Химический язык (стр. 5 из 15)
Вопросы химического, электронного, стереохимического строения органических веществ, энергетические представления получают такое мощное развитие, что обособляются в отдельную теорию.
Структура содержания понятия "химический элемент". Как и всякое сложное понятие, система понятий "химический элемент" имеет свою структуру содержания. В состав ее входят понятия: 1) об атомах химических элементов; 2) о распространенности и круговороте элементов в природе; 3) о классификации и систематизации химических элементов. Все три блока тесно связаны между собой, а кроме того, и с понятием "вещество".
Каждый из указанных блоков содержания имеет свою структуру. Например, понятия об атомах можно сгруппировать так: строение атомов, свойства атомов. Они связаны между собой причинно-следственной связью (схема 3).
Схема 3 Причинно-следственная связь
Выявление этой связи в каждом конкретном случае позволяет организовать проблемные ситуации. Например, объяснение связи между строением электронной оболочки атома и его степенью окисления позволяет построить цепочку умозаключений по прогнозированию возможных степеней окисления. (Строение атома серы позволяет предположить, что отрицательная степень окисления ее должна быть равна -2, а высшая положительная +6. Дальнейшее рассуждение позволит прогнозировать свойства веществ, содержащих серу в соответствующей степени окисления.) Легко просматривается связь между числом электронных слоев и радиусом атома, строением электронной оболочки и электроотрицательностью. Интересно выявление и обратных связей, когда требуется установить строение внешнего электронного слоя на основании известных степеней окисления.
Вполне понятно, что формирование системы понятий о химическом элементе происходит не сразу, а постепенно, последовательно, обогащаясь за счет изучаемых в процессе обучения теорий. Начинается оно с формирования понятий об атоме.
Формирование понятий о естественных группах сходных элементов.Знакомя всех учащихся с понятием об естественных группах сходных химических элементов, вначале употребляют термин "естественное семейство", чтобы не путать его с группами периодической системы. Формируют это понятие индуктивным путем на трех семействах — благородных газах, щелочных металлах и галогенах. Подход к ним единый: составление сводной таблицы по каждому семейству с соотнесением свойств с относительной атомной массой. Используют разные приемы, например таблицы, отражающие сравнительную характеристику галогенов, щелочных металлов и др.
Таблица 1 Сравнительная характеристика галогенов
| Элемент | Химический знак | Относительная атомная масса | Формула простого вещества | Физическое состояние | Окраска | Плотность | Температура кипения | Растворимость в воде |
Таблица 2 Сравнительная характеристика щелочей
| Элемент | Химический знак | Валентность в кислородных соединениях | Условия реакции с кислородом | Валентность в летучих водородных соединениях | Условия реакции с водородом |
Таблица 3 Сравнительная характеристика гидроксидов
| Элемент | Химический знак | Формула высшего оксида | Характер свойств оксида | Формула высшего гидроксида | Характер свойств гидроксида | Формула летучего водородного соединения |
В процессе сравнения используют химический эксперимент и другие средства наглядности. В результате делают выводы по следующим параметрам:
1) сходство свойств между элементами изучаемого семейства;
2) различие свойств изучаемого семейства;
3) взаимосвязь свойств и значений атомной массы;
4) сходство и различие свойств семейств и их зависимость от значения атомной массы.
Последний пункт особенно важен для понимания периодического закона. Все это необходимый фактический материал, не получающий пока теоретического объяснения, так как учащиеся пока еще не знакомы со строением атомов. Естественно, возникает проблемная ситуация, которая будет решаться на последующих уроках. Она состоит в противоречии между необходимостью объяснения фактов и нехваткой имеющихся знаний. Учитель должен эту проблему вскрыть и четко ее сформулировать: почему наблюдается такая закономерность в изменениях свойств в зависимости от атомных масс элементов?
Затем при изучении периодического закона и периодической системы элементов Д. И. Менделеева происходит качественный скачок в развитии понятий об атомах. Атом предстает как сложная система, состоящая из ядра и электронной оболочки. Здесь дается понятие об изотопах [5, 35].
Значительно пополняются представления учащихся о свойствах атомов. Вводятся представления об атомном радиусе, о степени окисления, электроотрицательности. Понятие "степень окисления" при всей его условности методически очень важно, так как помогает раскрыть сущность периодичности, облегчает пользование периодической системой. На этой стадии следует разграничить понятия "степень окисления" и "валентность" чтобы в дальнейшем учащиеся их четко различали.
Особое внимание при формировании системы понятий о химическом элементе следует обратить на тему "Обобщение знаний по курсу неорганической химии". Здесь устанавливаются внутрипредметные связи между важнейшими химическими понятиями — о химическом элементе, веществе, химической реакции и химическом производстве. Эта тема очень важна для формирования у учащихся правильных теоретических представлений о соотношении этих понятий. Она является отправной точкой, подготавливающей переход от неорганической к органической химии. После нее значительно легче сопоставлять и сравнивать свойства органических веществ с неорганическими, выявлять особенности органических реакций по сравнению с неорганическими. Формирование системы понятий о химическом элементе завершается в основном именно в этой теме [9, 50].
Таким образом, развитие понятия "химический элемент" осуществляется в несколько этапов:
1) подготовительный — до формулирования определения химического элемента;
2) экспериментальный — до изучения атомно-молекулярного учения;
3) изучение элементов на базе атомно-молекулярного учения;
4) формирование понятия о естественной группе элементов;
5) изучение периодической системы Д. И. Менделеева и теории строения атома;
6) изучение элементов по группам периодической системы;
7) обобщение знаний учащихся в конце IX класса, установление связей понятия о химическом элементе с другими понятиями курса химии.
В X классе завершается развитие понятия о химическом элементе. В курсе органической химии прежде всего отмечают, что молекулы органических веществ состоят из атомов тех же элементов, что и неорганических.
Далее рассматривается понятие о гибридизации орбиталей атома углерода, а также о том, что атомы элемента в составе соединения не просто суммируются в разных комбинациях, а испытывают влияние других атомов, т. е. атомы одного и того же элемента в разных соединениях несколько отличаются друг от друга по свойствам. Эту мысль можно провести и в неорганической химии, но в органической она звучит более убедительно.
В курсе органической химии дается понятие о возможности соединения в одном и том же веществе большого числа одноименных атомов, что редко наблюдается в неорганических веществах.
В конце курса X класса в обобщающей теме понятие об элементе должно прозвучать как важнейшее связующее звено между неорганической и органической химией. Поэтому заключительное обобщение начинается именно с него. Особое внимание обращают на философский смысл и воспитательное значение учения о химических элементах.
Структура системы понятий о химической реакции.Понятие о химической реакции сложное и многогранное. Это, как и понятие "вещество", целая система понятий, имеющая свою структуру. В курсе химии средней школы четко различаются шесть компонентов понятия "химическая реакция", которые рассматриваются в единстве и формируются постепенно:
1) признаки, сущность и механизм реакций; 2) закономерности возникновения и протекания; 3) количественные характеристики; 4) классификация; 5) практическое использование; 6) методы исследования. Сочетание этих шести блоков понятий не только определяет систему знаний, но и позволяет вскрыть философскую сущность понятия "химическая реакция". Химическая реакция должна характеризоваться с позиций всех шести блоков содержания понятия. Каждый из них имеет свою структуру. Например, структура содержания понятий о классификации химических реакций имеет такой вид (табл. 4).
Таблица 4 Классификация химических реакций
| Принципы классификации | Характеристика реакций | Примеры реакций |
| Исходное состояние реагирующей системы | Гомогенные Гетерогенные | Взаимодействие азота с кислородом Взаимодействие оксида кальция с оксидом углерода (IV) |
| Наличие окислительно-восстановительного процесса | Окислительно-восстановительныеРеакции, в которых окислительно-восстановительный процесс отсутствует | Взаимодействие цинка с соляной кислотойРазложение карбоната кальция с образованием оксида кальция и оксида углерода (IV) |
| Участие катализатора | Каталитические Некаталитические | Взаимодействие азота с водородом Взаимодействие оксида серы (IV) с водой |
| Обратимость реакции | Обратимые Необратимые | Взаимодействие оксида серы (IV) с водой Разложение дихромата аммония |
| Энергетический эффект реакции | Экзотермические Эндотермические | Горение магния Разложение оксида ртути |
| Соотношение числа исходных и полученных веществ | СоединениеРазложение Замещение и обмен | Взаимодействие оксида кальция с водойРазложение оксида ртути Взаимодействие железа и хлорида меди (II) Взаимодействие нитрата серебра и хлорида натрия |
| Реакции, протекающие без изменения качественного состава простых и сложных веществ | Аллотропные превращенияИзомеризация | Превращение кислорода в озонОбразование одного изомера из другого |
Такими должны быть знания учащихся о классификации химических реакций после усвоения школьного курса химии.