За мотивами проведених уроків
У період заключного повторення в випускному класі важливо побудувати уроки таким чином, щоб охопити в певній логіці всю систему теоретичних і фактичних знань. Ці уроки повинні допомогти учням в самостійній роботі з підручником, конспектами і додатковою літературою. Тут слід звернути увагу на структурні частинки речовини, основні поняття, закони і теорії хімії, класи неорганічних і органічних речовин, кількісні закономірності хімії.
Є багато варіантів уроків, присвячених узагальнюючого повторення. Для визначення понять і встановлення зв'язку між ними ми використовуємо структурні схеми.
На рис. 1 представлені структурні частинки атома.
Мал. 1.
Дискретні частинки речовини, їх зв'язок і єдність
Протонp - ядерна частинка, відносна маса якої трохи більше одиниці, а відносний заряд дорівнює +1. Тут і далі виходимо з кількісного визначення:
де ma (X) - маса атома елемента Х, ma (12 C) - маса атома ізотопу вуглецю 12 C.
Нейтрон n - ядерна частка трохи важче протона, яка не має електричного заряду.
Електрон e - дискретна частинка електрики, несуча одиничний електричний заряд. Електрон - це атомна частка, яка в 1836 разів легше протона, її відносний заряд
дорівнює -1.
На рис. 1 позиціями (поз.) 1, 2 відображені структурні відносини в атомі. Кількісно фізична сутність атома відображається записом: А = Z + N. де Е - знак хімічного елемента, А - масове число (елементарна сума числа нуклонів - протонів і нейтронів),
Z - число протонів, N - число нейтронів. Таким чином, з точки зору фізики атом - це частинка, що складається з протонів і нейтронів, розташованих в ядрі, і електронів, які закономірно обертаються навколо ядра. В атомі N (p) = N (e).
З хімічної точки зору, яка доповнює фізичне розуміння атома як мікросистеми, атом - це складна, електронейтральна, хімічно неподільна частинка, здатна до утворення хімічного зв'язку.
Властивість атомів, що виражає їх здатність до утворення хімічного зв'язку, називається валентністю. Хімічна зв'язок утворюється за рахунок електронів, які атом може втратити, віддаючи іншим атомам (окислюючись), або електронів, які атом приймає (відновлюючись).
Атоми можуть перетворитися в молекулу (поз. 3). Молекула - найменша частинка деяких речовин, утворена однаковими або різними атомами, здатна до самостійного існування. Від складу і будови молекул залежать фізичні, хімічні та біологічні властивості речовин. Вступаючи в хімічні реакції, молекули одних речовин можуть перетворюватися в молекули інших речовин (поз. 4). При певних умовах молекули перетворюються в краткожівущіе частки - радикали.
Радикал - це одноядерна або многоядерная електронейтральна частинка, що має неспарені електрони. Радикали володіють високою реакційною здатністю і мають короткий час життя у вільному стані (поз. 9, 10).
Атом, окислюючись, перетворюється в позитивно заряджений іон - катіон. а відновлюючись - в негативно заряджений іон - аніон (поз. 5). Що ми розуміємо під словом «іон»? Іон - це одноядерна або многоядерная частка, що має позитивний або негативний заряд, кратний одиничного електричного заряду. Іони, окислюючись або відновлюючись, можуть перетворюватися в атоми (поз. 6, 7) або в інші іони (поз. 12-14), або в молекули (поз. 11). Комплексний іон - це іон, який має координаційну сферу (молекули або іони, хімічно пов'язані з іоном-комплексоутворювачем).
Далі необхідно проілюструвати позиції схеми (див. Рис. 1) конкретними прикладами і провести демонстраційні експерименти.
Реакції до схеми (див. Рис. 1):
поз. 5: Na 0 - 1e = Na +,
поз. 6: Fe 3+ + 3e = Fe 0;
поз. 7: I - - 1e = I 0;
поз. 12: Fe 2+ - 1e = Fe 3+,
поз. 14: Fe 2+ + 6CN - = [Fe (CN -) 6] 4;
Експеримент 1. Зібрати прилад для отримання NО (безбарвний газ) в реакції міді Сu (атоми) з розведеною азотною кислотою НNО3. При відкриванні пробірки спостерігається перетворення безбарвного газу в газ бурого кольору:
Експеримент 2. У пробірку з декількома мілілітрами розчину йодиду калію долити такий же за обсягом розчин хлорного заліза (концентрація розчинів може бути мінімальною). Спостерігається поступове, але досить швидке фарбування розчину, що посилюється з часом. Протікає реакція:
Fe 3+ + 3Сl - + K + + I - = Fe 2+ + 2Cl - + K + + Cl - + 1 / 2I2.
Підтвердити освіту вільного йоду можна реакцією з неміцним розчином крохмального клейстеру:
Експеримент 3. До розчину сульфату міді (II) долити кілька крапель міцного розчину аміаку (концентрація розчину така, що відчутний запах аміаку). Розчин забарвиться в інтенсивно-синій колір (див. Вище реакцію до поз. 13).
Інший приклад (див. Далі) - отримання поліетилену з етилену. Прикладами надмолекулярних структур можуть служити вірус тютюнової мозаїки і гемоглобін крові, що складається з двох білкових ланцюгів.
Мал. 2.
Будова і властивості атома, освіту частинок і речовин,
взаємоперетворення частинок
Завдання вчителя - демонструвати учням загальнокультурну значимість і пізнавальну цінність свого предмета. Тому в схемі структурування речовини і його частинок з'являється запис - прояви життя. Який її зміст? Існує особливий рід фізичних тіл - носіїв життя. До них відносяться люди і численні тваринні і рослинні організми. Процес дихання (надходження О2) забезпечує життєдіяльність мозку, перенесення кисню здійснюється надмолекулярної структурою - гемоглобіном. Для отримання енергії і будівельного матеріалу в організм людини - в шлунок і харчові шляху - повинні потрапити білки, жири, вуглеводи, вітаміни, багато хімічні елементи, в тому числі іони натрію, калію, заліза, кальцію. Молекули складних речовин, в тому числі високомолекулярних сполук, перетворюються в низькомолекулярні з'єднання. В атмосферу через дихальні шляхи викидається вуглекислий газ. В живому організмі здійснюється синтез складних речовин (анаболізм), відбуваються численні біохімічні процеси. Знання загальних принципів функціонування свого власного організму необхідно кожній людині.
Варіантом уроку може бути классификационно-генетичний підхід (рис. 3, см. С. 26). Він, власне, цілком відповідає змісту попереднього рішення (див. Рис 1), відрізняючись формою. Конкретизація здійснюється на носії фундаментальних властивостей органічних речовин - хімічний елемент вуглець. Видно, що в ядрі атома вуглецю знаходиться по шість протонів і нейтронів. На найближчій електронної оболонці обертається два s-електрон, на другий - теж два s-електронів і два неспарених р-електронів. І коли ми робимо запис «З 0», то представляти треба таку модель атома вуглецю і інтерпретувати її записом.
З огляду на, що в більшості з'єднань атом вуглецю чотиривалентний, тому що s-електрон при порушенні атома перескакує у вільний р-стан другої електронної оболонки, маємо:
В результаті перерозподілу електронної щільності атоми вуглецю можуть перебувати в
sp 2 -валентном стані, тоді утворюється графіт - природне проста речовина. Атоми вуглецю в sp 3 -валентном стані утворюють алмаз - друга алотропна видозміна вуглецю, що зустрічається в природі. У штучно отриманому речовині Карбин вуглець знаходиться в sp -валентном стані.
Таким чином, в разі утворення простої речовини маємо:
На «хімічної» частини рис. 3 показано шестичленное кільце - повторювана група атомів в графіті.
Мал. 3.
Класифікація частинок
Під формулою молекули метану ми бачимо атом вуглецю з тетраедричних спрямованістю майбутніх зв'язків в алмазі і граничних вуглеводнях. Освіта метану прямим синтезом пов'язано з розривом ковалентних (дуже міцних) вуглець-вуглецевих зв'язків (-С: С-). Тому тільки використання каталізатора дозволяє проводити процес, хоч і з низьким виходом продукту:
Взагалі, процес відновлення проходить складно:
Можливий і процес часткового відновлення:
Окислення вуглецю киснем та іншими окислювачами можна представити у вигляді:
Для отримання сполуки вуглецю в двовалентне стані, як показано на схемі генетичних переходів, окислену частку необхідно відновити:
Природно, що цей стан енергетично нестійка. Тому оксид вуглецю (II) горить блакитним полум'ям, віддаючи ту енергію, яка була витрачена на його освіту:
З карбіду кальцію можна отримати ацетилен:
Гідруванням ацетилену отримують етилен, який різними способами перетворюють в поліетилен.
В якості домашнього завдання учням можна запропонувати наступну схему генетичних перетворень, яка носить частково репродуктивний характер:
Гідність такого підходу до організації матеріалу в повторювальний період полягає в тому, що вдається поєднати в один блок різні речі. Розмова про частки пов'язує речовини неорганічні з речовинами органічними, що має значення. Ми вибрали вуглець, як видно, не випадково. Одночасно зачіпаються багато теоретичні питання хімії. По ходу повторення ставлять запитання, позначені у схемі, - проста речовина або складне, низкомолекулярное або високомолекулярне, який клас оксидів, назви речовин, радикалів, типів хімічного зв'язку; умови протікання хімічної реакції, екзотермічна або ендотермічна реакція. І, звичайно ж, даються визначення понять.
Не можна на одному уроці, кажучи словами Козьми Пруткова, осягнути неосяжне. Від себе можу тільки додати: сьогодні я бачу даний предмет під одним кутом зору, на наступний рік з'являться нові ідеї і конструкції уроку. Навіть в процесі самого уроку може статися різкий поворот в загальному плані уроку, і тоді можна в конспект не заглядати: а що там далі?
Існує спокуса вийти за рамки теми уроку, розширюючи його змістовну базу. Зокрема, сказати про ізотопи, ізомери, мономерах. Спробуємо оцінити доцільність розгляду цих понять на даному уроці, адже час уроку не гумове. Звернемося до самих понять.
Ізотопи - це атоми одного і того ж елемента (заряд ядра Z постійний), що розрізняються масовими числами А. наприклад, 39 К, 40 К, 41 К, Z = 19.
Ізомери - це молекули різних речовин, що мають однаковий якісний і кількісний склад, але різну будову.
наприклад:
Мономери - це молекули низькомолекулярних сполук, здатні в реакції полімеризації або поліконденсації перетворюватися в високомолекулярні сполуки. наприклад:
Мал. 4.
Логіка і діалектика частинок
Викладений підхід дуже зручний, тому що в наочно-образній формі вдається здійснити класифікацію частинок, диференціювати поняття, встановити між ними зв'язок, виявити, яке поняття більш вузьке, а яке ширше. Цікаво відзначити, що всі поняття перебувають у відношенні підпорядкування з родовим поняттям «частка». Частка виступає як мікротело і мікросистема різної природної організації, сутність якої часто залишається по той бік нашого знання. Електрон - речова форма матерії, частка, багато властивостей якої вивчені, але вона все ще залишається загадкою. Те ж можна сказати про протоні і нейтрони. Всі інші частинки, починаючи з атома, - одноядерні або багатоядерні, електронейтральні або мають електричний заряд, т. Е. Є мікросистемами і мікротеламі одночасно. Це стосується і молекул, і надмолекулярних утворень з мільйонними відносними молекулярними масами і складної геометричної організацією.
На жаль, у нас немає часу на серйозне обговорення піднятих питань і до того ж занадто вузька фактологическая база (підручник не може бути достатньою опорою). Досада ця виникає тому, що всі ці питання збагачують кожної мислячої людини, світ його знань і уявлень.
Як видно, серед хімічних часток немає назви «колоїдні частинки». Перш за все тому, що в школі колоїди не вивчаються, навіть в понятійному плані. Колоїдні частинки - це мікрогетерогенні системи, що мають позитивний або негативний заряд, багаторазово перевищує одиничний. Зарядженість частинок обумовлює агрегатную стійкість колоїдних систем. Колоїдні частинки не мають постійного складу. Зазвичай, щоб зрозуміти особливість колоїдних частинок, зіставляють їх розмір з розміром молекул або іонів і суспензій:
0,05-0,25 нм <1–100 <(> 100 нм).
В принципі можна моделювати колоїдні частинки - для наочності та кращого сприйняття:
Про колоїдному стані речовини можна говорити при вивченні гідролізу хлорного заліза (III), отриманні осаду йодиду срібла та поясненні опалесценции вмісту в пробірці. До колоїдних розчинів можна віднести білки в крові і молоці, крохмальний клейстер, латекс, який використовується при отримання каучуку.
Звертаються до поняття «колоїди» і при структуруванні хімічної науки (див. Схему).