Урок "Білки- основа природнього клею"

Про матеріал

Методична розробка бінарного уроку з матеріалознавства та хімії для професії «столяр будівельний; тесляр» на тему «Білки — основа природнього клею» Цілі уроку:  ознайомитися зі складом і властивостями клеїв тваринного походження;  з’ясувати сфери їх використання, відмінності від синтетичних клеїв;  ознайомити із тваринними клеями у деревообробці;  удосконалювати вміння розв’язувати експериментальні задачі;  закріпити знання про хімічні й фізичні властивості клеїв тваринного походження;  ознайомити з якісною реакцією на білки.

Перегляд файлу

викладач предметів

професійно-теоретичної підготовки

Людмила Олександрівна Кічкірук;

викладач хімії та біології

Валентина Анатоліївна Бойко

Баранівський професійний ліцей

Методична розробка бінарного уроку з матеріалознавства та хімії для професії «столяр будівельний; тесляр» на тему «Білки — основа природнього клею»

Цілі уроку:

ознайомитися зі складом і властивостями клеїв тваринного походження;
з’ясувати сфери їх використання, відмінності від синтетичних клеїв;
ознайомити із тваринними клеями у деревообробці;
удосконалювати вміння розв’язувати експериментальні задачі;
закріпити знання про хімічні й фізичні властивості клеїв тваринного походження;
ознайомити з якісною реакцією на білки.

Тип уроку: комбінований урок засвоєння знань, умінь і навичок і творчого застосування їх на практиці.

Вид заняття: урок -кейс

Обладнання: зразки клеїв тваринного походження, білок курячого яйця, кислоти, купрум(ІІ) сульфат, натрій гідроксид .

ЗМІСТ УРОКУ

I.Організаційна частина (1 хв.):

а) перевірка присутніх здобувачів освіти;

б) перевірка готовності здобувачів освіти до уроку.

Вступне слово викладача матеріалознавства (ВМ):Замало опанувати премудрість, слід також уміти користуватися нею.На уроці ми будемо з вами опановувати нові знання та виконувати творчі завдання.

ІІ. Мотивація навчальної діяльності (2 хв.):

ВМ:Кожний майбутній кваліфікований будівельник має знати основні види силікатних матеріалів, що застосовуються у будівництві

ІІІ. Повідомлення теми та мети уроку (2 хв.).

Викладач:Доброго дня! Рада вітати вас на бінарному уроці – кейсі матеріалознавства і хімії темою якого є «Білки — основа природнього клею» . Цілі нашого уроку: ознайомитися зі складом і властивостями клеїв тваринного походження; з’ясувати сфери їх використання, відмінності від синтетичних клеїв; ознайомити із тваринними клеями у деревообробці; удосконалювати вміння розв’язувати експериментальні задачі; закріпити знання про хімічні й фізичні властивості клеїв тваринного походження; ознайомити з якісною реакцією на білки.

Викладач: І, напевне, вас цікавить яким чином пов'язана ця оригінальна заставка з темою нашого уроку, з якої ми розпочинаємо наш кейс. Забігаючи вперед, скажу, підсумовуючи наш урок міні-хакатоном, я хотіла б, щоб ви дали відповідь .

IV. Актуалізація опорних знань здобувачів освіти (2 хв.).

Викладач: Природні клеї - це широко використовувані клеї в нашому житті. Їх можна поділити на тваринний, рослинний та мінеральний. В основі виготовлення тваринного клею є денатурація білка. Пригадаймо, що ж це за процес?

Очікувана відповідь.

Денатурація – це осадження білка, під час якого руйнуються вторинна, третинна і четвертинна структура білка. Денатурація відбувається як під впливом хімічних речовин, так і при нагріванні.

Викладач: Продемонструємо?

(Практичний експеримент проводить викладач хімії або його асистент, обраний ним з здобувачів освіти, решта здобувачів освіти у класі описують спостереження і роблять висновки.)

Викладач: А які якісні реакції на білки вам відомі? Пропоную перевірити за допомогою дослідів. (здобувачі освіти виконують досліди)

Повторення вимог безпеки праці при роботі з кислотами та лугами.
Біуретова реакція – єдина реакція, яку дають усі білкові сполуки.У пробірку наливаємо по 1 мл розчинів білка курячого яйця і лугу, потім – кілька крапель розчину купрум(ІІ) сульфату. Перемішайте вміст пробірки. Що спостерігаєте?Білок + луг + купрум(ІІ) сульфат → синьо-фіолетове (фіалкове) забарвлення. Ця реакція є якісною на пептидні групи.
Ксантопротеїнова реакція – реакції білків з утворенням жовтого забарвлення, її дають білки з фрагментами молекул ароматичних амінокислот.У пробірку налийте 1 мл розчину білка курячого яйця і додайте 0,5 мл 20 %-ого розчину нітратної кислоти. Який колір осаду, що утворився? Нагрійте вміст пробірки. Чи змінюється колір осаду? Після охолодження добавте до осаду трохи розчину лугу. Що спостерігаєте?Білок + НNО3→ жовте забарвлення.В разі добавляння лугу забарвлення посилюється, стає оранжевим.

Робота з термінами:

Білки – це поліпептиди, які складаються з фрагментів молекул α-амінокислот і виконують специфічні функції в живих організмах.
Протеїни – прості білки.

Протеїди – складні білки.
Амінокислоти – мономери білків.
Клей — речовина для склеювання різних за походженням матеріалів.
Адгезія — зчеплення клею з поверхнею, що склеюється.

V.Вивчення нового матеріалу(23 хв.)

Викладач:

Отже, білки є будівельним матеріалом для живих організмів. Вони регулюють обмін речовин, забезпечують рухову діяльність організму, захищають його від чужорідних тіл, каталізують хімічні реакції в клітинах, переносять поживні речовини до органів і тканин. Білки – джерело енергії для організму. При розщепленні 1 г білка виділяється 17,7 кДж теплоти. А ще білки використовують для виготовлення клеїв.

І я хочу надати слово об'єднанню хіміків, які підготували для нас цікаву інформацію про білки. (презентація)

Здобувач освіти. В організмах тварин і людини міститься більше білків, ніж у рослинах. Вони є складовими м’язової, сполучної, покривної тканин, шкіри, нігтів, волосся.

Велика кількість їх міститься навіть у молоці. Білки представлені у молоці кількома видами. Найголовніші з них казеїн – 2,7 %, альбумін – 0,5 % та глобулін– 0,1 % по відношенню до загальної кількості сухих речовин. У склад білків входять незамінні амінокислоти, без яких організм не може нормально розвиватися:

лізин,
метіонін,
триптофан,
фенілаланін,
валін,
треонін,
лейцин,
ізолейцин.

Здобувач освіти. Казеїн – основний білок молока – відноситься до групи фосфоро-протеїдів (містять фосфор) і є нерозчинними у воді, входить до складу сирів та сирних виробів. Із загальної кількості білків в молоці на долю казеїну припадає 82 %. Саме казеїн надає молоку білий непрозорий колір.

Відомі три його форми: α, β,іγ, які відрізняються між собою вмістом фосфору, кальцію, а також швидкістю згортання від сичужного ферменту. Фракція α – казеїну добре звертається під впливом сичужного ферменту,β– дещо гірше,а γ – не звертається зовсім.

Виділений з молока кислотою і оброблений спиртом, казеїн представляє собою білий порошок без запаху і смаку з густиною 1,26.

Казеїн має ряд особливостей, що обумовлюють його практичне застосування. При кип’ятінні молока він не випадає в осад, звертається під дією сичужного ферменту, утворюючи густий, солодкий на смак згусток і солодку сироватку. Ця особливість застосовується при переробці молока в сир, а також для одержання казеїну. Він звертається також при дії на нього слабких розчинів кислот. При скисанні молока казеїн утворює під дією молочної кислоти густий згусток, який називається кислим молоком (молочна кислота збирається у молоці в результаті бродіння молочного цукру з участю молочнокислих бактерій). У сильних кислотах та лугах казеїн розчиняється. Ця властивість використовується при визначенні жиру в молоці. Казеїн проявляє амфотерні властивості, при додаванні невеликої кількості слабкої кислоти або лугу нейтралізує їх, не міняючи реакції.

Здобувач освіти.Альбумін і глобулін.Після видалення фільтруванням згорнутого казеїну залишається прозорий фільтрат, який містить альбумін, глобулін, молочний цукор, вітаміни, ферменти, мінеральні речовини.

Альбумін і глобулін, на відміну від казеїну, розчинні у воді, не містять фосфору та кальцію, випадають в осад лише при нагріванні вище 700⁰С. Відомі такі основні фракції сироваткових білків:

сироватковий альбумін,
β– лактоглобулін,
α– лактоальбумін,
імунні глобуліни.

Якщо загальну кількість білків молока прийняти за 100%, то на долю альбуміну припаде 12%, а глобуліну – 6%. Крім фізіологічного значення для організму, ці білки використовуються для приготування білкових лікувальних та дієтичних препаратів, для встановлення ступеня пастеризації молока.

У природі білки виконують дуже багато функцій:

каталітичні (ферменти);
регуляторні (гормони);
структурні (кератин вовни, фіброїн шовку, колаген);
рухові (актин, міозин);
транспортні (гемоглобін);
запасні (казеїн, яєчний альбумін);
захисні (імуноглобуліни).

Глютенові (глютинові) клеї

Викладач: Про виготовлення клеїв тваринного походження нам розкажуть технологи.До клеїв тваринного походження відносяться колагенові (глютинові) клеї, казеїнові і альбумінові.Колагенові клеї в залежності від сировини бувають міздровими, кістковими та риб'ячими.

Здобувач освіти: Кістковий клей виготовляють з кісток тварин. Їх очищають, подрібнюють, знежирюють, обробляють слабким розчином сірчистої кислоти для видалення мінеральних солей і потім варять у спеціальних апаратах, в яких кістки піддаються багаторазовому впливу пари і води. В результаті такої обробки наявний в кістках колаген переходить в глютин, який є основою клею.

Кістковий клей випускають у вигляді сухих плиток від темно-жовтого і до темно-коричневого кольору і вологістю 17%. Також випускається твердий подрібнений клей.

Щоб із сухого клею приготувати рідкий, плитки розбивають на шматки, дроблять і замочують на 24 години в холодній воді, потім варять на водяній бані протягом 40-50 хвилин, останні 10 хвилин підтримують температуру 60°. У процесі варіння клей безперервно перемішують. У зварений клей вводять антисептик, попередньо розчинений у воді, наприклад пентахлорфенолонатрія або інші, в кількості від 0,5 до 1% до ваги сухого клею. Клей зберігають при температурі + 5-6 ° не більше 7 днів.

Здобувач освіти: Даний тип клею відомий людству вже декілька тисячоліть. Ще в Древньому Єгипті місцеві умільці використовували желатинову кістку при роботі з деревиною.сфера застосування клею є дуже широкою. Товар гарно склеює папір та дерево. Гранули використовують в наступних галузях:

поліграфічній;
меблевій;
металургійній;
будівельній.

Кістковий клей використовується в будівництві для наклеювання стінових шпалер, для приготування малярних фарбувальних складів, будівельних грунтовок і шпаклівок, а також різних подмазочних паст.

Здобувач освіти.Міздровий клей виробляється з міздри (вивороту вичиненої шкіри), а також обрізків шкіри. Сировина обробляється в вапняному молоці, а потім розчином соляної або сірчаної кислоти. Для отримання з міздри високоякісного клею її варять при температурі 80-90°.

Сухий міздровий клей виробляється у вигляді плиток, подрібненим і в лусочках. Колір клею від світло-жовтого до темно-коричневого. В тонких шарах плитки клею повинні просвічувати. За якістю клей випускається п'яти сортів: екстра, вищий, 1-й, 2-й і 3-й.

Клей готується так само, як і кістковий. Розчин гарячого клею не повинен мати гнильного запаху.

Клеюча здатність клеїв: екстра - 100 кг / см2, вищого - 100 кг / см2, першого - 100 кг / см2, другого - 75 кг / см2 і третього - 60 кг / см2.

Здобувач освіти.Технічний желатин широко використовується при приготуванні емульсійних грунтів, при грунтування полотен, а також для різних проклеек паперу і т. п.

Технічний желатин представляє собою чистий глютен. На відміну від кісткового і міздрового клеїв його отримують з відбірної сировини: рогового стрижня, лобової кістки.

Випускається желатин наступних видів: харчовий, фотографічний і технічний. Фотожелатин і технічний знаходять застосування в живопису.

Щоб приготувати клей, сухий технічний желатин заливають невеликою кількістю води і дають йому набрякнути (набухання желатинового клею відбувається приблизно близько години). Набряклий желатиновий клей підігрівають на водяній бані при температурі 65-70°.

Для проклейок зазвичай береться 6-8% розчин клею для наклеювання паперу, для емульсійного ґрунту застосовують 12-15%. Для пластифікування клею в нього вводять незначну кількість гліцерину (0,2-0,3%).

Здобувач освіти: Міздровий клей в півтора рази перевершує за своїми склеювальним властивостями кістковий. Сфери його використання різноманітні:

в гальванічному виробництві для створення гальванічної присадки;
в живописі даний вид клею використовують для підвищення інтенсивності кольору фарби і її блиску;
в легкій промисловості для обробки тканин з вовни і шовку;
у виробництві скла в якості своєрідної грунтовки;
в реставраційних роботах для склеювання досить твердих порід дерева;
при створенні дерев'яних музичних інструментів;
в меблевій промисловості;
у виробництві пакувальних матеріалів (бере участь у створенні водовідштовхувальних стрічок, якими обклеюють картонні ящики);
в поліграфії для обробки переплітання книг.

Здобувач освіти. Риб'ячий клей. До колагенових клеїв відноситься також риб'ячий. Сировиною для його виробництва служать плавальні міхури осетрових порід; більш низькі сорти клею роблять з голів, луски, кісток риб.

Плавальний міхур майже повністю складається з чистого колагену.

Для отримання риб'ячого клею плавальний міхур витримується протягом декількох годин в 15-16% розчині солі, потім відмочується в чистій воді і підсушується на повітрі. Потім з міхура здирають зовнішню оболонку, а внутрішню використовують для клею, її остаточно висушують і пресують пластини.

Щоб приготувати рідкий клей для роботи, пластинки клею замочують цілими на 24 години в холодній воді. Набряклий клей розм'якшують і розминають, потім варять на водяній бані, як кістковий і міздровий, проціджують через марлю або сито і вводять антисептик.

Здобувач освіти: Риб'ячий клей застосовується як для приготування емульсійного грунту, так і при реставрації картин. Для приготування емульсійної грунту береться 12-15% розчин клею.

При реставраційних роботах, наприклад для зміцнення тендітного шару, що відшаровується від полотна живопису, застосовують 5-6% розчин риб'ячого клею. Він готується наступним чином: у клей в якості пластифікатора вводять мед у співвідношенні 1:2,5, тобто на 1 м. ч. сухого клею береться 2,5 м. ч. меду.

Клей для наклеювання гравюр:

риб'ячий клей 12 г
гліцерин 0,5 г
вода 87,5 мл

риб'ячий клей - 15г
столярний клей або желатин - 15г
мед - 5г
вода - 65г

Здобувач освіти.Казеїн представляє собою складне білкове з'єднання, що міститься у молоці тварин. У коров'ячому молоці казеїну міститься до 3,5%.

Отримують казеїн шляхом згортання знежиреного молока за допомогою кислоти або спеціального ферменту химозина. Казеїн ретельно перемішують, віджимають і сушать при температурі не вище 80° (підвищення температури несприятливо впливає на розчинність н здатність, що клеїть казеїну).

Казеїновий порошок, що випускається для приготування клею,представляє собою суміш казеїну, каніфолі, рідкого скла, лугу та антисептика. Порошок засипають у воду і дуже ретельно перемішують до утворення однорідної маси. На 1 об'ємну частину порошку казеїну беруть 2 об'ємних частини води кімнатної температури.

Казеїновий клей наносять тонким шаром на одну з поверхонь, що склеюються, і поверхні, що склеюються з'єднуються під тиском. Температура склеювання 15-30°, тривалість відкритої витримки перед з'єднанням деталей 0,5 хв. Остаточне склеювання відбувається через 2-4 години.

Клейовий казеїновий порошок випускається чотирьох сортів: вищий, 1-й, 2-й і 3-й.

Для високоміцного склеювання дощок, рам і інших виробів з деревини користуються казеїно-цементним клеєм.

Його склад (в м. ч.):

казеїновий порошок - 100
портланд цемент (марки 400) - 75
вода (при температурі 10-20 °) - 220-250
Межа міцності клейових з'єднань - 80 кг / см2.

Для приготування казеїно-цементного клею в клеянку наливають необхідну кількість води, а потім поступово, при остійному перемішуванні засипають казеїновий порошок. У разі сильного загусання клею перемішування слід припинити і дати клейовому розчину розріджувати, а потім можна продовжувати перемішування. Через 30-40 хвилин при перемішуванні додають цемент, попередньо просіяний через сито, що має 64 отвори на 1 см². Перемішування продовжують впродовж 50-60 хвилин до отримання однорідної маси. Після 10-15 хвилин відстоювання клей готовий до вживання. Стан роботи клею 3 години.

При склеюванні матеріалів товщиною понад 5 мм питомий тиск повинен бути 3-5 кг/см². при склеюванні матеріалів товщиною від 0,5 до 4 мм - 1-2 кг/см².

Витримка при склеюванні залежить від температури в приміщенні, приблизно це 12 годин.

Казеїно-цементний клей застосовують не тільки для склеювання деревини, але і кам'яних матеріалів.

Для самостійного приготування казеїну використовується сир мінімальної жирності .100 г сиру змішують з 200 см³ гарячої води, перемішують і 2-3 рази міняють воду. Після цього відокремлюють сир (зливаючи воду через марлю), віджимають і кладуть в емальовану каструлю, куди вливають 0,5 л 3-% розчину бури.

Вміст нагрівають до температури 40-50°С, перемішують і залишають стояти 3-4 години. Після цього знову перемішують до повного розчинення сиру.

Викладач: А зараз трошки історії.

Здобувач освіти: Історія казеїнового сягає своїм корінням у сиву давнину. Настільки глибоко, що невідомо хто вперше його застосував. Однак сліди речовини були знайдені ще в пірамідах Стародавнього Єгипту. А ось широке застосування датоване XIX століттям. Німеччина (Баварія) і Швейцарія перші почали активно користуватися клеючим матеріалом. Знаменний для продукту 1892 рік. Саме в цей період він отримав водостійкі властивості.

Викладач: Чи можна в домашніх умовах приготувати казеїновий клей? На виробництві його виготовляють з відходів молочної продукції. У продукти, отримані після переробки молока, замішується сичужний фермент. Таким чином отримують сичужний казеїн. Можуть додаватися і кислоти. Казеїн в цьому випадку носить назву кислотний. Як правило, використовується молочна кислота. Однак застосовуються і будь-які інші.

Але речовину отримують не тільки в промислових масштабах. У незначній кількості його можна зробити і в побуті.

Викладач:Як приготувати казеїновий клей у себе вдома? Технологія дуже проста. А головне, до складу клею не входить ніяких складних інгредієнтів. Всі їх можна знайти в звичайному продуктовому магазині. А значить, приготувати казеїн в домашніх умовах досить легко.

Здобувач освіти:Щоб зробити казеїновий клей, візьміть нежирне молоко, поставте в тепле приміщення, і дайте можливість згорнутися.
1. Профільтруйте його через папір. Масу промийте водою, і викладіть в тканинний пакет, бажано тонкий.
2. Доведіть до кипіння воду, і опустіть в неї речовина. Кип'ятіть до повного википання жиру.
3. Викладіть масу на плоску дерев'яну поверхню, і дайте висохнути природним шляхом. Не використовуйте опалювальні прилади для прискорення процесу!
4. В результаті вийде казеїн сірого кольору. Додайте трохи води, і перемішайте до консистенції сметани. Це і буде клеюча маса.

Підсумком таких маніпуляцій стане відмінний клей столярний, який можна використовувати для проклейки практично будь-яких матеріалів.

Викладач:

Однак приготувати казеїновий клей своїми руками можна по-іншому. Розітріть через сито нежирний сир. Промийте його теплою водою. В отриману масу по краплях додавайте нашатирний спирт. Продовжуйте так робити до отримання напівпрозорої желеподібної маси. Це і є казеїновий клей.

Здобувач освіти.Альбумінові клеї одержують переробкою альбуміну крові тварин, з якого виробляють сухий продукт у вигляді кристалів або пилу. Основна складова частина альбумінового клею – альбумін, який знаходиться в крові тварин. Його отримують шляхом випарювання до суха сироватки крові тварин. Клеючою речовиною цього клею є білки. Залежно від способу сушіння кров'яної сироватки альбумін може бути кристалічний або пилоподібний. Кристалічний альбумін має вигляд блискучих лусочок чорного кольору з червонуватим відливом. Пилоподібний альбумін являє собою порошок червонясто-коричневого кольору. Технічний альбумін, з якого готують клеї, має різні добавки. Альбумінові клеї більш водотривкі, ніж казеїнові, однак їх клейовий шов піддається набряканню. Склеювання проходить завдяки тому, що альбумін при нагріванні вище 63°С скипається і надалі твердіє, перетворюючись у нерозчинну речовину.

Здобувач освіти:Альбумін – основний білок організму, який має багато незамінних функцій. Препарати альбуміну використовують в

інтенсивній терапії, під час оперативних втручань, при травмах, опіках, захворюваннях нирок, печінки тощо.

Здобувач освіти: Альбумін або сухий яєчний білок – важливий інструмент у молекулярній кухні, а також у кондитерській сфері. Альбумін виготовляють із яєчного білка. За фактом яєчний білок висушують і перетирають у порошок. В результаті отримують консистенцію кремового кольору, яка практично не має запаху та смаку.

Сухий яєчний білок (альбумін) – це збалансована органічна добавка, яка має високу поживну цінність. Альбумін має більше переваг, ніж яйце!

Здобувач освіти: Використання альбумінового клею. У деревообробці він використовується для склеювання фанери, як і казеїновий. Альбуміновий хірургічний клей, якийвідрізняється тим, що до його складу входять45 % розчин альбуміну та 10 % розчинглутаральдегіду у співвідношенні 4:1, а такожінгібітор протеолізу "Гордокс" для перешкоджанняйого руйнуванню під дією факторів локальногопротеолізу і забезпечення тривалої та стійкоїфіксації тканин при виконанні оперативнихвтручань із розрахунку 100 000 ОД на 20 мл клею.

VI. Узагальнення вивченого матеріалу (10 хв.)

(Для перевірки вивченого матеріалу здобувачі виконують вправи)

1.Вправа «Сніжна куля».Слово – речення – запитання – відповідь.

Перший учень проговорює слово, що стосується даної теми, другий складає речення з цим словом, третій складає питання до цього слова, а четвертий відповідає на нього.

2. “Мозковий штурм”. Що спричиняє денатурацію білка? Це користь чи шкода? Де її можна використати у побуті?

3. Вправа “Злови помилку”.(користуючись отриманими знаннями, виправте помилки в тексті)

Викладач. Користуючись інформацією, яку ви отримали на уроці, маючи знання, які дозволяють вам критично мислити, оцінювати та аналізувати , використавши елементи медіаграмотності, маючи зразок певного виду клею, виконайте міні - хакатон: «Переваги, недоліки та застосування даного виду клею» (здобувачі освіти виконують завдання і захищають свої роботи)

VІI.Рефлексія. (3 хв.)

Викладач: Кожній команді представлені зразки їстівного клею (твердий сир, желейні цукерки, кров'яна ковбаса), ваше завдання класифікувати ці клеї. (здобувачі освіти називають зразки їстівного клею при цьому смакують ними).

VІІI.Підведення підсумків уроку (2 хв.).

аналіз діяльності здобувачів освіти у процесі всього уроку;
аналіз причин помилок, зроблених здобувачами освіти на уроці та способів їх усунення;
оголошення та обґрунтування оцінок.

IX. Домашнє завдання. Написати есе на тему «Тваринні клеї у деревообробці». (слайд 64)

Список використаних джерел:

Бруква, В. В. Матеріалознавство для столярів [Текст] :Підруч. для учнів проф.-техн. навч. закладів / В. В. Бруква, Т. В. Пятничук. – К. :Техніка, 2006.
Гавриляк А.І. Спеціальнатехнологія. – Львів. Оріяна – Нова, 2004.
Григорович О. В. Хімія (рівень стандарту) : підручник для 11 кл. закл. заг. серед. Освіти/- Харків Вид-во «Ранок», 2019.
Кривенко П.В. та ін. Матеріалознавство для будівельників: Підручник для учнів проф.-техн. навч. закладів. – К.: Техніка, 2006.
https://www.facenews.ua/press/2018/401437/YouTubе