Введение

Атомно-молекулярное учение начинают рассматривать в школьном курсе химии в теме «Первоначальные химические понятия». Именно здесь формируются с привлечением материала физики важнейшие положения этого учения, на базе которых изучается весь последующий вводный курс химии.

Тема «Первоначальные химические понятия» так или иначе обязательно присутствует во всех учебниках и программах систематических курсов химии, потому что она по сути является пропедевтической, т.е. она подготавливает учащихся к пониманию всего остального курса. Даже введение курса естествознания в 5-7 классах никоим образом не снижает ее значимости. Эта тема может не иметь такого названия, но сущность ее и структура сохраняются. В ней закладываются самые первые понятия о веществах, химических реакциях, химических элементах, методологии химической науки в виде приемов препаративной химии. Поскольку предъявляемые учащимся факты должны получить теоретическое объяснение, предлагается их трактовка с позиции атомно-молекулярного учения. Это учение имеет опору в курсе физики, которая несколько опережает химию и одновременно открывает перспективу развития теории строения вещества.

Методические особенности преподавания темы: «Атомно-молекулярное учение»

Учебное познание в этой теме строится от внешнего знакомства с веществом и химической реакцией вглубь к молекулам, атомам, а в последующих темах уже к внутриатомным структурам и далее с обратным движением - к химической связи, кристаллическим решеткам и снова к веществам и химическим реакциям, но на более высоком уровне.

В этой теме закладываются и количественные понятия: относительная атомная масса, относительная молекулярная масса, количество вещества, моль. Уже известный из физики закон сохранения и превращения энергии позволяет обозначить энергетическую сторону некоторых процессов и образования веществ с точки зрения энергетической выгодности. Впоследствии все это должно развиваться.

Как всегда, после изучения группы понятий проводят обобщение полученных знаний. Этим обобщением будет приведение в систему основных положений атомно-молекулярного учения.

Учащиеся должны узнать, что фундамент научной химии был заложен в XVII-XVIII вв. усилиями ученых разных стран: англичанина Р. Бойля, француза А. Лавуазье, русского М.В. Ломоносова. В XIX в. развивали химическую атомистику труды Д. Дальтона (Англия), Ж. Пруста (Франция), А. Авогадро (Италия), Я. Берцелиуса (Швеция), А.М. Бутлерова, Д.И. Менделеева (Россия). Как и другие науки, химия интернациональна.

Основной теорией химии, сохранившей свое значение и до наших дней, является атомно-молекулярное учение. Рассказывая о нем учащимся, учитель продолжает осуществлять принцип историзма. При этом важно раскрыть мировоззренческие положения о преемственности в развитии знаний, о границах применения законов и теорий.

Рассматривая атомно-молекулярное учение, важно провести сопоставление теоретического и фактического материала, изученного на уроках физики и химии. Здесь вновь учащимся предоставляется возможность переносить фактический и теоретический материал, изученный на уроках других дисциплин, для объяснения материала химии.

Учитель может напомнить учащимся то, что на уроках физики в VI классе они изучали элементы теории, которая объясняла поведение молекул. Это молекулярно-кинетическая теория. Имеет смысл вспомнить с учащимися основные ее положения, а затем предложить им привести факты, показывающие справедливость положений молекулярно-кинетической теории, например о том, что все молекулы одного вещества одинаковы, между ними есть промежутки, что они находятся в постоянном движении. Тот факт, что молекулы одного и того же вещества одинаковы, можно объяснить тем, что они состоят из одинакового числа атомов опредёленных элементов. То, что молекулы находятся в беспрерывном движении, можно объяснить на основе явлений броуновского движения, диффузии и т.п.

Затем учитель формулирует основные положения атомно-молекулярной теории и просит учащихся сравнить их с положениями
молекулярно-кинетической теории. Учащиеся отмечают, что многие
положения этих теорий одинаковы. Сходство положений этих теорий объясняется тем, что они обобщают наблюдения за явления,
ми, происходившими с особыми частицами - атомами и молекулами. Многие физические и химические явления представляют собой
результат определенного взаимодействия этих частиц. Важно подвести учащихся к выводу о том, что многие физические, химические и другие явления, происходящие с веществами, могут, быть
объяснены на основе атомно-молекулярного учения. Необходимо
лишь только быть уверенным в том, что данное явление действительно результат процессов, происходящих с его атомами и молекулами.

Атомно-молекулярное учение опирается на представление о том, что природа существует вне и независимо от человека. Она объясняет строение веществ и сущность физических и химических явлений. Сущность химических превращений заключается в образовании новых веществ из атомов, составлявших ранее исходные вещества.

Теоретическая поддержка темы "Атомно-молекулярное учение в химии"

Атомно-молекулярное учение развил и впервые применил в химии великий русский ученый М.В. Ломоносов. Основные положения его учения изложены в работе «Элементы математической химии» (1741) и ряде других. Сущность учения Ломоносова сводится к следующему.

1. Все вещества состоят из «корпускул» (так Ломоносов называл молекулы).

2. Молекулы состоят из «элементов» (так Ломоносов называл атомы).

3. Частицы - молекулы и атомы - находятся в непрерывном движении. Тепловое состояние тел есть результат движения этих частиц.

4. Молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов, молекулы сложных веществ - из различных атомов.

Через 67 лет после указанной работы Ломоносова вышла книга английского ученого Джона Дальтона «Новая система химической философии» (1808), в которой были изложены основные положения химической атомистики. Дальтон впервые определил соединительные массы (ныне эквиваленты) известных тогда элементов и ввел знаки для обозначения атомов: кружки, в которые помещались точки, черточки, начальные буквы английских названий металлов и другие условные знаки. Но широкого распространения эта символика не получила. Развитие и усовершенствование ее принадлежат шведскому химику Я. Берцелиусу, предложившему в 1814 г. буквенные химические знаки.

Однако Дальтон отрицал существование молекул у простых веществ. Он полагал, что простые вещества состоят только из атомов и лишь сложные вещества - из «сложных атомов» (в современном понимании - молекул). Отрицание существования молекул простых веществ мешало дальнейшему развитию химии.

Атомно-молекулярное учение в химии окончательно утвердилось лишь в середине XIX в. На международном съезде химиков в г. Карлсруэ в 1860 г. были приняты определения понятий молекулы и атома.

Молекула - это наименьшая частица данного вещества, обладающая его химическими свойствами.

Ныне химические свойства молекулы определяются ее составом и химическим строением.

Атом - наименьшая частица химического элемента, сохраняющая его химические свойства.

Химические свойства атома определяются его строением, поэтому современное определение атома следующее:

атом - это электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов.

По современным представлениям из молекул состоят вещества в газообразном и парообразном состоянии. В твердом (кристаллическом) состоянии из молекул состоят лишь вещества, имеющие молекулярную структуру, например органические вещества, неметаллы (за небольшим исключением), оксид углерода (IV), вода. Большинство же твердых (кристаллических) неорганических веществ не имеет молекулярной структуры. Они состоят не из молекул, а из других частиц (ионов, атомов) и существуют в виде макротел (кристалл хлорида натрия, друза кварца, кусок железа и др.), например многие соли, оксиды и сульфиды металлов, алмаз, кремний, металлы. У веществ с молекулярной структурой химическая связь между молекулами менее прочна, чем между атомами. Поэтому они имеют сравнительно низкие температуры плавления и кипения. У веществ с немолекулярной структурой химическая связь между частицами весьма прочна. Поэтому они имеют высокие температуры плавления и кипения. Современная химия изучает свойства микрочастиц (атомов, молекул, ионов и др.) и макротел.

Методические разработки по теме «Атомно-молекулярное учение»

Урок - ролевая игра

Тип урока. Комбинированный: обобщение и систематизация знаний с элементами изучения нового материала.

Цели урока.

1. Образовательные:

· изучение учащимися основных положений атомно-молекулярного учения,

· систематизация первоначальных знаний учащихся об атомах и молекулах,

· закрепление умений учащихся в составлении формул веществ, уравнений химических реакций, навыков вычислений на основе закона сохранения массы веществ.

2. Развивающие:

· расширение кругозора учащихся, углубление их знаний по вопросам истории химической науки,

· развитие умений учащихся излагать, доказывать свою точку зрения, обобщать имеющиеся знания.

3. Воспитательные:

· формирование диалектического мировоззрения учащихся.

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, диск с компьютерной презентацией, опорная схема (таблица), модель броуновского движения, видеофильм «Жизнь и деятельность М.В. Ломоносова», дихромат аммония, сера, колба с кислородом, лучинка, спиртовка, ложечка для сжигания, асбестовая сетка.

Ход урока

Учитель: Сегодня мы приглашены на необычное совещание ученых разных стран и столетий. Тема, выбранная учеными для обсуждения, - «Атомно-молекулярное учение». (Приложение №1, слайд №1)

На заседание ученого совета прибыли:

- древнегреческий философ Демокрит,

- знаменитый английский алхимик Джордж Рипли,

- знаменитый английский физик, химик и философ Роберт Бойль,

- известный английский естествоиспытатель Роберт Гук,

- великий русский ученый-историк, ритор, механик, химик, минералог, художник и стихотворец Михаил Васильевич Ломоносов,

- выдающийся английский ученый Джон Дальтон,

- известный английский ботаник Роберт Броун,

- знаменитый шведский химик Йенс Якоб Берцелиус,

- сотрудники научно-исследовательского института общей химии

Российской Академии наук Петров Василий и Иванова Мария.

Демокрит: Обыкновенно мы говорим о сладком и горьком, о теплом и холодном, о цвете и запахе - в действительности же существуют атомы и пустое пространство. Атомы - это мельчайшие частицы, из которых состоит все в мире. Атомы неделимы. Почему, например, пахнут цветы? Атомы, вылетающие из чашечки цветка, попадают в нос человека и вызывают ощущение запаха…

Алхимик Джордж Рипли: Прошу слова! Ваши взгляды крамольные, еретические! Мы не можем мириться с мыслью о том, что мир, в конечном счете, состоит из частиц - атомов. Мир устроил бог. Из ничего! Он и теперь управляет всем на свете, как захочет, так и сделает. Мы будем просить английский парламент, чтобы он под страхом смертной казни запретил распространение атомных представлений. Пусть еретиков сажают за железные решетки или сжигают на кострах!

Учитель: Уважаемый Джордж Рипли! Я прошу Вас быть терпимым к чужому мнению. Может быть, не стоит торопиться обвинять ученых, требовать казни. Ведь времена изменились, и сейчас, в XXI веке давно уже известно о доказательствах реального существования атомов и молекул. Послушаем других ученых.

Роберт Бойль: Ученые мужи! Я уверен, что химики до сих пор руководствовались чересчур узкими принципами, они усматривали задачу в приготовлении лекарств и превращении металлов. Я смотрю на химию совершенно с другой точки зрения: я смотрю на нее не как врач, не как алхимик, а как должен смотреть на нее философ. Надо посвятить все свои силы производству опытов, собиранию наблюдений и все теории проверять путем опытным. Я написал книгу «Химик-скептик», в которой сформулировал вопросы:

(Приложение №1, слайд №2)

1. Может ли число веществ, которые принимаются в качестве элементов, действительно быть ограничено тремя, четырьмя или пятью?

2. Действительно ли существуют элементы «соль», «сера», «ртуть»?

3. Существуют ли вообще элементы?

(Учащиеся класса отвечают на вопросы Р. Бойля.)

Р. Бойль: Да, элементы существуют. Элементы - это виды частиц. Элементов гораздо больше, чем три, четыре или пять. Элементы по-разному соединяются и образуют корпускулы. Корпускулы отвечают за свойства веществ. Мы работали вместе с Робертом Гуком и повторили опыты немецкого ученого Отто Герике.

Роберт Гук: В 1654 году Отто Герике создал насос, с помощью которого выкачал воздух из двух полых полушарий, которые после этого так прижимались друг к другу, что их не могли разорвать две восьмерки лошадей.

(Приложение №1, слайд №3)

Вместе с Робертом Бойлем мы усовершенствовали воздушный насос. При выкачивании воздуха из резервуара помещенный в него высушенный овечий желудок раздувался, принимая форму шара. Тиканье часов в этом резервуаре становилось неслышным - звук в пустоте не распространялся. А вот на силу магнита пустота не влияла, магнит притягивал иглу. В пустоте даже самые горючие тела не горели, а жизнь становилась невозможной. У нас появились вопросы:

(Приложение №1, слайд №4)

1. Из какого вещества или из каких веществ состоит воздух?

2. Состоит ли воздух из частиц или из непрерывного эфира?

3. Если воздух состоит из частиц, то чем занято пространство между ними?

4. Почему можно сжать или разредить воздух?

Может быть, кто-то уже знает ответы на эти вопросы?

(Учащиеся отвечают).

М.В. Ломоносов: Хотя я всю систему моей корпускулярной философии мог бы опубликовать, однако боюсь; может показаться, что даю ученому миру незрелый плод скороспелого ума, если выскажу многие новые взгляды. Все же я попробую.

В 1743 году я написал диссертацию «О нечувствительных физических частицах». Приблизительно 2,5 тысячи лет назад у человечества возникла гениальная догадка о том, что все тела в мире состоят из мельчайших, невидимых глазу частиц. Да, все тела состоят из мельчайших материальных частичек, которые я назвал элементами и корпускулами.

(Приложение №1, слайд №5)

Как назовут их современные школьники?

Вещество делимо не до бесконечности, а лишь до его молекул. Молекулы постоянно движутся.

(Приложение №1, слайд №6)

- Что происходит с молекулами при физических и химических явлениях?

- Из чего состоят молекулы?

- Что происходит с атомами при химических реакциях?

(Учащиеся отвечают)

М.В. Ломоносов: Атомы одного вида одинаковы между собой, но отличаются от атомов других видов. Химические реакции заключаются в образовании новых веществ из тех же самых атомов, из которых состояли исходные вещества.

Кто смог бы объяснить с точки зрения моей корпускулярной теории химическую реакцию горения серы в кислороде?

(М.В. Ломоносов демонстрирует реакцию горения серы в кислороде)

(Приложение №1, слайд №7)

Учащиеся отвечают на вопрос, поставленный М.В. Ломоносовым - в чем сущность реакции горения серы в кислороде?

Учитель: Уважаемые ученые! Все ваши выводы и заключения пока основаны на теоретическом материале, а вот есть ли у кого из вас экспериментальные доказательства реального существования атомов или молекул?

Роберт Броун: Однажды я поместил каплю воды на стеклышко микроскопа и насыпал в нее немного цветочной пыльцы. Я заметил, что пылинки не стоят на одном месте, а движутся в капле. Они двигались во всех направлениях: назад, вперед, влево, вправо, сталкивались, останавливались, снова двигались, как будто они были живые. Я подумал: может, каждая такая пылинка - живое существо? Тогда я взболтал в воде обыкновенную глину, поместил каплю этой мутной воды на стеклышко и посмотрел через микроскоп. Глиняные частички были неживые, это уж точно, но и они непрерывно двигались, суетились в капле воды. Может, стол качался? За окном не громыхали телеги, стекла в окнах не дребезжали, но частички сновали как прежде, будто их подталкивал кто-то невидимый. Частички не останавливались час, два, они не останавливались никогда. Движение этих частиц затем назвали моим именем - броуновским движением. А я так и не смог объяснить, почему это происходит. Сейчас я покажу вам, как двигаются частички веществ в капле воды.

(Р. Броун демонстрирует работу модели броуновского движения, учащиеся находят ответ путем выдвижения различных гипотез, учитель помогает).

Джон Дальтон: Я попытался объяснить состав различных веществ и выяснил, что атомы одних химических элементов отличаются от атомов других химических элементов прежде всего массой. Я определил атомные массы многих химических элементов. Атом водорода - самый легкий атом, и поэтому его массу я принял за единицу. С этой единицей я сравнивал массу всех остальных атомов и молекул. Масса атома углерода оказалась в двенадцать раз больше, а масса атома кислорода - в шестнадцать раз больше массы атома водорода.

(Приложение №1, слайд №8)

Алхимик: Очень неудобно записывать обозначения химических элементов или веществ обычными словами! Предлагаю рассмотреть вопрос о химической символике! Уже множество веков мы, алхимики, используем свою систему обозначений веществ, и от имени алхимиков всего мира предлагаю обозначать вещества следующим образом:

(Приложение №1, слайд №9)

Джон Дальтон: Без скромности скажу, что и я ввел свои химические обозначения, мои знаки проще и позволяют комбинировать, создавать различные формулы веществ.

(Приложение №1, слайд №10)

С помощью таких кружков, обозначающих атомы разных видов, можно легко выразить состав простых и сложных веществ.

Й.Я. Берцелиус: Химические знаки должны быть символами, буквами, чтобы объяснять написанное, а не портить книгу. Предлагаю обозначить знаки химических элементов первыми буквами их латинских названий.

(Приложение №1, слайды №11, 12)

Химический знак обозначает не только элемент, но и один атом его.

Учитель: Мы прослушали выступления ученых прошедших столетий. Все они внесли свой важный вклад в создание атомно - молекулярного учения, но по праву авторами его признаны М.В. Ломоносов и Д. Дальтон. Положения этого учения, а также определения атома и молекулы были приняты в 1860 году на Международном съезде химиков в немецком городе Карлсруэ.

Обобщим основные положения атомно-молекулярного учения:

(Приложение №1, слайд №13)

· Все вещества состоят из молекул.

· Вещество делимо не до бесконечности, а лишь до его молекул.

· Молекулы состоят из атомов.

· Молекулы и атомы находятся в непрерывном движении.

· Атомы одного химического элемента одинаковы, но отличаются от

· атомов любого другого химического элемента.

· При физических явлениях молекулы сохраняются, при химических - разрушаются.

· Атомы при химических реакциях в отличие от молекул, сохраняются.

· При химических реакциях новые вещества образуются из тех же самых атомов, из которых состояли исходные вещества.

Эти положения были сформулированы в XIX веке, но наука не стояла на месте, были открыты многие новые факты, явления, законы. При этом атомно-молекулярное учение обогатилось новыми положениями. Слово предоставляется сотрудникам научно-исследовательского института Российской Академии наук Петрову Василию и Ивановой Марии.

Учащиеся при выступлении используют опорную схему (оформление доски)

Петров Василий: Наш доклад является результатом многолетних исследований химиков разных стран и поколений. Мы проанализировали все их научные идеи и пришли к следующим выводам. Химия - наука о веществах и их превращениях друг в друга.

Вещество - форма существования материи, обладает определенными свойствами. Различными методами исследования было выяснено, что по строению вещества могут быть как молекулярными, так и не молекулярными. Вещества молекулярного строения состоят из молекул, например, водород, кислород, вода. Вещества немолекулярного строения состоят из атомов или ионов, например, железо, сульфид железа, хлорид натрия. Все вещества любого строения состоят из химических элементов - определенных видов атомов. В настоящее время число открытых химических элементов приближается к 118.

Иванова Мария: По составу все вещества делят на простые и сложные. Простые состоят из одного химического элемента (водород, кислород, железо, сера), сложные вещества состоят из нескольких химических элементов (вода, сульфид железа). Химическая наука устанавливает причинно-следственные связи: состав и строение влияют на свойства веществ, а от свойств веществ зависит их применение. Превращения веществ - это химические реакции, форма движения материи.

Учитель: Одна из задач нашего урока - доказать прибывшим на совещание ученым, что все учащиеся класса хорошо понимают суть атомно-молекулярного учения.

Учащиеся выполняют задания и проверяют свои ответы с помощью слайдов презентации:

Задание. Предлагается расшифровать следующий текст научного труда М.В. Ломоносова:

«Элемент есть часть тела, не состоящая из каких-либо меньших и отличных между собой тел. Корпускулы есть собрание элементов в одну небольшую массу. Корпускулы однородны, если состоят из одинакового числа одних и тех же элементов, соединенных одинаковым образом».

Учащиеся заменяют подчеркнутые термины понятиями «молекула», «атом», «вещество».

Задание №1. Определите на схемах изображенные простые вещества, сложные вещества, смеси. (Приложение №1, слайд №14)

Задание №2. Как обозначить пять атомов водорода?… (Приложение №1, слайды №15,16)

Задание №3. Составить формулы веществ по валентности

I вариант: соединений алюминия с хлором, серой и фосфором;

II вариант: соединений кальция с хлором, серой и фосфором.

(Приложение №1, слайды №17,18)

Учитель комментирует опорную схему урока (оформление доски)

Учитель: Химия изучает не только вещества, но и превращения веществ, химические реакции, которые объясняются атомно-молекулярным учением. На таблице изображена схема реакции электролиза воды. В чем сущность данной реакции?

(учащиеся отвечают)

Учитель: Многие же физические явления объясняются молекулярно-кинетической теорией. Какое явление изображено на схеме, и что происходит с молекулами при физических явлениях?

(учащиеся отвечают, что на схеме изображено явление испарения воды, молекулы воды при этом не разрушаются, а только изменяется расстояние между молекулами)

Учитель: И при физических, и при химических явлениях выполняется закон сохранения массы веществ, в чем его сущность? (учащиеся отвечают).

(Демонстрируется фрагмент видеофильма «Жизнь и деятельность Ломоносова» об открытии закона сохранения массы веществ).

Учитель: Закон сохранения массы веществ является частным случаем общего закона природы - закона сохранения материи и движения. На уроках химии мы пользуемся законом сохранения массы веществ, расставляя коэффициенты в уравнениях химических реакций, а также при решении различных химических задач.

Задание №4. Расставить коэффициенты в химических уравнениях.

(Приложение №1, слайды №19,20)

Учитель демонстрирует опыт разложения дихромата аммония.

Задание №5. Дихромат аммония (хромпик) при нагревании превращается в азот, молекулы которого двухатомны, оксид хрома (III) и воду. Составить уравнение реакции, определить ее тип.

Вычислить массу выделившегося азота, если при нагревании 25,2 г хромпика образовалось 15,2 г оксида хрома и 7,2 г воды.

(Приложение №1, слайды №21, 22, 23, 24)

Учитель: Итак, мы закончили обсуждение вопроса «Атомно-молекулярное учение». Сегодня нам удалось увидеть, как блестящие догадки и великие теории, явившиеся в свое время результатом гениального творчества, через более или менее продолжительное время становятся понятными даже школьникам. С высоты современной науки основные положения атомно-молекулярного учения выглядят прописными истинами. Но не стоит забывать, что на решение этих сложных вопросов наука потратила более 2000 лет. Создание атомно-молекулярного учения знаменовало собой переход к современному этапу развития химии, способствовало возникновению новых идей и теорий, а также открытию многих научных законов.

Учитель благодарит учащихся за работу на уроке, выставляет оценки.

Литература

1. Габриелян О.С. Химия. 8 класс. М. Дрофа, 2000;

2. Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия. Учебник для учащихся 8 класса общеобразовательных учреждений. М. Просвещение, 2000;

3. Книга для чтения по неорганической химии, часть 1. Составитель Крицман В.А.М. Просвещение, 1993;

4. Зуева М.В. Обучение учащихся применению знаний по химии. Книга для учителя. М. Просвещение, 1987;

5. Азимов А. Краткая история химии: от магического кристалла до атомного ядра. М. Центрполиграф, 2000;

6. Тыльдсепп А.А., Корк В.А. Мы изучаем химию. М. Просвещение, 1998;

7. Рич В.И. Виток спирали. М. Детская литература, 1974.