ΤΠΕ23 Ομάδα 10: Μαρτίου 2023

Stop-motion Animation - Οι συνέπειες του καπνίσματος

➼ Πέραν του εκπαιδευτικού υλικού μας θα θέλαμε να θίξουμε και μερικά θέματα τα οποίο κρίνουμε ως σημαντικά.

Παρακαλούμε παρακολουθήστε το ακόλουθο stop-motion βίντεο που δημιουργήσαμε, που έχει ως σκοπό την ευαισθητοποίηση των νέων όσο αναφορά το κάπνισμα και της αρνητικές επιδράσεις που προκαλεί σε καπνιστές.

1ο βίντεο - περιοδικός πινάκας και μέταλλα/αμέταλλα

➼Παρακολουθείστε αυτό το βίντεο για να πάρετε μια πρώτη ιδέα για το εκπαιδευτικό μας υλικό Το ακόλουθο βίντεο δεν καλύπτει πλήρως όλη την ύλη, είναι απλώς μια εισαγωγή για το τι θα μάθετε στη συνέχεια:

Σκοπός του βίντεο μία εισαγωγή στο υλικό που θα διδάξουμε και θα αναλύσουμε στη συνεχεία, ώστε οι μαθητές να έχουν μια πρώτη ιδέα για το τι θα ακολουθήσει και να θυμηθούν όσα πράγματα μπορεί να ξέρανε αλλά ίσος να έχουν ξεχάσει.

Η διαδικασία Haber-Bosch

Η διαδικασία Haber-Bosch, γνωστή και ως διαδικασία Haber, είναι μια χημική διαδικασία για τη βιομηχανική σύνθεση αμμωνίας από αέρια άζωτο και υδρογόνο. Η διαδικασία ανακαλύφθηκε ανεξάρτητα από τον Fritz Haber, Γερμανό χημικό, και τον Carl Bosch, Γερμανό χημικό μηχανικό, στις αρχές του 20ου αιώνα.

Ο Fritz Haber γεννήθηκε στο Breslau της Γερμανίας (τώρα Βρότσλαβ, Πολωνία) το 1868. Ήταν ένας λαμπρός χημικός, ο οποίος συνέβαλε σημαντικά στους τομείς της φυσικής χημείας, της ηλεκτροχημείας και των αντιδράσεων αέριας φάσης. Ο Haber ενδιαφέρθηκε για το πρόβλημα της δέσμευσης του αζώτου, το οποίο αναφέρεται στη διαδικασία μετατροπής του αερίου αζώτου από την ατμόσφαιρα σε ενώσεις που μπορούν να χρησιμοποιηθούν από φυτά και ζώα. Το άζωτο είναι ένα απαραίτητο θρεπτικό συστατικό για όλους τους ζωντανούς οργανισμούς, αλλά δεν είναι εύκολα προσβάσιμο στην ατμοσφαιρική του μορφή, η οποία είναι σχετικά μη αντιδραστική.

Το 1909, ο Haber κατάφερε να συνθέσει αμμωνία από αέρια άζωτου και υδρογόνου, χρησιμοποιώντας υψηλή πίεση και ένα καταλύτη. Η μέθοδος του Haber περιλάμβανε τη διέλευση αερίων αζώτου και υδρογόνου πάνω από θερμαινόμενο καταλύτη σιδήρου, σε πιέσεις έως 200 ατμόσφαιρες και θερμοκρασίες γύρω στους 500°C. Η αντίδραση παρήγαγε αμμωνία, η οποία μπορούσε να συμπυκνωθεί και να συλλεχθεί. Η ανακάλυψη του Haber ήταν σημαντική επειδή έδειξε ότι ήταν δυνατό να στερεωθεί το άζωτο σε βιομηχανική κλίμακα, κάτι που θα μπορούσε ενδεχομένως να φέρει επανάσταση στη βιομηχανία λιπασμάτων.

Ωστόσο, η μέθοδος του Haber δεν ήταν πολύ αποτελεσματική και απαιτούσε ακριβό εξοπλισμό και πολλή ενέργεια. Ήταν επίσης δύσκολος ο έλεγχος της αντίδρασης και υπήρχαν ανησυχίες για την ασφάλεια, καθώς η υψηλή πίεση και η θερμοκρασία έκαναν τη διαδικασία ενδεχομένως επικίνδυνη.

Εν τω μεταξύ, ο Carl Bosch εργαζόταν στη χημική εταιρεία BASF (Badische Anilin und Soda Fabrik), όπου ήταν υπεύθυνος για την ανάπτυξη νέων χημικών διεργασιών και τεχνολογιών. Το 1910, ο Bosch επισκέφτηκε τον Haber στο Ινστιτούτο Φυσικοχημείας Kaiser Wilhelm στο Βερολίνο, όπου έμαθε για τη μέθοδο σύνθεσης αμμωνίας του Haber. Ο Bosch αναγνώρισε τις δυνατότητες της ανακάλυψης του Haber για τη χημική βιομηχανία, αλλά είδε επίσης την ανάγκη να βελτιωθεί η αποτελεσματικότητα και η ασφάλεια της διαδικασίας.

Ο Bosch και η ομάδα του στη BASF εργάστηκαν για την ανάπτυξη ενός νέου σχεδιασμού αντιδραστήρα, ο οποίος χρησιμοποιούσε χαμηλότερη πίεση και θερμοκρασία, αλλά με μεγαλύτερη επιφάνεια καταλύτη, για να βελτιώσει την απόδοση και την αποτελεσματικότητα της αντίδρασης. Ανέπτυξαν επίσης έναν νέο καταλύτη, κατασκευασμένο από οξείδιο του σιδήρου και οξείδιο του αλουμινίου, ο οποίος ήταν πιο σταθερός και αποτελεσματικός από τον προηγούμενο καταλύτη σιδήρου. Μετά από χρόνια πειραματισμών και βελτιστοποίησης, ο Bosch και η ομάδα του κατάφεραν τελικά να κλιμακώσουν τη διαδικασία Haber σε βιομηχανική κλίμακα, με το πρώτο εργοστάσιο αμμωνίας να ανοίγει στο Oppau της Γερμανίας το 1913.

Η βιομηχανική σύνθεση αμμωνίας χρησιμοποιώντας τη διαδικασία Haber-Bosch έφερε επανάσταση στη βιομηχανία λιπασμάτων, καθιστώντας δυνατή την παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων λιπασμάτων με βάση την αμμωνία, τα οποία αύξησαν σημαντικά τις αποδόσεις των καλλιεργειών και βοήθησαν να τροφοδοτηθεί ο αυξανόμενος παγκόσμιος πληθυσμός. Η διαδικασία Haber-Bosch είχε επίσης σημαντικές επιπτώσεις σε άλλες βιομηχανίες, όπως η παραγωγή εκρηκτικών, συνθετικών ινών και πλαστικών.

Ωστόσο, η διαδικασία Haber-Bosch έχει επίσης ορισμένες αρνητικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις, όπως η εκπομπή αερίων του θερμοκηπίου και η εξάντληση των πόρων φυσικού αερίου, που χρησιμοποιούνται ως πηγή υδρογόνου για τη διαδικασία. Σήμερα, οι ερευνητές εργάζονται για την ανάπτυξη νέων μεθόδων δέσμευσης αζώτου, όπως η χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και βιολογικής δέσμευσης αζώτου, για την αντιμετώπιση αυτών των περιβαλλοντικών ανησυχιών. Ωστόσο, η διαδικασία Haber-Bosch παραμένει μια από τις πιο σημαντικές χημικές ανακαλύψεις του 20ου αιώνα, με διαρκή επίδραση στην παγκόσμια γεωργία, τη βιομηχανία και την κοινωνία.

Αυτό το άρθρο γράφτηκε με τη βοήθεια του ChatGPT.

2. Ο Άνθρακας

Ο άνθρακας είναι το πρώτο στοιχείο της 14ης ομάδας του περιοδικού πίνακα. Στη φύση βρίσκεται είτε ελεύθερος με τη μορφή των γαιανθράκων, του διαμαντιού και του γραφίτη (φυσικοί άνθρακες) είτε με τη μορφή ενώσεων, κυρίως ανθρακικών αλάτων, όπως το ανθρακικό ασβέστιο (CaCO3), και οξειδίων του άνθρακα, όπως το μονοξείδιο (CO) και το διοξείδιο του άνθρακα (CO2). Με τη μορφή ενώσεων (αμινοξέα, πρωτεΐνες, υδατάνθρακες, λιπίδια, DNA, RNA).

2.1 Φυσικοί άνθρακες

Ο άνθρακας εμφανίζεται στη φύση:

Σε σχεδόν καθαρή κρυσταλλική μορφή (διαμάντι, γραφίτης)
Με προσμείξεις στους διάφορους γαιάνθρακες.

Α. Διαµάντι – γραφίτης

Τα διαμάντια είναι καθαρές μορφές άνθρακα που χρησιμοποιούνται ως πολύτιμοι λίθοι στην κατασκευή κοσμημάτων, στο κόψιμο του γυαλιού και στο τρύπημα σκληρών πετρωμάτων, λόγω της μεγάλης σκληρότητάς τους (10 στην κλίμακα σκληρότητας Mohs).

Πως φτιάχνονται τα διαμάντια:

Ο γραφίτης, σε αντίθεση με το διαμάντι, είναι πολύ μαλακός (0,5-1,5 της κλίμακας Mohs) και καλός αγωγός του ηλεκτρισμού και της θερμότητας. Χρησιμοποιείται για την κατασκευή ηλεκτροδίων και μολυβιών, καθώς και στους πυρηνικούς αντιδραστήρες.

Η δομή του γραφίτη:

Περισσότερα βίντεο εάν επιθυμείτε να μάθετε παραπάνω για τον άνθρακα στα διαμάντια και στον γραφίτη:

Β. Γαιάνθρακες

Οι γαιάνθρακες σχηματίστηκαν στο εσωτερικό της Γης πριν από εκατομμύρια χρόνια από φυτική ύλη που καταπλακώθηκε από χώματα και τελικά απανθρακώθηκε («μετατράπηκε» σε άνθρακα) με την επίδραση υψηλών θερμοκρασιών και πιέσεων χωρίς την παρουσία αέρα.

2.2 Το διοξείδιο του άνθρακα

Ο ατμοσφαιρικός αέρας περιέχει CO2 σε ποσοστό 3-4‰ που αυξάνεται λόγω της ανθρώπινης δραστηριότητας.

Το CO2 είναι απαραίτητο στα φυτά για τη φωτοσύνθεση, ευθύνεται όμως και για την υπερθέρμανση του πλανήτη, επειδή είναι αέριο του θερμοκηπίου.

Περισσότερες πληροφορίες για το πως μα μειώσουμε το διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα:

Χρησιμοποιείται στα αναψυκτικά με ανθρακικό.

Χρησιμοποιείται στους απλούς πυροσβεστήρες (Όταν «εκτοξεύεται» στη φωτιά, «σκεπάζει» το αντικείμενο που καίγεται, γιατί έχει μεγαλύτερη πυκνότητα από τον αέρα και δεν το αφήνει να έρχεται σε επαφή με το οξυγόνο, με αποτέλεσμα η φωτιά να σβήνει.).

1. Ο περιοδικός πίνακας

1.1 Ο σύγχρονος περιοδικός πίνακας

Ο σύγχρονος περιοδικός πίνακας είναι μια κατάταξη των χημικών στοιχείων κατά αύξοντα ατομικό αριθμό. Περιλαμβάνει επτά οριζόντιες γραμμές, οι οποίες ονομάζονται περίοδοι, και δεκαοκτώ κατακόρυφες στήλες, οι οποίες ονομάζονται οµάδες.

Η 1η περίοδος περιλαμβάνει δύο στοιχεία,

ενώ η 2η και η 3η περίοδος οκτώ στοιχεία η καθεμία.

Η 4η και η 5η περιλαμβάνουν από 18 στοιχεία η καθεμία,

ενώ η 6η περίοδος περιλαμβάνει 32 στοιχεία, εκ των οποίων τα 14 βρίσκονται σε παράρτημα εκτός του περιοδικού πίνακα.

Η 7η περίοδος δεν έχει συμπληρωθεί ακόμη.

Όταν μελετώνται τα στοιχεία κατ' αύξοντα ατομικό αριθμό παρατηρείται μια σχετικά κανονική επανάληψη, δηλαδή μια περιοδικότητα, στις ιδιότητές τους. Τα στοιχεία που βρίσκονται στην ίδια ομάδα έχουν παρόμοιες χημικές ιδιότητες, ενώ οι ιδιότητες των στοιχείων που βρίσκονται σε μία περίοδο μεταβάλλονται προοδευτικά και έτσι οδηγούμαστε στο νόμο της περιοδικότητας.

Νόµος της περιοδικότητας:

Οι ιδιότητες των χημικών στοιχείων είναι περιοδική συνάρτηση του ατομικού τους αριθμού.

Ορισμένες ομάδες στοιχείων του πίνακα έχουν ιδιαίτερα ονόματα. Έτσι:

• τα στοιχεία της 1ης ομάδας, εκτός από το υδρογόνο, ονομάζονται αλκάλια,
• τα στοιχεία της 2ης ομάδας ονομάζονται αλκαλικές γαίες,
• τα στοιχεία της 17ης ομάδας ονομάζονται αλογόνα και
• τα στοιχεία της 18ης ομάδας ονομάζονται ευγενή αέρια.

Πειραματιστείτε με αυτόν τον 3D διαδραστικό περιοδικό πινάκα

1.2 Τα μέταλλα και τα αμέταλλα στον περιοδικό πίνακα

Τα χημικά στοιχεία με βάση τις ιδιότητές τους διακρίνονται επίσης σε µέταλλα και αµέταλλα. Στον περιοδικό πίνακα τα αμέταλλα καταλαμβάνουν την «επάνω δεξιά περιοχή», ενώ τα μέταλλα, που είναι πολύ περισσότερα, καταλαμβάνουν τον υπόλοιπο πίνακα.