Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Химия»Содержание №35/2003

О ХИМИИ С УЛЫБКОЙ

О ХИМИИ ПО ТЕЛЕФОНУ...

Два слова предисловия – дочка подружки перешла в восьмой класс.
Иными словами, у нее началась химия...

РАЗГОВОР ПЕРВЫЙ

– Ольга! Ты же химик! А у нас практическая...
– Давайте вашу «практическую» к телефону.
– Тетя Оля, мы делали практическую работу «Отделение поваренной соли от песка», и нам дали на дом дописать, а что писать, я не знаю...
– Ха! А я сама никогда толком не знала, что писать в практических. Читай, что ты уже успела написать.
– Что делали – растворяли соль вместе с песком в воде, что наблюдали – ...
– Стоп, стоп! Что точно вы делали?
– Ну, насыпали смесь соли и песка в стаканчик с водой и помешали палочкой.
– Вот! Так и записывай!
– ...А дальше – что наблюдали: соль растворилась... А что в выводах писать, я не знаю...
– Оль! (Дочку подруги тоже зовут Оля.) «Соль растворилась» – это вывод, а что наблюдали, надо вспоминать. Например, можно написать, что горка смеси на дне стакана после перемешивания стала меньше...
– Да. И вода стала мутная и вся в каких-то мусоринках...
Из этого, кстати, делаем вывод, что песок для смеси был взят, прямо скажем, не очень чистый... И вообще, в каком классе и на каком уроке надо учить детей отвечать на вопрос «что наблюдали?»...

РАЗГОВОР ВТОРОЙ

– У нас сегодня валентность! Я даже со школы что-то помню, но объяснить дочке никак не могу. Я уже пробовала, только поссорились.
– Ясно. Будем пробовать вместе.
Время – полдесятого вечера. М-да. Сажусь поудобнее, беру на всякий случай ручку и листочек.
– Тетя Оля, нам объясняли валентность, как руки... Ну, что какая у атома высшая валентность, столько у атома рук. Только я не поняла, когда валентность низшая, куда эти руки деваются?
– Оль, понимаешь, в атоме электроны предпочитают жить парами. Как, собственно, и почти все в природе. Вы строение атома проходили?
– Не-а.
– А по физике? – говорю я с надеждой в голосе.
Вроде в мою бытность ученицей мы по физике прошли строение атома раньше? Или это я сама где-то вычитала?
– Не-а.
– Ладно. (Я не знаю, как объяснить валентность совсем без «строения атома».) В общем, атом состоит из протонов, нейтронов и электронов. Причем протоны и нейтроны тяжелые, они, собственно, и создают атомную массу, а электроны – они легкие и заряжены отрицательно... А протоны, кстати, – положительно...
– А нейтроны – нейтральны, то есть никак не заряжены.
– Ну да... Протоны и нейтроны находятся в ядре, в центре, а электроны «крутятся» вокруг них и создают объем атома. Природа создала атом так, что протоны и нейтроны имеют массу, почти не имея объема, а электроны, наоборот, занимают объем, почти не имея массы. И в этом объеме атома электроны расположены не как попало, а слоями. И валентными являются, собственно, электроны внешнего и иногда предвнешнего слоев, а остальные просто живут в атоме, и все. Ты чего-нибудь поняла?
– Тетя Оля, не волнуйтесь, я вроде бы все пока поняла.
– Да, так вот, как я уже сказала, электроны любят спариваться, образовывать пары с себе подобным. Причем им иногда не так уж важно, к какому именно атому они принадлежат. Если спариваются электроны разных атомов, то получается химическая связь, и мы говорим про валентность, а если пару образуют электроны одного атома, то химическая связь не образуется, тогда как раз получается не высшая валентность... Но все электроны держатся за руки, а если электроны за руки не держатся, то получаются свободные радикалы. Короче, когда все валентные электроны-руки атома держатся за руки-электроны соседних атомов, то валентность высшая, а когда часть электронов-рук держатся друг за друга внутри атома, то валентность не высшая...
– Тетя Оля, нам еще сказали, что валентность можно определить по таблице Менделеева...
– Ольга! – это в разговор вклинилась мама. – Ты представляешь, в этом учебнике нет таблицы!
– Как это?.. Где-то должна быть.
– Совсем нет! А между прочим, учебник рекомендован Министерством образования... (Л.С.Гузей и другие, «Химия. 8 класс», в мягкой обложке.)
– Не смешно. Ну хоть какая-то таблица у вас есть?
– Есть, нашли в энциклопедическом словаре, но с ней работать неудобно.
– Ну так вoт. (Снова дочка). Нам сказали, что номер группы, ну это то, что вверху, – это высшая валентность. И еще сказали, что у кислорода всегда валентность два... Но ведь кислород в шестой группе?..
– Ольгуш, понимаешь, химия тем и интересна, что любое правило имеет громадное количество исключений...
Залезла потом уже в учебник по химии: валентность — это способность... Но выражается она целым числом, от единицы до восьми.
Восьмибалльная система оценки способности... А способности вообще можно оценивать по балльной системе? Долго потом ходила и думала, что такое валентность. И нужна ли она в школе вообще? Вспомнила, что нужна. Правда, только в одном случае – фраза для заучивания, на манер таблицы умножения: «Во всех органических соединениях углерод четырехвалентен».
И все. Формулы удобнее составлять по степени окисления. В экзаменационных билетах валентности нет... И все же, что такое валентность в химии, но попроще, чтоб понятно было оболтусу переходного возраста? Валентность химического элемента – это число, показывающее, со сколькими одновалентными атомами способен образовать связи атом данного элемента в данном, конкретном состоянии. Вот состояние-то и играет решающую роль.
Например, чтобы атом фосфора стал способен соединиться с максимальным для себя количеством одновалентных атомов – с пятью – его надо сначала «возбудить» – разъединить уже сложившуюся пару электронов, затратив на это энергию. А затраты надо компенсировать. И на атомном уровне тоже. Только дочке подружки я все эти рассуждения не рассказала – у нее была уже новая проблема: расчеты по химическим формулам.

РАЗГОВОР ТРЕТИЙ
(Точнее – монолог)

Очень обидно получить «3» по химии из-за математики. Тем более что уметь рассчитывать долю чего-то от чего-то вообще полезно для жизни. Значит, надо «замотивировать» на математику. Слово это «психологическое», звучит красиво, а означает в конечном итоге все тот же интерес к тому, что делаешь.
Сначала немного общих фраз. Расчет доли, части от целого стандартен: кусочек делим на все вместе. И все. Получаем число, обязательно меньше единицы. Ах, да, иногда в процессе решения приходится умножать. Например, в портфеле массой
3 кг лежат кеды (одна пара), а один спортивный ботинок имеет массу 300 г. Посчитайте массовую долю кед в портфеле. Ничего нет легче: 300 г одного ботинка умножаем на два, поскольку их два, и делим на 3 кг портфеля. Ах, число получилось больше единицы? Правильно, надо делить циферки с одинаковой размерностью, то есть граммы делить на граммы, а на килограммы делить килограммы. Поделили и получили, что доля «физ-ры» в портфеле составляет одну пятую, или две десятых, или двадцать процентов. Удобнее всего работать с единицами и десятками, а не с числами меньше единицы. Вот и в химии все точно так же, только циферки не так легко сокращаются.
Теперь рассмотрим обратную задачу – по известным долям восстановить целое. Решать ее сложнее настолько же, насколько сложнее ходить задом наперед, – если не торопиться, то все легко получается. Например, надо узнать, сколько тетрадок, учебников и прочего было в портфеле (найти его «формулу»). Дано: портфель, в котором 60% по массе занимают учебники, 20% – кеды, 11% – дневник и 9% – тетради (для простоты будем считать, что больше в портфеле ничего нет, а сам он невесомый). Еще известно, что масса набитого портфеля не нарушает нормативы для младших школьников – она меньше 5 кг, один учебник – 600 г, один спортивный ботинок – 300 г, один дневник – 330 г и одна тетрадь – 90 г.
Что делаем? Смотрим, что у нас есть: доли и массы. Если массу части разделить на долю этой части в целом, то мы получим массу целого. Не веришь – пиши пропорцию:
масса части – это «икс» процентов,
масса целого – это сто процентов.
Перемножаются крест-накрест: масса части, умноженная на сто процентов, равна массе целого, умноженной на этот самый «икс» процентов. Отсюда понятно, как найти массу целого.
Основная хитрость заключается в том, что массу портфеля мы будем искать, деля все известные нам массы частей на их доли:
учебник – (600 г : 60%)•100% = 1000 г,
спортивный ботинок – (300 г : 20%)•100% = 1500 г,
дневник – (330 г : 11%)•100% = 3000 г,
тетрадь – (90 г : 9%)•100% = 1000 г.
Поделили. Получили несколько разных масс. Почему? Потому что частей в целом может быть не одна, а две, три... Ну, например, с кедами. Ясно, что их два. Тогда и левую, и правую части равенства необходимо умножить на два:
2•(300 г : 20%)•100% = 1500•2 = 3000 г.
Столько же весит портфель при расчете через «дневник», что подтверждается логически – дневник в портфеле обычно один. И масса – 3 кг меньше пяти, как по условию.
Итак, мы выяснили, что в портфеле находится один дневник, два кеда и по три штуки учебников и тетрадей (уравнения про учебники и тетради надо умножить на три, чтобы масса портфеля стала едина для всех случаев).
Формула портфеля получается: К2ДТ3У3.
Совсем как в химии.

РАЗГОВОР ЧЕТВЕРТЫЙ

Уравнения химических реакций. Это – песня. Для тех, кто понимает.
– Тетя Оля, у нас начались уравнения реакций и расчеты по ним, и завтра контрольная, а я чего-то не очень это поняла.
– Эx, Ольга, запомни: химия – это наука, говорящая на своем языке. А первое, что мы учим в новом для нас языке, – это алфавит. Символы химических элементов надо выучить. Лучше бы всех, но необязательно. Но верхние четыре периода знать надо, как таблицу умножения, пусть ночью разбуди... Чтоб не елозить по полчаса носом по таблице Менделеева. Учишь название и символ.
– Но я сейчас не успею...
– К следующему уроку выучи. Пригодится. А сейчас, ладно, будем с таблицей работать. В общем, из символов-букв складываются формулы – слова, а из них уравнения реакций – целые фразы на химическом языке. Во всяком языке есть правила. Вот и в химии тоже. Чтобы правильно составить химическое уравнение надо:
написать формулы веществ, вступающих в реакцию, разделяя их математическим знаком «плюс»;
поставить стрелочку (пока), потом заменим ее на знак равенства;
после стрелочки написать те вещества, которые получились в результате реакции.
Это мы получили схему реакции. Давай попробуем конкретно. Водород взаимодействует с кислородом...
– А как пишется водород?
– Читаю по буквам: аш-два плюс о-два – молекулы и водорода, и кислорода двухатомны, – стрелочка, аш-два-о.
– Написала.
– Теперь надо поставить коэффициенты. здесь это просто: справа у нас один атом кислорода, а слева – два. Значит, надо поставить двойку в правой части...
– А куда? Перед кислородом в молекуле воды?
– Нет! Формулы едины и неделимы! При постановке коэффициентов. Ты, кстати, знаешь, что такое коэффициент?
– Знаю. Это такие большие циферки в уравнении, а маленькие называются индексами.
– Да. Индекс показывает, сколько атомов одного вида содержится в молекуле, а коэффициент показывает, сколько штук молекул...
– Но я все равно не понимаю.
Судорожно ищу метафору для объяснения... Ага, Ольга в свое время что-то плела из бисера...
– Оль, ты раньше плела что-то из бисера?
– Ну да, давно, правда.
– Представь, что перед тобой стоят коробочки с бисером, но не с простым, а с особым – все бисеринки соединены проволочками по две. Бисеринок две, а «штука» из них одна...
– Представила.
– Стоят перед тобой две коробочки такого бисера. Зеленого и, например, белого цветов.
– Ага.
– А тебе надо сделать «штуку», состоящую из двух зеленых и одной белой бисерины. Мысленно возьмем зеленую штуку из двух бисерин, разъединим, положим на стол, возьмем и разъединим так же штуку белую и сделаем то, что нам надо. Осталась одна белая бисерина.
– Понятно, надо взять еще одну зеленую штуку...
– Вернемся к нашим «баранам», то есть к нашему уравнению реакции. Куда надо вписать цифру «два» в правой части?
– Ой! А у меня места нет...
– Перепиши уравнение, чтоб место было! (Время – десять вечера!!!)
– Переписала и коэффициент поставила.
– Читай.
– Аш-два плюс о-два равно два аш-два-о.
– Все хорошо, только посчитай теперь, сколько у тебя атомов водорода в левой и правой частях...
– Ой, тут два, а там четыре, значит, перед водородом ставим два... Два аш-два плюс о-два равно два аш-два-о.

О.Р.ВАЛЕДИНСКАЯ