Формирование и развитие системы знаний о химическом элементе в школьном курсе

курсе химии Береснева Е. В. к.п.н., профессор кафедры фундаментальной химии и

методики обучения химии ВятГУ

и развития системы знаний о «химическом элементе» в науке и

в курсе химии средней школы
Структура содержания системы знаний о «химическом элементе»
Изучение элементов и их соединений по группам Периодической системы (самостоятельная работа)

изучения химии является вещество, которое состоит из химических элементов, поэтому

понятие о химическом элементе – важнейшее среди других химических понятий. В то же время это очень сложное, очень абстрактное понятие, которое вызывает огромные затруднения в понимании и осмысливании его учащимися
Понятие «химический элемент» часто заменяют понятием «вещество» или ставят знак равенства между ними. Эта подмена встречается в учебниках и методических рекомендациях, нет чёткого различия этих понятий и у учителей химии

с веществами, наблюдают химические процессы, но химический элемент они не

видят
Для понимания понятия о химическом элементе нужны сложные умозаключения (логика) и убедительные доказательства качественного и количественного влияния химических элементов на состав и свойства веществ

единства мира
Позволяет раскрыть понимание единого происхождения живой и неживой природы
Развивающий

аспект
Развивает абстрактное мышление учащихся

элементов Д. И. Менделеева, а, следовательно, методически грамотно изложить и

понять весь курс неорганической химии
Широкое использование в обучении химии химической символики, моделирования состава, строения веществ и происходящих химических процессов возможно лишь после того, как учащиеся получат представление о химических элементах

в науке и в школьном курсе химии
Важнейшие этапы развития понятия

«химический элемент» в науке
Первый этап охватил последние четыре десятилетия XVII в. и весь XVIII в. – от Р.Бойля до А.Л. Лавуазье. В химии это был период господства химического анализа, период чисто эмпирических исследований и представлений. Соответственно этому понятие «химический элемент» носило тогда чисто аналитический и вместе с тем сугубо эмпирический характер

«химический элемент»:
химическая неразложимость
способность элементов входить в состав химически сложных

тел, соединяясь между собой

химии включил весь XIX в. – от Дж. Дальтона до

Д.И.Менделеева. Это был период химической атомистики, следовательно, период господства в химии теоретических представлений о строении вещества. Понятие же химического элемента прошло за это время два существенно различных этапа – второй и третий, носивших атомно-теоретический характер

первые две трети (с небольшим) XIX в. – от создания

химической атомистики Дж. Дальтоном (1803) до открытия периодического закона Д.И.Менделеевым (1869). В химии, сначала неорганической, а затем органической, развернулся экспериментальный синтез, но в теории, в атомно-химических представлениях продолжал доминировать аналитический подход к химическим элементам: последние рассматривались пока как нечто отдельное, разобщённое между собой, не охваченное и не объединённое каким-либо общим положением или принципом

мельчайшее количество (микрочастичка) элемента, а элемент – как вид атомов.

За элементом сохранялись все прежние эмпирико-аналитические признаки, но добавлялись новые:
способность обусловливать простоту и краткость, а также постоянство отношений составных частей химических соединений
специфический для каждого элемента атомный вес

последнюю треть XIXв. и начало XX в. – открытие, разработка

и утверждение в рамках химии периодического закона как общего закона химических элементов. Ко всем прежним определяющим признакам понятия химического элемента прибавляется принципиально новый, существенно отличный от них, признак «места» отдельного элемента в общей периодической системе всех элементов

понимается не как признак геометрического или графического характера, но как

совокупность всех важнейших связей и отношений данного отдельного элемента со всеми остальными элементами, входящими в их общую систему, и, прежде всего, с его ближайшими соседями по вертикали (по группе) и по горизонтали (по ряду и периоду), а также по обоим диагональным направлениям

на основании правильно установленного места элементов в системе, во-первых, исправлялись

ошибочно принятые ранее атомные веса многих элементов; во-вторых, предсказывались атомные веса неизвестных ещё элементов, занявших позднее пустовавшие дотоле места III – 4, III – 5, и IV – 5, в-третьих, устанавливалась правильная последовательность в расположении элементов в системе (Co – Ni, Te – I, Ar – K), несмотря на то, что атомные веса здесь не возрастали, а уменьшались («аномалии» системы)

Менделееву: «вид атомов, занимающий определённое место в общей, периодической системе

элементов»
С этого момента понятие элемента в химии приобретает теоретико-синтетический характер, так как опирается на теоретический синтез всех элементов, представленных периодическим законом

XIX и XX вв. новейшая революция в естествознании разрушила ряд

прежде принятых признаков понятий элемента и атома: непревращаемость и неразложимость элементов, неделимость и неразрушимость атомов
Однако до 1913 г. эти новейшие физические открытия ещё не были приведены в связь с периодическим законом и не нашли ещё своего отражения в дальнейшем развитии понятия химического элемента

в качестве определяющего признака этого понятия – места элемента в

системе – само это понятие выступало как предельно абстрактное: оно характеризовалось лишь двумя отвлечёнными координатами (абсциссой и ординатой) и не ассоциировалось с каким-либо определённым физическим свойством атома и элемента как вида атомов

ознаменовало открытие, сделанное Генри Мозли (1913). Мозли установил прямую связь

между характеристическим рентгеновским спектром элемента, измеряемым непосредственно экспериментальным путём, и местом этого элемента в периодической системе. Оказалось, что эта связь выражается порядковым номером или порядковым числом элемента в системе

стал порядковый номер или порядковое число элемента, устанавливаемое экспериментально. В

итоге прежнее абстрактное понятие стало более конкретным. В 1923 г. Международная комиссия по атомным весам предложила определять понятие химического элемента как вида атомов, обладающих одинаковым порядковым номером или порядковым числом

в тот же год, что и предыдущий: Антониус Ван-ден-Брук и

Нильс Хендрик Давид Бор выдвинули идею, что положительный заряд атомного ядра численно равен порядковому номеру или порядковому числу элемента, установленному Мозли. С этого момента определяющим признаком элемента стал положительный заряд атомного ядра и элементом стали считать вид атомов, у которых заряд атомного ядра одинаков. Такое определение дал в 1916 г. Фридрих Адольф Панет

в 1913 г., Фредерик Содди ввёл понятие изотопа (одинаковоместный) для

обозначения разновидности атомов одного вида
Дальнейшее наполнение понятия конкретным содержанием произошло в 1932 г., когда Джеймс Чедвик открыл нейтроны и было установлено, что положительный заряд атомного ядра обусловлен присутствием в составе ядра соответствующего числа протонов

конкретизация совершилась в 1942 – 1945 гг., когда А.П.Жданов обнаружил

полное расщепление атомного ядра. Стал возможным подсчёт всех содержавшихся в ядре отдельных протонов
Так с момента открытия периодического закона совершилась эволюция менделеевского понятия элемента в порядке восхождения от абстрактного к конкретному в развитии современной химии и физики

Г. Шаповаленко и Г. М. Чернобельская выделяют четыре стадии в

формировании понятия «химический элемент» в школе. На каждой стадии понятие «химический элемент» развивается путём углубления понимания и осмысливания учениками, повторяя в общих чертах развитие этого понятия в истории химии

понятий «химическая реакция», «простые и сложные вещества». Учащихся подводят к

пониманию того, что атомы являются составной частью как простых, так и сложных веществ. Вводится определение: Химический элемент – это определенный вид атомов
На этой стадии даётся чисто эмпирическое понятие о химическом элементе

которое с эмпирического уровня познания переводится на теоретический
Некоторые современные авторы

учебников, опираясь на знания из физики 7-го класса об атомах и молекулах, эмпирическую стадию непосредственно соединили с теоретической в одно целое, дополняя эмпирическое понятие сразу же понятием теоретическим

химических элементов Д. И. Менделеева». Здесь под химическим элементом понимается

вид атомов, свойства которых определяются положением их в периодической системе, т. е. в определении отражена зависимость качественных изменений свойств элементов от их количественных характеристик

Сформированное понятие «изотопы» позволяет углубить понимание химического элемента и дать

более научное и точное его определение: химический элемент – это вид атомов, имеющих одинаковый заряд ядра. На основе такого понимания химического элемента осознаются все ранее накопленные сведения об отдельных элементах и приобретаются новые

масса – рассматривается после формирования понятия «химический элемент», путём сравнения

терминов «масса атома» и Аr, их различия. Это понятие развивается на четвёртой стадии после точного определения химического элемента, как среднее арифметическое из масс изотопов каждого элемента с учетом их распространения в природе, что и отображается в дробных величинах Аr

выполнить учитель при формировании этого понятия. Важно отметить, что все

четыре стадии осуществляются на первом году обучения в 8 классе, после чего ведётся систематическое изучение химических элементов и их соединений по группам периодической системы

природе
Понятие о классификации
химических элементов
3. Структура содержания системы знаний о

«химическом элементе»

Понятие «химический элемент» является понятием сложным и образует структуру из трёх тесно связанных между собой блоков:

Электронное строение
атома
Формы орбиталей
Валентность
Степень окисления
Электроотрицательность
Понятие об атомах элементов

элемент» учителю важно чётко разграничить понятия «элемент» и «вещество». Для

этого нужно знать формы существования элемента и свойства, присущие химическому элементу и веществу
Выделяют три формы существования элемента:
– одиночные атомы
– простые вещества
– сложные вещества

связей
Окислительно-восстановительные свойства
Распространение и круговорот элемента в природе
Вещество (простое)
Молекулярная (эмпирическая)

формула
Молярная масса
Кристаллическая структура
Физические свойства
Химические свойства
Получение
Применение

введения понятий «элемент» и «вещество» до Периодического закона:
Химический знак элемент
Аr

элемент
Валентность элемент
Химическая формула вещество
Мr вещество
Нахождение в природе элемент
Получение вещество
Свойства простого вещества вещество
Применение вещество
Круговорот в природе элемент

П.С. (хим. зн., Аr, поряд. N, период, группа) элемент
Строение атома

(заряд ядра, число n, p, e, их расположение, число e на внешнем уровне, валентность, ст. ок., ЭО) элемент
Краткие исторические сведения о химическом элементе элемент
Окислительно-восстановительные свойства элемент
Простое вещество, образованное элементом, его строение, тип химической связи, кристаллическая решётка вещество
Свойства простого вещества (физические и химические) вещество
Применение и получение вещество
Водород. соединения элементов, свойства, применение вещество
Кислород. соединения, свойства, получение и применение вещество
Гидроксиды элемента, свойства, получение и применение вещество
Соли вещество
Распространение элемента в природе элемент
Круговорот элемента в природе элемент
Общая характеристика подгруппы элемент

и неметаллов производится по группам и главным подгруппам периодической системы

химических элементов
Первыми рассматриваются неметаллы, а изучение металлов опирается на знания неметаллов