Химия на службе Родине

Министерство Образования Российской Федерации

Муниципальное Общеобразовательное Автономное Учреждение «Лицей№1»

Научно-исследовательская работа

«Химия на службе Родине»

Выполнили:

 Попов Алексей, Ишмухаметов Рустам

Ученики  10«Д» класса

Руководитель:

Учитель химии

высшей квалификационной категории

Стрижова И.А.

Оренбургская область

г. Новотроицк

2015г.

Содержание:

                                                                                         стр

Введение.....................................................................................................................................3-4

Глава 1. Использование химических элементов в военном деле........................................4-15

Глава 2. Вклад учёных-химиков в победу в Великой Отечественной войне…………..13-15

Заключение.................................................................................................................................16

Список литературы....................................................................................................................17

Приложение №1.........................................................................................................................18

Введение

В этом году весь мир отмечает 70-летие  Победы в Великой Отечественной войне. На уроке истории мы смотрели документальный фильм о войне, в котором рассказывалось о храбром лётчике, самолёт которого выдержал натиск пяти немецких военных истребителей и с большими пробоинами от снарядов благополучно приземлился на аэродроме. Мы не поняли, за счёт чего советский самолёт обладал повышенной  прочностью. Ни один из наших одноклассников не знал правильного ответа.

 Из литературных источников узнали, что с первых же дней войны все промышленные предприятия были переведены на производство продукции для нужд фронта. Это коснулось и химической промышленности. В начале войны вследствие временной оккупации значительной территории страны химическая промышленность потеряла от 60 до 70% производственных мощностей. Вместе со всеми трудящимися советские ученые-химики принимали самое активное участие в обеспечении победы над фашистской Германией.

 Нам стало интересно, кто из ученых внес вклад в создание  новых способов производства разных материалов, взрывчатых веществ, топлива для реактивных снарядов «Катюш», высокооктановых бензинов, каучука, материалов для изготовления броневой стали, легких сплавов для авиации, лекарственных препаратов. Для получения разных материалов нужны вещества с заданными свойствами. Возник вопрос, какие элементы используются в военной промышленности? С целью  помочь себе и одноклассникам в получении сведений об использовании  элементов на защите Родины, мы стали искать информацию об этом.  

   Проблемой стало быстрое нахождение ответа на вопрос о применении элементов в военной промышленности. 

  Выдвинув гипотезу: если собрать и систематизировать информацию об использовании химических элементов в военной промышленности, можно помочь учащимся узнать о применении соединений элементов на службе Родины, создав электронную версию периодической системы. 

   Цель работы: изучить вклад ученых-химиков в Победу в Великой Отечественной войне и создать электронную версию периодической системы, в которой будет указано использование элементов и их соединений в военной промышленности и сделать ее доступной для учащихся.

Задачи:

1.Изучив литературу и электронные ресурсы, найти информацию о применении элементов в военном деле.

2.Выяснить, какой вклад внесли Советские ученые – химики в победу.

3.Создать электронный вариант периодической системы элементов, с помощью которой можно узнать об использовании химических элементов в военном деле.

Объект исследования: практические разработки химической науки в военной сфере, способствующие повышению оборонной мощи страны.

Предмет исследования: химические составляющие (химические элементы, химические формулы,  лежащие в основе оборонного производства.

Методы исследования:

-теоретические: обобщение полученных фактов (информации) об объекте, их анализ и систематизация,  моделирование;

-эмпирические:  сравнение.

 Использование химических элементов в военном деле.

        Водород  

Водород использовался для создания подъёмной силы дирижаблей.

Гелий

Гелий используют для установки маяков, указывающих красно – оранжевым цветом путь морским и воздушным кораблям. 

Литий

Литий бурно реагирует с водой, при этом выделяется большой объем водорода, которым заполняют аэростаты и спасательное снаряжение при авариях самолетов и судов в открытом море.

 2Li + 2H2O = 2LiOH + H2         

 Добавка гидроксида лития в щелочные аккумуляторы увеличивала срок их службы в 2-3 раза, что очень нужно было для партизанских отрядов. Трассирующие пули с добавкой лития при полете оставляли сине-зеленый след. Соединения лития используются на подводных лодках для очистки воздуха. 

Бериллий

      Бериллиевая бронза  используется в самолетостроении. А сплав бериллия, магния, алюминия и титана  необходим для создания ракет и скорострельных авиационных пулеметов. Сплавы бериллия широко используются космической, ракетной и авиационной технике. В современном тяжелом самолете насчитывается более  тысячи деталей из бериллиевой бронзы.         

Углерод

Все виды топлива, горючие и смазочные взрывчатые вещества, лаки, краски, мыла, лекарственные препараты, строительные материалы, одежда, обувь, жилье, продукты питания, спирты, каучук, резина, парашютный шелк, пороховые мешочки для снарядов  были изготовлены из углерода. Углерод – восстановитель при выплавке чугуна, стали, цветных металлов, адсорбент в противогазах. 

Хлоропреновый каучук  - сырьё для получения резины.

  Азот

Азот входит в состав взрывчатых веществ. Нитраты свинца, бария, стронция использовались в пиротехнике (сигнальные огни, цветные ракеты, салют). Ни одно взрывчатое вещество нельзя приготовить без азотной кислоты HNO3 и её солей. 

Натрий

Натрий применяется в авиамоторах для отводки тепла от клапанов, в сигнальных огнях.                                                                                 

Магний

Магний использовался для сигнальных и осветительных, ракет, трассирующих пуль и снарядов, зажигательных бомб.

Алюминий

Алюминий называют «крылатым» металлом, так как его сплавы с бериллием, магнием, марганцем, кремнием, натрием  используются в самолетостроении. Тончайший алюминиевый порошок использовался для получения горючих и взрывчатых смесей. Алюминий использовали для активной защиты самолетов. При налетах на Германию было сброшено примерно 20 тысяч тонн алюминиевой фольги. В годы войны инженером Головкиным был разработан непрерывный способ производства литой алюминиевой проволоки диаметром до 9 мм.

«Крылатый» металл в виде сплавов с другими элементами используется в самолетостроении для обшивки самолетов, изготовления лопастей винтов, в космической технике – для изготовления баков под горючее и корпусов межконтинентальных баллистических ракет. Из сплава алюминия, меди и марганца делают корпуса судов на подводных крыльях, баки для хранения и перевозки сжиженного газа.

 Кремний

Кремний - основа производства стекла, которое использовалось для различных

оптических приборов (бинокли, перископы, прожекторы, прицелы)

Фосфор

     Во время Великой Отечественной Войны  белый фосфор использовался в качестве зажигательного элемента в фосфорных бомбах и отравляющих веществах. Фосфор входит в состав зажигательных смесей, дымовых шашек, спичек.                                                          

Зарин — отравляющее вещество, обладающее нервно - паралитическим

действием.

Сера

 Сера нужна для производства черного пороха,  получения из каучука  резины. Входит в состав различных соединений, используемых в фармацевтике.

Дымный порох применялся в огнестрельном оружии и взрывных боеприпасах.

Хлор
 

     На основе хлора изготовляли большинство боевых отравляющих веществ.

COCl2  - фосген – боевое отравляющее вещество, поражающее своим действием органы дыхания.

S[CH2CH2Cl]2 – иприт -  ядовитое капельно - жидкое вещество, вызывающее поражение глаз, кожи, дыхательных путей.

Титан

Сплав титана (до 88%) с другими металлами идет на изготовление танковой брони; другие сплавы используют для изготовления винтов вертолетов, самолетов. В 1943 году Гитлер издал приказ вступать в бой 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.

Ванадий

Ванадий называют «автомобильным металлом». Из ванадиевой стали изготовляют солдатские каски, шлемы, броневые плиты на пушках, бронебойные снаряды, паровозные цилиндры, тормозные колодки, глиссеры, гидросамолеты, морские корабли.

Хром

«Нержавейка» — сталь, отлично противостоящая коррозии и окислению, содержит примерно 17—19% хрома. Нержавеющая сталь служила каркасом почти всех боевых машин. Хромовые стали нужны для изготовления огнестрельных орудий, корпусов подводных лодок.

Железо

      Более 90%  всех металлов, которые использовались в Великой Отечественной войне, приходятся на железо и его сплавы. Железо – главная часть чугуна и  стали, а по их выплавке судят о мощности государства. Сколько этого металла было выброшено в снарядах, бомбах, минах, гранатах! Чтобы судить о масштабах расхода железа в минувшей войне, назовем одну цифру: миллион бомб сброшено фашисткой авиацией на Сталинград. Колоссальная масса железа истрачена во все войны на земном шаре. Только за первую мировую войну было израсходовано не менее 200 млн. тонн стали, за вторую мировую войну – примерно 800 млн. тонн. Только за последние три года войны было произведено 660 тыс. орудий, 1 млн 350 тыс. ручных и станковых пулеметов, около 6 млн. автоматов.Сплавы железа в виде броневых плит и литья толщиной 10-100 мм используются при изготовлении корпусов и башен танков, бронеавтомобилей, самоходных артиллерийских установок, бронепоездов. Толщина брони военных кораблей и установок береговой обороны доходит до 500 мм. Ответственные узлы боевых самолетов тоже защищает броня.

Кобальт

Кобальт называют металлом чудесных сплавов (жаропрочных, быстрорежущих). Кобальтовая сталь использовалась для изготовления

магнитных мин.

Никель

Из сплава никеля с железом изготовляли сердечники для телефонных аппаратов. Сплавы никеля с железом, кобальтом, хромом, цинком, марганцем, углеродом -   корабельная броня.

Медь

Сплавы меди (90%) и олова (10%) - пушечный металл. Сплав из меди (68%) и цинка (32%)- латунь использовалась для изготовления гильз артиллерийских снарядов и патронов. Большинство артиллерийских латунных гильз используется неоднократно. В годы войны в любом артиллерийском дивизионе был человек (обычно офицер), ответственный за своевременный сбор стреляных гильз и отправку их на перезарядку. Высокая стойкость против разъедающего действия соленой воды характерна для морских латуней. Это латуни с добавкой олова. Сплав  меди, цинка и олова - морские латуни.

Цинк

 Более половины добываемого цинка расходуется на изготовление оцинкованного железа и оцинкованной проволоки для канатов. Сплавы его используются в полиграфической промышленности. Соединения цинка используется в фармацевтической и лакокрасочной промышленности для изготовления веществ, необходимых в военном деле.

Германий

Без германия  не было бы радиолокаторов. Советские ученые создали генераторы для питания раций партизанских отрядов, где на основе германия тепловая

 энергия превращалась  в электрическую.

Мышьяк

      На основе мышьяка создавались отравляющие вещества.

Люизит – отравляющее вещество, обладающие общеядовитым и кожно-нарывным действием

Бром

    Бром является составной частью покрытия фотопленки, соединения брома входит в состав лекарственных препаратов.

    Стронций окрашивает пламя в красный цвет, поэтому использовался в сигнальных огнях, ракетах; «участник» салютов, фейерверков. При взрыве атомной или водородной бомбы образуется радиоактивный изотоп Sr-90, который вызывает тяжелое заболевание организма.

Цирконий

Смесь металлического порошка циркония с горючими веществами применяются для изготовления осветительных ракет. Циркониевая сталь используется для изготовления броневых плит и щитов.

Молибден

Молибден называют «военным» металлом, так как 90% его используется на военные нужды. Стали с добавкой молибдена очень прочны, из них готовят стволы орудий, винтовок, детали самолетов, автомобилей. Состав сталей в сочетании с хромом или вольфрамом необычайно повышает их твердость и используется для танковой брони.

Серебро

Серебро в сплавах с индием использовалось для изготовления прожекторов для противовоздушной обороны; зеркала применяли врачи, сигнальщики, подводники. Обеззараживающие свойства серебра и его соединений используются в медицине, соединений серебра с бромом в фотографии. 

Олово

Хлорное олово использовалось для создания дымовых завес: выливали это вещество на землю, оно, взаимодействуя с парами воды, образовывало завесу, за которой войска скрывались от сил противника. Олово называют металлом «консервной банки», сплав его  с другими металлами используется для изготовления подшипников.

 Вольфрам

Из вольфрамовых сталей и сплавов изготавливают танковую броню, оболочки торпед и снарядов, важнейшие детали самодельных двигателей.        

Платина

Платина один из самых активных катализаторов для различных химических процессов. Особое значение имеет платина для синтетического получения азотной кислоты путем окисления аммиака (HNO3 - основа производства взрывчатых веществ).                                                 

4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O

2NO + O2 = 2NO2

4NO2 + 2H2O + O2 = 4HNO3

Свинец

С тех пор как изобрели огнестрельное оружие, из свинца начали отливать дробь, пули для ружей, винтовок, пистолетов. Свинец не раз решал исход грандиозных военных баталий, за что его стали называть «смертоносным» металлом. Соединения свинца используется в лакокрасочной и фармацевтической промышленности.

(CH3COO)2Pb (раствор) - «свинцовая вода» или «свинцовая примочка» в медицине применялась  в качестве наружного противовоспалительного и вяжущего средства.                        

Уран

Величайшее достижение науки  - овладение человеком атомной энергией. Оно  породило величайшую трагедию человечества. Первая атомная (урановая) бомба была создана в США и 6 августа 1945 года сброшена на г. Хиросиму. Безгранична перспектива использования урана в мирных целях : атомные электростанции, ледоколы, подводные лодки.

Плутоний

Первая плутониевая бомба была изготовлена в США. 9 августа 1945 года она была сброшена на город  Нагасаки. Её взрыв повлек десятки тысяч смертей и сотни тысяч тяжелых увечий. Последствия взрыва сказываются и сейчас на новых поколениях.

 Вклад учёных-химиков в победу  в Великой Отечественной войне.

Вместе со всеми трудящимися нашей страны советские ученые принимали самое активное участие в обеспечении победы над фашистской Германией в годы Великой Отечественной войны. Нужно было создавать новые способы производства самых разных материалов, взрывчатых веществ, топливо для реактивных снарядов «Катюш», высокооктановые бензины, каучук, материалы для изготовления броневой стали, легкие сплавы для авиации, лекарственные препараты.

Решать все эти задачи было крайне трудно.

Во-первых, весьма значительными были потери источников сырья и мощностей по производству химической продукции на оккупированных

фашистскими войсками территориях.

Так, в начале войны были потеряны 50%  мощностей по производству синтетического каучука, 88% - кальцинированной соды, 77% - серной кислоты, 66% синтетических красителей. Оккупированными оказались Донбасс,  Криворожский железорудный бассейн с их шахтами и заводами, производящими металлургическую, коксохимическую и другую продукцию.
Во-вторых, в связи с приближением военных действий к Москве и Ленинграду все ведущие научные учреждения, в том числе и химические, были эвакуированы на восток страны, где для исследовательской работы не было оборудования и необходимых условий.
Однако, несмотря на все эти трудности, химики, ученые и работники промышленности  справились со стоящими перед ними задачами и внесли свой достойный вклад в победу над гитлеровской Германией. Выпуск химической продукции к концу войны приблизился к довоенному уровню, а в 1945 г. он достиг 92% от уровня 1940 г.

Успехи в решении задач, вставших перед химиками во время Великой Отечественной войны, были во многом обусловлены также и тем высоким уровнем развития химических знаний в нашей стране, достижение которого связано с именами Д. И. Менделеева и А. М. Бутлерова, и который постоянно поддерживался их учениками и последователями – крупнейшими советскими химиками.

А. Е. Арбузов  (1877–1968)

Александр Ерминингельдович Арбузов. Выдающийся ученый, основоположник одного из новейших направлений науки – химии фосфорорганических соединений. Вся жизнь и деятельность его были неразрывно связаны с прославленной Казанской школой химиков. Исследования Арбузова в годы войны были всецело посвящены нуждам обороны и медицины. Так, в марте 1943 г. виднейший советский физик-оптик С.И.Вавилов писал Арбузову: «Глубокоуважаемый Александр Ерминингельдович! Обращаюсь к Вам с большой просьбой – изготовить в Вашей лаборатории 15 г 3,6-диаминофталимида. Оказалось, что этот препарат, полученный от Вас, обладает ценными свойствами в отношении флуоресценции и адсорбции, и сейчас нам необходим для изготовления нового оборонного оптического прибора…». Значительно позднее Арбузов узнал, что изготовленного им препарата было достаточно для снабжения оптики танковых частей нашей армии и имело значение для обнаружения врага на далеком расстоянии. В дальнейшем Арбузов выполнял и другие заказы оптического института на изготовление различных реактивов.

Н.Д. Зелинский (1861–1953)

Николай Дмитриевич Зелинский. С его именем  связана целая эпоха в истории отечественной химии. Обладая творческой силой мысли и будучи патриотом своей Родины, Зелинский вошел в ее историю как деятель науки, который в критические моменты исторических судеб своей страны без колебания становился на ее защиту. Так было в истории с противогазом в первую мировую войну, с синтетическим бензином в гражданскую и авиационным топливом в Великую Отечественную войну. Зелинский в период 1941–1945 гг. – это не просто химик-исследователь, он был уже славой едва ли не самой большой в стране научной школы, исследования которой были направлены на разработку способов получения высокооктанового топлива для авиации, мономеров для синтетического каучука.

    Н.Н.Семенов (1896–1986)

Николай Николаевич Семенов. Вклад академика Семенова в обеспечение победы в войне всецело определялся разработанной им теорией цепных разветвленных реакций. Эта теория давала в руки химиков возможность ускорять реакции вплоть до образования взрывной лавины, замедлять их и даже останавливать на любой промежуточной стадии. Исследования процессов взрыва, горения, детонации, проводимые Семеновым с сотрудниками, уже в начале 1940-х гг. привели к выдающимся результатам. Новые достижения во время войны в том или ином виде использовались в производстве патронов, артиллерийских снарядов, взрывчатых веществ, зажигательных смесей для огнеметов. Были проведены исследования, посвященные вопросам отражения и столкновения ударных волн при взрывах. Результаты этих исследований были использованы уже в первый период войны при создании кумулятивных снарядов, гранат и мин для борьбы с вражескими танками.

А.Е.Ферсман (1883–1945)

Александр Евгеньевич Ферсман. Из выступления академика Ферсмана на антифашистском митинге советских ученых, 1941 г., Москва: «Война потребовала грандиозного количества основных видов стратегического сырья. Потребовался целый ряд новых металлов для авиации, для бронебойной стали, потребовались магний и стронций для осветительных ракет и факелов, потребовалось больше йода и еще длинный ряд самых разнообразных веществ. И на нас лежит ответственность за обеспечение стратегическим сырьем. Необходимо помочь своими знаниями создать лучшие танки, самолеты, чтобы скорее освободить все народы от нашествия гитлеровской банды». Ферсман не раз говорил, что его жизнь – это история любви к камню. Он первооткрыватель и неутомимый исследователь апатитов на Кольском полуострове, радиевых руд в Фергане, серы в Каракумах, вольфрамовых месторождений в Забайкалье, один из создателей промышленности редких элементов.

С первых дней после начала войны Ферсман активно включился в перестройку науки и промышленности на военные рельсы. Выполнял специальные работы по военно-инженерной геологии, военной географии, маскировочным краскам, по вопросам стратегического сырья.

 С.И.Вольфкович (1896–1980)

Семен Исаакович Вольфкович. Крупнейший советский химик-технолог, был директором НИИ удобрений и инсектицидов, занимался соединениями фосфора. Сотрудники руководимого им института создавали фосфорно-серные сплавы для стеклянных бутылок, которые служили противотанковыми «бомбами», изготавливали химические грелки, которые использовались для обогрева бойцов дозоров. Санитарной службе требовались средства против обморожения, ожогов, лекарственные средства. Над этим работали сотрудники его института.

А.Н.Фрумкин (1895-1976)

В годы Второй мировой войны Фрумкин возглавлял крупный коллектив ученых и инженеров, непосредственно занимавшихся оборонной проблематикой. Его ключевая роль во всех этих разработках, по-видимому, предотвратила готовившуюся в начале 1950-х гг. расправу над ним как "космополитом номер один в электрохимии" (за якобы недооценку роли русских ученых в совместной с Я.Сыркиным статье "Физическая химия" в БСЭ, также доказательством "вины" считалось и чрезмерное цитирование работ самого Фрумкина в западной научной литературе, перевод его cтатей на иностранные языки, всякие знаки признания его услуг на Западе. Он был отстранен от поста директора Института Физической химии). О важности вклада Фрумкина в советскую науку и технику свидетельствуют официальные награды и отличия: в 1931 г. ему была присуждена Ленинская премия; с 1932 г. он - действительный член АН СССР; трижды (в 1941, 1949 и 1952) был лауреатом Сталинской премии, в 1961 г. ему было присвоено звание Заслуженного деятеля науки и техники, в 1965 г. - Героя социалистического труда; также трижды награждался орденом Ленина и столько же раз - орденом Трудового Красного Знамени и многими медалями. Ежегодно в Москве проводятся Фрумкинские чтения.

 Заключение

Работая  над созданием электронной версии периодической системы химических элементов, мы узнали, что большая часть химических элементов используются в военной промышленности на защите Отечества.

Учёные-химики внесли  огромный вклад в победу в Великой Отечественной войне. Актуальные разработки химической науки, применённые в военной сфере, способствовали повышению оборонной мощи страны и приближению Победы.

   Значение химии  в тот тяжёлый для страны период  определялось её участием в развитии основных направлений, по которым проводились научно-исследовательские разработки для нужд фронта:
- содействие развитию металлургической, машиностроительной и оборонной промышленности,  в создании металлов и сплавов специального назначения, продуктов органического синтеза (прочная броня, пластмассы и другие);
- создание боеприпасов и других составов специального назначения (зажигательные смеси, топливо для ракетных установок);
- создание специальных  пищевых, медицинских и технических препаратов, обеспечивающих решение специфических задач, постоянно выдвигаемых в условиях войны.

          Советские химики внесли достойный вклад в Победу нашего народа в Великой Отечественной войне.

                                 Кто про химика сказал: “Мало воевал”,

Кто сказал: “Он мало крови проливал?”

Я в свидетели зову химиков–друзей, -

Тех, кто смело бил врага до последних дней,

Тех, кто с армией родной шел в одном строю,

Тех, кто грудью защитил Родину мою.

Сколько пройдено дорог, фронтовых путей…

Сколько полегло на них молодых парней…

Не померкнет никогда память о войне,

Слава химикам живым, павшим - честь вдвойне.

                                                                       (Старший преподавтель ДХТИ,

бывший фронтовик З.И. Барсуков)

Прошли годы. Но современные учёные-химики продолжают традиции, заложенные своими учителями, по обеспечению обороноспособности страны. В настоящее время создаются новейшие образцы вооружений, способные в любое время встать на защиту Родины.

Список литературы:

1.        «Биография великих химиков». Автор – К.Хайниг, 1981г.

2.         Валентинов А. Металла огненный поток. М.: Дет. лит-ра, 1988. 

3.         «Химики изобретают», Москва,1990.

4.         «Книга для чтения», часть первая, составили К.Я.Парменов и                   Л.М.Сморгонский, Государственное учебно-педагогическое  изд-во Министерства просвещения РСФСР, Москва 1948

5.        Таубе П.О., Руденко Е.И. От водорода до нобелия. Москва, 1996.

6.        Фримантл М. Химия в действии. Т. 2. М.: Мир, 1998, с. 258;

7.        Химия в школе, 1995, № 4; 1996, № 1.

8.        «Химия в промышленности», автор – Д.А.Эпштейн., 1973 г.

9.        http://ru.wikipedia.org/wiki/

10.        http://pages.marsu.ru/iac/resurs/burkova/himia/vne_ur..

Приложение № 1.