Приветствую Вас, Гость
Главная » Статьи » Мои статьи

«ОСНОВЫ ХИМИИ» Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА – ЭТАЛОН УЧЕБНИКА ХИМИИ

Г.И. Штремплер, А.В. Штремплер

«ОСНОВЫ ХИМИИ» Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА – ЭТАЛОН УЧЕБНИКА ХИМИИ

                 

  Всего более четыре предмета составили мое имя:

    периодический закон, исследование упругости газов,

     понимание растворов как ассоциаций и «Основы химии».

                                                             Д.И. Менделеев

  Учебник Д.И. Менделеева «Основы химии» выдержал в России и СССР 13 изданий; по нему учились несколько поколений российских химиков, внесших значительный вклад в сокровищницу химических знаний в мировом масштабе; учебник неоднократно переиздавался за рубежом. Мы убеждены, что это не может быть случайностью. «Основы химии» могут служить эталоном для создания учебников ХХI века. Разумеется, с момента создания этого учебника в науке произошли огромные изменения, свершены грандиозные открытия в химии. Однако думается, что педагогические и методологические подходы и идеи Д.И. Менделеева, воплощенные в учебнике, следовало бы подробно и глубоко изучить и рекомендовать их применить в написании учебников химии в современных условиях. Мы считаем, что от этого новые учебники, несомненно, выиграют и станут лучше, а уровень знаний выпускников повысится.

В предисловии (перепечатано из восьмого, последнего прижизненного издания) Д.И. Менделеев пишет, что «книга эта написана для ознакомления желающих не только с первоначальными опытами и законами химии, но и с основными воззрениями этой науки на неизменную сущность изменяющегося вещества». Далее автор отмечает, что «наблюдениям, опыту и приложениям к промышленности» в книге отведено определенное место, «однако, главным предметом сочинения служат философские начала нашей науки, относящиеся к ее основным или первичным качественным и количественным сведениям об химических элементах» (все цитаты приводятся по тринадцатому изданию учебника 1947 года).

Особым достоинством, на наш взгляд, являются Дополнения к каждой главе учебника, которые занимают объем почти равный объему основного текста. В этих Дополнениях автор приводит добавочные данные по освещаемым вопросам, углубляет и расширяет учебный материал. При этом изложение материала, несмотря на его сложность и некоторые устаревшие выражения, настолько понятно, что порой читаешь учебник, как художественную книгу.

Поражает, в частности умение величайшего ученого и мыслителя находить простые и образные сравнения. Например, научные исследования сравниваются с возведением мостов, с помощью которых «в науках научились пересягать пропасти неизвестного, достигать твердых берегов действительности и охватывать весь видимый мир, цепляясь лишь за хорошо обследованные береговые устои» (I, стр. 7).

Автор никогда не довольствуется «простым описанием или созерцанием», но старается «развить в читателе дух пытливости», возбуждать и приучать «к упорному труду и, где можно мысли проверять опытами» (стр. 8). Это утверждение наглядно подтверждается в отрывке из главы 2 (О составе воды и водороде).  (I, стр. 90-91).

Вода разлагается также действием жа­ра на свои составные части. При темпе­ратуре плавления серебра (950°), в его при­сутствии, вода разлагается, и при этом ки­слород поглощается расплавленным сере­бром, растворяясь в нем, пока оно жидко. Но лишь только серебро застывает, ки­слород выделяется. Однако, такой опыт не совершенно доказателен: можно думать, что разложение воды при этом произошло не от действия жара, а от влияния серебра на воду, — что серебро разлагает воду, отнимая от нее кислород. Если пропустить водяной пар чрез накаленную трубку, внутри которой температура достигает 1000°, то при этом часть воды разложится на свои составные части, получится гремучий газ, но, проходя в более холодные части прибора, этот гремучий газ вновь дает воду; получен­ные водород и кислород соединяются между собою при более низкой температуре.

 Далее идет описание опыта и прилагается рисунок. Достойным подражания, на наш взгляд, является то, что Д.И. Менделеев не сразу раскрывает сложные вопросы химии, но в начале книги дает подробное толкование «элементарным основам учения об элементах, то есть, тому, что надобно знать начинающим изучение химии».

Зато в «дополнениях скоплено все, что мне кажется полезным указать в учении об элементах для полного их понимания», избегая при этом «не только всего того, что считаю сомнительным, но и тех подробностей, которые входят в специальные отрасли химии» (I, стр. 14-15). Подобный прием можно было бы использовать и в современных школьных учебниках, для обычного и углубленного изучения химии. Может быть, тогда наши учебники были бы более понятными и менее перегруженными теоретическим материалом.

Выше уже упоминалось, что изложение материала отличается доходчивостью и подробностью. Приведем еще один пример (I, стр. 21).

   Соединение есть такая реакция, при которой из двух ве­ществ происходит одно или, вообще, из данного числа — меньшее их число. Так, из железа и серы, при нагревании, происходит новое вещество — сернистое железо. В нем невидимы, даже при сильнейшем увеличении, части составля­ющих веществ. Железо до реакции можно извлечь из смеси магнитом, а серу маслянистыми жидкостями, напр., серни­стым углеродом, вообще их можно механически отделить друг от друга, пока не произошло соединение, а после него оба вещества проникают друг друга и уже не разделимы и не различимы.

При изучении химических законов даются не только их формулировки, но небольшая историческая справка их открытия, рассуждения автора, примеры действия этих законов, и, главное, примеры, «уясняющие приложение» этих законов на практике (I, стр. 24, 27).

Многие исследования этого ученого (А.Л. Лавуазье) были произведены с помощью весов, единст­венного прибора, по которому возможно прямо и точно судить о количестве веществ. Взвешивая каждый раз все вещества и даже приборы, употребленные для опыта, и взвешивая по­том вещества, получающиеся после химических превраще­ний, Лавуазье нашел, что сумма веса происшедших тел каж­дый раз равна сумме веса взятых тел, или, другими словами: вещество не творится и не пропадает, или материя вечна, или общая масса (вес) веществ при химических изменениях (реакциях) сохраняется, т.-е. остается постоянною. А потому, если вес одного из действующих или происхо­дящих веществ неизвестен, то из уравнения можно найти этот неизвестный вес. Прилагая закон вечности вещества и производя взвешивания, химик должен не упустить из виду ни одного из действующих и происходящих тел. Сделавши подобное упущение, исследователь заметит это, потому что тогда сумма веса взятых веществ не будет равна сумме веса происшедших. Приступая к изучению химии, нужно вполне освоиться с тою простою истиною, которая выражается этим законом. Поэтому приведем несколько примеров, уясняю­щих приложение закона вечности вещества:

   1) Всякому известно, что железо во влажном воздухе ржавеет и что, накаленное   на воздухе, оно покрывается окалиною (окислом), которая, как ржавчина, представляет земли­стое   вещество,   подобное   железным рудам,   встречающимся в земле и служащим для добычи железа. Взвешивая железо до и после образования окалины или ржавчины, можно убе­диться в том, что вес металла при этом увеличивается. Легко убедиться и в том, что это увеличение веса происходит, как по­казал Лавуазье, на счет той части воздуха, которая называется кислородом и которая служит для горения.   Действительно, в безвоздушном пространстве и в газах, не содержащих кис­лорода воздуха, напр., в водороде и азоте, ни ржавления, ни образования   окалины не происходит. Если бы  взвешивание не производилось, можно   было бы совершенно упустить из виду участие кислорода воздуха при переходе железа в землистые  вещества,  ему отвечающие,  что  до Лавуазье и упу­скали из виду, почему и  не понимали  сущности подобных явлений. При помощи закона вечности вещества очевидно из прибыли веса, что окалина сложнее железа и что при ее образовании  происходит   реакция соединения. На это химическое превращение можно было смотреть совершенно неправильно, считая, напр., окалину более простым телом, чем железо, и объясняя образование окалины удалением чего-либо из железа. Так, в самом деле, глядели до Лавуазье, считая железо содержащим особое неизвестное вещество, названное флогистоном, а окалину—лишенною этого воображаемого вещества.

Для стиля изложения учебника характерно применение постановки вопросов и проблем, побуждающих нас, учащихся задуматься и размышлять, а не получать истину в готовом виде (I, стр. 31).

Узнав вышеуказанный закон, невольно рождается вопрос: существует ли граница для разнородных химических превращений, или же они безграничны, т.-е. можно ли из данного вещества получить равное ему количество всяких других веществ? Другими словами, существует ли вечное, не кончаю­щееся превращение одной материи во все другие, или же круг этих превращений ограничен? Это второй существен­нейший вопрос химии, вопрос о качестве вещества, вопрос, очевидно, более сложный, чем вопрос о количестве. Видя, как из воздуха и элементов почвы образуются разнообразные вещества растений, как железо превращают в краски, напр., в чернила, берлинскую лазурь и т.п., можно подумать, что нет конца качественным изменениям веществ. С другой сто­роны, ежедневный опыт привел к сознанию того, что из камня нельзя сделать питательного вещества, из меди — золота и т.п. Поэтому определенного ответа нужно ждать от изучения и проверки (возникающих) при этом предположений.

 Заканчивая главу, автор делает вывод по итогам рассмотренного материала и, одновременно, ставит новую проблему  (I, стр. 133).

Таким образом, мы видим кислород в свободном состоянии
и в разнообразных соединениях различной прочности, от нестойких до малостойких (подобных бертолетовой соли) и до прочнейших кремнеземистых соединений гранита. Совершенно то же различие в относительной степени прочности мы видели в соединениях воды и водорода. Во всех видах кислород, как элемент, как вещество, остается тем же, равным себе, хотя и в разнообразнейших химических состояниях, подобно тому, как одно и то же вещество может являться в разно­образных физических (агрегатных) состояниях. Но понятие об этом великом разнообразии химических состояний, в которых может находиться кислород, было бы не полно, если бы мы не узнали его в том виде, в каком он находится в озоне и перекиси водорода, потому что здесь он наименее прочно связан и наиболее деятелен; его энергию, оказывается, можно увеличить, и при этом выступают с ясностью новые стороны химических отношений и богатство форм, в которых может
являться вещество. Поэтому в следующей главе особо рассмотрим два названные вещества.

Замечательно применены в учебнике рассуждения на основе целой цепочки причинно-следственных связей (I, стр. 36).

Простые тела не способны превращаться друг в друга, по крайней мере, до сих пор не замечено ни одного случая подобного превращения, а потому в настоящее время невоз­можно превратить один металл в другой, и до сих пор, не­смотря на массу усилий, не отыскалось ни одного факта, который бы сколько-нибудь оправдывал мысль о сложности несомненно известных простых тел, таких как, напр., кислород, железо, сера и т. п. Следовательно, простые тела по понятию о них неспособны к реакциям разложения. Поэтому, как следствие из закона вечности вещества и из понятия о простом теле, можно вывести, что количество каждого простого тела при всех химических превращениях остается постоянным. Следовательно, уравнение, выражающее закон вечности вещества, приобретает новое, еще более важное зна­чение. Если мы знаем количества простых тел, находящихся в действующих телах, если из этих тел, путем химического изменения, произойдет ряд новых веществ, то в них может содержаться только то же самое количество каждого из про­стых тел, какое было в действующих телах. Сущность хими­ческих превращений сводится на изучение того, с чем и как соединено каждое простое тело до и после превращения.

Д.И. Менделеев не ограничивается рассмотрением отдельных реакций или отдельных свойств веществ, показывая тем самым, что изучению веществ нет предела и призывая этим ученика не останавливаться на изученном материале (I, стр. 57).

Химические реакции, которым подвергается вода и, при которых она образуется, столь многочисленны и столь тесно связаны с реакциями многих других веществ, что нет возмож­ности в начале изложения химии говорить о большинстве этих реакций. Впоследствии мы познакомимся со многими из них, а теперь упомянем о некоторых соединениях, образуе­мых водою. Для того чтобы ясно видеть природу разных видов соединений, образуемых водой, мы начнем со слабейших, определяемых явно механическими  силами.

 Как бы предугадывая вопрос многих современных школьников: «Зачем нам эта химия нужна?», автор «Основ химии» постоянно говорит о практическом применении даже самых сложных явлений (I, стр. 65).

Различным изменением растворимости с повышением и понижением температуры очень часто пользуются, особенно в заводской практике, для отделения друг от друга смешан­ных солей. Так, смесь хлористого калия и хлористого натрия (смесь эта встречается в природе, в Стассфурте) раз­деляется из насыщенного раствора, подвергая его попеременно кипячению (испарению) и охлаждению. По мере убавления воды кипячением, выделяется хлористый натрий, который и вынимают, а при охлаждении раствора выделяется хлори­стый калий, потому что растворимость этой соли сильно уменьшается с понижением температуры. Подобным же обра­зом очищают (литруют, рафинируют) селитру, сахар и мно­гие  растворимые  вещества.

 

Д.И. Менделеев на протяжении всего учебника знакомит учащихся не только с фактическим материалом, но постоянно привлекает научные подходы к объяснению материала по схеме: проблема – рассуждение – гипотеза – опыт – наблюдение – вывод.  Это, на наш взгляд, позволяет не только лучше понять вопрос, но и увидеть последовательность научного исследования в химии.

 Необходимо специально отметить, что многие опыты, описанные в учебнике настолько показательны и доступны, что их можно выполнить в качестве учебного эксперимента в любой школе. Некоторые из них можно рекомендовать к выполнению в домашних условиях.

В учебнике часто рассмотрение фактического материала проводится одновременно с изучением теории. При этом теоретические положения следуют в виде логического продолжения после обзора свойств  тех или иных веществ. Так, после описания химических реакций водорода Д.И. Менделеев вводит понятия восстановления, экзотермических и эндотермических реакций и тут же показывает, что «восстановление металлов водородом служит  средством для определения весового состава воды» (I, стр. 102-103). Приводится методика проведения эксперимента и расчеты по установлению состава воды, и далее мы видим переход к обобщению, что данный метод можно применить не только к конкретному определению, но гораздо шире для установления формул других веществ.

Изучение же фундаментальных химических теорий и законов автор выделяет в отдельные главы, но делает это лишь после глубокого и подробного изучения базовых для понимания этих законов фактов и понятий. Д.И. Менделеев ясно понимал, что без предварительного усвоения необходимых знаний, учащиеся не могут понять ни основы атомного учения, ни газовые законы, ни периодический закон и их научную значимость, следствия, практическое применение и возможность последующего развития и совершенства.

Не упущены в учебнике и экологические проблемы, хотя в то время они, наверняка, не стояли так остро, как сегодня (I, стр. 175; II, стр.106).

Воздух, представляя смешение разных веществ, может пре­терпевать значительные изменения, вследствие местных и слу­чайных обстоятельств. В особенности важно заметить то изме­нение в составе воздуха, которое происходит в жилищах и в различных помещениях, где люди должны оставаться дол­гое время. Дыхание человека и животных изменяет воздух и делает его под конец вредным. Такую же порчу воз­духа производит влияние разлагающихся в нем органических веществ, а в особенности горящих в нем тел; тогда в воздухе уменьшается кислород, а увеличивается количество углекис­лоты и вредных подмесей. По этой причине необходимо за­ботиться об очищении воздуха жилых помещений. Освежение воздуха, замена выдыхаемого свежим, называется вентиляциею, проветриванием, а удаление посторонних и вредных подмесей воздуха носит название дезинфекции. Накопление в воз­духе жилищ и городов всякого рода подмесей составляет при­чину того, что воздух гор, лесов, морей и неболотистых мест суши, покрытых зеленью или снегом, отличается своим осве­жающим и во всех отношениях благотворным действием.

Особым плюсом учебника, по нашему мнению, является связь изучаемого материала с другими науками и многочисленные указания на методы исследования самих наук (II, стр. 39-40).

Спектральные исследования внесли в науку не только представление о составе удаленных от нас небесных тел (солнца, звезд, туманностей, комет и т. п.), но еще дали новую методу для  изучения тел земной поверхности. Посредством такого рода исследований Бунзен открыл два новых простых тела, из группы щелочных металлов, и тем же способом впо­следствии открыли талий, индий и галлий. Что касается до металлов, аналогических натрию, то все они дают соли столь летучие и спектры столь характерные, что малейшие количества этих металлов открываются путем спектральных исследований с большою легкостью. Так, напр., литию отвечает очень яркое красное окрашивание пламени и очень яркая красная спек­тральная линия (длина волны 670,8 миллионных долей милли­метра), рядом с яркою оранжевою (610,4), позволяющие узна­вать присутствие соединений этого металла в смеси с соеди­нениями других щелочных металлов.

 Как уже отмечалось, в книге множество примеров практического использования достижений химической науки. Вместе с описанием химических производств приводятся их рисунки или схемы.

Это позволяет увидеть, что химия – это наука не только в виде реакций в пробирках и колбах, но и колоссальная производительная сила, которая служит человеку во всех областях жизни и деятельности.

Естественно, особое место в учебнике занимает глава 15 (Сходство элементов и периодический закон), в которой первооткрыватель закона Д.И. Менделеев приводит свои рассуждения по предсказанию неоткрытых элементов и прогнозированию их свойств. Такое описание бы в школьном учебнике позволило бы более убедительно говорить о значении периодического закона и гениальности его автора (II, стр. 86-87).

Каждый элемент по периодической системе имеет место, определяемое группою (означаем римскою цифрою) и рядом (цифра арабская), в которых находится. Они указывают вели­чину атомного веса, аналогию, свойства и форму  высшего окисла, водородного и других соединений, словом, главные ко­личественные и качественные признаки элемента, хотя затем и остается еще целый ряд подробностей или индивидуаль­ностей причину которых, быть может, должно искать в не­больших разностях величины атомного веса. Если в некоторой группе находятся элементы: R1 R2, R3, а в том ряде, где содер­жится один из этих элементов, напр., R, находится пред ним элемент Q2, а после него элемент Т2, то свойства R2 определятся как среднее — по свойствам R1, R3, Q2 и  Т2. Так, напр., атомный вес R2 = ¼  (R1 + R3 + Q2 + T2). Напр., селен нахо­дится в группе с серою S = 32,1 и теллуром Те = 127, а в 5-м ряде пред ним стоит As = 75,0 и после него Вr = 80. Отсюда величина атомного веса селена = ¼ (32 + 127 + 75 + 80) = 78,5, что близко к действительности, по которой Se = 79. Так можно определить и другие свойства селена, если бы они не были известны. Напр., As образует H3As, Br дает НВr; очевидно, что селен, между ними находящийся, должен образовать H2Se, со свойствами, средними между H3As и НВr. Самые физические свойства селена и его соединений, не говоря уже об их соста­ве, определяемом группою, могут быть, с большою близостью к действительности, определены по свойствам S, Те, As и Вr. Таким образом, есть возможность предугадать свой­ства неизвестных еще элементов, особенно тогда, когда он окружен известными.

 Нельзя не отметить тот факт, что автор учебника не бездушный сухарь-ученый, излагающий последовательно основы химии, но истинный патриот и знаток своей Родины, которому очень близки ее проблемы и, который предсказывает ей великое будущее (II, стр. 253).

По чистоте и большому практическому значению осо­бо важную руду железа составляет магнитный железняк Fе3О4 = FeO· Fe2O3, т.-е. соединение закиси железа с окисью; он составляет естественный магнит, имеет уд. вес 5,1, кристал­лизуется отлично образованными кристаллами правильной системы, трудно растворим в кислотах и составляет иногда огромные массы, как, напр., на среднем Урале, в горе Благодать и в горе Магнитной Южного Урала. Однако, в большинстве случаев, напр., в Корсак-Могиле (на север от Бердянска и Ногайска около Азовского моря) или в Кривом Роге (на запад от Екатеринослава), магнитный железняк смешан с дру­гими рудами железа. Россия обладает на Урале, на Кавказе (не говоря о Сибири) и в местах, прилегающих к Донецкой угольной области, одними из богатейших в мире рудами железа. На юг от Москвы, в Тульской и Нижегородской губ., в Олонецком крае, в Орловской губ. (около Зиновьева, Кромского уезда) и во множестве других мест находятся также изобильные железные руды среди отложенных водных образо­ваний, и, напр., орловские сферосидериты отличаются большою чистотою. А так как многие страны Западной Европы, особенно Англия и Германия, не богаты рудами железа и для своих заводов уже ныне должны получать много железных руд из других стран, а железо составляет одну из неизбежных основ современной промышленности, то в будущем для отпускной железной промышленности Россия имеет много природных задатков, ждущих условий для развития предприимчивости, настойчивого трудолюбия и знаний, которые необходимы для превращения природных запасов недр земных в такие товары, потребные всем людям, каковы железные в виде кораблей, орудий и машин всякого рода, — в изобилии и дешевизне.

Таким образом, даже беглый взгляд по страницам «Основ химии» позволяет выявить немало положительных моментов, которые делают учебник уникальным, доступным и универсальным пособием для изучения химии. В определенной степени это достигнуто, как нам думается, за счет указанных выше педагогических приемов и подходов, примеры которых можно найти в каждой главе.

Отметим главные: применение живых и образных сравнений; развитие в читателе пытливости, трудолюбия и логического мышления; обширный показательный учебный эксперимент; постепенное, доходчивое, подробное изложение материала; углубление изученного материала в Дополнениях; включение в изложение кратких исторических справок о работах ученых и открытиях; постоянные указания по практическому применению изучаемого (даже теоретического) материала; связь изучаемого материала с физикой, математикой, географией и др. науками; постановка проблемных вопросов, побуждающих учащихся к размышлению; обобщения и выводы по изученному материалу, и здесь же постановка новых проблем; широкое применение цепочек причинно-следственных рассуждений; изучаются не только голые факты, но и методы, с помощью которых эти факты найдены; раскрывая частные вопросы, Менделеев делает затем обобщения и выводы; в учебнике рассматриваются экологические проблемы; в учебнике показаны многие химические производства, их схемы и рисунки; на примере периодического закона показан метод научного предвидения; автор постоянно обращается к читателю, вызывая в нем стремление глубже познать мир, не останавливаться на достигнутом; «Основы химии» не только учебник химии, но и учебник патриотизма.

Эти приемы и подходы сделали учебник живым, доступным, интересным, полезным для учащегося. В качестве вывода, позволлим себе высказать пожелание, чтобы будущие авторы школьных учебников при работе над их созданием выбрали бы в качестве эталона именно учебник нашего великого соотечественника Дмитрия Ивановича Менделеева «Основы химии».

Читая и изучая «Основы химии», нас постоянно подсознательно волновал вопрос, как Менделеев смог создать такой совершенный учебник? Да, он великий ученый, энциклопедист, патриот, однако разве этого достаточно? И только после знакомства с биографией Д.И. Менделеева мы поняли, что есть еще один фактор, который имел, может быть, решающее значение в создании учебника. Д.И. Менделеев окончил Педагогический институт и работал преподавателем химии; учебник он создавал для своих учеников-студентов во многом на основе собственного педагогического опыта. Может быть, и сегодня следовало бы шире привлекать к созданию учебников опытных школьных учителей? Уверены, что от этого новые учебники станут намного лучше нынешних.

Литература

Менделеев Д.И. Основы химии. М.-Л.: Государственное научно-техническое изд-во химической литературы. В 2-х томах. 13-е издание. – 1947. Т. 1 – 624 с.; Т. 2 – 708 с.   

Категория: Мои статьи | Добавил: Штремплер (26.03.2012)
Просмотров: 8326 | Теги: Штремплер, Менделеев, Основы химии, Учебник химии | Рейтинг: 5.0/1
Всего комментариев: 0
Имя *:
Email *:
Код *: