Химия и математика 8 кл Турацкова С

Болгарская средняя общеобразовательная школа №1
Проект «Математика вокруг нас» на тему: «Химия и математика».
Добавить 0,2 кг.
0,2 кг =200г.
Работу выполнила ученица 10 класса БСОШ №1 Турацкова Светлана.
Руководитель проекта Котельникова Ирина Евгеньевна.
Место проведения конкурса – БСОШ №1.
2015 год.
ВВЕДЕНИЕ.
Цель проекта:
 найти точки соприкосновения двух наук: математики и химии;
 определить значимость арифметических действий в химических целях.
Основная задача работы:
Рассмотрение математических методов в химии, как для
общеобразовательных классов, так и для дополнительного образования.
Актуальность:
Данная тема актуальна, потому что область применения математики в химии
велика, а химия составляет все наше окружение.
Практическая значимость данной работы:
Данный материал может быть использован на уроках химии, на внеклассной
деятельности или для повышения уровня своих знаний.
ИСТОРИЯ.
Первая попытка по
математизации химии была
сделана М. В. Ломоносовым.
Его рукопись Elementa Chimiae
Mathematicae («Элементы
математической химии», на
латыни), была найдена после
смерти среди его бумаг. Книга
была ориентировочно написана
в сентябре 1741 года. Видимо,
Ломоносов, вдохновленный
работой Principia И. Ньютона,
намеревался написать
подобный химический трактат,
в котором он хотел изложить
все существующее на тот
момент химическое знание в
аксиоматической манере.
В 19 веке понятие
«математическая химия»
использовал Дюбуа-Реймон.
Первым математиком, который заинтересовался комбинаторными аспектами
химии, считается Артур Кэли (1821—1895). Он опубликовал в 1875 году
работу в Berichte der deutschen Chemischen Gesellschaft, тогда ведущем
химическом журнале, по перечислению алкановых изомеров. Эта работа
фактически является первой работой по применению теории графов в химии.
В 1894 была издана книга, названная «Принципы Математической
Химии»: Helm G. «The Principles of Mathematical Chemistry: The Energetics of
Chemical Phenomena» (1897).
В современной химии термин «математическая химия» был введен в 1970-х
годах. Первыми периодическими изданиями, специализирующимися в этой
области, являются журнал «MATCH Communications in Mathematical and in
Computer Chemistry», впервые изданный в 1975, и журнал «Journal of
Mathematical Chemistry», первое издание которого относится к 1987 году.
Математическая химия – это раздел химии, посвящённый применению
математики в химических задачах.
В школьной программе по химии в основном применяется арифметика.
Математические методы, применяемые в химии, имеют свои пределы
допустимости применения. Без учёта этого обстоятельства можем прийти к
ошибочным выводам. Кроме того, химия накладывает некоторые
ограничения в применении математических методов:
 Число атомов в молекулах должно быть положительным числом.
 Валентность почти всегда является натуральным числом.
 Многие физические величины, используемые для описания химических
веществ и реакций: масса, объём, концентрация, скорость реакции и др.
- могут принимать только неотрицательные значения.
 В химии нет отрицательных чисел.
 В химии нет понятия «бесконечность».
На примере таблицы можно проследить взаимосвязь между математикой и
химией.
Учебная тема





Масса, объем и количество
вещества,
Задачи с массовой долей выхода
продукта реакции
Расчеты массовой доли примесей
по данной массе смеси
Растворы
Определение формулы вещества
по массовым долям элементов
Математическое содержание
Уравнения, проценты, график
функции, построение и изучение
геометрических моделей
Использование математических связей при обучении химии выполняет
следующие функции:
 способствует решению чисто учебных задач по закреплению базовых
математических знаний, умений и навыков в процессе их постоянного
применения в обучении разным предметам, являясь важным фактором
совершенствования процесса обучения на всех его уровнях;
 позволяет закрепить профессионально значимые знания, умения и
навыки и создать положительный эмоциональный фон обучения
химии;
 повышает заинтересованность в изучении как химии, так и других
дисциплин;
 помогает развивать мышление;
 осуществляет интеграцию учебных дисциплин, показывая, как одни и
те же законы применяются в различных научных отраслях;
 выстраивает единую научную картину мира и тем самым вносит вклад
в формирование научного мировоззрения.
Межпредметные связи математики с химией имеют достаточно большие
потенциальные возможности, основанные на математических моделях
химических процессов.
Примеры присутствия арифметических действий в химии.
1. Ковалентная связь:
а) Образование связи.
На внешнем электронном уровне хлора содержится 7 электронов. Поскольку
электроны нижних уровней не принимают участия в химическом
взаимодействии, точками мы обозначили только электроны внешнего,
третьего уровня. Эти внешние электроны (7 штук) можно расположить в виде
трех электронных пар и одного неспаренного электрона:
После объединения атомов в молекулу из двух неспаренных электронов
атомов получается новая электронная пара:
В данной химической связи приходится использовать знания не только
химических процессов, но и познания в области логики и арифметики, то
есть мы используем математические методы в химии.
б) Длина связи.
Поскольку длина ковалентной связи является очень маленькой и «работать» с
такими числами не удобно используются математические средства перевода
единиц.
Так зная, что 1 нм (нанометр) = 10-9м, или 0,000000001 м, установили, что
длина одинарной связи между ядрами атомов в молекулах фтора составляет
0,14 нм, а в молекуле азота при тройной связи, длина составляет 0,11нм.
2. Использование перевода единиц для удобства при расчете задач по
нахождению молярной массы, количества вещества, числа молекул и
т.д.
Во многих задачах вместо общепринятых величин, то есть вместо величин
системы Си, даны величины с приставками (кило, милли и т.п.). Пользуясь
ими наши ответы часто не сходятся, хотя решение верно. Дело в том, что к
примеру приставка кило означает умножить на 1000. Естественно раз число
неравно числу, используемому нами, то и ответ получится неравен ответу, к
которому мы в конечном счете пришли.
В некоторых случаях мы сами переводим единицы измерения для удобства
работы с дальнейшими вычислениями. Например, если нужно сложить 0,025
кг и 0,125 кг, то можно перевести в граммы и сложить 25 грамм и 125 грамм.
В итоге для собственно комфорта мы применяем в химии математическую
модель перевода единиц.
СИ
Единицы измерения,
используемые в
химии
Соотношение единиц измерения
Масса, m
Кг
Г, мг, мкг, кг, т,
1г==103мг=106мкг=103кг =106т;
Количество вещества, n
моль
моль, кмоль, моль
1моль=103кмоль=103ммоль
Объём, V
М3
Л, дм3, мл, см3, м3
1л=1дм3=103мл=103см3=103м3
3. При расчете задач на определение массовой и объемной долей
компонентов смеси, то есть перевод долей в проценты и наоборот.
Процент — математический знак, означающий одну сотую доли. Поскольку
в химии используется математический знак, процессы с его использованием
будут включать в себя арифметические действия, то есть все задачи по курсу
химии, в которых присутствует массовая или объёмная доля будут связаны с
математикой.
Примеры задач с решением:
а) Смешали 0,4 г соли и 200 мл воды. Какова массовая доля соли в
полученном растворе?
Дано:
m(с) = 0,4 г
V(Н2О) = 200
мл
Решение:…………………………………………………
…………….. m(H2O) = 200 мл х 1 г/мл = 200 г
m (р-ра) = 200 г х 0,4 г = 200,4 г
2) m (H2O) = 50 – 0,5 = 45,5 г
w(c) =
w(с) =?
= 0,002 (0,2 %-ный)
Ответ: w(с) = 0,002 (0,2 %-ный)
б) Какие массы нитрата калия и воды необходимо взять для приготовления 2
кг раствора с массовой долей KN03 равной 0,05?
Дано
Решение:
1. Определим массу нитрата калия,
m(р-ра) = 2кг=2000 г; исходя из исходной формулы:
w(KN03)=0,05.
w(KN03)=m(KN03)/m(р-ра);
___________________ m(KN03)=w(KN03)·m(р-ра)
m(KN03)=0,05·2000г=100г
Найти:
m(KN03);m(H2O)
2. Определим массу воды:
m(р-ра)=m(KN03)+m(H2O);
m(H2O)=m(р-ра)-m(KN03O)
m(H2O)=2000г-100г=1900г
Ответ: m(KN03)=100г; m(H2O)=1900г
ВЫВОД
.
К изучению математики учащиеся средней школы приступают на
шесть лет раньше, чем к изучению химии. За этот период обучения они
приобретают значительный объем математических знаний, умений и навыков
по решению как арифметических, так и алгебраических задач. Правильное
использование учителем химии приобретенного учащимся объема знаний,
умений и навыков является той основой, которая в наибольшей мере
способствует успешному обучению их решению расчетных химических
задач.
Решение расчетных задач – важнейшая составная часть школьного
предмета «химия», так как это один из приёмов обучения, посредством
которого обеспечивается более глубокое и полное усвоение учебного
материала по химии и вырабатывается умение самостоятельного применения
полученных знаний.
Решение задач является одним из звеньев в прочном усвоении учебного
материала, так как формирование теорий и законов, запоминание правил и
формул, составление уравнений реакций происходит в действии.
В
решении
химических
задач
целесообразно
использовать
алгебраические приёмы. В этом случае исследование и анализ ряда задач
сводятся к преобразованиям формул и подставлению известных величин в
конечную формулу или алгебраическое уравнение.
В общем, химию без математики не освоить!
Используемые ресурсы:
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BC%D
0%B0%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1
%8F_%D1%85%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%8F
http://nashaucheba.ru/v50210/%D0%B1%D0%B0%D1%88%D0%BC%D0%B0%
D0%BA%D0%BE%D0%B2_%D0%B2.%D0%B8._%D1%85%D0%B8%D0%B
C%D0%B8%D1%8F?page=4
http://nsportal.ru/shkola/khimiya/library/mezhpredmetnye-svyazi-himii-imatematiki
http://www.hemi.nsu.ru/ucheb132.htm
http://alhimikov.net/tipzad/Page-1.html
http://otherreferats.allbest.ru/pedagogics/00079908_0.html