Урок по теме «Цвет и вещество» (рекомендуется для классов медико- и химико-биологического профиля, а также классов естественнонаучной направленности; может быть использован в качестве занятия элективного курса )Класс: 10 или 11 (в зависимости от программы и профиля обучения)Учитель химии: Каршина Татьяна Евгеньевна ( МОУ «Гимназия №1 города Балаково Саратовской области)Тип урока: комбинированная форма проблемно-интегративного обучения.Задачи урока:

Образовательные задачи:закрепить понятие «гетероциклические соединения» и углубить их представление в пигментах растительного мира; развить идеи органической химии, какие как причины многообразия органических веществ, зависимости свойств (цвета) веществ от их состава и строения. На примере дисперсии показать взаимодействие вещество <= > свет, а также установить зависимость цвета вещества от различных факторов. Развивающие задачи: с помощью интегративных проблемно-творческих заданий развивать у учащихся приёмы логического мышления; вырабатывать умения и навыки переносить интеллектуальные операции в новые творческие ситуации, стимулировать познавательный интерес учащихся. Воспитательные задачи:формировать диалектико-материалистическое мировоззрение учащихся на основе осмысления причинно-следственных связей между палитрой окружающего мира и химико-физическими закономерностями; вырабатывать умения самостоятельно приобретать новые знания при работе с источниками информации.

Материалы и оборудование урока: спиртовая вытяжка хлорофилла, водный раствор антоцианов (вытяжка красной капусты), 20% и 0,001%-ный растворы гидроксида натрия, 1%-ный раствор соляной кислоты, бензин, пробирки, электрический фонарь или настольная лампа, чёрная бумага, выставка различных букетов цветов и плодов (или слайдовое их изображение), видеофильм «Цвет», прибор дисперсии света, выставка творческих работ учащихся, сводная таблица урока.

Ход урока

I этап урока. Актуализация чувственного опыта и опорных знаний учащихся.

Слово учителя. Беседа с учащимися.Значение этих соединений в природе, технике, медицине весьма велико. К ним относятся гемин крови, гетероауксин, витамины группы В, антибиотики, многие алкалоиды: хинин, морфин, никотин, а также красители. В огромном многообразии органического мира они составляют примерно половину от всех природных веществ. Как вы, ребята, думаете

1

1. К какому классу органических соединений могут принадлежать вышеназванные вещества?

2. Дайте определение данному классу веществ.3. Приведите примеры уже изученных вами гетероциклических

соединений.На доске в таблице ( можно наслайде) изображены структурные формулы веществ: хлорофилл, хризин, кверцетин, пеларгонидин, цианидин, дельфинидин

4. Определите, можно ли перечисленные вещества отнести к гетероциклам?

5. Производными каких гетероциклических соединений являются выше названные соединения?

6. Работая с опорной таблицей урока, отметьте структурные и функциональные группы атомов и их количественное значение. Приведите сравнительную характеристику составов перечисленных веществ.

Примечание: по вопросу №6 может быть дано опережающее задание ученику и учащиеся работают вместе с его ответом, заполняя поэтапно рабочую таблицу. А второй ученик, имея опережающее задание по слайдовому изображению или натуральной выставке, демонстрирует цветы, плоды и овощи с цветами и оттенками красного, синего, фиолетового, жёлтого, зелёного, оранжевого цветов. А также показывает полученные им вытяжки растительных пигментов с различной окраской.

II этап урока. Мотивация учебной деятельности учащихся.

Слово учителя.«Всё живое стремится к цвету,- говорил И.В. Гете. И, действительно, кто не восхищался красками цветочного мира, переливающимися оттенками осенней листвы, сочными и красивыми дарами сада и поля. Но далеко не всем известно, откуда у природы, такая богатая палитра. И одного созерцания мало, чтоб объяснить увиденное. А ведь красоту окружающего нас мира создают, именно вышеназванные вещества, образующие группы пигментов растительного мира.

(запись в тетради)г р у п п а в е щ е с т в апорфирины хлорофилл

флавоны хризин, кверцетин

антоцианыпеларгонидин, цианидин,

дельфинидин Есть и другие группы растительных пигментов. Но все невозможно перечислить, их около двух тысяч.

??? Проблемные вопросы. Как именно эти вещества определяют ЦВЕТ растения?

Какие факторы могут влиять на изменение цвета?

2

Как можно на примере растительных пигментов экспериментально подтвердить положения теории А.М. Бутлерова?

(Если у учащихся возникли трудности при попытке ответа на эти вопросы- необходимо продолжить совместную работу по поиску истины).

III этап урока. Сообщение темы, цели и задач урока.

Слово учителя (сообщение темы, цели и задач урока).Свойства – это признаки, по которым вещекства сходны или отличаются друг от друга. Сегодня опираемся при изучении на свойство вещества ЦВЕТ. Цвет- как всякое свойство должно определяться составом и строением вещества.Ещё в 18 веке женевский пастор Жан Сенебье задумался над вопросом: Почему этот зелёный мир зелен?И вы, наверное, находясь в царстве осени, не остаётесь равнодушными к тому, что среди осенней палитры красок (жёлтых, оранжевых, красных) ещё может наблюдаться господство зелёной листвы. Где всё-таки таится разгадка этого цветового осеннего превращения?

IY этап урока. Восприятие и первичное осмысление (осознание) учащимися нового материала. Лабораторный опытНа столах учащихся имеются: пробирки со свежеприготовленной спиртовой вытяжкой хлорофилла, склянки с бензином, 20%-ный раствор гидроксида натрия, цветные карандаши. (При выполнении опытов лучше всего использовать вытяжку хлорофилла комнатных теневыносливых растений –листья каллы, аспидистры, пеларгонии; менее пригодны вытяжки бегонии, содержащие в вакуолях много органических кислот, которые частично разрушают хлорофилл).Задание:а) Используя различную растворимость растительных красителей в спирту и бензине, необходимо определить, какие пигменты содержатся в зелёном листе. Рекомендуемая методика проведения опыта: к 2-3 мл вытяжки хлорофилла добавить столько же, закрыть большим пальцем пробирку, энергично взболтать и дать отстояться. Заметьте какой окраски образовались 2 слоя. Сделайте зарисовку результата опыта цветными карандашами. (рис. 1)Вывод: бензин, как более лёгкий – наверху, спирт - внизу. Оба слоя приобретают различную окраску: бензиновый – зелёную, спиртовой – жёлтую. Жёлтый цвет спиртовому раствору придаёт пигмент ксантофилл.Задание: Экспериментально подтвердите, что в бензиновом слое действительно находится пигмент каротин. б) В бензиновом слое находятся 2 пигмента: хлорофилл и каротин, который не заметен из-за интенсивно – зелёного цвета хлорофилла.

3

Чтобы Убедиться в том, что в бензиновом слое действительно находится пигмент каротин, необходимо испытайте эту смесь действием щелочи.Для этого к 2-3 мл спиртовой вытяжки пигментов необходимо добавить 4-5 капель раствора щелочи, смесь взболтать. Заметьте, изменяется или нет окраска смеси.К полученной смеси добавьте бензин, чтобы общий объём жидкости в пробирке увеличился в 2 раза, взболтайте и дайте отстояться. Что наблюдается? Результат опыта отразите зарисовкой в тетради.

Объяснение учителя (используется слайд или ранее заполненная таблица) По химическому строению хлорофилл представляет собой сложный эфир дикарбоновой кислоты хлорофиллина и двух спиртов – метилового и фитола. При омылении происходит разрыв сложноэфирных связей с образованием соли хлорофиллина и 2 спиртов:

С32Н30ОN4Mg(СООСН3)(СООС20Н39)+2NaOH=С32Н30ОN4Mg(CООNa)2+СН3ОН+ С20Н39ОН При омылении цвет раствора не меняется, так как соли хлорофиллина имеют зелёную окраску. При добавлении бензина верхний слой бензина окрашивается в жёлтый цвет пигментом каротином. Нижний спиртовой – зелёный благодаря в нём натриевой соли хлорофиллина, которая, в отличие от хлорофилла, в бензине не растворима. В спиртовом слое также находится пигмент ксантофилл, но его окраска маскируется интенсивно зелёным цветом натриевой соли. Проделанная вами экспериментальная работа показывает, что вытяжка листа содержит 2 жёлтых пигмента: каротин и ксантофилл. Количественное соотношение их в растениях примерно равное. Вывод. Цвет листьев в разное время года (в зависимости от интенсивности тепла и света) изменяется, так как происходит изменение количественного соотношения жёлтых пигментов каротиноидов и зелёного хлорофилла. Цвет изменяется от жёлто - зелёного у молодых до интенсивно - зелёного у взрослых и ярко – жёлтого цвета у опадающих осенних листьев. Антоцианы – гетероциклические соединения – придают осенним листьям багряный румянец.

??? Проблемный вопрос учащимся. Какого цвета хлорофилл? И всегда ли зелёный цвет хлорофилла соответствует действительности? Выводы сделать из наблюдений личного жизненного опыта и прочтения рассказа Н. Матвеевой «Чудо света».( Отрывок из рассказа) «…Бесконечные потоки лучей яркого июльского солнца срывались на могучую крону вековых дубов. Моему взору казалось, будто сердце леса начинало обнажаться. На ветвях пробрезжили красным листики тёмной зелени. И над моей головой появилось красное свечение, исходящее из-под полога леса. Столб красного света наполнял меня жизненной энергией, и я ощущала себя маленькой частицей в этом загадочном мире…». Удивительное цветное природное явление!

4

??? Проблемный вопрос учащимся. Может ли зелёный хлорофилл может превратиться в красный…? И соответствует ли это действительности?(Если есть версии, то они высказываются)

Примечение (Эта работа может быть представлена как опережающее творческое задание ученика или группы учеников с последующим отчетом на уроке).

??? Проблемный эксперимент (Моделирование эксперимента подобного природному явлению)Задание: исследовать зависимость цвета вытяжки от концентрации флорофилла.Рекомендуемая методика проведения эксперимента: для опыта нужен фонарик или настольная лампа, несколько пробирок с различной высотой столба раствора хлорофилла завёрнутых черной бумагой, чтобы свет сбоку не попадал на раствор. Свет от фонаря или лампы должен проходить через раствор снизу вверх. Поочерёдно сменяя пробирки над проходящим снизу светом, заметьте изменение окраски. Результаты увиденного зарисуйте в тетради.

( примерная картина увиденного)

высота столба хлорофилла

цвет вытяжки при проходящем свете

пробирка 1

≈1,5см жёлто-зелёный

пробирка 2

≈4см изумрудный

пробирка 3

≈8см жёлто-коричневый

пробирка 4

≈ 10см вишнёво-красный

Объяснение результатов увиденного.Слово учителя.Объясняется это тем, что по мере увеличения высоты столба жидкости в пробирке изменяются условия освещения молекул хлорофилла, а следовательно, и поглощение ими света. Пока вытяжки в пробирке немного, она имеет в проходящем свете характерный для хлорофилла изумрудно-зелёный цвет, обусловленный сочетанием непоглощённых зелёных, части голубых, жёлтых и дальних красных лучей. По мере увеличения количества хлорофилла постепенно поглощаются сначала голубые и жёлтые, а затем и зелёные лучи. Остаются непоглощёнными только дальние красные лучи. Поэтому в очень большом слое раствор хлорофилла в проходящем свете имеет не зелёный, а вишнёво-красный цвет. (фрагмент слайда или рисунка на доске)

а) б) в)

5

400 560 720 400 560 720 400 560 720

Длина волны, нмРис. Поглощение света хлорофиллом в зависимости от концентрации пигмента.а) – в разбавленном растворе (поглощаются средняя часть красного и сине-фиолетовая области спектра; б) раствор повышенной концентрации (поглощаются голубые, желтые, оранжевые лучи; в) сильно концентрированный раствор (поглощаются все видимые лучи солнечного спектра за исключением дальних красных лучей.

Поэтому иногда в густом лесу можно видеть красное свечение, исходящее из-под полога леса. Изменённый солнечный свет, в котором мало лучей, хорошо поглощаемых хлорофиллом, - одна из причин того, почему светолюбивые растения не могут жить под пологом других растений.

Примечание. Учитель может исключить своё объяснение изменению окраски хлорофилла от его концентрации. Мотивированные ответы увиденного учащиеся могут пытаться дать на основании предложенного слайда учителем и сформулированными им вопросами.

Y этап урока. Осмысление объективных связей и отношений в изучаемом материале и раскрытие внутренней сущности изучаемых явлений.

Опираясь на основные положения теории химического строения А.М. Бутлерова, показывающие взаимосвязь свойств вещества с его составом и строением , необходимо продолжить заполнение сводной таблицы. Цвет (свойство) вещества зависит от способности пигментов отражать и поглощать свет. На примере антоцианов, которые являются представителями гетероциклических соединений, можно раскрыть объективную взаимосвязь причинно-следственного характера между составом и свойством растительных пигментов.

Сообщение учащихся ( использование дополнительной литературы)Вопрос. Поглощающие и отражающие способности природных красителей. Роль этих способностей в жизни растений. Первый учащийся. В классе мы затронули группу антоцианов, к которым принадлежат гетероциклические соединения пеларгонидин, цианидин, дельфинидин, поэтому моя работа была посвящена им. В клетках содержится обычно несколько различных антоцианов, а химический состав растений изменяется с возрастом, то окраска даже

6

краткоживущих венчиков может изменяться на протяжении дня. Ярко-красные розы, голубые васильки, фиолетовые анютины глазки, яблоки, вишни, виноград, черника, голубика, краснокочанная капуста, корнеплоды свеклы, красные осенние листья содержат антоцианы. Больше всего антоцианов накапливают растения в местностях с суровыми климатическими условиями (Арктика, высокогорные луга). Антоцианы поглощают свет в ультрафиолетовой и зеленой областях спектра. Поглощённая энергия частично превращается в тепло, повышая на 1-4 градуса температуру листьев, пестиков, тычинок. Это создаёт благоприятные условия как для фотосинтеза, так и для оплодотворения и прорастания пыльцы в условиях пониженных температур. У высокогорных растений, поглощая избыток солнечной радиации, защищают хлорофилл и наследственный аппарат клетки от повреждений. Поступая в организм человека, антоцианы проявляют действие, сходное с действием витамина Р. В цветках львиного зева, анютиных глазок помимо антоцианов есть флавонолы (кверцетин). Флавоны интенсивно поглощают ультрафиолет. Поэтому особенно богаты этими пигментами цветки и листья тропических растений.Установлено, что, поглощая ультрафиолетовые лучи, флавоны предохраняют хлорофилл и цитоплазму клеток от разрушения. Характерное для хлорофилла поглощение света определяется химической структурой его молекулы. Система сопряжённых связей играет большую роль в поглощении сине-фиолетовых лучей. Присутствие магния в ядре молекулы обуславливает поглощение в красной области.

На основании сказанного учеником заполняется таблица, показывающая способности пигментов поглощать или отражать определённый спектр света, приобретая характерный ЦВЕТ.

Второй учащийся. Вопрос. Влияние среды на изменение цвета пигмента (доказательство с использованием эксперимента)

Нарушение структуры вещества (пигмента) приводит к изменению цвета. Например, если удалить из хлорофилла магний действием кислоты, то окраска станет бурой. Это можно подтвердить следующим опытом: Демонстрация 1 опыта: Для опыта нужна спиртовая вытяжка хлорофилла и разлить её в пробирки. Одна из пробирок контрольная. Впробирку с вытяжкой добавить 2-3 капли соляной кислоты.В результате взаимодействия хлорофилла с кислотой магний замещается двумя атомами водорода и образуется вещество бурого цвета – феофитин:

С32Н30ОN4 Mg(СООСН3)(СООС20Н39)+2HCl = С32Н32ОN4 (СООСН3)(СООС20Н39) +MgCl2Демонстрация2 опыта: Для опыта нужна водная вытяжка краснокочанной капусты, полученной при 70 градусах. В пробирку с вытяжкой прилить 1% -ной соляной кислоты кислоты. Если полученная вытяжка имела

7

первоначально буроватую окраску, то после добавления примет красивый розово-красный цвет. У краснокочанной капусты исходная вытяжка имеет красно-фиолетовый цвет. В сильнокислой среде (рН 2-3) она приобретает красный, а при рН 4-5 – розовый цвет. В результате нейтрализации розово-красный цвет изменяется сначала на синий (нейтральная среда, рН 6-7), затем на зелёный (рН 8), жёлто-зелёный (рН 9-10) и в сильно щелочной среде на жёлтый. Вывод. Изменения окраски пигментов связаны с перестройками в молекулах этих гетероциклов.

YI этап урока. Обобщение и систематизация знаний.

Беседа учителя с учащимися (на основании заполненной таблицы и записей в тетради)

От каких факторов зависит свойство вещества – ЦВЕТ? Как состав изученных пигментов влияет на поглощающую

способность света? Какие факторы влияют на изменение ЦВЕТА вещества?(состав вещества, строение вещества, концентрация вещества, поглощающая способность света, среда раствора, интенсивность света)

YII этап урока. Сообщение домашнего задания.

Просмотрите видеофрагмент фильма «Цвет» (2 мин), поработайте дома и в библиотеке с дополнительной литературой, ответьте на вопрос??? Существует ли разница получения цвета при помощи световых лучей, акварельных красок, гуаши, масляных красок.

YIII этап урока. Подведение итогов уроков.

Выставление оценок. Оргмомент.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Вид таблицы до начала урока (стр.8). 2. Вид таблицы по окончании урока (стр.9).

8

ПигментыВещества, их состав и строение Структурные группы

атомовЦвет вещества Поглощение

спектра

порфирины

Хлорофилл зелёный

флавоны

хризин

кверцитин

жёлтый

жёлто-коричневый

антоцианы

пеларгонидин

Цианидин

дельфинидин

красный

синий

фиолетовый

пигменты Вещества, их состав и строение Структурные группы Цвет вещества Поглощение

9

атомов спектра

порфирины

Хлорофилл

4 пиррольныхкольца, магниевый

порфириновый комплекс, 4 гетероатома азота.

зелёный Поглощение в красной области и сине-

фиолетовых лучей.

флавоны

хризин

Кверцитин

3 ароматических кольца, 1 карбонильная группа, 1

оксигруппа, 2 гидроксигруппы.

3 ароматических кольца, 1 карбонильная группа, 1

оксигруппа, 5 гидроксигрупп.

жёлтый

жёлто-коричневый

Поглощение ультрафиолета.

Поглощение ультрафиолета

антоцианы

пеларгонидин

цианидин

дельфинидин

3 ароматических кольца, 1 оксигруппа, 1 хлоратом,

4 гидроксигруппы.

3 ароматических кольца, 1 оксигруппа, 1 хлоратом,

5 гидроксигрупп.

3 ароматических кольца, 1 оксигруппа, 1 хлоратом,

6 гидроксигрупп.

красный

синий

фиолетовый

Поглощение ультрафиолетовой и

зелёной части.

Поглощение зелёной части и некоторой части

ультрафиолета.

Поглощение зелёной части и некоторой части

ультрафиолета

10

Рекомендуемая литература для подготовки и проведения урока:1. Грандберг И.И. Органическая химия. М.: Дрофа, 20022. Николаев Л.А. Химия жизни. Пособие для учителей. М.: «Просвещение», 19773. Павлов Б.А. и Терентьев А.П. Курс органической химии. М.: «Химия», 19694. Артеменко А.И. Органическая химия: Теорет. Основы: углубл. Курс. М.: «Просвещение», 20015. Карабанов И.А. Флавоны в мире растений.- Мн., 19816. Лебедева Т.С., Сытник К.М. Пигменты растительного мира. – Киев, 1986Травкин М.П.

Занимательные опыты с растениями. М., 1960

11

Данные учителя

Каршина Татьяна ЕвгеньевнаГимназия 1 г. БалаковоУчитель химии (высшая квалификационная категория)Стаж работы: 27 лет Домашний адрес:Саратовская область413800 г. БалаковоУлица Свердлова, дом 29 кв. 56Дом.тел. 8(8453) 35-00-32

12