Єрьомін В, Елементи наукового пошуку під час вирішення нестандартних хімічних завдань, Журнал «Хімія» № 10
Основний спосіб активного освоєння будь-якої нової сфери діяльності – тренування. У хімії та інших науках тренування зводиться до вирішення завдань. Принципово різних типів хімічних завдань порівняно небагато, особливо у шкільному курсі [1]. Всі вони відомі та чітко класифіковані за змістом та способами рішення [2]. Тому в принципі не є великими проблемами натренувати школярів вирішувати стандартні завдання, що включають, наприклад, розрахунки за рівняннями хімічних реакцій або визначення молекулярної формули за елементним складом.
Інша справа – завдання нестандартні. Будь-яке найменше відхилення від протореної доріжки наводить більшість учнів у ступор, що переходить у повний параліч розумової діяльності. Вони просто не знають, що робити. Результатом є чистий аркуш.
У цих випадках для виходу з тупикової ситуації можна залучити на допомогу елементи наукового способу пізнання світу. Адже наука – це, за визначенням, пошук нового, створення інформації, що відрізняється від наявної. Тому вона може допомогти знайти новий спосіб розв'язання задачі. Елементарні уявлення про те, як поводитись у незнайомій ситуації, які використовувати методи для пошуку рішення, будь-якому школяру не зашкодять.
Наукова робота як спосіб діяльності - це не перманентна творчість, вона включає в себе і повсякденну, причому іноді стомлюючу працю. Наука – це професія, тому науковці мають багато професійних прийомів і рецептів, як домагатися своїх цілей. Деякими з цих прийомів ми хочемо поділитися: вони виявляються корисними під час вирішення шкільних хімічних завдань. Кожен рецепт буде проілюстровано прикладами.
Зрозуміло, цірецепти не універсальні: вони підходять для вирішення одних завдань і зовсім непридатні для інших, які вимагають інших, можливо, ще невідомих підходів. Саме тому в науці завжди було, є та буде місце творчості.
Рецеп 1. Пробувати
Дмитро Іванович Менделєєв, розповідаючи про те, як він відкрив періодичний закон, стверджував: «Шукати ж щось, хоча б гриби або якусь залежність, не можна інакше, як дивлячись і пробуючи». Пробувати це головний науковий рецепт. Для цього треба запропонувати будь-який (нехай зовсім неправильний) спосіб вирішення та подивитися, до чого він призводить. Можна спробувати зрозуміти, де виникає відхилення від умови завдання, і тут підправити метод. Так, шляхом спроб і помилок, методом послідовних наближень іноді можна вирішити завдання.
Приклад 1.Встановіть можливу формулу органічної сполуки, яка містить 40% вуглецю за масою.
Рішення. Дана масова частка вуглецю, а більше про речовину нічого не відомо. Давайте пробувати різні варіанти – самостійно «призначатимемо» додаткову інформацію.
Найпростіші органічні речовини - вуглеводні CxHy. Нехай невідома речовина містить 40% вуглецю та 60% водню. Знайдемо його емпіричну формулу стандартним способом:
Вуглеводень CH18 немає.
Пробуємо далі. Додамо у формулу речовини символ кисню: CxHyOz. За допомогою стандартного прийому формулу знайти не можемо, т.к. масові частки кисню та водню невідомі. Спробуймо прийняти найменше можливе значення числа атомів вуглецю:x= 1. Тоді молярна маса речовини становить:
З 30 г на вуглець припадає 12 г, але в водень і кисень – 18 р, що відповідає H2O.Таким чином, емпірична формула речовини – СН2О. Цій формулі відповідають, наприклад, усі вуглеводи.
Відповідь. Можлива формула сполуки - CH2O.
Приклад 2.Два вуглеводні –AіB– мають однаковий елементний склад: кожен містить по 92,3% мас . вуглецю. Зразок вуглеводнюAможе приєднати в 6 разів більше брому, ніж рівний за масою зразок вуглеводнюB.Визначте можливі структурні формули речовинAіB.
Рішення. З елементного складу випливає:
(C): (H) = (92,3/12): (7,7/1) = 1:1.
Емпірична формула обох вуглеводнів – СН. З іншого боку, вони містять кратні зв'язку, т.к. здатні приєднувати бром.
Спробуємо розглянути кілька найпростіших вуглеводнів такого складу та розрахуємо кількість брому, здатне приєднатися до однієї й тієї ж маси кожного вуглеводню. Як обмеження виберемо 104 г – масу 1 моль найважчого з аналізованих речовин: C8H8 (таблиця).