Исторические сведения о попытках классификации химических элементов. Понятие о щелочных, инертных элементах и галогенах

8 КЛАСС

Тема. Исторические сведения о попытках классификации химических элементов. Понятие о щелочных, инертных элементах и галогенах.

Цели урока: повторить и дополнить знания учеников о химических элементах, продолжить формировать знания учеников о металлических и неметаллических элементах, раскрыть новое понятие «классификация», объяснить причины необходимости классификации химических элементов, формировать представление о естественных группах химических элементов щелочных металлов, галогенов и инертных газов, раскрыть их свойства и охарактеризовать свойства простых веществ, образованных ими; развивать умение учеников сравнивать свойства веществ, умения определять сходства и отличия в свойствах элементов и образованных ими простых веществах, развивать логическое мышление, умение находить главное.

Тип урока: усвоение новых знаний.

Оборудование карточки, коллекция щелочных металлов.

Реактивы: растворы гидроксида натрия, серной кислоты, хлорида алюминия, лакмус; образцы веществ алюминия, железа, цинка, серы, брома, йода, углерода, фосфора.

Ум наш не может успокоиться

в разнообразии, он только там, где

подобие. Естественный метод состоит

в определении подобия и отличий.

Д. И. Менделеев

ХОД УРОКА

I. Организационный момент

Учитель называет новую тему, объясняет ее структуру, объявляет тему урока, просит сформулировать вопросы, которые следует, по мнению учеников, рассмотреть на уроке.

II.Актуализация опорных знаний

Беседа

1) Что означает понятие «химический элемент»?

2) Кто ввел определение «химический элемент»?

3) Имеют ли одинаковое содержание понятия «химический элемент» и «простое вещество»?

4)На какие две группы по свойствам разделяют простые вещества?

5)На какие две группы можно разделить химические элементы?

6)Какие физические свойства присущи простым веществам - металлам?

7)Какие металлы не имеют серый или серебристый цвет?

8)Какие физические свойства присущи неметаллам?

9)Приведите примеры неметаллов разного цвета.

10)Какое строение имеют металлы и неметаллы?

11)Существует ли четкая граница между металлами и неметаллами? Ответ аргументируйте.

12)Какие элементы - металлические или неметаллические - входят в состав кислот? Какие элементы - металлические или неметаллические - входят в состав оснований? Какие элементы входят в состав амфотерних гидроксидов?

13)Сделайте вывод, можно ли четко классифицировать элементы на металлические и неметаллические.

III. Мотивация учебной деятельности учеников

Хронология открытия химических элементов.

В давние времена было известно десять элементов, которые образовывали определенные простые вещества: Карбон (углерод), Сульфур (сера), Феррум (железо), Купрум (медь), Аргентум (серебро), Аурум (золото), Станнум (олово), Плюмбум (свинец), Меркурий (ртуть), Стибий (стибий).

В средние века был открыт Висмут, мышьяк.

В XVII ст. люди узнали о существовании фосфора, азота, бериллия, водорода, вольфрама, иттрия, кислорода, кобальта, молибдена, марганца, магния, никеля, платины, стронция, титана, теллура, урана, хлора, циркония.

В первой, половине XIX ст. ученые открыли Алюминий, Бор, Бром, Ванадий, Иод, Иридий, Калий, Кальций, Кадмий, Лантан, Литий, Натрий, Ниобий, Осмий, Палладий, Рутений, Родий, Селен, Кремний, Тербий, Торий, Тантал, Фтор, Церий, Барий, Магний..

К 1869 году уже были известны 63 химических элемента.

• Что делать с информацией о большом количестве химических элементов?

Предположение: нужно систематизировать эту информацию.

IV. Изучение нового материала

1. Семейства химических элементов

Какие типы классификации вам уже известны? (Ученики вспоминают о классификации неорганических соединений на классы: оксиды, кислоты, основания, соли).

Как разделяются химические элементы, простые вещества?

•Совершенно ли деление на металлы и неметаллы?

• Что нужно учитывать при классификации веществ? (Химические свойства}

Подобную попытку классификации в начале XIX века осуществили ученые Берцелиус и Лавуазье. Она оказалась несовершенной. Довести это можно на опыте, который показывает существование соединений с амфотерними свойствами.

Лабораторный опыт. Исследование характера гидроксида натрия, гидроксида алюминия и серной кислоты

Цель: выяснить отличия между гидратами оксидов металлов, неметаллов, амфотерных элементов.

Оборудование: штатив с пробирками.

Реактивы: раствор гидроксида натрия, серной кислоты, хлорида алюминия, лакмус.

Ход работы

1.В первую пробирку налейте раствор гидроксида натрия, во вторую - раствор серной кислоты. К каждой добавляйте лакмус.

2.Медленно доливайте в первую пробирку раствор серной кислоты, во вторую - раствор щелочи.

3.В третью пробирку налейте раствор хлорида алюминия и добавляйте немного щелочи.

4. Содержание третьей пробирки разделите пополам.

5. К первой половине добавляйте раствор щелочи, ко второй половине раствор кислоты.

6. Наблюдения занесите в таблицу.

Опыты

Наблюдение

Выводы и уравнения реакций

Вывод

По мере роста количества известных химических элементов ученые пытались их классифицировать и выделяли из их числа естественные семьи с подобными свойствами.

Галогены

Свойства галогенов

Химический знак

Название

Относительная атомная масса

Формула летучего водородного соединения

Химический характер летучего водородного соединения

Соль

(пример)

F

Фтор

19

HF

Водные растворы- кислоты

NаF

Сl

Хлор

35,5

НCl

NaСl

Бром

80

НВг

NaВr

I

Иод

127

Н I

NaI

Сравнительная характеристика простых веществ галогенов

Химическая формула

Относительная молекулярная масса

Агрегатное состояние

t _кип.,°С

Цвет

F₂

38

Газ

-188

Бледно-желтый

Сl₂

71

Газ

-34

Желто зеленый

Br₂

160

Жидкость

59

Темно бурый

I₂

254

Кристаллы

184

Черно- фиолетовый

2. Попытки классификации химических элементов

Впервые научное определение понятия «химический элемент» предложил Р. Бойль в 1661 году на первом съезде химиков в Карлсруэ.

«Доменделеевские попытки классификации элементов» - так в историко-химической литературе называют разные способы группирования элементов, которые предложены до 1 марта 1869 года. Сколько было таких попыток - можно ли назвать точное число?! Известный «Атлас графических форм периодической системы», составленный кандидатом химических наук И. А. Петровой, включает около 400 таблиц,100 разнообразных вариантов геометрических фигур и аналитических кривых. Экземпляр «Атласа» хранится в библиотеке Института истории природоведения и техники в г. Москве. К самым известным, интересным, весомым типам классификации принадлежат:

1. Триады Деберейнера

Йоганн Деберейнер - первый ученый, которому удалось установить некоторые закономерности в свойствах химических элементов и их соединений. Проанализировав известные в то время химические элементы на основании их свойств и характерных признаков, он предложил существование семейств элементов, которые содержали на то время по три элемента (триады). Первой триадой в 1817 г. были щелочноземельные металлические элементы Кальций, Стронций и Барий. Через 6 лет он установил еще две триады: щелочных металлических элементов (Литий, Натрий и Калий) и халькогенов (Сера, Селен и Теллур). Также он заметил, что в рамках этих триад относительная атомная масса среднего элемента приблизительно равняется среднему арифметическому масс первого и третьего. Позже было установлено, что характер классификации элементов значительно более сложен, но закон триад Деберейнера подготовил почву для систематизации элементов.

2. Октавы Ньюлендса

В 1864 году Джон Ньюлендс в первый раз расположил известные в то время химические элементы по возрастанию их относительных атомных масс. Он отметил, что в этом ряду периодически наблюдается появление химически подобных элементов. Пронумеровав элементы в этом ряду (элементы, которые имели одинаковые массы, имели и одинаковый номер) и, сопоставив номера со свойствами элементов, он сделал вывод, что каждый восьмой элемент является подобным по свойствам первому элементу, так же, как в музыке восьмая нота в октаве подобна первой. Свое открытие он назвал «закон октав»: номера подобных элементов отличаются на семь или на число, что кратное семи.

Таким образом, Ньюлендсом было впервые выдвинуто предположение о периодичности изменений свойств элементов. Однако, даже предложив введение порядкового номера элемента, Ньюлендс не смог обнаружить физического смысла в своем открытии. Однако в действительности открытие Ньюлендса в то время было одной из многих попыток классификации химических элементов и потому не привлекло особого внимания. После того как стали известны роботы Менделеева, англичане, патриотически настроенные, признали первооткрывателем периодичности своего соотечественника Ньюлендса, и в 1887 г. Лондонское Королевское Общество присудило ему медаль Деви «за открытие периодического закона химических элементов», хотя на пять лет раньше этой награды были удостоены Д.И. Менделеев и Л. Мейер.

3. Таблица Лотара Мейера

В 1864 году свою первую таблицу опубликовал немецкий химик Лотар Мейер. В нее входили 43 элемента из 63 известных в то время. Он расположил элементы по возрастанию отношения молярной массы вещества, которое образует элемент, к молярному объему. В этом отношении он наблюдал периодическое изменение, и такое расположение отвечало валентностям элементов и увеличению их относительных атомных масс. Но работа Мейера не имела систематического характера и не имела характер закона. В отличие он Менделеева, Лотар Мейер даже не заподозрил, что для некоторых элементов неправильно установлены атомные массы, что вносило определенные погрешности в его открытие и не давало общего понимания классификации химических элементов.

V. Обобщение и систематизация знаний

1. Беседа по теме.

2. Работа на карточках

Выполните упражнения.

1. В одну из естественных групп были объединены кислород, сера, селен. Напишите формулы оксидов и гидроксидов этих элементов и укажите их названия.

2. Напишите формулы соединений: карбоната рубидия (І), фторида лития (I), бромида цезия(І), оксида стронция (II), гидроксида кадмий(II), хлорида радия (II), гидроксида бериллия (II).

3. Химический элемент Стронций похож с элементом Кальцием, Мышьяк - с Фосфором. Напишите формулы оксидов, гидроксидов и солей, в состав которых входят эти элементы. Составьте уравнение реакций, которые характеризуют химические свойства соответствующих соединений.

4. Составьте уравнение реакций между веществами: рубидием и водой; серной кислотой и гидроксидом скандия; фосфорной кислотой и оксидом цезия; оксидом рубидия и водой, цезием и водой, гидроксидом стронция и азотной кислотой.

VI. Домашнее задание

Выучить § 49, ответить на вопросы после параграфа № 2,3,5 с. 171.

Творческое задание: предложить превращение, которое отвечает схеме:

металл → оксид → основание → соль.