Химия и война

ВНЕКЛАССНОЕ МЕРОПРИЯТИЕ, ПОСВЯЩЕННОЕ ПРАЗДНИКУ ВЕЛИКОЙ ПОБЕДЫ

Оформление кабинета. Портреты ученых-химиков, газета «Химическое оружие вчера, сегодня, завтра», газета «Химические элементы на службе Родине», выставка книг о войне, репродукции, фотографии; оборудование: кодоскоп, видеомагнитофон, магнитофон.

УЧИТЕЛЬ. Сегодня мы проводим конференцию, посвященную празднованию победы нашего народа во второй мировой войне. Этой конференцией мы хотим показать, что победа ковалась и в тылу трудом многих советских людей, видных ученых, рассказать о применении многих известных химических веществ во время войны, показать интересные опыты. Итак, «Химия и война».

Под 7-ю симфонию Д.Шостаковича звучит стихотворение С.Щипачева «22 июня 1941 года».

1 УЧЕНИК.

«Казалось, было холодно цветам,

И от росы они слегка поблекли.

Зарю, что шла по травам и кустам,

Обшарили немецкие бинокли.

Цветок, в росинках весь, к цветку приник,

И пограничник протянул к ним руки.

А немцы, кончив кофе пить, в тот миг

Влезали в танки, закрывали люки.

Такою все дышало тишиной,

Что вся земля еще спала, казалось,

Кто знал, что между миром и войной

Всего каких-то пять минут осталось».

2-й УЧЕНИК. Вспомним начало войны, 1941 г. Немецкие танки рвались к Москве, Красная Армия буквально грудью сдерживала врага. Не хватало обмундирования, продовольствия и боеприпасов, но самое главное — катастрофически не хватало противотанковых средств. В этот критический период на помощь пришли ученые-энтузиасты: в два дня на одном из военных заводов был налажен выпуск бутылок КС (Качурина—Солодовникова), или просто бутылок с горючей смесью. Это незамысловатое химическое устройство уничтожало немецкую технику не только в начале войны, но и даже весной 1945 г. - в Берлине.

Что представляли собой бутылки КС? К обыкновенной бутылке прикреплялись резинкой ампулы, содержащие концентрированную серную кислоту, бертолетову соль, сахарную пудру. (Демонстрация модели бутылки.) В бутылку заливали бензин, керосин или масло. Как только такая бутылка при ударе разбивалась о броню, компоненты запала вступали в химическую реакцию, происходила сильная вспышка, и горючее воспламенялось.

Реакции, иллюстрирующие действие запала:

ЗКСlO₃ + H₂S0₄ = = 2СlO₂ + КСlO₄ + K₂SO₄ + Н₂O,

2СlO₂ = Сl₂ + 2O₂,

С₁₂Н₂₂О₁₁ + 12O₂ = 12СO₂ + 11Н₂O.

Три компонента запала берутся в отдельности, их нельзя смешивать заранее, т. к. получается взрывоопасная смесь.

Демонстрационный опыт. Действие H₂SО₄ на смесь КСlO₃ и сахарной пудры. 1г мелкокристаллического КСlO₃ осторожно перемешивают с 1г сахарной пудры. Высыпают смесь на крышку от тигля и смачивают ее 2—3 каплями концентрированной H₂SО₄. Смесь вспыхивает. В качестве фона звучит приглушенная стрельба, слышатся взрывы бомб3-й УЧЕНИК. Многие наши сверстники в военные годы во время налетов дежурили на крышах домов, тушили зажигательные бомбы. Начинкой таких бомб была смесь порошков Al, Mg и оксида железа, детонатором служила гремучая ртуть. При ударе бомбы о крышу срабатывал детонатор, воспламенявший зажигательный состав, и все вокруг начинало гореть. На экране приведены уравнения реакций, происходящих при взрыве бомбы:

4Аl + 3О₂ = 2Аl₂0₃,

2Mg + О₂ = 2MgO,

3Fe₃0₄ + 8Аl = 9Fe + 4Аl₂0₃.

Горящий зажигательный состав нельзя потушить водой, т. к. раскаленный магний реагирует с водой:

Mg + 2Н₂0 = Mg(OH)₂ + Н₂›.

4-й УЧЕНИК. Алюминий использовали не только в зажигательных бомбах, но и для «активной» защиты самолетов. Так, при отражении налетов авиации на Гамбург операторы немецких радиолокационных станций обнаружили на экранах индикаторов неожиданные помехи, которые делали невозможным распознавание сигналов от приближающихся самолетов. Помехи были вызваны лентами из алюминиевой фольги, сбрасываемыми самолетами союзников. При налетах на Германию было сброшено примерно 20 000 т алюминиевой фольги.

5-й УЧЕНИК. Во время ночных налетов для освещения цели бомбардировщики сбрасывали на парашютах осветительные ракеты. В состав такой ракеты входили порошок магния, спрессованный с особыми составами, и запал из угля, бертолетовой соли и солей кальция. При запуске осветительной ракеты высоко над землей красивым ярким пламенем горел запал; по мере снижения свет постепенно делался более ровным, ярким и белым — это загорался магний. Наконец, когда цель была освещена и видна так же хорошо, как и днем, летчики начинали прицельное бомбометание.

Демонстрационный опыт. Горение магниевой ленты (опыт показывает ученик).

6-й УЧЕНИК. Магний использовали не только для создания осветительных ракет. Основным потребителем этого металла была военная авиация. Магния требовалось много, поэтому его добывали даже из морской воды. Технология извлечения магния такова: морскую воду смешивают в огромных баках с известковым молоком, затем, действуя на выпавший осадок соляной кислотой, получают хлорид магния. При электролизе расплава MgCl₂ получают металлический магний (на экран проецируются уравнения реакций):

MgCl₂ + Са(ОН)₂ = Mg(OH)₂i + СаСl₂,

Mg(OH)₂ + 2НСl = MgCl₂ + 2Н₂О,

электролиз

MgCl₂ = Mg + Сl₂

7-й УЧЕНИК. В 1943 г. датский физик, лауреат Нобелевской премии Нильс Хенрик Давид Бор, спасаясь от гитлеровских оккупантов, был вынужден покинуть Копенгаген. Но у него хранились две золотые нобелевские медали его коллег — немецких физиков-антифашистов Джеймса Франка и Макса фон Лауэ (медаль самого Бора была вывезена из Дании раньше). Не рискуя взять медали с собой, ученый растворил их в царской водке, и поставил ничем не примечательную бутылку подальше на полку, где пылилось много таких же бутылок и пузырьков с различными жидкостями. Вернувшись после войны в свою лабораторию, Бор прежде всего нашел драгоценную бутылку. По его просьбе сотрудники выделили из раствора золото и заново изготовили обе медали. На экране приведено уравнение реакции растворения золота в царской водке:

Аu + HNQ₃ + 4НСl = Н[АuСl₄] + NO + 2Н₂О

8-Й УЧЕНИК. С золотом связана еще одна интересная история. В конце войны правители «независимого» Словенского государства, сформированного Гитлером на территории Чехословакии, задумали припрятать часть золотого запаса страны. Когда линия фронта значительно приблизилась, эсэсовцы окружили здание банка, и офицер, угрожая служащим расстрелом, приказал сдать ценности. Через несколько минут ящики с золотом перекочевали из сейфов в эсэсовские грузовики. Налетчики не подозревали, что в ящиках хранятся слитки «золота», предусмотрительно изготовленные директором монетного двора из олова! Настоящее же золото осталось в тайниках дожидаться окончания войны.

9-й УЧЕНИК. Было бы несправедливо не вспомнить сегодня о порохе. Во время войны в основном использовался порох нитроцеллюлозный (бездымный) и реже черный (дымный). Основой первого является высокомолекулярное взрывчатое вещество нитроцеллюлоза, а второй представляет собой смесь нитрата калия (75%), угля (15%) и серы (10%). Грозные боевые «катюши» и знаменитый штурмовик ИЛ-2 были вооружены реактивными снарядами, топливом для которых служили баллиститные (бездымные) пороха — одна из разновидностей нитроцеллюлозных порохов.

Демонстрационный опыт. Горение бездымного пороха — нитроцеллюлозы.

10-й УЧЕНИК. В 1934 г. в Германии был наложен запрет на все публикации, связанные с пероксидом водорода. В 1938—1942 гг. инженер Гельмут Вальтер построил подводную лодку U-80, работавшую на пероксиде водорода высокой концентрации. На испытаниях U-80 показала высокую подводную скорость — 28 узлов (52 км/ч). Еще в 1934 г. прошла испытания первая подводная лодка с двумя турбинами, работающими на Н₂0₂. Всего же немцы успели построить 11 таких лодок. Высокоэффективные энергетические установки, работающие на пероксиде водорода, были разработаны не только для подводных лодок, но и для самолетов, а позже — для ракет Фау-1 и Фау-2.

11-й УЧЕНИК. Двигательная установка лодки U-80 работала по так называемому холодному процессу. Получающиеся в результате пары воды и кислород использовали в качестве рабочего тела в турбине и удаляли за борт (на экран проецируется уравнение реакции):

Са(МnO₄)₂ + ЗН₂O₂ = 2МnO₂ + Са(ОН)₂ + 2Н₂O + 3O₂.

В отличие от U-80 двигатели более поздних подводных лодок работали по «горячему процессу»: Н₂O₂ разлагался на водяной пар и кислород. В кислороде сжигалось жидкое топливо. Водяной пар смешивался с газами, образующимися от сгорания топлива. Полученная смесь приводила в движение турбину.

Взрывчатое вещество кордит, используемое для начинки гранат и разрывных пуль, содержит приблизительно 30% нитроглицерина и 65% пироксилина (пироксилин представляет собой тринитрат целлюлозы).

В наши дни подводный флот приобрел стратегическое значение. Атомные силовые установки во много раз увеличили дальность действия подводных лодок. Непрерывный контроль за составом воздуха, которым дышат подводники, его очистка и кондиционирование стали важны, как никогда. Роль химических средств очистки и регенерации воздуха по-прежнему первостепенна. Поэтому подводники с полным правом могут сказать: «Химия — это жизнь».

12-й УЧЕНИК. Трудная задача стояла перед войсками противовоздушной обороны. На нашу Родину были брошены тысячи самолетов, пилоты которых уже имели опыт войны в Испании, Польше, Норвегии, Бельгии, Франции. Для защиты городов использовали все возможные средства. Так, помимо зенитных орудий небо над городами защищали наполненные водородом шары, которые мешали пикированию немецких бомбардировщиков. Во время ночных налетов пилотов ослепляли специально выбрасываемыми составами, содержащими соли стронция и кальция. Ионы Са²⁺ окрашивали пламя в кирпично-красный цвет, ионы Sr²⁺вмалиновый.

Демонстрационный опыт. Окрашивание пламени солями стронция и кальция. Полоски фильтровальной бумаги смачивают в концентрированных растворах нитратов кальция и стронция. Высушенные полоски укрепляют на металлическом стержне. При поджигании полосок они горят, окрашивая пламя в кирпично-красный (катион Са²⁺) и малиновый (катион Sr²⁺) цвет.

13-й УЧЕНИК. Для заполнения шаров водородом в военном деле использовался силиконовый способ, основанный на взаимодействии кремния с раствором гидроксида натрия. Реакция идет по уравнению:

Si + 2NaOH + H₂0 = Na₂Si0₃ + 2H₂T.

Часто для получения водорода использовали гидрид лития. Таблетки LiH служили американским летчикам портативным источником водорода. При авариях над морем под действием воды таблетки моментально разлагались, наполняя водородом спасательные средства — надувные лодки, жилеты, сигнальные шары-антенны:

LiH + Н₂0 = LiОН + Н₂.

14-й УЧЕНИК. Искусственно созданные дымовые завесы помогли сохранить жизни тысяч советских бойцов. Эти завесы создавались при помощи дымообразующих веществ. Прикрытие переправ через Волгу у Сталинграда и при форсировании Днепра, задымление Кронштадта и Севастополя, широкое применение дымовых завес в берлинской операции — это далеко не полный перечень использования их в годы Великой Отечественной войны. Одним из первых дымообразующих веществ был белый фосфор. Дымовая завеса при использовании белого фосфора состоит из частичек оксидов (Р₂0₃, Р₂0₅) и капель фосфорной кислоты.

Демонстрационный опыт. «Дым без огня».

В цилиндр наливают несколько капель концентрированной соляной кислоты, на стекло капают несколько капель 25%-го раствора аммиака. Цилиндр накрывают стеклом. Образуется белый дым.

15-й УЧЕНИК. В начале войны, когда от торпед и бомб, привязанных к специально обученным акулам, тонуло немало кораблей, возникла необходимость в надежном средстве защиты от акул. В решении этой проблемы приняли участие многие охотники на акул и ученые. Эрнест Хемингуэй помог этим исследованиям — он показал места, где сам не раз охотился на морских хищниц. Оказалось, что акулы просто не переносят сульфата меди(II). Акулы за версту обходили приманки, обработанные этим веществом, и с жадностью хватали приманки без сульфата меди.

УЧИТЕЛЬ. Сейчас с сообщениями на тему «Таблица Менделеева на защите Родины» выступят некоторые учащиеся.

Сообщения учеников

В годы Великой Отечественной войны  элемент литий приобрел особое значение. Металлический литий бурно реагирует с водой, при этом выделяется большой объем водорода, которым заполняли аэростаты и спасательное снаряжение при авариях самолетов и судов в открытом море. Добавка гидроксида лития в щелочные аккумуляторы увеличивает срок их службы в 2-3 раза, что было очень нужно для партизанских отрядов. Трассирующие пули с добавками Li при полете оставляли сине-зеленый след. Соединения лития использовались на подводных лодках для очистки воздуха.

Бериллиевая бронза (сплав меди с добавками Ni и Со) используется в самолетостроении. А сплав Be, Mg, Al, Ti необходим в создании ракет и скорострельных авиационных пулеметов, впервые примененных в годы войны.

Азот обязательно входит в состав взрывчатых веществ. Ни одно взрывчатое вещество нельзя приготовить без азотной кислоты HN0₃ и ее солей.

На основе Mg и Al изготовлялись прочные и сверхлегкие сплавы для самолетостроения.

Сплав титана (до 88%) с другими металлами вдет на изготовление танковой брони. В 1943 г. Гитлер издал приказ вступать в бои с советскими танками ИС-3 на расстоянии не более 1 км. Состав брони у этого танка был такой, что его не могли пробить фашистские снаряды. Титан применяют также в радиотехнике.

Из ванадиевой стали изготавливали солдатские каски, шлемы, броневые плиты на пушках, бронебойные снаряды.

Хромовые стали нужны для изготовления огнестрельных орудии, корпусов подводных лодок.

Более 90% всех металлов, которые использовались в Великой Отечественной войне, приходилось на железо. Fe — главная составляющая часть чугунов и сталей. Кобальтовая сталь использовалась для изготовления магнитных мин.

Сплав Сu (90%) и Sn (10%) - пушечный металл. Сплав Сu (68%) и Zn (32%) — латунь — использовали для изготовления артиллерийских снарядов и патронов.

Без германия не было бы радиолокаторов.

Мышьяк - составная часть отравляющих веществ.

Тантал - важнейший стратегический материл для изготовления радарных установок, передаточных радиостанций.

Из вольфрамовых сталей и сплавов изготавливают танковую броню, оболочки торпед и снарядов.

Величайшее достижение науки породило величайшую трагедию человечества. Первая атомная (урановая) бомба была создана в США и 6 августа 1945г. сброшена на Хиросиму.

Первая плутониевая бомба была также изготовлена в США. 9 августа 1945 г. она была сброшена на Нагасаки. Ее взрыв повлек за собой десятки тысяч смертей и сотни тысяч тяжелых увечий. Последствия взрыва сказываются и сейчас на новых поколениях.

Преподаватель. В XXI век мы входим с тяжелым наследием прошлого. Еще не до конца уничтожены отравляющие вещества, часто встречаются неразорвавшиеся боеприпасы. Но хотелось бы надеяться, что в будущем трезвый ум возьмет верх над алчностью. Пусть мощь этой прекрасной науки – химии – будет направлена не на разработку новых отравляющих веществ, а на решение глобальных общечеловеческих проблем.

Завершим нашу конференцию символическим салютом в честь тех, кто сделал все возможное и невозможное для приближения победы над фашизмом.

Звучит песня «День Победы». На лабораторном столе учащиеся демонстрируют «салют».

Опыт. Перемешать на листе бумаги по 3 ложечки KMnO₄, порошка угля, порошка железа. Полученную смесь высыпать в железный тигель и нагреть в пламени спиртовки. Начинается реакция, смесь выбрасывается из тигля в виде множества искр.