Написать схему строения атома фосфора

Написать схему строения атома фосфора
Написать схему строения атома фосфора
Написать схему строения атома фосфора
Написать схему строения атома фосфора
Написать схему строения атома фосфора

23 чел. помогло.

скачать
Практическая работа № 2. Очистка загрязнённой поваренной соли

Инструктаж по технике безопасности прошёл (роспись ученика).

Цель работы: научиться проводить очистку вещества от примесей, нерастворимых в воде.

Оборудование: химические стаканы, коническая воронка, стеклянная палочка, ложечка для взятия веществ, чашка для выпаривания, лабораторный штатив, фильтр.

Реактивы: дистиллированная вода, смесь поваренной соли с песком.


Что делали?
Что наблюдали
Объяснение
Налили в стакан дистиллированную воду и растворили в ней загрязнённую соль.
Соль растворилась, раствор стал мутным, крупные песчинки опустились на дно стакана.
Соль и песок различаются по растворимости в воде.
Приготовили всё необходимое для фильтрования и профильтровали полученный раствор.
Через фильтр проходит чистый раствор, на фильтре остаются нерастворимые примеси.

1 – штатив

2 – кольцо

3 – воронка с фильтром

4 – стакан с раствором

5 – палочка

6 – стакан с фильтратом


Частицы песка слишком крупные, чтобы пройти через поры фильтра, а вода с растворённой в ней солью проходит. Полученный чистый раствор соли называет фильтратом.
Выпарили в чашке полученный чистый раствор.
Вода испаряется, и на стенках чашки образуются кристаллы чистой соли.

1 – штатив

2 – спиртовка

3 – кольцо

4 – асбестовая прокладка

5 - чашка


Вследствие удаления воды частицы поваренной соли соединяются друг с другом и образуют кристаллы.

Вывод: очистить поваренную соль от песка можно, растворив её в воде, профильтровав и выпарив полученный раствор. Данный способ очистки основан на разной растворимости веществ, входящих в состав смеси.

После внешнего описания веществ (их физических свойств), что составляет эмпирический этап изучения курса химии, переходят ко второму этапу – изучению строения веществ. Отправной точкой может послужить обсуждение вопроса о причинах, лежащих в основе различия признаков, присущих каждому веществу. Поиск причин приводит к необходимости изучения строения веществ, знакомства с мельчайшими частицами – молекулами и атомами, наличием которых можно объяснить известные учащимся явления: расширение тел при нагревании, испарение, растворение, кристаллизацию.

Поскольку эти представления учащиеся получили при изучении курса физики, то можно на них долго не задерживаться. Кстати, Р. Г. Иванова рекомендует не рассматривать отдельно атомно-молекулярное учение с перечнем его положений, мотивируя это тем, что всякий перечень (положений, свойств, способов и т.п.) требует механического запоминания и нерационального расходования времени и сил [77]. Основные положения атомно-молекулярного учения усваиваются по мере раскрытия содержания темы.

Итак, в большинстве учебников химии для VIII класса изучение строения вещества проводится на основе атомно-молекулярной теории. В учебнике Н. Е. Кузнецовой с соавторами даже вводится понятие теории и обсуждается вопрос о соотношении понятий и теорий. Учащиеся узнают, что под теорией «принято понимать такую совокупность научных идей, положений, которая способна объяснять известные научные факты и давать прогноз по применению и дальнейшему развитию научных знаний» [115, с. 19]. И далее называются основные теории, которые внесли свой вклад в развитие химического знания, – флогистонная теория Г. Э. Шталя (конец XVII в. – XVIII в.), кислородная теория А. Л. Лавуазье (XVIII в.), атомно-молекулярное учение (XV – XIX вв. – начало XX в.) и современная теория электронного строения (XX век).

Атомы характеризуются как частицы, из которых построены молекулы и кристаллы [128], мельчайшие частицы вещества (как и молекулы) [79]. В некоторых случаях авторы учебников обходятся без определения понятий, а указывают на то, что многие вещества состоят из молекул – мельчайших частиц, сохраняющих свойства этих веществ. Молекулы же, имея очень малые размеры, состоят из ещё более мелких частиц – атомов [44, 115, 211]. Интересно, что С. С. Бердоносов указывает на существование лишь атомов, из которых состоят все вещества, отмечая, что при химических превращениях они не уничтожаются и не возникают вновь.

Используя соответствующие рисунки (они имеются во многих учебниках), а также модели, учитель объясняет различие веществ молекулярного и немолекулярного строения. Обычно называют кислород, водород, азот, воду, углекислый газ, сульфид железа(II), хлорид натрия. Следует по возможности показать эти вещества учащимся.

Затем переходят к понятиям о простых и сложных веществах. Методика формирования этих понятий может быть разной. Например, объясняют учащимся, что существуют вещества, состоящие из одинаковых атомов. Это кислород, водород, азот, железо, медь. Такие вещества называются простыми. К сложным относятся вещества, состоящие из разных атомов. Это молекулярные вещества (вода, углекислый газ) и немолекулярные вещества (сульфид железа(II), поваренная соль). Таким образом, понятия простого и сложного вещества формируются пока ещё без употребления термина химический элемент [128, 141]. Другой подход связан с введением вначале понятия химический элемент, и его придерживается большинство современных авторов учебников.

Доказательством того, что молекулы разлагаются на атомы и из этих атомов образуются новые молекулы, служит эксперимент – разложение воды электрическим током. Этот опыт уже стал классическим как по технике проведения, так и по теоретическому объяснению сущности электролиза воды [61, 154]. Обсуждая состав веществ – воды, кислорода и водорода, используют различные модели – плоскостные для магнитной доски (фланелеграфа), объёмные или шаростержневые. В любом случае необходимо соблюдать определённые цветовые обозначения разных химических элементов. Общепринято атомы кислорода обозначать кружками (шариками) красного цвета, водорода – белого. Укажем также, что атомы азота обозначают кружками (шариками) синего цвета, хлора – зелёного, углерода – чёрного, серы – жёлтого, а металлов – серого цвета. Учащиеся обычно быстро запоминают эти условные обозначения и в дальнейшем легко воспринимают предлагаемые модели, правильно ориентируясь в составе веществ, отражаемых этими моделями.

Методика постановки демонстрационного опыта «Разложение воды электрическим током» рассматривается нами на соответствующем практическом занятии по методике обучения химии, поэтому здесь обратим внимание только на мировоззренческие выводы, которые следуют из эксперимента. Проведённый опыт позволяет утверждать, что, во-первых, атомы при химических реакциях сохраняются; во-вторых, сущность химической реакции заключается в перегруппировке атомов исходных веществ, в результате чего образуются новые вещества.

Рассмотрим методику формирования понятия химический элемент.

По мнению Г. И. Шелинского, в некоторых учебниках и методических статьях последних лет слишком упрощённо даётся определение этому понятию. Чаще всего указывается, что химический элемент – это вид атомов или даже «вид ядер атомов». Однако Д. И. Менделеев вкладывал в это понятие другой смысл: «Под именем элементов дóлжно подразумевать те материальные составные части простых и сложных тел, которые придают им известную совокупность физических и химических свойств» [цитируется по 207]. Если придерживаться истины, то под химическим элементом следует понимать вид атомных частиц с одинаковым зарядом ядра; «ещё же лучше указать при обучении, что химический элемент – это вид одноядерных частиц (которыми могут быть атом, элементарный ион любой зарядности, ковалентно связанные частицы, образующие простые и сложные вещества) [207, с. 25]. Понятие «атом» следует использовать только в тех случаях, когда речь идёт о существовании названных частиц в свободном состоянии, т.е. атомы до тех пор остаются атомами, пока они не образуют простых или сложных веществ. Образуя вещества, атомы теряют свою индивидуальность, поэтому Г. И. Шелинский предлагает использовать термин «атомные частицы». Например, характеризуя молекулу водорода, следует говорить, что «молекула водорода состоит из двух атомных частиц водорода, или молекула водорода образована двумя атомами водорода» [207, с. 26]. Г. И. Шелинский сразу же вводит современные представления о строении атома, знакомя учащихся с понятием протон, нейтрон и электрон и рассматривая строение наиболее простых атомов – водорода, гелия, лития. Соответственно, атом определяется как электронейтральная частица, состоящая из одного ядра и электронов, а химический элемент – как вид атомных частиц с одинаковым зарядом ядра [211].

Однако большинство методистов используют более доступное определение химического элемента как определённого вида атомов и подводят к его пониманию так, как это было ранее принято в методике, т.е. на основе опыта разложения воды. Таким образом, и объяснение опыта, и подход к формированию понятия о химическом элементе даются на основе атомно-молекулярных представлений. Напомним, что на этом этапе понятие химического элемента носит эмпирический характер, как это было на первом историческом этапе (от Р. Бойля до А. Лавуазье), когда основными свойствами (признаками) элемента считали его химическую неразложимость, способность входить в состав химически сложных веществ. Однако эмпирический характер понятия «химический элемент» в обучении почти не проявляется в чистом виде, потому что оно приобретает атомно-теоретический характер, поскольку его определяют как вид атомов. Напомним также, что период химической атомистики был следующим историческим этапом в развитии понятия элемента: от Дж. Дальтона до Д. И. Менделеева.

Использование исторических сведений помогает учащимся понять новый материал и усвоить понятие химического элемента. Так, на уроке по теме «Молекулы и атомы. Химические элементы» объясняется этимология термина «атом» (от гр. atomos неделимый). Впервые высказывания о существовании атомов относятся к глубокой древности. Античные философы, начиная с Левкиппа (V в. до н. э.), задумывались над таким вопросом: как долго можно делить пополам какой-нибудь предмет, например камень? Ответов может быть два. Первый: деление пополам можно продолжать как угодно долго, т.е. материя непрерывна и принципиально не меняется в процессе деления. Второй: деление нельзя вести бесконечно, рано или поздно оно приведёт к самой мельчайшей частичке, которую Демокрит назвал атомом, т.е. «неделимым».

Таким образом, первыми атомистами в Древней Греции были Левкипп и его ученик Демокрит (V век до н. э.). Демокрит считал, что атомы разнообразны по величине и по множеству, носятся во вселенной, кружась в вихре и таким образом «...рождается всё сложное: огонь, вода, воздух, земля», что все стихии «суть соединения некоторых атомов» [35, с.119]. Атомистическое учение впоследствии было развито в трудах Платона (V-IV в. до н.э.), Эпикура (IV-III в. до н. э.), обобщено в поэтическом труде Тита Лукреция Кара (99-55 гг. до н. э.) «О природе вещей». Ученикам, желающим узнать больше о представлениях древних ученых о строении вещества, следует рекомендовать обратиться к «Книге для чтения по неорганической химии» [100] и познакомиться с фрагментами из поэмы Лукреция Кара.

Формируя понятие «химический элемент», следует объяснить происхождение слова «элемент»: лат. elementum – стихия, первоначальное вещество. Возможно, слово образовано из букв латинского алфавита, следующих друг за другом: el, em, en. Если величайший мыслитель древности Аристотель объяснял, что элементом называется первооснова вещи, из которой она слагается и которая по виду неделима на другие виды [79], то уже в конце XVII в. английский физик и химик Р. Бойль ввёл в науку понятие о химическом элементе как составной части вещества [115, 51]. По его мнению, элементом следует считать вещество, которое не имеет составных частей и не может быть разложено. Таким образом, Р. Бойль положил начало химии как науки. Конкретное содержание определению «элемент», близкое современному, дал в 1787 г. француз Антуан Лоран Лавуазье.

Другой английский учёный Д. Дальтон в начале XIX в. связал понятие о химическом элементе с атомной гипотезой о строении вещества. В качестве постулата, т. е. исходного положения, принимаемого без доказательства, он принял, что химический элемент – это определённый вид атомов. Этим определением фактически пользуемся и мы. Но, как указано в учебнике Л. С. Гузея с соавт., «в отличие от Дальтона мы знаем, что атомы одного и того же химического элемента могут несколько отличаться по массе, их называют изотопами данного элемента» [51, с. 33]. На это же обращают внимание учащихся и Н. Е. Кузнецова с соавт.: в исследованиях «было установлено, что атомы одного и того же элемента могут незначительно отличаться по массе, такие разновидности называют изотопами данного элемента» [115, с. 30]. Как видим, в обоих случаях осуществляется пропедевтика понятия изотопы, сущность которого вскрывается позднее после рассмотрения внутреннего строения атомов.

Справедливости ради необходимо рассказать учащимся, что не все учёные сразу приняли атомистические представления о строении вещества. В частности известный французский химик А. С.-К. Девиль писал: «Я не допускаю ни закона Авогадро, ни атома, ни молекулы, ибо я отказываюсь верить в то, что не могу ни видеть, ни наблюдать». Немецкий химик В. Оствальд, лауреат Нобелевской премии, один из основателей физической химии, ещё в начале XX столетия решительно отрицал существование атомов. Он ухитрился написать трёхтомный учебник химии, в котором слово «атом» не упоминается ни разу [118].

Учащиеся обычно интересуются размерами атомов и задают вопрос: можно ли атомы увидеть? Целесообразно сообщить им, что из-за очень малых размеров атомы нельзя увидеть невооружённым глазом. Так, диаметр атомов равен 2 ∙ 10–10 – 5 ∙ 10–10 м, т.е. 0,2 – 0,5 нм. Однако современные приборы, например, так называемый туннельный микроскоп, позволяют увеличивать изображение в сотни миллионов раз, и, следовательно, увидеть атомы. Так, в учебнике С. С. Бердоносова имеется фотография атомов кремния при большом увеличении [26]. Учащимся трудно осознать размеры атомов, поэтому на помощь приходят сравнения. Например, если простым карандашом, грифель которого состоит из графита, прочертить отрезок прямой линии длиной 3 см, то полученная линия будет содержать 100 млн. атомов в длину и около 1 млн. атомов в ширину [115]. Другой пример: на острие стальной иглы может разместиться несколько миллиардов атомов железа [44].

Понятие химического элемента становится для учащихся средством, способом объяснения состава простых и сложных веществ. Эти понятия углубляются на основе описания и объяснения опыта получения сульфида железа(II) [79, 189]. И в этом случае состав веществ поясняется рисунками и моделями. При этом обсуждается и строение молекул серы и кристаллов железа. Так может быть дан сигнал о том, что есть вещества молекулярного и немолекулярного строения, если об этом не говорили ранее.

Если вначале рассматривались реакции разложения и соединения, то вещества, которые нельзя путём химических реакций разложить на несколько других веществ, называют простыми веществами; вещества, способные вступать в химические реакции разложения, называют сложными веществами. В этом случае понятие химического элемента при определении понятий простых и сложных веществ не используется [211].

Важно, чтобы после введения рассмотренных понятий, учащиеся усвоили, что химический элемент в природе реально существует в виде одиночных атомов и в составе простых и сложных веществ. Например, в космическом пространстве в виде отдельных атомов существует водород, а на высоте приблизительно 80 км над поверхностью Земли удалённые друг от друга атомы натрия образуют так называемый натриевый пояс.

Закрепление полученных знаний можно провести либо в форме заполнения таблицы «Формы существования химических элементов» [115, с. 35], либо в форме следующей схемы:

В схему можно внести условные модели атомов и молекул в виде кружков, записать другие примеры.

Важно также научить учащихся различать понятия простое вещество и химический элемент, так как часто они имеют одно и то же название. Понимания различия добиваются, выполняя различные упражнения, в которых требуется разграничить эти понятия. Приведём примеры.

Пример 1. Укажите, где о кислороде говорится как о химическом элементе, а где – как о простом веществе:

а) кислород мало растворим в воде;

б) молекулы воды состоят из атомов водорода и кислорода;

в) в воздухе содержится 21 % кислорода (по объёму);

г) кислород входит в состав углекислого газа [44, с. 11].

Пример 2. В каком случае речь идёт о химическом элементе, а в каком – о простом веществе:

а) Один ученик утверждал, что в сульфиде железа есть сера, а другой считал, что её там нет. В каком случае оба будут правы?

б) Кислород поддерживает горение. Почему этого нельзя сказать о воде, в которой тоже есть кислород?

в) Почему ржавчина не притягивается магнитом, хотя в её состав входит железо? [141, с. 24].

г) В качестве лечебных средств используются карболен (углерод), сера и иод [94, с. 194].

К сожалению, число подобных заданий в учебниках химии для VIII класса очень мало. К тому же только в учебнике [115] проводится сравнение понятий химический элемент и простое вещество (см. таблицу 3).

Таблица 3. Сравнение понятий химический элемент и простое вещество


Химический элемент
Простое вещество
Определение
Вид атомов, обладающих одинаковыми свойствами
Вещество, образованное атомами одного химического элемента
Обозначение
Химический знак
Химическая формула
Характеризуется
Размером, массой атомов
Совокупностью физических и химических свойств

Закрепление классификации веществ на основании их состава также проводится при выполнении различные заданий.

Пример 3. В каких предложениях говорится о простых веществах, а в каких – о сложных: а) молекула азота состоит из двух атомов азота; б) молекула углекислого газа состоит из одного атома углерода и двух атомов кислорода; в) молекула сернистого газа состоит из одного атома серы и двух атомов кислорода; г) молекула водорода состоит из двух атомов водорода; д) кристалл алмаза состоит из атомов углерода? [79, с. 12].

Пример 4. Закончите фразы, вставив вместо точек необходимые по смыслу слова («химический элемент», «простое вещество» или «сложное вещество»):

а) оксид меди – это …, так как состоит из разных … – меди и кислорода;

б) при разложении воды электрическим током образуются два ... – водород и кислород;

в) … сульфид железа содержит два … – железо и ртуть [94, с. 195].

При формировании понятий о составе и строении веществ необходимо предъявлять учащимся конкретные вещества – простые и сложные, причём не только чистые, но и природные, например, минералы и горные породы. Так, учащиеся ещё до изучения химии знают о свойствах некоторых металлов – железа, меди, золота, серебра. А встречаются ли эти металлы в природе в самородном виде? Оказывается, бывают. Многие из тяжёлых металлов образуют самородки: золото, платина, серебро. Очень редко можно встретить самородки железа, бывают даже свинцовые самородки. А самородки меди иногда достигают колоссальных размеров. В Северной Америке был найден один из самых больших её самородков в мире массой 420 т. Самородная медь может содержать незначительные примеси серебра, висмута, железа и золота [212]. Нетрудно подобрать соответствующие иллюстрации и предъявить их учащимся, например, в электронной презентации, а также показать учащимся соответствующие минералы и горные породы. Простое вещество сера также встречается в природе в самородном виде, а ещё в виде сероводорода, сульфидов, сульфатов. О лечебных свойствах минеральных источников и грязей, содержащих соединения серы, можно узнать из литературных источников, а на уроке рассмотреть образцы соответствующих минералов.

Обращение к природным соединениям позволит учащимся получить представление о распространении химических элементов в природе и понять многообразие их соединений. Ведь известно более 110 химических элементов, которые образуют миллионы веществ. Полезно обсудить с учащимися диаграммы распространённости химических элементов на Земле (в процентах по массе) [26, 79, 128]. В природе элементы распределены крайне неравномерно. В земной коре всего один элемент – (кислород) – составляет почти её половину. Три элемента – кислород, кремний и алюминий – в сумме дают уже 85 %, а если к ним добавить железо, кальций, натрий, калий, магний и титан, то получится уже 99,5 %. На долю же десятков остальных элементов приходится всего 0,5 % [118, с. 6].

Иначе распределены элементы на Солнце: там больше всего водорода (70 %) и гелия (28 %), а всех остальных элементов – лишь 2 %. Если взять всю видимую Вселенную, то в ней водород преобладает в ещё большей степени.

В организме человека распределение разных элементов более «демократическое»: кислорода – 65 %, углерода – 18 %, водорода – 10 %, азота – 3 %, кальция – 2 %, фосфора – 1 %, калия – 0,3 %, а серы, натрия, хлора, магния, железа и цинка – 0,7 %. Остальные несколько десятков элементов содержатся в микроскопически малых количествах [там же].

Вызывает интерес учащихся и вопрос о том, откуда же взялись сами элементы? Рамки урока не всегда позволяют полностью осветить этот вопрос. Но можно очень кратко познакомить учащихся с одной из научных гипотез о происхождении химических элементов.

Считается, что вначале вся материя была сосредоточена в одной точке с невероятно большой плотностью (1080 г/см3) и высокой температурой (1027 К). Примерно 10 млрд. лет назад в результате так называемого Большого взрыва эта сверхплотная и сверхгорячая точка начала быстро расширяться. Физики достаточно хорошо представляют себе, как развивались события спустя 0,01 с после взрыва. Представление же о том, что происходило до этого, развито значительно хуже, так как в существовавшем тогда сгустке не могли выполняться известные физические законы. Вопрос же о том, что было до Большого взрыва, не стоит вообще, поскольку тогда не было самого времени.

После взрыва материя начала стремительно разлетаться и остывать. По некоторым оценкам, через 3 мин после взрыва, когда температура снизилась до 1 млрд. К, начался процесс нуклеосинтеза – соединение протонов и нейтронов в ядра различных элементов. Помимо протонов – ядер водорода – появились и ядра гелия. Из-за слишком высокой температуры эти ядра ещё не могли присоединять электроны и образовывать атомы.

Первичная Вселенная состояла из водорода (примерно 75 %) и гелия с примесью небольшого количества лития. Этот состав не изменялся примерно 500 тыс. лет. Вселенная продолжала расширяться, остывать и становилась всё более разреженной. Когда температура снизилась до 3000 К, электроны начали соединяться с ядрами, образуя устойчивые атомы водорода и гелия.

Бесконечному расширению Вселенной противодействовали силы всемирного тяготения (гравитации). Гравитационное сжатие материи в разных частях разреженной Вселенной сопровождалось повторным сильным разогревом: наступила стадия массового образования звёзд, которая продолжалась около 100 млн. лет. Если при гравитационном сжатии газа и пыли температура достигала 10 млн. К, то начинался процесс термоядерного синтеза ядер гелия из протонов с участием ядер дейтерия:

H+ + H+ → D+ + e+;

D+ + H+ → 3He+2;

3He+2 + 3He+2 → 4He+2 + 2H+.

Эти реакции сопровождались выделением огромного количества энергии в виде позитронов, нейтрино и гамма-квантов: так появлялась новая звезда. Пока в ней было достаточно ядер водорода, излучение уравновешивало её гравитационное сжатие.

Солнце также светит за счёт «сжигания» водорода. Этот процесс идёт очень медленно, так как сближению двух положительно заряженных частиц препятствует сила кулоновского отталкивания.

Когда запас водородного горючего исчерпывается, синтез гелия, а, следовательно, и мощное излучение заканчиваются. Силы гравитации вновь сжимают звезду, температура повышается, и становится возможным слияние ядер гелия с образованием ядер углерода и кислорода:

34He+2 → 12C+6;

12C+6 + 4He+2 → 16O+8.

Эти реакции также сопровождаются выделением энергии (в виде гамма-излучения).

После исчерпания запасов ядер гелия наступает третий этап сжатия звезды силами гравитации. А дальше всё зависит от массы звезды на этом этапе. Если её масса не очень велика (как у Солнца), то температура в такой звезде недостаточна для того, чтобы углерод и кислород вступили в дальнейшие реакции ядерного синтеза. Такая звезда становится так называемым белым карликом.

Более тяжёлые элементы «изготовлены» в звёздах, которые астрономы называют красными гигантами: их масса в несколько раз больше массы Солнца. В этих звёздах идут реакции синтеза более тяжёлых элементов из углерода и кислорода.

Очевидно, что подобное объяснение уместно после того, как учащиеся изучат строение атомов химических элементов.

С изучения знаков химических элементов (химических знаков) начинается знакомство учащихся с таким компонентом химического языка, как символика. Изучение химического языка – сложная для учащихся познавательная деятельность, поэтому его изучение растягивается по времени. Сначала рассматривают знаки химических элементов. Затем объясняют формулы простых веществ и дают понятие индекса как указателя числа атомов химического элемента в условном составе вещества (на примере кислорода, водорода, серы). Далее переходят к формулам сложных веществ и составлению химических уравнений.

Остановимся вначале на изучении химических знаков (символов). В переводе с греческого языка Symbolon – это условное обозначение какой-либо величины, принятое той или иной наукой. Символика – это система условных знаков, которые обобщенно обозначают объекты, явления, закономерности химии, обзорно раскрывают их существенные признаки, связи, отношения, дают их качественную и количественную характеристику. Отсюда следует, что химический знак – это особый знак, обозначающий один атом химического элемента [79], условное обозначение химического элемента [115].

На уроке по теме «Знаки химических элементов» следует разъяснить историю происхождения химической символики. Не касаясь алхимических обозначений веществ, известных в то время, отмечают, что впервые в 1803 г. графические знаки для обозначения атомов ввел английский химик Д. Дальтон:  – кислород,  – углерод,  – медь и т.д. Но эти знаки не получили распространения, так как уже в 1814 г. шведский ученый Й. Я. Берцелиус предложил удобную и простую систему буквенных обозначений, которая с незначительными изменениями сохранилась до настоящего времени.

Во всех учебниках химии даётся указание на то, что химический знак (символ) представляет собой первую букву или же первую и одну из последующих букв латинского названия элемента. В одних учебниках содержится довольно полная информация по истории химической символики: приводятся сведения об алхимических знаках, символах элементов и соединений Д. Дальтона, о введении химических знаков Й. Я. Берцелиусом [26, 51]. В других приводятся обширные сведения о происхождении названий химических элементов [26, особенно 44], но во всех учебниках обязательно имеются таблицы «Некоторые химические элементы и их химические знаки», включающие сведения о названии, химическом знаке (символе) и произношении знака (символа). Иногда в таблицу включаются значения относительных атомных масс.

Нужно ли обязывать учащихся заучивать химические знаки? По этому вопросу нет единого мнения. Так, С. С. Бердоносов считает, что нет необходимости заставлять учащихся заучивать названия химических элементов, их символы и произношение символов, так как такой подход является данью традиции, сложившейся у нас в XIX в. Подобное было и в других европейских странах, но практически везде уже все химические символы читают как латинские буквы или как буквы родного языка [24]. Но большинство методистов и учителей химии склоняются к тому, что нужно выучить хотя бы 10-15 наиболее важных знаков. По мере изучения химии учащиеся постепенно будут знакомиться с другими элементами.

Работу по заучиванию химических знаков можно сделать интересной и эффективной, если не принуждать учащихся к этому, а создать условия для непроизвольного запоминания. Известен давний приём работы с карточками, которые учащиеся готовят заранее дома. На одной стороне карточки пишут символ элемента, на другой – русское название и произношение. Во время уроков учитель произносит название элемента или показывает его знак, а учащиеся поднимают карточки, показывая символ элемента, или вслух называют его [141, 211].

В своей практике мы также предлагаем учащимся изготовить карточки размером 10 × 15 см. На лицевой стороне карточки записывают химический знак (он должен занимать не более половины поля карточки). Под ним в дальнейшем по ходу изучения учащиеся записывают порядковые номера элементов, значения относительных атомных масс, валентность в высших оксидах и водородных соединениях (для неметаллов) и цветной полосой показывают характер элемента (металлы – синим цветом, неметаллы – красным, переходные элементы – красно-синим цветом). Эти карточки затем используют на уроке, посвящённом открытию и изучению периодического закона Д. И. Менделеева (см. главу 4).

Учащиеся должны хорошо усвоить не только обозначение, но и смысл химического знака, т.е. его качественную и количественную характеристику. Они обучаются умениям произносить, записывать, толковать знаки, переходить от знака к названию и обратно. Этому способствуют многочисленные упражнения, задания, химические диктанты, тестовые задания, в том числе игровые. Приведём примеры.

Пример 1. (Диктант). Запишите химические знаки следующих элементов – золота, калия, алюминия, водорода, магния, кислорода; назовите элементы по их химическим знакам – Ca, S, H, N, C, Si.

Пример 2. (Тестовое задание). Какой химический знак из одного столбца соответствует названию химического элемента из другого столбца:


1. Натрий
А. Au
2. Кремний
Б. Sn
3. Азот
В. Si
4. Золото
Г. P
5. Хлор
Д. Na
6. Фосфор
Е. N
7. Алюминий
Ж. Pb
8. Барий
З. Cl
9. Свинец
И. Al
10. Олово
К Ba

Пример 3. (Игровое задание). Расшифруйте следующую фразу, подставляя вместо химических знаков первые буквы их русских названий:

PbPdEuRbVN AtAu DbN BrUKrIn, Am TiNMo Ir WSEu NaArUKIn.

Ответ: «Сперва аз да буки, а там и все науки».

Популярны у учащихся химические кроссворды, ребусы, анаграммы, метаграммы и другие игры, которые часто публикуются в журналах «Химия в школе» и приложении «Химия» к газете «1 сентября» (см. также [31, 86]. Какой-либо простой кроссворд на символы элементов можно показать на экране через проектор, а более сложный предложить разгадать дома.

Традиционным в наших учебниках является объяснение использования в химии относительных атомных масс. Считается, что значения абсолютных атомных масс в граммах (например, масса атома кислорода – 0,0000000000000000000000266 г) неудобно использовать, поэтому, якобы, в химии и физике стали использовать специальную единицу атомной массы. На самом деле такие числа можно записывать в стандартной, более компактной форме (2,66 ∙ 10–23 г). Если использовать какое-то специальное обозначение массы, равной 10–23 г, то легко и просто в этих единицах массы выразить массы любого атома, значения которых давно известны. При этом масса атома кислорода будет по-прежнему в 16 раз больше массы атома водорода [24]. Использование относительных атомных масс объясняется, по словам С. С. Бердоносова, не более чем двухсотлетней традицией, берущей своё начало в работах Дж. Дальтона.

В настоящее время применяют относительные атомные массы – физические величины, показывающие, во сколько раз массы атомов химических элементов больше определённой величины, называемой атомной единицей массы. Показав один раз, как получается численное значение относительной атомной массы элемента, в дальнейшем не надо требовать от учащихся запоминания соответствующего уравнения связи. Гораздо важнее научить их находить значение этой величины в справочных таблицах. Как правило, в учебниках имеются таблицы с округлёнными значениями атомных масс химических элементов. Необходимо также разъяснить, как можно найти эти значения по Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева. Здесь также уместно напомнить или рассмотреть впервые понятие изотопы (см. выше).

Особое внимание следует уделить обозначению относительной атомной массы элемента – Ar. Начальная буква английского слова relative («относительный») должна записываться в нижнем индексе. Если букву r записывать на одном уровне с буквой А, то получится обозначение химического элемента аргона – Ar! Правильное применение всех условных обозначений способствует повышению общей грамотности и культуры учащихся.

Закреплению понятия об относительной атомной массе способствуют различные упражнения, например:

• Во сколько раз масса атома магния больше массы атома углерода?

• Найдите в таблице значений относительных атомных масс три элемента, массы атомов которых больше массы атома кислорода.

• Какой из элементов является более тяжёлым: медь или железо? Какие данные позволяют прийти к данному выводу?

Окончательное усвоение данного понятия происходит при вычислении относительной молекулярной массы веществ, о чём будет сказано ниже.

Вопрос о времени знакомства учащихся с химическими формулами и, следовательно, валентностью, на основе которой составляются химические формулы, разные методисты решают по-разному. Так, Р. Г. Иванова после изучения химических знаков элементов вводит понятие о химической формуле простых веществ. Изучив кислород как простое вещество, она рассматривает оксиды и далее вводит понятие валентность [79]. В учебниках [51, 115, 128, 141] вначале вводится понятие о химических формулах, а затем понятие валентности. В учебнике [44] понятие валентности вообще не рассматривается.

В химии пользуются следующими формулами:

а) эмпирическими, передающими только стехиометрические отношения атомов в веществе, например СН2О;

б) молекулярными, отражающими молекулярную массу вещества, например, С3Н6О3;

в) структурными, отражающими порядок расположения атомов в молекуле, например СН3СНОНСООН (молочная кислота);

г) дисплейными (displayed), передающими проекции атомов и связей в молекуле;

д) стереохимическими, передающими расположение атомов в пространстве [23].

Учащиеся постепенно усваивают их смысл, качественное и количественное выражение, правила составления, методы установления. Их обучают умениям – составлять, читать, анализировать и толковать формулы, определять по ним валентность (в дальнейшем и степень окисления), реакционную способность, а также производить расчеты, использовать формулы для обобщения знаний. Очевидно, что в первой теме школьного курса химии используются эмпирические или молекулярные формулы, реже – структурные.

Обычно учащиеся достаточно хорошо понимают, что химическая формула – это запись качественного и количественного состава вещества с помощью химических знаков [128], выражение состава вещества с помощью химических символов [141], она показывает, атомы каких элементов и в каких относительных количествах соединены между собой [51]. Но в некоторых учебниках [79, 115] нет чёткого определения понятию молекулярной формулы: учащимся даётся лишь указание на то, что с помощью химических и других знаков можно выразить состав любого вещества.

Обращаем внимание на важный методический момент. Поначалу понятие индекса, который используется при написании формул, не должно «соприкасаться» с понятием коэффициента. Коэффициент – принадлежность химического уравнения, и не следует изображать его перед одиночно записанной формулой. Во многих учебниках, к сожалению, создаётся неоправданное затруднение при изучении химического языка: от учащихся сразу требуют понимания значения коэффициента и индекса, в то время как они ещё не успели усвоить химические знаки и смысл химических формул. Возникает путаница в написании коэффициентов и индексов (коэффициент может быть вставлен внутрь формулы) [77, с. 16].

Большинство неорганических веществ имеют немолекулярное строение, поэтому очень важно дать учащимся образец описания состава вещества по его формуле, например: «Формула Fe3O4 показывает состав железной окалины. В этом сложном веществе на каждые три атома железа приходится четыре атома кислорода» [77, с. 17]. В приведённом высказывании термин «молекула» не применяется.

При обучении учащихся составлению химических формул важно показать, как их определяют исходя из экспериментальных данных. Например, учащиеся решают задачу: при горении 0,6 г магния образовалось 1,0 г его оксида. Установите формулу оксида.

Составляется схема:

Mg → MgaOb

0,6 г 1,0 г

Из этой схемы следует, что оксид магния состоит из 0,6 г атомных частиц элемента магния и 0,4 г атомных частиц элемента кислорода. Тогда можно записать следующее соотношение:

24a : 16b = 0,6 : 0,4;

a : b = 0,6/24 : 0,4/16 = 1 : 1.

Следовательно, формула оксида магния MgO [207, с. 31]. Подобные задания можно найти и в других изданиях [15, 112, 217].

Рассмотренный подход формирует у учащихся твёрдое убеждение, что формула вещества отражает реальные взаимодействия между частицами, входящими в его состав. Если при этом объяснение сопровождать реальным экспериментом (опыт «Горение магния в кислороде»), то можно обеспечить более фундаментальное усвоение понятий о составе веществ, а также их свойствах. Так, при изучении химических свойств водорода проводится опыт «Восстановление меди из её оксида водородом». При объяснении опыта можно сообщить: экспериментально было установлено, что из 1 г оксида меди получается 0,8 г восстановленной меди. Понятно, что масса атомных частиц кислорода в составе оксида меди равна 0,2 г. Проведя расчеты, аналогичные приведённым выше, получают формулу CuO. «Практически во всех темах школьного курса можно (и нужно!) неоднократно возвращаться к подобным примерам, закрепляя расчётные навыки учащихся и, прежде всего, формируя у них твёрдое убеждение в том, что химия – наука о реальных веществах, состав которых познаёт человек», – отмечает Г. И. Шелинский [208, с. 19].

После того, как учащиеся поняли, почему состав вещества можно выразить определённой формулой, появляется необходимость познакомить их с понятием валентности элементов и сформировать у них умения определять валентность по химическим формулам и составлять формулы, зная валентность элементов.

Как отмечает Р. Г. Иванова, по поводу изучения валентности и замены этого понятия другим – степенью окисления – неоднократно возникали дискуссии. «Это тоже методическая проблема: до сих пор не найден способ доступного рассмотрения понятия степени окисления вместо валентности. Все попытки раннего ознакомления со степенью окисления приводят к формализму в знаниях, а затем и к отказу от этого понятия в пользу валентности при изучении периодического закона и органической химии. Без усвоения вопросов об окислении и восстановлении понятие степени окисления не может быть сформировано осознанно» [77, с. 17].

Изучая вопрос о валентности, следует объяснить учащимся, что этот термин образован от лат. valentia, что значит «сила». В 1852 г. английский химик Эдуард Франкленд, изучая органические соединения, пришел к заключению, что один атом данного химического элемента может соединяться только с определенным числом атомов других элементов. Это свойство он назвал атомностью. Современный же термин «валентность», предложенный в 1868 г. немецким химиком-технологом К. Вихельхаузом, получил распространение лишь в XX веке.

На изучение валентности нужно отвести не менее двух уроков. На первом уроке учащихся следует познакомить с самим понятием валентность и показать, как определяют валентность по формуле вещества.

Мы уже отмечали, что при изучении химии учащимся необходимо запоминать некоторые факты, определения, законы. Как известно, запоминание происходит легче на основе возникающих ассоциаций. Совокупность приёмов, имеющих целью облегчить запоминание возможно большего числа сведений, фактов, основанная главным образом на законах ассоциации, называется

Написать схему строения атома фосфора Написать схему строения атома фосфора Написать схему строения атома фосфора Написать схему строения атома фосфора Написать схему строения атома фосфора Написать схему строения атома фосфора Написать схему строения атома фосфора Написать схему строения атома фосфора Написать схему строения атома фосфора Написать схему строения атома фосфора Написать схему строения атома фосфора Написать схему строения атома фосфора

Тоже читают:



Обереги своими руками от дурного глаза

Поздравление с днём рождения женщине от души до слез

Открытки с днем учителя учителю психологии

Поздравление с днём учителя от учеников для директора

Вязаные мешочки для новогодних подарков