Проект « «Життя і наукова діяльність Д.І. Менделєєва. Відкриття та значення періодичного закону», (8 клас)

Мета проекту: ознайомити учнів з періодами життя і наукової діяльності Д.І. Менделєєва; розвивати усвідомлення суті створення періодичної системи та відкриття періодичного закону як фундаменту для природної класифікації хімічних елементів, а також її значення для розвитку хімії й суміжних з нею наук; розкрити суть загального закону природи — періодичності; сприяти вихованню цінності (престижності) знань..

Завдання уроку: більш докладно ознайомитись з періодами життя і наукової діяльності Д.І. Менделєєва; усвідомити суть відкриття та його значення для класифікації хімічних елементів.

Засоби наочності: електронна періодична система хімічних елементів; програмно-методичний комплекс «Таблиця Д.І. Менделєєва»; плакати-проекти; дидактичні картки з домашнім завданням; виставка літератури, використаної для підготовки проектів

Д.І. Менделєєв здивував нас широчінню своїх знань і водночас учив, що ми для того вчимося,

щоб потім нести світло знань нашій Батьківщині, розробляти її природні багатство,

підносити її добробут і незалежність.

В.Є Тищенко

Хід уроку

1. Мотивація навчальної діяльності

Учитель. Доброго дня! Про-шу сідати Пригадаємо щось при-ємне, посміхнемося і почнемо наш урок.

Ми живемо в ХХІ сторіччі -це нова цікава епоха, коли почина-ють перетворюватись у дійсність найсміливіші ідеї. Усі досягнення науки стали можливими завдяки великій праці вчених. Один із най-видатніших корифеїв науки хімії - Д.І. Менделєєв.

(Учитель повідомляє тему уроку, учні записують її в робо-чих зошитах.)

     А зараз запишіть тезисний план лекції - проекту:

1. Дитинство та роки навчання Д.І. Менделєєва

2. Захист магістерської дисер-тації. Педагогічна діяльність.

3. Наукова та громадська діяльність.

4. Відкриття періодичного за-кону

5. Значення періодичного за-кону.

2. Вивчення нового матеріалу інтерактивна вправа — цент-ральна частина заняття

Учитель. Налаштуйтеся не просто слухати захист проектів координаторами та повідомлення членів проекту. Ви маєте записати у зошит найважливіші факти з життя та наукової діяльності Д.І. Менделєєва, про які почуєте на уроці.

Запрошуємо координатора першої групи для представлення свого проекту.

Координатор І групи. Завдання нашої групи — пошук інформації про дитячі роки та навчання Д.І. Менделєєва.

Мати вченого Марія Дмитрівна та батько Іван  Павлович, портрети яких ви бачите на плакаті,— вихідці із сімей російської інтелігенції. Дитячі роки Дмитра Менделєєва пройшли серед розкішної сільської природи.

(Демонструє картини, на одній з яких зображено сільський краєвид місцевості, де проходило дитинство видатного хіміка, на іншій — будівлі з написом «Гімназія» та «Інститут»— заклади, в яких навчався Дмитро Менделєєв. Газетна сторінка символізує перші нариси майбутнього вченого в пресі про досягнення наук на той час)

А зараз слово учасникам проекту.

І учасник проекту. Дмитро Іванович Менделєєв народився 27 січня (8 лютого) 1834 р. в Тобольську в сім'ї директора гімназії народних училищ Тобольської губернії Івана Павловича Менделєєва. Це була велика дружня культурна сім'я російського інтелігента.

Мати Дмитра Івановича Марія Дмитрівна була зразковою вихователькою своїх багатьох дітей. Дмитро Іванович — остання її дитина.

ІІ учасник проекту. Дитинство і роки ранньої юності Дмитро Іванович Менделєєв провів у селі, в здоровому трудовому оточенні, серед селян і заводських робітників. На все життя він зберіг привиту в дитинстві любов до праці, глибоку повагу до майстрів своєї справи, велику зацікавленість до фабрично-заводського виробництва і сільського господарства. Як найменший член сім'ї, він рано навчився читати та писати і в семирічному віці підготувався до вступу в гімназію разом зі старшим братом Павлом. Однак через малу кількість років він був прийнятий до Тобольської гімназії з умовою, що залишиться на другий рік у першому класі. Роки навчання в гімназії не вплинули на вибір майбутньої діяльності Д. Менделєєва.

3.учасник проекту. Дмитру Івановичу Менделєєву було лише 15 років, коли віну 1849 р. одержав атестат про закінчення гімназії. Потрібно було вирішувати, що робити далі. Це питання більше хвилювало матір Марію Дмитрів-ну, аніж й малолітнього сина.

Він знайомих гімназійних учи-телів Марія Дмитрівна знала, що, незважаючи на посередні оцінки з деяких предметів, й син мав ви-датні (унікальні) здібності Вона вирішила вивести сина на широку життєву дорогу і дати йому вищу освіту.

ІУ учасник проекту. 9 серпня 1850 р. конференція Головного педагогічного інституту в Петер-бурзі затвердила Менделєєва у званні студента. Головний педаго-гічний інститут був закритим на-вчальним закладом. Студенти не тільки навчались, а й жили в інсти-тут, виходити з нього вони могли лише з дозволу інспектора. Дмит-ра Івановича Менделєєва мало турбувало тяжке, інколи нестерп-не становище студентів, він цілком віддавався навчанню, захоплю-ючись природничими науками.

3 перших років навчання він змушений був думати про заробі-ток. У канікулярний період най-мався в багаті сім'ї репетитором. На старших курсах педінституту він займався літературною пра-цею, друкував у журналах нариси і невеличкі огляди наукових досяг-нень.

Учитель. Запрошуємо коор-динатора другої групи представи-ти другу частину спільного про-екту «Захист магістерської дисер-тації. Педагогічна діяльність».

Координатор 11 групи. Педаго-гічна діяльність Д.І. Менделєєва оцінена золотою медаллю за гли-бокі знання основ наук. Він також захистив магістерську дисерта-цію. А вершиною визнання моло-дого вченого Менделєєва стала його участь у всесвітньому хімічному конгресі.

(Демонструє зображення рукописної наукової роботи Д. 1. Менделєєва, схему міста Гейдельберга (Німеччина), де Менделєєв навчався у відомих учених, професорів; фотографії молодих науковців, з якими час-то зустрічався Дмитро 1ванович для обговорення наукових від-критті в.)

4 учасник проекту. В січні 1859 р. було нарешті задоволено клопотання Головного педагогіч-ного інституту і Петербурзького університету про відрядження ма-гістра Менделєєва за кордон «для удосконалення в науках». Мен-делєєв поїхав за кордон після закі-нчення лекцій з курсу органічної хімії в університеті (1859 р.). Ос-новним пунктом перебування за кордоном він обрав давній німецький університет міста Гей-дельберга. Там можна було спокі-йно вести дослідження. Крім того, в Гейдельберзі було багато моло-дих російських вчених з різних спеціальностей.

5 учасник проекту. Менделєєв швидко став загальновизнаним го-ловою гуртка, який стихійно організувався з молодих учених. Постійними членами цього гурт-ка були А.П. Бородін (пізніше відо-мий як композитор і хімік), відо-мий філолог В.І. Сеченов, приро-дознавці В.І. Олевінський,       В.І.Сла-вич, А.В. Майков.

Із тимчасових членів гуртка, що приїжджали на деякий час до Гей-дельберга, слід згадати молодого професора О.М. Бутлерова, хі-міків К.П. Лисенка, О.М. Виш-неградського, відомого пізніше лікаря С.П. Боткіна, біологів А.О. Ковалевського, Н.С. Фамін-цина та українську письменницю Марко Вовчок.

Учитель. Третю частину про-екту представляє координатор третьої групи зі співавторами.

Координатор 3 групи. Об'єк-том дослідження нашої групи була наукова та громадська діяльність Д.І. Менделєєва. Наш проект символізують ваги, їхню роль розкриють учасники проек-ту. Зображення книг відповідає перекладу наукових праць. Сим-волічне зображення хімічних еле-ментів і приладів свідчить про практичне значення наукових праць ученого-хіміка, які пов’язані з розвитком економіки, наф-тової, вугільної, металургійної промисловостей. Повітряна ку-ля — ще один елемент досліджень і відкриттів Д І. Менделєєва. Двері у вищий навчальний заклад -символ того, що Дмитро Іванович завжди любив та захищав сту-дентів і був активним громадсь-ким діячем. А детально про його наукову та громадську діяльність розкажуть учасники проекту.

1 учасник проекту. Д.І Мен-делєєв — учений-енциклопедист, член-кореспондент Петербурзької Академії Наук, професор Петер-бурзького університету і водно-час технологічного інституту. 3 1892 р. він завідує палатою мір і вагів, яка за його ініціативою у 1893 р. перетворена на Головну палату мір і вагів. Найбільш повну характеристику Д.І. Менделєєву дав Л.О. Чугаєв: «Геніальний хімік, першокласний фізик, успіш-ний дослідник у галузі гідродинаміки, метрології, геології, в різних відділах хімічної технології(вибу-хові речовини,нафта,вчення про паливо). Глибокий знавець хі-мічної промисловості, оригіналь-ний мислитель у галузі вчення про народне господарство».

2 учасник проекту. Наукова спадщина Д.І. Менделєєва надзви-чайно широка і багатогранна. Він залишив людству понад 500 друко-ваних наукових праць. Є автором фундаментальних досліджень з хімії, хімічної технології, фізики, сільського господарства, економі-ки, освіти.

Перші наукові роботи (1854-1856) Менделєєв присвятив ви-вченню ізоморфізму і питомих об’ємів. Відкрив у 1860 р. «темпе-ратуру абсолютного кипіння» (критичну температуру рідини).-У 1861 р. видав підручник - «Органическая химия» (перший вітчизняний підручник з органіч-ної хімії), за який був нагороджений премією Петербурзької Ака-демії Наук. У процесі роботи над першим виданням «Основ хи-мии» формує ідею про періодич-ну залежність властивостей хімічних елементів від їх атомних вагів. Ця класична праця за життя Д.І. Менделєєва була видана вісім разів, останній раз у 1906 р.

3 учасник проекту. Наукові дослідження Д.І. Менделєєв органічно пов'язував з проблема-ми економіки, особливо з розвит-ком нафтової, вугільної, металур-гійної і хімічної промисловостей. У 1877 р. він висунув ідею про не-органічне походження нафти, за-пропонував принцип безперервної фракційної перегонки нафти. Ав-торитет Д.І. Менделєєва був на-стільки великим, що його постій-но запрошували експертом для розв'язання складних економіч-них проблем. Так, під час відряд-ження у Донбас у 1888 р. він упер-ше запропонував теорію підзем-ної газифікації вугілля, розробив програму інтенсифікації освоєння його природних ресурсів (кам'яно-го вугілля, залізних руд, кам'яної солі), передбачив велике май-бутнє промисловості цього уні-кального краю.

4 учасник проекту. Д.І. Мен-делєєв у 1890 р. винайшов новий тип бездимного пороху та організував його вироб-ництво. Пропагував застосування в сільському господарстві міне-ральних добрив і зрошення зе-мель. Здійснив у 1887 р. політ на повітряній кулі для спостережен-ня за сонячним затемненням. Зап-ропонував гіпотезу про природну радіоактивність (1902 р.). Мен-делєєв був членом і почесним членом більше як 90 академій наук, наукових товариств, універ-ситетів та інститутів різних країн, одним із засновників Російського хімічного товариства, Його прези-дентом. Працюючи з молоддю, Дмитро Іванович завжди захищав і обстоював права студентів. Він був палким патріотом і сміливим захисником прогресивних ідей.

5 учасник проекту. Багатогранна діяльність Д.І. Менделєєва була тісно пов’язана з розвитком науки, освіти та економіки Украї-ни. Відомі його широкі зв'язки з багатьма передовими українсь-кими хіміками та іншими вчени-ми, особливо Київського та Хар-ківського університетів. Ще в 1871 р. Д.І. Менделєєв брав ак-тивну участь у третьому з'їзді природознавців, що проходив у Києві.

Д.І. Менделєєв приділяв вели-ку увагу організації вищої освіти, зокрема брав активну участь у створенні Київського політехніч-ного інституту (1898 р.). У 1903 р. він був головою екзаменаційної комісії першого випуску інже-нерів та агрономів цього ВНЗ.

Учитель. Дослідження в рам-ках теми проекту прокоментує ко-ординатор четвертої групи.

Координатор 4 групи. Наш проект презентують ксерокопія чорнового варіанту таблиці під назвою «Дослідження системи елементів»; рукопис таблиці, складений і підписаний 17 лютого .

1869 р.; перша друкована таблиця під назвою «Дослід системи еле-ментів на основі атомних мас і хімічних властивостей».

Сучасні форми періодичних таблиць: драбина (Н. Бор 1921 р.), видовжений варіант періодичної системи та сучасна періодична таблиця, якою ми користуємося на кожному уроці, зображені у нашому проекті, що має назву «Відкриття періодичного зако-ну». Докладно про роботу Д.І. Мен-делєєва над створенням періо-дичного закону ви дізнаєтеся з повідомлень учасників проекту.

1 учасник проекту: Відкриття періодичного закону хімічних еле-ментів — незвичайне і виключно дивовижне явище в історії науки. Зрозуміло, що історики науки ви-являють особливу зацікавленість як до генезису самої ідеї періодич-ності властивостей хімічних еле-ментів, так і до творчого процесу розробки цієї ідеї, її втілення у все-охоплюючий закон природи. Не дивно, що історії відкриття періо-дичного закону присвячено бага-то літературних праць.
 

2 учасник проекту. Успішне розв'язання Менделєєвим завдан-ня закономірних зв'язків власти-востей хімічних елементів (до речі, нікому з попередників не вдалося цього зробити) пояснюється тим, що в нього був абсолютно науко-вий підхід до цієї проблеми. Він рішуче відкинув обмеження од-нією властивістю хімічного еле-мента. Вже першу свою таблицю «Опыт системы элементов, осно-ванной на их атомном весе и хи-мическом сходстве» Менделєєв побудував на порівнянні двох властивостей елементів. Відкрит-тю періодичного закону хімічних елементів Менделєєва сприяла вся його попередня наукова дія-льність.

Періодичний закон, можна сказати,завершив попередні дос-лідження, пов'язані з вивченням фізико-хімічних властивостей різних речовин, пошуком зв'язків і аналогій між різними сполуками елементів.

      3 учасник проекту. Достемен-но відомо, що перша періодична система елементів була складена і переписана Менделєєвим у поне-ділок 17 лютого (1 березня) 1869 р. Рукописний варіант таблиці, а та-кож попередні її фрагменти збері-галися в паперах Менделєєва. А вже 19—2О лютого таблиця була надрукована з російськими і французькими заголовками і розі-слана російським та закордонним ученим.

4 учасник проекту. Як же пра-цював Дмитро Іванович над таб-лицею хімічних елементів? Своїм друзям він якось зізнався: «Все в голові склалось, а виразити в таб-лиці не можу». Пізніше Лапшин писав: «Менделєєв три дні й три ночі, не лягаючи спати, працював у конторці, намагався оформити результати своєї думки в таблиці, та спроби були марними. Зреш-тою, під впливом сильної втоми Менделєєв ліг і звідразу ж заснув. «Бачу уві сні таблицю, де елемен-ти розставлені так, як треба. Про-кинувся, тут же записав на папірці. Тільки, як пізніше вияви-лося, в одному місці потрібне було уточнення».

5 учасник проекту. Тверджен-ня П. Іностранцева, що Менделєєв побачив періодичну систему уві сні, не слід розуміти буквально. Зрозуміло, що напружена протя-гом кількох діб і спрямована дум-ка Менделєєва продовжувала працювати й уві сні. Можливо, що уві сні була знайдена та частинка, якої бракувало для встановлення зв'язку між групами неподібних елементів. Це природно; психоло-гам такі випадки добре відомі. Та-ким чином, процес підготовки відкриття і саме відкриття стають повністю зрозумілими.

Учитель. Підсумок проекту -значення періодичного закону представляє координатор п'ятої групи.

Координатор 5 групи. Наше дослідження є завершальною час-тиною проекту «Життя і наукова діяльність Д.І. Менделєєва».

Опрацювавши хімічну енцик-лопедію та іншу літературу (вона представлена на міні-виставці), ми дізнались багато цікавого з теми сьогоднішнього уроку.

Розпочинає наш проект сим-волічне зображення простої речо-вини і хімічного елемента.

Зображення моделі молекули води — це вклад Менделєєва в атомно-молекулярне вчення. 1911 р.— дата відкриття будови атома, яке ще раз підтвердило велике значен-ня періодичного закону, вираже-ного у таблиці, і дало можливість штучна добути нові хімічні еле-менти;

Загальна формула заповнення енергетичних орбіталей у будові атома відображає запропонова-ну у 1931 р. Зоммерфельдом іде-альну схему заповнення орбіталей, що сприяло у 1934 р, створен-ню квантово-механічної теорії пе-ріодичної системи

Мої однокласники, які разом зі мною працювали над створенням цього проекту, доповнять мене і поінформують про досліджений матеріал більш докладно.

1учасник проекту. В 1871 р. Д.І. Менделєєв увів у хімію термі-ни, що відповідають атомно-моле-кулярному вченню, тобто науко-во обґрунтовані поняття «проста речовина» і «хімічний елемент». Замінивши емпіричне уявлення про хімічний елемент науково--обгрунтованими поняттями, Д.І. Менделєєв здійснив науко-ву революцію в теоретичній хі-мії.

2 учасник проекту. Використо-вуючи поняття «хімічний еле-мент» як класифікаційну одини-цю, Д.І. Менделєєв розробив кла-сифікацію атомів у вигляді періо-дичної системи науковим обґрунтуванням якої було атомно--молекулярне вчення і відкритий ним періодичний закон. Менделє-євська класифікація атомів з роз-витком науки збагачувалась нови-ми класифікаційними-ознаками і одержала-науково-теоретичне обґрунтування на більш високому рівні.

3 учасник проекту. Доведен-ня того, що порядковий номер елемента дорівнює-заряду ядра його атома, мало величезне значення для розвитку вчення про періодичність. Перша таблиця, в якій були проставлені дійсні порядкові номери хімічних елементів, належить П. Фаянсу (опублікована в 1915 р.). 18 жовтня 1921 р. Н. Бор продемонстрував форму періодичної системи елементів у вигляді східців, у якій уперше було продемонстровано послідовність формування електронних конфігурацій атомів відповідно до зростання порядкових номерів елементів.

4 учасник проекту. В 1931 р. А. Зоммерфельд запропонував ідеальну схему, що відповідає поступовому заповненню кожної орбіталі. Іs²          2s²p⁶         3s²p⁶d¹⁰        4 s²p⁶d¹⁰f¹⁴        …

Резерфорд у 1934 р. після ви-никненням квантової механіки і застосування квантово-механічних методів до атомної моделі створив спрощену квантово-механічну те-орію періодичної системи.

Учитель. Дякую. У кого є індивідуальні повідомлення або інформація за темою лекції-про-екту?

Учень. Не прозвучала інфор-мація про спроби вчених-хіміків класифікувати хімічні елементи. Я хочу нагадати,. Що саме зроблено в цьому плані попередниками Д.І. Менделєєва,

У 1829 р. німецький хімік І. Де-берейнер згрупував відомі на той час елементи за хімічною подіб-ністю по три: Li, Nа, К; Са, Sr, Ва; S, Sе, Те; Сl, Вг, I та ін., назвавши їх тріадами. При цьому він виявив, що атомна маса середнього в тріаді елемента приблизно дорів-нює середній арифметичній величині атомних мас крайніх еле-ментів. Відкриття нових елементів показало, що «втиснути» їх у тріа-ди неможливо (демонстрація). Французький хімік А. Шанкур-туа в 1862 р розмістив елементи у порядку збільшення атомних мас за гвинтовою лінією, що підніма-лася під кутом 45' на поверхні ци-ліндра, поділеній вертикальними лініями на 16 рівних частин. При цьому елементи з подібними властивостями іноді опинялися один під одним. Але деякі елемен-ти були розміщені на гвинтовій лінії довільно, без урахування хімічних властивостей  (демонст-рація).

Німецький хімік Л. Мейєр у 1864 р. згрупував хімічні елементи за їх валентністю по шість. 3 відо-мих на той час хімічних елементів до таблиці було вміщено лише 28. При цьому Мейєр помітив певні закономірності в зростанні атом-них мас елементів у групах, але ніяких теоретичних висновків не зробив.

Учень. У мене досить-цікаве особисте повідомлення. Уперше таблицю Д.І. Менделєєва для роз-в'язання геохімічних питань зас-тосуваву..1921 р. академік А.Є. Ферс-ман, який вивчив поширеність елементів у надрах землі і зробив такі висновки.

Учень. Користуючись індиві-дуальними таблицями, пропоную знайти елементи, передбачені Д.І. Менделєєвим за номерами 21,31,32,43, 89, 72,75, 35, 37,91. А також елементи, в яких були ви-правлені в1дносні атомні маси,— за номерами 4, 39, 49, 55, 57, 68, 90, 92, про які не згадувалось у ході лекції-проекту.

Учень. Я гадаю, моя інфор-мація теж є цікавою. Французькі спеціалісти дослідили, що людсь-ке тіло масою 70 кг утримує 45 кг Оксигену, 12 кг Карбону, 7 кг Гідрогену, 2 кг Нітрогену й трохи більше 1 кг Кальцію, 860 г Фос-фору, 300 г Сульфуру, 210 г Ка-лію, 100 г Натрію, 70 г Хлору, а також по кілька грамів Магнію, Феруму, Флуору, Цинку, Купру-му, кілька міліграмів Йоду, Ко-бальту, Манганцу, Молібдену; Хрому, Селену. У людському організмі також можна виявити сліди таких елементів, як Ванадій, Титан, Бор, Бром, Арсен і Силіцій.

Виходячи із сучасних цін на очищені хімічні продукти францу-зи підрахували, що вартість «сиро-вини», з якої «виготовлена люди-на», не перевищує... 145 доларів. 

3. Підбиття підсумків, оці-нювання

Учитель. Підіб'ємо підсумки нашого уроку-проекту, викорис-товуючи «Програмно-методич-ний комплекс «Таблиця Д.І. Мен-делєєва».

Чи існують межі періодичної системи?

Чи можуть існувати в природі (і скільки) елементи, які легші за Гідроген і важчі за Уран, тобто де проходять нижня і верхня межі пе-ріодичної системи, який елемент у ній є першим, а який — ос-таннім? Це питання виникло через 17 років після відкриття періодич-ного закону і залишається актуа-льним і нині. Можливо, на ваше покоління випаде час цього науко-вого відкриття.

Отже, завершимо лекцію--проект словами Д.І. Менделєєва «Періодичному закону майбутнє не загрожує руйнуванням, а тільки надбудовою і розвитком». Як бачимо, ці слова є пророчими.

4 . Домашнє завдання

Кожна група одержує картку з п'ятьма задачами, які потрібно розв'язати на основі знань з теми «Періодичний закон і пері-одична система Д.І. Менделєє-ва».