ФОРМУВАННЯ І РОЗВИТОК СИСТЕМИ ПОНЯТЬ «ХІМІЧНИЙ ЕЛЕМЕНТ» В КУРСІ ХІМІЇ СЕРЕДНЬОЇ ШКОЛИ Значення поняття «хімічний елемент» в курсі хімії середньої школи

Поняття про хімічний елемент - найважливіша, дуже складне, абстрактне поняття курсу хімії. Учні працюють з речовинами, спостерігають хімічні процеси, але хімічний елемент вони не бачать. Потрібні складні умовиводи і переконливі докази того, що хімічні елементи дійсно існують і що вони визначають якісний і кількісний склад і, отже, властивості речовин. На основі поняття «хімічний елемент» формується уявлення про матеріальну єдність світу, про єдиний походження живої і неживої природи, розвивається абстрактне мислення учнів. Без цього поняття неможливо вивчити періодичний закон Д. І. Менделєєва. Разом з тим при вивченні курсу хімії постійно спостерігалася плутанина понять «хімічний елемент» і «проста речовина». Нерідко між ними непомітно ставився знак рівності. Поняття «хімічний елемент» знаходиться незмінно в центрі уваги методистів, йому приділяють особливу увагу. Розрізняють чотири стадії формування поняття «хімічний елемент»: емпірична (до атомно-молекулярного вчення), теоретична (на основі атомно-молекулярного вчення), розвиток поняття на основі періодичного закону і, нарешті, на базі теорії будови атома. Лише після того як учні отримають перші уявлення про хімічні елементи, стає можливим користуватися хімічної символікою, моделювати речовини і процеси. Тому формування поняття «хімічний елемент» має велике освітнє, виховне і розвиваюче значення. Те, що хімічний елемент є центральним поняттям курсу хімії, відзначається в більшості методичних робіт.

Структура змісту поняття «хімічний елемент»

Як і всяке складне поняття, система понять «хімічний елемент» має свою структуру змісту. До складу її входять поняття: 1) про атомах хімічних елементів, 2) про поширеність і круговороті елементів у природі; 3) про класифікації та систематизації хімічних елементів. Усі три блоки тісно пов'язані між собою, а крім того, і з поняттям «речовина».

Схема 3.10.

Структура системи понять про хімічний елемент

Кожен із зазначених блоків змісту має свою структуру. Наприклад, поняття про атоми можна згрупувати так: будова атомів, властивості атомів. Вони пов'язані між собою причинно-наслідковим зв'язком.

Цілком зрозуміло, що формування системи понять про хімічний елемент відбувається не відразу, а поступово, послідовно, збагачуючись за рахунок вивчаються в процесі навчання теорій. Починається воно з формування понять про атом.

Послідовність формування і розвитку понять про атом

Розглянемо послідовність формування понять про атом як структурної одиниці хімічного елемента, хімічно неподільної частці речовини.

Спочатку дається перше уявлення про відносну атомної масі і про сутність поняття «хімічні елементи» як видах атомів, що відрізняються один від одного атомною масою. (Не можна говорити про елемент як про вид атомів, подібних за атомній масі, щоб не вступити згодом у протиріччя з визначенням ізотопів.) З самого початку курсу хімії може відбутися змішання понять «хімічний елемент» і «проста речовина», тому що здебільшого назви елементів і простих речовин однакові. Якщо їх не розмежувати, то надалі ця плутанина закріпиться, і усунути виниклі помилки буде значно важче. Учитель повинен це постійно мати на увазі і при вивченні всіх наступних тим весь час звертати на це увагу. Небезпека виникнення помилки зростає ще й тому, що тут же даються перші поняття про класифікацію на метали і неметали.

Поняття «хімічний елемент» є для учнів дуже абстрактним і складним. Щоб полегшити його розуміння, можна використовувати експеримент, який доводить присутність атомів міді в різних її сполуках: 81

Обробка соляної

Прожарювання,. кислотою Мідні стружки? Наліт оксиду міді

Занурення залізного

Хлорид міді-предмета? Мідний наліт на залозі

Тут же включається і поняття про валентності, в тому числі і про її кількісної стороні як властивість атомів одного елемента приєднувати до себе певне число атомів іншого елемента. Це визначення адаптовано.

Надалі воно вдосконалюється і наповнюється новим змістом. Учні навчаються визначати валентність одного елемента, якщо відома валентність іншого, а також складати формули бінарних сполук за валентністю. Тут не йдеться про валентності атомів, що входять до складу простих речовин, оскільки це ще недоступно розумінню учнів. Але обов'язково треба проводити ідею про те, що атом виявляє валентність тільки в з'єднанні з іншими атомами.

Формування поняття про поширеність елементів у природі тісно пов'язане з екологічними проблемами. Тому при всій простоті цього питання він, як і поняття про круговорот елементів в природі, має важливе світоглядне значення, доказом матеріальної єдності світу, неісчезаемость матерії. Через систему понять про поширеність і круговороті елементів у природі здійснюється межпредметная зв'язок хімії з біологією і географією. Надалі поняття про форми сполук, у вигляді яких елемент зустрічається в природі, пов'язується з поняттям про стійкі ступенях окислення його атома.

У наступних темах система понять про хімічний елемент не змінювалася. Якісний стрибок в її розвитку відбувається при вивченні періодичного закону і періодичної системи елементів Д. І. Менделєєва, які є вищим узагальненням знань про хімічні елементи. Вноситься уточнення в класифікацію, дається представ-ня про відносність поділу елементів на метали і неметали, про амфотерности.

Формування понять про природних групах подібних елементів

Знайомлячи учнів з поняттям про природних групах схожих хімічних елементів, спочатку вживають термін «природне сімейство», щоб не плутати його з групами періодичної системи. Формують це поняття індуктивним шляхом на трьох сімействах - шляхетних газах, лужних металах і галогенів. Підхід до них єдиний: складання зведеної таблиці по кожному сімейству з співвіднесенням властивостей з відносною атомною масою. Використовують різні прийоми, наприклад таблиці, що відображають порівняльну характеристику галогенів, лужних металів та ін:

Залежність фізичних властивостей простих речовин від атомної маси елементів Елемент Хімічний знак Відносна атомна маса Формула простого речовини Фізичний стан Забарвлення Щільність Температура кипіння Розчинність у воді

Залежність хімічних властивостей простих речовин від атомної маси елементів

Залежність властивостей сполук елементів від їх атомної маси зі сt СО

ч о о? СО X

зі зі СО Ч ^ о ф до СО СО о 4-5

про о. ^ О т> IS X л о га 2 про S

про Ч s Q.

Ч н

ф про i_ до S с; про ^ S ^ про S 1 - 1

щ 2

Ф о ф ф 1 - до со зі>? про ф

3 про О. ф

н про

ш н га

с> про | _

ф

про о. ф

н 1_

ш н зі> X

Ч про X ф

X т 5 Про Про

X 1 лютого

про 5 а.

О *

СО

о. о> s про 5 а. ^

Зі о. про

JS

про 2 о.

Про о. про Ч ч ф ms X н О н

СО в А Ш СО X о о Q л ш СО X ш про 0 про про про про

У процесі порівняння використовують хімічний експеримент і інші засоби наочності. У результаті роблять висновки за такими параметрами: 1)

схожість властивостей між елементами досліджуваного сімейства, 2)

різниця властивостей досліджуваного сімейства; 3)

взаємозв'язок між властивостями і значеннями атомної маси; 4)

схожість і відмінність властивостей сімейств і їх залежність від значення атомної маси.

Останній пункт особливо важливий для розуміння періодичного закону. Все це необхідний фактичний матеріал, який не отримує поки теоретичного пояснення, оскільки учні поки ще не знайомі з будовою атомів. Природно, виникає проблемна ситуація, яка буде вирішуватися на наступних уроках. Вона полягає в протиріччі між необхідністю пояснення фактів і браком наявних знань. Учитель повинен цю проблему розкрити і чітко її сформулювати: чому спостерігається така закономірність у змінах властивостей залежно від атомних мас елементів?

Потім при вивченні періодичного закону і періодичної системи елементів Д. І. Менделєєва відбувається якісний стрибок у розвитку понять про атоми.

Атом постає як складна система, що складається з ядра та електронної оболонки. Тут дається поняття про ізотопи.

Значно поповнюються уявлення учнів про властивості атомів. Вводяться уявлення про атомному радіусі, про ступінь окислення, електронегативності. Поняття «ступінь окислювання» при всій його умовності методично дуже важливо, оскільки допомагає розкрити сутність періодичності, полегшує користування періодичною системою. На цій стадії слід розмежувати поняття «ступінь окислення» і «валентність», щоб надалі учні їх чітко разлічалі.82 Валентність визначають як властивість атомів утворювати хімічну зв'язок. Електрони, що беруть участь в утворенні хімічного зв'язку, називаються валентними електронами, а значення валентності відображає число зв'язків, утворених атомами, або числом електронів атома, що беруть участь в утворенні зв'язку. Надалі при вивченні органічної хімії буде широко використовуватися поняття про валентності.

Після такого узагальнення великого числа абстрактних теоретичних понять переходять до вивчення конкретних груп елементів. Таким чином, поняття про класифікацію елементів зазнає зміна. Тепер елементи класифікуються за групами періодичної системи.

У IX класі після вивчення теорії електролітичної дисоціації особливих якісних змін в понятті «хімічний елемент» не відбувається. Воно доповнюється тільки відомостями про те, що атоми можуть утворювати в розчині складні іони. Кругообіг елементів у природі підтверджується конкретними прикладами - кругообігом азоту і вуглецю; це дозволяє зміцнити переконання учнів у неісчезаемос-ти матерії.

Особливу увагу при формуванні системи понять про хімічний елемент слід звернути на тему «Узагальнення знань з курсу неорганічної хімії». Тут встановлюються внутрішньопредметні зв'язку між найважливішими хімічними поняттями - про хімічний елемент, речовині, хімічної реакції і хімічному виробництві. Ця тема дуже важлива для формування в учнів правильних теоретичних уявлень про співвідношення цих понять. Вона є відправною точкою, що готують перехід від неорганічної до органічної хімії. Після неї значно легше зіставляти і порівнювати властивості органічних речовин з неорганічними, виявляти особливості органічних реакцій в порівнянні з неорганічними. Формування системи понять про хімічний елемент завершується в основному саме в цій темі.

Таким чином, розвиток поняття «хімічний елемент» здійснюється в кілька етапів: 1)

підготовчий - до формулювання визначення хімічного елемента; 2)

експериментальний - до вивчення атомно-молекуляр-ного вчення; 3)

вивчення елементів на базі атомно-молекулярного вчення; 4)

формування поняття про природну групі елементів; 5)

вивчення періодичної системи Д. І. Менделєєва і теорії будови атома; 6)

вивчення елементів по групах періодичної системи; 7)

узагальнення знань учнів, встановлення зв'язків поняття про хімічний елемент з іншими поняттями курсу хімії.

У курсі органічної хімії насамперед відзначають, що молекули органічних речовин складаються з атомів тих же елементів, що і неорганічних, знову підкреслюючи положення про матеріальну єдність світу.

Далі розглядається поняття про гібридизації орбіталей атома вуглецю, а також про те, що атоми елемента у складі з'єднання не просто підсумовуються в різних комбінаціях, а відчувають вплив інших атомів, тобто атоми одного і того ж елемента в різних з'єднаннях дещо відрізняються один від друга за властивостями. Цю думку можна провести і в неорганічної хімії, але в органічній вона звучить переконливіше.

У курсі органічної хімії дається поняття про можливість з'єднання в одному і тому ж речовині великого числа однойменних атомів, що рідко спостерігається у неорганічних речовинах.

У узагальнюючої темі поняття про елемент має прозвучати як найважливіше сполучна ланка між неорганічної та органічної хімією. Тому заключне узагальнення починається саме з нього. Особливу увагу звертають на філософський зміст і виховне значення вчення про хімічні елементи.

6.