Про науку химию

Мастерская

• Чиркунова Людмила Александровна, учитель химии

Разделы: Химия

Значимость химии постоянно растет, именно поэтому 2011 был год объявлен Организацией Объединенных Наций «Международным годом химии» – настолько важно дальнейшее развитие химии для роста качества жизни и благосостояния людей, для борьбы с болезнями, для поддержания экологического здоровья планеты.

Однако, начиная изучение химии в 8 классе, учащиеся с интересом проводят первые практические работы, а вот как только дело доходит до теоретической части химии, здесь возникают проблемы. Первоначальная хемофилия – «любовь к химии», постепенно превращается в хемофобию – «боязнь химии».

Кроме того, учебники перегружены большим количеством информационного материала, а время на его изучение и закрепление очень ограниченно. Как показали результаты анкетирования, учащиеся обычно считают, что то, что мы учим в школе, никому в жизни не пригодится; от химии один вред.

[attention type=yellow]

Результат изучения школьной химии в школе – зачастую, стойкая неприязнь к этому предмету, страх перед самой наукой химией.

[/attention]

Я предлагаю последний урок химии в году провести в виде мастерской (для учащихся 8, 9 или 11 классов). Предмет химии – конкретный предмет. Материал, который изучается на каждом уроке, четко определен рабочей программой и поэтому урок – мастерская хорош для проведения в конце четверти или в конце года, когда оценки уже выставлены, домашних заданий нет, и есть возможность осмыслить материал.

Педагогическая мастерская даёт возможность заглянуть внутрь себя, свой внутренний мир и задуматься над вечным, над тем, что нас окружает, что мы должны заронить в души юного поколения. Творческие задания позволяют учащимся познакомиться с достижениями учёных в науке «химия», увидеть красивые, изящные и яркие примеры работы творческой мысли.

Работая в «мастерской», учащиеся активно взаимодействуют друг с другом выполняя задания, которые приводят к осмыслению и «выстраиванию» нового знания.

И очень приятно, как учителю химии, услышать в конце мастерской такие слова:

О, химия – ты такова, Что без тебя нам – грош цена! И знаю, все твои пути

К успеху могут привести!

11 класс – 1-й вариант (работа с афоризмами знаменитых людей о химии); 8 и 9 класс – 2-й вариант (работа со стихотворением С. Щипачева «Читая Менделеева»)

Цели:

1. формирование ценностных ориентаций (уважительного отношения учащихся к предмету химия);
2. развитие творческого мышления, воображения;           
3. формирование коммуникативной компетенции у обучающихся.
4. развитие учащихся, их мотивация к изучению химии, повышение интереса к предмету

Оборудование: мультимедийная презентация, видеоряд, посвященный высказываниям знаменитых людей о химии, карточки с высказываниями(11 класс), стихотворение С. Щипачева «Читая Менделеева»(8 класс).

Форма работы: групповая.

Тип урока: мастерская письма.

I. «Индуктор» (5-6 минут)

Учитель:

О, вы, счастливые науки! Прилежно простирайте руки И взор до самых дальних мест, Пройдите землю и пучину, И степи, и глубокий лес, И саму высоту небес. Везде исследуйте всечасно, Что есть велико и прекрасно, Чего еще не видел свет… В земные недра ты, химия, Проникни взора остротой И что содержит в нем Россия Драги сокровища открой.

М.В. Ломоносов

Слайд 2

«Широко распростирает химия руки свои в дела человеческие! Куда ни посмотрим, куда ни оглянемся, везде обращаются пред очами нашими успехи ее прилежания.» – написал Михаил Васильевич Ломоносов в своем труде «Слово о пользе химии» в 1751 г.

Учитель: Сегодня мы поразмышляем о значении химии в нашей жизни. При выполнении заданий вам дается полная свобода выбора пути, поступайте так, как вы чувствуете.

II. Самоконструкция (5 минут)

Слайд 3

Работа со словом «химия».

Учитель:

1. Подберите однокоренные слова.
2. Подберите ассоциации (опыты, вещества, пробирка, задача, реактив, мензурка и др.).
3. Продолжите предложение: «Химия – это…».
4. Напишите имя человека, рядом с которым можно смело написать слово «химия» (это могут быть великие ученые, знакомые, ребята, интересующиеся химией и т.д).

III. Работа с культурным аналогом.

Химия – это наука о веществах, превращениях веществ друг в друга и явлениях, сопровождающих эти превращения.

Хи́мия (от араб. کيمياء‎‎, произошедшего, предположительно, от египетского слова km.t (чёрный), откуда возникло также название Египта,чернозема», «влага», «вкус», др-греч. χυμα – «сплав (металлов)», «литье», «поток», др.

– греч χυμευσις – «смешивание») – одна из важнейших и обширных областейестествознания, наука о веществах, их свойствах, строении и превращениях, происходящих в результате химических реакций, а также фундаментальных законах, которым эти превращения подчиняются

Химия – органическая, химия – неорганическая, физическая химия, аналитическая химия, биохимия, геохимия, стереохимия, квантовая химия, предмет в школе – химия.

Учитель:Такой подход к рассмотрению роли химии в жизни человека, является, на мой взгляд, упрощённым, и я предлагаю Вам его углубить и расширить, перейдя в совершенно новую плоскость оценки химии и её влияния на человеческое общество.

IV. Социоконструкция и социализация.

Работа с высказываниями о химии (ВАРИАНТ УРОКА 1) для 11 класса

Учитель: Вы получили лист с высказываниями известных людей о химии и значении химии в жизни человека. Ознакомьтесь с этими высказываниями.

1. Широко распростирает химия руки свои в дела человеческие. (М.В. Ломоносов)
2. Изучение химии имеет двоякую цель: одна – усовершенствование естественных наук, другая – умножение жизненных благ» (М.В. Ломоносов)
3. Химии никоим образом научиться невозможно, не видав самой практики и не принимаясь за химические операции». (М.В. Ломоносов)
4. Ближайший предмет химии составляет изучение однородных веществ, из сложения которых составлены все тела мира, превращений их друг в друга и явлений, сопровождающих такие превращения. (Д.И. Менделеев)
5. «Посев научный взойдёт для жатвы народной» (Д.И. Менделеев)
6. Химия – это область чудес, в ней скрыто счастье человечества, величайшие завоевания разума будут сделаны именно в этой области. (М. Горький)
7. Кто не понимает ничего, кроме химии, тот и ее понимает недостаточно. (Георг Кристоф Лихтенберг)
8. Всякий необходимо причиняет пользу, употребленный на своем месте. Напротив того: упражнения лучшего танцмейстера в химии неуместны; советы опытного астронома в танцах глупы. (Козьма Прутков)
9. Химия озаряла меня величайшим наслаждением познания, ещё неразгаданных тайн природы… И я уверен, что он один из тех, кто заинтересуется химией, не пожалеет о том, что выберет эту науку в качестве своей специальности. (Н.Д. Зелинский)
10. «Все мы связываем с химической наукой прогресс в познании окружающего мира, новые методы его перестройки и усовершенствования. И не может быть в наши дни специалиста, который мог бы обойтись без знания химии.» (Н.Н. Семенов)
11. Своими знаниями я обязан только самому себе. Я сам себя научил химии (Р. Вудворд, лауреат Нобелевской премии)
12. Химия создала свой предмет. Эта творческая способность, подобная искусству, коренным образом отличает химию от остальных естественных наук. (Марселен Бертло)
13. «…Мы уверенны, что химия не остановится в своём дальнейшем развитии» (А.М. Бутлеров)
14. Даже если вы ни черта не понимаете в химии, лежа в ванне, вы обязательно ПОЛНОСТЬЮ прочитаете состав шампуня на оборотной стороне. (Алексей Калинин)

Работа с текстом (для 11 класса)

1. Какие высказывания произвели на вас наибольшее впечатление?
2. С какими высказываниями вы согласны в большей степени?
3. С какими высказываниями вы не согласны?

Работа со стихотворением (ВАРИАНТ УРОКА 2) для 8 и 9 класса

Семен Щипачев. Читая Менделеева.

Другого ничего в природе нет ни здесь, ни там, в космических глубинах: все – от песчинок малых до планет – из элементов состоит единых. Как формула, как график трудовой строй Менделеевской системы строгой. Вокруг тебя творится мир живой, входи в него, вдыхай, руками трогай.

Есть просто газ легчайший – водород, есть просто кислород, а вместе это – июньский дождь от всех своих щедрот, сентябрьские туманы на рассветах. Кипит железо, серебро, сурьма и темно-бурые растворы брома, и кажется Вселенная сама одной лабораторией огромной.

Тут мало оптикой поможешь глазу, тут мысль пытливая всего верней. Пылинку и увидишь-то не сразу – глубины мирозданья скрыты в ней. Будь то вода, что поле оросила, будь то железо, медь или гранит – все страшную космическую силу, закованную в атомы, хранит.

Мы не отступим, мы пробьем дорогу туда, где замкнут мирозданья круг,– и что приписывалось раньше богу, все будет делом наших грешных рук!

1948

Работа с текстом (для 8-9 класса)

1. Каково впечатление от прочитанного?
2. Что вы поняли?
3. Как вы поняли выражение «Вселенная – огромная лаборатория»
4. Как вы понимаете значимость предмета «химия»?
5. Выпишите химические элементы и вещества, которые упоминаются в стихотворении (можно химическими знаками или формулами)

Стихотворение зачитывается еще один раз, чтобы учащиеся смогли выписать «химические термины»

V. Творческая работа (Химия – наука о прекрасном…)(8-10 минут)

Учитель: Объединитесь в группы по 4- 6 человек.

Напишите текст в любом жанре (письмо, рассказ, стихотворение и др.), посвящённый науке «химия» и предмету «химия», по возможности используя слова из тех слов, что вы выписали в течение урока.

Очень красиво и интересно, когда группы учащихся пишут «Оду химии».

Постарайтесь отразить своё настроение, ощущения в ходе проживания сегодняшней мастерской.

Учащиеся: зачитывают то, что они написали на уроке.

VI. Этап «рефлексии».

• Как вы чувствовали себя на уроке ?
• Как вы думаете, зачем нужны такие занятия?
• Скажем друг другу «спасибо» за общение.

VII. Фрагменты работ учащихся:

Стихотворения учащихся 8-х и 9-x классов:

Да здравствует химия школьная! Да здравствует опыта свет! Ты все же такая прикольная, Мы пламенный шлем наш привет! Она нас всюду окружает И несомненно помогает: Всю нашу жизнь сопровождает, Здоровье наше укрепляет! С нами она везде и всегда – Мы не забудем ее никогда! О, химия – ты такова, Что без тебя нам – грош цена! И знаю, все твои пути К успеху могут привести! Великая, могучая, красивая, Всегда ты будешь справедливая! И бром, и иод, и водород, И осмий, радий, кислород, Сульфат, хлорид, бромид, фосфат – Ты самый лучший химикат! О, Менделеев, как ты мог Так поздно показать нам всем, Что химию – не заменить ничем! Тут серебро и водород, Тут натрий, ртуть и кислород, Вы человека исцелите,

А, если надо, и казните!

Варианты работ учащихся 11 класса:

«Химия – наука о прекрасном – об окружающем нас мире! Мы здесь сидим, а в нас происходят миллионы химических реакций, и такое же множество реакций происходит вокруг нас. Таков и человек. Он тоже вступает в «химическое взаимодействие» со многими людьми, и иногда результат этой химической реакции непредсказуем!»

«Химия – наука о прекрасном – о жизни! Жизнь современного человека невозможна без химии. Есть даже мнение, что самое возвышенное чувство человека, любовь, это набор определённых химических реакций в организме. Это – удивительно, иногда – грустно, но химия нам необходима!»

Удивительные факты о химии

Химия окружает нас повсюду, мы даже не задумываемся, сколько процессов происходит ежесекундно. Только в человеческом мозге каждую минуту одновременно идет больше 100 тысяч химических реакций. Да-да, эта наука не только вокруг, но и внутри нас.

В человеческом организме немало химических элементов, есть даже золото (оно содержится в крови, печени, почках и костях в микродозах, всего около 10 мг). Фактически, все, что нас окружает – это элементы или соединения разной сложности. Природа и человек иной раз создает вещества с удивительными свойствами.

Некоторые из них немедленно находят свое применение, другие ждут «своего часа» десятилетиями и даже веками. Давайте познакомимся с разными интересными фактами из прошлого и настоящего этой чудесной науки.

Химия в организме человека

Наш организм можно назвать настоящей биохимической лабораторией. Поскольку мы уже упомянули об элементах и сложных соединениях в человеческом организме, приведем еще несколько примеров:

• Подсчитано, что мы примерно на 70% состоим из воды, а в период внутриутробного развития – на 90%;
• В организме можно найти 81 элемент периодической системы, 15 из которых относятся к тяжелым металлам, которые в большом количестве являются смертельным ядом (например, мышьяк);
• За наше настроение отвечают гормоны, которые с точки зрения химии являются сложными соединениями. Под их влиянием можно испытать весь известный спектр эмоций от страха и паники (адреналин и норадреналин) до влюбленности (фенилэтиламин) и удовольствия (эндорфины);
• Голубая кровь действительно встречается у людей, хоть и редко. Это происходит, когда в гемоглобин вместо железа встраивается медь. По некоторым данным в мире насчитывается около 7 тысяч людей с голубой кровью, их называют кианетиками. А в Канаде хирурги во время операции столкнулись с еще одним феноменом: при операции у пациента пошла кровь зеленого цвета. Анализ показал, что к гемоглобину присоединилась сера.

И в жизни

Современный мир невозможно представить себе без химии. Мы постоянно пользуемся веществами с разными свойствами, даже не задумываясь об этом.

Хотя самостоятельной наукой и отдельной дисциплиной ее признали в XVII—XVIII веках, до этого активно развивалась алхимия, упоминания о которой встречаются еще III веке. Да и в более ранние времена люди пытались объяснить те или иные явления.

[attention type=red]

А первой лабораторией можно считать огонь, который первобытные люди научились зажигать самостоятельно. После этого началось развитие экспериментальной и практической химии, которая не имела теоретического обоснования.

[/attention]

Но это не мешало нашим предкам воспользоваться ее плодами. Открытия совершались, некоторые из них были преждевременными, некоторые — случайными. Вот несколько интересных фактов из истории:

• Порох был изобретен в Китае и долгое время использовался только в мирных целях — для салютов и фейерверков.
• Спички были созданы случайно: в 1827 году аптекарь Джон Уокер забыл палочку, покрытую химической смесью, которая засохла. Пытаясь отчистить палочку, английский химик провел ей по полу, в результате вспыхнул огонь. Практичный англичанин тут же понял, как можно применить свое изобретение. А ведь еще в 1680 году физик Бойл показывал опыт с зажиганием палочки с серной головкой с помощью листка, покрытого фосфором. Удивительно, что человек, сформулировавший закон Бойля, не смог найти практического применения такому опыту.
• К случайным открытиям также можно отнести: антибиотики (Александр Флеминг), небьющееся стекло (Эдуард Бенедиктус), фосфор (алхимик Бранд Хенниг пытался получить золото из… человеческой мочи).
• Также случайно были открыты: вулканизированная резина (Чарлзом Гудьиром), йод (кот фармацевта Бернара Куртуа разбил приготовленные для опыта бутылки, в результате реакции на полу остался кристаллизованный йод). Заменитель сахара сукралоза: студент Шашикант Пхаднис плохо понял команду профессора и попробовал вещество, приготовленное для опыта (анг. test и taste звучат почти одинаково, но имеют абсолютно разные значения). И таких примеров немало.

Удивительное вокруг нас

Многие интересные факты имеют самое простое объяснение, если знать химию. А удивительные опыты оказываются совсем простыми после научного пояснения.

Вода – это просто

Казалось бы, что может быть обычнее простой воды.

А вот интересно знать, что:

• H2O занимает около 70% Земли, имеет самую разрушительную силу (яркий пример – цунами);
• встречается в разных состояниях: жидком, твердом и газообразном, а при высоких температурах отлично… горит, именно поэтому пожар в некоторых случаях водой не тушат;
• бывает разной: соленой (в каждом литре морской растворено 25 грамм соли), красной (присутствие двухвалентного железа приводит к появлению «кровавых» рек и водопадов), антибактериальной (достаточно положить в воду серебро, чтобы уничтожить микроорганизмы);
• сказки о живой и мертвой воде основаны на вполне реальных процессах: структура молекулы H2O способна меняться даже под воздействием.. музыки, такие видоизмененные молекулы могут оказывать как целебное, так и пагубное влияние;
• при добавлении суспензии кукурузного крахмала по воде можно ходить.

Удивительные истории о свойствах воды можно перечислять долго, но есть и смешные. Рассылка информации об опасности вещества монооксид дигидрогена (термин, обозначающий H2O) привела к депутатскому запросу о запрете ее использования.

В рассылке было указано, что монооксид дигидрогена ускоряет коррозию металлов, вызывает короткое замыкание, является главным компонентом кислотных дождей и очень опасен. Но при этом его постоянно используют.

Не разобравшись в «проблеме», новозеландский депутат в 2007 году потребовал от своего правительства…. запретить опасный химикат.

Растения и химия

Растительный мир тоже напрямую связан с этой удивительной наукой:

• есть растения, способные вырабатывать вещества: отпугивающие травоядных животных, привлекающие насекомых или плотоядных хищников, которые регулируют численность травоядных;
• фрукты могут дозревать, так как сами вырабатывают этилен, дома можно проделать этот опыт: положите зеленые и спелые плоды в один полиэтиленовый пакет;
• и чернеть: яблоки, бананы и некоторые другие плоды содержат много железа, на открытом воздухе начинается реакция окисления, и появляется черная «ржавчина»;
• и взрываться: избыток форхлорфенурона (синтетический ферамон, отвечает за размер плодов) в удобрениях приводит к слишком быстрому росту, в Китае в результате «передозировки» взорвалось арбузное поле.

Самой главной полезным свойством растительном мире является фотосинтез, который, по сути, представляет ряд последовательных биохимических процессов. Растения не только выделяют, но и потребляют кислород. Просто для дыхания им нужно намного меньше, чем они способны синтезировать, поэтому растительный мир стал надежным поставщиком кислорода.

В пищевой промышленности

Интересно, задумывался ли человек, чтобы он ел сейчас, если бы не химия? Сам процесс приготовления пищи – ряд последовательных превращений одного вещества в другое, которые мы используем ежедневно в быту. А продукты в современном мире часто результат работы химиков. Судите сами:

• издавна для выпечки использовались дрожжи (реакция брожения) и сода, гашенная уксусом;
• реакция брожения используется при изготовлении кваса и пива, а газированная вода – тоже результат химического процесса;
• сок растений использовался для подкрашивания: самый яркий пример – старинные рецепты покраски пасхальных яиц луковой шелухой, соком свеклы, краснокочанной капусты;
• чтобы сохранить цвет и «закрепить» его используют уксус: борщ останется ярко-красным, если добавить немного уксуса при варке, и станет бледным, если долго варить овощи;
• а пересоленный суп можно «спасти», если опустить в него завернутый в марлю рис: эффект достигается за счет абсорбции;
• в современной пищевой промышленности используются множество искусственных красителей, ароматизаторов, стабилизаторов, загустителей.

Химия настолько прочно вошла в пищевую промышленность, что появилось отдельное направление – молекулярная кухня.

Рецепты полностью основаны на химических реакциях, из печени делают конфеты, из апельсина – спагетти, из бальзамического уксуса – икру.

Рецептура молекулярной кухни разнообразна, в процессе приготовления используется способность молекул менять свои свойства и форму под воздействием реагентов и различных факторов (например, высоких или низких температур).

В быту

И тут никуда без этой науки. Даже не задумываясь, мы постоянно используем ее достижения:

• При стирке: в порошки добавляются различные по своим свойствам вещества.
• Во время мытья посуды, уборки, дезинфекции: неслучайно предлагаются разные средства для определенных поверхностей (пластика, кафеля, металла, дерева, стекла и керамики).
• Для выведения сложных пятен: например, очень трудно убрать жевательную резинку с одежды. Существуют проверенные рецепты: заморозка, отпаривание, с уксусом, бензином спиртом и даже арахисовым маслом. Но почему их так много, и они не всегда действуют? Все просто: испорченная ткань имеет разную структуру, там, где помогает один метод, не эффективен другой.
• Для поиска утечки газа: сам по себе газ, используемый в многоквартирных домах, не обладает запахом. Его специально ароматизируют, чтобы в случае утечки быстро обнаружить и устранить ее.
• В рекламе: не секрет, что в крупных супермаркетах часто специально нагнетают определенные запахи, провоцирующие на покупку. Например, аромат ванили вызывает желание поесть. Распространяемый запах способен увеличить как продажи в целом, так и продвижение конкретного бренда или товара. Так анализ данных показал, что ликер, продаваемый с помощью ароморекламы, раскупался на 79% быстрее, чем при визуальной и аудио- рекламах.

И для забавы

Как видите, нет ограничений по использованию химических знаний в быту, производстве, даже в сфере маркетинга. А еще можно воспользоваться ее плодами для дружеского подшучивания или забавных опытов:

• хорошо известно, как меняется голос, если вдохнуть гелий;
• убитого кальмара можно заставить танцевать с помощью соевого соуса;
• а мармеладные червячки будут танцевать и подпрыгивать, если опустить их в уксус, предварительно пропитав содовым раствором;
• кстати, реакция соды с уксусом – отличный способ надуть шарик, смешайте реагенты в колбе и наденьте на нее воздушный шар, он будет надуваться «сам собой»;
• из галлия можно изготовить ложку, которая расплавиться в горячей жидкости;
• изменить окраску цветов можно, если опустить их корни в нашатырный спирт;
• дым без огня получится, если в фотографический фиксаж добавить влажную таблетку гидроперита;
• а если в сухом горючем сжечь таблетку глюконата кальция, то можно создать мифическое чудовище – гидру;
• если требуется много пены, то можно добавить в раствор соды (водный) хлорную известь.

Забавных химических опытов, сложных и простых, безопасных и довольно опасных, множество. Удивительными открытиями можно воспользоваться по-разному. Например, мошенники одно время неплохо зарабатывали на страховке багажа.

Большой чемодан страховали на серьезную сумму, для достоверности заполняли ценными вещами, взвешивали, запечатывали и отправляли в багажный отсек. После прибытия оказывалось, что вес значительно уменьшился. И пропало что-то «очень ценное».

Вся схема была построена довольно просто: мошенники незаметно в багаж подкладывали большой кусок сухого льда. А он тает без следа, не оставляет даже пятен. Вот так наживались химики-затейники на простой реакции.

Они вполне достойно продолжили дело алхимиков: те пытались сделать золото из чего только можно, а их современные последователи из дешевого куска сухого льда извлекали вполне приличную прибыль.

в соцсетях:

История химии кратко: описание, возникновение и развитие. Краткий очерк истории развития химии

Зарождение науки о веществах можно отнести к эпохе античности. Древние греки знали семь металлов и еще несколько сплавов. Золото, серебро, медь, олово, свинец, железо и ртуть – вот вещества, которые были известны в то время. История химии началась с практических знаний.

Их теоретическое осмысление было впервые предпринято различными учеными и философами – Аристотелем, Платоном и Эмпедоклом. Первый из них считал, что каждое из этих веществ может преобразовываться в другое.

Он объяснял это существованием первоматерии, которая послужила началом всех начал.

Античная философия

Также распространенным было мнение о том, что в основе каждого вещества в мире лежит сочетание четырех стихий – воды, огня, земли и воздуха. Именно эти силы природы отвечают за трансмутацию металлов. Одновременно с этим в V в. до н. э.

появилась теория атомизма, основоположниками которой были Левкипп и его ученик Демокрит. Это учение утверждало, что все предметы состоят из мельчайших частиц. Их назвали атомами.

И хотя данная теория не нашла научного подтверждения в античности, именно это учение стало подспорьем современной химии в новейшее время.

Египетская алхимия

Примерно во II веке до н. э. новым центром науки стала египетская Александрия. Там же возникла алхимия. Эта дисциплина зародилась как синтез теоретических идей Платона и практических знаний эллинов. История химии этого периода характеризуется повышенным интересом к металлам.

Для них было придумано классическое обозначение в виде известных тогда планет и небесных тел. Например, серебро изображалось в виде Луны, а железо – в виде Марса.

Так как наука в то время была неотделима от религии, то и у алхимии, как у любой другой научной дисциплины, был свой бог-покровитель (Тот).

[attention type=green]

Одним из самых значимых исследователей того времени являлся Болос из Мендеса, который написал трактат «Физика и мистика». В нем он описал металлы и драгоценные камни (их свойства и ценность).

[/attention]

Другой алхимик Зосим Панополит в своих работах исследовал искусственные способы получения золота. Вообще история возникновения химии началась с поиска этого благородного металла.

Алхимики пытались получить золото с помощью экспериментов или магии.

Египетские алхимики изучали не только сами металлы, но и руды, из которых те добывались. Так была открыта амальгама. Это вид сплава металлов с ртутью, который занял особенное место в мировоззрении алхимиков. Некоторые считали его первичным веществом. К этому же периоду можно отнести открытие способа очистки золота с помощью свинца и селитры.

Арабские открытия

Если в эллинистических странах история химии началась, то продолжилась она несколько веков спустя во время арабского золотого века, когда ученые молодой исламской религии были в авангарде человеческой науки.

Эти исследователи открыли множество новых веществ, например сурьму или фосфор. Большая часть уникальных знаний применялась в медицине и фармации для разработки лекарств и снадобий.

Очерк истории развития химии без упоминания о философском камне – мифической субстанции, позволяющей превращать любое вещество в золото, невозможен.

Около 815 года арабский алхимик Джабир ибн Хайян сформулировал ртутно-серную теорию. Она по-новому объясняла происхождение металлов. Эти принципы стали основополагающими для алхимии не только арабской, но и европейской школы.

Благодаря Крестовым походам и большему соприкосновению Запада и Востока христианские ученые наконец узнали об открытиях мусульман. С XIII века именно европейцы заняли уверенную лидерскую позицию в исследованиях веществ. История химии Средневековья многим обязана Роджеру Бэкону, Альберту Великому, Раймунду Луллию и т. д.

В отличие от арабской науки европейские исследования были пропитаны духом христианской мифологии и религии. Основными центрами изучения веществ стали монастыри. Одним из первых серьезных достижений монахов стало открытие нашатыря.

Его получил знаменитый теолог Бонавентура. Открытия алхимиков мало затрагивали общество до тех пор, пока не Роджер Бэкон не описал порох в 1249 году. Со временем это вещество произвело революцию на полях сражений и в амуниции армий.

[attention type=yellow] [/attention]

В XVI веке алхимия получила толчок в качестве медицинской дисциплины. Больше всего известны труды Паральцеса, который открыл множество лекарств.

Новое время

Реформация и наступление Нового времени не могло не затронуть и химию. Она все больше избавлялась от религиозных оттенков, становясь эмпирической и экспериментальной наукой. Пионером этого направления стал Роберт Бойль, который поставил перед химией конкретную цель – найти как можно больше химических элементов, а также изучить их состав и свойства.

В 1777 году Антуан Лавуазье сформулировал кислородную теорию горения. Она стала фундаментом для создания новой научной номенклатуры. История химии, кратко описанная в его учебнике «Элементарный курс химии», сделала рывок.

Лавуазье составил новую таблицу простейших элементов, основываясь на законе сохранения массы. Изменились представления и понятия о природе веществ.

Теперь химия стала самостоятельной рациональной наукой, основывающейся только на экспериментах и реальных доказательствах.

XIX век

В начале XIX века Джон Дальтон сформулировал атомную теорию строения веществ. По сути, он повторил и углубил учение античного философа Демокрита. В обиходе появился такой термин, как атомная масса.

С открытием новых законов получила новый импульс история развития химии. Кратко говоря, на рубеже XVIII и XIX вв.

[attention type=red]

появились математические и физические теории, которые легко и логично объясняли многообразие веществ на планете.

[/attention]

Открытие Дальтона было подтверждено, когда шведский ученый Йенс Якоб Берцелиус связал атомы с полярностью электричества. Также он ввел в обиход привычные сегодня обозначения веществ в виде латинских литер.

Атомная масса

В 1860 году химики всего мира на конгрессе в Крлсруэ признали основополагающей атомно-молекулярную теорию, которую предложил Станислао Канниццаро. С ее помощью была вычислена относительная масса кислорода. Так история химии (кратко ее описать очень сложно) за несколько десятков лет прошла огромный путь.

Относительная атомная масса позволила систематизировать все элементы. В XIX веке было предложено множество вариантов того, как это сделать наиболее удобно и практично. Но лучше всего это удалось русскому ученому Дмитрию Менделееву. Его периодическая система элементов, предложенная в 1869 году, стала фундаментом для современной химии.

Современная химия

Через несколько десятков лет был открыт электрон и явление радиоактивности. Это подтвердило давние предположения о делимости атома. Кроме того, данные открытия дали толчок к развитию пограничной дисциплины между химией и физикой. Появились макеты строения атома.

Краткий очерк истории развития химии не может обойтись без упоминания о квантовой механике. Эта дисциплина повлияла на представления о связях внутри вещества. Появились новые методы анализа научных знаний и теорий. Это были различные вариации спектроскопии и использование рентгена.

В последние годы история развития химии, кратко описанная выше, ознаменовалась большими результатами в связке с биологией и медициной. Новые вещества активно используются в современных лекарствах и т. д.

Была исследована структура белков, ДНК и других важных элементов внутри живых организмов.

Краткий очерк истории развития химии можно закончить открытием все новых веществ в таблице Менделеева, которые получают экспериментальным путем.

Урок 1. Основные понятия и законы предмета «Химия» – HIMI4KA

Самоучитель по химии › Общая химия

Что такое химия? Где мы встречаемся с химическими явлениями? Везде. Сама жизнь — это бесчисленное множество разнообразных химических реакций, благодаря которым мы дышим, видим голубое небо, ощущаем изумительный запах цветов…

Что изучает химия? Химия изучает вещества, а также химические процессы, в которых участвуют эти вещества.

Что такое вещество — понятно: это то, из чего состоит окружающий нас мир и мы сами. Но что такое химический процесс (явление)?

К химическим явлениям относятся процессы, в результате которых изменяется состав или строение молекул, образующих данное вещество. Изменились молекулы — изменилось вещество (оно стало другим!), — изменились его свойства:

• свежее молоко стало кислым;
• зелёные листья стали жёлтыми;
• сырое мясо при обжаривании изменило запах.

Все эти изменения — следствие сложных и многообразных химических процессов. Итак,

химия — это наука о веществах и их превращениях.

При этом исследуются не всякие превращения, а только такие, при которых

• обязательно изменяется состав или строение молекул;
• никогда не изменяется состав и заряд ядер атомов.

В этом определении встречаются такие понятия, как «вещество», «молекула», «атом». Разберём их подробнее.

Вещество — это то, из чего состоят окружающие нас предметы. Каждому абсолютно чистому веществу (таких в природе, кстати, не существует) приписывают определённую химическую формулу, которая отражает его состав, например:

• Н2О — вода;
• Na8[(AlSiO4)6SO4] — лазурит.

Выше приведены молекулярные формулы двух веществ. Следует отметить, что далеко не все вещества состоят из молекул, так как существуют вещества, которые состоят из атомов или ионов. Например, алмаз состоит из атомов углерода, а обычная поваренная соль — из ионов Na+ и ионов Cl– (условная «молекула» — NaСl).

Наименьшая частица вещества, которая отражает его качественный и количественный состав, называется молекулой.

Молекулы состоят из атомов. Атомы в молекуле соединены при помощи химических связей. Каждый атом обозначается при помощи символа (химического знака):

• Н — атом водорода;
• О — атом кислорода.

Число атомов в молекуле обозначают при помощи индекса:

Примеры:

• О2 — это молекула вещества кислорода, состоящая из двух атомов кислорода;
• Н2О — это молекула вещества воды, состоящая из двух атомов водорода и одного атома кислорода.

Но! Если атомы не связаны химической связью, то их число обозначают при помощи коэффициента:

Аналогично изображают число молекул:

• 2Н2 — две молекулы водорода;
• 3Н2О — три молекулы воды.

Почему атомы водорода и кислорода имеют разное название, разный символ? Потому что это атомы разных химических элементов.

Химический элемент — это частицы с одинаковым зарядом ядер их атомов.

Что такое ядро атома? Почему заряд ядра является признаком принадлежности атома к данному химическому элементу? Чтобы ответить на эти вопросы, следует уточнить: изменяются ли атомы в химических реакциях? Из чего состоит атом*?

* Подробнее о строении атома будет рассказано в уроке 3.

Атом не имеет заряда, хотя и состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов:

В ходе химических реакций число электронов любого атома может изменяться, но заряд ядра атома в химических реакциях НЕ МЕНЯЕТСЯ!

[attention type=green]

Поэтому заряд ядра атома — своеобразный «паспорт» химического элемента. Все атомы с зарядом ядра +1 принадлежат химическому элементу под названием «водород». Атомы с зарядом ядра +8 составляют химический элемент «кислород».

[/attention]

Каждому химическому элементу присвоен химический символ (знак), порядковый номер в таблице Менделеева (порядковый номер равен заряду ядра атома); определённое название и, для некоторых химических элементов, особое прочтение символа в химической формуле (табл. 1).

Подведём итог. Вещества состоят из молекул, молекулы состоят из атомов, атомы с одинаковым зарядом ядра относятся к одному и тому же химическому элементу.

Но, если вещество состоит из молекул, то любое изменение состава или строения молекулы приводит к изменению самого вещества, его свойств.

Вопрос. Чем отличаются химические формулы веществ: Н2О и Н2О2?

Хотя по составу молекулы этих веществ отличаются на один атом кислорода, сами вещества по свойствам сильно отличаются друг от друга. Воду Н2О мы пьём и жить без неё не можем, а Н2О2 — перекись водорода, пить нельзя, а в быту её используют для обесцвечивания волос.

Вопрос. А чем отличаются химические формулы веществ:

Состав этих веществ — аллозы (А) и глюкозы (Б) — одинаков — С6Н12О6. Отличаются они строением молекул, в данном случае — расположением групп ОН в пространстве. Глюкоза — универсальный источник энергии для большинства живых организмов, а аллоза практически не встречается в природе и не может быть источником энергии.

Простые и сложные вещества. Валентность

Вещества бывают простые и сложные. Если молекула состоит из атомов одного химического элемента, — это простое вещество:

Если в состав вещества входят атомы только одного химического элемента — это простое вещество. Причём некоторые химические элементы образуют несколько простых веществ. Так, химический элемент кислород образует простое вещество «кислород» О2 и простое вещество «озон» О3*.

* В 2002 г. появилось сообщение о существовании ещё одного простого вещества кислорода — O4.

А химический элемент углерод образует четыре простых вещества, причём ни одно из них не называется «углерод». Эти вещества отличаются пространственным расположением атомов:

• Алмаз — атомы углерода находятся в вершинах воображаемых тетраэдров;

• Графит — атомы углерода находятся в одной плоскости;

• Карбин — атомы углерода образуют «нити».

В четвертой модификации «углерода» — фуллерене — атомы углерода образуют сферу, т. е. молекулы фуллерена напоминают мячик.

Существование элемента в виде нескольких простых веществ называется аллотропией. Алмаз, графит, карбин, фуллерен — аллотропные модификации элемента «углерод», а кислород и озон — аллотропные модификации элемента «кислород».

Таким образом, не следует путать эти понятия: «химический элемент» и «простое вещество», а также «молекула» и «атом».

Очень часто в письменных записях слова «молекула» или «атом» заменяют соответствующими символами, но не всегда правильно.

Так, нельзя писать: «В состав воды входит Н2», так как речь здесь идёт о химическом элементе водороде — Н. Нужно писать: «В состав воды входит (Н)».

Аналогично, правильной будет запись: «При действии металла на раствор кислоты выделится Н2», т. е. вещество водород, молекула которого двухатомна.

Молекулы сложных веществ состоят из атомов разных химических элементов:

Как известно, в состав сложных веществ входят атомы разных химических элементов. Эти атомы соединяются между собой химическими связями: ковалентными, ионными, металлическими.

Способность атома образовывать определённое число ковалентных химических связей называется валентностью. (Подробнее см. урок 4 «Химическая связь».) Правильнее всего определять валентность по графическим или структурным формулам:

В таких формулах одна чёрточка обозначает одну ковалентную связь, т. е. «одну валентность». На практике чаще всего валентность определяют по молекулярной формуле, хотя здесь правильнее говорить о степени окисления элемента (см. урок 7). Иногда результат определения степени окисления соответствует реальному значению валентности, но бывают и неодинаковые результаты.

Задание 1.1. Определите «валентность» (степени окисления) атомов кальция и углерода по формуле СаС2. Совпадает ли полученный результат с реальным значением валентности?

[attention type=yellow]

В устойчивой молекуле не может быть «свободных», «лишних» валентностей! Поэтому для двухэлементной молекулы число химических связей (валентностей) атомов одного элемента равно общему числу химических связей атомов другого элемента.

[/attention]

Валентность атомов некоторых химических элементов постоянна (табл. 2).

Для других атомов валентность можно определить (вычислить) из химической формулы вещества.

Строго говоря, по нижеизложенным правилам определяют не валентность, а степень окисления (см. урок 7). Но поскольку в некоторых соединениях числовые значения этих понятий совпадают, то иногда по формуле можно определять и валентность.

При этом следует учитывать изложенное выше правило о химической связи.

Сделаем практические выводы.

1. Если один из атомов в молекуле одновалентен, то валентность второго атома равна числу атомов первого элемента (см. на индекс!):

2. Если число атомов в молекуле одинаково, то валентность первого атома равна валентности второго атома:

3. Если у одного из атомов индекс отсутствует, то его валентность равна произведению валентности второго атома на его индекс:

4. В остальных случаях ставьте валентности «крест-накрест», т. е. валентность первого атома равна числу атомов второго элемента и наоборот:

Задание 1.2. Определите валентности элементов в соединениях:

Вначале укажите валентности атомов, у которых она постоянна! Аналогично определяется валентность атомных групп (ОН), (РО4), (SО4) и так далее.

Задание 1.3. Определите валентности атомных групп (в формулах выделены курсивом):

Обратите внимание! Одинаковые группы атомов (OH), (РО4), (SO4) имеют одинаковые валентности во всех соединениях.

Зная валентности атома или группы атомов можно составить формулу соединения. Для этого пользуются правилами:

• Если валентности одинаковы, то и число атомов одинаково, т. е. индексы не ставим:

• Если валентности кратны (одно число делится на другое), то число атомов элемента с меньшей валентностью определяем делением:

• В остальных случаях индексы определяют «крест-накрест»:

Задание 1.4. Составьте химические формулы соединений:

Уравнения химических реакций

Вещества, состав которых отражают химические формулы, могут участвовать в химических процессах (реакциях). Графическая запись, соответствующая данной химической реакции, называется уравнением химической реакции. Например, при сгорании (взаимодействии с кислородом) угля происходит химическая реакция:

Запись показывает, что один атом углерода С, соединяясь с одной молекулой кислорода O2, образует одну молекулу углекислого газа СО2.

[attention type=red]

Число атомов каждого химического элемента до и после реакции должно быть одинаково! Это правило — следствие Закона сохранения массы вещества: масса исходных веществ равна массе продуктов реакции.

[/attention]

Закон был открыт в 18-м веке М. В. Ломоносовым и, независимо от него, А. Л. Лавуазье.

Выполняя этот закон, необходимо в уравнениях химических реакций расставлять коэффициенты так, чтобы число атомов каждого химического элемента не изменялось в результате реакции. Например, при разложении бертолетовой соли КClO3, получается соль КСl и кислород О2:

Число атомов калия и хлора одинаково, а кислорода — разное. Уравняем их:

Теперь изменилось число атомов калия и хлора до реакции. Уравняем их:

Теперь между правой и левой частями уравнения можно поставить знак равенства:

Полученная запись показывает, что при разложении двух молекул КClO3 получается две молекулы КСl и три молекулы кислорода O2. Число молекул показывают при помощи коэффициентов.

При подборе коэффициентов необязательно считать отдельные атомы. Если в ходе реакции не изменился состав некоторых атомных групп, то можно учитывать число этих групп, считая их единым целым:

Последовательность действий такова:

1. Определим валентность исходных атомов и группы PO4:

2. Перенесём эти числа в правую часть уравнения:

3. Составим химические формулы полученных веществ по валентностям составных частей:

4. Обратим внимание на состав «самого сложного» соединения: Ca3(PO4)2 и уравняем число атомов кальция (их три) и число групп РО4 (их две):

5. Число атомов натрия и хлора до реакции теперь стало равным шести; доставим соответствующий коэффициент:

Эти правила образуют Алгоритм составления уравнений химических реакций обмена, так как, пользуясь этой последовательностью, можно уравнять схемы многих химических реакций, за исключением более сложных окислительно-восстановительных реакций (см. урок 7).

Химические реакции бывают разных типов. Основными являются:

1. Реакции соединения:

Здесь из двух и более веществ образуется одно вещество:

2. Реакции разложения:

Здесь из одного вещества получаются два вещества и более веществ:

3. Реакции замещения:

Здесь реагируют простое и сложное вещества, образуются также простое и сложное вещества, причём простое вещество замещает часть атомов сложного вещества:

4. Реакции обмена:

Здесь реагируют два сложных вещества и получаются два сложных вещества. В ходе реакции сложные вещества обмениваются своими составными частями:

Существуют и другие типы химических реакций.

Задание 1.5. Расставьте коэффициенты в предложенных выше примерах.

Задание 1.6. Расставьте коэффициенты и определите тип химической реакции:

Выводы

Вещества бывают простые и сложные. Состав веществ показывают при помощи химических формул. Формулы веществ составляют, учитывая валентности составных частей этих веществ. Запись химического процесса при помощи формул называется уравнением химической реакции. Химические реакции бывают разных типов: обмена, замещения, разложения, соединения и другие.