Внеклассное мероприятие для студентов 1 курса «Физик, ставший химиком: Николай Николаевич Семёнов» (1896–1986) к 125-летию со дня рождения академика Н. Н. Семенова

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

«КОНСТАНТИНОВСКИЙ ТЕХНИКУМ АГРОВЕТТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ (КСХТ)»

Внеклассное мероприятие для студентов 1 курса

«Физик, ставший химиком: Николай Николаевич Семёнов» (1896–1986)

к 125-летию со дня рождения академика Н. Н. Семенова

Автор:

Соколова Анастасия

студентка 1 курса специальности Ветеринария

г. Константиновск, 2021г.

Цели:

Образовательные:

1. Познакомить обучающихся с биографией и деятельностью советского академика Николая Николаевича Семенова

2. Способствовать накоплению сведений об открытиях Семенова в области физики и химии

3. Способствовать формированию и развитию культуры речи;

4. Формировать умение говорить, слушать и понимать устную речь;

5. Учить навыкам подготовки и проведения устного выступления.

Воспитательные:

1. Формировать чувство патриотизма, воспитывать уважение, любовь к истории;

2. Способствовать возникновению интереса к сильной, незаурядной личности в качестве примера для подражания;

3. Вырабатывать усидчивость и внимание;

4. Прививать навыки культуры поведения во время общественных мероприятий.

Развивающие:

1. Вырабатывать у студентов интерес к чтению, к поиску новой информации;

2. Развивать речевые способности;

3. Способствовать укреплению памяти;

4. Формировать логическое мышление.

Методы проведения:

1. Репродуктивный

2. Творческий

Форма проведения – открытое внеклассное мероприятие

1. Просмотр документального фильма

2. Элементы устного журнала

3. Презентация

Оснащение: Мультимедиа.

Фильм: https://www.youtube.com/watch?v=rgCF3JmuJ_w

Вступительное слово:

Добрый день, сегодня мы поговорим и расскажем вам о великом человеке советском физике-химике Николае Николаевиче Семенове, он является один из основоположников химической физики, единственный советский лауреат Нобелевской премии по химии (получил в 1956 году совместно с Сирилом Хиншелвудом) на конгрессе по химии в Московском университете.

Начнём мы, как и полагается с детства великого физика-химика и постепенно рассмотрим все этапы его жизни, ну а я передаю слово своим помощникам.

1 студ:

1 слайд

Николай Николаевич Семенов родился 15 апреля 1896 года. Николай Николаевич Семёнов родился в Саратове в семье профессионального военного.

В детстве он узнал из книг, что обычная поваренная соль образована активным металлом натрием и ядовитым газом хлором. Это его очень заинтересовало. И когда появилась возможность проверить этот факт на практике, он сжег кусочек натрия в колбе с хлором. После завершения бурной реакции горения на стенках сосуда осел белый порошок. Николай соскреб этот налет, посыпал им кусочек черного хлеба и съел. Он сказал, что был очень доволен этим «экспериментом». Дома Николай часто ставил химические опыты, которые иногда заканчивались взрывами. Впоследствии взрывные реакции стали одной из основных тем его научных интересов.

2 студ:

С 1909 году семья переехала в Самару, где Николай посещал реальное училище, которое окончил в 1913 году. В училище он заинтересовался физикой и химией.

После окончания училища Семёнов поступил на физическое отделение физико-математического факультета Петербургского университета. Уже со второго курса он начал заниматься экспериментальной научной работой под руководством Абрама Фёдоровича Иоффе, будущего знаменитого академика, создателя школы отечественных физиков. Еще студентом он опубликовал свою первую статью, посвященную воздействию электронов на молекулы.

1 студ:

После окончания в 1917 году университета Семёнов был оставлен при нем стипендиатом для научной работы и подготовки к профессорскому званию. Однако бурные события в стране смешали все его планы. 

2 студ:

Летом 1918 года Семёнов поехал на каникулы к родителям в Самару, где его застала Гражданская война. Вернуться на учебу в Петроград он уже не смог. Увлеченный наукой, он не интересовался политикой и плохо понимал, что происходит в стране. Власть в Поволжье тогда перешла эсеровскому правительству. «Под влиянием мелкобуржуазной среды», как вспоминал Семёнов, он в июле добровольно вступил в «народную армию» Самарского учредительного собрания, где был назначен рядовым в артиллерийскую батарею. Около месяца он выполнял обязанности коновода, причем три недели — на фронте, против Красной армии. Николай быстро понял, что в армию он попал по собственному недомыслию. Воспользовавшись известием о тяжелой болезни отца (он находился при смерти), Семёнов в августе 1918 года добился отпуска в Самару. Там он устроил себе перевод во вновь формирующуюся Уфимскую батарею, но поехал не в Уфу, а в Томск, дезертировав таким образом из Белой армии.

Преподаватель химии:

Томск был выбран не случайно: в то время это был единственный университетский город Сибири, и Семёнов надеялся заняться там наукой, используя полученные в Петербурге обширные знания в области физики. Так и случилось. Заведующий кафедрой физики Томского технологического института Борис Петрович Вейнберг предоставил молодому ученому возможность работать в лабораториях института. А с декабря Семёнов стал также преподавать на кафедре физики в Томском университете. Там Семёнов сделал несколько полностью самостоятельных научных работ. Он организовал при Технологическом институте постоянно действующий научный семинар, руководил работами наиболее талантливых студентов.

1 студ:

Слайд 2

В сентябре 1919 года Семёнов был мобилизован в армию Колчака. Но ему снова повезло: благодаря хлопотам Вейнберга он был переведен в радиобатальон, откуда сразу же откомандирован в Технологический институт, где и продолжал научную работу. В декабре в Томск вошли части Красной армии, радиобатальон оказался в ее составе, и по ходатайству университета Семёнов распоряжением коменданта Томска был наконец официально отчислен из армии.

2 студ:

Слайд 3

В 1921 году Семёнов вместе со своим однокурсником Петром Капицей заказали знаменитому художнику Кустодиеву свой портрет. Капица сказал Кустодиеву: «Вот Вы всё пишете портреты знаменитых людей. А почему бы Вам не нарисовать нас, будущих знаменитостей?» Борис Михайлович в ответ поинтересовался, не собираются молодые люди стать нобелевскими лауреатами, на что мгновенно получил безапелляционный положительный ответ. Художник согласился принять заказ, отложив незаконченный портрет Шаляпина. На полотне Капица держит курительную трубку, а Семёнов — рентгеновскую. В тот год Капица налаживал одному мельнику его водяную мельницу, за что получил два мешка муки и петуха. В то голодное время это была царская плата! Один из этих мешков с петухом в придачу и был преподнесен Кустодиеву в качестве гонорара.

1 студ:

Слайд 4

В 1924 году Семёнов женился второй раз — на племяннице Марии Исидоровны, Наталье Николаевне Бурцевой. В браке родились двое детей, Юрий и Людмила. Наталья Николаевна очень помогала мужу в зарубежных поездках. Она владела английским, французским и немецким, тогда как сам Семёнов не говорил ни на одном из них, хотя свободно читал специальную литературу.

Преподаватель химии:

В 1920-е годы в лаборатории Семёнова начали изучать процессы, которые привели к выдающемуся открытию. За 10 лет до этого, в 1913 году, один из основоположников химической кинетики немецкий химик Макс Боденштейн на примере фотохимической реакции водорода с хлором открыл цепные процессы. Оказалось, что всего один квант света приводит к образованию сотен тысяч молекул HCl. Однако то, что обнаружили в лаборатории Семёнова, очень сильно отличалось от описанной Боденштейном реакции.

1 студ:

Слайд 5

В 1924 году у Семёнова начала работать выпускница химического факультета университета Зинаида Францевна Вальта. Ее руководителем был назначен двадцатилетний Юлий Харитон (в будущем академик, один из руководителей советского атомного проекта). И вот в конце 1924 года Вальта и Харитон, измеряя интенсивность свечения паров фосфора при их окислении кислородом, натолкнулись на совершенно неожиданное явление. При малых давлениях реакция не шла даже в течение суток. Но если давление кислорода превышало некий предел, вдруг появлялось свечение. Более того, свечение мог вызвать даже инертный аргон! Для любого химика это было уже настоящим чудом. Был обнаружен и второй (верхний) предел давления, выше которого реакция не шла. Было ясно, что эта реакция цепная. Однако ее поведение противоречило всем существовавшим тогда представлениям о механизмах и скоростях химических реакций. Спустя много лет Семёнов, называя эти явления капризами природы, сказал: «В физике, как известно, "капризов" практически нет, в то же время биология полна ими. Химия занимает промежуточное положение: иногда реакция течет нормально, а иногда — сплошные "капризы". Цепная теория — это "теория капризов" химического превращения...».

2 студ:

Результаты экспериментов, полученные Харитоном и Вальтой, без какой-либо попытки их объяснения, были опубликованы в 1926 году в немецком журнале Zeitschrift für Physik. Последствия были быстры и неутешительны: работа подверглась крайне острой критике со стороны знаменитого Боденштейна. В короткой заметке, опубликованной в том же журнале в 1927 году, он написал, что все результаты по окислению фосфора являются не открытием, а иллюзией, и указал даже на ее возможные причины. Например, неправильную конструкцию установки, в которой проводились опыты.

1 студ:

Слайд 6

Возражения были очень серьезны. Требовалась тщательная проверка экспериментов. Однако авторы статьи уже не работали в лаборатории Семёнова: Зина Вальта перешла на работу в геофизическую лабораторию, а Юлий Харитон был в командировке в Кембридже; именно там он и увидел в только что пришедшем из Германии номере журнала статью Боденштейна и написал об этом Семёнову. Пришлось Николаю Николаевичу самому заняться окислением фосфора. В этом ему помогал блестящий экспериментатор, будущий академик Александр Иосифович Шальников. Проверка показала правильность первой публикации. Более того, были получены новые, не менее «еретические» данные. Оказалось, например, что критическое давление кислорода сильно зависит от таких неожиданных факторов, как форма и размер реакционного сосуда и даже материал его стенок. Семёнов в течение всего нескольких месяцев сумел создать математическую теорию этого явления. Как вспоминал Юрий Борисович Харитон, «у Н. Н. фантазия работала с редкой интенсивностью», а «интуиция была поразительной». В итоге Семёнов опубликовал свою теорию вместе с новыми экспериментальными данными в статье, которая появилась в 1927 году в том же журнале и практически с тем же названием. Семёнов понял, что в его лаборатории был открыт новый тип химический превращений — разветвленные цепные реакции. Боденштейн же снял свои возражения и признал открытие, причем сделал это публично. Одновременно и независимо в этом же направлении начал работать в Англии Сирил Норманн Хиншелвуд (1897–1967). В обеих лабораториях критические явления были обнаружены в реакциях горения водорода и ряда других веществ.

2 студ:

Слайд 8

Семёнов и Хиншелвуд предложили механизм изученных реакций в предположении о разветвляющихся цепях: на одну исчезнувшую активную частицу образуются две или более новых. В результате число активных частиц стремительно нарастает (цепи разветвляются), и, если скорость обрыва цепей недостаточно велика, реакция очень быстро переходит во взрывной режим (при малых давлениях наблюдается вспышка). Такие реакции при больших давлениях вызывают разрушительные взрывы. Лавина разветвленно-цепной реакции очень быстро заканчивается: спустя доли секунды после ее начала для продолжения реакции уже не хватает исходных веществ. Похожее явление происходит при атомном взрыве: когда нейтрон расщепляет одно ядро, то одновременно выделяется более одного нейтрона, которые расщепляют другие ядра. По «разветвленно-цепному механизму» распространяются и различные слухи, если каждый узнавший новость расскажет ее более чем одному человеку. Так же быстро распространяются, но и быстро заканчиваются разнообразные «разветвленно-цепные» финансовые и прочие пирамиды.

Преподаватель химии:

В 1956 году 60-летний Николай Семёнов и 59-летний Сирил Хиншелвуд (Cyril Hinshelwood) за свои исследования механизма химических реакций, проведенные в конце 1920-х и 1930-х годах, получили Нобелевскую премию по химии [1–2]. Денежный приз был разделен на две равные части.

(Николай Семёнов и Сирил Хиншелвуд дали такое объяснение критическим явлениям в разветвленно-цепных химических реакциях: при низких давлениях большинство активных частиц — атомов, осколков молекул, не успев столкнуться с молекулами реагентов и «размножиться», долетают до стенки реакционного сосуда и «погибают» на них — цепи обрываются. Чем меньше диаметр сосуда, тем больше у активных частиц шансов достичь его стенок. Вот откуда зависимость от размеров сосуда! С повышением давления, даже за счет инертного аргона, шансов столкнуться с молекулами реагентов и «размножиться» у активных частиц становится больше, чем шансов достичь стенки, — возникает лавина реакций. Это объясняет существование нижнего предела по давлению.

Молекулы инертного газа, по меткому выражению Семёнова, «путаясь в ногах» у активной частицы, замедляют ее движение к стенке; так объясняется удивительное влияние аргона на величину критического давления. Когда же достигается верхний предел по давлению, цепи снова обрываются быстрее, чем происходит их разветвление. Однако причина обрыва цепей здесь иная: активные частицы исчезают в результате «взаимного уничтожения» — рекомбинации в объеме сосуда при тройных столкновениях (третья частица нужна для отвода лишней энергии; скорость этой реакции очень быстро увеличивается с ростом давления). Таким образом, все экспериментальные факты получили логичное объяснение.

Теория разветвленно-цепных реакций имеет большое практическое значение, так как объясняет поведение многих промышленно важных процессов, таких как горение, крекинг нефти, воспламенение горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания и т. п. ,Например, смеси метана с воздухом взрываются при содержании метана от 5 до 15%. Вот почему так опасны утечки газа: если метана в воздухе окажется больше 5%, взрыв может наступить даже от крошечной искры в выключателе при включении или выключении света на кухне.)

1 студ:

Слайд 9

Николай Семенов является одним из создателей химической физики — науки, изучающей химические процессы физическими методами. Исследования школы Семенова быстро получили мировую известность. Ученый разработал теорию теплового взрыва и горения газов, создал учение о детонации и горении взрывчатых веществ, открыл новый тип химических реакций — разветвленные цепные реакции и описал их механизм.

Николай Семенов — единственной среди отечественных ученых лауреат Нобелевской премии по химии («За исследования в области механизма химических реакций», 1956).

Семенов был почетным доктором в Оксфорде, Брюсселе, Милане, Лондоне, Праге, Берлине, Будапеште, Вроцлаве.

2 студ:

Слайд 10

Ученый поддерживал идею симбиоза физики, химии и биологии. Для этого в 1963 году по его инициативе в Академии наук СССР была создана Секция химико-технологических и биологических наук, а в подмосковной Черноголовке — Институт новых химических проблем. Семенов много преподавал: в 1922—1924 годах, а также с 1928 года — в Ленинградском политехническом институте, с 1944 года был профессором МГУ, организовал там кафедру химической кинетики, которой заведовал до конца своих дней. Он воспитал блестящих учеников, среди которых академики Владислав Воеводский, Виталий Гольданский, Яков Зельдович, Дмитрий Кнорре, Михаил Садовский, Юлий Харитон и многие другие ученые.

А сейчас вашему вниманию предоставляется фильм о Семенове Николае Николаевиче. Всё внимание на экран.

Литература:

1. Нобелевская лекция Н. Н. Семёнова «Some Problems Relating to Chain Reactions and to the Theory of Combustion»

2. Нобелевская лекция С. Хиншелвуда «Chemical Kinetics in the Past Few Decades»

3. О Николае Николаевиче Семенове (1896–1986) на сайте ИХФ РАН

4. Илья Леенсон, «Троицкий вариант» №20 (214), 4 октября 2016 года, №21 (215), 18 октября 2016 года.