Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Химия»Содержание №42/2002

КОНКУРС «Я ИДУ НА УРОК»

Химия и...

Сегодня для учителей очень важной проблемой является проведение интегрированных уроков. Этой проблеме уделяется мало внимания, поэтому предлагаю разработку такого урока.

Девиз урока: «Мыслящий ум не чувствует себя счастливым, пока не удастся связать воедино разрозненные факты, им наблюдаемые» (Д.Хевеши).

Реактивы и оборудование: растворы FeCl3, красной кровяной соли, щавелевой кислоты, 25%-й NH4OH, HCl (конц.); два стакана, фильтры; на партах учащихся – таблица химических элементов Д.И.Менделеева, раздаточный материал.

Ход урока

Учитель. На нашем уроке мы обратимся к тем знаниям и законам, которые вы усвоили в течение всех лет обучения, и постараемся доказать единство законов природы.

Говоря о теориях, с успехом используемых в физических, химических, биологических науках, мы не можем не упомянуть квантовую теорию. Начало положено гипотезами М.Планка, согласно которым атомы и молекулы излучают и поглощают энергию не непрерывно, а порциями – квантами. Далее эта теория обогатилась работами Э.Резерфорда, Н.Бора. Постулаты Бора знают все ученики, а вот почему квантовые представления являются основой объяснения явлений в современной картине мира – это понятно не каждому. Понятие о квантах мало применяется при объяснении явлений на уроках химии, биологии и даже физики: фотоэффект, давление света, фотография. Все! А за окном плывут облака, солнышко светит, а где же кванты?

У поверхности Земли солнечный спектр практически начинается с 290 нм. Почему более короткие волны не доходят до Земли? Виновник О3. В озоновом слое (высота 10–50 км, максимум концентрации озона на высоте 20–25 км) происходят химические реакции под действием квантов света:

На кодоскопе:

Учитель. Пока озон «работает», мы можем побродить по лесу, по любимым местам и постараться объяснить встречающиеся явления с помощью знаний о квантах (дискретность в микромире). В лесу по-весеннему пахнет землей, на березах появились листья, и начинается работа зеленых тружеников. Ни на секунду не прекращается работа, благодаря которой все живое получает О2 и пищу.

Как же называется этот процесс? (Фотосинтез.) С чего он начинается?

Молекула хлорофилла поглощает квант света, а далее синтез СО2 и Н2О происходит до углеводов:

На кодоскопе:

Учитель. Это, конечно, схема, но ученые более 200 лет бьются над решением проблемы: как же происходит этот процесс? Например, как энергия кванта света преобразуется в энергию того вещества, которое дает энергию для синтеза органических веществ.

Чтобы ответить на этот вопрос, необходимы знания не только химии, биологии, но и других наук.

  • Рассмотрим лист растения. Присмотритесь к нему – он плоский и широкий. Почему? (Максимальная поверхность для восприятия солнечных лучей, для газообмена с воздухом.) Где же происходит фотосинтез? (Пластиды – хлоропласты.) Пластиды – органоиды растительных клеток. Пластиды, окрашенные в зеленый цвет, – хлоропласты.

Хлоропласты имеют вид эллипса, и в зависимости от освещенности хлорофилл меняет свое расположение, что защищает лист от перегрева.

На кодоскопе:

Учитель. С чего начинается фотосинтез? Часть упавших фотонов света поглощается хлорофиллом. Когда молекула хлорофилла поглотит фотон, электрон переходит с низкого энергетического уровня на более высокий. Такой электрон называется «возбужденный». Но он не может находиться долго в таком положении и переходит обратно, отдавая энергию. Электрон можно сравнить с мячом, который поднимается по ступенькам и скатывается, превращая свою энергию в потенциальную энергию нового вещества.

Но вот парадокс! Ночью хлорофилл «отдыхает», хотя недостатка в электромагнитном излучении нет: земля испускает инфракрасные лучи, растения тоже, но почему же не идет фотосинтез? (Мала энергия.)

В процессе эволюции растения научились аккумулировать энергию солнца. Когда в условиях полярного дня пробовали выращивать растения, они были чахлые, плохо плодоносили. Выходит, что у растений своя жизнь: «дневная» и «ночная» смена возможна только благодаря квантовой теории. Если бы непрерывно поглощался свет, то растения были бы другие!

  • Как красивы лепестки нежно-фиолетовой сон-травы. Зачем цветку красота? Постараемся понять. Форма цветка – вогнутое зеркало, фокусирующее отраженные от венчика пучки света в центр цветка, где происходит оплодотворение. Если в окружающей среде температура равна нулю, то внутри цветка – 8 °С.

Почему многие весенние цветы имеют фиолетовую, лиловую окраску? Биологи знают, что за это отвечают антоцианы (от греч. «антос» – цветок и «цианос» – синий). Многие ученые считают, что антоцианы предохраняют растения от действия низких температур. Синяя окраска цветка позволяет поглощать больше энергии света, чем, например, желтая. Но вот солнце пригревает сильнее, и на берегах озер, болот появляются калужница, лютики – желтого цвета. Почему? Живут они у берегов, в местах, где нет тени, зарослей, и если бы имели другую окраску, то «сварились» бы... Таким образом, окраска цветка обусловлена жизнестойкостью.

«В каждом растении ты видишь влияние вечных знакомств, громче и громче с тобой каждый цветок говорит». (И.В.Гёте.)

Проведем опыт, доказывающий влияние квантов света на химические вещества.

  • Опыт. В раствор хлорида железа(III), щавелевой кислоты, красной кровяной соли опустить фильтровальную бумагу и затем высушить ее. Фильтровальную бумагу положить на солнечный свет, предварительно положив на нее какой-либо силуэт. Через 10–15 мин силуэт снять – вокруг силуэта краска обесцвечена благодаря действию света.

Учитель. Когда мы говорим об общих законах, теориях, то нельзя обойти теорию строения вещества, основа которой – периодический закон.

Вы привыкли пользоваться им на уроках химии. Вы знаете, как определить свойства веществ, не проводя опыта? Как можно определить физические свойства по таблице, получить вещества с заданными свойствами, выбрать вещества с определенной температурой плавления? Посмотрим, как вы знаете закон Д.И.Менделеева.

  • З а д а н и е. Периодический закон Д.И.Менделеева.

Вариант 1

1. Определите элемент с электронной формулой 1s22s22p5.

а) N; б) О; в) F; г) Ne.

2. Определите элемент, в атоме которого 15 протонов (заряд его ядра +15).

а) N; б) Р; в) О; г) Si.

3. Как изменяются металлические свойства в ряду элементов Аl ® Si ® Р ® S?

а) Не изменяются;
б) изменяются периодически;
в) металличность уменьшается;
г) металличность увеличивается.

Вариант 2

1. Определите элемент с электронной формулой 1s22s22p3.

а) N; б) О; в) F; г) Ne.

2. Определите элемент, в атоме которого 17 электронов, причем на наружном слое находится 7 электронов.

а) N; б) F; в) Сl; г) О.

3. Как изменяются металлические свойства в ряду элементов N ® P ® As ® Sb?

а) Не изменяются;
б) изменяются периодически;
в) металличность уменьшается;
г) металличность увеличивается.

Задание выполняется в течение 3 мин, за каждый правильный ответ – 1 балл.

Учитель. Но периодичность в природе представлена не только законом Д.И.Менделеева. Где еще наблюдается периодичность? (Движение планет вокруг солнца, движение электрона и т. д.)

Посмотрите на рисунок (см. с. 16), вас не удивляет, что рядом с фрагментом таблицы Д.И.Менделеева – иллюстрация к биогенетическому закону? Каждая особь в индивидуальном развитии (октогенез) повторяет историю развития своего вида (филогенез). Октогенез – краткое повторение филогенеза.

Странно, внутри атома аргона «спрятан» атом неона, а на первоначальной стадии человеческого зародыша (поз. 1, г) – зародыш как будто «рыбы». Но повторение не полное, иначе выросла бы рыба.

В живой природе можно найти множество примеров полной повторяемости. Ритм – это форма существования живого.

В любом организме органы, ткани, клетки работают ритмично. Даже мембраны пропускают ионы в определенном ритме. Ритм нарушился – нарушается жизнедеятельность.

Ритмично работают органы кровообращения, дыхания, эндокринная и нервная системы. Например, сердечная деятельность, цикл которой составляют сокращение (систола) и расслабление (диастола) предсердий и желудочков сердца. Это отражено в кардиограмме, по ней по характеру изменения периодичности можно определить заболевание. Что произойдет, если ритм собьется? Пока электрон движется – атом целый, если Земля вращается – все в порядке. Каждый организм подчинен суточной сезонной периодичности, а это обусловлено движением Земли вокруг Солнца.

Растения нашей зоны бурно развиваются до середины лета, а затем (хотя и тепло, и много воды) рост замедляется. Среди ритмов в природе привлекают внимание геологические «волны жизни». (Ученый А.Л.Чижевский установил, что Солнце влияет на рост древесины, время цветения, вековой и годовой уровень смертности и т. д.) Если нарисовать себе общую картину периодичности (ритмов) в природе, то можно вспомнить слова великого Гераклита: «Этот мировой порядок не создан никем из богов и никем из людей, но он был, есть и будет вечно живым огнем, мерами угасающим и мерами вспыхивающим».

Открытие закона положило начало развитию многих направлений наук, смежных с химией. Можно пофантазировать – не ошибетесь.

На кодоскопе:

  • Самостоятельная работа (1 мин). За каждые названные три направления науки – 1 балл (взаимопроверка).

Учитель. Мы говорим, что химия, физика, биология связаны единым законом природы. Может, кто-то считает, что гуманитарные направления не связаны с химией. Давайте вспомним литературу, историю.

Войска Александра Македонского захватили полмира, но... столкнулись с болезнями. Причем офицеры и солдаты ели из одного котла, но офицеры болели меньше. Дайте объяснение этому явлению. (Серебряная посуда.)

Экспедиция Р.Скотта, покорителя Южного полюса, погибла в полном составе. Объясните причины гибели экспедиции. (Оловянная чума.)

Расширим круг знаний о взаимосвязи химии и литературы, истории, русского языка, географии и, самое главное, убедимся, что законы природы – едины!

  • З а д а н и е. Химия и гуманитарные науки.

Вариант 1

Литература

1. «Тогдашняя война застала меня в Красноводске. Пахнущий нефтью и негашеной известью город встретил меня не так радушно...»

«Карантин», В.Е.Максимов.

Найдите ошибку:

а) нефть не имеет запаха;
б) нефть имеет запах;
в) негашеная известь пахнет;
г) негашеная известь не пахнет.

История

2. Царю и знати принадлежали поля и виноградники, тучные стада и бронзовая руда, которую добывали в горах Урарту.

Найдите ошибку:

а) бронзовой руды не существует;
б) в горах не растет виноград;
в) бронзовая руда существует;
г) ошибок нет.

Русский язык

3. Найдите названия, не относящиеся к NаОН:

а) каустическая сода;
б) каустик;
в) едкий натр;
г) кальцинированная сода.

География

4. Найдите элемент, который не назван в честь страны:

а) германий;
б) франций;
в) рутений;
г) самарий.

Вариант 2

Литература

1. «Сегодня Черная Зоя сдавала экзамен и вдруг как шлепнется в обморок. Сейчас же опрыскали водой, дали понюхать нашатырю, и... она встала...»

«Дневник Кости Рябцева», Н.Огнёв (настоящие имя и фамилия – М.Г.Розанов).

Назовите формулу нашатыря. В чем кроется ошибка?

а) NH3;
б) NH4ОН;
в) NH4Сl;
г) NH4NO3.

История

2. Царица Клеопатра жемчужину опускала в уксус, а затем его пила. Почему не погибла Клеопатра?

а) Желудок Клеопатры был тренирован;
б) жемчуг реагирует с уксусом;
в) это был не уксус;
г) это просто легенда.

Русский язык

3. Найдите названия, не относящиеся к СО2:

а) «сухой лед»;
б) оксид углерода(IV);
в) двуоксид углерода;
г) угарный газ.

География

4. В наименовании каких элементов нельзя прочитать названия рек:

а) радон;
б) нильсборий;
в) индий;
г) барий.

Задание выполняется в течение 3 мин, за каждый правильный ответ – 1 балл (взаимопроверка).

Учитель. Надеюсь, урок был добрым, веселым, и вы убедились, как говорил А.Дистервег, что «...не в количестве знаний заключается образование, а в понимании и искусном применении того, что знаешь».

«И снова умрешь, и появишься снова,
Год ли спустя, миллион ли годов,
Частный случай на вечной основе –
Который мгновенно возникнуть готов.
Да, я родился, проживу до 100,
Чтобы затем навсегда умереть,
Но я – электронов случайная доза,
А эта случайность возможна и впредь».
                                     И.Сельвинский

Литература

Ильченко В.Р. Перекрестки физики, химии и биологии. М.: Просвещение, 1986.

А.Б.Кузнецов,
учитель химии
(с. Орда, Пермская обл.)