Формирование и развитие системы понятий «Химический элемент» в курсе химии средней школы

Система понятий «химический элемент» состоит из трех блоков:

• 1. Распространение и круговорот химических элементов.
• 2. Классификация и систематизация химических элементов.
• 3. Понятие об атомах химических элементов.

Все три блока связаны друг с другом, и с каждым из них учащиеся знакомятся на протяжении всего курса химии.

С распространением и круговоротом химических элементов учащиеся знакомятся при изучении свойств конкретных элементов и образованных ими химических веществ.

Понятие о классификации химических элементов усложняется от класса к классу. Первоначально учащиеся знакомятся с делением элементов на металлы и неметаллы, затем узнают об условности такого деления при знакомстве с элементами, оксиды и гидроксиды которых проявляют амфотерные свойства. Знакомство с периодическим законом и строением атома позволяет ввести классификацию на s_, p_, d_, f_элементы, в зависимости от заполнения электронами атомных орбиталей данного элемента.

Понятие об атомах химических элементов также усложняется от теме к теме. Но в каждой теме сохраняется единый подход: свойства атомов связывают с их строением. Различают следующие стадии формирования понятия «химический элемент» :

• 1. На основании атомно-молекулярного учения.
• 2. На основе периодического закона и теории строения атома.
• 3. На основе теории электролитической диссоциации.
• 4. На основе теории Бутлерова.

На основе атомно-молекулярного учения дается первое представление об относительной атомной массе и сущности понятия «химический элемент», как виде атомов, отличаются друг от друга атомной массой. Дается представление о валентности, как свойстве атома присоединять к себе определенное число атомов другого элемента, свойстве образовывать молекулу.

Схематично это можно изобразить так:

Атомно-молекулярное учение.

Очень важно на первом этапе разграничить понятия «химический элемент» и «простое вещество». Для этого можно использовать химические диктанты. Например, проставить в столбиках номера предложений, в которых речь идет о простом веществе или химическом элементе.

Простое веществоХимический элемент

1. «Мы дышим кислородом.» 2. «В состав воды входит кислород.» .

В столбик «Простое вещество» ставится цифра «1», а в столбик «Химический элемент» — цифра «2». Сами предложения не записываются.

Дальнейшее усложнение этого понятия дается на основе периодического закона и теории строении атома.

" Химический элемент — вид атомов с определенным зарядом ядра". Вводится понятие об изотопах — элементах, имеющих одинаковый заряд ядра, но разную атомную массу.

Периодический закон.

Далее идет углубление этого понятия на основе теории электролитической диссоциации.

В курсе органической химии теория строения органических веществ ведет к дальнейшему углублению этого понятия:

Методика формирования и развития системы понятий о химической реакции В курсе химии средней школы четко различают 6 компонентов понятия «химическая реакция», которые рассматриваются в единстве и формируются постепенно:

• 1. Признаки сущности реакций.
• 2. Закономерности возникновения и протекания.
• 3. Количественные характеристики.
• 4. Классификация.
• 5. Практическое использование.
• 6. Методы исследования.

Химическая реакция должна характеризоваться с позиций всех шести блоков. Каждый из них имеет свою структуру.

Например, структура содержания понятий о классификации химических реакций имеет такой вид:

Классификация химических реакций

Система понятий о сущности и признаках химической реакции может быть представлена двумя сторонами: внешние признаки и внутренние. Внешние признаки (цвет, газ, тепло, осадок) изучаются в теме «Первоначальные химические понятия» .

Понятие о внутренней сущности реакций развивается постепенно, усложняясь от теории к теории.

Атомно-молекулярная теория, рассматривая сущность химической реакции, объясняет ее, как перегруппировку атомов.

Теория химической связи — как процесс разрыва одних связей и образования других.

Теория электролитической диссоциации — как взаимодействие ионов.

Закономерности протекания химических реакций выражены понятиями об скорости химической реакции, катализе, химическом равновесии.

Количественная сторона химической реакции отражается в расчетах на основе:

• 1)закона сохранения массы вещества при химических реакциях;
• 2)молярных отношений реагирующих веществ (массовых и объемных);
• 3)термохимических расчетов.

Развитие этих понятий выражено в постепенном усложнении расчетов.

Необходимым условием изучения химических реакций является демонстрационный и ученический эксперименты, практические работы.

При изучении химических реакций широко применяется самостоятельная работа, а также разнообразные наглядные средства обучения: химическое оборудование, таблицы, кинофильмы и др.

Периодического закона Д. И. Менделеева Место темы в школьном курсе химии и ее учебно-воспитательное значение На тему «Периодический закон и периодическая система химических элементов» отводится 17−20 сылки для изучения вещества, исходя из проблемы: строение — свойства.

К этой теме учащиеся возвращаются постоянно, рассматривая свойства втеме.

Углубление знаний периодического закона осуществляется в 11 классе в курсе «Общая химия», где более полно рассматривается электронная структура атома, идет знакомство с d_ и f_элементами.

В 8ки и химической промышленности.

Учитывая уровень знаний учащихся 8 класса, на изучение параграфа «Пному открытию.

Первоначально в книге «Основы химии» он описал химию четырех элементов в порядке возрастания валентности: H (I), O (II), N (III), C (IV), то есть первоначально за основу изучения свойств элементов он взял валентность. Но впоследствии, так как многие элементы проявляют переменную валентность, он в основу классификации, как постоянную величину, взял атомную массу.

Структурировав известные в то время 63мических элементов.

Таким образом, открытию Периодического закона предшествовали следующие, накопившиеся у Д.И.ей данные:

• 1. Научные знания о физических и химических свойствах элементов и формах их соединений (оксидах, основаниях, кислотах).
• 2. Сопоставление свойств элементов в группах (галогены, щелочные металлы и др.).
• 3. Валентность элементов и ее изменения.
• 4. Связь свойств элементов с их атомной массой.
• 5. Предположения о зависимости свойств элементов от внутреннго строения атома.

Такое ознакомление учащихся с диалектикой процесса научного открытия показывает роль и необходимость знаний о предмете химии для обрый, безусловно, существовал и до его открытия.

Вторая сторона цели урока состоит в том, чтобы создать проблемную ситуацию, разрешая которую, учащиеся становятся на путь исследователей.

Ход урока может быть представлен следующим образом:

Учитель:Воспользуемся нашими знаниями свойств водорода и кислорода, классов неорганических соединений, а также галогенов и щелочных металлов. Пойдем по пути Д. И. Менделеева. Расположим 18 химических элементов от водорода до аргона в порядке возрастания их атомных масс. Будем работать вместе. Причем запись сделаем в одну строку на двух листах тетради, с интервалами между химическими знаками для формул оксидов и гидроксидов.

Графы таблицы:

• -порядковый номер элемента;
• -химический знак (символ химического элемента);
• -относительная атомная масса;
• -высшая валентность по кислороду (заполняется в форме беседы);
• -формула оксида (обращается внимание на составление формул бинарных соединений по валентности элементов, устанавливается характер оксида);
• -формула гидроксида;
• -характер гидроксида.

Последние две графы, как и предыдущие, заполняются в ходе беседы (оставляется место для графика).

Например, Учитель: Расскажите о натрии.

Ученик:Натрий одновалентный щелочной металл. Его оксид Na2O. Это основной оксид. Его гидроксид NaOH — щелочь.

В процессе такой аналитико-синтетической работы с учащимися закрепляются их знания о свойствах основных, кислотных и амфотерных оксидов и соответствующих гидроксидов. Под руководством учителя заполняются две последдороду". Первый урок на этом заканчивается.

На втором уроке по данной теме используется составленная на первом уроке таблица и производится анализ изменений свойств элементов и форм их соединений с тем, чтобы на этой основе подойти к пониманию явлений периодической изменяемости и к выводу Периодического закона. Здесь учитель использует эксперимент и условное графическое изображение изменнений.

Если все уроки проводятся в химическом кабинете, целесообразно до урока воспроизвести таблицу на доске. При ее разборе удобны цветные мепросов:

• 1. Что явилось причиной поисков естественнонаучной классификации элеметов?
• 2. Какие научные данные привели Д. И. Менделеева к открытию Периодического закона?
• 3. В какой последовательности на прошлом уроке мы располагали 18 химических элементов?
• 4. Что отражено в составленной нами таблице?

Затем сообщается цель урока и с помощью химического эксперимента и аналогии исследуется составленная таблица.

Отмечается закономерная повторяемость (вывод делают учащиеся):

• -возрастание высшей валентности по кислороду;
• -уменьшение основных и нарастание кислотных свойств;
• -возрастание, а затем уменьшение валентности по водороду;
• -ослабление металлических свойств;
• -усиление неметаллических свойств.

Все эти зависимости графически отображают учащиеся в тетради, а учитель на доске. Для демонстрации ослабления металлических свойств ис делают вывод об увеличении силы кислот в этом ряду.

После того, как все зависимости отражены графически, учителю необходимо добиться от учащихся осмысливания слова «периодичность». Желательно, чтобы учащиеся сами назвали это слово. Сделать это можно на примере разбора повторяемости таких явлений, как смена суток, времени года и т.д. Затем вновь внимание обращается на условие составления таблицы, и учащиеся таким образом подводятся к самостоятельному выводу: если расположить химические элементы в порядке возрастания их атомных масс, обнаруживается, что свойства простых веществ и форм их соединений периодически повторяются. Учитель подчеркивает, что к этому выводу в результате многолетних раздумий и экспериментальной работы 1 марта 1869 года пришел Д. И. Менделеев и назвал его Периодическим законом. Дается точная формулировка закона, отмечается, что этот закон существовал в природе и существует независимо от нашего сознания.

На заключительной части урока проводится обобщающая беседа по двум урокам. Внимание учащихся фиксируется на тех свойствах элементов и формах их соединений, которые позволяют осмыслить суть периодичности.

При последующем ознакомлении со структурой Периодической систго закона на последующих уроках.

Завершая изучение Периодического закона, учащиеся очень твердо должны:

• 1. Знать его формулировку и физический смысл.
• 2. Уметь пользоваться периодической системой и законом для обяснения свойств веществ.
• 3. Уметь характеризовать строение атома и химическую связь, исходя из пложения элемента в периодической системе.
• 4. Уметь объяснять периодические изменения металлических и нтельных свойств.

В тему «Периодический закон и периодическая система» включен водр.