Методический доклад «Периодический закон в действии»
Химия и метапредметность
Подготовила учитель первой квалификационной категории Жукова Н.Г.
МОУ Гимназия г. Малоярославца
1. Введение
Основная идея принципа метапредметности - научить учащихся мыслить. Предмету химия принадлежит существенная роль во всестороннем развитии учащихся, овладении разнообразными видами деятельности. Сегодня уже очевидно, что основной задачей и критерием оценки выступает уже не освоение «обязательного минимума содержания образования», а овладение блоками метапредметных результатов среди которых:
1. Информационная деятельность
2. Коммуникативная деятельность.
3. Деятельность по решению проблем.
Одним из самых важных метапредметных результатов может быть использование основных интеллектуальных операций: формирование гипотез, анализ и синтез, сравнение и т.д.
Я хотела бы показать некоторые приемы метапредметного подхода в курсе химии на примере изучения периодического закона, являющегося ключевым в процессе преподавания химии.
2. Юбилей таблицы Менделеева отметят в 2019 году
2019 год станет международным годом Периодической таблицы химических элементов. Так мировое научное сообщество отметит 150-летие открытия Периодического закона химических элементов Д.И. Менделеевым в 1869 году. Об этом было объявлено на совместном заседании Российского химического общества и отделения химии и наук о материалах РАН, состоявшемся 22 января 2018 года в Москве, в Институте физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН.
3. Химический элемент и его свойства
После рассмотрения вопроса о ПЗ ученики должны понимать свойства химического элемента и его соединений, прогнозировать способы получения данного вещества исходя из его положения в ПС.
Например, химический элемент натрий. Ученики могут дать его характеристику по ПС. Далее определить свойства его оксида и гидроксида . Важным моментом является следующий шаг к способам получения его гидроксида. Ученика сразу скажут о взаимодействии натрия и его оксида с водой. Далее, поставим перед ними задачу другими способами получить данный гидроксид. Предложить 4 способа получения гидроксида натрия. Данное задание повысит информационную компетентность при решении данной экспериментальной задачи.
1. Известковый способ получения гидроксида натрия заключается во взаимодействии раствора соды с известковым молоком при температуре около 80°С . Этот процесс называется каустификацией; он описывается реакцией
Na2C03 + Са (ОН)2 = 2NaOH + CaC03 (1)
2.Электрохимические методы получения гидроксида натрия
Электрохимически гидроксид натрия получают электролизом растворов галита (минерала, состоящего в основном из поваренной соли NaCl) с одновременным получением водорода и хлора. Этот процесс можно представить суммарной формулой:
2NaCl + 2H2О ±2е- → H2 + Cl2 + 2NaOH
3. Ртутный метод с жидким катодом
2Na +2 Hg +2 Н 2O =2 NaOH + Н 2↑ + 2Hg
4.Ферритный метод получения гидроксида натрия состоит из двух этапов:
Na2СО3 + Fe2О3 = 2NaFeО2 + СО2
2NaFeО2 + xH2О = 2NaOH + Fe2O3*xH2О
В процессе рассмотрения данного вопроса первые два способа для учеников являются более доступными, а вот два следующих могут быть определены с помощью дополнительных литературных источников. Причем данные процессы не являются окончательными. Возможны и другие варианты. Так мы доказываем ученикам взаимосвязь положения в ПС элемента его химических свойств и способах получения.
4. Единство всех элементов
Периодическая система химических элементов Менделеева переносит идею о сходстве ряда объектов со сложных химических соединений на элементы. Как известно, в таблице Менделеева каждый элемент занимает свое место в системе. Оно определяет его отношение ко всем остальным элементам, а следовательно, все его химические свойства и свойства образуемых им соединений. В конечном счете периодическая система отражает те аналогии, которые существуют в природе между элементами. В основе периодической системы Менделеева и периодического закона лежит представление о единстве всех элементов. В таблице каждый элемент расположен так, что находится в точке пересечения большого числа рядов элементов — аналогов. Это могут быть аналоги по вертикали (главные и дополнительные подгруппы), по горизонтали (ряды), по нескольким диагоналям. Вся система аналогий тесно связана, что позволяет объединить в непрерывную цепь закономерностей любую пару элементов. Таким образом, периодическая система есть реальное отражение идеи единства материального мира.
5. Периодический закон и диалектика
Детальное рассмотрение изменение свойств химических элементов позволяет нам говорить о связи периодического закона и законов диалектики, философские категории которых рассматривает предмет школьного курса обществознание.
Связи между различными вещами и явлениями в природе имеют объективный характер. Независимо от того, знает или нет о них человек, понимает или не понимает суть событий, эти связи реализуются при наличии соответствующих условий. Такие устойчивые и необходимые естественные связи называют законами природы.
Если человек силой разума проникает в суть протекающих процессов, если ему удается открыть причины определенных событий, условия осуществления тех или иных связей, то эти знания формулируются как законы науки. Это субъективное описание природных связей человеком.
Виды законов диалектики:
Закон единства и борьбы противоположностей
Закон перехода количественных изменений в качественные
Закон отрицания отрицания
В периодическом законе и составленной на его основе системе химических элементов ярко проявляются основные законы диалектики, что доказывает фундаментальность данного открытия.
Всеобщий закон – закон единства и борьбы противоположностей - ярко проявляется в строении самих атомов, ибо последние существуют в единстве двух противоположностей: положительного заряда ядра и движущихся вокруг его отрицательно заряженных электронов. В периодическом законе и системе химических элементов проявляется всеобщая закономерность развития - от более простого к более сложному. Это ярко проявляется при переходе от периода к периоду. И таких доказательств можно привести множество.
В нем проявляется всеобщий закон развития природы – закон перехода количества в качество. Например, при увеличении заряда ядра на единицу происходит скачкообразное изменение свойств и появляется другой элемент с совершенно другими свойствами. В то же время в периодах слева направо происходит постепенное изменение свойств от типичных металлов к типичным неметаллам. Следовательно, развитие происходит как бы по спирали и определяется третьим основным законом природы – законом отрицания отрицания.
Рассмотренные выше два закона органически связаны с третьим законом отрицания отрицания, который раскрывает направление и преемственность в развитии.
Понимание процесса развития предполагает и ответ на вопросы: существует ли связь между тем, что существовало ранее, и тем, что вновь возникло? Что представляет собой эта связь? Имеется ли какая-либо направленность в бесконечном числе изменений мира?
На эти вопросы и отвечает закон отрицания отрицания, выражая существенные, необходимые связи и отношения между прошлым и настоящим, настоящим и будущим, между этапами развития предмета.
Содержание закона раскрывается через понятия "отрицание", "диалектическое отрицание", "отрицание отрицания".
Термин "отрицание" употребляется не только в философии, но и в других науках, а также в повседневной жизни, означая опровержение, а в более общем смысле - уничтожение.
Любая вещь, явление рано или поздно подвергаются уничтожению, т. е. отрицанию, которое носит всеобщий характер. Этот момент признается всеми философскими школами. Однако далее мнения диалектиков и метафизиков расходятся. Диалектика считает, что основным содержанием отрицания являются два взаимосвязанных момента: 1) уничтожение, отмирание старого, отжившего или не отвечающего новым условиям и 2) в то же время сохранение того ценного, положительного, что было в предмете. Оба процесса идут одновременно, обусловливая связь в развитии, с одной стороны, и самоотрицание вещи - с другой. В качестве примера можно рассмотреть эволюцию форм отражения.
Сохранение старого в новом в "снятом", т. е. преобразованном виде выражается через категорию "преемственность" (преемственность в развитии научных теорий, например).
В окружающем нас мире, конечно, есть и простое уничтожение, и регресс, и круговорот. Однако, говоря о диалектическом отрицании, мы отмечаем, что оно дает качественно более высокую ступень в развитии, отрицание старого создает предпосылки для утверждения нового.
6. Прогнозирование и открытие новых химических элементов
Периодический закон способен доказать школьникам, что химия перестала быть описательной наукой. С открытием периодического закона, в ней стало возможным научное предсказания. Появилась возможность предсказывать и описывать новые элементы и их соединения. Блестящий пример этого — предсказания Д. И. Менделеевым существования еще не открытых в его время элементов, из которых для трех — Ga, Sc и Ge — он дал точное описание свойств.
На основе закона Д. И. Менделеева было заполнено все пустые ячейки его системы от элемента с Z = 1 до Z = 92, а также открыто трансурановые элементы. И сегодня этот закон является ориентиром для открытия или искусственного создания новых химических элементов. Можно предложить мини-проект: какие свойства будут иметь химические элементы № 114, № 118. Так, руководствуясь периодическим законом, можно утверждать, что если будет синтезирован элемент Z= 114, то это будет аналог свинца (екаплюмбум), если будет синтезирован элемент Z = 118, то он будет благородным газом (екарадон).
Российский ученый Н.А. Морозов в 80-х годах XIX века предсказал существование благородных газов, которые были потом открыты. В периодической системе они завершают периоды и составляют главную подгруппу VIII группы.
“До периодического закона, — писал Д. И. Менделеев, — элементы были отдельными случайными явлениями природы; не было повода ждать каких-либо новых, а заново найдены были полной неожиданной новинкой. Периодическая законность первой дала возможность видеть не открытые еще элементы в такой дали, до которой невооруженный этой закономерностью зрение до тех пор не достигал”1 .
Периодический закон послужил основой для исправления атомных масс элементов. В 20 элементов Д. И. Менделеевым были исправлены атомные массы, после чего эти элементы заняли свои места в периодической системе. Большое общенаучное и философское значение периодического закона и системы состоит в том, что он подтвердил наиболее общие законы развития природы (единства и борьбы противоположностей, перехода количественных изменений в качественные, отрицание отрицания).
Учение о строении атома способствовало открытию атомной энергии и использованию ее для нужд человека. Можно без преувеличения сказать, что периодический закон является первоисточником всех открытий химии и физики XX века. Он сыграл выдающуюся роль в развитии других, смежных с химией естественных наук.
При изучении темы «Металлы» я всегда задаю вопрос своим ученикам: «Какой металл самый дорогой по себестоимости из всех известных металлов?». Много есть ответов на данный вопрос и вот ответ для них всегда очень неожиданный. На сегодняшний день самым дорогим металлом является – калифорний. Химический элемент с порядковым номером 98 в ПС. Его ценность и значение раскрывается через его положение в ПС и особые свойства.
Научное прогнозирование в старших классах.
Таблица Менделеева не только упорядочила химические элементы в единую стройную систему, но и позволила предсказать многие открытия новых элементов. В то же время, некоторые химические «элементы» были признаны несуществующими на основании того, что они не укладывались в концепцию периодического закона. Наиболее известна история с «открытием» новых элементов небулия и корония.
При исследовании солнечной атмосферы астрономы обнаружили спектральные линии, которые им не удалось отождествить ни с одним из известных на земле химических элементов. Ученые предположили, что эти линии принадлежит новому элементу, который получил название короний (потому что линии были обнаружены при исследовании «короны» Солнца — внешнего слоя атмосферы звезды).
Спустя несколько лет астрономы сделали еще одно открытие, изучая спектры газовых туманностей. Обнаруженные линии, которые снова не удалось отождествить ни с чем земным, приписали другому химическому элементу — небулию.
Открытия подверглись критике, поскольку в периодической таблице Менделеева уже не оставалось места для элементов, обладающих свойствами небулия и корония. После проверки обнаружилось, что небулий является обычным земным кислородом, а короний — сильно ионизированное железо.
7. Периодический закон в литературе.
Для внеклассных мероприятий, особенно в начальной школе я с удовольствием использую стихотворение «Ракета и травинка» Ефимовского в различных мероприятиях, на декадах естественного цикла. Учащиеся старших классов помогают с постановкой и ученики младшего возраста начинают постепенно осознавать сложное строение периодической системы, роль личности великого русского ученого Д.И. Менделеева.
Сон Менделеева
То кружились,
то мелькали,
то водили хоровод,
то взрывались,
то пылали,
то шипели,
то сверкали,
то в покое пребывали
Алюминий, Натрий, Калий,
Фтор, Бериллий, Водород…
Металлы — под металлами.
Едкие — под едкими.
Ковкие — под ковкими.
Идут своими клетками…
Всё принимает стройный вид.
Вот он, Природы Алфавит!
8. Периодический закон в действии
Периодический закон и периодическая система лежат в основе решения современных задач химической науки и промышленности. С учетом периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева проводятся работы по добыванию новых полимерных и полупроводниковых материалов, жаропрочных сплавов, веществ с заданными свойствами, с использования ядерной энергии, исследуются недра Земли, Вселенная...
Мы считаем, что наравне с ними стоит и имя Дмитрия Ивановича Менделеева. Установление периодической зависимости между свойствами элементов и их атомными массами, создание на его основе периодической системы стало научным подвигом Д. И. Менделеева и именно оно обессмертило его имя. Сколько химиков до него пыталось привести в систему все многообразие элементов, которые создали удивительный мир вокруг человека и которые составляют самое его существо. Сколько людей поставили ради этого на карту свою жизнь. Многие понимали, чувствовали, что должна быть такая система, отражающая закон природы, стремились открыть его и - напрасно. А он построил ее!
Такой вдохновляющий пример, очень полезен современной молодежи, который еще раз доказывает, что человеку многое по силам, и каждый из них должен ставить перед собой большие цели и добиваться результатов в свой будущей профессии.
2 911
16 377 
