Смекни!
smekni.com

Методика интенсивного формирования систем понятий о веществе при обучении химии. Кириллова В. Н (стр. 2 из 7)

Важнейшее значение для понимания качественного состава соединения имеют характеристики элементов, отражающие их со­стояние в соединениях: валентность, степень окисления, относи­тельная электроотрицателыюсть, потенциал ионизации и срод­ство к электрону. Две последние характеристики — предмет об­суждения на факультативных занятиях.

В систему знаний о составе необходимо ввести понятие о пере­менном составе веществ, так как отсутствие этого понятия ведет к ошибочному пониманию состава, структуры и формул многих реальных соединений — бертоллидов.

2. Подсистема (блок, модуль) понятий о строении (структуре) веществ,

где понятия раскрываются на трех уровнях химической организа­ции веществ: атомном, молекулярном, макромолекулярном.

Знания о строении веществ на атомном уровне представлены следующими понятиями: «группировка электронов и ядер в атом­ные частицы», «форма электронных облаков и их расположение в пространстве», «энергетические уровни атомов и их заполняемость электронами», «электронная конфигурация атомов и их периодическая изменяемость»,«спаренные и неспаренные электро­ны», «валентное состояние атомов и атомных частиц». Содержа­ние понятий о строении веществ на атомном уровне тесно смыка­ется с физическими знаниями.

Строение веществ на надатомном или молекулярном уровне их химической организации. Химическое связывание атомных частиц осуществляется в процессе их взаимодействия. Результатом его в соответствующих условиях является образование «молекуляр­ных» частиц (молекул, ионных пар, атомных и ионных комплек­сов и др.). Молекулы — это относительно замкнутые электронно-ядерные системы, а атомные и ионные комплексы — химические соединения с ненасыщенными на поверхности связями. Централь­ное понятие этого уровня — «химическая связь». Опору для его образования составляют понятия: «электронное строение атомов», «валентные электроны». Содержание основного понятия «химиче­ская связь» раскрывается с помощью видовых, подчиненных ему понятий: «электронная пара», «природа связи», «механизм», «тип связи», «ее характер или свойства», а также с помощью вспомога­тельных понятий — параметров: «энергия», «длина», «кратность связи», «направленность в пространстве» и др. Совокупность этих понятий вскрывает сущность строения молекул и «молекулярных частиц» (ионных пар, радикалов, атомных комплексов и др.). Объем понятия «химическая связь» составляют типы химических связей (ковалентная, ионная и др.) и виды связей, обусловленные характером перекрывания орбиталей (о- и л-связи, ординарные, двойные, тройные и пр.).

Понятие о химической организации веществ на макроуровне

включает следующие знания: агрегатное состояние и агрегатные изменения веществ, вещества молекулярного и немолекулярного строения, кристаллическое строение твердых веществ, кристалли­ческие решетки, их типы.

В химии выделено три основных формы химической организа­ции веществ на макроскопическом уровне (Ю. А. Жданов, В. И. Кузнецов и др.).

1. Дальтонидная форма, подразумевающая как микрочастицы'(молекулы, сложные ионы, свободные радикалы), так и макрове­щества, образованные данными частицами (молекулярные веще­ства, многие ионные соединения в парообразном состоянии и др.).
В школьном курсе химии эта основная форма химической органи­зации вещества представлена преимущественно молекулярными веществами, т. е. как форма, характерная для веществ, состоя­
щих из молекул в любом агрегатном состоянии. Ее характеризу­ют: дискретность, постоянство состава соединений, прочность хи­мических связей в молекулах мельчайших носителях их
химических свойств. Молекулярные соединения — относительно замкнутые электронно-ядерные системы.

2. Бертоллидная форма, присущая и микрочастицам, и их макросистемам, способным к «бесконечному» их росту в трехмерном пространстве. К ним относятся такие химические соединения переменного состава, как твердые металлические сплавы ряд кристаллических оксидов металлов, гидридов, солей, носителями свойств которых являются монокристаллы; жидкие рас
творы, носителями свойств которых являются сольваты; коллоиды; некоторые поверхностные соединения, образующиеся в результате химического взаимодействия монокристалла с молекулами
или атомами в результате их хемосорбции. Соединения бертоллидной формы характеризуются непрерывностью изменений энергии связей, которая варьируется в широких пределах, а отсюда
и их состава, нецельночисленными значениями валентности элементов их составляющих.

3. Переходное состояние, или активизированный комплекс. В отличие от дальтонидов и бертоллидов частицы активированного комплекса возбуждены, а поэтому отличаются максимумом
потенциальной энергии, динамичностью и неустойчивостью.

Центральные понятия блока знаний о структуре на макроуровне — «кристалл», «кристаллическая решетка». Они изучаются с опорой на понятие «форма соединения», теорию строения атома и теорию твердого тела (физика). Их характеризуют более частные понятия — характеристики: форма кристалла, энергия кристаллической решетки, внутреннее строение кристалла, его обусловленность природой частиц в узлах решетки и силами, связывающими их. Объем этих основных понятий расширяют типы кристаллических решеток (ионные, атомные, молекулярные, металлические) и их классификация по форме упаковки (кубиче­ская, гексагональная и пр.). Содержание понятия «кристалл», «кристаллическая решетка» раскрывается с опорой на межпред­метные понятия «форма», «симметрия», «твердое тело», «энергия плавления», «межмолекулярное взаимодействие частиц» и другие.

3. Подсистема (блок, модуль) знаний «свойства веществ» включает понятия, отражающие изменения веществ: «химические и физиче­ские свойства», «химическая активность», «реакционная способ­ность». Как правило, все эти понятия используются, но не рас­крываются в материале учебников химии. Поэтому остановимся на их содержании и рассмотрим их взаимосвязи. Известно, что все вещества подвержены изменениям, неизменяемых веществ нет. Вместе с тем каждое имеет качественную определенность, обу­словленную его природой (составом, структурой и другими сущ­ностными признаками). Свойства — это внешнее проявление ка­честв вещества, позволяющее установить его сходства и различия с другими веществами, выделить его из множества других ве­ществ.

Различают физические и химические свойства веществ. Физи­ческие свойства — это свойства, обусловленные макроэнергетическими изменениями, не затрагивающими внутренней природы ве­ществ. Для химического познания наиболее важны химические свойства веществ, т. е. свойства, обусловленные изменением их внутренней природы и связанные с превращениями исходных ве­ществ в новые, с новыми качествами (составом, строением и свойствами). Химические свойства проявляются в химических ре­акциях, во взаимодействиях с другими веществами. В качествен­ном плане они характеризуются химической активностью реаги­рующих веществ.

Физические и химические свойства проявляют реальные ве­щества в их макроформе. Учащиеся наблюдают их визуально, а изучают с помощью физического и химического эксперимента.

В реальных условиях бывает сложно разделить физические и химические свойства (растворение вещества, фазовые переходы, аллотропные видоизменения и др.), поскольку реальному вещест­ву как виду материи присущи разные формы движения. Вместе с тем в обучении химии на первый план выдвигаются химические свойства веществ. Говорить о химических свойствах микрочастиц не корректно. Здесь уместнее использовать понятие «реакцион­ная способность».

Реакционная способность веществ связана с понятиями «хими­ческие свойства», «химическая активность» как более высокий их гомолог. Реакционная способность предполагает и учитывает наличие всех видов взаимодействия данного вещества (его мик­рочастиц и их связей), а также характер протекания реакции во времени. Следовательно, можно говорить о реакционной способно­сти вещества, его частиц и их химических связей. Химическая же активность характеризует лишь отдельные химические свой­ства реальных веществ с качественной стороны. Однако качественная определенность проявляется прежде всего в совокупности существенных свойств вещества. Реакционная способность ве­щества— это вся совокупность его химических свойств.

Реакционная способность вещества обусловлена не только его составом и строением, но и влиянием многих внешних факторов. В обучении следует постоянно подчеркивать, что свойства ве­ществ как проявление их качественной определенности могут количественно изменяться только до определенного предела.

Наблюдая взаимодействия магния и цинка с растворами кис­лот одинаковой концентрации, учащиеся делают вывод о большей химической активности магния по отношению к кислоте. Вывод же о реакционной способности этих веществ они могут сделать лишь на основе теоретического анализа всей совокупности знаний. Следовательно, сформировать эти понятия целесообразно по схеме: свойства веществ — химические свойства — химическая активность — реакционная способность — функция соединения. Реакционная способность как бы фокусирует в себе субстанциональную (статическую) и динамическую стороны химической организации веществ, т. е. всю совокупность знаний о строении веществ и химических реакциях. В этом проявляется системообразующая и обобщающая функция данного понятия, его мировоззренческое значение.

Зависимость свойств веществ от их состава и строения - основная идея химии (В. В. Быков, Б. М. Кедров, В. И. Кузнецов А. А. Печенкин) и ведущая идея построения школьного курса химии. В процессе ее изучения важно устанавливать взаимосвязь между составом, строением и свойствами веществ на всех этапах обучения и разных уровнях химической организации веществ (атомном, надатомном, макромолекулярном).