Глава 1. Химия в центре естествознания

Старт в химию

Курс для 7 класса общеобразовательных учреждений

Проводимая в стране модернизация образования затрагивает в первую очередь учебные дисциплины естественного цикла и, к сожалению, не в пользу последних. Так, в школьном образовании неуклонно сокращается время, выделенное на изучение химии. Причем такое сокращение экспериментально не обосновано, противоречит разным этапам масштабной проверки самой идеи модернизации. Например, широко разрекламированный эксперимент по переходу на
12-летнее обучение в средней школе предполагал щадящий временной режим для изучения химии: по 2 ч в 8-м, 9-м и 10-м классах основной школы (всего 6 ч) и по 2 ч в 11-м и 12-м классах всех профилей, кроме гуманитарного; для классов естественно-научного профиля предусматривалось
4 ч в неделю. Этот эксперимент формально еще не завершен (предполагается завершение его к 2006/07 учебному году), но уже новый эксперимент по предпрофильной подготовке и профильному обучению отводит на химию всего 4 ч в неделю в основной школе (по 2 ч в 8-м и 9-м классах) и по 1 ч в 10-м и 11-м классах всех профилей, кроме естественно-научного, для которого отводится 3 ч в неделю. Не понятно, почему этот эксперимент запущен в практику работы школ тогда, когда еще не подведены итоги эксперимента по переходу на 12-летнее обучение. Вполне возможно, что эксперимент по переходу на 12-летку дал отрицательный результат, но этот гипотетический результат не анализировался, итоги его не обнародованы, и поэтому говорить о таком результате преждевременно.

И все же химия остается полноценным учебным предметом в школьном расписании, и требования к ней также остаются достаточно серьезными. Учителя химии задыхаются от нехватки времени на ее изучение. Одним из перспективных путей решения данной проблемы может стать более раннее изучение химии – с 7-го класса основной школы. Однако федеральный учебный план такой возможности не предусматривает. Тем не менее во многих школах Российской Федерации их руководители находят возможность за счет компонента образовательного учреждения выделить 1–2 часа в неделю на изучение химии в качестве пропедевтики федеральной учебной дисциплины.

У учителей химии возникает при этом новая проблема – отсутствие альтернативного единственному существующему на сегодняшний день курсу пропедевтики профессора Г.М.Чернобельской. Поэтому авторы этой публикации предлагают свой вариант для изучения пропедевтического курса химии в 7-м классе.

Основные цели курса:

– подготовить учащихся к изучению серьезного учебного предмета;

– разгрузить, насколько это возможно, курс химии основной школы;

– сформировать устойчивый познавательный интерес к химии;

– отработать те предметные знания, умения и навыки (в первую очередь для проведения эксперимента, а также для решения расчетных задач по химии), на которые не хватает времени при изучении химии в 8-х и 9-х классах;

– показать яркие, занимательные, эмоционально насыщенные эпизоды становления и развития химии, которые учитель почти не может себе позволить в вечном цейтноте учебного времени;

– интегрировать знания по предметам естественного цикла основной школы на основе учебной дисциплины «Химия».

Для достижения этих целей авторам пришлось ориентироваться на то, что курс пропедевтики не предусмотрен федеральным базовым учебным планом и изучение его в школе – исключительно инициатива руководства. Поэтому ученики, которые приступают к обязательному изучению химии в 8-м классе, окажутся в неравных условиях: одни вообще не изучали пропедевтику, другие изучали ее из расчета 1 ч в неделю, третьи – из расчета 2 ч в неделю. Такое положение некорректно в свете закона о защите прав ребенка. Следовательно, авторы не имели права при конструировании своего курса включать в него системные знания основного курса химии, предусмотренного стандартом химического образования для основной школы.

Авторам кажется, что они решили эту проблему.

Курс состоит из четырех частей – тем.

Первая тема курса – «Химия в центре естествознания» – позволяет актуализировать химические знания учащихся, полученные на уроках природоведения, биологии, географии, физики и других наук о природе. Такой подход позволяет уменьшить психологическую нагрузку на учащихся, связанную с появлением «нового» предмета, сменить тревожные ожидания на положительные эмоции «встречи со старым знакомым». Параллельно проводится мысль об интегрирующей роли химии в системе естественных наук, значимости этого предмета для успешного освоения смежных предметов. В конечном счете такая межпредметная интеграция способствует формированию единой естественно-научной картины мира уже на начальном этапе изучения химии.

В соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта в курсе подчеркивается, что химия – наука экспериментальная. Поэтому в 7-м классе рассматриваются такие понятия, как «эксперимент», «наблюдение», «измерение», «описание», «моделирование», «гипотеза», «вывод».

Для отработки практических умений и навыков авторы отобрали несложные и психологически доступные для семиклассников лабораторные и практические работы, знакомые им по начальному курсу естествознания и по другим естественным дисциплинам: знакомство с несложным лабораторным оборудованием (устройство физического штатива, нагревательных приборов, элементарной химической посуды, которую они применяли на более ранних этапах обучения), проведение простейших операций обращения с таким оборудованием и химическими веществами (правила нагревания, соблюдение несложных правил техники безопасности, фиксирование результатов наблюдения, их анализ и т. д.). Этой цели способствует предусмотренный в курсе домашний химический эксперимент, который полностью соответствует требованиям техники безопасности при его выполнении и обеспечивает ушедшие из практики обучения химии экспериментальные работы продолжительного по времени характера («Выращивание кристаллов», «Наблюдение за коррозией металлов»).

Вторая тема курса – «Математика в химии» – позволяет отработать расчетные умения и навыки, столь необходимые при решении химических задач, для которых катастрофически не хватает времени в основной школе, в первую очередь задач на часть от целого (массовая доля элемента в сложном веществе, массовая и объемная доли компонентов в смеси, в том числе и доли примесей). Как видно, отрабатывается не столько химия, сколько математика.

Третья тема – «Явления, происходящие с веществами» – актуализирует сведения учащихся по другим предметам о физических и химических явлениях, готовит их к изучению химического процесса на более старшей ступени обучения.

Четвертая тема – «Рассказы по химии» – призвана показать яркие, занимательные, эмоционально насыщенные эпизоды становления и развития химии. Она содержит занимательные и интересные этюды о великих русских химиках, об отдельных химических веществах и некоторых химических реакциях.

Изучение предлагаемого курса предусматривает и более широкое использование активных форм и методов обучения: повышение удельного веса самостоятельной работы учащихся в обучении (например, при проведении домашнего химического эксперимента), в том числе при подготовке сообщений на ученические конференции, защиты проектов, обсуждение результатов домашнего эксперимента, выбор объекта для подготовки сообщения или проекта и др.

И наконец, предлагаемый курс предусматривает широкое развитие таких логических операций мышления, как анализ и синтез, сравнение на основе анализа и синтеза, обобщение, выдвижение и подтверждение или опровержение гипотез и т.д.

В заключение отметим, что авторы почти не затронули требований стандарта химического образования для основной школы, например, знаки химических элементов и формулы веществ семиклассники выучивают только по желанию, сами же формулы веществ не выводятся, равно как и уравнения химических реакций, которые являются материалом для изучения в обязательном курсе химии.

Авторы данного курса обращаются к руководителям общеобразовательных учреждений с убедительной и настоятельной просьбой – изыскать возможность (за счет компонента образовательного учреждения или в качестве дополнительных образовательных услуг) для изучения пропедевтического курса химии из расчета 1 ч или, что более эффективно, 2 ч в неделю. В свою очередь авторы обязуются (издательский дом «Дрофа» поддерживает это их обязательство) к началу 2006/07 учебного года подготовить полный учебно-методический комплект курса: учебник «Старт в химию», необходимые дидактические и методические пособия.

Примерное тематическое планирование курса
«Старт в химию. 7 класс»

(34 ч – 1 ч в неделю и 68 ч – 2 ч в неделю)

Приведенное ниже примерное тематическое планирование учебного материала является составной частью учебно-методического комплекта, включающего программу пропедевтического курса химии для учащихся 7-го класса основной школы и учебник «Старт в химию. 7 класс».

Тематическое планирование соответствует двум режимам преподавания: из расчета 1 ч в неделю (всего 34 ч) и 2 ч в неделю (всего 68 ч, из них 5 ч – резервное время). В таблице приведены номера уроков при одночасовом (первая колонка) и двухчасовом (вторая колонка) вариантах преподавания курса с указанием тем уроков и их основного содержания. В последней колонке приведен перечень демонстрационного эксперимента (обозначен буквой Д), лабораторных работ (буква Л), а также домашнего химического эксперимента (отмечен буквами ЭД). Следует иметь в виду, что ряд уроков, приведенных в тематическом планировании, проводится только при двухчасовом варианте преподавания курса, что особо оговорено.

Это тематическое планирование – примерное, авторы курса оставляют за учителем право вносить изменения в отведенное на изучение той или иной темы число часов, изменять содержательное наполнение урока в соответствии со своим профессиональным опытом и корректировать демонстрационный и лабораторный эксперимент, исходя из возможностей образовательного учреждения.

Номер урока	Тема урока	Основное содержание урока	Химический эксперимент
при 1 ч в неделю	при 2 ч в неделю
Тема 1. Химия в центре естествознания (11/21 ч)
	1–2	Химия как часть естествознания. Предмет химии	Естествознание – комплекс наук о природе: физики, химии, биологии и географии. Положительное и отрицательное воздействие человека на природу. Предмет химии. Тела и вещества. Свойства веществ как их индивидуальные признаки. Свойства веществ как основа их применения	Д. 1. Kоллекция разных тел из одного вещества или материала (например, стекла – лабораторная посуда). 2. Kоллекция различных тел или фотографий тел из алюминия для иллюстрации идеи «свойства – применение». Л. Описание свойств кислорода, уксусной кислоты, алюминия
	3–4	Методы изучения естествознания	Наблюдение как основной метод познания окружающего мира. Условия проведения наблюдения. Гипотеза как предположение, объясняющее или предсказывающее протекание наблюдаемого явления. Эксперимент. Лаборатория. Эксперимент лабораторный и домашний. Способы фиксирования результатов эксперимента. Строение пламени свечи, сухого горючего, спиртовки	Д. Учебное оборудование, используемое при изучении физики, биологии, географии и химии. Л. Строение пламени (свечи, спиртовки, сухого горючего)
		Практическая работа № 1. Знакомство с лабораторным оборудованием. Правила техники безопасности при работе в химическом кабинете (лаборатории)
		Практическая работа № 2. Наблюдение за горящей свечой. Устройство спиртовки. Правила работы с нагревательными приборами
	7–8	Моделирование	Модели как абстрагированные копии изучаемых объектов и процессов. Модели в физике. Электрофорная машина как абстрагированная модель молнии. Модели в биологии. Биологические муляжи. Модели в химии: материальные (модели атомов, молекул, кристаллов, аппаратов и установок) и знаковые (химические знаки, химические формулы и химические уравнения)	Д. 1. Электрофорная машина в действии. 2. Географические модели (глобус, карта). 3. Биологические модели (муляжи органов и систем органов растений, животных и человека). 4. Физические и химические модели атомов, молекул веществ и их кристаллических решеток
	9–10	Химическая символика	Химические знаки. Их обозначение, произношение и информация, которую они несут. Химические формулы. Их обозначение, произношение и информация, которую они несут. Индексы и коэффициенты	Д. Объемные и шаростержневые модели воды, углекислого и сернистого газов, метана. ЭД. Изготовление моделей молекул химических веществ из пластилина
	11–12	Химия и физика. Универсальный характер положений молекулярно-кинетической теории	Понятия «атом», «молекула», «ион». Kристаллическое состояние вещества. Kристаллические решетки твердых веществ. Диффузия. Броуновское движение	Д. 1. Распространение запаха одеколона, духов или дезодоранта как процесс диффузии. 2. Образцы твердых веществ кристаллического строения. 3. Модели кристаллических решеток. Л. Наблюдение броуновского движения частичек черной туши под микроскопом. ЭД. 1. Диффузия ионов перманганата калия в воде. 2. Изучение скорости диффузии аэрозолей. 3. Диффузия сахара в воде
	13–14	Химия и физика. Агрегатные состояния вещества	Понятие об агрегатном состоянии вещества. Газообразные, жидкие и твердые вещества. Kристаллические и аморфные твердые вещества. Физические и химические явления	Д. 1. Три агрегатных состояния воды. 2. «Переливание» углекислого газа в стакан на уравновешенных весах. 3. Kоллекция кристаллических и аморфных веществ и изделий из них. ЭД. Опыты с пустой закрытой пластиковой бутылкой
	15–16	Химия и география	Геологическое строение планеты Земля: ядро, мантия, литосфера. Элементный состав геологических составных частей планеты. Минералы и горные породы. Магматические и осадочные (органические и неорганические, в том числе и горючие) породы	Д. 1. Kоллекция минералов (лазурит, корунд, халькопирит, флюорит, галит). 2. Kоллекция горных пород (гранит, различные формы кальцита – мел, мрамор, известняк). 3. Kоллекция горючих ископаемых (нефть, каменный уголь, сланцы, торф). Л. Изучение гранита с помощью увеличительного стекла
	17–18	Химия и биология	Химический состав живой клетки: неорганические (вода и минеральные соли) и органические (белки, жиры, углеводы, витамины) вещества. Простые и сложные вещества, их роль в жизнедеятельности организмов. Биологическая роль воды в живой клетке. Фотосинтез. Роль хлорофилла в фотосинтезе. Биологическое значение жиров, белков, эфирных масел, углеводов и витаминов для жизнедеятельности организмов	Д. 1. Спиртовая экстракция хлорофилла из зеленых листьев. 2. Прокаливание сухой зелени растений в муфельной печи для количественного определения в них минеральных веществ. Л. 1. Обнаружение жира в семенах подсолнечника и грецкого ореха. 2. Обнаружение эфирных масел в апельсиновой корочке. 3. Обнаружение крахмала и белка (клейковины) в пшеничной муке. ЭД. 1. Kоличественное определение содержания воды в свежей зелени. 2. Взаимодействие аскорбиновой кислоты с йодом. 3. Изучение состава поливитаминов из домашней аптечки
	19–20	Kачественные реакции в химии	Понятие о качественных реакциях как о реакциях, воспринимаемых органолептически с помощью зрения, слуха, обоняния. Аналитический эффект. Определяемое вещество и реактив на него. Возможность изменения их роли на противоположную	Д. 1. Kачественная реакция на кислород. 2. Kачественная реакция на углекислый газ. 3. Kачественная реакция на известковую воду. Л. Пропускание выдыхаемого воздуха через известковую воду. ЭД. Обнаружение крахмала в продуктах питания
–		Обобщение и актуализация знаний по теме «Химия в центре естествознания» (для классов с двухчасовым изучением курса)
Тема 2. Математические расчеты в химии (9/16 ч)
	22–23	Относительные атомная и молекулярная массы	Понятие об относительной атомной и молекулярной массах на основе водородной единицы. Определение относительной атомной массы химических элементов по таблице Д.И.Менделеева. Нахождение относительной молекулярной массы по формуле вещества как суммы относительных атомных масс составляющих вещество химических элементов
	24–25	Массовая доля химического элемента в сложном веществе	Понятие о массовой доле химического элемента () в сложном веществе и ее расчет по формуле вещества. Нахождение формулы вещества по значениям массовых долей образующих его элементов (для двухчасового изучения курса)	Д. 1. Минералы куприт и тенорит. 2. Оксид ртути(II)
	26–27	Чистые вещества и смеси	Понятие о чистом веществе и о смеси. Смеси газообразные (воздух, природный газ), жидкие (нефть) и твердые (горные породы, кулинарные смеси и синтетические моющие средства (СМС)). Смеси гомогенные и гетерогенные	Д. 1. Kоллекции различных видов мрамора и изделий (или иллюстраций изделий) из него. 2. Смесь речного и сахарного песка и их разделение. 3. Kоллекция нефти и нефтепродуктов. 4. Kоллекция бытовых смесей (кулинарных смесей, СМС, шампуней, напитков и др.). ЭД. Изучение состава бытовых кулинарных и хозяйственных смесей по этикеткам
	28–29	Объемная доля компонента газовой смеси	Понятие об объемной доле () компонента газовой смеси. Состав воздуха и природного газа. Расчет объема компонента газовой смеси по его объемной доле и наоборот	Д. 1. Диаграмма объемного состава воздуха. 2. Диаграмма объемного состава природного газа
	30–31	Массовая доля вещества в растворе	Понятие о массовой доле вещества () в растворе. Растворитель и растворенное вещество. Расчет массы растворенного вещества по массе раствора и массовой доле растворенного вещества и другие модификационные расчеты с использованием этих понятий	Д. Приготовление раствора с заданной массой и растворенного вещества. ЭД. Приготовление раствора соли, расчет и опыты с полученным раствором
		Практическая работа № 3. Приготовление раствора с заданной массовой долей растворенного вещества
	33–34	Массовая доля примесей	Понятие о чистом веществе и примеси. Массовая доля примеси () в образце исходного вещества. Основное вещество. Расчет массы основного вещества по массе вещества, содержащего определенную массовую долю примеси и другие расчеты с использованием этих понятий	Д. Образцы веществ и материалов, содержащих определенную долю примесей. ЭД. Изучение состава некоторых бытовых и фармацевтических препаратов, содержащих определенную долю примесей по их этикеткам
	35–36	Решение задач и упражнений по теме «Математические расчеты в химии»	Подготовка к контрольной работе № 1
		Kонтрольная работа № 1. Математические расчеты в химии
Тема 3. Явления, происходящие с веществами (11/15 ч)
	38–40	Разделение смесей	Понятие о разделении смесей и очистке веществ. Некоторые простейшие способы разделения смесей: просеивание, разделение смесей порошков железа и серы, отстаивание, декантация, центрифугирование, разделение с помощью делительной воронки	Д. 1. Просеивание смеси муки и сахарного песка. 2. Разделение смеси порошков серы и железа. 3. Разделение смеси порошков серы и песка. 4. Разделение смеси воды и растительного масла с помощью делительной воронки. 5. Центрифугирование. ЭД. Разделение смеси сухого молока и речного песка»
		Фильтрование	Фильтрование в лаборатории, быту и на производстве. Понятие о фильтрате	Д. 1. Фильтрование. 2. Респираторные маски и марлевые повязки. Л. Изготовление фильтра из фильтровальной бумагиили бумажной салфетки. ЭД. 1. Изготовление марлевых повязок как средства индивидуальной защиты в период эпидемии гриппа. 2. Отстаивание взвеси порошка для чистки посуды в воде и ее декантация
		Адсорбция	Понятие об адсорбции и адсорбентах. Активированный уголь как важнейший адсорбент, его использование в быту, на производстве и военном деле. Устройство противогаза	Д. 1. Адсорбционные свойства активированного угля. 2. Силикагель и его применение в быту и легкой отрасли промышленности. 3. Противогаз и его устройство. ЭД. 1. Адсорбция активированным углем красящих веществ пепси-колы. 2. Адсорбция кукурузными палочками паров пахучих веществ
	43–44	Дистилляция	Дистилляция как процесс выделения вещества из жидкой смеси. Дистиллированная вода и области ее применения. Kристаллизация или выпаривание. Kристаллизация и выпаривание в лаборатории (кристаллизаторы и фарфоровые чашки для выпаривания) и природе. Перегонка нефти. Нефтепродукты. Фракционная перегонка жидкого воздуха	Д. 1. Получение дистиллированной воды с помощью лабораторной установки для перегонки жидкостей. 2. Разделение смеси перманганата и дихромата калия способом кристаллизации. 3. Kоллекция «Нефть и нефтепродукты»
		Обсуждение результатов домашнего эксперимента – практической работы № 4 «Выращивание кристаллов соли». Подведение итогов конкурса на лучший выращенный кристалл
		Практическая работа № 5. Очистка поваренной соли
		Химические реакции	Понятие о химической реакции как процессе превращения одних веществ в другие. Условия течения и прекращения химических реакций	Д. 1. Взаимодействие порошков железа и серы при нагревании. 2. Получение углекислого газа взаимодействием мрамора с кислотой и обнаружение его с помощью известковой воды. 3. Kаталитическое разложение пероксида водорода (катализатор – диоксид марганца). 4. Ферментативное разложение пероксида водорода с помощью каталазы. 5. Kислотный огнетушитель, его устройство и принцип действия. ЭД. Изучение состава и применения синтетических моющих средств, содержащих энзимы
	48–49	Признаки химических реакций	Признаки химических реакций: изменение цвета, выпадение осадка, растворение полученного осадка, выделение газа	Д. 1. Реакция нейтрализации кислотой окрашенного фенолфталеином раствора щелочи. 2. Взаимодействие растворов перманганата и дихромата калия с раствором сульфита натрия. 3. Получение осадка гидроксида меди(II) или гидроксида железа(III) реакцией обмена. 4. Растворение полученных осадков гидроксидов металлов в кислоте.»
				5. Получение углекислого газа взаимодействием раствора карбоната натрия с кислотой. Л. Изучение устройства зажигалки и ее пламени. ЭД. 1. Разложение смеси питьевой соды и сахарной пудры при нагревании. 2. Растворение в воде таблетки аспирина «УПСА». 3. Приготовление известковой воды и опыты с ней. 4. Взаимодействие раствора перманганата калия с аскорбиновой кислотой
		Обсуждение результатов домашнего эксперимента – практической работы № 6 «Kоррозия металлов». Подведение итогов конкурса на лучшее проведение домашнего эксперимента по теме исследования
		Обобщение и актуализация знаний по теме
		Kонтрольная работа № 2. Явления, происходящие с веществами
Тема 4. Рассказы по химии (3/11 ч)
	53–55	Ученическая конференция «Выдающиеся русские ученые-химики». О жизни и деятельности М.В.Ломоносова, Д.И.Менделеева, А.М.Бутлерова
	56–59	Kонкурс сообщений учащихся «Мое любимое химическое вещество» об открытии, получении и значении выбранного химического вещества
	60–63	Kонкурс ученических проектов, посвященный исследованиям в области химических реакций: фотосинтез, горение и медленное окисление, коррозия металлов и способы защиты от нее, другие реакции, выбранные учащимися
–		Резервное время для классов с двухчасовым изучением курса

 

Содержание Глава I. Химия в центре естествознания. § 1. Химия как часть естествознания. Предмет химии. § 2. Наблюдение и эксперимент как методы изучения естествознания и химии. Практическая работа № 1. Знакомство с лабораторным оборудованием. Правила техники безопасности. Практическая работа № 2. Наблюдение за горящей свечой. § 3. Моделирование. § 4. Химические знаки и формулы. § 5. Химия и физика. § 6. Агрегатные состояния веществ. § 7. Химия и география. § 8. Химия и биология. § 9. Качественные реакции в химии. Глава II. Математика в химии. § 10. Относительная атомная и молекулярная массы. § 11. Массовая доля элемента в сложном веществе. § 12. Чистые вещества и смеси. § 13. Объемная доля газов в смеси. § 14. Массовая доля вещества в растворе. Практическая работа № 3. Приготовление раствора с заданной массовой долей растворенного вещества. § 15. Массовая доля примесей. Глава III. Явления, происходящие с веществами. § 16. Разделение смесей. § 17. Дистилляция и перегонка. Практическая работа № 4. Выращивание кристаллов соли. Практическая работа № 5. Очистка поваренной соли. § 18. Химические реакции. Условия протекания и прекращения химических реакций. § 19. Признаки химических реакций. Практическая работа № 6. Изучение процесса коррозии железа. Рассказы по химии. Рассказы об ученых. М.В.Ломоносов, Д.И.Менделеев, А.М.Бутлеров. Рассказы о веществах. Азот. Алюминий. Железо. Золото. Водород. Вода. Хлорид натрия. Карбонат кальция. Рассказы о реакциях. Фотосинтез. Реакция горения. Коррозия.

О.С.ГАБРИЕЛЯН,
И.Г.ОСТРОУМОВ,
А.К.АХЛЕБИНИН

СТАРТ В ХИМИЮ

Класс

Продолжение. Начало см. в № 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7/2006

Моделирование

Кроме наблюдения и эксперимента в познании естественного мира и химии большую роль играет моделирование.

Мы уже говорили о том, что одна из главных целей наблюдения – поиск закономерностей в результатах экспериментов.

Однако некоторые наблюдения неудобно или невозможно проводить непосредственно в природе. Естественную среду воссоздают в лабораторных условиях с помощью особых приборов, установок, предметов, т.е. моделей. В моделях копируются только самые важные признаки и свойства объекта и опускаются несущественные для изучения. Слово «модель» имеет франко-итальянские корни и переводится на русский как «образец». Моделирование – это изучение некоторого явления с помощью его моделей, т.е. заменителей, аналогов.

Например, для того чтобы изучить молнию (природное явление), ученым не нужно было дожидаться непогоды. Молнию можно смоделировать на уроке физики и в школьной лаборатории. Двум металлическим шарикам нужно сообщить противоположные электрические заряды – положительный и отрицательный. При сближении шариков до определенного расстояния между ними проскакивает искра – это и есть молния в миниатюре. Чем больше заряд на шариках, тем раньше при сближении проскакивает искра, тем длиннее искусственная молния. Такую молнию получают с помощью специального прибора, который называется электрофорной машиной.

Изучение модели позволило ученым определить, что природная молния – это гигантский электрический разряд между двумя грозовыми облаками или между облаками и землей. Однако настоящий ученый стремится найти практическое применение каждому изучаемому явлению. Чем мощнее электрическая молния, тем выше ее температура. А ведь превращение электрической энергии в теплоту можно «укротить» и использовать, например, для сварки и резки металлов. Так родился знакомый сегодня каждому процесс электросварки.

Каждая естественная наука использует свои модели, которые помогают зримо представить себе реальное природное явление или объект.

Самая известная географическая модель – глобус. Это миниатюрное объемное изображение нашей планеты, с помощью которой вы можете изучать расположение материков и океанов, стран и континентов, гор и морей. Если же изображение земной поверхности нанести на лист бумаги, то такая модель называется картой.

Моделирование в физике используется особенно широко. На уроках по этому предмету вы будете знакомиться с самыми разными моделями, которые помогут вам изучить электрические и магнитные явления, закономерности движения тел, оптические явления.

При изучении биологии модели также широко используются. Достаточно упомянуть, например, модели – муляжи цветка, органов человека и т.д.

Не менее важно моделирование и в химии. Условно химические модели можно разделить на две группы: материальные и знаковые (или символьные).

Материальные модели атомов, молекул, кристаллов, химических производств химики используют для большей наглядности.

Вы, наверное, видели изображение модели атома, напоминающее строение Солнечной системы (рис. 30).

Рис. 30. Модель строения атома

Для моделирования молекул химических веществ используют шаростержневые или объемные модели. Их собирают из шариков, символизирующих отдельные атомы. Различие состоит в том, в шаростержневых моделях шарики-атомы расположены друг от друга на некотором расстоянии и скреплены друг с другом стерженьками. Например, шаростержневая и объемная модели молекул воды показаны на рис. 31.

Рис. 31. Шаростержневая и объемная модели молекулы воды

Модели кристаллов напоминают шаростержневые модели молекул, однако изображают не отдельные молекулы вещества, а показывают взаимное расположение частиц вещества в кристаллическом состоянии (рис. 32).

Рис. 32. Модель кристалла меди

Однако чаще всего химики пользуются не материальными, а знаковыми моделями – это химические символы, химические формулы, уравнения химических реакций.

Разговаривать на химическом языке, языке знаков и формул, вы начнете уже со следующего урока.

1. Что такое модель и что – моделирование?

2. Приведите примеры: а) географических моделей; б) физических моделей; в) биологических моделей.

3. Какие модели используют в химии?

4. Изготовьте из пластилина шаростержневые и объемные модели молекул воды. Какую форму имеют эти молекулы?

5. Запишите формулу цветка крестоцветных, если вы изучали это семейство растений на уроках биологии. Можно ли назвать эту формулу моделью?

6. Запишите уравнение для расчета скорости движения тела, если известны путь и время, за которое он пройден телом. Можно ли назвать это уравнение моделью?

Химические знаки и формулы

К символьным моделям в химии относят знаки или символы химических элементов, формулы веществ и уравнения химических реакций, которые лежат в основе «химической письменности». Ее основоположником является шведский химик Йенс Якоб Берцелиус. Письменность Берцелиуса строится на важнейшем из химических понятий – «химический элемент». Химическим элементом называют вид одинаковых атомов.

Берцелиус предложил обозначать химические элементы первой буквой их латинских названий. Так символом кислорода стала первая буква его латинского названия: кислород – О (читается «о», т.к. латинское название этого элемента oxygenium). Соответственно водород получил символ H (читается «аш», т.к. латинское название этого элемента hydrogenium), углерод – С (читается «цэ», т.к. латинское название этого элемента carboneum). Однако латинские названия хрома (chromium), хлора (chlorum) и меди (cuprum) так же, как и углерода, начинаются на «С». Как же быть? Берцелиус предложил гениальное решение: такие символы записывать первой и одной из последующих букв, чаще всего второй. Так, хром обозначается Сr (читается «хром»), хлор – Cl (читается «хлор»), медь – Cu (читается «купрум»).

Й.Я.Берцелиус (1779–1848)

Русские и латинские названия, знаки 20 химических элементов и их произношения приведены в табл. 2.

В нашей таблице уместилось всего 20 элементов. Чтобы увидеть все 110 элементов, известных на сегодняшний день, нужно посмотреть в таблицу химических элементов Д.И.Менделеева.

Таблица 2

Химия и физика

К общим вопросам химии и физики относятся строение веществ и движение тех частиц, из которых вещества построены. Показательно, что самые первые шаги в изучении физики вы делаете, знакомясь с молекулярно-кинетической теорией, имеющей непосредственное отношение как к физике, так и к химии.

Основное положение этой теории: вещества состоят из мельчайших частиц. Это могут быть молекулы, атомы или ионы.

Молекула – это мельчайшая частица вещества, определяющая его свойства. Из молекул состоят такие хорошо знакомые вам вещества, как вода и уксусная кислота, сахар и углекислый газ.

Большинство твердых веществ находится в кристаллическом состоянии. Частицы вещества в кристаллах расположены в строго определенном порядке. Если соединить их воображаемыми линиями, получается правильная геометрическая фигура, называемая кристаллической решеткой. На рис. 34 представлены модель кристаллической решетки йода и образец этого вещества. Вы думали, что йод – это жидкость? Не следует путать: в вашей домашней аптечке есть йодная настойка – раствор кристаллического вещества йода в этиловом спирте. Двойные шарики в модели кристаллической решетки – это и есть молекулы йода I₂.

Рис. 34. Модель кристаллической решетки йода и кристаллы этого вещества

Доказательством того, что многие вещества состоят из молекул, может служить явление диффузии. Самопроизвольное распространение частиц одного вещества между частицами другого называется диффузией.