WYNIKI  FINAŁU 

SZKOLNEGO  KONKURSU  WIEDZY  TECHNICZNEJ

 

W dniu 26 maja 2008 r. odbył się FINAŁ  SZKOLNEGO  KONKURSU  WIEDZY  TECHNICZNEJ.

W finałowej rozgrywce wzięło udział 10 uczniów naszej szkoły, którzy wcześnie

pomyślnie przebrnęli przez eliminacje.

 

W finale wystartowali następujący uczniowie: Marcin Boroń  2TM, Paweł Fuławka  2TM,   

Kamil Koleśnik  1TM,  Jakub Kotowicz  2TM,  Dawid Kowalski 2TM,  Tomasz Kuśnierzowski  1TM,  Mateusz Mydłowski 2TM,  Robert Przykład 2TM,  Łukasz Szostek  1TM,  Łukasz Tymczyszyn  1TM.

 

Laureatami konkursu zostali:

 

1. Dawid Kowalski  klasa 2TM

2.   Tomasz Kuśnierzowski  klasa 1TM

3.   Kamil Koleśnik  klasa  1TM

 

 

Każdy z uczestników finału z rąk Dyrekcji Szkoły otrzymał dyplom

uczestnictwa a zwycięzcom zostaną również wręczone nagrody rzeczowe

na uroczystym apelu w dniu zakończenia roku szkolnego.

 

 

 

 

 

 

 

---

MATERIAŁY PRZYDATNE DO FINAŁU SZKOLNEGO KONKURSU WIEDZY TECHNICZNEJ

 

 

WĘGIEL

Z węglem już starożytni mieli kłopoty i trwa to do dzisiaj. Problem polegał na tym, że nadano to miano substancjom, które z punktu widzenia chemika nim nie są: węglom kopalnym (kamiennemu i brunatnemu) i węglowi drzew­nemu, natomiast diamentu i grafitu (będącymi czystym pierwiastkowym węglem) nie uważano za węgiel. Także i obecnie wielu z nas z powąt­piewaniem przyjmuje pokrewieństwo lśniących brylantów z brudzącą sadzą. W języku polskim ponadto jedną nazwą określa się pierwiastek węgiel i jego kopaliny. Inne języki rozróżniają te pojęcia, ale nie wpadajmy w słowotwórcze kompleksy-wszak mamy glin jako pierwiastek i aluminium jako metal użytkowy.

Węgiel w układzie okresowym  pierwiastków znaj­duje się w grupie 14. i 2. okresie. Jego położenie w środku układu (najlepiej to widać w tzw. krót­kiej formie tablicy Mendelejewa) powoduje, że ma on unikalne właściwości. Nie będzie chętnie oddawał lub przyjmował elektronów, za to potrafi wytworzyć aż cztery silne wiązania z atomami innych pierwias­tków (co prawda w tlenku węgla określa się jego wartościowość jako równą dwa, ale jest to problem bardziej złożony) oraz pozostałymi atomami węgla o praktycznie dowolnej wielkości i strukturze. Te ce­chy warunkują istnienie oszałamiającego bogactwa związków organicznych i, w konsekwencji, życia na Ziemi. Nie jest celem niniejszego artykułu omawianie ich różnorodności i zastosowań, ale warto sobie uz­mysłowić, że obecnie znamy kilkanaście milionów substancji organicznych i tylko kilkaset tysięcy nieor­ganicznych. Nic dziwnego, że właśnie węglowi i jego związkom poświęcono cały dział chemii - chemię or­ganiczną. Poza węglem w grupie 14. leżą istotne z punktu widzenia współczesnej gospodarki pierwias­tki; krzem i german (elektronika) oraz cyna i ołów (ważne metale użytkowe).

Węgiel tworzy kilka odmian alotropowych, czyi: występuje w postaciach różniących się właściwościa­mi fizycznymi i chemicznymi. Najbardziej znana i ce­niona z nich to diament - substancja, o której można mówić w samych superlatywach: najtwardsze two­rzywo, najpiękniejsze kryształy, najcenniejsze klejno­ty. O tym, że tworzy ją czysty węgiel, dowiedziano się dopiero w XVIII wieku, gdy Lavoisier spalił diament w tlenie, używając do jego podgrzania światła słonecznego skupionego za pomo­cą soczewki. Już od najdawniej­szych czasów byt cenionym ka­mieniem szlachetnym i minera­łem, który nie ulega działaniu ognia i innych substancji (stąd pochodzi jego nazwa: adamas z greckiego - niezwyciężony). Najbardziej znanym diamentom nadaje się imiona, a największy z dotychczas znalezionych ważył ponad 3100 karatów (jednostka służąca do ważenia kamieni szlachetnych: 1 karat-0,2 g), czyli ponad 600 gra­mów. Odkrycia ich złóż (Brazylia, Afryka Południowa) wyzwalały nie mniej ludzkich namiętności niż gorączki złota. Obecnie liczące się złoża diamentów występują w RPA i Jakucji. Warto jednak wiedzieć, że tylko drobna część znalezionych diamentów nadaje się do celów jubilerskich. Po umiejętnym osz­lifowaniu powstają z nich brylanty - „naj­lepsi przyjaciele dziewczyny", jak śpiewa­ka Marilyn Monroe.  Większość wydobycia zużywa przemysł: jako końcówki świdrów i wierteł oraz materiały ścierne. Za twardość diamentu odpowiedzialna jest, wspomniana już, zdolność atomów węgla do tworzenia silnych wiązań - kryształ diamentu to przestrzenna sieć powiąza­nych ze sobą atomów. Diamenty tworzą się w warunkach wysokich temperatur i ciśnień - wiele kilometrów pod naszymi stopami, w płaszczu Ziemi, skąd transpor­towane są na jej powierzchnię wraz z po­ruszającą się magmą. Uniezależnienie się od kaprysów natury i wytworzenie sztucz­nych diamentów udało się dopiero w XX wiekuu. Nie są to co prawda kamienie, o któ­re ubiegaliby się jubilerzy, ale do celów przemysłowych nadają się wystarczająco. Zupełnie inną budowę przestrzenną ma druga odmiana alotropowa węgla -grafit. Z kolei jego uważano za formę ołowiu  ze względu na łatwość pisania grafitową pałecz­ką (wcześniej używano do tego celu właśnie ołowiu). Do dzisiaj mamy ślad tej „pomyłki" w nazwie, którą noszą ołówki. Grafit tworzą luźno ze sobą powiązane warstwy atomów węgla, co powoduje zupełnie odmienne od diamentu właściwości: nieprzezroczystość, stalowoszarą barwę, miękkość i przewodzenie prądu (diament jest izolatorem). Grafitu używa się, oprócz wytwarzania przyborów piśmiennych, jako elektrod (np. w znanych wszystkim ogniwach) i szczotek w silnikach elektrycznych, w postaci dodatku do sma­rów oraz jako moderatora (spowalniacza neutronów) w reaktorach atomowych. W tej ostatniej funkcji coraz rzadziej, ponieważ grafit jest materiałem palnym, a po katastrofie grafitowego reaktora w Czarnobylu w 1986 roku nikt już nie chce ryzykować.

Z mikrokryształków grafitu składają się też cząstki sadzy, znanego wszystkim produktu niecałkowitego spalania. Jest ona używana jako tzw. wypeł­niacz przy produkcji gumy. Z grafitem wiele wspólne­go mają także włókna węglowe. Ich wysoka wytrzy­małość, nietopliwość i odporność chemiczna spowo­dowały, że są obecnie szeroko stosowane jako tkaniny ognioodporne, a także materiał, z którego wytwa­rza się wędki i maszty jachtowe.

W latach 90. ubiegłego wieku głośno było o no­wej odmianie alotropowej węgla - fulerenach . Te twory o niezwykłych kulistych kształtach miały być panaceum na bolączki współczesnego świata. Widziano w nich możliwość znalezienia tanich źródeł energii, odkrycia leków przeciwnowotworowych i nowych materiałów konstrukcyj­nych. Dzisiaj znamy już wiele węglowych nanostruktur, jak przyjęto nazywać te twory, oprócz fulerenów także nanorurki i węglowe cebulki (cząsteczki fulere­nów umieszczone jedna wewnątrz drugiej), jednak prasa codzienna nie zaskakuje nas infor­macjami o nowych odkryciach z ich udzia­łem. Może to oznaczać, że nadzieje sprzed dekady nie spełniły się (np. fulereny nie sprawdziły się w roli katalizatorów) albo przeciwnie, pojawiły się obiecujące wyniki, ważne dla wojska, i badania utajniono. Cóż, poczekamy, zobaczymy,

Jako węgiel, w potocznym rozumie­niu tego pojęcia, jest uważany węgiel ka­mienny. Jest to złożona mieszanina sub­stancji powstałych w wyniku trwającego setki milionów lat procesu rozkładu mate­rii organicznej odbywającego się w warun­kach słabego dostępu powietrza, podwyż­szonej temperatury i ciśnienia. Wydoby­wany w polskich kopalniach węgiel pocho­dzi aż z karbonu i ma ponad 300 min lat. Powstał on w ciepłym i wilgotnym klima­cie, gdzie na bagniskach rozkładały się masy roślinności (obecnie takie warunki panują w równikowych lasach deszczo­wych). Pierwsze stadium tworzenia tej ko­paliny to torf, następnie węgiel brunatny, później kamienny i w końcu antracyt (za­wartość węgla dochodzi w nim do 97%). Oprócz różnorodnych struktur węglowych wszystkie odmiany węgli kopalnych za­wierają wodór, tlen, azot i siarkę, a więc pierwiastki

budujące organizmy, z których one pow­stały. Jak dobrze wiemy, główne zastosowanie węgli to energetyka. Choć węgla kamiennego używano już w starożytnych kuźniach, to dopiero rewolucja prze­mysłowa w Europie (XVIII-XIX wiek) spowodowała, że jego wydobycie gwałtownie wzrosło. Węgiel bru­natny to surowiec dla wielkich elektrowni (Konin, Bełchatów, Turów), zaś torfu używa się także w ogrodnictwie.  Złożona struktura węgla ka­miennego powoduje, że poddając go przeróbce, otrzymuje się z niego wiele cennych produktów. Od daw­na wytwarzany jest koks, używany przez hutnictwo ze względu na mniejsze zanieczyszczanie wytapia­nego żelaza. W wyniku procesu zgazowania otrzymuje się z węgla gaz świetlny oraz szereg innych produktów, m.in. benzen i fenol. W czasie II wojny światowej Niem­cy, odcięte od złóż ropy naftowej, produkowały znaczną część zuży­wanych paliw płynnych z węgla. Obecnie postuluje się powrót do tej technologii, zarzuconej z powodu dostępności taniej ropy. W przypad­ku Polski, dysponującej dużymi za­sobami węgla kamiennego, pozwo­liłoby to na chociaż częściowe unie­zależnienie się od dostaw tego stra­tegicznego surowca. Technologia ta, jeszcze dziś nieopłacalna, może okazać się rozwiązaniem paliwo­wych problemów w przypadku zwyżki cen ropy lub niepewnej sy­tuacji politycznej u jej eksporterów. W każdym razie używanie czarnego złota tylko do ce­lów wytwarzania energii to wielkie marnotrawstwo, a przy okazji zanieczyszczenie środowiska (np. prze­ciętna elektrownia węglowa emituje do atmosfery więcej radioaktywnych pierwiastków, obecnych w na­turalnym węglu, niż elektrownia jądrowa).

Pozostając przy problemach związanych z ra­dioaktywnością należy wspomnieć o nietrwałym izo­topie węgla ¹⁴C. Wytwarzany jest on przez promienio­wanie kosmiczne w górnych warstwach atmosfery i wchłaniany przez wszystkie organizmy żywe. Z chwilą ich śmierci ustaje dopływ radioizotopu i jego ilość zaczyna się zmniejszać. Mierząc promieniowanie radiowęgla, można ustalić wiek znaleziska archeolo­gicznego. Za opracowanie metody datowania węglo­wego W. Libby otrzymał w 1960 roku Nagrodę Nobla.

Od dawna znany jest węgiel drzewny - produkt ogrzewania drewna bez dostępu powietrza. W jego wyniku otrzymuje się znany nam wszystkim ze spotkań przy grillu opał oraz wiele innych substancji, np. alkohol metylowy. Przerobiony węgiel drzewny, jako tzw. węgiel aktywny, ma zdolność do adsorpcji (zatrzymywania na swojej powierz­chni) wielu substancji. Służy jako pochłaniacz w maskach gazowych, filtr do wody oraz popularne lekar­stwo przeciw zatruciom pokarmo­wym. Węgiel drzewny jest od wie­ków składnikiem czarnego prochu. Z nieorganicznych związków węgla najbardziej znane są jego tlenki. Tlenek węgla, czad, jest groźną trucizną łączącą się z he­moglobiną krwi. Powstaje on w wy­niku spalania substancji zawierają­cych węgiel przy ograniczonym dostępie powietrza. Należy z nim uważać, pamiętając liczne donie­sienia mediów o przypadkach za­czadzenia. Ostatnio jednak odkryto, że drobne jego ilości zapobiegają zapaleniom jelit, co niech nam uś­wiadomi, że wiele substancji może być trucizną lub lekiem, kwestią jest tylko ich dawka.

Dwutlenek węgla to produkt oddychania i spalania, a także substrat fotosyntezy. Rozpuszczony w wodzie powoduje jej zakwaszenie i daje początek całemu szeregowi soli - węglanów. Węglan wapnia to jedna z najbardziej rozpowszech­nionych na Ziemi substancji (wapień, kreda i mar­mur), budująca całe łańcuchy górskie. Ma on bardzo wiele zastosowań, które każdy Czytelnik bez trudu może sam wymienić. Nasycona dwutlenkiem węgla woda umożliwia rozpuszczanie wapieni (przypomnij­my sobie znane ze szkoły doświadczenie z wydycha­niem powietrza do roztworu wody wapiennej) i ta własność odpowiada za zjawiska krasowe oraz twar­dość wody (osad na grzałkach). Dwutlenek węgla jest oskarżany o wywoływanie efektu cieplarnianego -zatrzymywanie ciepła wypromieniowanego przez Zie­mię i w konsekwencji podniesienia temperatury jej atmosfery (działa jak szyba w szklarni). Ma to być związane z jego wysoką emisją w wyniku spalania produktów otrzymywanych z ropy naftowej, węgla oraz gazu ziemnego. Obecnie jednak uważa się, że problem jest bardziej złożony i nadmiar dwutlenku węgla zostanie pochłonięty przez roślinność lub zma­gazynowany w postaci skał wapiennych (zawartość węgla w wapieniach jest tysiące razy większa niż w atmosferze), a za globalne ocieplenie odpowiadają cykliczne zmiany ziemskiego klimatu. Jednakże warte poszukać innych sposobów uzyskiwania energii - wę­giel jest cenną substancją, a jego wydobywanie i spa­lanie powoduje zbyt wiele szkód w środowisku.

 

 

 

 

 

CYNK  I  KADM

Uczeń gimnazjum lub szkoły średniej zapytany o pierwiastki chemiczne kojarzone z Polską, bez wahania wymieni dwa - polon i rad, odkryte przez Marię Skłodowską-Curie. Istnieje jednak jeszcze kilka innych związanych z terenem naszego kraju - bądź to przez historię odkrycia, bądź przez obecność ich znaczących złóż. Takimi dwoma „polskimi" pierwiastkami są cynk i kadm, od wieków wydobywane na Górnym Śląsku. Ponadto warto wspomnieć, że kopalnia w Złotym Stoku (Dolny Śląsk) była przez stulecia jedynym na świecie wytwórcą arsenu i jego związków, niejako „przy okazji" produkując także złoto.

Cynk i kadm to pierwiastki położone w 12. grupie tablicy Mendelejewa. Oprócz nich do tej samej ro­dziny należy znana od starożytności rtęć. Są sreb­rzystymi metalami o dosyć niskich temperaturach top­nienia (rtęć jest cieczą w temperaturze pokojowej) i wrzenia, niezbyt aktywnymi chemicznie. W swoich związkach są dwuwartościowe. Wszystkie one mają duże znaczenie we współczesnej gospodarce, a cynk jest, obok żelaza, miedzi i glinu, jednym z najważniej­szych metali użytkowych. Odkrycie rtęci ginie w pomroce dziejów, cynk zaś otrzymano po raz pierwszy na Wschodzie -w Chinach lub Indiach (na pewno wytwarzano go już w VI-VII w. naszej ery). W Europie stal się ciekawos­tką z tych egzotycznych krajów dopiero w wieku XVI.

Tajemnicę jego wytopu odkryto zaś w wieku XVIII i od tej pory zaczęły powstawać huty tego metalu. Surowcami do produkcji były i są nadal, dwa minera­ły: galman (węglan cynku) i blenda cynkowa (siarczek cynku). Wytop musi się odbywać w specjalnych wa­runkach, które w końcu XVIII stulecia opracowano w hutach Górnego Śląska (do dzisiaj ten region jest jednym z większych cynkowych zagłębi świata). W szczelnie zamkniętym piecu następuje redukcja tlenku cynku (otrzymanego przez prażenie jego mine­rałów przy dostępie powietrza) za pomocą koksu, a w wysokiej temperaturze otrzymujemy od razu pary cynku, które następnie skraplają się w odbieralniki zwanych muflami - stąd nazwa: piec muflowy. Wytworzony w ten sposób cynk jest oczyszczany przez destylację (wrze w temperaturze poniżej 1000 stopni Celsjusza). Obecnie coraz częściej stosuje się elektrolityczny sposób otrzymywania: rudy cynku rozpuszcza się w kwasie siarkowym i prowadzi elektrolizę roz­tworu. Metoda ta pozwala otrzymać bardzo czysty metal i jest przyjazna dla środowiska (nie ma emisji dwutlenku siarki), ale kosztowna.

 

W początkach wieku XIX F. Stromeyer, niemiecki chemik będący także inspektorem aptek, zauważył że stosowany jako składnik farmaceutyków tlenek cynku jest zanieczyszczony jakąś inną substancją. Podczas badań wyizolował nowy metal i nadał mu nazwę kadm (od rzymskiego określenia rudy cynk - cadmia). Ponadto stwierdził, że feralny tlenek cynku p