Урок по химии "Известняк в архитектуре Древней Руси" (9 класс)
план-конспект урока по химии (9 класс) на тему

Известняк в архитектуре Древней Руси

(урок химии и изобразительного искусства).

Урок проводится при изучении темы «Угольная кислота и ее соли».

Оборудование: выставка образцов горных пород и минералов, содержащих СаСО3; диапроектор; экран; магнитофон; карта полезных ископаемых Курской области; стенд с репродукциями изображений памятников архитектуры; карточки для работы с магнитной доской; слайды (указаны в содержании урока); фонограмма с инструментальной музыкой и колокольным звоном.

На ученических столах: коллекция «Известняки».

На классной доске: карта полезных ископаемых Курской области; экран; карточки на магнитах; запись уравнений реакций учениками.

Ход урока:

Учитель химии. Сегодня мы проводим совместный урок химии и истории культуры. Почему такое сочетание?

«Другого ничего в природе нет

Ни здесь, ни там, в космических глубинах:

Все – от песчинок малых до планет –

Из элементов состоит единых».

(С. Щипачев «Читая Менделеева»)

     На уроках мы неоднократно убеждались: все, что нас окружает,- это мир химических соединений.

(Звучит музыка).

     Мы так привыкли к каменным зданиям в наших городах, что почти не замечаем, из чего они сделаны, какие материалы использовали строители.

Учитель ИЗО. Архитектурное сооружение непременно вызывает у нас определенные чувства, например чувство стремительного движения с высоты, простора и покоя, светлой радости или угрюмой замкнутости, подавленности.

Учитель химии. И строительным материалам в этом принадлежит не последняя роль. Они всегда оказывали влияние на развитие архитектурно – конструктивных форм зданий и сооружений, на их габариты в плане и их высоту, на их эстетические качества. Каждый строительный материал – это химическое соединение, возможности которого обязательно учитываются архитекторами и строителями.

Учитель ИЗО. Поскольку для каждой эпохи, для каждого исторического периода характерны формирование и развитие определенных убеждений, эстетических идеалов, вкусов и пристрастий, это обязательно находит отражение в архитектуре возводимых сооружений и, следовательно, в использовании наиболее подходящих для этого строительных материалов, которые на какое – то время становятся излюбленными.

(Музыка заканчивается).

Учитель химии. Химический  элемент углерод очень распространен в природе. Вспомним, в состав каких сложных веществ входит углерод, свойства этих соединений, и посмотрим, как эти свойства используются в архитектуре.

     Какие природные соединения углерода вы можете назвать?

(Ответы учеников, демонстрация образцов).

«По формуле, как ни смотри,

 Они не разнятся никак.

Все те же кальций це о три,

Как мрамор, так и известняк»

(Н. М. Федоровский «Поэма о минералах»).

     Возникновение и развитие русского каменного дела связаны с известняком, который строители и архитекторы часто называют белым камнем.

Ученик (сообщение). Известняки  образовались примерно 230 – 240 млн. лет назад на дне обширного морского бассейна, который в те далекие времена покрывал Русскую равнину. Известняк – осадочная горная порода, сложен в основном из одного минерала – кальцита (СаСО3) и  представляет собой пористый и сравнительно мягкий в обработке камень. Его можно ломать, распиливать, резать и шлифовать. Ровные пиленые блоки можно уложить с исключительной точностью и получить идеально гладкую поверхность стены. На белом камне легко вырезать любой орнамент, не опасаясь, что одно неловкое движение может расколоть весь камень. Он стоек к атмосферным воздействиям. Чистые известняки – белого или светло – серого цвета, но встречаются и известняки темно – серого цвета и даже черного цвета. Такую окраску им придают примеси органических веществ.

Учитель химии. Итак, какова формула известняка? Почему его назвали белым камнем? Основные свойства камня? (Ответы учеников).

     С XI века на Руси началось каменное строительство.

(Звучат колокола).

     Белокаменные сооружения города Владимира – гордость древнерусской архитектуры.

Учитель ИЗО. Давайте перенесемся в Русь XII века. Известняк как излюбленный строительный материал того времени использовался для отстройки Владимира.

(Вспоминаем в беседе, кто и почему отстраивает в это время Владимир).

     Андрей Боголюбский решил сделать Владимир стольным градом, поэтому необходимо было придать столице соответствующее архитектурное обрамление. Отстраивать город нужно было с ворот, первое впечатление купцы и послы, путники и путешественники получают при въезде в город.

(«Золотые ворота Владимира»).

     Андрей строит Золотые ворота. Почему Золотые? Как и в Киеве?

Ученик. Владимир перенимает эстафету у главного города – Киева.

Учитель ИЗО. Владимирские Золотые ворота имеют три главные функции. Какие?

Учитель. Оборонительная – это мощное укрытие, эстетическое – торжественно оформленный въезд в город, религиозная – надвратная церковь.

Учитель ИЗО. Белый камень используется и для оформления въезда, и для храма, и для защиты.

( «Успенский Собор Владимира»).

     Главный храм Владимира – Успенский собор. Он стал главным храмом не только столицы, но и всего княжества, всей северо – восточной Руси, а позже – прообразом московского Успенского собора. Какое впечатление он производит?

(Ученики высказывают свои впечатления).

     Массивный, торжественный, нарядный. Его украшают аркатурный пояс, щелевидные окна на барабане и шлемовидные купола. Создается ощущение: раз в городе такой собор, то должна быть сильная власть.

(Слайд «Церковь Покрова на Нерли»).

     Жемчужина древнерусской архитектуры – церковь Покрова на Нерли (Владимирская область). Построена в 1165 года близ села Боголюбова, при впадении реки Нерли в Клязьму. Это белокаменный одноглавый храм.

     Каковы ваши мгновенные ассоциации со словом «камень»?

(Ученики высказывают свои ассоциации).

     Твердый, тяжелый, грубый, пыльный, валяется на дороге, недоброе дело…

     А теперь соберите все это воедино и посмотрите на камень Покрова на Нерли. Врастает в землю? Впечатление тяжести?

Ученик. Легкость. Ощущение, что взлетит.

Учитель ИЗО. Мастера заставляют нас устремлять глаза вверх. Как?

Ученик. Удлиненный барабан, закомары, щелевидные окна, аркатурный пояс.

(Слайд «Дмитриевский собор Владимира»)

Учитель ИЗО. Однокупольный Дмитриевский собор. Похож на церковь Покрова на Нерли. Но в чем отличие?  

Ученик.  Более приземленный, утяжеленный, более внушительный, чем церковь.

Учитель ИЗО. Как строители использовали свойства белого камня?

Ученик. Обилие резьбы.

Учитель ИЗО. Обилие фасадных скульптурных украшений придает собору величественность и парадность: это фигуры Александра Македонского, Всеволода Большое Гнездо, библейских персонажей, изображения растений и животных.

     Уже в XII веке мастера знали свойства белого камня и успешно их использовали.

Учитель химии. Какие свойства известняка были использованы русскими мастерами?

(Ответы учеников).

     Владимирские мастера каменных дел хорошо разбирались в возможностях белого камня. Стены выкладывали из нарезанных каменных блоков, используя известковый раствор в смеси с песком, в два ряда, причем наружную поверхность каменных блоков очень тщательно шлифовали. Промежутки между стенами заполняли известняковым бутом (обломки горной породы) или обломками блоков. Всю эту начинку заливали известью. Такой вяжущий раствор под действием углекислого газа воздуха постепенно твердел и прочно скреплял камни. Получалась довольно прочная стена.

     Напишем уравнения химических реакций, лежащих в основе этого процесса.

     (К доске вызывается ученик. Он работает у доски, в то время как учитель рассказывает).

     Известковый раствор готовили на месте. Для получения извести использовали известняк, непригодный для строительства. Камни обжигали в специальных печах при высокой температуре, в результате они становились на треть, а иногда и вдвое легче:

СаСО3 = СаО + СО2!

     Обожженные камни обливали холодной водой, и они распадались на мелкие комочки:

СаО + Н2О = Са(ОН)2

     Свежегашенная известь Са(ОН)2 сразу же использовалась для приготовления раствора. Чем больше она лежала, тем больше теряла свои качества (поглощала СО2  из воздуха) и становилась как тогда говорили, неклейкой:

Са(ОН)2 + СО2 = СаСО3! + Н2О

     Однако лучшей считалась известь, выдержанная 2 – 3 года в яме под слоем песка и воды.

     Чтобы камень не разрушался, его защищали от проникновения влаги. Дождевую воду отводили от стен карнизами и капельниками. Чтобы не просачивались грунтовые воды, фундаменты и подошвы цоколей делали из тяжелых, плотных песчаников, стены выкладывали из малопористых пород известняка, а для сводов напротив, выбирали самый пористый легкий известняк.

Учитель ИЗО.

«Град, что строил Долгорукий

Посреди глухих лесов,

Вознесли с любовью внуки

Выше прочих городов».

(Н. Кончаловская «Наша древняя столица»).

     Мы отправляемся в Москву XV века. Москва становится признанным центром, столицей объединенного государства. Необходимо отстроить столицу. Образцом для строительства стала архитектура Владимира. Снова обратились к белому камню.

Учитель химии. Откуда брали белый камень?

Ученик. Известняки широко распространены в Подмосковье. В домонгольский период (до 1237 г.) белокаменного градостроительства Владимира известняк добывали в каменоломнях у Подольска и Домодедова. Позднее центр добычи камня переместился к низовьям реки Пахры и к Москве – реке. Здесь наибольшей известностью пользуются каменоломни у села Мячково. Свежедобытый из каменоломень известняк намного мягче, чем вылежавшийся на воздухе, поэтому его рекомендовалось нарезать и обрабатывать сразу же, пока не высохнет в порах вода (поры занимают более четверти всего объема). Тогда строение получалось более долговечным.

(Звучат колокола. Слайд «Успенский собор Московского Кремля»).

 Учитель ИЗО. Во времена монголо – татарского нашествия многие строительные секреты забылись. Возведенный в Кремле русскими мастерами белокаменный собор рухнул недостроенным, и тогда из Италии пригласили известного архитектора Фьораванти. Иван III поручил ему построить собор по образу и подобию владимирского Успенского собора. Какое впечатление производит Успенский собор Московского Кремля?

Ученик. Более монументален, менее украшен, более торжественен, чем владимирский храм. Нет абсолютного повторения.

Учитель ИЗО. Фьораванти учил русских мастеров обрабатывать белый камень, создавать связующие материалы.

     В Успенском соборе венчались на царство русские цари и императоры. Здесь зачитывали главные царские указы. Его внешний вид символизирует мощь государства.

(Слайд «Благовещенский собор Московского Кремля»)

     Благовещенский собор – домовая церковь русских царей – построена псковскими мастерами. Какое впечатление производит?

(Мнения учеников).

     Девятикупольный собор не давит на человека, несмотря на обилие камня; он производит впечатление игрушечного.

(Слайд «Архангельский собор Московского Кремля»)

     Начинается XVI век. В Москве строится Архангельский собор. Видно, что строил его иностранец. Почему?

Ученик. Похож на светское здание, на итальянское палаццо. (В беседе разбираются архитектурные особенности собора и обсуждается, как при этом использованы свойства камня).

Учитель ИЗО. Собор действительно построил итальянец Алевиз Новый. Он служил усыпальницей русских царей и князей.

(Слайд «Собор Василия Блаженного»).

     В соборе Василия Блаженного (собор Покрова на Рву) белый камень использовали уже только для отделки.

(Звучит музыка).

Учитель химии. Камень – удивительное создание природы. Он не наделен жизнью, но все – таки рождается, растет, борется за существование, имеет в подземном мире своих родственников, спутников и неприятелей… Не наделенный жизнью в нашем обыденном понимании, камень живет по – своему, необычайно и непривычно…

(Конец музыки).

     Мы привыкли говорить, что камни вечны. Однако минералы, из которых состоят камни, устойчивы лишь при определенных температурах, давлении, составе окружающей среды. Так, плотные известняки начинают разрушаться через 75 – 100 лет, они приходят в угрожающее состояние через 200 – 400 лет, окончательное разрушение происходит через 1200 лет. Что угрожает архитектурным сооружениям?

Ученик. (Параллельно его рассказу учитель размещает карточки на магнитной доске). Промышленные предприятия, тепловые электростанции, автомобильный транспорт городов выбрасывают в атмосферу различные химические вещества, губительные для белокаменной кладки и скульптуры. Особенно страшны для известняка, да и всех других камней, выбросы серы. Смешиваясь с углекислым газом воздуха и влагой, сера превращается в серную кислоту и тогда в виде кислотных дождей, туманов и снега несет гибель памятникам.

     Кислотные дожди, представляющие собой слабые растворы серной, сернистой, угольной, азотной кислот, задерживаясь на поверхностях стен, деталей зданий, разрушают стенки пор камня. Поверхность камня становится бугристой, а иногда и гладкой. Она темнеет, твердеет, образуется корочка, называемая пленкой выветривания. До определенного момента такая пленка как бы защищает поверхность камня от дальнейшего разрушения.

     Однако наступает время, когда загрязнение атмосферы усиливается. Карбонат кальция СаСО3 при воздействии серной кислоты превращается в гипс СаSО4 *2Н2О, объем которого больше объема исходного карбоната кальция. В отдельных местах пленки образуются каверны ( углубления), заполненные массой гипса. Постепенно каверны сливаются. Камень становится рыхлым. В иных местах от пленки отваливаются обломки. Памятникам грозит гибель, они срочно нуждаются в «лечении».

     Есть у камня и другие недуги. Часто во влажной среде на стенках возникают бурые, желтые, серые и черные пятна из – за появления на камне микроскопических лишайников. Развиваясь, лишайники делают поверхность камня неровной и рыхлой.

     Разрушают камень и мхи. Они действуют двояко: механически – расширяя трещины камня корнями, как клиньями, и химически – выделяя кислоты: щавелевую, гуминовую, угольную.

     Еще строители древности заметили, что жизнь известняка продлевает известковая обмазка (обработка известковым раствором – тестообразной смесью гашеной извести, воды и песка). При такой обмазке поверхность известняка становится гладкой, и влаге негде задержаться, ей труднее выполнять свою коварную роль. Однако обмазка применима не везде. Её нельзя использовать для обработки резных узоров. В таких случаях применяли побелку известью. Время от времени эту процедуру приходилось повторять.

     В России в XVIII веке для сохранения каменной кладки применяли специальные составы – фирнисы. Их готовили из смол, добываемых из стволов слив, вишен, можжевельника и других пород дерева. Поверхности, покрытые фирнисами, приобретали чрезвычайную прочность; на них не действовали ни жара, ни холод, ни огонь, ни сырость.

     Есть ещё один очень древний способ защиты камня – покрытие поверхности скульптур и архитектурных сооружений смесью горючего пчелиного воска с маслом, которую называют ганозисом. Изделия, покрытые восковым «лаком», прекрасно сохранились в течение многих столетий и блестят как новые. Пчелиный воск – основа ганозиса – пластичен, мягок, прочен и стоек, не пропускает воду, не гниет, его химический состав не изменяется под действием температур, солнечной радиации. Он плотно приклеивается к поверхности и надежно защищает её от вредных воздействий. Ганозисом можно покрывать любые памятники: из гранита, известняка, кирпича и других материалов. Ганозис несложно приготовить, он дешев и экономичен в работе.

(Звучит музыка).

Учитель ИЗО. Хочется закончить рассказ о памятниках архитектуры словами Н. В. Гоголя: «Архитектура – тоже летопись мира: она говорит тогда, когда уже молчат и песни, и предания…» В сооружениях из белого камня, в их художественном облике можно прочесть многовековой героический и многострадальный путь нашей страны. Как в книгах, так и в памятниках искусства отражается то национальное своеобразие, которое присуще народу. Воплощенные в камне творческие замыслы древних мастеров волнуют своей красотой, возбуждают гордость за их создателей.

(Показанные слайды повторяются).

Учитель химии. Закончить урок хочется словами ученого – романтика, «поэта камня», академика Александра Евгеньевича Ферсмана: «Среди изменчивых и умирающих форм живой природы самыми долговечными и незыблемыми останутся художественные достижения обработанного камня; для искусства он явится тем незаменимым материалом, из которого будут слагаться высшие достижения человеческого вдохновения».

(Музыка и показ слайда прекращаются).

     Сегодня мы еще раз увидели, что наука и искусство всегда вместе. Любуясь произведениями архитектуры, помните, что в их создании немалая роль принадлежит химии. А знакомясь с научными открытиями, знайте, что они всегда найдут применение в жизни.

Литература:

1. Вахрушев В. А. Архитектура и искусство глазами минералога. Новосибирск, Наука, 1988 г.
2. Данилова Л. И. Камень, глина и фантазия. Книга  для учащихся. Москва. Просвещение.  1991 г.
3.  Лебединский В. И., Кириченко Л. П. Книга о камне. Москва. Недра. 1989 г.