Історія відкриття хімічних еле­ментів. Вплив хімічних знань на розвиток суспільства

Тема. Історія відкриття хімічних еле­ментів. Вплив хімічних знань на розвиток  суспільства.

Мета: Ознайомити із історією відкриття деяких хімічних елементів та впливом хімічних знань  на розвиток суспільства; повторити знання про хімічний елемент; розвивати навчально-пізнавальні інтереси учнів, природні здібності, інтелект, пам’ять,  здатність до самоосвіти;   формувати вміння  встановлювати  причино-наслідкові  зв’язки, життєві та соціальні компетентності учня; виховувати науковий світогляд та інтерес до хімії.

Тип заняття: урок вивчення нового матеріалу.

Методи і форми роботи: інтерактивна технологія «Мікрофон», колективна робота, лекція з елементами бесіди, диспут.

Хід заняття

І. Організаційний етап.

Емоційне налаштування на заняття.

Вчитель. Візьміться за руки. Заплющте очі. Зробіть глибокий вдих – вдихніть позитивні емоції. А зараз зробіть глибокий  видих –  видихніть негатив.

Вправа «Подаруй усмішку кожному».

По колу, починаючи від себе, подаруйте один одному усмішки.

(Учні посміхаються, повертаючись обличчям до сусідів.)

Визначення настрою учнів.

(Учні піднімають угору паперові кружечки: червоний – страх, жовтий – байдужість,  зелений – радість.)

 

                                                             

ІІ. Оголошення теми, мети, завдань заняття.

ІІІ. Актуалізація опорних знань. Бесіда.

Перш ніж почати нашу подорож і потрапити до Країни хімії, нам потрібно «перейти митний» кордон – відгадати загадку.

Цариця є серед наук,

Що математикою звуть,

Та є не менш важлива ця,

Що зветься … вона.

(Учні називають хімія)

Інтерактивна вправа «Мікрофон».

– Що ви знаєте про цю науку?

– Які класифікації хімічних елементів вам відомі? (метали і неметали)

– У яких агрегатних станах можуть перебувати елементи?

ІV. Вивчення нового матеріалу.

1. Розповідь вчителя.

Історія       відкриття       деяких хімічних      елементів

У    вигляді   простих   речовин   людям   у   стародавні   часи   було відомо менше  десятка   елементів.    Ще   в   середні   віки,    навіть   у    18-19ст. багато складних речовин     вважалися     простими     (наприклад,     вода),     а деякі прості або їх  суміші   –   складними   (напр.,  повітря   тощо).

Історія відкриття цілого ряду елементів є показовою , як розвивалася хімія, як багато вчених  вперше отримали те, відкриття чого ославило  пізніше   когось   іншого.  Поведемо мову про відкриття деяких  елементів.

Історія відкриття та до­слідження хімічних елементів почала­ся з незапам’ятних часів. XIX  століття ознаменувалося багатьма важливи­ми відкриттями у хімії. Безупинно поповнювався список хімічних еле­ментів, а саме:

  • у 1800 році було відомо 27 елементів;
  • у 1801 році — було відкрито Ніо­бій;
  • у 1802 році — Тантал;             у 1803 році — Родій і Паладій;
  • у 1804 році — Осмій та Іридій;          у 1807 році — Натрій і Калій;
  • у 1809 році — Кальцій і Бор;               у 1817 році —Літій.

Таким чином,  до 1867 року було вже відомо 64 хімічні елементи. Вчені детально вивчали властивос­ті й були вражені великою різнома­нітністю елементів: одні з них були газами, інші — рідинами чи тверди­ми тілами.

Німецькі вчені нарешті вигадали назву новому хімічному елементу, відкритому ще 13 років тому.

 

Найбільш важкий елемент періодичної системи Менделєєва під номером 112, відкритий (синтезований) в 1996 році, нарешті отримав власну назву.

Група вчених з Інституту дослідження важких іонів імені Гельмгольца запропонували назвати його “копернікієм”, на честь польського астронома Миколи Коперніка, який створив в XVI столітті геліоцентричну картину світу.

“Ми хотіли б вшанувати пам’ять видатного ученого, який змінив точку зору людини на світ”, – зазначив Сігурд Хофман, голова наукової групи, яка відкрила елемент.

Зараз “копернікій” є найважчим з офіційно підтверджених атомів. Затримка з визначенням назви у 13 років була пов’язана з необхідними процедурами в Міжнародному союзі чистої і прикладної хімії. Досі його робочою назвою було “унунбій” (від латинських цифр “один-один-два”).

112-й елемент також пропонувалося назвати “віксхаузій”, “гельмгольцій”, “венусій”, “штрассманій” і “гейзенбергій”. Науковому співтовариству дається півроку на обговорення назви, після чого Міжнародний союз теоретичної і прикладної хімії закріпить обране ім’я за даним елементом

2. Робота з додатковою інформацією, різними джерелами інформації.

2.1. Водень – Гідроген.

За     достовірними     даними,     водень     був     відомий     (під назвою «горюче повітря») ще лікареві   і   природодосліднику   Парацельсу   ( XVІст.). Пізніше , в 1660 р.    великий    Роберт    Бойль    не    тільки    отримав    «горюче повітря» дією заліза   на   сульфатну    кислоту,    але    й   уперше   зібрав    його в колбу, чого  до  нього        ніхто    не    вмів    зробити.     Проте ніхто    з    учених того часу  не  вважав     «горюче     повітря»     простою     речовиною.     Найближче підійшов до  цього   Генрі   Кавендіш   (1781 -82). Отримував   він   водень   дією цинку і хлоридної кислоти.  Він зі   здивуванням   помітив,   що   якщо   через   суміш   «горючого повітря» і кисню  пропустити   електричний   розряд,   то   утворюється   вода і   тільки вода. Власне , ще до    нього    таке    помітив    і    Джозеф     Прістлі,    але    він  на це не звернув уваги.     Крапку    над    «і»    поставив   у цьому    всьому    великий Лавуазьє 91783р.).  Він  провів  точні   дослідження   взаємодії  «горючого   повітря» з  уже  відкритим у 1774 р.     киснем.     Були     підтверджені     висновки    Кавендіша – продуктом  взаємодії   була   тільки   вода.   Лавуазьє,   одначе, пішов далі. Він довів, що при розкладі води (електролізом) утворюється водень і кисень. Так було встановлено, вода – складна речовина. Власне детальний аналіз води  під час цих дослідів був пов’язаний з тим, що Лавуазьє і інженер Меньє  шукали на завдання  Паризької академії наук спосіб отримання газу для заповнення аеростатів  – це було на початку ери повітроплавання. Звідси й пішла  латинська  назва водню – гідро-геніум, що означає (з грецької  «гідор» -вода, «генао»   –   народжую) –  породжуючий  воду.

 

2.2. Гелій

У кінці першої  половини ХІXст. астрономи займалися проблемою  протуберанців – яскравих виступів, які можна було спостерігати на краю сонячного диска під час  сонячних затемнень, коли воно закрите місяцем. Одні думали, що протуберанці – це тіні високих місячних гір, інші — що це гори на розпеченому сонці,  ще    інші    –    що це вогняні    хмари    сонячної атмосфери.

Лише в 1851р. німецький  астроном     Шмідт    установив,     що     під    час затемнення обриси протуберанців   змінюються.     Тому     він     ствердив,     що протуберанці – це  газові   хмари,   які   викидаються  в   атмосферу колосальними  виверженнями  на  Сонці   (тепер   відомо,   що   їх   висота   досягає      160 тис. км).  Під час наступного затемнення    протуберанці    навіть    були    сфотографовані (1860р.).

Між тим, ще до  1860 р. був винайдений спектроскоп, – прилад, який дозволяв спостереження   видимої частини спектра, що давало можливість встановлювати за випроміненим світлом якісний склад тіл. Але підчас затемнення1860р.  ніхто з астрономів не скористався спектроскопом, щоби дослідити природу   протуберанців.

Наближалось чергове затемнення 1868 р. Багато хто з астрономів  озброївся спектроскопом. І ось в Індії француз Жюль Жансен і одночасно Норман Лок’єр  спостерігали через спектроскоп протуберанці і побачили, крім синьої , зелено-голубої та червоної ліній водню ще одну одну яскраву —яскравожовту.Цікаво, що обидва написали про це в Паризьку Академію Наук і їх листи  прибули в той же день -25 жовтня 1868 року. Лок’єр пропонував нововідкриту    «сонячну    речовину»    назвати    гелій   від    грецького «геліос» – сонце.

Так був уперше відкритий елемент за допомогою приладів поза Землею – на Сонці. Тривалий  час вважали, що його на Землі немає. Але ось у1895р. Один лондонський хімік звернув увагу фізико-хіміка Рамзая на забуту статтю геолога Гільдебранда. Там писалося, що деякі рідкісні  мінерали при нагріванні в Н2 SO4  виділяють негорючий газ, який  ні з чим не  реагує. Зокрема, це стосувалося мінералу «клевеїт». Рамзай ледве  знайшов у Лондоні 1г клевеїту, але йому вдалося встановити, що отриманий з нього    газ    дає    такий    же спектр,    як    і    гелій.    Це    підтвердив    і авторитет у цій галузі Крукс. Так, 23 березня 1895 р. гелій був знайдений  на Землі. Цікаво,що через 15 днів, незалежно від Рамзая,  гелій (Не) був виділений з того ж клевеїту   шведом   Ланле.

А втретє Не відкрили     в  природному     газі     в      1903р..      При     бурінні свердловинив США  з   глибини       100м      ударив      потужній      струмінь газу.  Звичайно, це повинен    був    бути    метан.  Але,     на    диво    всім,    газ    не підпалювався. Як показали   дослідження,    це   був    гелій.    Правда,    звичайний  гелій знаходиться в кількості          1-10%  в    природному    газі.   Той випадок    у США був унікальним.

2.3. Азот – Нітроген.

Цей газ, як тепер відомо,    є   однією    з    двох    основних   складових,   повітря. Але це встановлено  лише   в   кінці       ХVIII ст.

У 1772р. Англієць Даніель Резерфорд встановив, що повітря, яке  залишилося  під дзвоном, де декілька днів жила, а потім згинула миш, після відділення СО2 , не  підтримує  ні дихання, ні горіння. Він назвав його  «отруйним повітрям».  У тому ж році IIрістлі отримав азот іншим шляхом і назвав його «флогістованим повітрям». Нарешті, в 1773 р. Шведський аптекар Карл Шееле встановив, що повітря – не суміш двох газів. Той з них, який не підтримував     горіння     і  дихання,     він     назвав     «поганим,     або зіпсованим повітрям».

І лише  в 1776р. Антуан   Лавуазье    порівняв    усі    пари    газів    між собою, встановив, що вони тотожні   і   дав   назву   «азот»   –   а(заперечення),   «зоос»   -життя. Пізніший символ N   походить  від   «породжуючий   селітри».

2.4. Кисень – Оксиген

Ось витяг з опису експерименту, який дав англієць Джозеф Прістлі.

«Родобувши лінзу  діаметром у 2 дюйми і з фокусною віддалю 2О  дюймів, я почав досліджувати, який вид повітря виділяється з різних  речовин, природніх чи штучно отриманих. Після ряду дослідів у серпні    1774р.  Я спробував добути повітря зі ртутної окалини, і це легко вдалося за допомогою лінзи.   Це   повітря   не    поглиналося   водою.   Яке   ж   було   моє здивування , коли я знайшов ,   що   свічка   горить у   цьому   повітрі   надзвичайно яскраво.

Я даремно шукав пояснення цьому явищу».

Лавуазьє назвав цей   газ (а  це   був   кисень)   «життєвим   повітрям»,   а потім – оксигеніум – «народжуючий  кисле».

Незалежно від Прістлі,  кисень майже в той же час був відкритий Шееле і природодослідником   Байєном.

2.5. Алюміній

У 1827 р. видатний німецький лікар і хімік Фрідріх Велер отримав раніше незнаний метал: він нагрівав алюміній хлорид – відому вже сіль -з калієм. У результаті отримав сірий порошок, який при розтиранні ставав зовсім блискучим. Але отримати з цього порошку злиток ніяк не вдавалось. Лише в 1845 р. це вдалося Велеру – він отримав крупинку металу величиною з головку від голки. Тоді було велике здивування, бо цей метал, хоча подібний на срібло, був учетверо легший, і втричі від заліза. Оскільки цей метал був отримати з галунів (по-латині «алюмен») то й назвали метал алюміній. Спочатку метал цінувався дорожче від золота і йшов тільки на прикраси. Цікаво, що імператор Франції Наполеон ІІІ хотів одягти своїх солдатів в алюмінієві доспіхи, але метал був надто дорогим. Так що їх отримала тільки особиста охорона імператора.

Тільки в 1886 р. американський студент Чарльз Хопп і французький інженер П’єр Еру розробили способ виділення А1 електролізом глинозему, розчиненого в розтопленому кріоліті. Але й кріоліт був дефіцитом, тому А1 залишався дефіцитним металом, поки в 1900 р. не був розроблений синтетичний спосіб отримання кріоліту.

2.6. Фосфор

У пошуках еліксиру молодості та способу виготовлення золота алхімік Геннінг Бранд з Гамбурга пробував у 1669 р. отримати філософський камінь з сечі. Для цього він випарював її, отримавши своєрідний густий залишок. Його він став сильно прожарювати в суміші з піском та деревним вугіллям. У результаті він отримав речовину з незвичайними властивостями: вона світилася в темноті, кинута в киплячу воду виділяла пару, яка самозагоралася на повітрі з виділенням білого диму, який, розчинившись у воді, давав кислоту. Це був фосфор. Бранд вирішив на своєму відкритті заробити гроші. Спосіб отримання фосфору він тримав у глибокій таємниці і продавав невеликі його кількості тільки за золото. Через деякий час він продав свій винахід хіміку з Дрездена Крафту, який їздив по графських і королівських дворах, показуючи фосфор за гроші, що зробило його дуже багатим. Потім секрет виготовлення фосфору він повідомив знаменитому Лайбніцу та іншим.

Цікаво, що фосфор був отриманий ще в 1680 р. в Англії Робертом Бойлем, який повідомив про це свого асистента Гауквіца. Після смерті Бойля Гауквіц організував виробництво фосфору і став теж багатим.

2.7. Аргон

У кінці XIX ст. наука і техніка збагатилися новими, досконалішими апаратами для визначення фізико-хімічних властивостей речовин. Фізики заново визначили ТТ, ТК, густини та інші властивості різних речовин.

У 1893 р. англ. фізик Джон Вільям Релей вирішив зайнятися вимірюванням густин основних газів. Коли черга дійшла до азоту, він установив, що літр N2  з повітря (після усунення води, С02 та 02) важив 1,257 г, тоді як літр азоту отриманого хімічним способом (розкладом  NH4 3 ), – тільки 1,251 г. Скільки б разів експеримент не повторювався -результат був завжди той же. 6 міліграмів – вага блохи, але вона весь час відтворювалась. Не знайшовши розв’язку загадки, Релей публікує в журналі  свої результати і просить у вчених допомоги.

Серед читачів був і фізик Рамзай. Він висловлює думку, що в азоті з повітря є якась важка домішка. Але її ніяк не вдавалося виділити.. Тоді Релей з Рамзаем звернулися до архівів померлого більше сотні років тому англ. хіміка Кавендіша, який багато працював з газами. Цей учений був великим оригіналом. Будучи дуже багатим, він був відлюдою, весь вільний час віддавав науці, і скрупульозно фіксував усе, що бачив. Проте наукових праць майже не опублікував. І ось, переглядаючи лабораторний журнал Кавендіша, Релей і Рамзай знайшли такий запис. Кавендіш брав U -подібну трубку з повітрям, опускав відкриті кінці в ртуть і через введені електроди викликав електричні розряди в повітрі. Утворювався бурий газ (NО2 ), який Кавендіш поглинав розчином лугу, який вводив через піпетку в U – подібну трубку. Так поступово повітря в трубці ставало все менше, але завжди залишалась 1/125 частина взятого об’єму, яка ніяк не хотіла давати бурого диму. Релей і Рамзай зрозуміли – це був ключ до загадки. Вони брали найчистіший азот з повітря і нагрівали його з розжареним магнієм, який поглинав азот, з утворенням нітриду магнію. Але «залишок» завжди був – 1/125 частина вихідного об’єму. Так був відкритий аргон (а -заперечення, ергон – діло), названий так тому, що він не вступав у взаємодію ні з якими речовинами.

Відкриття Аг 1894 року ввійшло в історію як тріумф «третьої цифри після коми». Це був перший газ з групи інертних, отриманий на Землі у вільному стані (Не отриманий з клевеїту 1895 р.)

2.8. Галій

Коли Д. Менделєєв створював свою періодичну систему, цілий ряд клітинок у ній ще були незаповненими. Одна з них була в III групі, в п’ятому ряді. Цей ще невідкритий елемент Менделєєв назвав ека-алюмінієм, і в 1871 р. описав в Журналі Російського Хімічного Товариства передбачені ним для цього елемента властивості. Так, атомна маса повинна бути близька до 68, густина біля 6-и, а температура топлення дуже низька, порівняно з іншими металами.

Проходить 4 роки і 20.09.1875 р. на засіданні Паризької Академії наук було зачитано лист французького хіміка П’єра Лекок де Буабодрана про відкриття спектральним методом нового хімічного елемента, який він на честь Франції назвав галієм. Виділивши невелику його кількість, він установив його тотожність з передбаченим Менделєєвим ека-алюмінієм. Різниця була лише в густині – він вийшов на цифру 4,7 г/см3 . Прочитавши про це, Менделєєв написав французькому хіміку лист, де вказував, що густина Gа повинна складати біля 6-и. Лекок де Буабодран провів повторні дослідження і отримав величину 5,94 . Це було блискучим підтвердженням методу Менделєєва.

2.9. Технецій

При створенні в 1869 р. періодичної таблиці цілий ряд клітинок були незаповненими. Проходили роки, і вони заповнювались – германій, галій, інші. Лише клітинка під № 43 залишалась вільною.

Нарешті, в 1886 р. хімік Керн заявив про відкриття нового елемента, подібного до Мn. На честь англійського хіміка Деві його назвали «девій». Але це виявилось помилкою, так само, які люцій, 10 років пізніше. Вже помер 1907 року Менделєєв, а тут японець Огава відкриває елемент, подібний на Мn, називає його «ніппонієм», на честь своєї Батьківщини.

Аж тут 1913 р. Мозлі встановив свій знаменитий закон, і дослідженням рентгенівських спектрів було доведено, що повинен існувати елемент № 43 .  Але ж де його шукати? Звичайно у елементів підгруп розвинута аналогія по вертикалі, тому найбільша ймовірність була знайти № 43 в Мn- рудах. Проте німецькі хіміки Іда та Вальтер Ноддак вирішили шукати № 43 в рудах його сусідів по горизонталі – платинових металів. Нарешті, в 1925 р. вони оголосили про відкриття елементу № 43 – «мазурій». Та знову докладні дослідження не підтверджують відкриття. Хіміки були в розпачі -і тут допомогла нова наука – ядерна фізика. З’ясувалось, що, згідно з правилом Маттауха, ізобари елементів, Z яких відрізняються на одиницю, не можуть бути стабільними, тобто будуть радіоактивними. А раз так, то,  враховуючи вік Землі і відносно невеликий період напіврозкладу, прийшли до висновку, що всі атоми цього елементу в природі вже встигли  розпастися. Згодом, як вам відомо, елемент № 43(Тс) був штучно отриманий за допомогою ядерних реакцій. Це було здійснено в 1937 р. Маурером і Раммом при бомбардуванні Мо нейтронами.

Вже в 70-х роках мізерні кількості природного Тс були знайдені в уранових рудах.

2.10. Стибій – Антимоній – Сурма

За переказами, в 1460 р. ігумен Штальгаузенського монастиря в Баварії помітив, що монастирські свині посилено щось вишукують на смітнику, охоче їдять якісь відходи і швидко набирають при цьому вагу. Незабаром виявилось, що на смітник викидали – і це зацікавило свиней – відходи алхімічних експериментів, які велись у монастирі в пошуках чи то «філософського каменю», чи то «еліксиру життя». Кмітливий ігумен буцімто був дуже скупий і вирішив заощадити на харчах для монахів, тому почав додавати їм до їжі трохи того порошку. Перший же експеримент виявився «вдалим» – наступного дня всі 40 монахів в страшних муках померли. І ось нібито той порошок (а то був  Sb) стали називати «антимоній». Як би там не було, але  Sb має певну фізіологічну дію і в малих кількостях є лікувальним засобом. Це в своїй книзі «Тріумфальна колісниця антимонію» (1604) описує Василь Валентин. Вживане в Росії слово «Сурма» походить від турецького «сюрме», шо означає «чорнити брови» (очевидно, йдеться про   Sb2S3  чорного кольору).

V. Закріплення вивченого матеріалу.

Диспут

– Як впливали  хімічні  знання на розвиток суспільства?

VІ. Домашнє завдання

Підготувати повідомлення  «Українські вчені – хіміки»

завантаження...
WordPress: 23.07MB | MySQL:28 | 0,323sec