Главная задача алхимика — поиск первоматерии, а последовательные трансмутации вещества в золото — шаги на пути к пониманию сути вещей. Чем больше по своим качествам вещество станет походить на золото, тем ближе алхимику удалось подобраться к идеальной материи. Философский камень современных химиков интересует разве что как аллегория, но дело алхимиков они, впрочем, не забросили окончательно — и продолжают превращать в золото совсем непохожие на него вещества. Недавно в лаборатории чешских ученых тонкая пленка воды на несколько мгновений стала золотистым металлом. Рассказываем, что должно произойти с водой для ее трансмутации в металл и как далеки химики от того, чтобы завершить Великое делание своих средневековых коллег.
Золото как концепция
С точки зрения современного химика или физика, трансмутация железа в золото — ядерная реакция, в результате которой из атома с 26 протонами в ядре образуется атом с 79 протонами (уж не важно, при каких условиях такая реакция возможна). С точки зрения египетского или средневекового алхимика, золото — это желтый ковкий материал с металлическим блеском.
Золото есть совершенное тело, порождаемое чистой, неподвижной, прозрачной красной Ртутью и чистой, неподвижной, красной, не горящей Серой, и оно ни в чем не имеет потребности.
(Псевдо-)Роджер Бэкон, «Зеркало Алхимии», между XIII и XV веком
По-настоящему золотое золото, кроме того, проходит и другие тесты — например, плохо растворяется в кислоте. Но это не самое главное — в конце концов, алхимику нужно не золото, а философский камень, первоматерия. Искусственное золото настолько же далеко от золота, как и золото от философского камня, но намного ближе, чем изначальное вещество. Поэтому алхимики вполне гордились трансформацией железа, олова, свинца и меди в золотистый сплав — еще не венец Великого делания, но шаг в нужном направлении. Теперь дело за секретом трансмутации, изменения сущности вещей — а он уже позволит превращать что угодно во что угодно: грязь в золото, а болезнь в здоровье.
Про электрические свойства золота алхимики, конечно, не думали — это теперь мы пониманием, что металлический блеск и ковкость напрямую связаны с электронной структурой материала, а говоря «металл», в первую очередь имеем в виду кристалл, в котором электронный газ никак не привязан к решетке из атомных ядер. Так «желтое, ковкое и блестит» превращается в «проводит ток как металл».
У воды нет ни цвета, ни формы, ни металлического блеска. На пути к секрету всех тайных вещей (и золоту) каждый уважающий себя алхимик в первую очередь изгонял из запертого в тигеле вещества всякий намек на влагу, которая не благородна и суть «дым, чернота и смерть».
Суть воды
Вода — настолько не золото, насколько это вообще возможно. Нет кристаллической решетки, состоит из совсем других атомов. А кроме того, вода диэлектрик, и свободных электронов в ней нет вообще. Чтобы сделать из нее что-то близкое к золоту, придется увеличить количество проводящих электронов на много порядков — не просто чтобы они там появились, а чтобы еще и перешли в свободное состояние. Растворять в воде электроны — не самая простая задача, но можно попытаться превратить воду в металл, начав с более естественных для воды носителей заряда — протонов, катионов металлов и анионов.
Вопрос: Каков материал Хаоса?
Ответ: Это ничто иное, как влажный пар, так как среди всех веществ только создание воды завершается в нехарактерные сроки, и она одна подлинный предмет, подготовленный к получению формы.
Барон де Чуди, «Пламенеющая Звезда, катехизис степени Подмастерья Устава Неизвестных Философов», ок. 1770 г.
Перед тем, как переходить непосредственно к превращениям, тщательно оценим начальное состояние вещества, с которым нам предстоит работать. Даже в чистой воде без примесей есть некоторое количество заряженных частиц. Из-за
, во время которого одна молекула отбирает у соседней протон, в воде возникают заряженные частицы: первая молекула превращается в положительно заряженный ион H
, а ее соседка — в гидроксид-анион OH
моль на литр. Это примерно 6 × 10
транспорта катионов водорода между молекулами у воды аномально высокая протонная проводимость — намного выше, чем была бы при обычной диффузии, — но от нужного нам состояния металла вода невообразимо далеко. В таком же объеме золота примерно 6 × 10
электронов — это на девять порядков больше.
Солим воду
Хоть как-то приблизиться к нужному значению можно, насыпав в воду дополнительных носителей заряда. Разница в электроотрицательности между атомом водорода и кислорода в молекуле воды делает ее электрическим диполем. Это помогает воде хорошо растворять, образуя гидратные оболочки вокруг ионов, которые появляются в результате диссоциации. Ионы — заряженные частицы, поэтому двигаясь по воде они переносят заряд и превращают ее в электролит. Таким образом мы точно приближаем ее к металлическому состоянию, но насколько сильно?
Хорошо растворимые соли диссоциируют в воде практически полностью. Для разных солей величины будут отличаться, но оценить их порядок можно на примере хлорида натрия. Максимальная масса соли, которую можно растворить в литре воды при комнатной температуре, — 359 граммов, все лишнее останется лежать на дне сосуда. Это примерно 6 моль соли, то есть 3,6 × 1024 ионов одного знака. Это намного ближе к концентрации электронов в золоте (их там 6 × 1025).
Но ионы — это не электроны. Они не образуют единой среды, а скорость их перемещения определяется скоростью их диффузии в воде. Этого вполне хватает, чтобы на соленых растворах работали гальванические элементы, но в состояние, аналогичное электронному газу, ионы не переходят.
Засолить воду до состояния металла не получится — для хризопеи воды нужен более изощренный способ.
Делаем лед
Вообще, превращение диэлектрика в металл — фазовый переход, который происходит по квантовому механизму. Если постепенно увеличивать концентрацию электронов в веществе, то в какой-то момент их станет так много, что радиус экранирования кулоновского взаимодействия станет совсем маленьким, они полностью потеряют свою связь с положительно заряженным ядром атома и превратятся в единый электронный газ. Как единое целое он распространяется и по среде (обычно это кристаллическая решетка). Увеличить концентрацию носителей заряженных квантовых частиц в диэлектрике или полупроводнике можно изменяя температуру, давление, внешнее поле или степень допирования.
Чтобы применить существующие для твердых материалов наработки к воде, можно попробовать сначала ее заморозить и доводить количество носителей заряда до нужного количества уже в кристалле льда. По данным расчетов, лед действительно можно превратить таким образом в настоящий металл, только стабильными эти фазы становятся при невероятно высоких давлениях — около 50 миллионов атмосфер. В лабораторных условиях такое пока невозможно.
В конце XX века появилась еще одна идея. Раз у жидкой воды очень высокая протонная проводимость, то, может быть, возможны кристаллические фазы, в которых протоны тоже образуют единый газ и превращают лед в «протонный металл» — то есть проводящий материал, где заряд разносят не электроны, а протоны? Сначала моделирование показало, что такая фаза действительно есть — это суперионный лед XVIII. В нем атомы кислорода образуют упорядоченную решетку, а протоны не связаны с ними валентными связями и свободно перемещаются между ними. Такая кристаллическая фаза льда возможна, но стабильной она будет только при давлениях, которые приближаются к 10 миллионам атмосфер, — как в ядрах ледяных гигантов (например, Нептуна или Урана). В 2018 году такую воду удалось получить в лаборатории.
Проблема в том, что в это состояние вода переходит в ячейке с алмазными наковальнями при давлении больше миллиона атмосфер, и даже для минимального количества вещества его можно поддерживать не дольше 20 наносекунд. Проводимость суперионного льда подбирается к проводимости золота значительно ближе, чем водные растворы соли: она в районе 10 тысяч сименсов на метр (у золота проводимость на три порядка больше: 45,5 миллиона сименсов на метр, а у морской воды на четыре порядка меньше, три сименса на метр). При этом протонная проводимость суперионного льда может дополняться и небольшой электронной проводимостью. Это состояние воды вполне могло бы претендовать на то, чтобы считаться алхимическим золотом, если бы оно было хоть немного более устойчивым и мы могли посмотреть на него своими глазами, оценив цвет и блеск.
Промежуточный итог первых двух попыток с более естественными для воды носителями заряда — ионами и протонами — скорее неутешительный. Несмотря на локальный успех с суперионным льдом, «золотым» его назвать все же нельзя. Поэтому придется вернуться к электронам, но искать более реальные условия, чем давление в 50 миллионов атмосфер.
Вопрос: Каковы предосторожности, которые необходимо принимать, чтобы не разувериться в работе?Ответ: Нужно усердствовать в снимании испражнений материи и думать только о получении ядра или центра, который заключает в себе свойства смеси.
Барон де Чуди, «Пламенеющая Звезда, катехизис степени Подмастерья Устава Неизвестных Философов», ок. 1770 г.
Хризопея аммиака
Накачать воду электронами можно и в более приемлемых условиях. Для этого можно растворить в ней материал, который готов легко этими электронами делиться — например щелочной металл. Проблема в том, что в воде эти электроны не перемещаются в свободном состоянии по среде, а сразу же реагируют с молекулой растворителя, образуя гидроксид-анион и молекулу водорода. Эта реакция идет бурно, и в случае со многими щелочными металлами может привести к взрыву. Но чтобы удостовериться, что такой принцип вообще может работать, для начала можно потренироваться на какой-нибудь другой жидкости.
Один из подходящих кандидатов для такой тренировки — сжиженный аммиак. В нормальных условиях это газ, но его температура кипения всего -33 градуса Цельсия, и еще XIX веке его научились получать в жидком виде. Жидкий аммиак — тоже сильный ионизирующий растворитель, но, в отличие от воды, он не так бурно реагирует с щелочными металлами, поэтому может растворять в себе довольно много, например, лития.
Гемфри Дэви в начале XIX века заметил, что газообразный аммиак реагирует с литием, давая необычную синюю окраску, а когда аммиак стал доступен в жидком виде, наблюдения за взаимодействием щелочных металлов с аммиаком перенеслись в раствор. А в 1897 Хэмилтон Кэди увидел, что при определенной концентрации лития раствор начинает проводить как металл, а не как электролит. В течение XX века химики пытались определить, как много лития можно растворить в аммиаке и действительно ли он превращается в металл. Растворение в бесцветном аммиаке сравнительно небольшого количества лития придает ему голубую окраску, и связано это с повышением концентрации отрицательно заряженных частиц, в том числе свободных электронов. К середине века химики определились, что в аммиаке можно растворить до 21 мольного процента лития — его окраска при этом будет сначала синеть, потом станет зеленой, а затем — золотистой.
Изменение окраски сопровождается расслоением раствора — связано это именно с увеличением концентрации электронов. Если при сравнительно небольших концентрациях лития и ионы металла, и растворенные в аммиаке электроны — отдельные частицы, то когда их становится больше, они начинают взаимодействовать друг с другом, собираться в пары и кластеры. В зависимости от количества растворенного лития могут формироваться молекулярные комплексы различной структуры с разным количеством молекул аммиака в комплексе, разной геометрией и разными свойствами.
В тот момент, когда у раствора появляется золотистая окраска, происходит моттовский переход: раствор лития в аммиаке действительно превращается в металл, электроны полностью теряют свою локализацию и становятся электронным газом. Происходит это, когда лития в аммиаке уже единицы мольных процентов. В литре раствора в этот момент находится около 1024 электронов.
Вблизи насыщения концентрация металла в аммиаке составляет около 21 процента. По проводимости металлический аммиак превосходит даже ртуть.
Золотистый блеск
Если в веществе достаточно электронов, то оно начинает блестеть. Это происходит оттого, что фотоны взаимодействуют с электронным газом: свет рассеивается и дает блеск. «Металлизация» аммиака состоялась, именно когда он заблестел.
Если блеск возник, как только в нем появился электронный газ, то с золотистой окраской аммиачному раствору лития просто повезло. Электронная структура молекулярных кластеров из молекул аммиака и лития мало похожа на электронную структуру атомов золота — просто спектр поглощения этого раствора оказался достаточно близок к спектру поглощения золота.
Металлическая вода
Имея на руках достаточно данных о том, как превратить аммиак в золото, можно вернуться к воде — надо только найти способ избежать взрыва при ее реакции с щелочным металлом. Как это сделать, показали только что химики под руководством Павела Юнгвирта (Pavel Jungwirth) из Института органической химии и биохимии Чешской академии наук. Они взяли каплю жидкого сплава натрия и калия, которая медленно вытягивалась из капилляра в вакуумную камеру. Там находился водяной пар под давлением 10-7 атмосфер, у молекул которого было десять секунд, чтобы как-то провзаимодействовать со сплавом. Через десять секунд капля достигала 5 миллиметров в диаметре, отрывалась от капилляра и падала вниз. Пока она висела, на ее поверхности адсорбировалась пленка воды толщиной 80 мономолекулярных слоев. Этого хватило, чтобы вода прореагировала с металлом, не приводя к взрыву.
Практически сразу, как первые слои воды адсорбировались на поверхность капли сплава, в ней начали растворяться атомы щелочных металлов и резко возросла концентрация свободных электронов. Из-за этого капли из серебристых стали золотистыми. Ученые исключили связь окраски с интерференцией и другими оптическими эффектами и доказали, что связано это именно с металлизацией воды. Им удалось довести концентрацию электронов в воде до 5 × 1024 штук в литре — этого вполне достаточно, чтобы стать металлом.
В металлическом состоянии вода находилась несколько секунд, после чего постепенно превращалась в обычный электролит — водный раствор ионов натрия и калия.
Так же, как и в аммиаке, золотистый блеск — прямое следствие появления в воде электронов проводимости. То, что этот блеск не серебристо-белый, а желтый — уже свойство взаимодействия электронов с ядрами атомов и тех энергетических переходов, которые приводят к поглощению света. Интересно, что именно окраска стала сигналом о том, что электронный газ появляется в водяной пленке, ведь у самого сплава этой окраски нет.
В итоге, хоть и всего на несколько секунд, химики превратили воду в металл с цветом золота, блеском золота и электронами, как в золоте. Хризопея прошла успешно.
Вопрос: Возможно не избежать риска создания разновидности уродства, если искать золотоносное семя вне самого золота, ввиду отдаления его от природы?
Ответ: Не давайте повод сомнению, что золото содержит золотоносное семя и даже более совершенное, чем какое-либо другое тело, но это не вынуждает нас использовать вульгарное золото, так как вышеупомянутое семя находится во всех и в каждом по отдельности из остальных металлов. Оно не что иное, как неизменное зернышко, которое природа ввела в первоначальную замороженную ртуть. Все металлы имеют то же самое происхождение и одну общую материю, о чем узнают точно в следующем градусе те, кто стали достойными того, чтобы получить его применение и его последовательное освоение.
Барон де Чуди, «Пламенеющая Звезда, катехизис степени Подмастерья Устава Неизвестных Философов», ок. 1770 г.
Заметки на полях
Для настоящего алхимика трансмутация обычного металла в золото была скорее формальной целью, которая на самом деле должна приблизить понимание устройства мира. То, что при этом у них должен получиться драгоценный металл, больше волновало английских королей, которые своими указами ограничивали их деятельность.
Совершенствование технологий Великого делания повлияло на технический прогресс, но — по крайней мере, насколько известно миру — не привело к постижению секрета всех тайных вещей и власти над сущим. Таинство алхимической трансмутации в XXI веке, конечно, продолжает беспокоить умы отдельных людей, но для большинства из нас трансмутация давно стала делом физиков, синтезирующих новые элементы в поисках острова стабильности, а не космической власти.
Вряд ли приблизились к секрету эликсира философов и чешские химики, превратив в золото воду. И хотя им, как и настоящим алхимикам прошлого, само по себе золото было совершенно не важно, успех эксперимента уточнил наши представления о возможных состояниях воды, научил управлять скоростью бурных экзотермических реакций и насыщать жидкости свободными электронами. Но к «совершенной эмансипации воли» он не привел. В общем-то, потому, что к тому и не стремился.
Тип урока: Изучение нового материала.
Цели и задачи:
- на основе практических знаний ознакомить учащихся с физическими свойствами
воды; - раскрыть сущность трёх состояний воды в природе;
- показать цикл движения воды в природе, включающий три её состояния;
- закрепить знания о свойствах воздуха;
- развивать познавательную активность и творческие способности учащихся;
- совершенствовать мыслительные операции анализа, синтеза, сравнения;
- воспитание аккуратности, усидчивости, прилежания, любознательности.
- ТСО: телевизор, видеомагнитафон;
- необходимый инструментарий для опыта: спиртовка, холодная вода, штатив,
колбы, держатель со стеклом, спички; - таблица «Круговорот воды в природе»;
- карточки со словами отгадками;
- карточки программированного контроля;
- видеокассета «Мир вокруг нас».
1. Организационный момент.
— Ребята, поздоровайтесь с нашими гостями.
— Садитесь, пожалуйста.
(Создать благоприятную психологическую обстановку).
2. Проверка домашнего задания.
а) Индивидуальный опрос на карточках программированного контроля.
б) Фронтальный опрос.
- О каком самом главном богатстве Земли мы говорили на прошлом уроке? (О
воде). - Почему вода – богатство?
- Что такое вода? (жидкое тело).
- Кто на доске напишет свойства воздуха?
(1 ученик самостоятельно работает у доски).
- Кто расскажет о свойствах воды?
- В чём сходство свойств?
- В чём различие? (Вода – растворитель).
- Все ли вещества растворяются в воде? (Не растворяется почва).
- Что мы наблюдали во время опыта на прошлом уроке?
- Как можно очистить загрязнённую воду? (С помощью фильтра).
- Кто объяснит нем, что происходит с водой при нагревании и охлаждении?
- Проверьте работу, выполненную учеником у доски. Все ли свойства воздуха
указаны?
(После опроса собрать индивидуальные карточки. Попросить дежурного вымыть
доску).
3. Объяснение нового материала.
а) Введение в тему.
— Итак, на прошлом уроке мы познакомились со сказочным богатством нашей
планеты. Но сказка на этом не заканчивается. В любой сказке, обязательно
происходят какие – то чудеса.
- Вспомните, что случилось с братцем Алёнушки? (Превратился в козлёночка).
- Что случилось с царевной – лягушкой? (Превратилась в Василису Прекрасную).
- Гадкий утёнок кем стал? (Превратился в прекрасного лебедя).
- Что же случается во многих сказках? (Превращения).
- Вот вы и помогли мне подобрать слово, отражающее тему сегодняшнего урока.
- Какая же у нас сегодня тема?
На доске вывешивается карточка:
б) Проверка подготовки дополнительного домашнего задания.
— На прошлом уроке я попросила вас подготовить загадки про лёд, снег, дождь,
тучу.
— Сама я тоже подготовила для вас загадки.
Что в гору не выкатить,
В решете не унести,
И в руках не удержать.
Меня ждут, не дождутся,
А как увидят – разбегутся.
Не драгоценный камень,
А весь блестит и светится
Я из воды, а с воздуха летаю.
Как пух лежу я на полях,
Как алмаз блещу при солнечных лучах.
Закипел наш чугунок,
Из него пошёл дымок.
На доске вывешиваются карточки со словами отгадками:
(Также продемонстрировать лёд на блюдце, воду в колбе).
— Теперь соревнование между рядами в загадывании загадок. Чей же ряд лучше
подготовился?
(Дети по очереди загадывают загадки. Учитель ведёт подсчёт).
— В конце урока вы сами сможете сказать, что объединяет все эти слова
отгадки.
в) Объяснение нового материала.
— Итак, тема нашего урока: «Превращение воды».
— И что с ним произойдёт? (превратится в воду).
— Вот оно — первое превращение: лёд и снег превращаются при нагревании в
воду. Мы можем в этом убедиться на собственном опыте.
(Показать блюдце, в котором лежал лёд).
— Ребята, подумайте, а обратное превращение возможно?
— Действительно, вода превращается в лёд при нуле градусов и ниже.
— Давайте покажем эту температуру на своих моделях термометров.
— Крошечные льдинки образуются и высоко в облаках. Там они увеличиваются,
превращаются в снежинки и падают на землю. Так вода превращается в снег. Лёд и
снег – это вода в твёрдом состоянии.
— Скажите мне, ребята, а дежурный мыл доску? Тогда она должна быть мокрой, а
она сухая.
На наших глазах произошло ещё одно превращение – вода с доски испарилась, то
есть превратилась в пар. Пар – прозрачный, бесцветный газ. Водяной пар – это
вода в газообразном состоянии.
— А теперь подумайте и скажите: дождик, это какое состояние воды? (Жидкое).
Составляется таблица на магнитной доске:
— Подведём итог. Кто может рассказать о состоянии воды в природе?
— Кто выйдет к доске и дополнит нашу схему конкретными примерами,
воспользовавшись словами отгадками?
- Слушание аудиокассеты «Шум дождя и моря».
- Релаксация.
5. Первичное закрепление.
— Каждое утверждение требует доказательств. Убедимся на опыте.
— Вот в стакане кусочек льда. Я зажигаю спиртовку. Под воздействием тепла лёд
превращается в воду.
— Прошло время, вода закипает, испаряется, то есть превращается в пар. Теперь
подержим над паром стекло, оно становится влажным, мы видим образовавшиеся
капельки воды.
— Итак, лёд превратился в воду, вода в пар, а пар опять в воду, потому что
невидимый пар соприкоснулся с холодным стеклом. Получился у нас, ребята,
круговорот воды.
— Круговорот воды можно наблюдать и в природе. Посмотрим видеофильм.
(Показ кассеты: «Мир вокруг нас»).
6. Закрепление изученного.
— О чём фильм? Что нового узнали?
— Теперь давайте ещё раз все вместе расскажем о круговороте воды в природе.
Нам помогут сказочные капельки воды – «Капитошки».
(Вывесить плакат с изображением реки, гор, туч на небе).
— Итак, жило в одном водоёме много маленьких капелек. Тут пригрело солнышко,
капельки стали испаряться, то есть превращаться в невидимый пар и подниматься
высоко вверх.
(Показ движения капелек на магнитной доске).
— Воздух высоко над землёй всегда холодный. Ведь не случайно на горных
вершинах обычно лежит снег и лёд. Пар охлаждается там и образует множество
водяных капелек. Из этих капелек образуются облака. Облака очень лёгкие и ветер
переносит их на большие расстояния. Из облаков капельки воды опять возвращаются
на землю в виде дождя или снега.
7. Итог урока.
- Какова тема сегодняшнего урока?
- Во что может превращаться вода?
- В каких трёх состояниях находится вода в природе?
- При каком условии образуется лёд?
- Отчего лёд может растаять?
- При каком условии пар превращается в воду?
8. Выставление оценок.
— Спасибо за работу. Урок окончен.
Обучающая: сформировать
представление о трех состояниях воды в природе.
Развивающая: развивать
наблюдательность воображение; развивать умение
сравнивать, логически последовательно излагать
свои мысли, делать выводы; развивать
коммуникативные навыки.
Воспитательная: воспитывать
любовь к родной природе, бережное отношение к
воде.
Ход урока
Я и туча, и туман,
Я ручей и океан,
Я летаю и бегу
И стеклянной быть могу.
Постановка учебной задачи.
– Тема нашего урока “Вода и её
превращения”
– Чтобы раскрыть секрет воды, нам надо
стать волшебниками. Для этого произнесем
волшебные слова и наденем колпаки волшебников.
– Теперь мы готовы к волшебству.
III. Решение учебной задачи.
1. Опыт 1.
– Возьмём обычную воду. Что вы можете
сказать о воде?
– Начинаем нагревать. Доводим её до
кипения. Что происходит?
– Поднимается пар. То, что вы видите –
это туман. А пар мы не видим. Он находится
непосредственно у самого основания носика.
Вывод: итак, жидкая вода стала
превращаться в пар. А при каком условии произошло
это превращение.
Вода при кипении превращается в
прозрачный водяной пар.
– Молодцы! У нас получилось! Мы
превратили жидкую воду в пар.
2. Опыт №2.
– А что произойдёт с паром, если его
охладить пар? (Чайник кипит).
– Холодную тарелку подносим к
основанию носика, где образуется пар. Что вы
видите?
– Холодная тарелка охладила пар, и пар
превратился в жидкую воду. (Вывешиваю схему)
– Итак, при каких условиях пар
превратился в воду?
– Ребята, как вы думаете, превращения
воды на этом заканчиваются?
– Что ещё может произойти с водой?
3. Опыт 3.
– Давайте проверим. Вчера поместили на
мороз блюдце с водой. Посмотрим что произошло.
(Вода превратилась в лед).
– При каком условии вода превратилась
в лед?
– Охлаждаясь, вода замерзала. (Табличка
“лёд”)
Вывод: при охлаждении жидкая вода
превратилась в лёд (вывешиваю стрелку).
Марш на месте – не спеша,
Как погода хороша.
Не боимся мы мороза,
Ловим снег, хлопки в ладоши.
Руки в стороны, по швам.
Хватит снега вам и нам.
5. Опыт №4
– Почему зимой идёт снег, а летом
дождь?
(Летом тепло, а зимой холодно).
– Верно. С наступлением холодов
капельки воды замерзают и превращаются в
снежинки (добавляю слова “снег” к “лёд”).
– Ребята, вы настоящие волшебники.
– А во что вы можете превратить снег и
лёд?
– Что для этого нужно?
– Возьмите, кто снег, кто лёд. Что
происходит?
– При каком условии вы смогли
превратить снег и лёд в жидкую воду.
(Согрели (нагревание в ладошке)).
6. Обобщение по схеме.
– А как превратить жидкую воду в
водяной пар?
– А водяной пар в жидкую воду?
– Да, вода это единственное вещество
на Земле, которое существует сразу в разных
состояниях: в жидком (карточка), твёрдом
(карточка), газообразном (карточка).
Применение открытого способа.
1. Групповая работа.
На листах у детей слова: твёрдое,
жидкое, газообразное
Картинки: лёд, снег, озеро, снежинка,
облака большие, маленькие.
– Соедините слова с соответствующими
картинками.
– Проверьте выполнения работы по
ключу (на слайде).
Вывод: Итак, (хором) вода в природе
бывает в твердом, жидком и газообразном
состоянии.
2. Работа с учебником.
(У каждого ученика конверты со
словами: газообразное, жидкое, твёрдое, по 2 слова
охлаждение, нагревание)
– Откройте учебники на странице 34. В
рамочках наклейте названия состояний воды и
процессов её перехода их одного состояния в
другое.
– Проверьте себя по ключу (на слайде).
Контроль.
– Итак: дорогие волшебники, мы
выяснили, что вода в природе встречается в трёх
состояниях: газообразном, жидком, твердом.
Я буду показывать картинки воды в
разных состояниях, а вы будете вставать по
группам:
1 гр. – газообразное
2гр. – жидкое
3гр. – твёрдое.
– Как вы считаете, раскрыли мы секрет
воды.
– Я думаю, что уже пришло время вам
снова стать учениками. (Звучит музыка. Дети
говорят волшебные слова). Снимаем колпачки, мы
снова ученики.
Рефлексия.
-На доске две снежинки: белая и голубая.
Кто разобрался в секретах воды, подарите свою
снежинку белой.
– А кто сомневается, сделайте подарок
голубой снежинке.
VII. Домашнее задание.
– Придумать игру о воде.
VIII. Постановка на следующий урок.
– А на следующем уроке мы продолжим
исследование воды.
- Закрепить полученные знания о воде.
- Расширить и углубить представления детей об окружающем мире посредством знакомства с веществом и тремя его основными состояниями (жидкое, твердое, газообразное).
- Познакомить детей со свойством воды, как жидкости (способность растворять в себе другие вещества, находиться в любом из 3-х состояний вещества).
- Сформировать представление о взаимодействии и переходе вещества из одного состояния в другое.
- Учить задавать вопросы, выслушивать любые ответы и благодарить за них.
- Развивать произвольное внимание; диалогическую речь, способность самостоятельно задавать интересующий вопрос.
- Развивать эмоционально-положительное отношение к познанию окружающего мира..
- Развивать наблюдательность детей, их умение анализировать, сравнивать, обобщать, устанавливать причинно-следственные зависимости и делать выводы.
- Развивать навыки работы со словарем.
- Воспитывать желание интересоваться явлениями окружающего мира.
- Воспитывать усидчивость; интерес и способность работать в группах, коллективе.
- Проявлять терпение и дослушивать ответы товарищей до конца.
Обогащать словарь детей словами: жидкое и газообразное, твердое состояние, испарение; корреспондент; исследователи; ученые; опыты; интервью, слова с частицей «аква».
Активизация словаря:
«вода», «пар», «лед», «газ», «вещество», «растворитель».
Методы и приемы:
- Наглядные: созданная детьми и воспитателем книга о воде, схемы, толковый словарь.
- Словесные: вопросы, рассказ педагога, рассказ ребенка.
- Положительная мотивация.
- Художественное слово.
- Практические действия: проведение опытов.
- Дидактическая игра «Угадай вещество».
Следить за речью детей, оказывать помощь при ответах на вопросы.
- Чтение рассказов, стихов, разгадывание загадок.
- Нахождение материала о воде дома.
- Рассматривание энциклопедий, иллюстраций.
- Прослушивание музыкальных записей.
- Создание своей книги.
- Проведение исследований, опытов.
- Работа со словарем.
Ход занятия
Формирование положительной мотивации:
Доброе утро! Я вам говорю.
Доброе утро! Я всех вас люблю!
Желаю вам хорошо заниматься!
Слушать внимательно, ума набираться!
Сегодня в нашей группе много гостей. Они вместе с нами побывают в «загадочной лаборатории» и узнают о чудесных превращениях воды.
В последнее время мы много говорили о воде и решили создать свою книгу и оформить ее рисунками.
Какое название мы придумали для нашей книги? («ЧУДО – ВОДА»)
Давайте вспомним, что мы уже знаем о воде? (вода – это жидкость, прозрачная, бесцветная, без запаха, растекается, она принимает форму того сосуда, в который ее наливают, через воду виден рисунок, а через молоко нет, прозрачную воду можно сделать непрозрачной, у воды есть температура, какая бывает вода: минеральная, колодезная и т.д.; для чего нам нужна вода: воду можно пить, варить пищу и т.д.).
Где вы находили информацию о воде? (Рассказывала мама, звонили бабушке, в книгах, просмотр телепередач, в Интернете, по радио, в газетах и журналах.)
Воспитатель: Вы правы, источников информации много. Узнать, что вы нашли о воде, нам поможет корреспондент.
Кто такой корреспондент? (Человек, специально отправленный за информацией.)
Корреспондент подходит к детям и задает интересующие его вопросы.
- Здравствуйте. Как вы думаете, на земле много или мало воды?
- Здравствуйте. Верно ли, что любую воду можно пить?
Воспитатель: Саша хочет быть кем? (Я хочу быть корреспондентом.)
- Какая бывает вода?
- Почему на дне океана темно?
- Чем можно измерить температуру воды?
- Что случилось бы, если бы вода вдруг исчезла?
Воспитатель: Корреспонденты задавали интересные вопросы, а вы правильно отвечали.
Воспитатель: А сейчас мы отправимся в нашу «Загадочную лабораторию». Мы снова станем учеными, и продолжим исследовать воду.
Кто такой ученый-исследователь? (Это – много знающий и образованный человек; который проводит опыты, исследования и узнает что-то новое.)
Уважаемые коллеги! Нам предстоит трудная задача: узнать, в каких состояниях бывает вода и что она умеет делать с другими веществами.
Пройдемте в лабораторию и приступим к нашим исследованиям.
Дети садятся на стульчики перед столами.
По середине группы – стол для опытов.
Воспитатель: Мы знаем, что вода состоит из мелких капелек, хотя они и соединены друг с другом, но не очень крепко, поэтому вода растекается. Вода – жидкое вещество, и это можно изобразить вот такой схемой:
Но вода бывает не только в жидком состоянии.
Посмотрите, что это? (Воспитатель показывает термос.) (Это термос.)
Для чего нужен термос? (Термос сохраняет тепло, любая жидкость остается горячей долгое время.)
Как вы думаете, почему из термоса выделяется пар? (Вы вскипятили воду и налили в термос, в термосе находится кипяток, горячая вода.)
Воспитатель накрывает термос стеклом, поднимает стекло.
Воспитатель: Из термоса выделялся пар, а на стекле мы видим капельки воды, как так получилось? (Ответы детей.) Что стало с паром, во что он превратился? (Пар превратился в воду.) Значит, пар – это тоже вода.
Воспитатель: Сильно нагретая вода при высокой температуре превращается в пар (выставляет карточку). А, пар, остывая, превращается в воду. В природе – пар поднимается вверх, остывает в воздухе и выпадает на землю в виде осадков. Назовите, какие бывают осадки (дождь, снег, град, роса и т.п.).
Воспитатель: В паре расстояние между частичками больше, чем в воде, и они быстрее двигаются, «разлетаются». Такое состояние вещества называют газообразным. Газообразное состояние можно изобразить так:
А теперь, уважаемые коллеги, продолжим исследование.
Предлагаю выйти к столу Антону. Он покажет и расскажет нам о своем исследовании. Как говорит народная мудрость: «лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать».
- Антон, с чем ты будешь проводить опыт?
- Для опыта я подготовил кубики льда.
- Вам нужна помощь? (Антон предлагает выйти одному ребенку, надеть перчатки и взять в руки кубик льда, а сам берет кубик льда в голые руки.)
- Как вы думаете, у кого из нас лед растает быстрее? (Верно, лед быстрее растает у меня, посмотрите, потому что он соприкасается с теплом моих рук.)
- Во что превратился лед? (Лед превратился в воду.)
- Саша, а почему у тебя лед тает медленно? (У меня на руках перчатки.)
Антон: Перчатки разъединяют тепло рук и холод льда.
Воспитатель: Исследователь Антон, мне интересно, как же вы получили лед?
Антон: Я налил воду в формочку и поставил в холодильник. При низкой, холодной температуре вода замерзла и превратилась в твердое вещество – лед.
Воспитатель: Спасибо вам за проделанную работу.
Воспитатель: В каком еще состоянии, кроме жидкого и газообразного, может находиться вода? (Вода может находиться в твердом состоянии.)
Воспитатель: В твердом веществе, капельки расположены очень плотно друг к другу и двигаются медленно. Твердое вещество можно изобразить так:
Таким образом, вода может находиться в трех состояниях: жидком, газообразном и твердом.
Я вам предлагаю поиграть в игру «Капельки».
Игра «Капельки»
Воспитатель: Ребята, представьте, что мы с вами капельки. Все капельки самостоятельные.
Дети хаотично гуляют по кругу.
Воспитатель: Но вот, капельки встречаются друг с другом, и получается ручеек.
Дети разбиваются на пары и берутся за руки. Пары двигаются друг за другом
Воспитатель: А теперь ручеек течет и впадает в море.
Дети берутся за руки и образуют большой круг.
Воспитатель: Наш круг может менять форму, как и вода
Круг из детей вытягивается в овал.
Воспитатель: А теперь, представьте, что воду налили в кружку и поставили на горячую плиту. Что произойдет? (Вода будет нагреваться.)
Воспитатель: Итак, каждый из вас – капелька воды. Ваши ладошки такие горячие, что вам уже невозможно держать друг друга за руки. Ваши руки опускаются, жара заставляет вас активнее двигаться. Каждый из вас стал частичкой папа.
Дети бегают по группе.
Воспитатель: А теперь вас замораживают, вам становится холодно. Надо встать поближе друг к другу и обняться, чтобы стало теплее.
Дети обнимают друг друга.
Воспитатель: Посмотрите, теперь нашу группу уже нельзя растянуть, она приобрела свою форму, как частички льда. Мы с вами – частички воды, но каждый раз мы соединялись по-разному.
- В парообразном состоянии связей между частичками воды нет, и каждая движется сама по себе.
- В жидком состоянии связи между частичками воды более сильные, но они очень гибкие, эластичные, поэтому вода в жидком состоянии не имеет четкой формы.
- Вода в твердом состоянии – лед. В твердом состоянии частички воды прочно связаны друг с другом.
Нашу книгу пополнит страничка о трех состояниях воды.
Воспитатель: Уважаемые, коллеги. Сегодня в нашей «загадочной лаборатории» мы узнаем, что происходит с веществами в воде. Прошу сесть за столы.
У вас на столах 3 баночки с водой и 3 блюдечка с разными веществами.
Бросьте в одну баночку 1 ч.л. первого вещества и размешайте ложечкой.
А в другую баночку положите второе вещество.
Возьмите трубочку и скажите, какая вода по вкусу получилась в первой баночке? (Вода сладкая.) Почему она стала сладкой? (Мы положили туда сахар, в блюдце находился сахар.)
А во второй баночке, какая вода по вкусу? (Вода по вкусу солена.) Значит, мы положили в эту баночку соль. Коллеги, куда же она делась? (Ответы детей.)
Воспитатель: Пряча в себе сахар и соль, вода не дает их увидеть, не дает потрогать и взять назад, но при этом хранит в себе. На самом деле они не исчезли, они растворились. Сейчас мы увидим, как это происходит, своими глазами.
На третьем блюдце у вас находится знакомое вещество – марганец. Насыпьте его в третью баночку, но не мешайте. Коллеги, что происходит с кристалликами марганца? (Частички марганца и воды перемешиваются друг с другом, вода окрашивается.)
Что же мы узнали из этого исследования? (Соль, сахар растворяются и придают воде сладкий и соленый вкус; марганец растворяется и окрашивает воду в розовый цвет.)
Воспитатель: Верно, вода является растворителем. Это еще одно ее свойство.
Страничку с новым свойством воды мы поместим в нашу книгу.
Воспитатель: Я, как и вы, в поисках информации тоже работала с различными источниками и нашла в словаре короткое слово «аква». Давайте посмотрим, что оно обозначает. «АКВА» – первая часть сложных слов, относящихся к воде.
Знаете ли вы слова, которые начинаются с частицы «аква».
АКВАРИУМ – что это такое? (Стеклянная емкость с водой для содержания рыб.)
АКВАПАРК – коллега, объясните значение этого слова? (Парк с водными аттракционами.)
АКВАЛАНГ – что обозначает это слово? (Аппарат для дыхания под водой.)
АКВАЛАНГИСТ – (Спортсмен, плавающий с аквалангом.)
Воспитатель: Есть одно слово, которое вы еще не знаете. АКВАНАВТ – исследователь, совершающий в специальном аппарате плавание под водой на больших глубинах.
Страницу с новыми словами мы поместим в книгу, где находится наш словарь исследователя природы.
Воспитатель: Уважаемые коллеги, сегодня мы провели исследования и дополнили нашу книгу о воде новыми страницами.
Мне очень хочется узнать:
- Саша, что больше всего тебе сегодня понравилось?
- Что мы можем определить, только посмотрев на вещество? (Состояние, цвет, форму, прозрачность.)
- Никита, что было полезным для тебя?
- Как ты думаешь, что нашим гостям понравилось?
- Какое пожелание ты бы хотел сказать своим коллегам — исследователям?
Дорогие ребята, мне сегодня было приятно снова побывать с вами в нашей лаборатории и проводить исследования.
Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение
«Химико-технологическая школа «СинТез» г.Перми»
Вода и её превращения
учитель начальных классов
Свою научно-практическую работу я хочу начать с загадки «И летаю, и бегу, и стеклянной быть могу!». Как вы уже поняли, я хочу рассказать о воде.
Вода — это главная составляющая всего живого нашей планеты. Без воды никто и ничто на Земле не сможет существовать. Изначально на нашей планете появилась вода, а в воде уже начала развиваться жизнь. Вода занимает более 70% поверхности земного шара. Она входит в состав любого живого организма. Больше чем на половину человек, животные и растения состоят из воды. Она является средой обитания для многих животных и растений.
Везде и всегда нас окружает вода. Мы можем наблюдать такие природные явления снег или дождь. Каждый день мы видим облака на небе. Я задумалась, откуда все это, почему запасы воды не исчезают. Мне стало интересно узнать о путешествии воды в природе.
выяснить, при каких условиях вода меняет свое состояние.
— изучить свойства воды;
— изучить, как происходит процесс круговорота воды в природе; — провести эксперимент, наглядно показывающий, что вода переходит из одного состояния в другое при изменении температуры;
— создать модель круговорота воды в домашних условиях.
влияние изменения температуры на состояние воды.
вода меняет своё состояние при изменении температуры окружающей среды. Модель круговорота воды в природе можно создать в домашних условиях.
изучение литературы, наблюдение, эксперимент.
В ода в природе может встречаться в трёх состояниях: жидком (вода), газообразном (водяной пар) и твёрдом (снег, лёд). Вода способна переходить из одного состояния в другое — из твёрдого в жидкое (таять), из жидкого в твёрдое (замерзать), из жидкого в газообразное (испаряться), из газообразного в жидкое, превращаясь в капельки воды.
Жидкая вода на поверхности планеты бывает двух видов: солёная и пресная. Солёная находится в морях и океанах, пресная — в реках, озёрах, ручьях, болотах. Соленой воды на нашей планете во много раз больше, чем пресной.
Г азообразная вода — это водяной пар, который мы видим с земли в виде облаков. Облако состоит из множества капелек воды или кристалликов льда. Облака образуются на разных высотах, и поэтому имеют разный вид и форму.
В ода в твердом состоянии встречается в виде снега и льда. В холодную погоду вода в облаках замерзает, и образуются кристаллики льда. Они падают и, проходя сквозь облака, соединяются с другими кристаллами, становясь снежинками.
З амерзание льда начинается при отрицательной температуре. Сначала образуются микроскопические ледяные атем смерзаются между собой, образуя плёнку. Лёд в природе встречается в виде айсбергов. Айсберги – это настоящие плавучие острова льда. Только небольшая часть их находится над поверхностью воды, большая – под водой.
Со способностью воды менять своё состояние, связано такое явление, как круговорот воды в природе.
Круговорот воды в природе
это непрерывный процесс постоянного перемещения воды на Земле.
Во время полного цикла круговорота в природе, состояние воды постоянно меняется, поглощая или выделяя при этом тепловую энергию. Так, вода в круговороте проходит четыре стадии.
вода на поверхности при нагревании превращается в пар и уходит в воздух. Происходит всюду, где есть вода: на поверхности океана, рек или озёр. Теплая вода испаряется быстрее, но даже когда мы не видим пар, испарение все равно происходит, но гораздо медленнее.
Когда водные пары в воздухе поднимаются и достигают верхних слоев атмосферы, холодная температура заставляет их выделять тепло и снова превращаться в жидкость. Эти мелкие капельки воды висят на частицах пыли в воздухе, образуя облака.
Капли воды в облаках тоже сталкиваются и конденсируются вместе, и тогда они становятся больше и тяжелее. Капельки продолжают расти в объеме до тех пор, пока не становятся такими тяжёлыми, что выпадают осадками.
В виде осадков вода снова попадает на поверхность Земли. Какая-то часть воды стекает вниз и попадает в море, озёра или реки. Другая — впитывается в землю и становится грунтовыми водами, которые питают растения или проходят через почву, достигая океана. Ещё часть воды достается и поглощается животными. Отсюда круговорот воды начинается снова.
Таким образом, количество воды на Земле не изменяется, она только меняет свои формы.
3. Исследование процесса перехода воды из одного состояния в другое
Для того чтобы наглядно убедиться, как вода преобразуется из одного состояния в другое, я провела эксперимент.
3.1. Переход воды из твёрдого состояния в жидкое.
Я набрала в банку снег. Занесла его домой и наблюдала, как при комнатной температуре снег начинает таять и превращаться в воду. Такое количество снега превратилось в воду примерно за 4 часа.
3.2. Преобразование воды из жидкого состояния в газообразное (испарение).
Воду, образовавшуюся на первом этапе опыта (3.1), я перелила в металлическую ёмкость, поставила на плиту и нагрела.
По мере нагревания в ёмкости появляется пар – это вода превращается в газ, происходит процесс испарения. Также я заметила, что при кипении количество воды в ёмкости заметно уменьшилось.
3.3. Превращение пара в воду (конденсация).
Ёмкость, в которой протекает процесс испарения (3.2), я накрыла прозрачной холодной крышкой.
На крышке образовались капельки воды — произошёл процесс конденсации, т.е. вода перешла из газообразного состояния в жидкое.
3.4. Переход воды из жидкого состояния в твёрдое (замерзание).
В оду в ёмкости (3.3) я сначала охладила при комнатной температуре, затем поместила в морозильную камеру.
Спустя примерно 3 часа при температуре -20 в ёмкости образовался лёд, т.е. вода перешла из жидкого состояния в твёрдое, она снова замёрзла.
Таким образом, можно подвести итог моих экспериментов:
— при нагревании вода превращается в пар;
— при охлаждении воды происходит процесс конденсации;
— при воздействии температуры ниже С вода переходит из жидкого состояния в твёрдое – замерзает.
Процесс перехода воды из одного состояния в другое обратимый, т.е. она всегда может вернуться в любое из трёх своих состояний.
Модель круговорота воды в природе
В ходе проведения экспериментов с водой я задумалась, можно ли сделать модель круговорота воды своими руками в домашних условиях. Оказывается, можно.
Для эксперимента мне понадобились: трёхлитровая банка, пищевая плёнка, вода, пищевой краситель, маркер, фломастеры.
1. Я налила в банку горячую воду, добавила синий пищевой краситель и накрыла горлышко банки пищевой плёнкой.
2. На стенках банки нарисовала мир: представила, что синяя вода – это море, дорисовала берега, солнце, облака, дождь и т.д.
3. Пока я наносила рисунок, вода начала испаряться, на пищевой плёнке начал собираться конденсат.
время капельки воды появились на стенках банки. Когда они становились большими и тяжёлыми, они сползали вниз. Это стадия возвращения воды обратно «в море».
Вода океанов, морей и рек точно так же испаряется, поднимается в виде пара вверх, где охлаждается в верхних слоях атмосферы, конденсируется в облаках и снова выпадает осадками на землю.
Свойства воды способны влиять на нашу среду обитания, поэтому знания и эксперименты, связанные с ней, очень полезны. Благодаря такому простому наглядному эксперименту с водой можно самому увидеть и понять, как происходит круговорот воды в природе.
В ходе работы я изучила свойства воды, провела ряд экспериментов и выяснила, что вода меняет своё состояние под воздействием температуры. Также я узнала, как происходит круговорот воды в природе и создала его наглядную модель в домашних условиях.
Результаты проведенных исследований можно применить на уроке «Окружающий мир».
Подводя итоги проделанной работы, хочу ещё раз обратить внимание на уникальность воды. С одной стороны, что может быть проще? Вода есть везде, мы воспринимаем её как должное. А ведь из воды состоит всё живое, она дарит красоту планете – нашему общему дому, является спутником человека во всех сферах жизни. Без неё не обходятся ни в одном уголке нашей планеты. Её влияние поистине огромно. Люди должны беречь воду и делать всё необходимое для сохранения водоёмов. Если исчезнет вода – исчезнет и жизнь.
Список использованной литературы
1. Амченков Ю.А. Вода на Земле. – М: «Махаон», 2014.
2. Виноградова Н.Ф. Окружающий мир: учебник. – М: «Вентана граф», 2016.
3. Ле Дю В. Мир моря: детская энциклопедия/пер. с франц. – М: «Махаон», 2014.
Автор материала: Д. Яковлева (4 класс)
