Реферат: Методика изучения кристаллогидратов в школьном курсе химии
7. По состоянию воды в гидратах
· Псевдогидраты - это соединения, в которых часть молекул кристаллизационной воды образуют гидроксид ионы или ионы гидроксония (HClO4 ·H2 O = H3 O·ClO4 , Sr(BO2 )2 ·4H2 O = Sr[B(OH)4 ]2 ) Воду, входящую в состав псевдогидратов называют конституционной [39].
молекулы воды изолированы друг от друга. Атомы кислорода в воде координируются вокруг центрального иона: CuCl2 ∙ 2H2 O, CoCl2 ∙2H2 O (Приложение 2, Рис 3).
Внутрисферные кристаллогидраты – молекулы кристаллизационной воды удерживаются благодаря ковалентной связи с катионом [Al(H2 O)6 ]Cl3 , [Mg(H2 O)6 ]Cl2 (Приложение 2, Рис 1).
Смешанные кристаллогидраты – кристаллизационная вода удерживается за счет образования водородных связей и донорноакцепторного взаимодействия. К данной группе можно отнести купоросы (CuSO4 ·5H2 O или [Cu(H2 O)4 ]SO4 ·H2 O), пятая молекула воды связывается именно водородными связями (Приложение2, Рис 2) [2].
молекулы воды образуют цепи. В ряде случаев молекулы воды связывают два катиона Zn(OH)H2 O и BaCl2 ∙ H2 O. Образуются бесконечные цепи.
Молекулы воды образует слои, объединяемые ионами соли (CaSO4 ·2H2 O). В соединении Mg2 (OH)2 (H2 O)3 CO3 в каналах структуры.
Своеобразными упорядоченными твердыми растворами внедрения типа соль — лед являются некоторые кристаллогидраты с большим числом молекул воды, например Na2 SO4 ·10Н2 О, Na2 СO3 ·10Н2 О (тектогидраты). Они имеют структуру льда, которая стабилизируется за счет стягивающего действия электростатически взаимодействующих ионов противоположного знака. Вследствие этого температура плавления тектогидратов намного превышает температуру плавления льда [2].
1.5 Значение кристаллогидратов
Образование и разрушение газовых клатратов используются, для разделения газов опреснения морской воды. Клатраты в природе часто играют роль естественного хранилища газов. Кристаллогидраты занимают важное место в строительстве в процессах схватывания и твердения вяжущих. В растительных клетках часто встречаются кристаллы оксалата кальция. Кристаллы представлены в основном моно(CaC2 O4 ∙H2 O) и дигидратами (CaC2 O4 ∙2H2 O). Первые кристаллизуются в клиноромбической системе, вторые в гексагональной. Они откладываются только в вакуолях. Форма кристаллов оксалата кальция довольно разнообразна и часто специфична для определенных групп растений. Это могут быть одиночные кристаллы ромбоэдрической, октаэдрической или удлиненной формы (клетки наружных отмерших чешуи луковиц лука), друзы (чешек, druza — группа) — шаровидные образования, состоящие из многих мелких сросшихся кристаллов (клетки корневищ, коры, корки, черешков и эпидермы листьев многих растений), рафиды (греч. рафис — швейная игла) — мелкие игольчатые кристаллы, соединенные в пучки (стебель и листья винограда), и кристаллический песок — скопления множества мелких одиночных кристаллов (паренхимные клетки многих пасленовых бузины). Наиболее часто встречающаяся форма кристаллов — друзы.
Выводы: с момента первоначального изучения кристаллогидратов до настоящего времени в науке накопилось большое количество сведений о таком классе химических соединений, как кристаллогидраты. Школьное химическое образование не должно отставать от достижений, происходящих в научном мире, поэтому целью данной главы является проведение анализа химической литературы и выяснение того, как рассматривается тема кристаллогидраты на современном этапе развития химии. Анализ показал, что по данной теме появилось достаточно много новой информации. Данная тема имеет очень важное значение, как в общенаучном плане, так и прикладном плане. Это дает нам возможность проанализировать содержание данной темы в курсе химии средней школы.
Глава 2. МЕТОДИКА ИЗУЧЕНИЯ КРИСТАЛЛОГИДРАТОВ В КУРСЕ ХИМИИ СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ
2.1 Тема «Кристаллогидраты» в стандарте школьного образования
Стандарт среднего (полного) общего образования по химии определяет собой обязательных минимум, который должен изучаться в школе и предусматривает следующее содержание. В отношении кристаллогидратов это может проявиться в рамках:
Методы познания веществ и химических явлений: расчеты на массовую долю вещества находящуюся в растворе.
Экспериментальные основы химии: получение кристаллов солей, приготовление растворов.
Химия и жизнь: цемент и другие вяжущие.
Явления проходящих при растворении веществ в воде: разрушение кристаллической решетки, диффузия, диссоциация, гидратация [7].
2.2 Анализ содержания действующих программ по исследуемой теме
В настоящее время существует много программ по химии для средней школы. Эти программы отличаются друг от друга по содержанию, построению материала глубиной изложения вопросов. Но сходство всех программ проявляется в том, что они базируются на обязательном минимуме образования, который определяется стандартом. Мы приняли решение проанализировать не все программы по химии, а выбрали несколько программ, которые получили наибольшее распространение в Калужской области в настоящее время. Мы решили проанализировать программы и учебники следующих авторов:
1) программа для общеобразовательной учреждений (авторы: Гузей Л.С., Сорокин В.В, Суровцева О.С.)
2) программа по химии для общеобразовательных учреждений (автор: Габриелян О.С.)
3) программа по химии для общеобразовательных учреждений (автор: Ахметов Н.С.)
4) программа по химии для общеобразовательных учреждений (автор: Кузнецова Н.Е., Титова И.М., Гара Н.Н., Жегин А.Ю.) [13].
2.3 Анализ содержания темы «Кристаллогидраты» в школьных программах и учебниках
Итак, из проведенного анализа мы можем сделать следующие выводы. Наиболее удачный, в плане рассмотрения понятия кристаллогидраты, мы считаем программу и учебники Н.С. Ахметова. В данном учебно-методическом комплекте рассматриваются вопросы, касающиеся исследуемой нами темы. Четко вводятся понятия, в учебниках присутствует много вопросов и заданий, по исследуемой теме, для самостоятельного выполнения учащимися. В учебниках присутствуют задания с «жизненным» содержанием, что способствует развитию познавательного интереса учащихся (задачи на применение кристаллогидратов). В учебнике представлено большое количество лабораторных и практических работ (получение кристаллогидратов, их свойства) [3],[4],[5],[13].
В программе и учебниках Л.С. Гузея материал темы изложен на достаточно высоком уровне. В ней указывается на необходимость изучения кристаллогидратов, механизмов их образования, а так же изучение их на практике, т.е. через лабораторные и практические занятия. В этом учебнике много лабораторных и практических работ, причем есть лабораторные работы эвристического характера. В учебнике встречается достаточно много заданий для учащихся (на кристаллогидраты). Но к минусам, по нашему мнению, можно отнести недостаточную иллюстрированность учебника по данной тематике. В учебнике рассматриваются вопросы применения кристаллогидратов, но по нашему мнению недостаточно [13],[15],[16],[17],[18].
Анализируя учебники Н.С. Ахметова и Л.С. Гузея можно находить отличия и сходство по научному уровню изучения данной темы. Но здесь модно выделить главное, мы считаем, что именно в этих учебниках происходит поэтапное формирование знаний учащихся по исследуемой теме.
В программах учебниках О.С. Габриеляна и Н.Е. Кузнецовой вводятся только понятия о кристаллогидратах и не изучаются глубоко. После изучения каждой группы элементов довольно хорошо расписано применение их соединений (например, солей находящихся в виде кристаллогидратов). В учебнике мало заданий для учащихся. И понятие кристаллогидраты по нашему мнению не формируется как целое [13],[9],[10],[11],[12],[22],[23],[24],[25].
2.4 Реализация темы «кристаллогидраты» в контрольно-измерительных материалах (едином государственном экзамене)
Полученные знания учащимися о кристаллогидратах находят свое отражение в едином государственном экзамене по химии. Мы повели анализ материалов ЕГЭ и выявили вопросы посвященных кристаллогидратам.
Вывод: таким образом, проведенный анализ программ и учебников по химии на предмет содержания темы «кристаллогидраты», позволяет сделать вывод, что в проанализированной методической литературе материал изложен недостаточно полно. Вся изученная литература имеет свои недостатки, поэтому мы считаем, что необходимо осуществлять некоторое совершенствование процесса изучения кристаллогидратов, что подтверждает анализ материалов ЕГЭ, т.к. знания учащихся по данной тематике являются востребованными единой государственной аттестацией. Нашей последующей задачей является разработка методических рекомендаций к изучению данной темы, позволяющих по нашему мнению осуществлять изучение материала с минимальным расходом времени и сил учащихся. Данная методика должна способствовать формированию более глубокого и целостного представления учащихся о кристаллогидратах.
2.5 Возможности модернизации темы «кристаллогидраты»
Анализ прогарам и учебников показал нам структуру изложения учебного материала. На основе проделанной работы мы приходим к выводу о более эффективной структуре изучения данной темы. Целью данного раздела является рассмотрение возможностей модернизации содержания и методики изучения темы «кристаллогидраты» в курсе химии средней школы. В связи с малым количеством часов на изучение химии, мы не можем предложить достаточное количество уроков для более глубокого изучения темы, поэтому мы, прежде всего, ориентируемся на составление фрагментов уроков, а так же на модернизацию уже имеющегося содержания. В соответствии с поставленными целями мы планируем проводить их реализацию путем постановки и решения следующих познавательных задач.
1. Показать актуальность выбранной темы.
2. Расширить знания учащихся о кристаллогидратах.