Цель урока:
- Познакомить с работами учёных, предшествующих появлению периодического закона, значением периодического закона на первом, втором, третьем уровне.
- Воспитательная цель : воспитание чувства гордости за вклад наших учёных в мировую науку, добросовестное отношение к труду, умение обобщать, наблюдать, делать вывод, трудолюбие.
ХОД УРОКА
Актуализация:
- Что было взято Д.И. Менделеевым в основу классификации химических элементов?
- Определение периода, особенность каждого периода, примеры.
- Определение группы, особенность каждой группы, главная и побочная подгруппы, приметы.
- Формулировка периодического закона, предложенная Д.И. Менделеевым.
Постановка проблемы
Ко времени открытия Периодического закона было известно 63 химических элемента, описаны состав и свойства их многочисленных соединений, но как расположить их, как классифицировать?
История открытия Периодического закона Д.И. Менделеева – тема нашего урока. Его мы проведём в виде учёного совета, на котором присутствуют учёные – классификаторы.
Девиз урока: “Мощь и сила науки во множестве фактов, цель в обобщении этого множества и возведении их к началам… Собрание фактов и гипотез – это ещё не наука; оно есть только преддверие её, мимо которого нельзя прямо войти в святилище науки. На этих преддвериях надпись – наблюдения, предложения, опыт”.
Д.И. Менделеев
В класс на заседание учёного совета приглашаются учителем по – одному учёные-классификаторы в форме в виде накидки и соответствующей шапочки. Учёные-классификаторы: Антуан Лавуазье, Иоганн Вольфган Деберейнер, Уильям Одлинг, Джон Ньюлендс, Лотар Мейер, Д.И. Менделеев (Приложение 1 слайд №1).
Учащиеся, исполняющие роль учёных, занимают место за столом. Над доской в виде таблиц – классификации учёных, такие же таблицы лежат на партах учащихся и демонстрируются на слайдах
Урок продолжают два ведущих ученика, которые сообщают краткие сведения об учёных и предложенной ими классификации. После их сообщения, учитель ещё раз называет фамилию учёного, предоставляя ему слово. Ученик, исполняющий роль учёного, поднимается и сообщает о классификации данного учёного. На слайде демонстрируется портрет и биография учёного.
1 ведущий (ученик)
По мере возрастания числа элементов в связи с Бойльевско - Ломоносовскими воззрениями на понятие “элемент” стала чувствоваться настоятельная необходимость в классификации систематизации. Первую попытку в этом направлении сделал в конце 18 века французский учёный Антуан Лавуазье. (Приложение 1 слайд №2)
2 ведущий (ученик)
Антуан Лавуазье поднял химию до уровня подлинной науки, завершив дело Бойля и Ломоносова. Он был не только крупным учёным, но и крупной общественно – политической фигурой. Трагически погиб в вихре Великой Французской революции. Современник Робеспьера.
Учитель: “Слово предоставляется Антуану Лавуазье”.
Поднимается ученик, исполняющий роль учёного, и рассказывает от имени учёного о классификации.
“Мне известны уже 33 “простые субстанции”, из них наряду с 22 действительно являющимися элементами в современном понимании слова и так называемые флюиды (свет, теплота), а так же ряд оксидов, ещё не разложенных в настоящее время на составляющие их элементы. Все эти “субстанции” я классифицирую на четыре класса:
- газы и флюиды
- неметаллы
- металлы
- земли (оксиды различных металлов)”.
1 ведущий (ученик)
Эта классификация положила начало многим другим попыткам, число которых увеличивалось по мере открытия всё новых и новых элементов.
2 ведущий (ученик) (Приложение 1 слайд №3 и слайд №4)
Иоганн Вольфганг Деберейнер – немецкий учёный, выходец из бедной семьи. Мечтал завести аптеку, но так и не смог. Попытался стать фабрикантом, но из этого тоже ничего бы не получилось, если бы не помощь влиятельного друга. Этим влиятельным другом был великий поэт и естествоиспытатель Иоганн Вольфганг Гёте. Он помог Деберейнеру получить должность профессора в Иенском университете.
Учитель: “Слово предоставляется Иоганну Вольфгану Деберейнеру”.
Поднимается ученик, исполняющий роль учёного и рассказывает о классификации от имени ученого.
“Я на основании сходства химической природы некоторых элементов расположил их триадами:
| 1 триада | 2 триада | 3 триада | 4 триада | 5 триада |
| Li-литий | Ca-кальций | P-фосфор | S-сера | Cl-хлор |
| Na-натрий | Sr-стронций | As-мышьяк | Se-селен | Br-бром |
| K-калий | Ba-барий | Bi-висмут | Te-теллур | I-иод |
При этом я обнаружил интересную математическую закономерность: масса атома среднего элемента равна средней арифметической массе атомов крайних элементов.
23, 00(Na) = ( 6, 94(Li) + 39, 1(К) )/2
1 ведущий (ученик) Уважаемый коллега, ваша классификация долгое время занимала умы многих химиков. Стали выявляться новые и новые триады. Многие учёные понимали, что все эти закономерности не случайны, что элементы связаны неясным внутренним родством, однако причин этих закономерностей ни вами, ни авторами предложенных таблиц не выявлено.
Учитель называет фамилию следующего классификатора – Уильям Одлинг (Приложение 1 слайд №5)
2 ведущий (ученик) Оксфордский профессор химии Уильям Одлинг принадлежал к поколению Вюрца, Кекуле, Бутлерова, немало способствовал успеху конгресса в Карлсруэ и выработке представлений об атомности (валентности) химических элементов.
Учитель: “Слово предоставляется Уильяму Одлингу”.
Поднимается ученик, исполняющий роль ОДЛИНГА, и рассказывает о классификации учёного.
“Я начал с того, пытался распространить на все элементы закон триад, открытый Деберейнером. Для этого надо было подобрать для каждого элемента свою тройку. Для каждого - не удалось. Три элемента остались в одиночестве: H, B, Au. Зато из остальных я сумел образовать не только тройки, но и четверки, пятёрки, и даже шестёрки. Первую такую табличку – из – 49 элементов я составил за три года до конгресса в Карлсруэ. Вторую- из 56 элементов- в 1816году, через год после конгресса. Внутри групп, как у Деберейнера , элементы выстраивались по порядку атомных весов. Но выстраивая группы друг за другом, я не обращал внимания на атомные веса.”
1ведущий (ученик) “И правильно сделали , уважаемый коллега, так как некоторые атомные веса были приняты вами вдвое меньше истинных (Ca, Mg, Al). Через два года после того, как Одлинг зашёл в тупик выход принялся искать Ньюлендс.
2 ведущий (ученик) Джон Ньюлендс – прекрасно образованный лондонский химик, успевший прославиться пока не столько в своей науке, сколько тем, что сражался с австрийцами за свободу Италии в войсках Гарибальди. (Приложение 1 слайд №6)
Учитель: “Слово предоставляется Джону Ньюлендсу” (Приложение 1 слайд №7)
Поднимается ученик, исполняющий роль учёного, и рассказывает о его классификации от имени учёного.
“Я стал располагать химические элементы в порядке возрастания их атомных весов и уже в первой своей таблице я увидел то, что нельзя было увидеть в таблице Одлинга. Во – первых, наличие большого числа парочек с одинаковой разницей в атомном весе. Причём эта разница чаще всего была равна 16, например: 6, 9(Li) u 22, 9(Na)
22, 9(Na)u 39, 1(K)
24, 3(Mg) u 40(Ca)
Во - вторых, во многих случаях через каждые восемь элементов в таблице стояли химические родственники, например, Li, Na, K, Mg, Ca, Sr. Так вели себя добрых три десятка элементов. Гармония природы оказалась на удивление единообразной. Элементы, как ноты, собирались в октавы.
До – ре – ми – фа – соль – ля – си – до
Na – Mg – Al – Si – P - S – Cl – K
Свою таблицу, в которой все элементы распределены в восьми вертикальных столбцах – октавах – сходные же элементы расположены на горизонталях – я назвал законом октав.
1 ведущий (ученик)
Воодушевленного Ньюлендса на заседании Лондонского общества ожидало разочарование. Уважаемый коллега, а не пробовали ли вы расположить элементы в алфавитном порядке и открыть ещё какой – нибудь закон. Учёные – коллеги приняли решение считать закон октав спорным. И всё же заслуга Ньюлендса несомненна. Он первый подметил повторяемость свойств элементов на 8 элементе, привлёк внимание к этому числу.
2 ведущий (ученик). (Приложение 1 слайд №8)
Два англичанина не были единственными людьми, в чьи двери постучался Периодический закон. Немецкий учёный – ученик Бунзена, Лотар Мейер, участник конгресса в Карлсруэ, как и Одлинг с Ньюлендсом, принялся составлять таблицы элементов.
Учитель: “Слово предоставляется Лотару Мейеру”. Поднимается ученик, исполняющий роль учёного и от его имени рассказывает о классификации учёного. (Приложение 1 слайд № 9)
“Моя таблица основана на сходстве элементов по их атомности (валентности) по водороду. Всего в моей таблице шесть вертикальных столбцов, вмещающих 44 элемента. В каждом из них находятся элементы, сходные по их атомности, и разность между относительными атомными массами соседних по каждому вертикальному столбцу сходных элементов отличается на закономерно возрастающие числа: 16, 16, 45, 45, 90. Но что удивительно, эта разность между Si и Sn непомерно велика. Точно также не подтверждается наличием каких-либо элементов намеченная разность после каждого четвёртого элемента третьего, четвертого и шестого столбцов”.
1 ведущий (ученик) Уважаемый коллега, но вы, предложив нам свою таблицу, не делаете никаких логических выводов, а один из них о существовании неизвестных в то время элементов. Вы выявили периодическую повторяемость атомных объёмов элементов и вы были более, чем кто-либо из учёных близки к периодическому закону и всё же не решились на смелые выводы. Общее число попыток классификации до Д. И. Менделеева было около 50. Звучит “Лунная соната” Людвига Бетховена. И на фоне негромкой музыки начинается рассказ о Периодическом законе.
…В двери науки всё громче и громче стучался Периодический закон. И с разных направлений двигались на этот звук люди, одарённые наиболее острым слухом. Одни делали первые шаги, другие прошли уже значительный отрезок пути.
А Дмитрий Иванович всё ещё задерживался на старте. (Приложение 1 слайд №10)
Тысяча восемьсот шестьдесят пятый. Тысяча восемьсот шестьдесят шестой. Тысяча восемьсот шестьдесят седьмой. Годы летели быстро, до полного насыщения заполненные лекциями, лабораторными занятиями, литературным трудом, хозяйственными хлопотами, административными делами.
Это всё для студентов.
А ведь есть ещё и коллеги. “Отзыв о докторской диссертации Ильенкова”, “О магистерской диссертации Семёнова”, “О магистерской диссертации Яцуковича”.
И ещё - подробнейший отчёт о Всемирной выставке в Париже. Двести печатных страниц информации к размышлению.
И агрохимия, агрохимия. Программы опытов. Сами опыты. Отчёты об опытах. Сутки бежали за сутками, требовалась перемена обстоятельств. И такая перемена должна была произойти с неизбежностью. Он получал главную кафедру университета.
Да что там университета – он получал главную кафедру России: в Петербургском университете химии училось под три сотни человек, в пять раз больше, чем во всех остальных университетах страны. Вместе взятых.
Вот это трибуна!
С осени 1867 года и до весны следующего Дмитрий Иванович читал вводную часть курса. Учил студентов химической грамоте. Но уже в этой, вроде бы несложной части курса Дмитрий Иванович встретился с трудностью. И небольшая вроде бы трудность – а принципиальная. В каком порядке перечислять элементы? Самым срочным образом он должен был добыть компас, добыть карту мира взаимодействующих атомов.
У него появилась, наконец, насущная необходимость открыть Периодический закон.
Три ученика ведут рассказ в стихах об открытии периодического закона (Приложение № 2, стихотворение 1, 2, 3)
Д. И. Менделеев: “Свой первый вариант системы элементов я назвал “Опыт системы элементов, основанный на атомном весе и химическом сходстве”. Эти слова произносит ученик, исполняющий роль Д. И. Менделеева. (Приложение 1 слайд №11)
1 ведущий (ученик)
Да, ему удалось сделать то, о чём мечтали все великие естествоиспытатели – расположить химические элементы по лестнице природы. 17 февраля 1869 года день рождения системы – историческая дата в истории науки.
Слово учителя. Первый вариант системы не удовлетворил Д. И. Менделеева, и он приступает ко второму варианту, на который затрачивает полтора года напряжённой работы. Во – втором варианте чётко обозначены горизонтальные ряды – периоды, вертикальные ряды – группы, а в каждой группе – ряды подгруппы. Второй вариант дал возможность предсказать Д.И. Менделееву существование уже не 4 элементов, а двенадцати. Десяти элементам изменил относительные атомные массы, валентность по кислороду.8элементов разместил вопреки принятым ранее представлениям о сходстве их с другими элементами. Все эти менделеевские новшества были восприняты большинством учёных как неслыханная дерзость. В том же 1871году Д.И. Менделеев сформулировал открытый им закон “Свойства простых тел, также форма и свойства элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов”.
Твердо убеждённый в естественности своей системы и её научной правдивости, Д.И.Менделеев решается на невиданный в истории химии шаг- трём элементам: экабору, экаалюминию, экасилицию описывает с изумительной точностью их свойства, свойства их соединений, даже методы, которыми они могут быть открыты.
1 ведущий (ученик)
Открытию закона предшествовала длительная и напряжённая научная работа в течение 15 лет (1854 – 1869 год). И дальнейшему его углублению было отдано ещё 25 лет. Предшественники Менделеева (Деберейнер, Ньюлендс, Мейер) много сделали для подготовки открытия периодического закона. Но ни один из этих учёных не решился на основании подмеченной периодичности предсказать новые химические элементы. Для них периодичность была лишь удобным способом классификации, они не видели в ней фундаментального закона природы. Ни один из них не сумел в полном объёме охватить совокупность физических и химических свойств элементов и образованных ими веществ, обнаруживающих всю глубину периодического закона.
Многим ли доводится при жизни получить признание их гениальности. В то время уже ходила по Петербургу неизвестно кем сочинённая фраза: “Бутлеров у нас самый умный, а Менделеев самый гениальный”. Между тем его система вот – вот должна подвергнуться тяжелейшему испытанию.
ученик читает стихотворение 4 (Приложение № 2)
2 ведущий (ученик)
Эмиль Лекок де Буободран будучи богатым виноделом изучил самостоятельно химию. Всю жизнь он работал в собственной лаборатории, где занимался спектральным анализом.
Буободран “При исследовании пиринейской цинковой обманки я открыл новый элемент, который назвал в честь Франции – галлием”.
Менделеев “Экаалюминий при соприкосновении с воздухом не окисляется”.
Буободран “Галлий заметно не окисляется на воздухе”.
Менделеев “Он даёт квасцы”.
Буободран “Я получил соль, которая как я думаю, есть аммиачные квасцы галлия”.
Менделеев “Его окись R2O3”.
Буободран “Если, как я предполагаю, нет ошибки в определении моих квасцов галлия, то существование этой соли указывает на атомность нового элемента. Окись галлия –G2O3. Плотность галлия – 4, 7”.
Менделеев “Арифметика – штука точная. Иное дело лабораторный опыт. Достаточно не полностью очистить препарат от более лёгкой примеси, как плотность окажется заниженной. Надо Буободрану порекомендовать очистить свой металл”.
1 ведущий (ученик)
В 1876 году Буободран сумел приготовить 0, 5 грамма галлия. У предельно чистого галлия плотность оказалась равной 5, 956. Это была первая победа.
ученик читает стихотворение 5 (Приложение № 2)
ученик читает стихотворение 6 (Приложение №2)
2 ведущий (ученик)
Ларс Нильсон был профессором в Упсале, затем в сельскохозяйственной академии в Стокгольме.
“В 1879 году я обнаружил новый элемент, один к одному походивший на менделеевский экабор. Я назвал его скандием и делаю следующее заявление – так подтверждаются самым наглядным образом мысли русского химика, позволившие не только предвидеть существование найденного простого тела, но и наперед дать его важнейшие свойства”.
2 ведущий (ученик)
Клименс Винклер. Несколько поколений его предков работали на горнометаллургических предприятиях Фрейберга (Саксония). На фабрике была хорошая лаборатория, где Клименс получил первое знакомство с химией. Был большим мастером химического анализа. Заведовал кафедрой аналитической химии Горной академии.
“Милостивый государь, разрешите мне при сем передать Вам оттиск сообщения, из которого следует, что мною обнаружен новый элемент – Германий. Сначала я был того мнения, что этот элемент заполняет пробел между сурьмой и висмутом в вашей Периодической системе. И что этот элемент совпадает с вашей экасурьмой. Но все указывает на то, что мы имеем дело с экасилициумом. Я надеюсь вскоре сообщить вам более подробно об этом интересном веществе. Сегодня ограничиваюсь лишь тем, что уведомляю вас о вероятном новом триумфе вашего гениального исследования и свидетельствую Вам своё почтение глубокое уважение”. К.Винклер.
Потом дополнилась таблица
Узнали новые частицы.
Прославят, подтвердят закон
Открытья будущих времён.
Эмиля де Буободрана, Ларса Нильсона, Клименса Винклера Дмитрий Иванович Менделеев назвал утвердителями Периодического закона, их портреты всегда висели у него в кабинете на почётном месте. (Приложение 1 слайд № 12, слайд №13, слайд №14, слайд №15).
В 1894 году английский физик лорд Рэлей и английский химик Уильям Рамзай нашли в атмосферном воздухе новый газ, названный за свою невероятную инертность, аргоном ленивым. Такому элементу не было места ни в одной группе менделеевской таблице. Но затем были обнаружены родственники аргона ещё четыре инертных газа. И в таблице возникла новая группа. Она расположена в месте единственного скачка в свойствах металлов: между галогенами и щёлочными металлами. Из этого испытания Периодическая система вышла ещё более крепкой. Другим испытанием было открытие ещё нескольких редкоземельных металлов – сородичей церия и лантана. Ни для одного из этих металлов не оказалось в таблице подходящего места. Узел удалось не развязать, а разрубить. Чешский химик Богуслав Браунер предложил поместить всех родственников в общий дом – тот, в котором ранее находился один лантан. Сразу “редкоземельные” перестали путаться в ногах у всех элементов, портить строй. В самом конце столетия сбылись ещё три менделеевских предсказания: Мария и Пьер Кюри обнаружили экателлур(Po - полоний) и экабарий(Ra - радий), а их молодой помощник Анри Деберьен – экалантан(Ac - актиний). Д.И. Менделеев посетил лабораторию супругов Кюри, собственными глазами наблюдал, как радий превращается в радон. Периодический закон выдержал ещё одно испытание в конце 60годов ХХ столетия, когда был открыт элемент 104, который повторяет свойства гафния. И сейчас Периодический закон служит путеводной звездой для открытия или искусственного создания новых элементов. Можно утверждать, что элемент 114 будет похож на свинец, 115 – на висмут, а 118 будет благородным газом. Периодический закон, выдержав испытание временем, находится в постоянном развитии. Прав был Менделеев, утверждая: “Периодическому закону будущее не грозит разрушением, а только надстройки и развитие обещает”.
ИТОГ УРОКА:
“Все учащиеся, которые участвовали в проведении урока, оцениваются отметками, и вместе с остальными учениками класса сдают конспект урока, в котором должны быть указаны фамилии учёных – классификаторов, особенность классификации элементов и недостатки классификации. За конспект учащиеся получают отметки. Таким образом, опрашивается весь класс”.
Библиография:
1.Агафошин, Н.П. Периодический закон и система Менделеева/Н.П.Агафошин.-М.:Просвещение,1982.-120с.
2.Антология русской советской поэзии: ВЗ-т.-М.:худож. лит.1987.-т.2.-1987.-384с.
3.Габриелян, О.С.Химия 11 класс: учеб.для общеобразоват. учреждений/ Олег Сергеевич Габриелян, Галина Георгиевна Лысова.- М.: Дрофа, 2002.-368с.
4.Ефимовский, Е.Ракета и травинка/Е.Ефимовский.-Л.:Дет. лит.,1984.-98с.
5.Макареня, А.А. Д.И.Менделеев/А.А.Макареня, Ю.В.Рысев.- М.:Просвещение,1988.-112с.
6.Менделеев, Д.И. Периодический закон/Дмитрий Иванович Менделеев.-М.:наука,1958.- 271с.
7.Петрянов, И.В. Для жатвы народной : документ. повесть/Игорь Васильевич Петрянов, Валентин Исаакович Рич.-М.: Сов. Россия,1983.-272с.
8.Сергеева, М.П. К 120-летию открытия периодического закона/М.П.Сергеева//Химия в школе.-1989.-№1.-с.150-159.
9.Суровцева, Р.П. Методика использования лекционно-семинарской системы работы по химии в средней общеобразовательной школе: метод.рекомендации.-М.:типогр.ХОЗу миннефтепром,1986.-35с.
10.Хомченко, Г.П. Химия для поступающих в вузы/Г.П.Хомченко.-М.:Высшая школа,2006.-328с.
11.Химия: энциклопедия химических элементов/ М.:Дрофа,2000.-432 с-(школьная энциклопедия).