istoriya_v_himiix
advertisement
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение общеобразовательная школа-интернат № 1 основного общего образования г. Томска ИСТОРИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ В ШКОЛЬНОМ КУРСЕ ХИМИИ И МЕТОДИКА ИХ ИЗУЧЕНИЯ Автор работы: учитель химии и биологии Козьма Н.М. Томск – 2013 СОДЕРЖАНИЕ 1. Введение…………………………………………………………………....3 2. Предмет и общие задачи истории органической химии………………...4 3. Значение истории органической химии ………………………………....5 4. Историко-методологический аспект школьного курса химии……..…...9 5. Использование исторических сведений по органической химии в патриотическом воспитании учащихся………………………………….10 6. Практическая часть: 6.1. Урок «Введение в органическую химию»……………………….13 6.2. Урок «Теория химического строение органических соединений А.М. Бутлерова»……………………………………………………18 6.3. Урок «Вклад российских химиков в мировую цивилизацию»….27 6.4. Нетрадиционный урок «Именные реакции в органической химии»……………………………………………………………....34 7. Выводы…………………………………………………………………….51 8. Список литературы……………………………………………………....52 2 1. ВВЕДЕНИЕ За свою недолгую историю органическая химия как наука ушла далеко от своих истоков. Использование в повседневной педагогической практике исторических материалов зарекомендовало себя как эффективное средство гуманизации естественнонаучного образования. Этот прием позволяет формировать целостное видение предмета через провидение межпредметных связей, а также расширить кругозор учащихся, поскольку история науки – часть культурного наследия человечества. У современных школьников представления об истории этой науки весьма смутные. Практически все школьные учебники приводят разнообразные исторические справки, в основном в виде кратких биографий выдающихся химиков, но целостной картины о ходе развития науки химии они не дают. Многочисленные статьи о жизни и творческом пути великих ученых-химиков, опубликованные в периодической печати и электронных ресурсах, тоже раскрывают лишь отдельные стороны истории химии без общей систематизации материала. Неудивительно, что даже студенты-химики не имеют ясного представления об истории химии. Они с трудом могут вспомнить лишь несколько фамилий наиболее известных ученых, но не ориентируются в хронологии открытий в химии, не знакомы с современным уровнем развития химической науки. Целью данной работы является показать значение исторических сведений в школьном курсе органической химии для формирования и развития у школьников мотивации к изучению предмета. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи: 1. Проанализировать литературу, выделить основные тенденции использования исторического материала на уроках химии. 2. Разработать уроки разного типа с использованием исторических сведений в качестве одного из основных инструментов в решении поставленных задач урока. 3 2. ПРЕДМЕТ И ОБЩИЕ ЗАДАЧИ ИСТОРИИ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ История органической химии изучает и описывает процесс накопления химических знаний, развития химии и отдельных химических наук. Так как химия представляет собой науку о веществах и их превращениях, то предмет истории органической химии состоит в изучении и описании исторического процесса познания человеком «однородных веществ, из сложения которых составлены все тела мира, превращений их друг в друга и явлений, сопровождающих такие превращения»[1]. Очевидно, что составить представление об общем процессе развития химических знаний можно лишь на основе изучения отдельных сторон этого процесса, отдельных исторических явлений и событий, т.е. исторических фактов. Не следует, однако, думать, что задача историко-химического исследования может быть ограничена лишь собиранием и изучением одних лишь исторических фактов и их систематизацией, например в хронологическом порядке, без выяснения их взаимосвязи и обусловленности различными причинами и предпосылками. Чисто «фактологический» подход к изучению и описанию исторических процессов не может считаться научным в строгом смысле слова. Развитие химии происходило и происходит в результате постоянного накопления экспериментального материала, практического и производственного опыта в тесной взаимосвязи с возникновением идей и гипотез, с обобщениями экспериментальных данных, с созданием теорий, объясняющих химические явления и процессы, с установлением закономерностей и, наконец, с открытием общих законов природы. Химия относится к естественным наукам. Наряду со своими собственными, специфическими методами и приемами исследования химия широко использует достижения и методы других естественных наук и, прежде всего, физики. Поэтому в своем развитии химия самым тесным образом связана с успехами и достижениями физики и других естественных 4 и математических наук. Очевидно, что истинные причины и предпосылки исторических событий и явлений в развитии химии, направлений деятельности ученых и т. п. невозможно понять и объяснить, если рассматривать их в отрыве от всех этих факторов, связей и условий научного прогресса. Химия как наука в целом, представляет собой важнейший участок общественной деятельности людей, тесно связанный с другими участками и видами общественной деятельности и жизни общества. Поэтому было бы ошибочно рассматривать успехи и достижения химии лишь как результат личной инициативы в исследовательской деятельности ученых. Отсюда следует, что задача истории органической химии состоит в изучении и описании исторических явлений и процессов в развитии химии не только в определенной последовательности и взаимосвязи, но и в их обусловленности потребностями производства и общества, социально-экономическими условиями жизни общества, во взаимосвязи с развитием естественных и математических наук, философии, техники и другими общественными явлениями. Выполняя эту задачу, история органической химии имеет конечной целью открытие закономерностей в развитии химии в отдельные исторические эпохи и установление общих законов прогресса химии, позволяющих предвидеть пути дальнейшего развития химических наук. 3. ЗНАЧЕНИЕ ИСТОРИИ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ История органической химии изучает и описывает прошлое науки. Однако это не означает, что фактические данные и обобщения истории химии имеют лишь чисто познавательное значение и не представляют практической ценности для школьников. Напротив, знакомство со всем ходом исторического развития органической химии необходимо учащимся уже потому, что раскрывает различные стороны процесса накопления химических знаний, практического опыта, экспериментального материала и теоретических обобщений. Изучение истории отдельных открытий, исследований и достижений ученых, их неудач, ошибок, борьбы мнений, 5 влияния традиций и т. п. — все это дает возможность учащимся освоить и использовать в практической работе опыт научной и производственной деятельности многих поколений выдающихся ученых. Важной задачей истории органической химии является исторический анализ состояния химических знаний в различные исторические эпохи, оценка и критика гипотез, теорий, экспериментальных исследований и деятельности выдающихся ученых прошлого. Выполняя эту задачу, история химии воспитывает критический подход к идеям, теориям и методам работы ученых прошлого, помогая тем самым правильно оценивать и ведущиеся в настоящее время исследования, возникающие гипотезы и теории и вообще достижения современной науки и перспективы ее развития. Многие выдающиеся ученые прошлого и наши современники в своей научной и педагогической деятельности часто обращались к истории науки, использовали исторические данные в своих трудах и сами разрабатывали историко-научные проблемы, исходя из потребности уяснения происхождения новых идей и направлений исследования, перспектив их развития. В качестве примера можно привести выдающиеся труды по истории химии Ю. Либиха[2], А. М. Бутлерова[3], С. Канниццаро[4] и др. В своих «Основах химии» Д. И. Менделеев[1] широко использовал историкохимический материал и применял исторический метод при объяснении и трактовке различных химических явлений и процессов, для демонстрации значимости отдельных открытий в развитии химии. Глубокое знакомство с историей химии особенно важно для преподавателей. Знакомясь с историей научных открытий, школьники убеждаются, что корни этих открытий, как правило, лежат в прошлом науки. Одни открытия представляют собой развитие или следствие ранее высказанных идей, ранее установленных фактов, другие обобщают уже известные, но не связанные до сих пор друг с другом экспериментальные данные, гипотезы и теории. Вместе с тем даже самое общее знакомство с историей химии приводит к выводу, что важнейшие исторические этапы в развитии науки всегда были 6 связаны с новаторской своевременно поднимали злободневные научные деятельностью и и передовых настойчиво технические ученых, разрабатывали проблемы, которые и решали выдвигавшиеся производством и самой наукой, решительно выступали против реакционных представлений и укоренившихся в науке отсталых и вредных традиций. Поэтому изучение деятельности учёных-новаторов стимулирует учащихся к новаторству, воодушевляет их на борьбу за внедрение и в практику и в научный обиход новых идей, новых теоретических представлений, экспериментальных и технических открытий. История органической химии свидетельствует о том, что наука развивается совместными усилиями ученых всех народов мира. История химии изучает процесс развития химических знаний с учетом национальных и государственных особенностей, научных и патриотических традиций, сложившихся в отдельных странах, воспитывает интерес и уважение к достижениям науки и культуры всех народов мира. Передовые научные и патриотические традиции ученых различных стран, отражение в деятельности ученых национальных и государственных интересов и особенностей играли большую роль в истории многих научных открытий и в развитии науки вообще. Об этом свидетельствуют, в частности, примеры научной и общественной деятельности великих русских ученыхпатриотов М. В. Ломоносова, А. М. Бутлерова, Н.Н. Зинина, С.В. Лебедева, В.В. Марковникова и др. Отчетливо сознавая значение патриотических традиций и стимулов в развитии науки, известный французский биохимик Луи Пастер писал: «У науки нет отечества, но ученый не бывает без отечества, и то значение, которым его труды могут пользоваться в мире, он должен относить к своему отечеству»[5]. В связи с этим следует особо отметить большое значение истории химии в укреплении патриотических традиций в развитии науки в нашей стране, в воспитании у учащихся патриотизма, любви к Родине. 7 История органической химии показывает, что у различных народов мира процесс накопления научных и технических знаний происходил неодинаково и неравномерно. В определенные исторические эпохи преимущественное развитие химии наблюдалось в некоторых странах, в то время как в других странах в эти эпохи имело место затишье. История химии выясняет причины таких явлений, оценивает долю участия ученых различных стран в разработке важнейших химических проблем, в исследованиях и открытиях в области химических наук. Историко-химический материал играет большую роль в преподавании химических дисциплин. Среди различных методов преподавания естественных наук исторический метод бесспорно является одним из лучших. Пользуясь этим методом, преподаватель как бы вводит учащихся в лабораторию научного творчества ученых, показывает, как возникали и развивались новые идеи, гипотезы и теории, как делались крупные экспериментальные открытия и технические изобретения. Исторический метод в преподавании органической химии обеспечивает полное и прочное усвоение материала курсов учащимися. Вот почему передовые преподаватели химических наук и авторы лучших учебников химии широко пользуются данными истории химии. Наконец, следует подчеркнуть идейновоспитательное значение изучения истории органической химии. Рассматривая события и явления прошлого науки в их последовательности и взаимосвязи с окружающими явлениями, история органической химии с большой наглядностью демонстрирует, что наука в своем развитии подчинена всеобъемлющим законам диалектического и исторического материализма. Изучение истории органической химии приводит к выводу, что органическая химия и вообще естественные науки развивались и продолжают развиваться, переходя от низших ступеней к более высоким под влиянием потребностей производства и самой науки. Знание истории органической химии помогает школьникам более отчетливо сознавать роль науки химии. Вместе с тем история химии 8 оказывает большую помощь учащимся в их повседневной, практической деятельности. 4. ИСТОРИКО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЙ АСПЕКТ ШКОЛЬНОГО КУРСА ХИМИИ Историко-методологический аспект содержания школьного курса химии позволяет решать такие педагогические задачи: 1) Развивать у учащихся интерес к науке, в частности к химии (ее целям, значению в жизни людей, методам исследования и т.д.), стимулируя усвоение учебного материала по химии; 2) Формировать мировоззрение у учащихся на основе рассмотрения теоретического материала по химии в его исторической ретроспективе и осознание роли химического знания для решения философских проблем; 3) Воспитывать у учащихся отношение к культуре и ее наследию как к общечеловеческим и личностно значимым ценностям. Данный аспект представлен в многочисленных работах, посвященных жизни и творческому пути великих ученых-химиков, а также истории химической науки в целом. Сведения из истории химии могут быть использованы учителем для раскрытия методов и специфики химической науки, для персонификации ее открытий и достижений, для установления межпредметных связей и расширения кругозора учащихся. Выделим возможные направления раскрытия историко- методологического аспекта содержания школьного курса химии: 1) История развития вещества как части природы (развитие вещества на Земле и в космосе); 2) История химического производства в целом и история развития производства отдельных химических продуктов; 3) История развития и становления химии как науки (открытие, изучение и получение конкретных веществ; изучение важнейших химических 9 реакций; формирование химических понятий, открытие химических законов; возникновение и развитие химических теорий); 4) Жизнь и деятельность ученых-химиков. Историзм в процессе обучения позволяет воссоздать сложную, порой драматическую эволюцию научных знаний, убедительно показать роль научного предвидения, познакомить с методологией науки. З.Е. Гельманом разработана методика проведения «исторических опытов», благодаря которым учащиеся на уроках химии могут «повторить» открытие ученого, а иногда и проверить некоторые экспериментальные данные, полученные химиками в прошлом. Г.И. Егоровой предложены пути включения исторических опытов и химических задач с историческим содержанием в канву урока химии. Большую роль в реализации данного аспекта играют факультативные курсы и спецкурсы соответствующей тематики. Например, М.Ю. Родыгиным и И.В. Родыгиной составлена программа факультативного курса по истории химии для общеобразовательной школы. В программе отражены этапы становления химической науки, роль истории химии в развитии мировой культуры, а также предложены темы рефератов по данной тематике. В спецкурсе по истории органической химии, разработанном В.А. Клепиковой[6], заложена идея рассмотрения химической науки в ее эволюции. Программа спецкурса предусматривает изучение предпосылок возникновения и развития органической химии на базе теории строения органических соединений. 5. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИСТОРИЧЕСКИХ СВЕДЕНИЙ ПО ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ В ПАТРИОТИЧЕСКОМ ВОСПИТАНИИ УЧАЩИХСЯ Патриотическое воспитание направлено на просвещение учащихся с целью выработки у них собственных патриотических взглядов, суждений, оценок. Изучение, осмысление и анализ опыта поколений помогает 10 критически осмысливать и анализировать собственные поступки, а также поступки своих сверстников и одноклассников. Многие школьники нередко избирают для себя военную профессию, которая связана с трудом, с постоянным преодолением самых разных, порой недостаточно прогнозируемых трудностей. Фантастически быстрый рост технической вооруженности война еще более, нежели прежде, повышает значимость формирования таких качеств защитника Родины, как коллективизм, глубокое и осознанное понимание войскового товарищества, как нормы жизнедеятельности война. Все эти качества можно формировать на уроках органической химии. При изучении темы «Подгруппа углерода» и рассмотрении явления адсорбции можно рассказать учащимся о создателе первого противогаза – Николае Дмитриевиче Зелинском. Когда в Лондоне получили первые русские противогазы, английские химики просто не поверили в гениальную простоту их конструкции. После испытания они кропотливо исследовали содержимое коробок противогаза в поисках особого «секрета» Зелинского, однако во всех случаях в коробках противогазов они находили чистый древесный уголь. В последующем конструкция русского угольного противогаза 1916 года стала основой для создания всех подобных иностранных конструкций, не исключая и современные угольные фильтры для сигарет. Изобретение Зелинского прочно вошло не только в военную, но и в производственную практику. Пожарные, горноспасательные команды, рабочие вредных предприятий всего мира пользуются русским изобретением. При изучении темы «Ароматические углеводороды», рассматривая их применение, следует отметить, что толуол является сырьем для получения тринитротолуола, торговое название которого - тротил. Тротил применяется в качестве заряда в разрывных снарядах, подводных минах, торпедах и т.д. В мирной технике применяется как примесь к горным взрывчатым веществам. Синтез толуола, из которого был получен тротил, выполнил в 1941г. академик Ю.Г. Мамедалиев. 11 В теме «Природные источники углеводородов и их переработка» при рассмотрении процессов переработки нефти можно отметить роль академика Н.Д. Зелинского в развитии нефтехимической промышленности в годы Великой Отечественной войны. Благодаря его работам по каталитическим превращениям циклических углеводородов нефти был получен синтетический бензин с более высоким октановым числом, чем природный. Новый бензин дал возможность резко увеличить мощность моторов и скорость самолетов. Самолет смог взлетать с меньшего разбега, подниматься на большую высоту, с большим грузом. Эти исследования оказали неоценимую помощь нашей авиации в годы Великой Отечественной войны. За работы по химии нефти академику Н.Д. Зелинскому в 1946г. была присуждена Государственная премия. Рассматривая применение нефтепродуктов, можно сообщить учащимся, что на основе бензина изготовляют напалм – зажигательное оружие, предназначенное для поражения живой силы и объектов. Состоит оно из живого горючего (бензина, керосина и др.) и порошка загустителя. Напалм был одним из главных видов химического оружия армии США в Корее в 1968-1970гг. На земле Южного Вьетнама американские наемники сбросили 200 тысяч тонн напалма. Химия по праву считается наукой созидания, но одновременно она же может способствовать разрушению, уничтожению, гибели всего живого. В курсе химии учителю предоставляются большие возможности для военнопатриотического воспитания учащихся, формирования стойкой гражданской позиции подрастающего поколения. 12 6.1. УРОК ПО ТЕМЕ: «ВВЕДЕНИЕ В ОРГАНИЧЕСКУЮ ХИМИЮ» 10 класс Тип урока: изучение нового материала Образовательные задачи: органические неорганические и познакомить учащихся вещества, с понятиями органическая химия, виталистическими взглядами ученых-химиков, с учеными-химиками – А.В. Кольбе, Ф. Вёлер, М. Бертло, А.М. Бутлеров, Н.Н. Зинин, С.В. Лебедев, В.В. Марковников и Н.Д. Зелинский. Развивающие задачи: продолжить развитие умений анализировать и объяснять при выполнении заданий, логически мыслить, устанавливать причинно-следственные связи. Воспитательные задачи: продолжить формирование мировоззрения, представлений о единичном и целом, развитие элементов эстетическое воспитание (аккуратное оформление конспекта). Методы обучения: Словесные: элементы объяснения, беседы. Словесно-наглядные: объяснение с использованием записей на доске, учебника. Словесно-наглядно-практические: выполнение упражнений учащимися, элементы самостоятельной работы. Оборудование: учебник по химии авторы Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г., портреты ученых-химиков (Ф. Вёлер, А.М. Бутлеров, Н.Н. Зинин, С.В. Лебедев, В.В. Марковников, Н.Д. Зелинский), презентация (приложение №1). Ход урока I. Организационный момент (2 – 3 мин) Учитель приветствует учащихся, создает рабочий настрой на урок, сообщает тему урока: «Введение в органическую химию» и формулирует цель урока – познакомить учащихся понятиями органические и неорганические вещества, органическая химия, с некоторыми учеными-химиками. Также он 13 информирует о плане предстоящей деятельности на уроке – в начале изучение нового материала, а затем его закрепление. II. Объяснение нового материала (25 мин) Новый материал объясняется по плану: 1) Вещества органические и неорганические. Возникновение органической химии. 2) Органическая химия и ее значение. Записываем в тетрадях тему урока: «Введение в органическую химию». Вещества органические и неорганические. Возникновение органической химии. В начале XIX столетия все известные вещества делили по их происхождению на две группы: вещества минеральные и вещества органические. Многие ученые тех времен считали, что органические вещества могут образоваться только в живых организмах при помощи «жизненной силы». Такие идеалистические взгляды ученых назывались виталистическими (от лат. vita - жизнь). Большой удар взглядам виталистов нанес немецкий химик Ф. Вёлер (слайд №1). Он впервые получил органические вещества из неорганических: в 1824 г. – щавелевую кислоту, а в 1828 г. – мочевину. Щавелевая кислота встречается в растениях, а мочевина образуется в организме человека и животных. Дальнейшие органические синтезы (в 1845 г. немецкий ученый А.В. Кольбе искусственным путем получил уксусную кислоту, в 1854 г. французский ученый М. Бертло синтезировал жир, а в 1861 г. русский ученый А.М. Бутлеров получил сахаристое вещество) полностью опровергли утверждение виталистов о том, что органические вещества могут образоваться только в живых организмах. Реакционное учение виталистов потерпело полное поражение. По этому поводу Фридрих Вёлер писал: «Должен вам сказать, что я могу делать мочевину, не нуждаясь при этом в почках и вообще в животном, будь то человек или собака…» 14 Непреодолимой пропасти между неорганическими и органическими веществами, действительно, не существует. Они отличаются лишь некоторыми особенностями. Большинство неорганических веществ имеют немолекулярное строение, поэтому они обладают высокими температурами плавления и кипения. Органические же вещества, как правило, молекулярного строения, поэтому они имеют низкие температуры плавления. Почти все органические вещества горючи и легко разлагаются при нагревании. Органическая химия и ее значение. Из курса биологии вам уже известно, что возможно взаимное превращение неорганических и органических веществ. Это свидетельствует о том, что между ними нет принципиальных различий. Почему же органические вещества рассматривают в специальном курсе, который традиционно называют органической химией? Одной из причин этого является тот факт, что в состав молекул всех органических веществ входит углерод, тогда как в неорганической химии подобного примера нет. Органическая химия – это раздел химической науки, в котором изучаются соединения углерода и их превращения. Это определение не является абсолютно точным. Так, например, оксид углерода (IV), оксид углерода (II), угольная кислота, карбонаты, карбиды и некоторые другие соединения, в состав молекул которых входит углерод, по характеру свойств относят к неорганическим веществам. В наши дни к органическим веществам относят углеродосодержащие вещества, как те, которые образуются в живых организмах, так и те, которые синтезируются. К синтетическим веществам относят различные полимеры, из которых получают пластмассы, красители, волокно, медицинские препараты и т.д. Насчитывается около 6,5 млн. органических веществ, и их число продолжает расти. Это объясняется тем, что атомы углерода способны соединяться между собой и образовывать различные цепи практически 15 любого размера. Неорганических же веществ известно всего около 500 000. Такое большое число органических веществ и их особые свойства тоже объясняют, почему органическая химия изучается отдельно от неорганической химии. Ученые-химики, которые в своих исследованиях опирались на материалистическое мировоззрение, создали научные основы, способствующие развитию органической химии. Одним из таких выдающихся русских ученых был А.М. Бутлеров (слайд №2), который создал теорию химического строения органических соединений. На ее основе органическая химия стала быстро развиваться как отдельная отрасль науки. В сравнительно короткий срок было синтезировано множество органических соединений и возникли совершенно новые отрасли химической промышленности. Русский ученый Н.Н. Зинин (слайд №3) в 1842 г. разработал промышленный метод получения анилина из бензола. Этот метод стал основой для производства синтетических красителей. По методу, разработанному академиком С.В. Лебедевым (слайд №4), в нашей стране в 1932 г. впервые в мире началось промышленное производство синтетического каучука. В развитие нефтяной промышленности огромной вклад внесли В.В. Марковников (1837 - 1904) (слайд №5) и Н.Д. Зелинский (1861 - 1953) (слайд №6). В наши дни особая роль принадлежит органической химии в разработке методов производства веществ, заменяющих такие пищевые продукты, как жиры и масла. Не менее важная роль органической химии в переработке сельскохозяйственных продуктов, нефти, природного газа и каменного угля. С этими и многими другими важными аспектами современной органической химии вы познакомитесь при дальнейшем ее изучении. III. Первичное закрепление нового материала (10 мин) Учитель предлагает учащимся устно ответить на следующие вопросы: 1) Каковы были взгляды виталистов на получение органических веществ? 16 2) Какие ученые экспериментально доказали ошибочность взглядов виталистов? Кратко охарактеризуйте открытия этих ученых. 3) Как Ф. Энгельс оценил разгром виталистических взглядов? 4) Почему органическую химию выделили в отдельный раздел химии? 5) Какие вещества называются органическими? IV. Домашнее задание (2 мин) Задание записано на доске: §1, стр. 5 – 8 (прочитать). V. Итог урока (1 мин) Учитель подводит итог урока: вы познакомились с понятием органическая химия и теперь знаете различие между органическими и неорганическими веществами. Выставление оценок учащимся, активно работающим на уроке. 17 6.2. УРОК ПО ТЕМЕ: «ТЕОРИЯ ХИМИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ А.М. БУТЛЕРОВА» 10 класс Тип урока: комбинированный Образовательные задачи: проверить знания учащихся о понятиях органическая химия, органические и неорганические вещества, теории витализма, вкладе в развитие органической химии некоторых ученых; изучить предпосылки создания теории химического строения, ее основные положения, зависимость свойств веществ от строения молекулы, значение теории строения для развития науки и жизнедеятельности человека; углубить основные химические понятия: вещество, химическая реакция. Развивающие задачи: развивать у учащихся умение сравнивать, анализировать и применять информацию из других областей знаний, развивать коммуникативные способности, умение предъявлять результаты групповой деятельности. Воспитательные задачи: продолжить формирование естественнонаучного мировоззрения, представления о едином и целом; развитие элементов эстетического воспитания (аккуратное оформление конспекта). Методы обучения: Словесные: объяснение, элементы описания, элементы беседы. Словесно-наглядные: ученический эксперимент «Определение строения глюкозы и фруктозы», объяснения с использованием записей на доске, учебника. Словесно-наглядно-практические: выполнение упражнений учащимися, элементы самостоятельной работы. Оборудование: индикаторы, маркеры, образцы глюкозы, фруктозы, пробирки, пробиркодержатель, химические стаканы, стеклянные палочки, мерная колба, учебник по химии авторы Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г., карточки с заданиями, презентация (приложение №2). 18 Реактивы: растворы гидроксида натрия, сульфата меди (II), соляной и азотной кислот, хлорметан. Ход урока I. Организационный момент (2 – 4 мин) Учитель приветствует учащихся, создает рабочий настрой на урок, сообщает тему урока: «Теория химического строения органических соединений А.М. Бутлерова» и формулирует цель урока – познакомиться с теорией строения органических веществ А.М. Бутлерова. II. Контроль знаний и умений (10 – 15мин) Учитель предлагает учащимся ответить письменно в тетрадях для самостоятельных работ на вопросы по вариантам. ВАРИАНТ №1 1) Какие вещества называют органическими? Что изучает органическая химия? 2) Какие ученые экспериментально доказали ошибочность взглядов виталистов? Кратко охарактеризуйте открытия этих ученых. ВАРИАНТ №2 1) Что такое витализм? Какие экспериментальные факты доказали несостоятельность этого учения? 2) Назовите две основные причины многообразия органических соединений. Кто впервые высказал предложение о том, что атомы углерода способны соединяться друг с другом в цепочки? III. Объяснение нового материала (15 – 20мин) Объяснения учителя. Записываем тему урока (слайд №1): «Теория химического строения органических соединений А.М. Бутлерова». Вы начали изучение удивительного и разнообразнейшего мира органических соединений. Тысячелетиями измеряется время знакомства человечества с ними. Когда, кутаясь в звериные шкуры, наши предки 19 теснились вокруг согревающего их костра, они использовали только органические вещества. Пища, одежда, топливо. В далекий период детства человечества в солнечной Греции и могущественном Риме люди умели готовить мази. В Египте и Индии расцвело искусство крашения тканей. Растительные масла, животные жиры, сахар, крахмал, уксус, смолы, красители – выделяли и использовали в ту эпоху. Вопрос: Что это за вещества – органические? (ответ: вещества живой природы; вещества, образующиеся в организмах; соединения углерода). Вопрос: Почему именно соединения углерода стали предметом изучения целого раздела химии? (ответ: углерод образует множество соединений в отличие от других химических элементов, эти соединения очень разнообразны). Углерод – самый необычный элемент. Он рожден в кипящих недрах гигантских углеродных звезд. Могучие тысячекилометровые толщи метаново – аммиачных атмосфер планет-гигантов, туманное покрывало сверкающей соседки Венеры – это следующая ступень превращений углерода. В далекое время возникает и бурным потоком разливается по нашей солнечной голубой планете жизнь, белковая, углеродная жизнь. Сегодня углерод живет в бесчисленных веществах, рожденных мыслью человека. Всюду мы встречаем неисчерпаемый в своем многообразии удивительный элемент, занимающий шестую клетку менделеевской таблицы. Формирование науки органической химии относится к началу XIX века. С каждым годом все увереннее вторгаются ученые в удивительный мир сложных и изменчивых веществ. Много непонятного в молодой науке. Синтезируются новые вещества. Создаются различные теории: теории типов, радикалов. Но все больше фактов, не укладывающихся в систему. Часто для объяснения реакции приходилось писать для одного и того же вещества несколько формул. Были вещества – двойники, формула одна, а веществ 20 несколько. Химики вели свои исследования почти вслепую, не зная природы веществ, не понимая реакций, которые приводят к их образованию. В это время знаменитый химик Ф. Велер, пишет: «Органическая химия может ныне кого угодно свести с ума…она представляется дремучим лесом, полным чудесных вещей, огромной чащей без выхода, без конца, куда не осмеливаешься проникнуть». И все-таки, несмотря на теоретический разброд, путаницу и хаос, именно в 60-ые годы XIX века появились реальные условия для создания истинно научной теории органической химии, которая впитав в себя все достижения науки того времени, объяснила бы факты, привела в систему великое множество данных и позволила сделать энергичный рывок вперед. Творцом новой фундаментальной теории – теории химического строения органических соединений стал наш соотечественник А. М. Бутлеров (слайд №2). Много трудностей пришлось преодолеть Бутлерову, прежде чем выйти на дорогу, ставшую главным путем органической химии. Попробуем и мы с вами найти эту дорогу. Чтобы познать что-либо следует ответить на четыре вопроса: - Есть ли это? - Что это? - Каково это? - Почему это? Работать будем группами. Поэтому внимательно прослушайте инструктаж: • У каждой группы свой объект исследования. • Прочитайте задания, распределите роли, определите выступающего. • Будьте оперативны, время ограничено. • Внимательно слушайте одноклассников, можете дополнять, обобщать, задавать вопросы. • Представьте выводы в обобщенном виде. 21 №1 : Химики-конструкторы Цель: рассмотреть порядок соединения атомов в молекулах и составить формулы, отражающие их структуру. Задание №1. Даны формулы следующих веществ: СН4 – метан, С2Н6 – этан, С3Н8 –пропан. Определите валентность атома углерода. Какую информацию можно получить из молекулярных формул. Задание №2. Большое влияние на развитие химии в ХIХ веке оказали работы ученых: -1853 год – английский химик К. Э. Франкланд ввел понятие валентность. (Валентность-способность атомов присоединять строго определенное число других атомов) -1857 год – немецкий химик Ф. А. Кекуле отнес углерод к четырехвалентным элементам( -С-) -1858 год – шотландский химик А. Купер предположил, что атомы углерода способны соединяться друг с другом в различные цепи. (С-С-С) Опираясь на это, постройте модели молекул метана, этана, пропана (черные шарики – атомы углерода, белые – атомы водорода, стержни – химические связи). Изобразите структуру молекул на бумаге. Сколько формул соответствует каждой модели. Задание №3. Сделайте вывод, как атомы химических элементов соединяются в молекулах органических соединений. Как можно отразить строение молекулы вещества? (При затруднении обратитесь к учебнику – стр.8). №2: Химики-экспериментаторы Цель: исследовать влияние различного строения молекул на свойства веществ. Правила техники безопасности на уроке химии 1. Соблюдайте осторожность при работе с едкими веществами: кислотами и щелочами. 2. Закрывайте склянки сразу после использования реактивов. 22 3. Не переливайте бесцельно растворы, не проводите опыты, не предусмотренные данной работой. 4. Проводите нагревание по всем правилам. 5. Не оставляйте без присмотра нагревательные приборы. Задание №1. Дана формула вещества: С4Н10 –бутан. Существует два вещества с такой формулой. Температура кипения одного -0,50 С, а другого -11,70 С. Постройте модели молекул этих веществ (черные шарики – атомы углерода, белые – атомы водорода, стержни – химические связи). Изобразите структуру молекул на бумаге. Как называются эти вещества? (учебник по химии стр. 9) Задание №2. В растениях в ходе фотосинтеза образуется органические вещества: глюкоза и фруктоза, имеющие формулу С6Н12О6. Рассмотрите образцы веществ. Опишите физические свойства. Проведите опыт. Для этого приготовьте по 5 мл растворов веществ. Добавьте в каждую пробирку 3 мл сульфата меди (II) и такое же количество гидроксида натрия. Пробирки в растворами нагрейте на спиртовке. Что наблюдаете? Как можно объяснить? Задание №3. Сделайте вывод, как различное строение молекул отражается на свойствах веществ. №3: Химики- аналитики Цель: проанализировать влияние атомов друг на друга в молекулах соединений. Задание №1. Даны вещества: раствор гидроксида натрия, вода, раствор азотной кислоты. Проверьте универсальным индикатором реакцию среды в этих растворах. Составьте уравнения диссоциации. Na-O-H H- O-H O2N-O-H (HNO3) Во всех веществах можно выделить группу атомов –ОН. Как можно объяснить, что процесс диссоциации происходит по-разному? 23 Задание №2. Добавьте к растворам соляной кислоты и хлорметана раствор нитрата серебра. Что наблюдаете? Объясните. Какой тип химической связи в молекулах? Как на атом хлора влияют атом водорода и атом углерода? Н Н – Сl Н–С–Н Сl Метан Хлорметан Задание №3. Сделайте вывод, как атомы влияют друг на друга в молекулах. №4: Химики-эксперты Цель: проанализировать значение теории химического строения для науки и практической деятельности человека. Задание №1. Прочитайте текст и составьте конспект-схему. Значение теории химического строения А. М. Бутлерова Теория А. М. Бутлерова объяснила неясности и противоречия в знаниях об окружающем мире, творчески обобщила и достижения в области химии. Она указала направления и возможные пути получения новых необходимых людям лекарственных средств, синтетических красителей, полимеров и пластмасс, взрывчатых и других соединений. Теория стала теоретическим фундаментом органической химии и обеспечила бурный расцвет синтеза органических веществ и химической промышленности. По своей значимости она сопоставима с периодической системой Д. И. Менделеева. Подобное признание вклада А. М. Бутлерова в науку и оценку его теории сделал лауреат Нобелевской премии, крупнейший химик ХХ века Л. Полинг: «Среди великих химиков мира я хотел бы назвать также Бутлерова (наряду с Менделеевым), установившего, что каждое вещество состоит из молекул, имеющих различную структуру, которая определяет качество вещества» (1975 год). Итак, важнейшие функции теории: объяснение явлений, прогнозирование, обобщение, систематизация. Выдающаяся научная и 24 общественная деятельность создала А. М. Бутлерову и русской школе химиков-органиков огромный авторитет. После выступления каждой группы учитель делает выводы: №1 : Химики-конструкторы (слайд №4) А. М. Бутлеров установил понятие химическое строение. Он считал, что для каждого соединения возможна лишь одна структурная формула. Структурная формула показывает порядок соединения атомов в молекуле, т. е. для одного вещества существует одна формула. Атомы соединяются в молекулы в определенной последовательности, согласно их валентности. №2: Химики-экспериментаторы (слайд №5) Первым успехом теории Бутлерова стала победа над одной из самых трудных загадок органической химии – загадкой двойников, т. е. изомеров. Изомеры – вещества, имеющие одну молекулярную формулу, но разное строение. Свойства веществ зависят не только от качественного и количественного состава, но и от химического строения их молекул. №3: Химики- аналитики (слайд №6) Химический характер атомов, входящих в молекулу, меняется в зависимости от того, с какими атомами они связаны в данной молекуле. Атомы или группы атомов в молекуле взаимно влияют друг на друга. №4: Химики-эксперты (слайд №7) Химическое строение – это существующий в молекуле вещества порядок химической связи атомов. Химическое строение и состав соединения обуславливают его химические и физические свойства. Строение может быть установлено путем изучения его превращений. Свойства органических соединений определяются составом их молекул, и химическим, электронным и пространственным строением. 25 IV. Закрепление нового материала (5 – 15мин) Разработав теорию и подтвердив его правильность синтезом новых веществ Бутлеров предвидел дальнейшее развитие теории. Большой вклад в ее развитие внесли его ученики, которые отмечали счастливое сочетание в нем глубокого философского ума и таланта искусного экспериментатора. Органическую химию, представлявшуюся дремучим лесом, с созданием теории можно было сравнить уже с парком, в котором есть тропинки и дорожки. Выдающаяся научная и общественная деятельность создала А. М. Бутлерову и русской школе химиков-органиков огромный авторитет. По мнению Д. И. Менделеева: «Бутлеров – один их замечательнейших русских ученых. В химии существует бутлеровская школа, бутлеровское направление. У Бутлерова все открытия истекали и направлялись одною общей идеей она – то и сделала школу, она – то и позволяет утверждать, что его имя навсегда останется в науке. Это есть идея так называемого химического строения». Ученики устно с места отвечают на вопросы учителя: 1.Как можно установить структуру вещества? 2.В чем заключаются трудности установления формулы? 3. Какие открытия для себя вы сделали? V. Домашнее задание (2 – 5мин) §1, стр. 8 – 11, упр. 6, 7, 8, 9(письменно) стр.11 VI. Итог урока (1 – 3мин) Учитель подводить итог урока: вы познакомились с теорией химического строения органических соединений А.М. Бутлерова. Выставляет оценки учащимся. 26 6.3. УРОК ПО ТЕМЕ: «ВКЛАД РОССИЙСКИХ ХИМИКОВ В МИРОВУЮ ЦИВИЛИЗАЦИЮ» 11 класс Тип урока: обобщение знаний Образовательные деятельности задачи: российских актуализировать ученых-химиках, знания учащихся именных реакциях об в органической химии, открытиях ученых; совершенствовать умения писать уравнения химических реакций, расставлять коэффициенты в них; проверить знания учащихся об достижениях российских ученых-химиков; проверить умения называть вещества, писать уравнения химических реакций. Развивающие задачи: развивать у учащихся умение сравнивать, анализировать и применять информацию из других областей знаний, развивать коммуникативные способности. Воспитательные задачи: продолжить формирование естественно-научного мировоззрения, представления о единичном и целом, познаваемости мира, материальности существования химических веществ, развитие элементов эстетического воспитания (аккуратное оформление конспекта), воспитывать чувство сопричастности к общему делу, умение работать в коллективе, воспитывать чувство национальной гордости за вклад отечественных ученых в развитие органической химии. Методы обучения: Словесные: объяснение, элементы описания, элементы беседы. Словесно-наглядные: объяснения с использованием записей на доске, учебника. Оборудование: учебник по химии авторы Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г., презентация (приложение №3). 27 Ход урока I. Организационный момент (2 – 4 мин) Учитель: Заключительный урок химии посвящается вкладу российских химиков в историю человечества. Цель урока – вспомнить всех поименно, вспомнить суть открытий, ибо эти знания – неотъемлемая часть общей культуры цивилизованного человека, а также повторить основные химические понятия. II. Обобщение знаний (20 – 25мин) Учитель: Ребята, внимательно прочитайте девиз урока – слова выдающегося немецкого химика-органика Августа Вильгельма Гофмана: «Если бы… не научил нас ничему, кроме… то и тогда его имя осталось бы записанным золотыми буквами в историю химии» (слайды №2, №3, №4). Вы знаете, кому посвящены эти слова? Если учащиеся называют имя Н.Н.Зинина и его открытие превращения нитробензола в анилин, уточняем это и обсуждаем, какое значение имело данное открытие (импульс для развития органического синтеза: производство красителей и соответственно развитие текстильной отрасли промышленности, синтез лекарств – сульфаниламидных препаратов – производных парааминосульфокислоты). Учитель: Чьи имена и в связи с какими достижениями вы считаете достойными «быть вписанными золотыми буквами в историю химии»? Учащиеся перечисляют фамилии ученых-химиков и называют открытия сделанные ими. Ответы: Дмитрий Иванович Менделеев (1834–1907) – периодический закон; Михаил Васильевич Ломоносов (1711–1765) – закон сохранения массы веществ в химических реакциях, атомно-молекулярная теория; Николай Николаевич Бекетов (1827–1911) – «ряд напряжений» металлов; Александр Михайлович Бутлеров (1828–1886) – теория химического строения органических веществ; Николай Дмитриевич Зелинский (1861–1953) – создание первого противогаза; 28 Владимир Васильевич Марковников (1837–1904) – направление реакции присоединения у алкенов; Сергей Васильевич Лебедев (1874–1934) – промышленное производство синтетического каучука; Михаил Григорьевич Кучеров (1850–1911) – гидратация алкинов; Александр Порфирьевич Бородин (1833–1887) – альдольная конденсация; Николай Николаевич Семенов (1896–1986) – теория цепных химических реакций (Нобелевская премия по химии 1956 г.). Если учащиеся не называют кого-то из ученых, напоминаем его фамилию, стимулируем воспоминания о сущности его открытия, для этого можно использовать следующие вопросы: Сформулируйте периодический закон. Каково значение периодического закона? Укажите физический смысл порядкового номера химического элемента, номера периода, номера группы в таблице Д.И.Менделеева. В чем отличие периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева от систем химических элементов, предложенных другими учеными? Почему свойства химических элементов и их соединений периодически повторяются? Чем определяются свойства органических веществ в соответствии с теорией химического строения Бутлерова? Что такое изомерия? Приведите примеры изомеров, докажите, что они имеют разные свойства. Сформулируйте закон сохранения массы веществ при химических реакциях. Каково значение этого закона? Что такое атом, молекула? В чем суть химических реакций? Физических явлений? 29 Какие вещества называются простыми, а какие сложными? Приведите примеры. Как Бекетов работал над составлением «ряда напряжений» металлов? Каково значение «ряда Бекетова» в теории и на практике? Сформулируйте правило Марковникова. Какая реакция носит имя Кучерова? При каких условиях она протекает? На чем основано действие угольного патрона в противогазе Зелинского? Каково главное свойство каучука? Что является мономером при производстве синтетического каучука Лебедева? Из чего он получил бутадиен-1,3? Как доказать, что процесс растворения веществ имеет не только физическую, но и химическую природу? Какова главная особенность цепных химических реакций? Почему эти реакции протекают с высокой скоростью? Каков заряд свободных радикалов? Учитель: Обратите внимание на следующую часть эпиграфа урока: «…не научил нас ничему, кроме…» Ученые, о которых мы сегодня говорим, оставили значительный след в нескольких областях химии, например: Д.И.Менделеев (слайд №5) внес свой вклад в создание теории растворов. Один из его практических выводов в этой связи – обоснование 40%-й крепости русской водки. Независимо от французского ученого Б.П.Э. Клапейрона он вывел уравнение, позволяющее вести химические расчеты для условий, отличающихся от нормальных. Менделеев предложил карбидную теорию происхождения нефти и заложил «философские основы» нефтепереработки. Давайте практически обоснуем знаменитые слова Дмитрия Ивановича: «Топить нефтью – все равно, что топить ассигнациями». Составьте уравнения реакций получения из метана уксусной кислоты, анилина, глюкозы, синтетического каучука (4 учащихся индивидуально 30 работают у доски, после выполнения заданий уравнения реакций проверяет весь класс). М.В.Ломоносов (слайды №8, №9) предложил органическую теорию происхождения нефти – из костей динозавров, исследовал природу атмосферного электричества, организовал в России производства мозаики и фарфора (показать иллюстрации его художественных произведений). А.М.Бутлеров (слайд №10) ввел понятие реакции полимеризации, впервые получил глюкозу из формальдегида, что способствовало краху теории витализма о божественном происхождении органических веществ. Н.Д.Зелинский (слайд №11) создал теорию органического катализа. А что такое катализаторы? А.Я.Данилевский заложил основы ферментологии и химии пищи. Что такое ферменты? Чем они отличаются от химических катализаторов? Н.Н.Зинин (слайд №12) своими синтезами заложил основу для создания промышленности взрывчатых веществ, синтетических красителей, фармацевтических препаратов и др. При этом Зинин отмечал, что рад способствовать открытиям своими идеями. В.В. Марковников (слайд №13) известен своими исследованиями состава нефтей и открытием в них циклопарафиновой фракции. Вся жизнь этого человека – образец служения Отечеству. Он много сделал для введения научных основ в химические производства. Своим жизненным девизом Марковников считал слова: «Ученым можешь ты не быть, а гражданином быть обязан!» Этот девиз можно отнести ко всем ученым, о ком мы сегодня говорим. Многие из них были и выдающимися педагогами, «продолжили себя в учениках». Многогранность талантов русской души проявилась у русских химиков не только в науке. Многие прославились и своими увлечениями. Известен исторический казус: когда у кучера, подвозившего Д.И.Менделеева, спросили, кто этот представительный господин, то кучер ответил: «Это знаменитый чемоданных дел мастер господин Менделеев». 31 Помимо химии у ученых были и другие увлечения. Например, А.М.Бутлеров выводил новые сорта роз, разводил пчел и оставил книги по цветоводству и пчеловодству, а А.П.Бородин (слайд №16) был выдающийся композитор. Его самое знаменитое произведение – опера «Князь Игорь». Выдающиеся русские химики были настоящими гражданами России. Они оставили неизгладимый след в истории человечества благодаря прежде всего своему трудолюбию. Когда Менделееву говорили, что он – гений, Дмитрий Иванович неизменно отвечал: «Трудился всю жизнь – потому и гений». III. Контроль знаний и умений (5 – 10 мин) Учащиеся разбиваются на группы (2 – 3 человека) и выполняют письменно в тетрадях следующие задания. №1. Соотнесите имена ученых-химиков и открытия сделанные ими. Имена ученых-химиков Открытия закон сохранения массы веществ в Дмитрий Иванович Менделеев химических реакциях, атомномолекулярная теория; Николай Дмитриевич Зелинский Александр Яковлевич Данилевский Николай Николаевич Бекетов Владимир Васильевич Марковников теория химического строения органических веществ; промышленное производство синтетического каучука; гидратация алкинов; теория полипептидного строения белков; Александр Михайлович Бутлеров теория сплавов и растворов; Михаил Васильевич Ломоносов «ряд напряжений» металлов; Николай Николаевич Семенов Михаил Григорьевич Кучеров Сергей Васильевич Лебедев направление реакции присоединения у алкенов; периодический закон; создание первого противогаза; 32 IV. Итог урока (5 – 10 мин) Учитель: Мне бы хотелось, чтобы, заканчивая изучение химии, вы взяли в свою самостоятельную жизнь убеждение в необходимости трудиться и любить Родину, свойственное выдающимся ученым, о которых мы сегодня говорили. Выставляет оценки учащимся, активно работающим на уроке. V. Домашнее задание (1 – 3 мин) Упр. 5, 6, 7, 8 (письменно) стр.102. 33 Томский государственный педагогический университет Биолого-химический факультет Кафедра теории и методики обучения биологи и химии НЕТРАДИЦИОННЫЙ УРОК ПО ТЕМЕ: «Именные реакции в органической химии» (10 класс) Выполнила: студентка 162 гр. Козьма Н.М. Томск – 2010 34 10 класс Тема: «Именные реакции в органической химии» Тип урока: обобщение знаний Форма проведения: урок-соревнование Образовательные задачи: актуализировать знания учащихся об ученыххимиках, именных реакциях в органической химии, открытиях ученых; совершенствовать умения писать уравнения химических реакций, расставлять коэффициенты в них; проверить знания об именных реакциях; проверить умения учащихся называть органические вещества, писать уравнения химических реакций по цепочки превращения, составлять уравнения реакций – гидрирования, присоединения, окисления. Развивающие задачи: развивать у учащихся умение сравнивать, анализировать и применять информацию из других областей знаний, развивать коммуникативные способности, умение предъявлять результаты групповой деятельности. Воспитательные задачи: продолжить формирование естественно-научного мировоззрения, представления о единичном и целом, познаваемости мира, материальности существования химических веществ, развитие элементов эстетического воспитания (аккуратное оформление конспекта), воспитывать чувство сопричастности к общему делу, умение работать в коллективе, воспитывать чувство национальной гордости за вклад отечественных ученых в развитие органической химии. Методы обучения: Словесные: элементы объяснения, беседы. Словесно-наглядные: объяснения с использованием записей на доске. Словесно-наглядно-практические: выполнение упражнений учащимися, элементы самостоятельной работы. Оборудование: : учебник по химии авторы Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г., карточки с заданиями для самостоятельной работы, презентация (приложение №4). 35 Ход урока I. Организационный момент (2 – 3 мин) УЧИТЕЛЬ: В 1875 году Дмитрий Иванович Менделеев заинтересовался воздухоплаванием. Он изобрел стратостат и в 1887 году во время солнечного затмения один поднялся в воздух для изучения явлений, происходящих при затмении солнца. Совершить такое необычное путешествие в возрасте 53-х лет, в то время мог только человек героический. Об этом событии поделилась воспоминаниями Н.Я. Губкина-Капустина, племянница ученого. Она писала, что крестьяне, наблюдавшие этот полет ходили по деревням и рассказывали, «как Дмитрий Иванович на пузыре летал и небу проломил, за это его потом химиком и сделали». Эти воспоминания вызывают у нас добрую улыбку, ведь крестьяне были необразованными и так сумели передать свои впечатления об увиденном. Но и в настоящее время от взрослых, образованных людей можно услышать следующее: «Это какой Менделеев? Тот, которому периодическая система приснилась во сне?» В таком случае хотелось бы задать вопрос эти «образованным дядям» и вам, мои друзья, а почему же периодическая система не приснилась дворнику Михаилу или работнице столовой Варваре? Ответ прост. За каждым коротким словом: «открыл, нашел, получил» в науке стоят долгие годы раздумий и титанического труда ученых. Сегодня на уроке «Именные реакции в органической химии» (слайд №1) мы обратимся к истории науки химии, к изучению научного наследия гениальных ученых, давших миру многие культурные и духовные ценности, так как по словам В. Белинского: «Зрелище жизни великого человека есть всегда прекрасное зрелище: оно возвышает душу, возбуждает деятельность и глубокое уважение к последовательному и очень интересному, захватывающему труду ученых». Давайте будем плодотворно трудиться на уроке, чтобы не уподобиться тем крестьянам из воспоминаний Н.Я. Губкиной-Капустиной. 36 Учитель объявляет этапы урока: (слайд №2) 1. Разминка 2. Конкурс эрудитов 3. Знаете ли вы? 4. За страницами учебника 5. Гонка за лидером II. Обобщение знаний (20 – 25 мин) 1. Разминка «Вклад зарубежных ученых в становление и развитие органической химии» Каждой команде предлагается ответить на следующие вопросы (слайды №3, №4, №5): 1. Какой ученый разработал основы современного метода определения углерода и водорода в органических веществах? (ответ: 1831 г., Либих: 2. Какой ученый установил, что углерод в органических соединениях четырехвалентен? (ответ: 1858 г., А. Кекуле). 3. Каким ученым заложены основы будущих представлений о валентности? (ответ: 1852 г., Э. Франкланд). 4. Кто ввел в химию термины: изомерия, органические вещества, органическая химия…? (ответ: Й.Я. Берцелиус). 5. Что следует понимать под реакцией Ж. Дюма? (ответ: способ получения алканов из солей карбоновых кислот). 6. Какой ученый предложил объяснять одинаковую прочность связей углерода гибридизацией орбиталей? (ответ: Л. Полинг). 7. Что следует понимать под синтезом Вюрца? (ответ: ) 8. Как французский химик Гриньяр усовершенствовал синтез Вюрца? (ответ: синтезом Вюрца неудобно получать алканы с нечетным числом атомов углерода. Гриньяр усовершенствовал синтез Вюрца: 37 9. Назовите имя ученого-изобретателя бездымного пороха, динамита, газовой сварки, искусственного шелка. (ответ: А. Нобель). 10. Какой ученый предложил первую структурную формулу бензола в виде карбоциклического сопряженного шестиугольника? (ответ: 1865 г., А. Кекуле). 11. Кто первым опроверг «виталистическое учение» в органической химии, получив в 1828 году в лабораторных условиях карбамид упариванием водного раствора цианата аммония? (ответ: Ф. Велер). 12. Как в органической химии называют метод алкилирования и ацилирования ароматических углеводородов, происходящий в присутствии катализатора хлорида алюминия? (ответ: реакция Фриделя-Крафтса). 2. Конкурс эрудитов Учащиеся выбирают листы с вопросами конкурса и поочередно отвечают на эти вопросы, записывают на доске уравнения реакций. Вопросы конкурса: 1) Он родился в год, когда молодой немецкий химик Ф. Велер в лаборатории получил мочевину. Во время учебы, он усердно экспериментировал в подвале пансионата, где однажды раздался взрыв. За это экспериментатора выводили из карцера с черной доской на груди. На доске крупными буквами была выведена надпись: «Великий химик». Д.И. Менделеев писал о нем: «Он один из замечательнейших русских ученых. Он русский и по образованию и по оригинальности трудов. Ученик нашего знаменитого академика Н.Н. Зинина, он сделался химиком не в чужих краях, а в Казани, где и продолжает развивать самостоятельную 38 школу. Направление ученых трудов его не составляет продолжение или развитие идей его предшественников, но принадлежит ему самому». Этот ученый был отличным пчеловодом. Им напечатано много научных статей по пчеловодству. О каком ученом идет речь? Какая реакция в органической химии носит его имя? Напишите уравнение этой реакции. (ответ: этот ученый А.М. Бутлеров. Он из формальдегида в результате альдольной конденсации в присутствии известкового раствора получил углевод – C6H12O6. – 1861г.): 2) «Первоклассный химик, которому многим обязана химия», «Равно могуч и талантлив как в симфонии, так и в опере и в романсе», «Основатель, охранитель и поборник женских врачебных курсов, опора и друг учащихся…», так говорили о нем: великий химик Д.И. Менделеев, музыкальный критик В.В.Стасов, первые русские женщины-врачи. Основная область его исследований в химии – органический синтез. Он разработал способы получения бромзамещенных жирных кислот (1861 г.), фторангидридов органических кислот, исследовал (1863 – 1873г.) продукты конденсации альдегидов. Его имя носит реакция, осуществленная им в 1872г. одновременно с Ш. Вюрцем. Назовите имя этого ученого. Напишите уравнение реакции, носящей его имя. (ответ: имя этого ученого – А.П. Бородин. Он осуществил реакцию альдольной конденсации: 3) Сенсационным открытием, или открытием XX века называли этот способ получения сразу двух важнейших органических веществ. Сама реакция была известна давно. Ее открыл в 1926 г. Владимир Николаевич Ипатьев. Затем ее 39 совершенствовали в направлении максимального выхода продуктов реакции и простоты оформления. Судьба распорядилась так, что три советских ученых по ложному обвинению были арестованы как враги народа и оказались за тюремной решеткой. Здесь они принудительно выполняли специальное задание, связанное с решением определенных задач в области органической химии. Специальная лаборатория для проведения этих работ организованная при тюрьме, оказалась оснащенной необходимыми приборами и реактивами. В 1949 г. этот метод, простой в технологическом оформлении и очень экономичный, с большим выходом продуктов реакции и высокой степени чистоты этих продуктов был представлен особой комиссии. Таким образом, оказалось, что в недрах истории отечественной науки есть что-то парадоксальное: выдающееся открытие, осуществленное в тюрьме. О чем ведется речь в данном вопросе? Назовите фамилии ученых – авторов описанного открытия. Напишите уравнения реакций, лежащих в основе этого научного открытия. (ответ: этими учеными являются П.Г. Сергеев, Р.Ю. Удрис и Е.М. Немцов. Они разработали кумольный способ получения фенола, вместе с фенолом в этом способе получается и ацетон): 4) С именем этого ученого связана целая эпоха в истории отечественной химии. Будучи патриотом своей Родины он вошел в ее историю как деятель науки, который в критические моменты своей страны без колебания становился на ее защиту. Так было в истории с противогазом в I мировую войну, с синтетическим бензином в гражданскую, и авиационным топливом в Великую Отечественную войну. В период 1941-1945 гг. это не просто химикисследователь, он был уже славой едва ли не самой большой в стране 40 научной школы, исследования которой были направлены на разработку способов получения высокооктанового топлива для авиации, мономеров для синтетических каучуков. Назовите имя этого ученого и его именные реакции. (ответ: это - Н.Д. Зелинский. Он совместно с инженером А. Кумантом разработал противогаз, практически реализовал идею В.Г. Шухова, разработал вместе с Б.А. Казанским и А.И. Анненковым метод крекинга солярового масла и нефти, давший бензин высокого качества. Н.Д. Зелинский применил катализатор – активированный уголь в реакции тримеризации ацетилена, за что эта реакция получила его имя. Положил начало ряду направлений, связанных с изучением взаимных превращений углеводородов, в 1910 году открыл явление дегидрогенизационного катализа, заключающегося в исключительно избирательном действии Pt и Pd на циклогексановые и ароматические углеводороды и в идеальной обратимости реакций гидро- и дегидрогенизации только в зависимости от температуры. Совместно с Н.С. Козловым в 1932 году начал работы по получению хлоропренового каучука. Его имя носит институт органической химии Академии наук России). Реакция Н.Д. Зелинского, Б.А. Казанского: 5)Этот ученый рожден в год, когда начиналась Отечественная война 1812 года. Он вместе с Александром Абрамовичем Воскресенским создал школу химиков, из которой в последствии вышли такие замечательные ученые как А.М. Бутлеров, В.В. Марковников, А.П. Бородин и др. Его выдающиеся способности в математике привлекали к нему знаменитых математиков Н.И. Лобачевского и М.В. Остроградского. Его замечательные научные идеи лежат и сейчас в основе получения лекарственных препаратов, взрывчатых веществ, красителей и других соединений. Выдающийся немецкий химик А.В. Гофман 8 марта 1880 г., в день памяти этого ученого сказал такие слова: «Если бы он не сделал ничего, кроме этого превращения, то и тогда его имя 41 осталось бы записанным золотыми буквами в истории химии. Никто бы не мог представить себе и во сне, что новому методу суждено послужить основой могучей заводской промышленности, которая даст, в свою очередь, совершенно неожиданно и плодотворный толчок науке». Назовите имя этого отечественного ученого, напишите уравнение реакции, которую он открыл. Как в настоящее время получают это вещество? (ответ: имя этого ученого- Н.Н. Зинин. Он открыл простой и доступный способ восстановления нитробензола в анилин в 1842 году, с помощью сульфида аммония. Раньше это органическое вещество выделяли из природных объектов. Так в 1840 году оно было получено русским химиком Ю.Ф. Фрицше при нагревании растительной краски индиго с раствором едкого кали и названо анилином. Сначала Н.Н. Зинин назвал полученное вещество бензидам, но убедившись, что это вещество до него было названо анилином, согласился с этим названием). 6) Он является учеником Владимира Васильевича Марковникова. В 1884 году окончил физико-математический факультет Московского университета. По рекомендации своего учителя был оставлен в университете «для приготовления к профессорскому званию». Этот ученый, по словам известного химика Н.Д. Зелинского: «оживил химических мертвецов» – так называли тогда насыщенные углеводороды. Это произошло в 1888 году. О каком открытии идет речь? Кто автор этого открытия? (ответ: в 1888 г. Михаил Иванович Коновалов открыл способность насыщенных углеводородов замещать водород на нитрогруппу под действием разбавленного 13-% раствора азотной кислоты при нормальном или повышенном давлении в интервале температур 90-1400 С) CH4 +HONO2 = СH3NO2 + H2O 42 7) Величие трудов этого ученого состоит в том, что они бросили новый вызов химикам, и, прежде всего в том, что они указали на необходимость подъема всей химии со структурного уровня ее развития на более высокий уровень, где среди господствующих теорий должны находиться химическая кинетика и учение о катализе. В 1926г. в России был объявлен конкурс на создание промышленных способов получения одного вещества. Ученый, о котором идет речь, одержал в этом конкурсе признанную победу. Супруга ученого вспоминала: «В день отправки этого вещества, в лаборатории царило необычное оживление. Вещество имело форму коврижки, издавало резкий, неприятный запах». Жюри конкурса, возглавляемое академиком А.Е. Чичибабиным, вынесло решение – немедленно организовать крупнотоннажное производство этого вещества. Химики и технологи многих стран мира расценивали этот успех как чудо, в которое они поверили только тогда, когда, побывав в Воронеже, Ленинграде, Ярославле, в Ефремове в 1933-34г.г. собственными глазами увидели первые заводы, производящие это вещество. Назовите реакцию, в результате которой было получено вещество, явившееся сырьем для получения химического соединения, объявленного в конкурсе. Кто осуществил эту реакцию? (ответ: это реакция получения дивинила из этилового спирта”. Она носит имя Сергея Васильевича Лебедева. Работами этого утверждено открытие русскими химиками ученого было возможности получения каучуков на неизопреновой основе. Сам изопрен оказался в то время необычайно труднодоступным. С.В. Лебедев пошел к синтезу каучука по другому пути. Он взял за сырье дивинил, ведь для начала своей работы в этом направлении, ученый получил в качестве дружеского дара из лаборатории Владимира Николаевича Ипатьева несколько граммов дивинила. Поэтому синтез каучука можно считать результатом работы не только Лебедева, но и его учителя, выдающегося ученого XX столетия В.Н. 43 Ипатьева. Именно Ипатьев впервые доказал возможность получения дивинила из этанола). Реакция С.В. Лебедева: 8)Этот ученый обладал прекрасным природным голосом. Его приглашали петь в театре и предлагали за это высокий гонорар. Он мог исполнять и слушать произведения А.П. Бородина часами. После окончания в 1882 году университета в Петербурге, он начал химические исследования под руководством А.М. Бутлерова. Первой научной удачей этого ученого было исследование показавшее, что однозамещенные ацетиленовые углеводороды легко переходят в двухзамещенные под влиянием спиртового раствора щелочи и нагревания. Он посвятил изучению химии ацетилена и его производных 50 лет своей трудовой деятельности. В своей научной деятельности он считал, что всякая научная работа должна быть в итоге практически полезной для человека. Открытие реакции двухзамещенных ацетиленовых углеводородов с хлорноватистой кислотой оказало огромное влияние на развитие синтетической органической химии и привело к получению важнейших для техники кислот акрилового ряда. Сейчас акриловая и метакриловая кислоты и их эфиры служат сырьем для изготовления твердых и прозрачных пластмасс. Он много работал в области изопрена, так как его интересовала проблема получения синтетических каучуков. В 1940 году он получил государственную премию за разработку нового вида синтетических каучуков. Ему удалось получить один из простых непредельных эфиров. Созданная этим ученым новая глава органической химии – химия изомерных превращений – это учение, которое прочно завоевало всемирное признание. О каких реакциях, какого отечественного ученого идет речь в этом вопросе? Напишите уравнения этих реакций. 44 (ответ: речь идет о кавалере четырех орденов Ленина, ордена Красного Знамени, Герое социалистического труда, лауреате государственных премий Алексее Евграфовиче Фаворском. Его имя носят реакции): 9)Впервые эта реакция осуществлена ученым в 1881 году и описана им в статье «Наблюдения над бромистым винилом». Этот ученый обратил внимание на то, что бромистый винил под действием солей, щелочей, алкоголятов распадается по реакции: CH2=CH–Br + HBr и указал, что ацетилен, взбалтываемый с водой и бромной ртутью дает альдегид даже при обычной температуре. Эта реакция оказалась общей для углеводородов всего ацетиленового ряда. Для проведения этой реакции ученый изучил не только каталитическое действие бромной, но и других соединений ртути. Ему удалось доказать, что в кислой среде гидратация ацетилена происходит в присутствие хлорида, бромида, сульфата и ацетата ртути. Он интуитивно предположил, что соли ртути способны присоединяться по кратным связям и это представление подтвердилось и позволило ему открыть реакцию, которая носит его имя. В 1909 году он доказал, что эту реакцию можно проводить в присутствии солей магния, кадмия, цинка при высоких температурах. В 1910 году первый патент на использование этого открытия приобрела Англия, но неизвестно, знал ли автор реакции об этом? В России реакция стала востребованной лишь в 1920 году, в то время как она была уже внедрена в США, Канаде, Англии, Франции и Германии. О какой именной реакции идет речь в этом вопросе? Напишите уравнение реакции, объясните ее механизм. (ответ: речь идет о реакции гидратации ацетилена и его гомологов с водой, в которых ацетилен дает уксусный альдегид, а его гомологи превращаются в кетоны. Автор этой реакции Михаил Григорьевич Кучеров). 45 Реакция М.Г. Кучерова: 10)Об этом ученом известно, что он явился одним из основоположников учения о катализе. Он русский химик, академик Петербургской академии наук. В 1811 году он открыл каталитическую реакцию получения глюкозы при нагревании одного из природных полимеров с раствором серной кислоты. В 1814 году изучал осахаривание этого полимера под влиянием солода. Детально изучил влияние концентрации кислоты и температуры на скорость этой реакции. Открытая им реакция почти в неизменном виде и сейчас используется в промышленном получении глюкозы. С 1792 по 1802 год он работал помощником директора, а затем директором главной аптеки Петербурга. Этот ученый занимался также анализом минералов, получением взрывчатых веществ. О каком ученом идет речь в предложенном вопросе? Напишите уравнение реакции, носящее имя этого ученого. (ответ: имя этого ученого Константин Сигизмундович Кирхгоф. Он открыл каталитическую реакцию получения глюкозы из полисахарида крахмала). Реакция К. Кирхгофа (1811г.): 11)Русский химик-органик, окончил Петербургский университет 1865 году, в 1869-1875 гг. работал там же ассистентом у А.М. Бутлерова, преподавал на высших женских каталитическое курсах действие в Петербурге. галогенидов Этот алюминия ученый при установил бромировании ароматических углеводородов, изомеризации и крекинге ациклических углеводородов. В 1887 году открыл непрочные комплексные соединения галогенидов алюминия с различными углеводородами, обладающие каталитическим действием. Действием цинка на 1,3-дибромпропан получил 46 циклопропан, а затем тем же способом – производные циклопропана. Ученый провел много плодотворных исследований в области общей химии. Какая именная реакция открыта 1887 году? Назовите автора этой реакции. (ответ: ученый Густавсон Гавриил Гавриилович 1843 г. р. получил из дигалогеналканов, действием на них цинка, циклоалканы и их производные). 12)Русский ученый и плодовод. Родился в Германии в Висбадене в 1845 году. Учился в Петербургском и Лейпцигском университетах. В 1870 году работал в Петербургском университете под руководством А.М Бутлерова. Пропагандировал его теорию строения органических соединений. Его основные работы относятся к области органической химии. В 1868 году открыл метод синтеза вещества, которое является конечным продуктом азотистого обмена в организме человека и животных. Он также в 1887 году опубликовал работу о закономерностях изменения атомных весов элементов. Этот ученый способствовал рационализации виноградарства и виноделия в России. Назовите имя этого ученого и метод синтеза вещества им полученного. (ответ: в вопросе речь идет о Базарове Александре Ивановиче. В 1868 году он открыл метод синтеза карбамида (мочевины) нагреванием смеси углекислого газа с аммиаком при температуре 130-140 ° С под давлением, нашедшим широкое промышленное применение в органическом синтезе и сельском хозяйстве). Реакция А.И. Базарова (1868г.): 3. Знаете ли вы? Учитель предлагает ответить на вопросы учащихся (слайды №6, №7): 47 1)Правило этого ученого строго соблюдается только при гетеролитическом механизме присоединения галогенводородов к алкенам. Если же реакция идет по радикальному механизму (например, в присутствии пероксидных соединений или кислорода), то порядок присоединения может быть обратным. Такое исключение из правила было установлено М. Харашем (1933 г.) и названо «эффектом Хараша». О каком правиле идет речь? Кто автор этого правила? Какие вещества присоединяются к алкенам по этому же правилу? (ответ: автор правила - Владимир Васильевич Марковников (1837-1904 гг.). Он, изучая свойства алкенов установил закономерность, которая носит его имя: «При ионном присоединении (при обычных условиях) галогенводородов к несимметричным алкенам водород присоединяется по месту двойной связи к наиболее гидрогенизированному атому углерода, а галоген к наименее гидрогенизированному». По этому же правилу в присутствии катализаторов к алкенам присоединяется вода, серная кислота и другие вещества). Правило В.В. Марковникова: 2)По какому правилу идет дегидратация спиртов в присутствии катализаторов из этанола и других предельных спиртов в присутствии катализатора оксида алюминия при повышенной температуре. Какой ученый установил это правило? Сформулируйте это правило. Подтвердите это правило конкретным уравнением реакции. (ответ: это правило установил Александр Михайлович Зайцев. Правило А.М. Зайцева: «При дегидратации спиртов водород отщепляется от наименее гидрогенизированного углеродного атома»). Правило А.М. Зайцева: 48 4. За страницами учебника Учитель предлагает командам написать уравнения реакций. 1) Знаете ли вы, что немецкий ученый Рудольф Фиттиг распространил в 1864 году реакцию Вюрца на синтезы ароматических углеводородов. Он получал гомологи бензола действием металлического натрия на смесь алкил- и арилгалогенидов. Кто напишет уравнение этой реакции? 2)Отечественный ученый Фокин Александр Васильевич провел каталитическое гидрирование жиров в присутствии никеля. Он руководил в 1909 году постройкой и пуском первой в России промышленной установки для гидрогенизации масел. Кто напишет уравнение реакции гидрирования триолеата? 3) Шухов Владимир Григорьевич получил в 1891 году патент на создание установки пиролиза углеводородов нефти, что явилось началом развития работ в области крекинга нефти. Он произвел расчеты первого в России нефтепровода и руководил его постройкой. Также он впервые осуществил факельное сжигание жидкого топлива с помощью изобретенной им форсунки. По какому механизму идет крекинг углеводородов нефти? Кто из вас составит уравнения реакций, происходящих при пиролизе октана? 4)Вагнер Егор Егорович русский химик-органик открыл в 1888 году реакцию окисления органических действием на эти соединений, соединения содержащих однопроцентного этиленовую водного связь раствора перманганата калия в слабощелочной среде. Кто из вас напишет уравнение реакции, проходящей в нейтральной среде между этиленом и раствором марганцовки? 49 III. Контроль знаний и умений (5 – 10 мин) 5. Гонка за лидером На каких этапах в процессе следующих превращений веществ должны быть проведены известные вам именные реакции? (слайд №8) Составьте химические уравнения превращений органических веществ, в ходе которых включите не менее 5-ти известных вам именных реакций. IV. Итог урока (5 - 10 мин) Во время урока участникам раздаются жетоны разного цвета. Красный жетон – очень хороший ответ. Желтый и синий жетоны – хороший ответ. Зеленый жетон – удовлетворительный ответ. По количеству жетонов определяют итоги, выставляют оценки. Используемая литература 1. Статья «Открытие кумольного метода. Получение ацетона и фенола». Кузнецов В.И. Журнал «Химия в школе» № 2. 2004 г. 2. Статья «М.И Коновалов: открытие реакции нитрования насыщенных углеводородов». Федоренко Н.В. Журнал «Химия в школе» № 5. 1998 г. 3. Статья «М.Г. Кучеров: каталитическая гидратация ацетиленовых углеводородов». Шептунова З.И. Журнал «Химия в школе» № 6. 1998 г. 4. Статья «Н.Н. Зинин: получение анилина». Трифонов Д.Н. Журнал «Химия в школе» № 4. 1997 г. 5. Статья «В.В. Марковников: начало химии нафтенов». Кузнецов В.И. Журнал «Химия в школе» № 7. 1997 г. 50 7. ВЫВОДЫ 1) Проанализировано 5 литературных источников и выделены следующие тенденции использования исторического материала: - развитие у учащихся интереса к предмету химии; - стимулирование усвоения учебного материала по химии; - формирование мировоззрения у учащихся на основе рассмотрения теоретического материала по химии в его историческом аспекте; - воспитание у учащихся отношение к культуре и ее наследию как к общечеловеческим и личностно значимым ценностям. 2) Разработано 4 урока по органической химии для учащихся 10 – 11 классов, в которых показано, что с помощью исторических сведений можно: - сформировать у учащихся представления об истории органической химии, познакомить с выдающимися учеными-химиками и их открытиями; - мотивировать познавательную деятельность учащихся; - углубить и расширить знания по химии. 51 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Менделеев Д.И. Основы химии. Изд. 13. М.— Л., 1947. 2. Ю. Либих. Письма о химии. Т. I и II. Пер. и ред. П. Алексеева. СПб., 1861. 3. А. М. Бутлеров. Соч., т. III. Исторический очерк развития химии в последние 40 лет. М., 1958, стр. 167. 4. С. Канниццаро. Исторический обзор применения атомистической теории к химии и систем формул, выражающих строение соединений. Пер. с итальянок. П. Алексеева. Киев, Университетск. изв., 1873, № 1. 5. О.П.Орлова. Луи Пастер. Его жизнь и труды. М., 1913, стр. 169. 6. Клепикова В.А. Спецкурс «История органической химии» [Текст]: [Программа]/ В.А. Клепикова// Химия в школе – 1997. - №4. – С. 43 – 45. 7. Манолов К. Великие химики. – М.: Мир, 1986. т.т. 1-2. 8. Биографии великих химиков. Под редакцией Быкова Г.В. – М.: Мир, 1981. 320 с. 9. Всеобщая история химии. История классической органической химии. – М.: Наука, 1992. 444 с. 10. http://festival.1september.ru/articles/ 11. http://him.1september.ru/ 12. http://www.biografia.ru/cgi-bin/ 52
