Урок по химии 8 класс: Предмет химии. Краткие сведения об истории развития химических знаний.

Урок химии в 8 классе

Тема урока: Предмет химии. Краткие сведения об истории

развития химических знаний.

Цель урока: выяснить предмет изучения химии, ее цели и задачи, ознакомить учащихся с историей развития химических знаний и понятий, показать важность алхимического периода, значение экспериментов и измерений в становлении химии как науки, познакомить учащихся с наиболее известными химиками и охарактеризовать их вклад в науку.

Оборудование и материалы: портреты известных ученых (Роберт Бойль, Михаил Васильевич Ломоносов, Джон Дальтон), рисунки с описанием химических процессов в различные периоды становления химии (ремесленного, древнеегипетского, алхимического, современного).

Базовые понятия: предмет химии, вещества, ремесленная химия, алхимия.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Структура урока

1. Организационный этап

2. Изучение нового материала

1. Предмет изучения химии.

2. Разнообразие химических наук.

3. Ремесленная химия.

4. Алхимический период развития химии.

5. Становление химии как науки.

1. Домашнее задание

2. Подведение итогов урока.

ХОД УРОКА

1. ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ ЭТАП.

2. ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА

1. ПРЕДМЕТ ИЗУЧЕНИЯ ХИМИИ.

Рассказ учителя.

Для начала этого урока учитель использует эпиграф:

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 земное недро ты, Химия,

Проникни взора остротой,

И что содержит в нем Россия,

Драги сокровища открой...

М. В. Ломоносов «Благодарственная ода»

Основным предметом изучения химии являются химические вещества. Однако не только химия изучает вещества, их рассматривают и другие науки о природе (минералогия, физика, биология и др.). Так, например, минералогия изучает состав и строение минералов и горных пород, образующих земную кору, а физика - различные явления с веществами и телами в природе, происходящие, как правило, без изменения состава их молекул или кристаллов. Химия, в отличие от минералогии и физики, изучает не только состав и строение, но и превращения веществ, происходящие в живой и неживой природе, возможности их получения на химических заводах. В явлениях, изучаемых химией, превращения веществ связаны с изменением их состава и строения. Для чего необходимо изучать химические явления? Знание закономерностей превращений веществ позволяет организовать управление этими превращениями, т. е. осуществлять производственные процессы с меньшими затратами труда и энергии, снижать потери, связанные с такими химическими явлениями, как коррозия и др.

2. РАЗНООБРАЗИЕ ХИМИЧЕСКИХ НАУК.

Рассказ учителя.

В связи с огромным количеством химических веществ и явлений постепенно возникла необходимость в разделении химии на отдельные науки. Неорганическая, органическая, физическая и аналитическая химия – разделы, каждый из которых имеет свой предмет исследования.

Эту «четверку» принято считать фундаментальной основой современной классификации химических наук. Между тем, эти четыре области химических знаний делятся не более мелкие составляющие части.

В неорганической и органической химии разделение происходит по объектам исследования. Так, неорганическая химия делится на химию кислот, химию оснований, химию карбидов, химию благородных газов, химию кремния... В органической химии выделяются химия ароматических соединений, химия спиртов, химия углеводов, химия природных соединений, нефтехимия, биохимия...

С двумя другими фундаментальными областями – физической и аналитической химией - исторически складывается из разных «мозаичных кусочков знания». Исследование тепловых эффектов породило термохимию. Химические процессы, протекающие под действием электрического тока, дали начало электрохимии. Большинство реакций происходит в жидкой среде - отсюда учение о растворах. Кроме того, существуют химическая кинетика, химическая термодинамика, фотохимия и т. д.

Химическая метрология,

химическая диагностика

Термохимия,

электрохимия,

кинетика,

термодинамика и т.д.

Химия спиртов,

углеводов,

природных соединений,

нефтехимия и т.д.

Химия кислот,

оснований,

карбидов,

благородных газов

и т.д.

Аналитическая

Физическая

Органическая

Неорганическая

Химия

Затем учитель рассказывает об истории развития химических знаний. При этом необходимо отметить значение каждого этапа (ремесленного, алхимического и современного) в становлении химии как науки. В процессе рассказа можно показать учащимся красивые опыты: фараонова змея, золотой дождь, вулкан, тайнопись невидимыми чернилами и др.

3. РЕМЕСЛЕННАЯ ХИМИЯ.

Рассказ учителя.

Тысячелетия назад человек впервые создал искусственные орудия труда. Он научился обрабатывать камни, придавая им нужную форму, заостряя края. Прикрепив заостренный камень к деревянной палке, он сделал первый каменный топор. Но даже обработанный камень оставался камнем, а дерево - деревом. Однако молния могла зажечь лес, дерево горело, и на месте пожара человек находил черную золу. Сладкий сок мог прокиснуть и странно бодрил. Люди заметили, что иногда природа вещества меняется. И хотя человек не знал в то время даже элементарных химических понятий, но он уже научился проводить некоторые химические превращения. Эти превращения могли быть результатом горения или вызываться выделяемым при горении теплом. Птицу можно было сварить, и она изменяла цвет, вкус, становилась мягче. Глину можно было обжечь, и она становилась прочнее. Если человек разжигал костер в песке, он мог в золе найти стеклянные шарики.

Сначала человек использовал только те материалы, которые он находил вокруг камни, дерево, кости, шкуры животных. Самым прочным из них был камень. О тех давно прошедших временах нам рассказывают каменные орудия первобытного человека, поэтому мы называем этот период каменным веком.

С 4000 г. до н. э. человек осваивает новые материалы, обладавшие очень ценными свойствами – металлы. Первыми металлами, на которые человек обратил внимание, были самородные медь и золото. Красноватую медь и желтоватое золото, отливающие красивым металлическим блеском, нельзя было не заметить среди тусклой серовато-коричневой породы.

Вначале металлы, как и цветные камешки или перламутровые морские раковины, служили лишь украшением. Однако вскоре оказалось, что металлы выгодно отличаются от всех других украшений. Камень при ударе рассыпается в пыль, дерево и кость дают трещины; ударяя же по куску металла, можно придать ему нужную форму. После того как человек узнал об этом свойстве металлов – ковкости – он начал изготавливать из металлических самородков различные украшения. Обрабатывая медь, человек заметил, что изготовить из нее наконечник для стрелы гораздо легче, чем из камня, да и тупятся медные наконечники медленнее, чем каменные.

Но меди было мало, найти ее было непросто, поэтому долгое время она служила материалом для украшений. Однако со временем выяснилось, что медь можно получить из камней определенного вида и что найти такие камни значительно проще, чем чистую самородную медь. С этого времени медь стала вполне доступным материалом, и ее начали использовать для изготовления орудий труда, предметов домашнего обихода и т. д. Таким образом, человек начал применять свои «химические» познания для получения необходимых материалов - возникла металлургия.

Люди бронзового века узнали о существовании железа - более твердого металла, чем бронза. Вначале железо было очень редким и дорогим, так как встречалось в обломках метеоритов. Получить его из рудного камня, как получали медь, казалось невозможным. Дело в том, что железо прочнее меди связано с рудой, в состав которой оно входит. Выплавить железо из руды на костре не удается, для этого необходимо более «жаркое пламя». Секрет плавки железа был открыт примерно в 1500 г. до н. э. в Малой Азии, когда было установлено, что столь необходимое «жаркое пламя» можно получить, если через горящий уголь продувать воздух.

Чистое железо не очень твердое. Однако в процессе плавки железо может вобрать в себя столько углерода из древесного угля, что в результате образуется поверхностный слой сплава железа и углерода, называемый сталью. Этот сплав тверже самой лучшей бронзы, и изготовленный из него наконечник после заточки долго остается острым. Получение стали явилось поворотным моментом в истории развития металлургии и в истории развития общества. Наступил железный век.

4. АЛХИМИЧЕСКИЙ ПЕРИОД РАЗВИТИЯ ХИМИИ.

Рассказ учителя.

Египтяне, блестяще владея прикладной химией, занимались производством металлов и красителей, бальзамированием. Химия в Древнем Египте входила в «священное тайное искусство» жрецов. Обработка благородных камней, бальзамирование и другие операции сопровождались молитвами и заклинаниями. Покровителем химии египтяне считали птицеголового бога Озириса.

Согласно одной из теорий слово khemeia происходит от древнего названия Египта - Kham, и, таким образом, оно должно означать «египетское искусство». Однако в настоящее время более популярно другое объяснение.

Хотя в древние времена искусство khemeia было тесно связано с религией, простые люди страшились тех, кто им занимался: им казалось, что «химики» владеют тайным искусством и опасными знаниями.

Это заставляло тех, кто занимался khemeia, излагать свои писания загадочными символами, что усиливало впечатление таинственности.

На протяжении столетий химики старались отыскать способ получения золота. Римский император Диоклетиан боялся, что получение дешевого золота окончательно подорвет шаткую экономику разваливающейся империи. Он приказал уничтожить труды по khemeia, и это одна из причин того, почему их так мало дошло до наших дней. Другой причиной было распространение христианства. «Языческие знания» стали непопулярными, а искусство khemeia, тесно связанное с древней египетской религией, стало нелегальным.

Со второй половины первого тысячелетия н. э. большие районы Западной Азии и Северной Африки захватили арабы. В 641 г. н. э. они вторглись в Египет и вскоре заняли всю страну, а через несколько лет такая же судьба постигла и Персию. Возникла огромная арабская империя.

Подражая древним властителям, арабские халифы начали покровительствовать наукам, и в VIII-IX вв. появились первые арабские химики. Арабы преобразовали слово khemeia в alkimiya. Европейцы позднее заимствовали это слово у арабов, и в результате в европейских языках появились термины «алхимия» и «алхимик». Термин «алхимия» сейчас употребляют, когда говорят о периоде истории химии, охватывающем около двух тысячелетий, начиная с 300 г. и до 1600 г.

После 650 г. развитие греко-египетской алхимии полностью контролировалось арабами, и так продолжалось в течение пяти веков. Следы этого периода сохранились в ряде химических терминов с арабскими корнями: aletbic (перегонный куб), alkali (щелочь) alcohol (спирт), carboy (оплетенная бутыль), naphta (лигроин), zircon (цирконий) и др.

Самым талантливым и прославленным арабским алхимиком был Джабир ибн Хайян (721-815), ставший позднее известным в Европе под именем Гебер. Джабир изучал возможность превращения металлов, и эти его исследования оказали сильнейшее влияние на последующие поколения алхимиков. Джабир считал, что все металлы образуются из смеси ртути и серы, «созревающей» в недрах и земли. Труднее всего образуется золото - наиболее совершенный металл. Чтобы получить золото, необходимо найти вещество, ускоряющее его «созревание». В старинных преданиях говорилось, что это вещество представляет собой сухой порошок. Греки называли его xerion, или «сухой», арабы изменили его на aliksir, и в европейских языках появилось слово «эликсир». В Европе это вещество получило название философского камня. Эликсир должен был обладать и другими чудесными свойствами: излечивать от всех болезней и давать бессмертие. И в последующие столетия алхимики искали золото и эликсир жизни.

Во время крестовых походов христианская Европа ознакомилась с трудами древнегреческих (Аристотель) и арабских (Авиценна) ученых. Начиная с 1200 г. европейские ученые, ознакомившись с наследием алхимиков прошлого, двинулись вперед по тернистому пути познания.

Видным европейским алхимиком был английский ученый монах Роджер Бэкон (1214-1292), который известен сегодня убеждением, что залогом прогресса науки являются экспериментальная работа и приложение к ней математических методов. Бэкон попытался написать всеобщую энциклопедию знаний и в своих работах дал первое описание пороха.

Самым важным достижением алхимии после успешного получения железа из руды было открытие сильных минеральных кислот. Используя сильные минеральные кислоты, европейские химики смогли осуществить многие новые реакции и смогли растворить такие вещества, которые древние греки и арабы считали нерастворимыми (у греков и арабов самой сильной кислотой была уксусная). Минеральные кислоты дали человечеству гораздо больше, чем могло бы дать алхимическое золото. Если бы золото перестало быть редким металлом, оно мгновенно бы обесценилось. Ценность же минеральных кислот тем выше, чем они дешевле и доступнее.

Шло время, и алхимия после многообещающего начала стала опять вырождаться. Поиск золота стал делом многих мошенников, хотя и великие ученые даже в просвещенном XVII в. (например, Бойль и Ньютон) не могли устоять от соблазна добиться успеха на этом поприще.

И вновь изучение алхимии было запрещено. Запрещение преследовало две цели: нельзя было допустить обесценивания золота и необходимо было бороться против мошенничества. В 1317 г. папа Иоанн ХХІІ предал алхимию анафеме, и честные алхимики, вынужденные скрывать, чем они занимаются, стали изъясняться еще более загадочно.

Совершенно иное понимание задач химии наметилось в работах двух современников врачей немца Георга Бауэра (1494-1555) и швейцарца Теофраста Бомбаста фон Гугенгейма (1493-1541).

Бауэр, более известный под именем Агриколы (что в переводе с латинского означает «крестьянин»), интересовался минералогией и ее возможной связью с медициной.

Фон Гугенгейм вошел в историю под выбранным им самим именем Парацельс, т. е. «превосходящий Цельса». Цельс – древнеримский ученый, писавший о медицине. Парацельс считал, что основная задача алхимии – не поиски путей получения золота, а изготовление лекарственных средств. До Парацельса в качестве таковых использовались преимущественно растительные препараты, но Парацельс свято верил в эффективность лекарственных средств, изготовленных из минералов.

В ХѴІІ в. значение алхимии неуклонно уменьшалось, а в ХѴІІІ в. она постепенно стала тем, что мы сегодня называем химией.

5. СТАНОВЛЕНИЕ ХИМИИ КАК НАУКИ.

Со временем у химиков возник интерес к процессу горения. Почему одни предметы горят, а другие не горят? Что представляет собой процесс горения? По представлениям древних греков все, что способно гореть, содержит в себе элемент огня, который в соответствующих условиях может высвобождаться. Алхимики придерживались той же точки зрения.

Немецкий врач и химик Георг Эрнст Шталь (1660 - 1734) назвал этот «элемент огня» флогистоном. Согласно Шталю, горючие вещества богаты флогистоном. В процессе гррения флогистон улетучивается, а то, что остается после горения, флогистона не содержит и потому гореть не может. Шталь утверждал, что ржавление металлов подобно горению дерева. Металлы, по его мнению, содержат флогистон, а ржавчина флогистона уже не содержит. Такое понимание процесса ржавления позволило дать приемлемое объяснение и процессу превращения руд в металлы - первому теоретическому открытию в области химии. Объяснение Шталя состояло в следующем. Руда, содержание флогистона в которой мало, нагревается на древесном угле, весьма богатом флогистоном. Флогистон при этом переходит из древесного угля в руду, в результате древесный уголь превращается в золу бедную флогистоном, а руда, бедная флогистоном, превращается в металл, богатый флогистоном. Сам по себе воздух, по мнению Шталя, способствует горению лишь косвенно: он служит переносчиком флогистона, когда последний выходит из дерева или металла, и передает его другому веществу (если таковое существует).

Теория флогистона начала завоевывать популярность. К 1780 г. она была принята химиками почти повсеместно, так как позволила дать четкие ответы на многие вопросы. Однако один вопрос ни Шталь, ни его последователи разрешить не смогли. Дело в том, что большинство горючих веществ, например дерево, бумага, жир, при горении в значительной степени исчезали. Остававшаяся сажа или зола была намного легче, чем исходное вещество. Этого, по-видимому, и следовало ожидать, так как при горении флогистон улетучивался из вещества. Согласно теории Шталя, в процессе ржавления металлы также теряли флогистон, тем не менее еще алхимиками в 1490 г. было установлено, что ржавый металл гораздо тяжелее не ржавого. Почему вещество, теряющее флогистон, становится тяжелее? Может быть, как утверждали некоторые химики ХVІІІ в., флогистон обладает отрицательным весом? Почему в таком случае дерево при горении уменьшается в весе? Или, может быть, существуют два вида флогистона - с положительным и с отрицательным весом?

Химикам ХѴІІІ века эта проблема не казалась столь важной, как это представляется нам теперь. Мы привыкли к тщательному анализу явлений, и необъяснимое изменение веса, конечно, взволновало бы нас. Химики ХVIII столетия еще не сознавали важности точных измерений, и изменением в весе они могли и пренебречь. Теория флогистона объясняла причины изменения внешнего вида и свойств веществ, а изменения веса, как в то время считалось, не так уж важны.

И хотя теория флогистона была первой значительной теорией в истории химии, тем не менее, становление химии как науки современном понимании произошло после введения в экспериментальную практику аналитических методов (взвешивание и измерение объемов жидкостей и газов).

Однако переход от простого качественного описания к тщательному количественному измерению был осуществлен в химии лишь столетие спустя после открытий Ньютона.

Но химики лишь отчасти виноваты в таком сильном отставании прогресса по сравнению с физиками. Все дело в том, что количественные методы Галилея и Ньютона очень трудно приложить к химии. Ведь для этого необходимо результаты химических опытов представить таким образом, чтобы их можно было подвергнуть математической обработке. Тем не менее с началом аналитического периода в химии наметился существенный прогресс: не проходило и года без значительных достижений в области химии, были открыты основные законы и зависимости, которыми пользуются ученые и по сей день.

III. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

Изучить § 1.

IV. ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ УРОКА