3. Межпредметные и внутри курсовые связи в теме:

Физика – строение атома.

Биология – научная классификация растений и животных.

История – развитие общества и науки в 19-20 вв.

Из предыдущего изученного материала курса химии учащиеся должны знать и помнить такие понятия, как: атом, молекула, химический элемент, валентность, моль, металлические и неметаллические свойства и другие начальные понятия химии; основные классы неорганических веществ, их свойства и генетические связи.

Без твердого усвоения ранее изученного материала осознанно усвоить тему учащиеся не смогут. Отсюда будут неизбежно появляться новые пробелы в знаниях при изучении последующих тем курса химии (группы химических элементов).

4. Методические рекомендации при изучении темы.

4.1. Первые попытки классификации элементов. Данный раздел темы позволяет развить представления учащихся о науках и значении классификации для любой науки.

Учитель ставит исходные вопросы.

- Что такое наука?

- Как формируется и развивается наука?

В ходе беседы желательно получить полные ответы на все вопросы.

Выяснив, что одним из важнейших этапов формирования науки является классификация, учитель ставит следующий вопрос.

Каковы основы классификации? (Например, в ботанике, зоологии).

Необходимо прийти к выводу, что в основе научной классификации лежат существенные признаки явлений.

Сразу ли в биологии возникла современная классификация растений и животных? Ответ – отрицательный.

Учитель сообщает, что в химии также были многочисленные попытки классификации элементов (металлы и неметаллы; триады Дёберейнера 1816; спираль Шанкуртуа 1862; закон октав Ньюлендса 1863; таблицы Л.Мйера 1864)*.

*В 1829 году немецкий химик Иоганн Вольфганг Дёберейнер предпринял первую значимую попытку систематизации элементов. Он заметил, что некоторые сходные по своим химическим свойствам элементы можно объединить по три в группы, которые он назвал триадами:

а) Li, Na, K

б) Ca, Sr, Ba

в) P, As, Sb

г) S, Se, Te

д) Cl, Br, I

И хотя сейчас мы знаем, что Дёберейнер был прав, его современники без энтузиазма отнеслись к его предположениям, указывая на неточность и неполноту этой системы.

*Как химик Александр Эмиль Бегуйе Шанкуртуа известен тем, что в 1862 предложил систематизацию химических элементов, основанную на закономерном изменении атомных масс — т. н. «земную спираль» (vis tellurique) или «цилиндр Бегуйе». Систематизация Шанкуртуа представляла собой развитие дифференциальных систем Жана Дюма и Макса фон Петтенкофера, пытавшихся найти у элементов соотношения, подобные тем, что обнаруживаются в гомологических рядах органических соединений, и отметивших, что атомные веса некоторых элементов отличаются друг от друга на величину, кратную восьми.

* Американский учёный Джон Ньюлендс сделал попытку сопоставить химические свойства элементов с их атомными массами. Расположив элементы в порядке возрастания их атомных масс, Ньюлендс заметил, что сходство в свойствах проявляется между каждым восьмым элементом. Найденную закономерность Ньюлендс назвал законом октав по аналогии с семью интервалами музыкальной гаммы. В своей таблице он располагал химические элементы в вертикальные группы по семь элементов в каждой и при этом обнаружил, что (при небольшом изменении порядка некоторых элементов) сходные по химическим свойствам элементы оказываются на одной горизонтальной линии. Джон Ньюлендс, безусловно, первым дал ряд элементов, расположенных в порядке возрастания атомных масс, присвоил химическим элементам соответствующий порядковый номер и заметил систематическое соотношение между этим порядком и физико-химическими свойствами элементов. Он писал, что в такой последовательности повторяются свойства элементов, эквивалентные веса (массы) которых отличаются на 7 единиц, или на значение, кратное 7, т. е. как будто бы восьмой по порядку элемент повторяет свойства первого, как в музыке восьмая нота повторяет первую.

Ньюлендс пытался придать этой зависимости, действительно имеющей место для лёгких элементов, всеобщий характер. В его таблице в горизонтальных рядах располагались сходные элементы, однако в том же ряду часто оказывались и элементы совершенно отличные по свойствам. Лондонское химическое общество встретило его закон октав равнодушно и предложило Ньюлендсу попробовать расположить элементы по алфавиту и выявить какую-либо закономерность.

*1864 году появилась первая таблица немецкого химика Лотара Мейера; в неё были включены 28 элементов, размещённые в шесть столбцов согласно их валентностям. Мейер намеренно ограничил число элементов в таблице, чтобы подчеркнуть закономерное (аналогичное триадам Дёберейнера) изменение атомной массы в рядах сходных элементов.

В 1870 году вышла работа Мейера, содержащая новую таблицу под названием «Природа элементов как функция их атомного веса», состоявшая из девяти вертикальных столбцов . Сходные элементы располагались в горизонтальных рядах таблицы; некоторые ячейки Мейер оставил незаполненными. Таблица сопровождалась графиком зависимости атомного объёма элемента от атомного веса, имеющий характерный пилообразный вид, прекрасно иллюстрирующий термин «периодичность», уже предложенный к тому времени Менделеевым.

Почему же эти попытки до Менделеева были неудачны? Ученики должны дать ответ, что в классификациях до Менделеева не были учтены существенные признаки свойств элементов в их взаимосвязи.

Почему же классификация элементов Д.И.Менделеева оказалась научной естественной классификацией и используется до настоящего времени? Ответ можно получить, изучив ход мысли и работы ученого.

До Менделеева ученые классифицировали элементы по так называемым естественным группам, в которые входили только родственные по свойствам элементы. Эти группы рассматривались обособленно, изолированно друг от друга. Ни у кого не возникало мысли искать связь между такими, например, резко противоположными по свойствам элементами, как хлор и натрий. Разобраться в огромном количестве разрозненных фактов и установить закон, объединяющий все элементы в стройную систему, способен был только гениальный ученый.

В отличие от своих предшественников Д.И. Менделеев был глубоко убеждён, что должна существовать естественная связь между всеми химическими элементами, как сходными по свойствам, так и несходными.

В качестве основы для систематизации химических элементов Д.И. Менделеев выбрал относительную атомную массу элементов. Сравнивая между собой разные естественные группы элементов и расположив их в ряды в порядке возрастания атомных масс, он обнаружил периодическое изменение свойств элементов от изменения величин их относительных атомных масс.

Таким образом, Д.И. Менделееву удалось установить что:

1. Главной характеристикой элементов является атомная масса.

2. Свойства элементов зависят от атомных масс.

3. Форма зависимости – периодическая.

4.2. Формирование понятий о периодическом законе методом дидактической игры. Атрибуты: Карточки из плотной бумаги с символами химических элементов и другими данными:

A) Карточки элементов №1 - 22. Символы элементов одной группы делаются одним цветом; с помощью особого знака /квадрат, треугольник, круг и т.д./ в верхнем левом углу обозначаются металлы, неметаллы, элементы, дающие амфотерные соединения, благородные газы. Под символом элемента в четыре строки записывают:

- атомную массу элемента;

- формулу летучего соединения с водородом;

- формулу высшего оксида;

- формулу соответствующего гидроксида.

Если элемент не образует указанное соединение, то в карточке ставиться прочерк.

Б) Карточки с символом водорода выполняют в 2-х экземплярах.

В) Карточки с символом бериллия выполняют в 2-х экземплярах. В одной карточке указывают атомный вес 13,5 (как полагали многие химики до 1869 г.), в другой - 9 (эту величину принял за истинный атомный вес Д.И. Менделеев).

Г) Карточки с надписями экаалюминий - галлий; экабор - скандий; экасилиций - германий; двителлур - полоний; двицирконий - гафний; экамарганец - технеций; двимарганец - рений; экацезий - франций; экабарий - радий; экаиод - астат (эти элементы наиболее точно предсказал Д.И. Менделеев). При этом карточки первых трех элементов нужно продублировать, т.е. изготовить по 2 карточки: с названиями по Менделееву и с современными названиями и данными.

Д) Карточки без названий со значением атомных весов 142, 146, 148, 150; 151, 152, 153, 158, 160, 162, 164, 166, 168. Менделеев полагал, что элементы с такими значениями атомных весов будут еще открыты, и расположил их в своей таблице вслед за церием (ат. вес 140). Так было предсказано существование лантаноидов.

Е) Карточки без названий со значением атомных весов 245, 246, 248, 249, 250. Менделеев полагал, что элементы с таким значением атомных весов также будут еще открыты, и расположил их в своей таблице вслед за ураном (ат. вес 240). Так было предсказано существование трансурановых элементов.

Ж) Карточки с символами элементов церия, лантана, эрбия, иттрия, индия, тория, урана. Атомные веса этих элементов были «исправлены» Менделеевым на основе закономерностей, которые вытекали из положения элемента в периодической системе.

З) Карточки с номерами 104-120.

Размер всех карточек может быть произвольным, однако лучше всего, чтобы он соответствовал размеру клетки той периодической системы, которая имеется в химическом кабинете. Необходимые записи на карточках должны быть четко видны всем учащимся. Окраску фона карточек отдельных групп (Г, Д, Е, Ж) можно выделить светлыми различными тонами. Это поможет учащимся лучше различить, какие элементы предсказал Менделеев более точно, какие определил в общей системе, у каких элементов ученый исправил атомные веса.

Необходимо также подобрать способ крепления карточек к классной доске и периодической системе (липкая лента, кнопки, иголки, магниты и т.д.).

8-ЛЕКЦИЯ. МЕТОДИКА ИЗУЧЕНИЯ ПОНЯТИЙ