«Д.И. Менделеев – физик, химик и агробиолог»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Основная общеобразовательная школа № 19»

Тема проекта:

«Д.И. Менделеев – физик, химик и агробиолог»

Тип проекта: информационно - познавательный

Автор:

Ильиных Ксения Алексеевна Обучающийся 7 класса

Наставник проекта:

Лакман Татьяна Николаевна

Учитель химии и физики

Коркино 2023 г.

Содержание:

Введение………….……………….…….........................................................................3

Основная часть………………………………………………………………………….4

1. Биография Д. И. Менделеева…… ………………………………………………….4

2. Открытия и изобретения Д. И. Менделеева………………………………………..6

2.1. Достижения Д.И. Менделеева в химии…………………………………………..6

2.2. Достижения Д.И. Менделеева в физике……………………………………….....7

2.3. Достижения Менделеева в агробиологии…………………………………….....11

3. Практическая часть………………………………………………………………….12

Заключение…………………………………………………………………………….13

Литература……………………………………………………………………………..14

Приложение………………………………………………………………15

Аннотация наставника

Цель данной работы: показать важность работ Д.И. Менделеева для развития не только химии, но и физики и агробиологии.

Тип проекта: информационно-познавательный

Продукт проекта: стенгазета «Вклад Д. И. Менделеева в развитие химии, физики и агробиологии»

Работа носит познавательный характер, учит работать с различными информационными источниками, анализировать и отбирать нужную информацию. Работа над проектом способствует развитию познавательных и регулятивных универсальных учебных действий, развитию творческих и коммуникативных способностей.

Работа имеет практическую значимость. Она может быть использована учителями для внеклассной работы и на уроках химии, физики и биологии.

Введение

Возрождение исторической памяти - яркая и значительная примета нашего времени. Возвращаются имена тех, кто своими заботами и трудами способствовал возрождению нашего Отечества. В числе величайших сынов России - профессор Дмитрий Иванович Менделеев. Имя его знакомо каждому с детских лет. Любой из нас видел портрет человека с колоритной внешностью и знает, что этот человек открыл Периодическую систему элементов, которая произвела настоящую революцию в естествознании. Это все, что известно большинству современных людей.

Поэтому в своей работе я описываю важность работ Д.И. Менделеева для развития не только химии, но и физики и агробиологии.

Актуальность проекта. Каждый образованный человек знает столь выдающегося ученого как Д.И. Менделеева, но не каждый может сказать, какой вклад в науку сделал Менделеев кроме Периодической системы.

Цель: показать важность работ Д.И. Менделеева для развития не только химии, но и физики, агробиологии.

Задачи:

1. Ознакомиться с биографией Д. И. Менделеева путем изучения литературных и интернет – источников;

2. Изучить достижения Д.И. Менделеева в областях: химии, физики, агробиологии;

3. Систематизировать и описать практическое применение его открытий. Сделать выводы.

1.Биография Д. И. Менделеева (1834 – 1907)

Родился 8 февраля 1834 года в Тобольске в семье директора гимназии. Учился в этой гимназии, затем был принят на отделение естественных наук физико-математического факультета Главного педагогического института в Петербурге. Курс окончил с золотой медалью, однако за годы напряжённых занятий подорвал здоровье. В 1855 г. уехал в Одессу, где преподавал в гимназии при Ришельевском лицее. Благодатный южный климат позволил Менделееву уже в следующем году вернуться в Петербург. Он защитил магистерскую диссертацию и приступил к чтению лекций по органической химии в Петербургском университете. В 1859—1861 гг. посетил Германию «для усовершенствования в науках», а по возвращении на родину издал первый в России учебник по органической химии. В 1865 г. Менделеев защитил докторскую диссертацию, заложившую основы учения о растворах. В то время возникла острая необходимость создать новый учебник по неорганической химии, который бы отражал современный уровень развития химической науки. Эта идея захватила Менделеева.
Менделеев тщательно изучил описание свойств элементов и их соединений. Ученый сделал картонные карточки. На каждую карточку он заносил названия элемента, его атомный вес, формулы соединений и основные свойства. Постепенно корзина наполнялась карточками, содержащими сведения обо всех известных к этому времени элементах. И все равно долгое время ничего не получалось. Говорят, что периодическую таблицу элементов ученый увидел во сне, оставалось ее лишь записать и обосновать.6 марта его друг профессор химии Меншуткин сообщил об этом открытии на заседании Русского химического общества. Любопытно, что вначале русские химики не поняли, о каком великом открытии идет речь. Зато значение таблицы осознавал сам Дмитрий Иванович. С того дня, когда за простыми рядами символов химических элементов Менделеев увидел проявление закона природы, другие вопросы отошли на задний план. Взяв за основу периодический закон, Менделеев изменил атомные веса этих элементов и поставил их в один ряд со сходными по свойствам элементами.
Во время полного солнечного затмения 1887 года Менделеев должен был вместе с воздухоплавателем подняться на воздушном шаре. Однако перед стартом начался дождь, намокший шар не мог подняться с двумя пассажирами. Тогда Менделеев высадил летчика и полетел один. В 1892 году министр финансов Витте предложил Дмитрию Ивановичу должность ученого хранителя Палаты мер и весов, и Менделеев согласился. Несмотря на преклонный возраст, он начал активную и разностороннюю работу в этой новой области. Здесь ученый также сделал несколько открытий. В частности, он разработал точнейшие эталоны веса. Дмитрий Иванович работал до последнего дня. Он скончался утром 20 января 1907 года. 
После смерти Менделеева его имя было присвоено Русскому химическому обществу, и ежегодно 27 января, в день рождения ученого, в Петербурге происходит торжественное заседание, на котором представляют авторов лучших работ по химии и награждают их медалью имени Д.И. Менделеева. Эта награда считается одной из самых престижных в мировой химии.

Автобиография великого русского ученого подтверждает, что Д.И. Менделеев всю свою жизнь был великим тружеником. Его упорная деятельность привела к множеству блестящих научных открытий в области химии, физики и даже таможенного дела. Но всегда следует помнить, что триумфальный периодический закон Менделеева – это результат огромного труда, глубоких раздумий и постоянного поиска.

2. Открытия и изобретения Д. И. Менделеева

2.1. Достижения Д.И. Менделеева в химии

Не все открытия Менделеева так известны, как его периодическая таблица элементов, и не все они так же значительны. Однако, Дмитрий Иванович не был бы одним из величайших учёных в истории человечества, если бы его вклад в науку ограничился бы одной лишь этой таблицей. Всю жизнь он трудился на благо человечества, не покладая рук, и навсегда вписал в историю своё имя.

Периодический закон

Периодическая таблица элементов – самое знаменитое открытие Дмитрия Менделеева, ей пользуется весь мир

Именно он лёг в основу периодической таблицы элементов, самого известного открытия Менделеева. Широко распространён миф о том, что таблица якобы привиделась учёному во сне, причём этот миф зародился ещё при его жизни. Сам Дмитрий Иванович его с негодованием отвергал, и даже обижался, когда его спрашивали, правда ли это. Его до глубины души возмущало то, что плод многолетней работы, по мнению окружающих, мог достаться ему так легко. Над своей таблицей он действительно работал годами, и даже оставил в ней места для элементов, которые на тот момент ещё не были открыты. Позднее другие учёные действительно их получили – Менделеев был прав, он вычислил даже атомный вес элементов, о существовании которых лишь догадывался.

Также известно, что периодическая таблица, разработанная Менделеевым больше в рамках химии, явилась готовой систематизацией типов атомов для новых разделов физики.

Бездымный порох

По сравнению с обыкновенным порохом бездымный обладает рядом преимуществ – он лучше сгорает и меньше пачкает ствол. В ту эпоху в Российской империи технологии производства бездымного пороха были неизвестны, и его приходилось втридорога закупать за рубежом. Одним из важнейших открытий Менделеева стала именно эта технология, причём он раскрыл её секрет очень оригинальным образом. Дмитрий Иванович просто изучил таможенные накладные стран, занимавшихся производством бездымного пороха, и установил список веществ, из которых его изготавливают, а об остальном он попросту догадался благодаря своим знаниям. Конечно, не всё было так просто, ему потребовалось множество экспериментов, чтобы добиться желаемого, но в конце концов результат был достигнут. Пороходелием Дмитрий Менделеев был изобретён на протяжении нескольких лет, и посвятил этой теме 68 научных работ.

2.2. Достижения Д.И. Менделеева в физике

Несмотря на то, что Дмитрий Иванович был учёный – химик, по своему роду деятельности в своих физических исследованиях ему приходилось изобретать новые приборы, одним из которых был пикнометр.

Пикнометр.

Пикнометр был изобретён Дмитрием Ивановичем Менделеевым в 1859 году.

Пикнометр (от греч. pyknós — плотный и ...метр) – представляет собой стеклянный сосуд, применяемый для измерения плотности веществ в газообразном, жидком и твёрдом состояниях.

       Измерение плотности пикнометром основано на взвешивании находящегося в нём вещества (обычно в жидком состоянии).       Плотность твёрдых тел определяют, погружая их в пикнометр с жидкостью.

        Для измерения плотности газов применяют пикнометр специальной формы. Основные достоинства пикнометрического метода определения плотности: высокая точность измерений (до 10-5 г/см3); возможность использования малых количеств вещества (0,5—100 см3); малая площадь свободной поверхности жидкости в пикнометре, что практически исключает испарение жидкости и поглощение влаги из воздуха..

Открытие Менделеевым температуры абсолютного кипения жидкостей (критической температуры).

Одна из работ Менделеева в областях, относящихся к физической химии, следует назвать его работы: по упругости газов, введению универсальной газовой постоянной в уравнение состояния идеального газа ( уравнение Менделеева – Клапейрона), изучению термического расширения жидкостей и их поверхностного натяжения при различных температурах.

В частности, последние работы привели к установлению Менделеевым существования температуры абсолютного кипения жидкостей (критической температуры).
При повышении температуры вещество расширяется, ослабляются силы взаимного притяжения между молекулами внутри вещества и в поверхностном слое. Поэтому с повышением температуры поверхностное натяжение уменьшается. При температурах более высоких, чем нормальная температура кипения данной жидкости, поверхностное натяжение измеряют уже не при атмосферном давлении, а при давлении насыщенного пара.

Если результаты измерений представить графически, отложив поверхностное натяжение как функцию температуры, то зависимость для многих веществ оказывается линейной, почти вплоть до критической температуры, при которой поверхностное натяжение становится равным нулю, так как исчезает различие между жидкостью и паром. Основываясь на линейном уменьшении поверхностного натяжения с повышением температуры, Менделеев установил (1860) существование такой температуры, при которой поверхностное натяжение становится равным нулю. Выше этой температуры вещество уже не может находиться в жидком состоянии. Эту температуру Менделеев назвал температурой абсолютного кипения (позднее ее стали называть критической температурой). На основании этого он установил единство жидкого и газообразного агрегатных состояний. Это открытие натолкнуло его на правильные философские выводы о том, что газ и пар являются жидкостью, в которой отсутствует сцепление, и что пар есть переходная форма от жидкого состояния к газообразному. Если мы различаем, говорил он, три состояния тел, то этим хотим обозначить, что между различными агрегатными состояниями  существуют лишь относительные границы. Таким образом, говоря о газах, нужно не забывать той связи, заключает он, какая существует между газообразным, парообразным и жидким состояниями.

Уравнение Менделеева - Клапейрона .

Д. И. Менделеев вывел уравнение состояния для произволь­ного количества газа, введя в него массу и молярную массу газа. Учитывая, что v — количество вещества, m — масса газа, M — его молярная масса, уравнение состоя­ния идеального газа можно записать в более общем виде:

pV = (m / M) • RT.

В таком виде оно называется уравнением Менделеева-Клапейрона. Все газовые зако­ны, открытые экспериментальным путем, можно вывести из этого уравнения как следствие, считая постоянным один из мак­ропараметров. 

Уравнение Менделеева- Кла­пейрона является общим урав­нением состояния идеального газа для произвольной его массы, таким образом уравнение Клапейрона превращается в частный случай уравнения Менделеева, то есть когда масса газа не меняется.

Роль Менделеева в развитии воздухоплавания.

Кроме науки, Дмитрий Иванович живо интересовался развитием аэрологии и астрономии, что позволило ему соединить две науки вместе.

В 1875 году Дмитрий Иванович выступил на заседании Русского физического общества при Санкт-Петербургском университете с сообщением «О температуре верхних слоев атмосферы» и предложил использовать для проведения исследований, наряду с автоматическими беспилотными аэростатами, также и пилотируемые воздушные шары с герметически закрытой гондолой. Для этих целей Менделеев разрабатывает программу высотных исследований из 15-20 полётов, проектирует летательные аппараты: стратостат объёмом около 3600 м³ с герметической гондолой, подразумевающий возможность подъёма в верхние слои атмосферы (первый такой полёт в стратосферу осуществлён был только в 1924 году) и управляемый аэростат с двигателем. К сожалению, из-за недостатка средств данные проекты учёного так и не были реализованы.

Вопросам воздухоплавания и метеорологии Менделеев посвятил 23 труда. Дмитрий Иванович проявлял большой интерес к работам в этой области и других учёных. Увлечённый идеей постройки различных летательных аппаратов, он всячески поддерживал начинания русских изобретателей - создателя первого в мире самолёта Александра Фёдоровича Можайского и основоположника космонавтики Константина Эдуардовича Циолковского.
Замечательный патриот, Дмитрий Иванович Менделеев, придававший особенное значение созданию воздушных кораблей как транспортного средства  Poссии, оставил потомкам свой завет – овладеть её воздушным океаном. «У других стран, — писал учёный в своём труде «О сопротивлении жидкостей и воздухоплавании», — много берегов водного океана. У России их мало сравнительно с ее пространствами, зато она владеет обширными против всех других … стран берегами свободного воздушного океана. Русским поэтому сподручнее овладеть сим последним, тем больше, что это бескровное завоевание составит эпоху, с которой начнется новейшая история образованности». 

Наблюдение солнечного затмения с воздушного шара.

В 1878 году Дмитрий Иванович, находясь во Франции, совершил подъём на привязном аэростате Анри Жиффара, а 7 августа (по новому стилю) 1887 года он осуществил свой знаменитый полёт на воздушном шаре «Русский» для наблюдения полного солнечного затмения. Этот шар был предоставлен военным министерством, его объём составлял 700 м³. Место старта располагалось недалеко от города Клина, где солнечное затмение должно было длиться около 2 минут. 

Предполагалось, что Менделеев полетит вместе с пилотом- аэронавтом А. М. Кованько. Однако, из-за прошедшего накануне дождя повысилась влажность, и шар намок так, что был не в состоянии поднять двух человек. Тогда 53-летний учёный принимает отважное решение – лететь одному, объясняя отговаривающим его ассистентам: "Аэростат — это тоже физический прибор. Вы видите, сколько людей следит за полетом как за научным опытом.

Я не могу подорвать у них веру в науку".
Во время полёта Менделеев наблюдает солнечное затмение, записывает показания барометра-анероида и термометра, а также, проявив невероятную силу духа, устраняет неисправность управления главным клапаном аэростата. Обнаружив, что веревка, идущая от выпускного клапана, запуталась и не позволяет его открыть, Менделеев вылезает из корзины, взбирается по строповке и распутывает её. 

Весть о необычайно смелом полете русского профессора вскоре стала известна всему миру. "За проявленное мужество при полете для наблюдения солнечного затмения" французская Академия метеорологического воздухоплавания наградила Менделеева диплом и золотой медалью, украшенной девизом братьев Монгольфье "Так идут к звездам". На основании опыта, полученного в ходе полёта, Менделеев выступил с важным техническим предложением: для наполнения аэростатов газом применять особые подушки со сжатым водородом. Открытый учёным способ хранения водорода (в сжатом состоянии в баллонах под давлением 120-200 атмосфер) получил впоследствии широкое применение в современной технике.

Измерение Менделеевым коэффициента сопротивления воздуха.

Во время русско-турецкой войны 1877-1878 годов было предложено такое множество проектов применения воздухоплавания в военных целях, что морское и военное ведомства России обратились к знаменитому химику Д.И. Менделееву с просьбой изучить вопрос и дать необходимые рекомендации.

Дмитрий Иванович экспериментировал с водой и аналогичным ей по плотности спиртовым раствором хлористого магния. В воде при скорости латунного 40-мм шара 0,16 м/с коэффициент сопротивления 0,0251 кг, а в растворе ( при скорости 0,028 м/с) – 0,032 – 0,042 кг.

Коэффициент сопротивления по Ньютону – 0,0265 – 0,0259 кг, по Мариотту – 0,036 – 0,39 кг, по Бенценбергу – 0,028 – 0,07 кг, по Рейху – 0,026 – 0,039 кг, по Лагерхьёльму – 0,02 – 0,045 кг. Такой разнобой Менделеев правильно объяснил тем, что коэффициент сопротивления шара непостоянен и зависит от скорости, но выяснение этой зависимости он предоставил грядущим исследованиям. И они не замедлили явится…

2.3. Достижения Менделеева в агробиологии

Более пятидесяти лет, с присущей ему основательностью, Менделеев изучал проблемы земледелия. В книге "Заветные мысли" (1904) ученый сообщал о том, что еще в начале 60-х годов его "глубоко занимала мысль о возможности выгодно вести хозяйство при помощи улучшений и вкладов в землю свободного труда и капитала".

Как химика его, прежде всего, интересовало воздействие минеральных и органических удобрений. Он организовал четыре опытные станции, на которые Вольное Экономическое общество выделило необходимые средства, и на них провел изучение влияния удобрений.

Чтобы реализовать свои идеи о рациональном ведении хозяйства, Дмитрий Иванович покупает запущенное имение Боблово и на личном опыте, организовав экспериментальные делянки, убеждается в том, что в российских климатических и экономических условиях западноевропейская культура земледелия неприменима. Выделяет несколько причин: большинство полей Западной Европы страдает избытком сырости, а наших - засухами.

Д. И. Менделеев, стремясь создать на своей земле передовое опытное хозяйство, которое бы явилось образцом для всех русских земледельцев, вводит многопольную систему севооборотов, используя естественные и искусственные туки, машины, и организовывает "правильное скотоводство".

Менделеев является одним из основоположников семенной агрохимии, провозвестником идеи химизации сельского хозяйства. Его первые работы в это области тесно связаны с деятельностью Вольного экономического общества. До сих представляют интерес высказывания Менделеев по вопросам батей почвы, травосеяния, лесонасаждения, и главным образом, по вопросам применения этих удобрений, химизации и переработки сельскохозяйственного сырья и многим другим. Менделеев выступал как ярый противни рока тогда распространенных “теории” по возврата и “теории” убывающего плодородия, на которые опирались сторонники мальтузиа: Менделеев утверждал, что возможно многократное понимание плодородия земли. Основываясь на результатах полевых опытов (1867--1869), Менделеев указывал на необходимость известкования кислых почв, применения размолотых фосфоритов, суперфосфата, азотных и калийных удобрений, совместного внесения минеральных и органических удобрений. Он поддерживал начинания В. В. Докучаева (проведение почвенных обследований, организацию кафедр почвоведения и др.). В 1866 он предложил разработать научные основы отечественной агрохимии на базе использования достижений химии и физики. Инициатива Менделеев была поддержана, и ему удалось поставить и провести в 1867-69 полевые опыты по изучению влияния глубины вспашки, и действия удобрений в Смоленской, Петербургской, Московской и Симбирской губерниях.

Менделеев уделял большое внимание орошению земель Нижнего Поволжья.

1. Практическая часть.

Вместе с руководителем работы, в соответствии с поставленными задачами мы составили опрос – анкету «ЧТО ТЫ ЗНАЕШЬ О Д.И.МЕНДЕЛЕЕВЕ»

Ребятам были заданы следующие вопросы:

1.Д.И.Менделеев великий русский

а. химик, физик и агробиолог

б. химик

в. физик

г. затрудняюсь ответить

2.Назовите самое известное научное открытие Д.И. Менделеева

……………………………………………………………………..

3. Как вы думаете, Дмитрий Иванович Менделеев получил нобелевскую премию: да; нет; затрудняюсь ответить;

4. Согласны ли вы с утверждением, что таблицу элементов Д.И. Менделеев увидел во сне: да; нет; затрудняюсь ответить. 

 В ней приняли участие мои одноклассники (20 чел.).

Полученные результаты были обработаны. ( Приложение 1)

Т. о. в результате опроса отмечено, что мои одноклассники знают о достижениях великого человека науки Д. И. Менделееве, его вкладе в мировую науку, которая до сих пор в ХХI веке находит им практическое применение.

Заключение.

Дмитрий Иванович Менделеев, несомненно, принадлежит к таким выдающимся деятелям науки и культуры, о которых говорят, что они создавали свою жизнь как произведение искусства.  Феномен Дмитрия Ивановича заключается в необычайной широте его интересов, в редчайшей эрудированности в самых различных областях науки и практики.

Велико научное наследие Д. И. Менделеева. Изучая деятельность ученого, я была поражена многогранностью его таланта. Научная деятельность его охватывает многочисленные отрасли знаний. Он был Ученым с большой буквы. Теория и практика, наука и жизнь, слово и дело были у Д. И. Менделеева едины и нераздельны. Его при жизни называли гением. На что он отвечал, отшучиваясь: «Гений? Какой там гений? Работал всю жизнь  - вот вам и гений!»

  Д. И. Менделеев был лучшим примером ученого. По масштабу личности  и таланта его, наверное, можно сравнить с гением эпохи Возрождения Леонардо да Винчи. И всю свою жизнь он не только учил других, но и учился сам, не стыдился и не стеснялся этого, будучи уже маститым ученым. Его жизнь – прекрасный пример для подражания и школьнику, и студенту, и ученому. И именно его я назвала бы популярным ныне именем «звезда».  Ведь его талант продолжает светить нам через века.

Труды ученого по проблемам экономики, образования и науки не только произвели колоссальное впечатление на современников, но и не обесценились сегодня. Язык трудов Менделеева настолько легок, а стиль настолько прозрачен, что малоискушенный читатель может попросту не воспринять лежащий перед ним текст как научное исследование. Д. И. Менделеев целиком отдавал себя служению своей Родине и своему народу. В своих многочисленных трудах он дал полную смелых замыслов программу использования природных богатств и индустриализации нашей страны.

Литература

1. Выдающиеся химики мира: Биографический справочник/Волков В. А., Вонский Е. В., Кузнецова Г. И., под ред. В. И. Кузнецова. – М.: высшая шк., 1991 – 656 с.

2. Орландо Р.де. Альфред Нобель. Ростов-на-Дону, 1997.

3. Сульман Р. Завещание Альфреда Нобеля: История Нобелевской премии. М., 1993

Internet-ресурсы:

1. http://www.voskres.ru

2. http://refine.com.ru          

3. http://www.1september.ru

4. http://aeli.altai.ru

Приложение 1