Урок №2. Короткі відомості з історії хімії.

Урок 2

Структура уроку:

1. Організаційний етап (1 хв).

2. Перевірка домашнього завдання (5 хв).

3. Актуалізація опорних знань (3 хв).

4. Вивчення нового матеріалу (25 хв).

1. Реміснича хімія.

2. Хімія в античному світі.

3. Алхімія.

4. Сучасна хімія.

1. Узагальнення та систематизація знань (5 хв).

2. Домашнє завдання (1-2 хв).

3. Підсумок уроку (2-3 хв).

Хід уроку:

1. Організаційний етап (1 хв).

Привітання, перевірка присутніх.

1. Перевірка домашнього завдання (5 хв).

Бесіда за питаннями підручника. Усне опитування.

1. Актуалізація опорних знань (3 хв).

Бесіда.

• Що вивчає хімія?

• Які основні завдання хімії?

• Назвіть продукти хімічних виробництв, які використовуються в повсякденному житті?

• Які науки належать до природничих наук?

• Назвіть розділи сучасної хімії.

Експрес-диктант.

Із наведених речовин та матеріалів виписати окремо ті, які зустрічаються в природі, і ті, які отримують штучно: малахіт, бетон, залізо, сіль, полівітаміни, бавовна, оцет, капрон, пісок, папір, крейда, поліетилен, гума, золото, пластмаса, маргарин, шовк, вовна, скло, деревина.

1. Вивчення нового матеріалу (25 хв).

1. Реміснича хімія.

Ми ознайомилися з досягненнями та завданнями сучасної хімії, але, щоб збагнути, наскільки важлива ця наука для людства, пропоную здійснити подорож у давнину та познайомитися з історією хімії, яка тісно пов’язана з історією людства взагалі.

Але перед тим як розпочати нашу подорож, пропоную вам підготувати таблицю, яку ви будете заповнювати протягом уроку.

Тисячоліття тому людина вперше створила штучні знаряддя праці. Вона навчилася обробляти каміння, надаючи йому потрібної форми, загострюючи краї, так вона зробила першу кам'яну сокиру. Але навіть оброблений камінь залишався каменем, а дерево – деревом. То був період, який ми називаємо кам'яним віком. Однак спостерігаючи за природою, люди помічали, що іноді природа речовини міняється. Блискавка могла запалити ліс, дерево горіло, і на місці пожежі людина знаходила чорну золу. Солодкий сік міг прокисати й дивно бадьорив. І хоча люди того часу не знали навіть елементарних хімічних понять, вони поступово навчалися здійснювати деякі хімічні перетворення для задоволення своїх потреб у теплі, одязі, їжі. Прості перетворення були пов'язані з використанням вогню. Спійману дичину можна було зварити, і вона змінювала колір і смак. Глиняний посуд можна було обпалити, й він ставав міцнішим. У попелі, що залишився після багаття, людина могла знайти скляні кульки, які утворилися з піску під дією високої температури. Так біля самих витоків цивілізації – у ті часи, коли зароджувалися ремесла та мистецтва, виникли перші хімічні знання.

Полум'я в середині багаття розігрівало предмети до 700-800 ⁰С. За такої температури ще неможливо було варити скло, плавити метали, випікати кераміку. Найстародавніші ремесла – це ті, які не вимагали сильного нагріванні: обробка шкір, фарбування тканин, виготовлення парфумерії та ліків. Найстародавніший виріб зі скла – намистина – знайдена на Близькому Сході недалеко від Фів. Вона була виготовлена понад 5,5 тис. років тому.

Демонстрація 1. «Апельсин, лимон, яблуко»

Треба приготувати розчин калій дихромату К₂Cr₂O₇ і розчин натрій гідроксиду. Також необхідні розведена сульфатна кислота H₂SO₄ і розчин натрій сульфіту Na₂S.

Спочатку чарівник показує глядачам колбу або склянку з розчином калій дихромату. Цей розчин – жовтогарячого кольору – кольору апельсина. Потім, додавши луг, перетворює «апельсиновий сік» у «лимонний». Можна зробити й навпаки: з лимонного соку – апельсиновий, варто лише додати трохи сульфатної кислоти.

А якщо до розчину калій дихромату додати трохи розведеної сульфатної кислоти і натрій сульфіту, то рідина відразу ж позеленіє.

Від 4000 р. до н.е. людина освоює нові матеріали, що мали дуже цінні властивості, – метали. Першими металами, на які людина звернула увагу, були самородні мідь і золото. Червонувату мідь і жовтувате золото, що відливають красивим металевим блиском, не можна було не помітити серед сірувато-коричневої породи. Спочатку метали, як і кольорові камінчики чи перламутрові морські раковини, були тільки прикрасою. Однак незабаром виявилося, що метали вигідно відрізняються від інших прикрас, бо при ударі не розсипаються, а тільки змінюють форму. Після того як людина довідалася про цю властивість металів – ковкість, – вона почала виготовляти з металевих самородків різні прикраси. Обробляючи мідь, людина помітила, що виготовити з неї наконечник для стріли набагато легше, ніж з каменю, та й тупляться мідні наконечники не так швидко, як кам'яні.

Але міді було мало, знайти її було непросто, тому тривалий час вона була матеріалом для прикрас. Однак згодом з'ясувалося, що мідь можна добути з каменів певного виду й що знайти такі камені значно простіше, ніж чисту самородну мідь. Із цього часу мідь стала цілком доступним матеріалом. Її та її сплав – бронзу почали використовувати для виготовлення знарядь праці, предметів домашнього вжитку тощо. Настав бронзовий вік.

Таким чином, людина почала застосовувати свої «хімічні» пізнання для добування необхідних матеріалів – виникла металургія.

Згодом люди довідалися про існування заліза – більш твердого металу, ніж бронза. Спочатку залізо було дуже рідкісним і дорогим металом, тому що зустрічалося в уламках метеоритів. Виплавити залізо з руди на вогнищі не вдається, для цього необхідно більш «жарке» полум'я. Секрет плавлення заліза був відкритий приблизно 1500 р. до н.е. в Малій Азії, коли було встановлено, що таке потрібне «жарке» полум'я можна добути, якщо через палаюче вугілля продути повітря. Винахід печі з нижнім піддувом дозволив отримувати температуру близько 1000-1200 ⁰С. Добування заліза та сталі стало поворотним моментом в історії розвитку металургії й в історії розвитку людського суспільства. Настав залізний вік.

Після цього почали активно розвиватися не тільки металургія, а й виробництво скла і кераміки – горщиків, ваз, кахлю, цегли. Порцеляну вперше почали виготовляти китайські ремісники в ІІІ ст. до н.е. Поступово, сторіччя за сторіччям, накопичувалися знання та досвід. Через 400 р. у Китаї винайшли папір, а ще через 600 р. – порох. Історія людства нерозривно пов'язана з добуванням потрібних людині речовин – пороху, паперу, фарб, палива, цементу, сталі, скла та багатьох інших, які не існують в природі в готовому вигляді.

Із народженням ремесл виникла й найстародавніша з хімій – реміснича хімія. Вона ще не була наукою в сучасному розумінні, це був певний набір знань про речовини та їх перетворення. Проте, ремісничий період можна назвати першим етапом становлення хімії.

Найзначніший внесок у розвиток ремесл зробили стародавні цивілізації – Стародавній Єгипет і Стародавня Греція.

Стародавній Єгипет вважався загальновизнаним центром ремісничої хімії. Найпотрібнішими ремеслами були бальзамування, виготовлення, вибілювання та фарбування тканин, виготовлення прикрас зі скляних намистин і, звичайно ж, виплавляння металів: міді, бронзи, заліза. У Стародавньому Єгипті велику увагу приділяли косметиці. Єгиптянки користувалися милом і кремами, фарбували нігті, губи, брови і волосся. Фарби на тканинах, які виробляли в Стародавньому Єгипті, збереглися й донині й вражають своєю стійкістю та яскравістю.

Становлення ремесл відбувалося й на території України. Близько 6 тис. р. тому в центральній частині України існувала так звана Трипільська цивілізація, для якої було характерним виготовлення виробів із міді, розвиток гончарного та чинбарного ремесл.

1. Хімія в античному світі.

Хімія в Стародавньому Єгипті була однією зі складових «священного таємного мистецтва» жерців. Обробка й підробка благородних каменів, бальзамування й інші операції супроводжувалися молитвами та заклинаннями. Жреці в Стародавньому Єгипті за 2000 р. до н.е. під час богослужінь викликали раптове загоряння вогнів у храмах і цим приводили тих, хто молиться, в жах. Прості люди думали, що з вогнем у храм входить сам верховний бог Амон – творець сущого, творець родючості.

Демонстрація2. «Самозаймання полум'я».

На керамічну плитку акуратно насипаємо конусом калій перманганат. Усередині робимо поглиблення. З боків обкладаємо стружками або тонкими скіпками. Непомітно капаємо всередину декілька крапель гліцерину. Проговорюємо «чарівні слова». Через декілька секунд з’являється полум'я, від якого загоряється імпровізоване вогнище.

Демонстрація 3. «І раптом спалахнула свічка»

Для цього досліду потрібно спочатку імітувати справжні свічки – тонку скляну пробірку обливаємо зовні розплавленим парафіном або стеарином. У пробірку наливаємо на половину її об'єму етанол і надягаємо на неї металевий ковпачок з отвором, через який пропущений гніт із 5-10 ниток бавовняної пряжі. Ковпачок теж треба облити розплавленим парафіном, але при цьому постаратися не зачепити гніт. Назовні з такої «свічки» має виходити тільки кінець гнота, просочений спиртом. У крайньому випадку для цього досліду можна використати звичайну спиртівку.

Кілька кристалів калій перманганату змішуємо з 5-6 краплями концентрованої сульфатної кислоти, щоб вийшла кашка. Занурюємо в цю кашку кінець довгої скляної палички й торкаємося нею гнота. «Свічка» відразу ж спалахує й горить блідо-голубим полум'ям.

Демонстрація 4.«Фараонові змії»

Перший спосіб. Гарно перемішаємо 0,5 ч.л. соди та 3 ч.л. цукрової пудри. Насиплемо на керамічну плитку 2-3 ст.л. піску так, щоб утворився конус. У верхівці конуса робимо поглиблення й потроху невеликими порціями додаємо спирт доти, поки пісок не стане вологим. Після цього обережно чайною ложкою до поглиблення насипаємо суміш соди та цукрової пудри. Запалюємо сірник і підносимо його до піску, змоченого спиртом. Увесь піщаний конус спалахне блідо-голубим полум’ям. Через 3-4 хв на поверхні суміші з’являються чорні кульки, а в основі гірки – чорна рідина. Коли майже весь спирт згоряє й суміш чорніє, з піску повільно виповзає товста чорна «змія»

Другий спосіб. «Змій» можна отримувати з ліків норсульфазолу, етанолу або фталазолу. Одну пігулку ліків кладемо на сухе пальне, сухе пальне – на керамічну плитку та підпалюємо його.

Єгипетські жреці збирали, записували та накопичували інформацію про ремесла, оберігаючи її від сторонніх.

Перші спроби поставити знання ремісників на наукову основу були зроблені в Стародавній Греції. Завдяки стародавнім грекам виникла наука антична філософія. Її розділ про внутрішню будову речей і перетворення одних речей на інші іноді називають античною хімією. Давньогрецькі філософи першими запропонували теорію будови речовини, згідно з якою всі предмети складаються з найдрібніших неподільних частинок – атомосів (Демокріт, IV ст. до н.е.). А в 70-х рр. І ст. н.е. римлянин Пліній Старший написав «Природничу історію», в якій виклав усі відомі на той час хімічні знання.

Оскільки хімічні знання у стародавніх народів того часу асоціювалися з Єгиптом, їх почали називати єгипетськими. Можливо, слово «хімія» (латинською мовою chimia) походить від стародавньої назви Єгипту (давньоєгипетською мовою воно звучало як «хам» – Kham ); таким чином, воно має означати «єгипетське мистецтво». Проте тепер більш популярним є припущення, що слово «хімія» походить від грецького «хімос» – сік рослини. Тоді «хімія» означає «мистецтво виділення соків». Сік, про який йдеться, може бути й розплавленим металом, тож chimia може означати й «мистецтво металургії». Уперше термін «хімія» з'явився в середині IV ст. н.е. в працях грецького хіміка Зосима Панополітанського, який жив в Александрії.

Хоча в давні часи мистецтво chimia було тісно пов'язане з релігією, прості люди страшилися тих, хто ним займався: їм здавалося, що «хіміки» володіють таємним мистецтвом і небезпечними знаннями. Це змушувало тих, хто займався chimia, викладати свої писання загадковими символами, що підсилювало ефект таємничості.

Минали століття, згасла давньогрецька цивілізація, під тиском варварів занепав Великий Рим. У Європі почала поширюватись нова релігія – християнство. Християнська церква вважала хімічні знання породженням темних сил. Учені переслідувалися священнослужителями й були вимушені займатися наукою потайки, а результати своїх робіт кодувати або записувати інакомовно.

Коли Марс у своєму блискучому вбранні впаде в обійми Венери, яка розтанула від пекучих сліз, він обов’язково почервоніє. (Марс – залізо, Венера – мідь, Сонце – золото, Місяць – срібло, пекучі сльози – кислота.)

Демонстрація 5.«Фіолетовий джин»

Йод реагує з хімічно активними металами (магнієм і алюмінієм), даючи ефектний спалах. При цьому виділяються фіолетові пари, і картина нагадує явище джина із запечатаної посудини.

Щоб показати цей фокус, треба приготувати скляний дзвін або п’ятилітрову скляну банку.

У невеликій порцеляновій чашці змішуємо половину чайної ложки алюмінієвої пудри й чайну ложку попередньо розтертого в ступці сухого йоду. Суміш збираємо гіркою й у її вершині робимо поглиблення, у яке капаємо з піпетки 2-3 краплі дистильованої води. Чашку із сумішшю відразу ж накриваємо скляним дзвоном або банкою. Через кілька секунд над гіркою з'являється маленька фіолетова хмарина – це означає, що «джин» прокинувся. Потім відбувається раптовий спалах з утворенням фіолетового полум'я, і весь дзвін (банка) наповнюється фіолетовим димом.

1. Алхімія.

З другої половини І тис. н.е. великі райони Західної Азії і Північної Африки захопили араби. 641 р. н.е. вони вдерлися до Єгипту й незабаром зайняли всю країну, а через кілька років також доля спіткала й Персію. Виникла величезна арабська імперія.

Наслідуючи стародавніх володарів, арабські халіфи стали сприяти розвитку наук, і у VIII – IX ст. з'явилися перші арабські хіміки. Араби перетворили слово chimia в al-khimia. У VIII ст. н.е. араби почали завоювання Європи; разом із завойовниками на окуповані землі прийшла їхня культура та наука, а отже, й хімія, але вже під новою назвою – алхімія.

Термін «алхімія» зараз уживають, коли говорять про період історії хімії, що охоплює близько півтора тисячоліття, починаючи від 300 і до 1600 р. Сліди цього періоду збереглися в низці хімічних термінів з арабськими коренями.

І хоча в наш час слово «алхімія» асоціюється з обманом і шарлатанством, насправді алхіміки були дуже освіченими людьми свого часу. Їхній внесок у розвиток хімії, медицини, біології та інших наук важко переоцінити. За 800-900 рр. вони відкрили більше нових речовин, ніж усе людство за попередні 5 тис. років. Алхіміки довели до досконалості методи добування й очищення металів, розробили нові способи виготовлення ліків, винайшли декоративні сорти скла. Майже весь сучасний хімічний посуд був придуманий алхіміками.

Алхімія займалася не лише ремісничими проблемами. Учені-алхіміки намагалися розкрити секрети походження життя і людини (теорія гомункулуса), винайти засіб від старості (еліксир молодості), добути ліки від усіх хвороб (панацею), знайти універсальний розчинник (алкагест) і навіть винайти речовину, що перетворює метали на золото (філософський камінь). Усі ці грандіозні проекти закінчилися невдачею, але вони зробили великий внесок у науку й допомогли розвитку хімії.

Найталановитішим і найславетнішим арабським алхіміком був Джабир Ібн Хайян (721-815), пізніше відомий у Європі на ім'я Гебер. Саме він застосував для очищення речовин кристалізацію та фільтрування й описав методи добування сульфатної та нітратної кислот. Джабир вивчав можливість перетворення металів, і ці його дослідження вплинули на наступні покоління алхіміків. Джабир вважав, що всі метали утворюються із суміші ртуті й сірки, що «дозріває» у надрах землі. Складніше за все утворюється золото – найбільш досконалий метал. Щоб одержати золото, необхідно знайти речовину, що прискорює його «дозрівання». У стародавніх переказах говорилося, що ця речовина являє собою сухий порошок. Греки називали його xerion, або «сухий», араби змінили його на aliksir, і в європейських мовах з'явилося слово «еліксир». У Європі ця речовина отримала назву філософського каменю. Еліксир повинен був мати й інші чудесні властивості виліковувати від усіх хвороб і давати безсмертя. І в наступні століття алхіміки шукали золото й еліксир життя.

Демонстрація 6.«Алхімічне золото»

Наливаємо в пробірку розчин плюмбум ацетату й доливаємо до нього розчин калій йодиду, уникаючи надлишку. При цьому випадає красивий жовтий осад.

Хоча осад, що випав, і нагадує кольором золото, проте, це ще не золото. Для того щоб перетворити осад, що вийшов, у золото, треба обережно нагріти пробірку майже до кипіння, поки не розчиниться весь (або майже весь) осад. Якщо навіть при кипінні осаду в пробірці ще багато, то треба в пробірку додати води й повторити нагрівання. Після того як осад розчиниться в гарячій воді, пробірку треба залишити остигати на повітрі. У міру охолодження з розчину будуть випадати гарні золотаві лусочки плюмбум йодиду, які блищать на сонці. Причому, якщо охолоджувати пробірку з розчином повільно (на повітрі), то кристалики виходять більші, а якщо швидко (у холодній воді з льодом), то кристалики виходять дрібні й нагадують золотий пісок.

Починаючи від 1200 р. європейські вчені, ознайомившись зі спадщиною алхіміків минулого, рушили вперед тернистим шляхом пізнання.

Видатним європейським алхіміком був англійський учений чернець Роджер Бекон (1214-1292), відомий сьогодні завдяки своїм переконанням, що запорукою прогресу науки є експериментальна робота й докладання до неї математичних методів. Бекон спробував написати загальну енциклопедію знань й у своїх роботах дав перший опис пороху.

Відкриття сильних мінеральних кислот було найважливішим досягненням хімії після успішного добування заліза з руди. Використовуючи сильні мінеральні кислоти, європейські хіміки змогли здійснити багато нових реакцій і розчинити такі речовини, які стародавні греки й араби вважали нерозчинними (у греків і арабів найсильнішою кислотою була оцтова). Мінеральні кислоти дали людству набагато більше, ніж могло б дати алхімічне золото.

Минав час, і алхімія після багатообіцяючого початку стала знову вироджуватися. Пошук золота став справою багатьох шахраїв, хоча й великі учені (наприклад Бойль і Ньютон) навіть у просвітницькому XVII ст. не могли втриматися від спокуси досягти успіху на цій ниві.

І знову вивчення алхімії було заборонене. Заборона мала дві мети: не можна було припустити знецінювання золота й необхідно було боротися проти шахрайства. 1317 р. Папа Іоанн XXII оголосив алхімії анафему, і чесні алхіміки, вимушені приховувати, чим вони займаються, стали висловлюватися ще загадковіше.

Демонстрація 7.«Тайнопис невидимими чорнилами»

На одному аркуші паперу заздалегідь робимо напис розчином сірчаної кислоти. Якщо потримати цей аркуш над полум'ям, з’явиться чорний напис.

На другий аркуш паперу наносимо напис пензликом, змоченим у розчині фенолфталеїну. Якщо потримати цей аркуш над розчином аміаку, з'являється напис малинового кольору. Якщо після цього аркуш потримати над розчином оцтової кислоти, напис зникає.

Зовсім інше розуміння завдань хімії намітилося в роботах двох сучасників лікарів – німця Георга Бауера (1494-1555) і швейцарця Теофраста Бомбаста фон Гугенгейма (1493-1541).

Бауер, більш відомий під ім'ям Агриколи (що в перекладі з латини означає «селянин»), цікавився мінералогією та її можливим зв'язком з медициною.

Фон Гугенгейм увійшов в історію під обраним ним самим ім'ям Парацельс, тобто «той, що переважає Цельса». Цельс – давньоримський учений, який писав про медицину. Парацельс вважав, що головне завдання алхімії – не пошуки шляхів добування золота, а виготовлення лікарських засобів. До Парацельса з цією метою використовувалися переважно рослинні препарати, але Парацельс свято вірив у ефективність лікарських засобів, виготовлених із мінералів.

Демонстрація 8.«Хімічна хірургія»

Чи знаєте ви, хто такі «хілери»? Це філіпінські лікарі, які прославилися вмінням «вирізати» хворі органи без скальпеля й «зашивати» рани без ниток.

Щоб показати глядачам мистецтво, заздалегідь готуємо водні розчини ферум (ІІІ) хлориду (10 г солі в 90 мл води), амоній тіоціанату (5 г солі в 95 мл води) і натрій флуориду (5 г солі в 95 мл води). Ще буде потрібний доброволець з числа учнів, що погодиться, щоб на ньому провели демонстрацію «медичного чуда». Найкраще для цього підійде ділянка шкіри на руці від ліктьового згину до долоні або кисть руки.

Спочатку змочуємо вату «спиртом» (насправді це буде розчин амоній ціанату). Потім продезінфікуємо «скальпель», не шкодуючи «йоду» (як скальпель можна використати скляну або дерев’яну паличку, у ролі йоду буде виступати розчин ферум (ІІІ) хлориду). Тепер будемо робити «надріз». Проведемо «скальпелем» по ділянці шкіри, обробленій «спиртом», – потече «кров». А тепер «заживимо рану». Візьмемо розчин натрій флуориду (цей розчин буде відігравати роль «живої води») і змажемо «рану». «Кров» зникне, а під нею – здорова шкіра.

І дійсно, в XVII ст. значення алхімії невпинно зменшувалося, а у XVIII ст. вона поступово стала тим, що ми сьогодні називаємо хімією.

1. Сучасна хімія.

Хімія як наука в сучасному розумінні почала розвиватися в XVII ст. Багато хто вважає основоположником сучасної хімії англійського вченого Роберта Бойля, експерименти якого започаткували хімію як науку.

Становлення хімії пов'язане із запровадженням практики вимірювань під час експериментів. Для хіміків стало важливим знати не тільки, як речовини реагують, але й якими є маса продукту, що утворюється, або об'єм газу, що виділяється. Вимірювання допомогли встановити кількісні закони хімії: закон збереження маси речовини (М.В.Ломоносов і А.Лавуазьє, 1760 р.), закон об'ємних відношень (Ж.Гей-Люссак, 1808 р.) та інші.

Дуже бурхливо розвивалася хімія в XIX ст. На початку століття англійський учений Джон Дальтон заклав основи атомістики, які згодом оформилися у вигляді атомно-молекулярного вчення. Шведський хімік Ян Берцеліус розробив систему хімічних символів, завдяки яким стало можливим записувати хімічні формули та рівняння. У галузі хімії почали працювати сотні вчених у всьому світі. Вони сформували десятки законів і принципів, розробили хімічну термінологію. У цей період було відкрито вдвічі більше хімічних елементів, ніж за попередні тисячоліття.

У середині XIX ст. видатним російським ученим Дмитром Івановичем Менделєєвим був сформульований Періодичний закон, який дав сильний поштовх розвитку неорганічної хімії. Саме в цей час його співвітчизник Олександр Михайлович Бутлеров сформулював теорію будови органічних речовин, яка стала основою розвитку органічної хімії.

За останні двісті років хімія пройшла величезний шлях і перетворилася на розвинену науку, що базується на глибоких теоретичних основах, і стала могутнім знаряддям в умілих руках учених. Основними завданнями сучасної хімії є добування нових речовин і дослідження їх властивостей для раціонального використання.

1. Узагальнення та систематизація знань (5 хв).

Бесіда. Наведіть приклади, що доводять, що хімія – наука стара й одночасно молода.

1. Домашнє завдання (1-2 хв).

1. Опрацювати §2 с.11, пит. 1-6 с.17 (Савчин), §2 с.12 (Буринська нова), §2 с.14 (Буринська ст), §2 с.10 пит. 5-7 с.13 (Попель).

1. Підсумок уроку (2-3 хв).

Виставлення оцінок за проект та роботу на уроці.