Особенности формирования понятий органической химии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Особенности формирования понятий органической химии

органический химия полимер ковалентный

При формировании понятий органической химии необходимо учитывать следующие:

Возраст учащихся позволяет широко применять логические операции, особенно систематизацию, обобщение, абстрагирование;

Изучение органической химии происходит на базе приобретённых знаний в курсе неорганической химии (строения вещества, Периодического закона, химической связи, закономерности химических реакций, электролитической диссоциации, энергетики химических превращений, кинетических представлений о скорости химической реакции и химическом равновесии).

Отсюда вытекают особенности формирования понятий органической химии. В курсе органической химии в отличие от неорганической меняется соотношение конкретного и абстрактного в сторону усиления абстрактных представлений. Многие понятия органической химии связаны с познанием явлений микромира, это касается электронной природы химической связи, стереохимических понятий, где, в основном, отсутствует возможность использования химического эксперимента.

Структура органической химии, в основу которой положены принципы усложнения строения вещества и генетической связи между классами органических соединений, создает благоприятные условия для формирования и развития понятий.

К условиям формирования понятий можно отнести следующие:

Чем больше опорных знаний, тем богаче оно выступает со всеми своими многосторонними связями, тем лучше подготовка учащегося к восприятию нового понятия.

Например:

Для формирования понятия «полимер» необходимы знания о составе, молекулярной массе, об углеводородных радикалах, функциях, химических реакциях, их механизмах, - и - связях.

При формирования понятия необходимо определить существенные признаки данного понятия и установить последовательность их раскрытия. Выяснения существенных признаков происходит путём выяснения причинно-следственных связей.

Например:

Понятие - связь включает следующие признаки:

а) причина - образование за счёт небольшого бокового перекрывания негибридизованных электронных орбиталей атомов углерода перпендикулярно плоскости - связи:

б) следствие - непрочная, легко поляризуется, обладает высокой реакционной способностью, характеризует плоское (в случае двойной) и линейное строение (в случае тройной связи) строение молекулы или её части.

При формировании понятия важно проследить как внутренние, так и внешние связи его с другими понятиями.

Например:

Понятие «- связь» является видовым по отношению к более широкому типовому понятию «ковалентная связь» и родового понятия «химическая связь». «- связь» связана с такими понятиями, как «пространственное строение», «гибридизация», «взаимное влияние атомов в молекулах», «механизм химических реакций».

Понятие должно характеризоваться таким числом существенных признаков, которых достаточно не только для формирования, но и для развития и применения его.

Например:

Понятие «связь» характеризуется такими признаками как энергия, длина, направленность, полярность, поляризуемость, насыщаемость.

Понятие приобретает доказательный и убедительный характер, если оно обеспечено оптимальным количеством фактов.

В формировании понятий значение имеет историцизм. Исторический подход позволяет проследить развитие понятия.

Необходимо придерживаться принципа постепенного развития понятий.

Большую роль в формировании понятий играют средства наглядности (моделирование, химический эксперимент, компьютерная графика, интерактивные средства наглядности).

Усиливается роль упражнений, особенно продуктивного характера, которые не только проверяют и закрепляют пройденный материал, но и обучают применению знаний. В процессе выполнения упражнений могут быть использованы логические операции - сравнение. Обобщение, анализ, синтез, аналогия, систематизация и т.д. Система упражнений должна способствовать раскрытию многообразия органических соединений. Их строения, свойств, генетической связи между различными классами органических соединений.

Возрастает роль проблемного подхода в формировании понятий.

Дедуктивное построение изучаемого материала сокращает путь формирования понятий и экономит учебное время.

При формировании понятий необходимо учитывать межпредметные связи.

При формирования любого понятия можно выделить три сферы: сфера опорных понятий, сфера формируемого понятия, сфера применения понятия.

Например:

Понятия электронной теории: - и - связи, их особенности, опираются на знание s- и p- электронных орбиталей, их формы, особенностях образования и разрыва ковалентной связи; понятие о гибридизации опирается на все предыдущие понятия и знание трёх валентных состояний атома углерода.

Важнейшими понятиями, вытекающими из теории химического строения органических соединений, являются понятия об изомерии и гомологии. Школьный курс органической химии построен так, что учащиеся вначале знакомятся с изомерией (при рассмотрении теории химического строения), а затем с гомологией при изучении предельных углеводородов. В преподавании органической химии важно не противопоставлять понятия “гомолог” и “изомер” в процессе их формирования, а рассматривать эти понятия в единстве, как различные стороны химического строения веществ. Сфера опорных понятий явления изомерии включает знания о молекулярных формулах, качественном и количественном составе веществ, аллотропии, химическом строении. Формирование понятия изомерии слагается из трёх этапов: 1) выделение существенных признаков понятия и его определение;

2) выявление связи между изомерами и гомологами;

3) различные формы проявления существенных признаков изомерии при изучении последующих классов органических соединений. I и II этапы рассматриваются на примере предельных углеводородов. При формировании понятия “изомерия” существенными признаками являются: одинаковый качественный состав, одинаковый количественный состав, но разное строение и как следствие различные физические и химические свойства.

Признаки гомологии рассматриваются в такой логической последовательности: одинаковый качественный состав, различный количественный состав, сходное строение и отсюда - сходные свойства. В данном случае подразумеваются химические свойства. Известно, что изменение количественного состава на гомологическую разность - CH2 - приводит к изменению физических свойств. Каждый гомологический ряд имеет характерный для него тип строения. На III этапе развитие понятия изомерии и гомологии продолжается на примере структурных группировок различных классов соединений.

При изучении предельных углеводородов рассматривается изомерия цепи (углеродного скелета). При изучении непредельных алкенов и алкинов это понятие дополняется изомерией положения кратных связей. При изучении алкенов рассматривается и гшеометроичесая цис-, транс- изомерия. У диеновых и ароматических углеводородов появляется изомерия взаимного положения: у диенов - кратных связей, а ароматических - различного положения замещающих групп у бензольного кольца (орто-, мета-, пара-). При изучении кислородсодержащих и азотсодержащих соединений рассматривается изомерия положения функций. Все эти виды изомерии дополняются в конечном итоге межклассовой изомерией.

Например: Алкены и циклоалканы отвечают общей формуле CnH2n ,цикло алкины и диены отвечают общей формуле CnH2n-2 , одноатомные спирты и простые эфиры отвечают общей формуле CnH2n+2O, альдегиды и кетоны отвечают общей формуле CnH2nO, карбоновые кислоты и сложные эфиры отвечают общей формуле CnH2nO2.

Изучение понятия гомологии на классах органических соединений (по мере их усложнения) дает возможность решить основной вопрос содержания обучения органической химии - вопрос зависимости свойств от строения. Изучив сущность понятия гомологии на примере предельных углеводородов, учащиеся способны составить по аналогии формулы веществ, принадлежащих к гомологическим рядам других классов органических соединений. При этом они опираются на количественный признак понятия гомологическую разность как на постоянную величину и на качественный признак - сходство в химическом, электронном и пространственном строении. Аналогия позволяет на небольшом числе гомологов дать представление о гомологическом ряде. На основе понятия гомологии возможны широкие обобщения знаний об отдельных классах органических соединений, а также сравнение классов соединений по различным признакам (состав, строение, свойства). В связи с этим при изучении гомологических рядов особенно велико значение той части молекулы, которая обусловливает основные, характерные свойства, то есть функциональной группы. В широком смысле функциональную группу можно рассматривать как реакционный центр молекулы. В этом плане кратные связи можно считать такой же функциональной группой. Функциональная группа находится в тесной связи с другой частью молекулы - радикалом. Эти части молекулы влияют друг на друга и составляют противоречивое единство. Изучение гомологии позволяет раскрыть и такие важные понятия как «генетическая связь» и «многообразие органических соединений». В результате изучения явления гомологии учащиеся должны усвоить следующее:

1.Гомология является принципом классификации и систематизации органических соединений.

2.Гомологию следует рассматривать как общее свойство органических соединений.

3.Гомология является важнейшей формой развития, усложнения соединений углерода.

4.Гомология имеет значение для прогнозирования неизвестных веществ.

Понятие «взаимное влияние атомов» красной нитью проходит через весь курс органической химии. Вначале рассматривается одностороннее влияние атомов на примере хлорметана (смещение электронной плотности, появление на атомах частичных зарядов) и пропилене (сдвиг -электронной плотности под влиянием радикала. Далее взаимное влияние атомов рассматривается при изучении одного из ароматических углеводородов - толуола, а далее на кислородсодержащих и азотсодержащих соединений (спиртах, феноле, альдегидах, карбоновых кислотах, аминах, аминокислотах). Большое значение при формировании и развитии понятия о взаимном влиянии атомов имеет изучение индукционного эффекта (-I эффект - галогенов в галогеналканах, +I эффект - радикала в органических соединениях). Представление о сопряженных системах (мезомерный эффект) учащиеся получают на примере бутадиена, затем бензола и его гомологов, фенола и анилина. На этих примерах рассматривается двухстороннее влияние - функциональной группы на бензольное кольцо и влияние бензольного кольца на функциональную группу. При изучении понятий о взаимном влиянии атомов имеются большие возможности для создания проблемных ситуаций, так как рассмотрение указанных вопросов постоянно связано с объяснением свойств веществ и прогнозированием их реакционной способности.

Представление о взаимосвязи свойств и строения тесно связано с понятием о химической реакции. Изучение понятия о химической реакции в органической химии опирается на знания об условиях, скорости, обратимости химических реакций, химическом равновесии и условиях его смещения, полученными в курсе неорганической химии. При изучении органической химии, появляется возможность углубить знания о радикальном и ионном механизмах реакций. Из механизмов химических реакций в школьном курсе рассматриваются свободнорадикальный механизм реакций замещения и ионный механизм реакций присоединения. В раскрытии механизма реакций замещения выделяют три стадии: 1) образование атакующей частицы (инициирование); 2) развитие цепи; 3) обрыв цепи. Их рассмотрение позволяет создать чёткое и законченное представление о свободнорадикальном механизме химических реакций. При изучении отдельных стадий обращается внимание на условия, необходимые для образования атакующей частицы, энергию связи реагирующих веществ, образование свободных радикалов, их высокую реакционную способность. Отмечаются условия, которые необходимы для реакции - действие света или высоких температур. Разрыв связи в молекулах происходит у того вещества, у которого энергия связи наименьшая. Е(Cl-Cl )= 240 кДж/моль,

Е(C-H )= 415 кДж/моль, поэтому образуются радикалы:

h

Cl2 Cl + Cl

Они реакционно способны и могут атаковать молекулы метана - так идёт первая стадия. Затем идёт вторая стадия -развитие цепи:

CH4 + Cl = CH3 + HCl

CH3 + Cl2 Cl + CH3Cl

Затем необходимо рассмотреть обрыв цепи - заключительную стадию реакции:

CH3 + CH3 C2H6

CH3 + Cl CH3Cl

При рассмотрении механизма реакции присоединения следует подмечать сходство и различия в осуществлении этого механизма и механизма ионных неорганических реакций. В школьном курсе реакции присоединения рассматривается через образование карбокатиона, так как понятие о -комплексах усложнило бы изложение вопроса.

При рассмотрении реакций электрофильного присоединения выделяются три стадии: 1) появление атакующей частицы; 2) образование органического иона - карбокатиона; 3) образование органического вещества - продукта реакции. Механизм реакции присоединения изучают в сравнении с радикальным механизмом, сравнивая основные стадии реакции, характер разрыва связей (гомолитический, в случае радикальной реакции, и гатеролитический - в ионной реакции), условия реакции (для ионной реакции необходимо наличие полярного растворителя, катализатора и невысокая температура). На примере реакций присоединения необходимо показать, что одним из результатов химического взаимодействия может быть изменение формы молекулы реагирующих веществ - плоская молекула или её фрагмент превращается в объёмную. Углубление и конкретизация знаний о механизмах химических реакций является необходимым для развития знаний учащихся о скорости химической реакции, о влиянии факторов на скорость и направление химической реакции (например, катализатор). Учащимся следует напомнить, что катализатор используется не только для ускорения химической реакции, но и для направления реакции в желательном направлении. Например:

При взаимодействии бензола с хлором медленно образуются два продукта - хлорбензол и гексахлорциклогексан. Катализатор FeCl3 ускоряет первую реакцию, тем самым, направляя её по определённому пути (избирательное действие катализатора):

FeCl3

C6H6 + Cl2 = C6H5Cl + HCl

При изучении органической химии учащиеся встречаются со многими обратимыми реакциями:

гидрированием и дегидрированием; 2) гидратацией и дегидратацией; 3) этерификацией и гидролизом сложных эфиров и т.д. При рассмотрении обратимых реакций у учащихся складывается представление о том, что все ранее изученные закономерности смещения химического равновесия применимы и к реакциям между органическими веществами.

Размещено на Allbest.ru