МЕТОДИЧНА РОЗРОБКА уроку хімії для 11 класу Тема: «Органічні сполуки в повсякденному житті людини: значення, використання та екологічні аспекти»

МЕТОДИЧНА РОЗРОБКА

уроку хімії для 11 класу

Тема: «Органічні сполуки в повсякденному житті людини: значення, використання та екологічні аспекти»

Автор: Мельник Олена Володимирівна учитель біології та хімії

АНОТАЦІЯ

Методична розробка уроку хімії для 11 класу створена відповідно до Державного стандарту базової і повної загальної середньої освіти та концепції Нової української школи. Урок спрямований на формування в учнів цілісного уявлення про роль органічних сполук у житті людини, їх використання в медицині, харчовій промисловості, косметології, сільському господарстві та сучасних технологіях.

Особлива увага приділяється екологічним проблемам, пов'язаним із використанням синтетичних органічних речовин, пластикових відходів та забрудненням навколишнього середовища. Методична розробка містить елементи STEM-освіти, цифрових технологій та використання штучного інтелекту в освітньому процесі.

Розробка включає теоретичний матеріал, таблиці, схеми, різнорівневі завдання, тестові вправи, практичні кейси та дослідницькі завдання.

АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ

У сучасному світі органічні сполуки є невід'ємною складовою життя людини. Вони входять до складу продуктів харчування, лікарських препаратів, косметичних засобів, будівельних матеріалів, синтетичних волокон та полімерів.

Щодня людина використовує сотні органічних речовин, часто навіть не замислюючись над їхнім походженням, властивостями та впливом на здоров'я і довкілля.

Розуміння хімічної природи цих речовин сприяє формуванню екологічної культури, розвитку критичного мислення та відповідального ставлення до навколишнього середовища.

МЕТА УРОКУ

Навчальна: сформувати знання про природні та синтетичні органічні сполуки,  ознайомити з основними напрямами використання органічних речовин  та розкрити екологічні аспекти використання органічних сполук.

Розвивальна: розвивати критичне мислення, формувати навички аналізу інформації та  удосконалювати вміння працювати з цифровими ресурсами.

Виховна: виховувати екологічну свідомість; формувати відповідальне ставлення до здоров'я, сприяти розвитку наукового світогляду.

КЛЮЧОВІ КОМПЕТЕНТНОСТІ

• спілкування державною мовою;
• математична компетентність;
• компетентності у природничих науках;
• інформаційно-цифрова компетентність;
• екологічна грамотність;
• підприємливість;
• уміння навчатися впродовж життя.

НАСКРІЗНІ ЗМІСТОВІ ЛІНІЇ

• Екологічна безпека та сталий розвиток.
• Здоров'я і безпека.
• Підприємливість та фінансова грамотність.
• Громадянська відповідальність.

ТИП УРОКУ - комбінований урок із вивченням нового матеріалу.

ОБЛАДНАННЯ: мультимедійна презентація, інтерактивна дошка, зразки полімерів, упаковки харчових продуктів, таблиці та картки із завданнями.

ІСТОРІЯ РОЗВИТКУ ОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ

Ознайомлення людства з органічними сполуками почалося в стародавніх Єгипті, Індії, Фінікії. Застосовуючи досить прості способи переробки природної сировини, люди отримували такі органічні сполуки, як цукор, барвники (індиго, пурпур та ін.), рослинні, зокрема ефірні, та тваринні олії. Пізніше органічні сполуки навчились перетворювати на інші речовини (одержувати оцет з вина, мило з жирів та ін.).

В «алхімічний період» (IV – XVI ст.), не знаючи складу органічних речовин, алхіміки провели значну кількість емпіричних досліджень та добули цілий ряд корисних речовин (було виділено винний спирт, діетиловий етер та ін.) XVI-XVIII ст. – період «ятрохімії», засновником якої був Парацельс. Він вважав, що мета хімії – це пошук не золота, а ліків. У цей час з рослинної сировини було виділено значну кількість органічних кислот, таких як щавлева, лимонна, яблучна, галова, слизова, бурштинова та інші, отримано ряд алкалоїдів – опій, колхіцин.

Після фундаментальних робіт М. Ломоносова та А. Лавуазьє, які сформулювали закон збереження маси (1748), хіміки навчились визначати склад речовини. У кінці XVIII на початку XIX ст. було виділено вуглеводні та встановлено їх склад: метан – СН4, етилен – С2Н4, ацетилен – С2Н2, бензол – С6Н6. Саме в цей період встановлено, що всі органічні речовини містять Карбон. У 1808 році Я. Берцеліус ввів термін «органічна хімія». На його думку, це хімія речовин, що утворюються під дією «життєвої сили, яка лежить цілком за межами неорганічних елементів» (теорія віталізму). Однак ці ідеалістичні погляди було спростовано, коли німецький хімік Ф. Велер синтезував органічну речовину з неорганічної – щавлеву кислоту з диціану (1824) та сечовину з ціанату амонію (1828):

У другій половині XIX ст. почала бурхливо розвиватися синтетична органічна хімія. У 1845 р. Г. Кольбе синтезував оцтову кислоту, використовуючи деревне вугілля, сірку, хлор та воду; у 1854 р. М. Бертло отримав жири з гліцерину та відповідних карбонових кислот; у 1861 р. О.Бутлеров синтезував прості вуглеводи з формальдегіду. Успіхи в органічному синтезі зумовили необхідність узагальнення знань та появу цілого ряду теорій, зокрема теорії хімічної будови.

У 1861 р. О.М. Бутлеров в статті «Про хімічну будову речовини» сформулював основні положення теорії хімічної будови органічних сполук.

1. Природа органічної речовини визначена якісним, кількісним складом і хімічною будовою її молекули.

2. Хімічна будова – певний порядок у сполученні та взаємному впливі атомів у молекулі.

3. Хімічна будова речовини визначає її фізичні та хімічні властивості, тому знаючи їх, можна з’ясувати хімічну будову речовини.

4. Речовини, що мають однаковий якісний та кількісний склад, але різну будову, називають ізомерами.

Отже, даючи сучасне визначення, можна стверджувати, що органічна хімія – це розділ хімії про вуглеводні та їх похідні, що містять атоми елементів-органогенів. Органічна хімія є підґрунтям, для цілого ряду сучасних наук:

❓Пригадайте основні класи неорганічних сполук і класифікуйте речовини з переліку: Ca(OH)2, HCl, Na2SO4, CO2, C6H6, NaOH, CH4, C2H5OH, MgO, C6H12O6.

Це дуже просто. Ми вивчили чотири класи неорганічних сполук: оксиди, кислоти, основи та солі. Так, оксиди — CO2 і MgO, основи — NaOH і Ca(OH)2, кислота — HCl, сіль — Na2SO4. Наче все добре. Але ж у переліку є формули сполук, які до цих класів не належать: C6H6, CH4, C2H5OH, C6H12O6.

Може, ми щось наплутали? Чимось ці формули дуже схожі… Вони містять Карбон! Ви виявили речовини, що містять Карбон. Їх дуже багато довкола: від молекул у вашому тілі до палива й пластиків. Склад, будову і властивості цих речовин вивчає органічна хімія.

Усе живе складається з органічних сполук: білків, жирів, вуглеводів та інших речовин. Одяг, який ми носимо, пластик, засоби побутової хімії також створені з органічних речовин.

Основу всіх органічних сполук становить Карбон. Унікальність цього елемента полягає в тому, що його атоми можуть з’єднуватися, утворюючи довгі ланцюги, розгалуження або замкнуті цикли. Саме ця здатність забезпечує велику різноманітність органічних речовин. Окрім Карбону, органічні сполуки містять Гідроґен.

Як бачимо з органічні сполуки також можуть містити атоми Оксиґену, Нітроґену або й інших елементів (наприклад, Сульфуру, галогенів тощо). Елементи, з яких утворені органічні сполуки в живих організмах (Карбон, Гідроґен, Оксиґен, Нітроґен, Фосфор та Сульфур), називають елементами-органогенами.

Органічна хімія — це розділ хімії, що вивчає сполуки Карбону (крім оксидів, карбонатів і деяких інших неорганічних речовин).

ОРГАНІЧНІ СПОЛУКИ В ОРГАНІЗМІ ЛЮДИНИ

Органічні сполуки — це вуглецевмісні молекули, які становлять основу життя і забезпечують будову, обмін речовин та енергію в організмі людини. До них належать чотири головні класи: білки, вуглеводи, ліпіди (жири) та нуклеїнові кислоти. Їхній розпад забезпечує організм енергією, а синтез — ростом і відновленням.

Метаболізм органічних речовин - це сукупність усіх хімічних перетворень у живих клітинах, які забезпечують ріст, розвиток і самовідновлення організму. Він складається з двох взаємопов'язаних, протилежно спрямованих процесів: анаболізму та катаболізму, які забезпечують безперервний обмін речовин та енергії.

Схема метаболізму

Вуглеводи → Глюкоза → АТФ → Енергія

Жири → Гліцерин + жирні кислоти → АТФ

Білки → Амінокислоти → Синтез білків

Нуклеїнові кислоти → Нуклеотиди → Генетична інформація

ОСНОВНІ ОРГАНІЧНІ СПОЛУКИ ТА ЇХ ФОРМУЛИ

Ось ключові класи органічних сполук, що функціонують в організмі людини:

1. Білки (Протеїни). Складаються з амінокислот. Вони є головним «будівельним матеріалом» тіла та виконують найрізноманітніші функції. Функції: структурна (м'язи, шкіра, волосся), транспортна (гемоглобін переносить кисень), захисна (імунітет, антитіла) та каталітична (ферменти прискорюють хімічні реакції). Джерела: м'ясо, риба, яйця, молочні продукти, бобові.

2. Вуглеводи. Є головним джерелом швидкої енергії.

Функції: енергетична (розщеплення глюкози) та запасаюча (глікоген у печінці та м'язах). Основні види: прості (глюкоза, фруктоза, сахароза) та складні (крохмаль, клітковина). Джерела: крупи, фрукти, овочі, цільнозерновий хліб.

3. Ліпіди (Жири та жироподібні речовини). Високомолекулярні сполуки, які забезпечують найбільшу кількість енергії. Функції: енергетична (основне «паливо» у стані спокою), захисна (амортизація внутрішніх органів), терморегуляція (підшкірний жир) та будівельна (входять до складу клітинних мембран). Також є основою для гормонів. Джерела: рослинні олії, горіхи, насіння, авокадо, риб'ячий жир, масло.

4. Нуклеїнові кислоти. Складні біополімери, які відповідають за збереження, передачу та реалізацію спадкової інформації. ДНК (дезоксирибонуклеїнова кислота): зберігає генетичний код людини. РНК (рибонуклеїнова кислота): бере активну участь у синтезі білків у клітинах. Джерела: усі продукти рослинного та тваринного походження (оскільки кожна жива клітина містить ДНК/РНК).

5. Вітаміни. Низькомолекулярні органічні сполуки різної хімічної природи, які не виробляються організмом (або виробляються у недостатній кількості), але життєво необхідні в мікродозах. Функції: регулюють обмін речовин, підтримують імунітет, активують дію ферментів. Джерела: свіжі овочі, фрукти, ягоди, зелень.

Екологічні проблеми від органічних сполук пов'язані переважно із синтетичними (штучно створеними) речовинами, які не розкладаються у природі природним шляхом, мають високу токсичність та здатність накопичуватися в живих організмах. На відміну від природної органіки, яка швидко перегниває, антропогенні органічні сполуки завдають глобальної шкоди атмосфері, гідросфері та ґрунтам.

Головні екологічні загрози, викликані органічними сполуками:

1. Забруднення стійкими органічними забруднювачами (СОЗ)

СОЗ (або POPs — Persistent Organic Pollutants) — це найбільш токсичні штучні сполуки (пестициди як-от ДДТ, діоксини, поліхлорбіфеніли).

Стійкість: вони не руйнуються десятиліттями під дією хімічних чи біологічних факторів.

Біоакумуляція: розчиняються в жирах і накопичуються в тканинах тварин. Передаючись по харчовому ланцюгу (від планктону до хижаків і людини), їхня концентрація зростає в тисячі разів (біомагніфікація).

Глобальне поширення: через випаровування та конденсацію переносяться вітром і водою на тисячі кілометрів, забруднюючи навіть чисту арктичну зону.

2. Фотохімічний смог і руйнування озонового шару

Цю проблему провокують Леткі органічні сполуки (ЛОС або VOCs) — бензол, формальдегід, ацетон, що містяться у паливі, розчинниках та лаках.

Утворення смогу: під дією сонячного світла ЛОС вступають у реакцію з оксидами азоту, утворюючи приземний (тропосферний) озон. Він є сильною отрутою для рослин і викликає серйозні ураження легень у тварин та людей.

Озонові діри: фреони (хлорфторвуглеводні, також є органічними сполуками) десятиліттями використовувалися в холодоагентах. Потрапляючи у стратосферу, вони руйнують озоновий шар, який захищає Землю від жорсткого ультрафіолету.

3. Пластикове забруднення та мікропластик

Пластик і синтетичні волокна — це високомолекулярні органічні полімери.

Засмічення океанів: мільйони тонн пластикового сміття утворюють гігантські сміттєві плями в океанах, викликаючи механічну загибель морських птахів і ссавців.

Токсичність мікропластику: розпадаючись на дрібні частинки (мікропластик), він абсорбує на своїй поверхні інші важкі токсини з води, потрапляє у шлунки риб, руйнує їхню ендокринну систему та зрештою опиняється в їжі людини.

4. Евтрофікація (цвітіння) водойм

Масове використання органічних добрив, відходів тваринництва та синтетичних мийних засобів (поверхнево-активних речовин — ПАР) призводить до їх змивання у річки та озера.

Наслідки: надлишок поживних органічних речовин викликає бурхливе розмноження синьо-зелених водоростей.

Загибель екосистеми: водорості блокують сонячне світло, а під час їхнього відмирання та гниття витрачається весь розчинений у воді кисень. Це спричиняє масовий замор риби та перетворення водойми на болото.

5. Парниковий ефект

Найпростіші органічні сполуки — вуглеводні (метан \(CH_{4}\) та вуглекислий газ \(CO_{2}\), який утворюється при спалюванні будь-якої органіки та викопного палива) є головними парниковими газами. Вони затримують теплове випромінювання планети, що є прямою причиною глобального потепління та руйнівних змін клімату.

З міжнародними правилами контролю найбільш небезпечних органічних забруднювачів можна ознайомитися у тексті Стокгольмської конвенції про СОЗ.