утворюється внаслідок процесів гниття білкових речовин.

В атмосфері містяться також водяна пара та інші домішки.

Водяної пари міститься в атмосфері в середньому 0,42% за об'ємом і 0,2% — за масою. Джерелом її є випаровування із суші і водних басейнів. Концентрація водяної пари в атмосфері неоднакова в різних районах і в різні пори року. Унаслідок конденсації водяної пари в атмосфері утворюються хмари і випадають атмосферні опади. Поглинаючи сонячне довгохвильове випромінення, водяна пара відіграє роль у створенні теплового режиму Землі і нижніх шарів атмосфери.

В атмосфері міститься також порох космічного походження, до складу якого входять залізо, нікель та інші елементи і який проникає в атмосферу під дією гравітації, електромагнітного поля Землі і світлового тиску. В атмосферу може потрапляти порох і внаслідок викидів вулканів; Він характеризується великою дисперсністю і може розноситися повітряними течіями на великі відстані.

Велике практичне значення має наземний порох, а саме: ґрунтовий, рослинний, дим від лісових пожеж, морський порох.

IV. Керована практика.

Пізніше для розв’язування задач ми  будемо використовувати значення відносної молекулярної маси повітря, вважаючи її рівною 29. Попробуємо розібратися, звідки взялося таке значення, адже, як ми вже почули, повітря – це суміш газів. Отже, його відносна молекулярна маса це є маса не якогось одного газу, а усереднене значення мас суміші газів. Запишемо, що нам відомо.

Дано:

Mr(N2)=14*2=28  w(N2)=78%=0.78

Mr(O2)=16*2=32   w(O2)=21%=0.21

Mr(CO2)=12+16*2=44  w(CO2)=0.03%=0.0003

Тоді Mr(повітря)=28*0,78+32*0,21+44*0,0003=21,84+6,72+0,0132=28,5732=28,6=29

V. Підсумки уроку, оцінювання.

VІ. Д/з – вивчити конспект. Знайти відомості про відкриття кисню.