Інтегрований урок хімія – медицина в 11 класі. Усний журнал «Хімія рятує життя»

ІНТЕГРОВАНИЙ УРОК ХІМІЯ – МЕДИЦИНА В 11 КЛАСІ

УСНИЙ ЖУРНАЛ «ХІМІЯ РЯТУЄ ЖИТТЯ»

Мета: з’ясувати позитивний і негативний вплив органічних речовин на здоров’я людини, дослідити історичний шлях лікарських препаратів, ознайомитися із вмістом домашньої аптечки та аптечки воїнів АТО, складом та властивостями різних допоміжних засобів; проаналізувати негативні впливи, запропонувати заходи, що обмежуватимуть такі впливи; показати важливість хімії як науки у вирішуванні актуальних проблем, що постають перед охороною здоров’я; розвивати вміння орієнтуватися у різноманітті лікарських препаратів, навички їх застосування та критичне й аналітичне мислення учнів; виховувати патріотизм та бережне ставлення до свого організму.

Справжня мета хімії полягає не в виготовленні

золота, а в приготуванні ліків.

Авіценна

ХІД УРОКУ

І. Актуалізація та мотивація навчальної діяльності

Учитель хімії. Хімія володіє величезними можливостями, створює невідомі раніше матеріали, полегшує працю людини, одягає, економить її час, створює затишок і комфорт і навіть змінює зовнішність людей. Але та ж хімія може стати небезпечною для здоров'я, навіть смертельно небезпечною ...

Письменник-фантаст і вчений-біохімік Айзек Азімов писав: «Хімія – це смерть, упакована в банки і коробки». Сказане іноді справедливо не тільки по відношенню до хімії, але і по відношенню до електрики, побутової техніки, транспорту. Ми не можемо жити без електрики, але оголений провід смертельно небезпечний; ми любимо дивитися телевізор, але за його задньою панеллю напруга в тисячі вольт; нам необхідний автомобіль, але під його колесами часто гинуть люди.

Використання людьми досягнень сучасної хімії вимагає високої загальної культури, великої відповідальності і, звичайно, знань. Візьмемо, наприклад, такі необхідні для людини речовини, як ліки.

Отже, мета нашого заняття – дізнатися:

•   «Історичний шлях» лікарських засобів;
•   що входить в звичайну домашню аптечку (які ліки повинні входити в обов'язковий мінімум);
•   який склад аптечки воїнів АТО та допоміжних засобів військових;
•   як розумно, грамотно використовувати ліки, в чому небезпека самолікування.

ІІ. Основна частина уроку

1 сторінка. «Історичний шлях лікарських речовин»

1-й учень. Ліки – це речовини природного або синтетичного походження або їх суміші, що використовуються для лікування і профілактики хвороб. У давнину для позбавлення від болю люди застосовували настоянки, відвари рослин, висушених комах і плазунів, органи тварин.

Великий давньогрецький лікар Гіппократ шукав причини хвороб не в злих духах, а в навколишньому середовищі, способі життя і харчуванні. Саме він приземлив медицину, закликаючи лікувати не хворобу, а хворого. Гіппократ вивчав причини хвороб,  діагностику, профілактику і лікування – описав понад двісті лікарських рослин і способів їх використання. Його називають батьком медицини.

Велика кількість лікарських препаратів рослинного та мінерального походження описана у творах середньоазіатського медика епохи середньовіччя Авіценни. Багато з цих надбань з успіхом застосовуються до цих пір. Праці Авіценни заклали основу виникнення лікарської, медичної хімії.

У Європі зблизив хімію з медициною швейцарський природодослідник Парацельс. Вважаючи організм хімічним реактором, він почав використовувати для лікування хвороб мінеральні води, сполуки сурми, миш'яку, міді, свинцю, ртуті та інших елементів. Актуально досі твердження Парацельса про величезну важливість кількості вживаного препарату: «Все є отрута, нічого не позбавлене отруйності, і все є ліки. Лише тільки доза робить речовину отрутою або ліками».

З древніх рукописів відомо, що в 1547 р цар Іван Грозний направляв посла в німецьку землю для привозу майстра, який міг виготовити галун, що застосовується для лікування різних хвороб і пухлин. За царя Михайла Федоровича (1613-1645) лікарський персонал царського двору складався з семи докторів, тринадцяти лікарів, чотирьох аптекарів і трьох хіміків. Доктора і лікарі визначали хворобу і спосіб її лікування, аптекарі готували ліки в хімічній лабораторії, а хіміки допомагали аптекарям у виготовленні, брали участь у своєрідній експертизі та перевірці нових ліків.

З кінця XVIII ст. почався період бурхливого розвитку природознавства, новий науковий етап створення та використання лікарських засобів. Були вдосконалені методи отримання, очистки та аналізу хімічних речовин. У першій половині XIX ст. в Росії були синтезовані хімічні сполуки, що володіють біологічною активністю. Відкриття знеболюючих речовин дозволило застосовувати їх в хірургічній практиці.
А з 1930-1940 рр. почався сучасний етап розробки та вивчення ліків, заснований на використанні досягнень ряду природничих наук. Був створений значний арсенал препаратів різної дії, у тому числі для лікування багатьох раніше невиліковних захворювань. Період 1960-1970-х рр. нерідко називають фармацевтичної революцією.

2 сторінка. Склад домашньої аптечки. (Стук у двері. Входить лікар)

Лікаря викликали? У моїй аптечці препарати, які діляться на 3 великі групи:

• антибактеріальні засоби (антисептики);

• засоби, що діють на центральну нервову систему;

• речовини, що діють на регуляторні механізми організму.

Така класифікація досить умовна, часто спостерігається перекривання сфер впливу лікарських речовин. На сьогоднішній день відомо понад п'ять тисяч лікарських засобів.

У моїй аптечці мінімум лікарських речовин, але з цими ліками ми часто зустрічаємося в житті. Прийшов час познайомитися з ними ближче. У тебе нездоровий вигляд? Чи не пов'язаний твій поганий настрій з нездужанням? Не турбуйся – ми тебе вилікуємо! Подивимося, що є в нашій аптечці?

Учні по черзі виходять до дошки, розповідаючи про свою лікарську речовину, про її склад і застосування.

1-й учень. Пероксид (перекис) водню (H₂O₂) – відмінний антисептик. Однак якщо переплутати 3% -й розчин пероксиду водню з пергідролем (30% -й розчин), то можна отримати сильні опіки на шкірі, слизових оболонках. Розбавлений водний розчин пероксиду водню досить стійкий, 3% -й розчин – гарний дезінфікуючий засіб.

2-й учень. Нашатирний спирт (водний розчин аміаку) збуджує дихальний центр. Цим користуються, щоб вивести хворого із стану непритомності. Є аміак і в нашатирно-анісових краплях, які відомі як відхаркувальний засіб. Однак великі дози аміаку можуть зупинити дихання. А потрапивши в очі, він швидко проникає в тканини, аж до зорового нерва, і може завдати йому глибокі, іноді незворотні пошкодження.

 3-й учень. Аспірин, або ацетилсаліцилова кислота, - один з препаратів, який застосовують як жарознижувальний, протизапальний, болезаспокійливий і протиревматичний засіб. Цікаво, що ці ліки трохи уповільнюють процес згортання крові. Цим нерідко користуються лікарі для запобігання утворення тромбів після операцій, а також при порушенні кровообігу. Однак ці ж властивості аспірину можуть викликати і неприємні наслідки в разі прийому у великих дозах. Здатність стримувати згортання крові може призвести до кровотеч. А оскільки аспірин – кислота, то його надлишок може сприяти подразненню слизової оболонки шлунку і появи виразок.

4-й учень. Ліки для лікування серцево-судинної системи – валідол, корвалол, нітрогліцерин. Останній засіб найбільш ефективно знімає спазми судин серця. Зрозуміло, якщо турбує біль у серці, не можна покладатися тільки на ліки, необхідно обов'язково звернутися до лікаря!

5-й учень. В аптечці, звичайно, знайдуться і засоби лікування травної системи. У разі вживання несвіжої їжі або при порушенні найпростіших гігієнічних правил в кишечник можуть потрапити чужорідні організми, які, розмножуючись, викликають важкий стан – диспепсію. Найбільш популярним засобом боротьби з цим захворюванням є салол в чистому вигляді або як компонент лікарської суміші. Ця речовина пригнічує діяльність чужорідних мікроорганізмів. Такою ж дією володіють і інші засоби: фталазол, сульгін.

6-й учень. Поряд ліками, які продаються без рецепта, є сильніші, наприклад антибіотики, які борються з мікроорганізмами. Їх без рецепта не продають, і це правильно: якщо користуватися найсильнішими антибіотиками, щоб позбутися від нежиті, то може статися так, що вони не допоможуть при більш серйозних захворюваннях. Справа в тому, що покоління мікроорганізмів змінюються дуже швидко – кожні 20-50 хв, тобто існують відмінні умови для швидкого природного відбору найбільш пристосованих. Через досить велике число поколінь (а їх зміна відбудеться за два-три тижні) в організмі може залишитися різновид мікробів, які не тільки не бояться даних ліків, але навіть непогано почуваються в ньому. Таким чином може з'явитися клан стрептококів або пневмококів, привчених до антибіотика.

Учитель хімії. Крім того є багато нескладних та дієвих засобів для підтримання організму або лікування. Наприклад, фізіологічні розчини, штучно приготовані розчини, що наближаються по сольовому складу і осмотичному тиску до плазми крові. Застосовуються у фізіологічних експериментах для роботи з ізольованими органами і в клінічній практиці (наприклад, при обезводненні організму і крововтраті). Проте вливання великих кількостей фізіологічних розчинів інколи може викликати набряк внутрішніх органів унаслідок проникнення води і солей в тканини. При використанні фізіологічних розчинів як кровозамінників до сольового розчину з глюкозою додають різні сполуки (високомолекулярні полісахариди, спеціальним чином оброблені білки  тощо). Відомий ряд складів фізіологічних розчинів, названих за прізвищами дослідників, що запропонували їх:

Склад фізіологічних розчинів

Розв’яжіть задачу.

Варіант 1.

У фізіологічному розчині масова частка натрій хлориду становить 0,9%. Обчисліть масу солі та об’єм води, потрібні для виготовлення фізіологічного розчину об'ємом 1 л та густиною 1,005 г/мл. Поясніть, чи потрібно знати хімічні формули розчинюваних речовин, аби виконати ці обчислення.

Варіант 2.

Як дезінфікуючі засоби для полоскання ротової порожнини та горла використовують 3 %-ний розчин питної соди (натрій гідрогенкарбонату). Обчисліть масу розчинюваної речовини і об'єм води необхідні для виготовлення цього розчину об'ємом 200 мл. Густина розчину дорівнюють 1,007 г/мл. Поясніть, чи потрібно знати хімічні формули розчинюваних речовин, аби виконати ці обчислення.

Учитель хімії. Є певні правила зберігання медикаментів. (відео «Правила домашньої аптечки» - 03:44)

Учитель медицини. Ми розібрали деякі ліки, які можуть знаходитися у звичайній домашній аптечці. Набір лікарських засобів кожної аптечки залежить від індивідуальних особливостей людини. Але необхідно пам'ятати, що в будь-якому випадку, перш ніж приймати будь-які ліки, потрібно проконсультуватися з лікарем.

Лікарські препарати – сильнодіючі засоби, ними треба користуватися обачно. І якщо ви все-таки зайнялися самолікуванням, використовуючи ліки, колись прописані вам лікарем, або ті, які ви придбали, побачивши або почувши рекламу, прочитайте уважно в інструкції до них розділи «Показання», «Протипоказання», «Дозування і спосіб застосування». Пам'ятайте: невірне застосування, велика доза можуть перетворити ліки на отруту!

3 сторінка. Хімія рятує життя.

Учитель хімії. Сьогодні багато говорять про антитерористичну операцію на сході України. Хімія рятує життя воїнам – учасникам АТО. Зазирнемо до аптечки українського військового. (відео «Склад аптечки військового» - 03:56).

Вже навіть діти відрізняють бронежилети 3 і 5-х класів, знають ціну приладу нічного бачення 3-го покоління, що таке коліматорний приціл і яка прицільна дальність стрільби ракетного комплексу «БУК». Усі захоплюються геройством медиків, військових та волонтерів, проте не всі знають, що дуже часто новітні технології, які давно доступні провідним  арміям світу і лише зараз упроваджуються в нас, є результатом досліджень учених-хіміків. Наведемо лише декілька прикладів.

7 учень. Сухе пальне – паливо, яке в побуті відоме під назвою «сухий  спирт». Насправді  сухе пальне до спиртів не належить. Основна складова – гексаметилентетрамін (уротропін) (рідше метальдегід  C₈H₁₆O₄), який спресований з невеликою кількістю інших речовин: парафіном, кальцій стеаратом, моностеаратом  гліцерину, стеариновою кислотою, полімером полісульфіду та ін.. Уротропін  було отримано 1859 року російським хіміком-органіком О.М. Бутлеровим,  який вивчав  взаємодію формальдегіду з водним розчином амоніаку. У результаті реакції утворилися безбарвні кристали складу (CH₂)₆N₄. Ця речовина дістала назву гексаметилен тетралін, або уротропін, 1,3,5,7 –тетраазацикло [3.3.1.1] –декан.

Пігулки пресованого сухого пального горять без кіптяви аналогічно спиртам, не розтікаються під час горіння і не залишають золи. Сухе пальне – просте, легке, компактне, потужне джерело тепла. За дотримання умов зберігання має необмежений термін придатності. У зв’язку  з тим, що потужність полум’я регулювати проблематично, сухе пальне частіше використовують для розігрівання, а не для приготування їжі. Питома теплотворна здатність сухого пального – близько 31,3 МДж/кг.

8 учень. Підігрів індивідуальних харчових пакетів. В американських сухпайках MRE («meal ready to eat»), які у великій кількості поставляють учасникам АТО, передбачена система підігріву  їжі без демаскуючого полум’я (FRH, flameless ration heater).

Індивідуальний харчовий пакет  для солдата складається з термоізольованого пакету з їжею та нагрівального пристрою.

Нагрівальний пристрій – це пакет , що містить порошки магнію, заліза та кухонної солі. У разі додавання до цієї суміші невеликої кількості води пакет нагрівається  і здатний розігріти страву масою 226,8 г ( 8 унцій) до температури  56 °С за 12 хвилин. В основі дії нагрівальної суміші – окисно-відновна реакція: 

Mg + 2H₂O → Mg(OH)₂ + H₂↑

Реакція екзотермічна, тобто супроводжується виділенням тепла. Проте, сама по собі ця реакція дуже повільна і для її прискорення додають залізо та кухонну сіль. Таким чином, кухонна сіль розчиняється у воді, утворюючи розчин електроліту, в якому порошки заліза й магнію  утворюють мільйони гальванічних пар, а це прискорює процес розчинення  металів і дозволяє отримати достатню кількість тепла за короткий час.

9 учень. Кевлар. На початку 1960-х років перед групою вчених компанії DuPont постало завдання виготовити полімерний  матеріал для підвищення міцності та зносостійкості автомобільних шин. 1964 року ця група під керівництвом Стефані Кволек  запропонувала використовувати з цією метою  поліпарафенілен-терефталамідне волокно, більш відоме всім під торговою маркою Кевлар. Як виявилося, це волокно було міцніше  у п’ять разів за сталь такої ж маси й дуже швидко дістало застосування  в автомобільній та військовій промисловості.

Одержують келар за реакцією :

 Міцність волокна забезпечується  жорсткістю молекулярних ланцюгів  та численними водневими зв’язками що виникають між ними.

Кевлар зберігає свою міцність у широкому інтервалі температур. А тканина з нього витримує постріл з пістолету Макарова та чудово затримує уламки мін і гранат. Саме тому полімер келар широко застосовують для виготовлення бронежилетів, касок тощо й дозволив урятувати не одну тисячу людських життів.

10 учень. CELOX (Целокс). В основі кровоспинного гранульованого препарату CELOX, який широко застосовують  в АТО, - хітозан. Його отримують зі скелетів морських молюсків  - креветок, крабів тощо. За хімічною будовою  це полісахарид, групи якого, заряджаючись позитивно, притягують негативно заряджені формені елементи крові (еритроцити, тромбоцити  тощо), утворюючи желеподібний згусток, або тромб. Завдяки цьому він швидко зупиняє кровотечу навіть у людей,  які приймають антикоагулянти. Препарат Целокс зупиняє смертельно небезпечну кровотечу зі стегнової артерії приблизно за 3 хвилини, а менші кровотечу – всього за кілька секунд.

11 учень. Сольова грілка (термохімічна грілка, сольовий аплікатор) – багаторазова грілка для рук і тіла. В основу роботи покладено ефект виділення тепла (екзотермічний процес) за зміни фазової рівноваги – найчастіше кристалізації солі з перенасиченого розчину. Сольова грілка являє собою еластичну ємність, в якій міститься перенасичений розчин солі, найчастіше натрій ацетат. У розчині плаває трубка або кружок – активатор. Найчастіше активатором для  термохімічної грілки є металічна пружина з високолегованої корозійностійкої сталі, яка міститься в еластичній термостійкій трубці з радпласту, що  захищає оболонку грілки від можливих пошкоджень пружиною.

Перед використанням  грілки активатор згинають і відпускають. Зігнута металічна пружина стає центром кристалізації та зумовлює початок кристалізації розчину. Фазовий перехід розчину «рідина – кристал» супроводжується виділенням великої кількості тепла (теплова фазового переходу 264-289 кДж/кг), і грілка розігрівається до температури 50-54°С . Час роботи становить  3-4 год залежно від розмірів і температури навколишнього середовища.

Оскільки розчинення кристалів солі відбувається з поглинанням тепла, то для повторного використання грілку необхідно помістити в киплячу воду на 5-20 хв. Кількість циклів може сягати 6000 і визначається терміном експлуатації оболонки і грілки. Перевага таких грілок полягає також у тому, що якщо відбулося пошкодження оболонки грілки, то розчин і кристали є нетоксичними.

12 учень. Прилади нічного бачення.  Напівпровідники галій арсенід і легований тербієм гадоліній оксид сульфід  Gd₂O₂S : Tb є основою приладів нічного бачення.

Інфрачервоне випромінювання, потрапивши на фотокатод, зроблений із галій арсеніду GaAs, генерує електрони, які після помноження формують на пластинці Gd₂O₂S : Tb яскраву видиму картинку.

13 учень. Теплові пастки.  Для захисту від ракет, які самонаводяться на ціль за допомогою інфрачервоних детекторів, часто використовують теплові пастки – реакційні суміші, які самозаймаються на повітрі й довго горять, випромінюючи інтенсивне ІЧ випромінювання з метою відволікти систему наведення ракети від двигуна літака чи гелікоптера. В основі таких сумішей магній та знайомий усім тефлон, який окислює магній за рівнянням: 

2nMg + (C₂F₄)_n → 2nMgF_2(S) + 2nC,  ΔН = -1438 кДж/моль

Утворений вуглець та залишок магнію згорає яскравим полум’ям з утворенням вуглекислого газу й магній оксиду.

Іноді для того, щоби спектр випромінювання теплової пастки був більше схожим на випромінювання реактивного двигуна, до запалювальної суміші додають антрацен, амоній перхлорат, нітроцелюлозу та червоний фосфор.

14 учень. Аквадрук (імерсійний друк). Покриття кольору «хаккі» - це один зі способів маскування техніки і спорядження, проте рідко хто замислювався як його наносять.

Основна ідея методу полягає  у формуванні  на поверхні води мономолекулярного шару амфіфільних молекул із подальшим його перенесенням  на тверду підкладку. Амфіфільність – здатність  деяких сполук проявляти одночасно гідрофільні та гідрофобні властивості завдяки наявності в їхніх молекулах зарядженої або полярної та неполярної частин. У водній фазі амфіфільні молекули  розташовані на поверхні розділу «повітря-вода». Фарбування відбувається шляхом занурювання твердого тіла в розчин, у результаті чого відбувається адсорбція поверхневої плівки на твердій підкладці.

 З допомогою принтерів на плівці з полівінілацетату (ПВА) сольвентними фарбами друкують необхідний рисунок. Далі плівку  рисунком донизу поміщають у ванну з водою та зверху розпилюють розчинник. Підкладка з ПВА розчиняється, а на поверхні води формується моно шар фарби (плівка Ленмюра –Блоджет), при цьому рисунок, який надрукували, зберігається. Тоді підготовлену до пофарбування деталь під кутом 35-40° занурюють у ванну, і моно шар фарби з поверхні води адсорбуються на деталі. Таким чином на поверхні деталі складної форми  з  високою точністю переносять рисунок, який задав оператор під час друкування на плівку.

Учитель хімії. Вітчизняні вчені не пасуть крайніх у розробці сучасних ліків та допоміжних засобів для військових. ( відео «Сучасні розробки українських вчених» - 02:17). Сподіваємося, що вітчизняні препарати згодом витіснять імпортні.

ІІІ. Узагальнення та систематизація

Виконати тестові завдання:

1. Хто закликав лікувати не хворобу, а хворого?

А) Авіценна;

Б) Гіппократ;

В) Парацельс.

2. Який період називають фармацевтичною революцією?

А) 1940 – 1950 рр.;

Б) 1950 – 1960 рр.;

В) 1960 – 1970 рр;

Г) 1970 – 1980 рр.

3. Назвіть препарат, який не використовується при лікуванні серцево-судинної системи:

А) цитрамон;

Б) валідол;

В) нітрогліцерин;

Г) корвалол.

4. Уротропін було отримано вченим-хіміком:

А) Менделєєвим;

Б) Бутлеровим;

В) Лавуазьє;

Г) Ломоносовим.

5. За який проміжок часу нагрівальний пристрій здатний розігріти страву масою 226,8 г до температури 56°С?

А) 9 хв;

Б) 11 хв;

В) 12 хв;

Г) 15 хв.

6. Тефлон окислює магній за рівнянням:

А) 2Мg + О₂ → 2МgО, ΔН = -78кДж/моль;

Б) 2nМg + (С₂F₄)n → 2nMgF_2(S) + 2nC,  ΔН = -1438 кДж/моль;

В) МgО + Н₂О → Мg(ОН)₂ + Q.

Учитель медицини. Поки розвиватиметься зброя, будуть  розвиватися й засоби захисту від неї. Роль нових матеріалів та технологій у цій гонитві важко переоцінити. Але потрібно пам’ятати, що хіміки створили не лише хімічну та передумови для ядерної зброї, але і протигаз та інші засоби захисту людського життя, про цінність якого ми повинні пам’ятати завжди.

Учитель хімії. Побажаємо один одному здоров'я, щоб не хандрити і завжди перебувати в гарному настрої і здоровому тілі, щоб не вдаватися до будь-яких лікарських засобів.

Народна мудрість говорить: «Гроші втратив – нічого не втратив, час втратив – багато втратив, здоров'я втратив – все втратив». Будьте здорові!

ІV. Домашнє завдання