Своение знаний, но и на активную самостоятельную работу с литературой, на проведение соответствующих изучаемому материалу лабораторных и демонстрационных опытов
| Вид материала | Документы |
- Правила по технике безопасности при выполнении демонстрационных опытов, лабораторных, 65.91kb.
- Истемах "человек-знак" (обработка результатов измерений, проведение расчетов, работа, 18.87kb.
- Костарева Любовь Викторовна, 10.1kb.
- А. С. Пушкина Республика Беларусь, 224016 г. Брест, бульвар Космонавтов, 21 Учебно-производственная, 15.02kb.
- Игровые технологии, 210.97kb.
- Программа минимум кандидатского экзамена по специальности 07. 00. 09 «Историография,, 156.87kb.
- Доклад по теме «Методика проведения демонстрационных опытов и школьного эксперимента», 147.29kb.
- Тема: «Природная зона Черноморского побережья Кавказа», 132.7kb.
- Моу шилово-курьинская сош, 44.5kb.
- Торайгырова Кафедра «Механика и нефтегазовое дело», 193.07kb.
Кружок по химии.
Происхождение химии. На первом занятии следует ознакомить учащихся с планом занятий всего курса истории химии и программой кружка, нацелить их не только на пассивное усвоение знаний, но и на активную самостоятельную работу с литературой, на проведение соответствующих изучаемому материалу лабораторных и демонстрационных опытов.
Химическое искусство возникло еще в глубокой древности и его трудно было отделить от производства, от ремесел. Вероятное происхождение слова "химия"--от египетского "хам" или "хеми", что означает "чернозем" (название Египта). В древнем мире (Египет, Греция) в V-I тыс. до н. э. хорошо были развиты многие производства: керамика, изготовление красок, крашение, производство стекла и строительных материалов. Интерес вызывает умение египтян мумифицировать трупы, получать чистое золото. Следует обратить внимание на развитие ремесленной химии в Древнем Китае, где впервые были изобретены бумага, порох и фарфор.
Греческие философы выработали понятие об элементе, атоме, химическом соединении. Ознакомимся с взглядами Фалеса Милетского, Анаксимена, Демокрита, Эпикура и зачитаем отрывок из поэмы Тита Лукреция Кара "О природе вещей" (I в до н. э.), в котором существование в природе невидимых частиц доказывается следующими фактами:
Ветер, во-первых, неистово волны бичует,
Рушит громады судов и небесные тучи разносит.
...Стало быть, ветры -- частицы, не зримые нами,
Раз и по свойствам и по действам могут сравниться
С водами мощных рек, обладающих видимым теком.
...Далее запахи мы обоняем различного рода,
Хоть и не видим совсем, как в ноздри они проникают.
...И наконец, на морском берегу, разбивающем волны,
Платье сыреет всегда, а на солнце вися высыхает.
Видеть, однако, нельзя, как влага на нем оседает,
Как и не видно того, как от зноя она исчезает.
Значит дробится вода на такие мельчайшие части,
Что недоступны они совершенно для нашего взора.
Римский поэт и ученый Тит Лукреций Кар (99-55 гг. до н. э.) жил в эпоху своеобразной специализации античной науки, когда обычными были сочинения, излагающие сведения в узкой области. Немногие же произведения, в которых воедино сводились представления из разных областей, страдали общим пороком -- отсутствием связи между этими представлениями. И только поэма "О природе вещей" лишена такого недостатка, поскольку учения о природе и человеке имеют одну основу -- идеи об атомах и их движении.
Учение об атомном строении вещества -- это не только плод научной абстракции. Обыденные наблюдения древних -- высыхание одежды на солнце, распространение запахов, действие ветра -- подтверждали идею о существовании не видимых глазу мельчайших движущихся частиц. Как называются частицы, о которых говорится в сочинении древнегреческого ученого, на языке современной науки ?
Важнейшие моменты в учении Демокрита следующие:
1. В мире существуют только атомы, пустота и движение; атомы -- невидимые, неделимые, неуничтожимые, непроницаемые, материальные элементы (геометрические тела, фигуры), различающиеся величиной, формой, положением в пустоте. Пустота не только пространство, в котором размещены все предметы, но и необходимое условие их существования, поскольку без разделяющей атомы пустоты не могло бы возникнуть никакое тело.
2. Движение атомов хаотично из-за столкновений, которые иногда приводят к образованию самых различных тел.
3. Атомы различаются по форме и размерам, что наряду с разнообразием их сочетаний и обуславливает существование всех вещей в мире.
4. Ничто не возникает в мире случайно. Любые явления человеческой жизни имеют необходимую причину.
По мнению Демокрита, если бы каким- нибудь способом удалось установить путь атомов до и после столкновения, можно было бы предсказать все события в мире. Например, один горожанин был убит упавшей ему на голову черепахой, которую орел выпустил из когтей. Демокрит считал, что это не случайное событие, так как необходимость в определенный момент заставила человека отправиться в путь, а орла -- почувствовать голод и устремиться за добычей. Далее было необходимо, чтобы клонящееся к закату солнце осветило лысину путника, а отражение попало в глаз орла, принявшего ее за камень и поспешившего разбить о него панцирь черепахи.
Еще одной важной чертой взглядов Демокрита является повышенное внимание к форме вещи, которая определяется совокупностью геометрических форм отдельных составляющих ее атомов (шар, треугольник и т. д.). Атомы, согласно Демокриту, могут быть якореобразными, крючковатыми, вогнутыми и выпуклыми.
Учение Эпикура об атомах. Эпикур (341-270 гг. до н. э.) возродил и развил атомизм Демокрита. Своеобразие его взглядов определялось временем, в котором он жил. Все античные атомисты пытались объяснить, исходя из движения атомов, мир в целом, т. е. и "жизнь" вещей, и жизнь человека. Но в разные периоды различные вопросы выдвигались на первое место. Во времена Эпикура главной была проблема человеческого существования.
Эпикуру была непонятна Демокритова вера в необходимость, подавляющая волю человека. "Кто может быть выше человека, смеющегося над судьбой, которую некоторые вводят как владычицу всего?" -- спрашивал он. Но к суждениям Демокрита об атомах Эпикур относился более благосклонно. Он принимает взгляд Демокрита на множественность форм атомов, но в отличие от него считает, что их число не бесконечно, а "только необъятно". Эпикур объясняет разнообразие движений различием не формы атомов (как Демокрит), а их массы (говоря современным языком). Он первый приписал атомам новое качество -- массу. По его мнению, атомы не обладают никакими свойствами предметов, доступными чувственному восприятию, кроме формы, массы, размеров и тех свойств, которые по необходимости соединены с формой. При этом он считал атомы весьма малыми.
Существенный шаг сделан Эпикуром в развитии представлений о движениях атомов. Если Демокрит говорил лишь об их хаотическом перемещении, то Эпикур рассматривал три вида движения атомов: общее движение вниз под действием массы по параллельным линиям, самопроизвольное отклонение от прямолинейного пути и столкновения атомов друг с другом. Особого внимания заслуживает второй вид движения. "Только при допущении отклонения атомов можно... спасти свободу воли" -- такими словами передает известный римский писатель Цицерон (106-43 гг. до н. э.) мысль Эпикура. Атомы и "свобода воли" -- сейчас это звучит более чем странно. Но не будем забывать, что у греческих натурфилософов не разделялись физические и этические (о поведении человека) учения. Но почему самопроизвольному отклонению атомов придается такое важное значение? Это понятно: двигаясь по параллельным прямым, они не могли бы столкнуться друг с другом, напротив, при отклонении от прямолинейного движения столкновение становится неизбежным.
Показать рисунки: выплавка металлов в Египте, отливка бронзовых дверей, предметы быта, изготовленные из сплавов; первую химическую посуду (сосуд для перегонки, делительный сосуд, фильтровальная тарелка).
Развитие ремесел и химико- практических знаний в древнем мире явилось первой и весьма важной в историческом отношении ступенью в возникновении и развитии химии как науки.
Сообщение на след. занятие: "Жизнь и деятельность немецкого химика И. Р. Глаубера (1604--1670).
- Демокрит 460 – 370 до н. э. - древнегреческий философ, развивший и систематизировавший классический атомизм – теорию, предложенную учителем Демокрита Левкиппом. В этой теории предполагается, что мир состоит из твердых и неделимых (отсюда и слово atomos – неделимый) частиц материи, движущихся в пространстве. У атомов есть размер, форма, масса и скорость. Но у них нет никаких других качеств, вроде цвета или запаха. Демокрит считал, что подобные свойства субъективны, в противоположность тем, которые существуют в природе. Вот как можно коротко суммировать взгляды Демокрита: Из ничего не происходит ничего. Ничто существующее не может быть разрушено. Все изменения происходят благодаря соединению и разделению молекул. Ничто не происходит случайно. Всякое событие имеет свою причину, из которой оно вытекает с необходимостью. Единственные существующие вещи суть атомы и пустое пространство, все остальное – чистое измышление. Атомы бесконечны по числу и бесконечно разнообразны по форме, они постоянно сталкиваются друг с другом, и образующиеся при этом поперечные движения и вихри суть начала миров. Разнообразие вещей обусловлено разнообразием числа, размеров и сочетаний их атомов. Душа состоит из тонких, гладких и круглых атомов, подобных атомам огня. Эти атомы наиболее подвижны. Они проникают всюду, насыщая все тела, и их движения определяют явления жизни. Вера Демокрита в неизменный характер умопостигаемой Вселенной (неизменность атомов) и в изменчивость чувственно постигаемой Вселенной (субъективный характер свойств атомов) находилась в прямом противоречии с идеями Парменида, отрицавшего все и всякие изменения, и Гераклита, наоборот, отрицавшего всякое постоянство. Этика Демокрита также была чем-то средним между крайними позициями Парменида и Гераклита. Демокрит отрицал любые сверхъестественные причины человеческого поведения, считал глупостью веру в загробную жизнь и полагал, что правильные или неправильные действия человека определяются только его собственным разумом. Даже Аристотель, полностью отрицавший атомизм, считал, что труды Демокрита превзошли по глубине труды всех его предшественников и современников.
Алхимия. На этом занятии предстоит открыть едва ли не самую интересную и загадочную страницу в истории химии.
Прежде всего следует обратиться к эпохе, в которую возникла алхимия.
Средневековье. Время мрака и тьмы, инквизиции и невежества, но это и время блестящей готической архитектуры, лучезарной поэзии трубадуров, рыцарского романа. И вот посреди этого полнозвучного, чуткого средневековья -- таинственная алхимия. Алхимия возникла во II в. в Александрийской академии, где преподавалось священное тайное искусство имитации благородных металлов. Необходимо объяснить существующие причины, которые породили представления о превращаемости "элементов", роль ртути в теории алхимии. Алхимики утверждали, что все (тогда известные) металлы растворяются в ртути, следовательно, она служит первичным материалом всех металлов. "Ал" -- слово из арабского языка, и сам термин "алхимия" ввели арабы. Джабир ибн Хайян (721-815) разработал серно-ртутную теорию происхождения металлов.
Вот как описывал свойства серы и ртути по Геберу (литературный псевдоним Джабира ибн Хайяна): "Сера -- однородное вещество, очень крепкого состава. Ее материя жирна, однако отделить ее легко простой перегонкой невозможно. Если прокалить серу, она как бы исчезает. Она летуча, как дух. Все металлы вступают в соединение с серой: все -- но только не золото! Ртуть образует с серой киноварь; сера -- черное тело и не в силах обратить ртуть ни в золото, на чем иногда настаивают иные философы".
Алхимиками были открыты и описаны серная, соляная, азотная кислоты, аммиак, щелочи, многочисленные соединения металлов, винный спирт, эфир, фосфор, берлинская лазурь и многие другие вещества. К этим достижениям можно прибавить и вполне при-
личную "экипировку" алхимической лаборатории.
Описание операций алхимиков может сопровождаться демонстрацией слайдов, сделанных по гравюрам "Немой книги". "Немая книга" впервые была напечатана в 1677 г. в Ла-Рошели. В гравюрах "Немой книги" не только символизируются действия алхимика, но и рассматриваются техника и технология проведения алхимических процедур: высушивание, выпаривание, перегонка, нагревание на открытом огне и своеобразное термостатирование, декантация и фильтрование, прокаливание и растворение, применение весов и паяльной трубки. Наряду с несомненными успехами в изучении веществ алхимики не могли освободиться от мистических представлений о природе. Искали философский камень, с помощью которого металлы могут быть превращены в золото. Но иногда случалось и так, что даже самые "чистокровные" алхимики в своих фантастических экспериментах производили ценные химические продукты.
История открытия алхимиком Хеккингом Брандом (1630-1710) фосфора в 1669 г. Английский художник И. Райт запечатлел это мгновение на картине.
В XV-XVI вв. алхимия все больше и больше теряла свое значение. В естествознании складывались материалистические взгляды и воззрения , которые освобождались от оков религии и астрологии, от мистики, веры в демонов, духов и других суеверий.
В начале XVI в. врач и химик фон Гогенгейм, который назвал себя Парацельсом, (что по-латыни означало сверхблагородный или превосходящий Цельса --знаменитого римского врача) отверг философский камень, отнеся его к области сказок. Парацельс --основатель иатрохимии (медицинское знание, основанное на химии). "Я -- иатрохимик, потому что знаю медицину и химию",-- говорил Парацельс.
Парацельс выступил против авторитетных античных авторов, публично сжег книги Галена и Гиппократа. Он пытался создать новое учение о химических элементах и химических процессах. В основу своей химии Парацельс положил новые представления об элементах. Стихии Аристотеля он заменил тремя началами: ртутью, серой и солью. У Парацельса было много последователей. Иатрохимия, и особенно учение о природе жизненных процессов, содержала не меньше мистики, чем алхимия, но все же аптекарскую практику, фармацию она изменила. Многие аптекари стали использовать полученные в экспериментах знания для составления лекарств. И лекарства эти были надежнее и лучше, чем те фантастические смеси, которые готовили алхимики.
Сообщение о И. Р. Глаубере.
Основные открытия и достижения Глаубера: получение чистой азотной кислоты перегонкой смеси селитры с серной кислотой, чистой соляной кислоты и сульфата натрия (глауберова соль) нагреванием смеси хлорида натрия с серной кислотой.
Опыт, подтверждающий работы Глаубера.
Слова Менделеева: "... важная заслуга алхимиков состояла в том, что они делали многие новые превращения... Наука обязана алхимикам первым точным собранием химических данных".
Химия XVIIв. На этом занятии предстоит познакомиться с зародившимися во второй половине XVII в. учением о флогистоне, со взглядами таких выдающихся ученых того времени, как Г. Шталь, Р. Бойль, И. Ньютон, Э. Жоффруа.
Английский ученый Р. Бойль был одним из создателей науки нового времени с характерным для нее стремлением к постановке большого количества экспериментов и коллективным исследованиям. Следует вспомнить начала средневековой химии: соль, сера, ртуть. Р. Бойль отрицал понятие принципов алхимиков и иатрохимиков (ртуть, сера, соль) и критиковал даже в своей знаменитой книге "Химик-скептик" взгляды сторонников четырех элементов (огонь, воздух, земля, вода) Аристотеля. Заслуга Р. Бойля состоит в том, что он впервые дал правильное толкование понятию "химический элемент".
В течение длительного времени развитие горного дела и металлургии побудило ученых и практиков уделять больше внимания процессам окисления и восстановления металлов, сущности горения. Бойль показал, что воздух обязателен для дыхания, что имеет место аналогия между дыханием и гореним. На основе своих опытов Р. Бойль сделал неправильный вывод о том. что в результате обжига металлов на воздухе вес образовавшихся продуктов увеличивается вследствие присоединения к металлу частичек огня. Р. Бойль утверждал, что огонь имеет вес. Бойль ввел в употребление слово "анализ" (от греческого слова "аналюсис" -- разложение).
Затем во второй половине XVII в. зародилось учение о флогистоне, которое получило распространение в XVIII в. и господствовало в химии почти сто лет.
Теория флогистона. Первый шаг к раскрытию тайны горения сделал английский врач и химик Д. Мэйоу(1645-1679). Продолжая опыты Бойля, он обнаружил, что воздух не простое вещество, а сложная смесь. Он нашел, что в нем содержится какой-то "селитряно-воздушный дух", присоединение которого к различным телам и составляет сущность горения. Мэйоу стоял на пороге открытия кислорода, но его ранняя смерть помешала продолжению работ.
Мэйоу описал свои опыты в 1674 г. в пространной книге, посвященной множеству атмосферных явлений, начиная с причин образования туч и дождя и кончая объяснением природы воздуха. Но уже за семь лет до этого немецким химиком и врачом И. Бехером (1635-1682) была высказана совершенно новая гипотеза о природе горения. Ее суть сводилась к следующему: во всех телах содержится некое "начало горючести", огонь лишь вызывает его выделение из тела, в результате чего образуются окалины или зола.
Эту идею развил немецкий ученый Г. Э. Шталь в стройную теорию в 1697 г., получившую название теории флогистона (флогистоном Шталь называл "начало горючести".Термин "флогистон" в смысле "горючее" встречается еще у Аристотеля).
По Шталю, горение можно было изобразить следующей схемой:
Горючее тело(горение) === Земля + Флогистон
Можно было представить и превращение "земель" в горючее тело:
Земля + Флогистон === Горючее тело
Теория Шталя объясняла множество известных химикам фактов, начиная с образования окалин при прокаливании металлов и кончая дыханием. Для доказательства правильности теории Шталь ставил, например, опыт по синтезу серы. (Сера по этой теории должна была быть сложным веществом.) Для этого он нейтрализовал серную кислоту поташом и прокаливал образовавшийся сульфат калия с углем, получая таким образом "серную печень", т. е. смесь сульфидов калия. Действуя на раствор "серной печени" кислотой, Шталь получал серу. Вывод он сделал такой: сера состоит из "кислой части" (серной кислоты) и "начала горючести" (флогистона), которое попадало в серу из угля.
Попытки объяснить, что же представляет собой флогистон, привели к странным находкам. Оказалось, что флогистон не только должен обладать весом, но он даже может иметь "отрицательный вес". Вместе с тем попытки выделения флогистона привели к открытию хлора, водорода, кислорода. Теория флогистона была первой химической теорией, объединившей и множество химических явлений, раньше казавшихся разнородными. Теория флогистона открыла путь для экспериментального объяснения множества химических явлений. Все это привело к накоплению фактов, которые получили объяснение только в конце XVIII в. в трудах творца "новой химии" А. Лавуазье.
Опыты Шталя по обжигу металлов. Г. Шталь не разделял учения Бойля о том, что увеличение массы металла в обжиге обусловлено присоединением огненных частиц. Шталь утверждал, что флогистон -- легчайшая из всех тел материальная субстанция. Он подчеркивал реальность, материальность флогистона. Но несмотря на эти утверждения никто из ученых -химиков так и не смог получить флогистон в чистом виде. С усовершенствованием экспериментальной методики проведения опытов несоответствие фактов с учением Шталя становилось все более явным. Критика учения о флогистоне шла как со стороны химиков, так и со стороны физиков.
Слабые стороны учения о флогистоне заключались прежде всего в пренебрежении весовыми методами и вообще количественными измерениями. Прочную базу под количественные измерения и исследования в химии в 1687 г. И. Ньютоном универсальный закон взаимного притяжения притяжения тел. Из ньютоновской механики вытекало положение: масса тел постоянна при всех механических процессах.
В химии стали бурно развиваться количественные методы исследования. Они обогащались новыми средствами: усовершенствованными весами, термометром, микроскопом, ареометром и т. д. Впервые в лабораторную практику весы ввел Р. Бойль. Они были небольшой точности: от 60 до 30 мг.
И все же господство теории флогистона продолжалось почти сто лет. Желание химиков-флогистиков выделить флогистон или определить его количественно привело к созданию качественного и количественного анализа. Но именно развитие различных методов анализа привело к накоплению фактов, вызвавших кризис теории флогистона и переход к химии Нового времени.
Основные научные исследования французского химика Э. Ф. Жоффруа (1672-1731): дал первые представления о количественной оценке химического сродства, составил на основе опытных данных в 1718 г. таблицы веществ по их взаимному сродству, которые положили начало теории химического сродства, господствовавшей в химии XVIII в.
Опыты по горению различных простых веществ (Мg, S, P), проведя два взвешивания: до и после реакции, и сделать соответствующие выводы.
Развитие технических производств в России XVII--XVIII вв. (в форме конференции). Учащиеся заранее готовят сообщения по темам:
1. "Развитие химии в России: производство поташа, квасцов, минеральных красок, нашатыря, бумаги". 2. "Первые металлургические заводы в России, завод по переработке нефти, производство фарфора". 3. "Создание М. В. Ломоносовым первой в России научной химической лаборатории. Производство стекла в России, работы Ломоносова по получению окрашенных стекол для мозаики. "Письмо о пользе стекла" М. В. Ломоносова".
Сообщение №3. В 1745 г. М. В. Ломоносов был избран профессором химии (академиком) Петербургской Академии наук и стал активно добиваться создания химической лаборатории. Его усилия увенчались успехом. В 1748 г. на второй линии Васильевского острова во дворе того дома, где жил ученый, была построена первая в России научная и учебная лаборатория.
В 1753 г. Ломоносов построил в деревне Усть-Рудницы, находящейся неподалеку от Ораниенбаума (современный город Ломоносов), фабрику цветного стекла. На этой фабрике он организовал производство различных изделий из стекла и стал изготовлять специальные цветные непрозрачные стекла, из которых создавал мозаичные картины.
Обычное оконное стекло имеет состав, который можно выразить формулой
Na2O.CaO.6SiO2
Его получают в специальных стекловаренных печах сплавлением смеси соды, известняка и песка.
Отличительная особенность стекла -- способность размягчаться и в расплавленном состоянии принимать любую форму, которая сохраняется при застывании стекла. На этом основано производство посуды и других изделий из стекла.
Стекло -- одно из древнейших изобретений человечества. Уже в 3-4 тыс. лет назад производство стекла было развито в Египте, Сирии, Финикии и Причерноморье. Высокого совершенства в стеклоделии достигли мастера Древнего Рима. Они умели получать цветные стекла и делать из кусочков такого стекла мозаики.
Стекло -- это материал не только ремесленников, но и художников. Произведения искусства из стекла являются обязательными атрибутами любого крупного музея. А цветные витражи церквей, мозаичные панно -- яркие тому примеры. В одном из помещений Санкт-Петербургского отделения Российской Академии наук находится мозаичный портрет Петра I, выполненный М. В. Ломоносовым.
Дополнительные качества стеклу придают различные добавки. Так, введением оксида свинца получают хрустальное стекло, оксид хрома окрашивает стекло в зеленый цвет, оксид кобальта -- в синий и т.д.
Области применения стекла очень обширны, Это оконное, бутылочное, ламповое, зеркальное стекло; стекло оптическое -- от стекол очков до стекол фотокамер; линзы бесчисленных оптических приборов -- от микроскопов до телескопов.
Повторив опыты Бойля с нагреванием металла в запаянной колбе, он пришел к выводу о том, что при пропускании внешнего воздуха вес металла остается одним и тем же. Однако, после того как обожженный металл был извлечен из колбы и взвешен, оказалось, что и у Ломоносова его вес увеличился. Это произошло, как стало ясно теперь, потому, что в колбе не удалось создать полного вакуума, и при нагревании кислород воздуха соединился с металлом, увеличив его вес. Вес же запаянной колбы до и после нагревания естественно оставался неизменным. Благодаря этим опытам Ломоносов опроверг гипотезу Р. Бойля об увеличении массы прокаленных металлов. Тем самым Ломоносов в 1756 г. качественно определил закон сохранения массы веществ в химических реакциях.
Опытная проверка закона (горение свечи, фосфора в закрытом сосуде; реакция какой-либо кислоты и соли с образованием осадка).
Можно ознакомить с амфотерными свойствами оксида алюминия и провести реакции, доказывающие его амфотерность.