1. SKLENÍKOVÝ EFEKT Plynný obal Země atmosféra velice účinně chrání vše živé na naší planetě. Zabraňuje pronikání škodlivého UV (ultrafialového) záření, propouští však viditelné a tepelné záření. Zároveň částečně zabraňuje úniku tepla zpět do vesmíru. Bez toho by totiž byla Země podobně jako Měsíc horká ve dne a v noci mrazivě studená. Důvodem částečného zabránění úniku tepelného záření je i přítomnost skleníkových plynů, např. oxidu uhličitého ve vzduchu. Jeho molekuly účinně zachycují vystupující tepelné záření z povrchu Země (směrem zpět do vesmíru) a zpětně ho vyzařují všemi směry, a tedy i zpět k zemskému povrchu. Tak dochází k jeho zadržení, a tím i k ohřívání povrchu Země. Úloha 1 Radka, Katka, Milan a Jirka se dohadovali, proč způsobuje oxid uhličitý skleníkový efekt. Určete, kdo z nich měl pravdu. A Radka: Oxid uhličitý je nehořlavá látka, a proto se v atmosféře snadno ohřívá. Ohřátý oxid uhličitý stoupá vzhůru a hromadí se v horních vrstvách atmosféry. Jeho vrstva pak, podobně jako sklo ve skleníku, chrání Zemi před škodlivým zářením. B Katka: Část slunečního záření, které prochází vrstvami atmosféry, pohltí zemský povrch. Zemský povrch vysílá zpět především tepelné záření. Vzduchem s větším obsahem oxidu uhličitého však proniká zpět do vesmíru méně tepelného záření vysílaného povrchem Země. C Milan: Molekuly oxidu uhličitého přeměňují světlo na teplo. Od nich se ohřívají molekuly dalších plynů v atmosféře, zejména dusíku a kyslíku. Tyto molekuly po dopadu na povrch země ohřívají horniny a vodu a tím dochází k celkovému oteplování. D Jirka: Oxid uhličitý má větší hustotu než kyslík a dusík ve vzduchu. Proto se pohybuje v opačném směru než ostatní plyny. Třením jeho molekul o jiné molekuly obsažené ve vzduchu vzniká teplo. Tím se celá atmosféra stále více ohřívá. Úloha 2 K zesilování skleníkového efektu přímo přispívá provoz: (v každém řádku zaškrtněte pouze jeden čtvereček) a) jaderných elektráren b) tepelných elektráren c) automobilů bez katalyzátorů d) automobilů s katalyzátory e) kamen na zemní plyn f) kamen na dřevěné piliny g) kamen na elektrický proud h) kamen na lehký topný olej. ANO NE 53
Úloha 3 Na Zemi ale dochází také k zeslabování skleníkového efektu (snižování množství oxidu uhličitého v atmosféře). K tomuto ději přispívají: (v každém řádku zaškrtněte pouze jeden čtvereček) a) tropické deštné lesy b) lesy c) jakékoliv zelené rostliny na souši d) ryby a ostatní vodní živočichové e) suchozemští živočichové f) řasy v mořích ANO NE Úloha 4 V literatuře, popř. na internetu vyhledejte kromě CO 2 alespoň ještě dva skleníkové plyny a uveďte, jak se ve větším množství dostávají do atmosféry. Úloha 5 Ve veřejných médiích se stále mluví o nebezpečí skleníkového efektu pro naše životy. Zkuste si proto představit, že by se lidstvu z hlediska tohoto nebezpečí podařilo skleníkový efekt zcela odstranit. Uveďte svou teorii o další existenci života na Zemi v tomto případě. Využity publikace: PUMPR, V., a kol. Základy přírodovědného vzdělávání pro SOŠ a SOU chemie. 2. vydání. Praha: Fortuna, 2010, 48 s. tištěná část, 221 s. část na CD. ISBN 978-80-7373-030-7 CD s. 32, 147, 177, 178. BENEŠ, P., PUMPR, V., FRÝZKOVÁ, M. Základy praktické chemie a náš život pracovní sešit. Praha: Fortuna, 2005. 32 s. ISBN 80-7168-939-4 s. 4. BENEŠ, P., PUMPR, V., FRÝZKOVÁ, M. Autorská řešení: Základy praktické chemie pracovní sešity 1, 2, Základy praktické chemie a náš život. Praha: Fortuna 2008. 16 s. ISBN 978-80-7373-039-0. 54
2. REKLAMA Z technického listu výrobku se můžete dočíst následující informace: Použití: Univerzální extra silné dvousložkové lepidlo lepící většinu materiálů. Je vhodné k lepení kovů, dřeva, dřevotřísky, skla, porcelánu, keramiky, pryže, kamene, plastických hmot včetně povrchově upravených termoplastů (polyethylen, polypropylen). Tyto materiály lepí navzájem i v kombinacích. Lepidlo odolává teplotám od 20 oc do 100 oc, vodě, oleji, běžným rozpouštědlům, zředěným kyselinám a louhům. Po vytvrzení jej lze opracovávat. Lepidlo není určeno pro lepení předmětů přicházejících do přímého styku s poživatinami a hraček určených dětem do 3 let. Popis produktu: Jedná se o průhledné bezbarvé dvousložkové neplněné epoxidové lepidlo. Lepidlo má dlouhou dobu zpracovatelnosti a malou závislost výsledných vlastností spojů na přesnosti dodržení předepsaného směšovacího poměru. Lepidlo je možné po zahuštění práškovými plnivy (kovovými či dřevěnými pilinami, cementem apod.) použít i jako tmel. Přidáním pigmentů (max. do 30 % z objemu základní pryskyřice) nebo olejových barev lze připravit i barevné kompozice. Návod k použití: Lepené plochy se důkladně očistí a odmastí, hladké plochy mechanicky zdrsní. Lepicí směs se připraví tak, že do dvou dílů složky A se vnese jeden díl složky B a důkladně se promíchá. Doba zpracovatelnosti je pro 20 g 30 g směsi 30 minut. Se vzrůstající teplotou a množstvím směsi se doba zpracovatelnosti zkracuje. Na lepené plochy naneste lepidlo v pravidelné vrstvě a spojte je. Slepené předměty zajistěte proti posunu a ponechte v klidu minimálně 4 hodiny. Plné vytvrzení spoje nastane za 24 hodin, maximální pevnosti je dosaženo po 120 hodinách. Úloha Na základě informací o produktu vymyslete jeho název. Dále vymyslete krátký reklamní slogan na propagaci tohoto výrobku a design jeho obalu (papírová krabička). Ti, kteří mají chuť, mohou navrhnout jeho reklamu do odborného časopisu o lepení. 56
3. VÝSTŘIŽEK Z NOVIN Současné ceny benzinu a nafty vedou mnohé řidiče k volbě levnějšího druhu paliva např. kapalného propan-butanu označovaného jako LPG. Pro přestavbu jsou vhodná prakticky všechna osobní auta s benzinovými motory. Přechod na plyn tyto motory méně zatěžuje, čímž se prodlužuje jejich životnost. Bylo také zjištěno, že při plynovém pohonu jsou emise škodlivých látek do ovzduší daleko nižší. Auto bez katalyzátoru s dobře seřízeným motorem na propan-butan má navíc příznivější složení emisí než automobil s katalyzátorem a benzinovým pohonem. V případě havárie je vůz na propan-butan bezpečnější než automobil s benzinovou nádrží. Propan-butan má totiž větší hustotu než vzduch a rychle se rozlévá po zemi. Naproti tomu benzinové páry z vylité nádrže stoupají vzhůru, kde se dostávají do kontaktu s horkými částmi výfuku motoru, popř. s jiskrami ze zkratu akumulátoru. Úloha Tento text pokračoval na další novinové stránce, ta ovšem v novinách odnesených z ordinace doktora chyběla. Ti pacienti, musí vytrhávat stránky zrovna tady! Otce celá věc ohromně zaujala, protože o přestavbě naší nové fabky na plynový pohon velmi uvažuje. A tak s rodinou zapředl hovor na téma výhod a nevýhod plynového pohonu. Naneštěstí nejsme nikdo dobrý chemik, fyzik ani obdivovatel aut, a tak jsme museli dohledat informace na internetu. Výhody jsou nám jasné, ale nevýhody, které byly popsány jen v náznacích, nedokážeme vysvětlit. Využijte své znalosti nebo jakýkoliv vhodný zdroj a pomozte nám doplnit informace z internetu! a) Jednou z nevýhod plynového pohonu je zákaz takto přestavěných vozů vjíždět do některých podzemních garáží. Tento zákaz je dán především proto, že... b) Další nevýhodou je, že pokud dojde k požáru takto přestavěného auta, tak může dojít k... c) Moderní podzemní garáže zvyšují bezpečnost tím, že... Upraveno a doplněno z: PUMPR, V., BENEŠ, P., BANÝR, J., JIŘIČKA. Metodická příručka k řadě učebnic Základy praktické chemie pro 8. a 9. ročník základní školy. Praha: Fortuna, 2005. 59
4. POHON AUTOMOBILŮ Z POLÍ Všichni známe a na jaře obdivujeme žlutá pole kvetoucí řepky olejné. Pokud tedy nejsme alergici, kteří neobdivují nic, jen tiše klejí do kapesníku. Olej vylisovaný ze semen řepky slouží především k výrobě bionafty. Ta se vyrábí z řepného oleje a methanolu. Při výrobě vznikají methylestery kyselin vázaných v řepkové oleji (tzv. MEŘO). Jako vedlejší produkt vzniká glycerol. Při zapalování MEŘO hoří lépe než nafta získávaná z ropy. Výrazně snižuje zamořování ovzduší kouřem z motorů aut (množství pevných částic, oxidu siřičitého, jedovatých uhlovodíků a desítek dalších látek ve spalinách). Velkou předností MEŘO je, že při úniku např. do půdy se rychle rozkládá. Na druhou stranu však MEŘO neumožňuje takový výkon motoru jako motorová nafta z ropy. Navíc způsobuje větší korozi a více narušuje součástky z pryže. Proto se dnes pod názvem bionafta (přesněji bionafta II. generace) používá palivo obsahující 31 % MEŘO (methylesterů kyselin z řepkového oleje) a zbytek jsou látky získané destilací ropy. Důležitým palivem pro spalovací motory může být také ethanol získávaný kvašením sacharidů z obilnin a brambor. Jde o další přírodní znovuobnovitelný zdroj paliva, který může být náhradou vyčerpatelných zdrojů ropy. V některých státech, např. v Jižní Americe, je takto získávaný ethanol významnou (často nadpoloviční) součástí automobilového benzinu. Úloha Uveďte hlavní důvod, proč stojí za to získávat zdroje energie z rostlin pěstovaných zemědělci. Rozdělte třídu na dvě skupiny. První skupina bude představovat lobby pěstitelů plodin, z nichž lze vyrábět bionaftu, a zároveň lobby podnikatelů vyrábějících MEŘO. Druhá skupina bude představovat lobbisty naftařských společností. Na jedné stránce s využitím nejpádnějších a nejlépe formulovaných argumentů přesvědčte politiky o své pravdě. Poradíme vám, že politik nepřečte víc než 1 stránku fontem Calibri velikosti 14, na víc nemá čas. I úprava a strukturace textu vám u nich může přinést cenné body. Upraveno a doplněno z: BENEŠ, P., PUMPR, V., BANÝR, J. Základy praktické chemie pro 9. ročník základní školy pracovní sešit. 3., upravené vydání. Praha: Fortuna, 2010. 40 s. ISBN 978-80-7373-065-9 s. 40. 61
5. ROPA A MOTOROVÁ PALIVA Ropa je dnes považována za nejdůležitější surovinu. Její objem se obvykle udává v barelech. Jeden barel je 159 litrů. (Jedné tuně ropy odpovídá přibližně 7,3 barelů). Ropa se z jejích nalezišť dopravuje buď ropovody, nebo po moři v tankerech. Někdy bohužel dochází k nehodám lodí, při nichž ropa uniká do moře. V takovém případě se velmi často hovoří o ekologických katastrofách, zvláště v případě, že ropná skvrna je blízko pobřeží. V ČR se ropa dopravuje ropovody do centrálního tankoviště u Neratovic. Odtud je opět ropovodem čerpána do rafinerie v Litvínově a zároveň je odsud odebírána ke zpracování v rafinerii v blízkých Kralupech nad Vltavou. V obou rafineriích je ropa nejprve odsířena a zbavena vody a dalších příměsí. Potom je destilována za atmosférického tlaku. Hlavní získávané frakce jsou benzin, petrolej, plynový olej a uhlovodíkový zbytek mazut. Benzinová frakce získaná z atmosférické destilace ropy má nízké oktanové číslo, a proto není přímo použitelná ve spalovacích motorech. Musí se dále upravovat a znovu rozdělovat destilací. Při této destilaci se jen jedna takto získávaná frakce využívá již přímo jako složka automobilového benzinu. Některé další frakce se pro výrobu motorových paliv dále podrobují tzv. izomerizaci, popř. i katalytickému reformování, jiné slouží jako surovina k výrobě ethylenu a propylenu. Petrolejová frakce získaná z atmosférické destilace ropy se nejprve (obdobně jako frakce benzinová) zbavuje sirných a dusíkatých látek a následně se upravuje podle způsobu jejich využití jako příměs do motorové nafty, nebo jako součást leteckého benzinu pro turbinové motory. Plynový olej získaný z atmosférické destilace ropy se dále zpracovává na hlavní složku motorové nafty. Vakuovou destilací uhlovodíkového zbytku (mazutu) z atmosférické kolony se získají další tři frakce a vakuový zbytek. Takto získané frakce se krakují za přítomnosti vodíku. Získané produkty jsou využívány po dalším zpracování např. k výrobě motorových paliv, k výrobě ethylenu, propylenu a olejů. Asfalt ( jako vakuový zbytek) se oxiduje v oxidačních reaktorech a využívá se k výstavbě povrchu silnic. V ČR se v dnešní době přidává do automobilových benzinů do 5 % lihu a do motorové nafty tzv. MEŘO v přibližně stejném množství. Líh se získává ze zkvašených zemědělských přebytků (např. brambor, obilí), MEŘO je methylester řepkového oleje. To vysvětluje tak rozšířené pěstování řepky olejky. V budoucnu má podíl lihu v benzinu a metylesterů řepkového oleje v palivech stoupat. 63
Úloha 1 Výše uvedený popis obsahuje některé termíny, které nemusí být každému jasné. Patří mezi ně např. barel, ekologická katastrofa, benzin, oktanové číslo, izomerizace, katalytické reformování, petrolej, motorová nafta vakuová destilace. V literatuře nebo na internetu vyhledejte a k článku v jedné až čtyřech větách doplňte výkladový slovníček neznámých pojmů. 64
Úloha 2 Uveďte alespoň tři produkty, které užíváte nebo spotřebováváte, v nichž není skryta spotřeba ropy a výrobků z ní. (Uvažujte nejen jejich výrobu, ale i dopravu!!!) Úloha 3 Pročtěte si některé studie nebo články o biopalivech přidávaných do benzinů a motorové nafty a zhodnoťte jejich skutečný vliv na výsledné množství uvolňovaného oxidu uhličitého v atmosféře. V souvislosti s biolihem přidávaným do benzinů uvažujte ještě také cenu potravin např. v nejchudších regionech světa. 65
6. JE ALKOHOL METLA LIDSTVA? Požívání alkoholických nápojů je známé odpradávna. Alkohol se pil na královských dvorech, byl součástí různých rituálních a náboženských obřadů. Významnou roli ve společnosti zastává dodnes. Bez nadsázky lze říci, že alkohol je králem kdejaké oslavy. Zlepšuje náladu, odstraňuje zábrany. Pokud mu odpustíme fakt, že po určitém požitém množství snižuje naše motorické schopnosti (např. známé opilecké motání se), artikulaci (veselé opilecké blábolení), že nás nutí dělat nejrůznější vylomeniny (řídit auto bez řidičáku, sjíždět zvesela kopce na lyžích apod.), na které bychom za střízliva ani nepomysleli, že po něm občas usneme ještě v restauraci s hlavou umně vloženou v louži rozlitého piva, že je z nás cítit na sto honů, pak králem bezesporu je. I když popravdě, co je atraktivního na motajícím se blábolícím jedinci, který co chvíli usne, páchne jako sud a občas je agresivní? A to mluvíme o krátkodobých účincích. Co nemůžeme ale alkoholu upřít, jsou některé jeho dobré vlastnosti. Občas si dát skleničku dobrého vína ostatně nezakazují ani lékaři. Kromě toho, že má dobrou chuť, může pomoci v malém množství např. při nízkém tlaku (i když stejnou službu vám může udělat i káva). Alkohol je ale nejen slivovice, becherovka nebo pivo, na alkohol, tedy etanol také musíme hledět jako na důležitou chemickou látku, bez které by se neobešla řada průmyslových odvětví. Etanol je výborné rozpouštědlo vzpomeňte na poučku z učebnice Co se nerozpouští ve vodě, je zpravidla rozpustné v etanolu. Etanol má dezinfekční účinky. Používá se například v lékařství, při výrobě voňavek nebo čisticích prostředků (např. okeny). V současnosti se také přidává do benzinu jako tzv. biolíh. Zkrátka u alkoholu platí okřídlené přísloví: Alkohol je dobrý sluha, ale také zlý pán. Úloha 1 Vysvětlete, proč se o alkoholu (podobně jako např. o ohni) někdy říká, že je dobrý sluha, ale zlý pán. Úloha 2 Jaké množství alkoholu považují doktoři za přijatelné pro denní konzumaci? Vyhledejte tuto informaci ve vhodném zdroji. 68
Úloha 3 V dobách, kdy se do benzinu ještě nepřidával žádný etanol, mnozí řidiči sami v zimě přilili do plné nádrže asi 0,2 l technického lihu. Říkali, že to dělají proto, aby jim při delším stání vozidla nezamrzl přívod benzinu z nádrže do motoru. Na základě svých znalostí z chemie uveďte, zda měli tito řidiči pravdu. (Při přemýšlení si uvědomte, že benzin vždy obsahuje stopové množství vody.) Úloha 4 Proč označujeme etanol přidávaný do benzinu jako biopalivo? Upraveno a doplněno z: JANOUŠKOVÁ, S.; PUMPR,V.; MARŠÁK, J.: Motivace žáků ve výuce chemie SOŠ pomocí úloh z běžného života, Metodický portál RVP [on-line]. 2010 [cit. 2010-12-26]. Dostupné na www: http://clanky.rvp.cz/clanek/c/o/4625/uvod-do-studia-chemie.html/ ISSN: 1802-4785. 69
7. DOZRÁVÁNÍ OVOCE Motivační otázka: Věděli byste, proč jsou v prodejnách jablka zjara stejně čerstvá jako na podzim? Reportáž uvedená v rádiu, jejíž přepis si můžete nyní přečíst, vám pomůže na otázku nalézt odpověď. Reportér: Jablka se u nás pěstují ve velkém pro prodej v ovocnářských sadech a pro běžnou spotřebu v soukromých zahradách. Napadlo vás někdy, čím to je, že jablka prodávaná až na jaře následujícího roku po sklizni jsou téměř jako čerstvě utržená? Přitom naše uskladněná jablka již taková nejsou. Proč tomu tak je? Odborník na uskladňování ovoce: Většina prodávaných jablek je do obchodů přivážena z jejich velkoskladů. V nich bývá ovzduší, které obsahuje přibližně 1 % kyslíku, 2,5 % oxidu uhličitého a jeho teplota se udržuje mezi 1 ºC až 3 ºC. Důležitou součástí získávání tohoto ovzduší je destilace zkapalněného vzduchu. Probíhá za velmi nízkých teplot, protože např. teplota varu kyslíku je 183 ºC, dusíku 196 ºC. Navíc se z tohoto ovzduší stále odděluje ethen, který skladovaná jablka uvolňují a který urychluje jejich zrání. Úloha 1 Na základě přečtení reportáže uveďte, jaký je rozdíl mezi ovzduším ve velkoskladu a ovzduším mimo něj. Pro vyjádření tohoto rozdílu využijte hmotnostní zlomek. V ovzduší velkoskladu jablek oproti ovzduší za jeho branami je hmotnostní zlomek: (v každém řádku zaškrtněte pouze jeden čtvereček) a) kyslíku b) oxidu uhličitého c) dusíku d) vodíku větší beze změny menší 72
Úloha 2 Čím musí být pracovníci s ohledem na své zdraví vybaveni při kontrole jablek ve velkoskladu? Své tvrzení zdůvodněte. Úloha 3 S užitím vašich poznatků o chemických reakcích a podmínkách pro život mikroorganismů vysvětlete, proč má složení ovzduší vliv na kažení jablek. Úloha 4 Proč se teplota ovzduší ve velkoskladu udržuje právě mezi 1 ºC až 3 ºC? (doplňte) a) Při teplotě větší by b) Při teplotě menší by Převzato z: BENEŠ, P., PUMPR, V., ADAMEC M., JANOUŠKOVÁ S. Základy chemie Klíč k úspěšnému studiu. Praha: Fortuna, 2006. 56 s. a CD. ISBN 80-7168-983-1 s. 45. 73