Як вивчити таблицю Менделєєва: вибухова пісня українського вчителя

Як допомогти дітям не тільки легко сприймати інформацію зі складної теми, а й надовго її запам’ятати? Для більшості педагогів це серйозний виклик. Із ним блискуче впорався 26-річний вчитель хімії Іван Заболотських із Новопечерської школи. Він підкорює дитячі серця «пісенною таблицею Менделєєва». Тему на знання послідовності хімічних елементів він «запакував» у вибуховий рок−хіт «We Will Rock You» гурту «Queen». У чому секрет успіху музичної мнемотехніки, яку створив український педагог? Показуємо і розповідаємо.

Співанка про хімічні елементи народилась… у ліжку

Базовий шкільний курс хімії та вивчення таблиці Менделєєва — як мова та абетка. Але досі я не знав учнів, які б вивчали хімічні елементи з небувалим натхненням, — усміхається вчитель хімії Іван Заболотських. — Раніше для закріплення цього матеріалу мої учні писали багато хімічних диктантів, але це наводило на них нудьгу. Мені ж хотілося, щоб школярі здружились із таблицею та вивчали її самостійно.

І ось одного разу я робив удома презентацію з хімічним диктантом для уроку під супровід пісень Scorpions, Queen та The Beatles. Відкрив таблицю Менделєєва, замислився. У той момент із колонки лунало: «We will — we will — rock you!» Мабуть, це виглядало дуже кумедно: доросла людина лежить у ліжку з таблицею хімічних елементів перед очима та під гучну музику простукує ритм долонями по коліну. А потім мене раптово осяяло: назви елементів ідеально лягають на мелодію куплета: гідроген, гелій, літій, берилій (наспівує). Ось так народилась хімічна співанка у стилі рок- мнемотехніки .

Хімічний гімн у рок-стилі співають, награють і фільмують для соцмереж

Вже наступного дня я запропонував дітям цю співанку, яка містить перші 20 хімічних елементів. Спершу проспівав сам, відбиваючи ритм долонями. Потім запропонував учням долучитися, дивлячись на таблицю Менделєєва. Учням сподобалось: я побачив стільки іскорок в очах! Трохи згодом пісня стала шкільним хітом. Мої учні самостійно підбирали мелодію на піаніно, гітарі та виконували з однокласниками співанку в інструментальному супроводі. Упевнений, і в соцмережах вони активно публікували цей «хімічний гімн», адже часто фільмували свої виступи.

У співанці є маленька хитрість. Я довго думав, як вмістити в один рядок співанки елементи оксиген, нітроген, неон і флуор, тому розвів їх по різних куплетах. У першому куплеті співаємо з учнями «бор, карбон, нітроген, неон», а в другому — «бор, карбон, оксиген, флуор».

Які переваги «пісенної таблиці Менделєєва»?

Діти залізно запам’ятовують порядковий номер хімічних елементів, співаючи пісню. Завдяки цьому можна без зазирання в таблицю визначити кількість електронів в атомі елемента, заряд ядра та валентність.

Одна з моїх учениць-семикласниць навіть виправила одного з учителів, який помилився з порядковим номером елемента: «Я точно пам’ятаю — так співаємо в пісні».

1. Хімічна співанка — чудовий спосіб налаштувати дітей на продуктивну роботу. Її можна проводити з учнями як на початку уроку, так і для зміни активності — наприклад, щоб поспівати й поплескати в долоні після самостійної роботи. Ми співаємо її з дітьми і тоді, коли вони надто активні й потрібно направити енергію в продуктивне русло. У таких випадках мені здається, що наша класна кімната перетворюється на концертний зал.
2. Пісенну таблицю Менделєєва гарно сприймають усі вікові категорії учнів. Це метод і для вивчення, і для повторення. Найактивніші за моїм спостереженням — 7-мі та 8-мі класи. Вони не соромляться співати, люблять усе нове.
3. Я підрахував, що метод хімічної співанки на 50% підвищує результати знань з теми періодичної системи елементів. Я вражений і буду навчати за допомогою цього методу інших учнів.

Як зацікавити хімією старшокласників?

Учні старших класів — вимоглива аудиторія. Хімічну співанку сприймають як цікавинку, але їм потрібні теми, наближені до життя. Я помітив, що їхній інтерес розгоряється, якщо під час уроків проводити паралелі з популярними фільмами та серіалами, а також втілювати разом із ними видовищні досліди на кшталт «Зубна паста для слона». Тож відтепер під час перегляду фільмів я звертаю увагу на цікавинки з хімічною складовою, які викличуть інтерес у підлітків.

Нітрат срібла

Фільм, де є цікавий приклад

Запитайте в дітей, хто з них дивився фільм «Інший світ» про війну перевертнів з вампірами. Яку речовину використовували для знищення кровопивць? Правильна відповідь — зброя з нітрату срібла.

Фільм, де є цікавий приклад

«Надприродне», «Костянтин»

Демони, яких винищували в «Надприродному», перетворювались на купку сірки. А в серіалі «Костянтин» демони залишають після себе запах сірчистого газу

Фільм, де є цікавий приклад

«У всі тяжкі»

Коли ми вивчали кислоти, учні згадали про серіал «У всі тяжкі» та поставили питання: «Чи справді тіло перетворюється на обвуглений скелет, якщо помістити його в ванну з кислотою, як показали на екрані? А підлогу теж вона розчиняє?» Моя відповідь була «ні». У серіалі використовують плавікову кислоту, яка не впорається з повним розчиненням органіки, та й підлогу так не розчинити — а от скло запросто. Сценаристи часто вдаються до імпровізацій, не порадившись зі спеціалістами з хімії.

Фільм, де є цікавий приклад

Як відрізнити справжню кров від кетчупу чи соку на тканині? Для цього треба провести мінідослідження. Готується розчин люмінолу, яким треба крапнути на тканину. Реактив, нанесений на справжню кров, починає світитися в темряві. Причина — у складі крові є ферум, який і створює таку люмінесцентну реакцію у взаємодії з люменолом.

Що таке мнемотехніка?

Мнемотехніка в перекладі з грецької «mnemonikon» означає мистецтво запам’ятовувати. Це легкі й цікаві прийоми, які допомагають закріпити в пам’яті складні знання надовго. Секрет цього способу запам’ятовування – яскраві візуальні образи та асоціації, які постають перед «споживачами» мнемотехнічної говірки.

2.4: Таблиця Менделєєва

Відкриття стихій відбувалися протягом довгого часу. У міру зростання списку відомих елементів вчені намагалися розташувати їх виходячи з їх властивостей. Менделєєв розташував елементи в таблиці на основі атомних мас. Це призвело до того, що елементи, що мають схожі властивості, розміщені поруч один з одним в більшості випадків. У таблиці були навмисно залишені прогалини для елементів, які були передбачені на основі знань з періодичної таблиці, але ще не виявлені. Було мало винятків, де властивості елементів не узгоджувалися з групою, в яку вони були поміщені на основі їх атомних мас. Мозелі розробив метод вимірювання атомних номерів на основі рентгенівської спектроскопії. Розташування елементів на основі атомного номера замість атомних мас прибирало розбіжності в таблиці Менделєєва.

Сучасна періодична таблиця елементів

• Сучасна періодична таблиця елементів розташовує елементи за зростаючим порядком атомного номера починаючи від атомного номера 1 для Н і закінчуючи атомним номером 118 для Ог, як показано на рис.2.4.1.
• Елементи розташовані в горизонтальних рядках, які називаються періодами та вертикальними стовпцями, які називаються групами.

Періоди

Періодична таблиця має сім горизонтальних рядків, які називаються періодами. Періоди пронумеровані: 1 вгорі до 7 внизу.

1. 1-й період має всього два елементи: водень в групі 1 і гелій в групі 18, з проміжком від групи 2 до групи 17.
2. 2-й і 3-й періоди мають вісім елементів кожен, заповнюючи групи 1 і 2, а потім групи 13 до 18, залишаючи прогалину від групи 3 до групи 12.
3. Періоди 4-го і 5-го періодів мають вісімнадцять елементів, які заповнюються послідовно з групи 1 в групу 18.
4. Періоди 6-й і 7-й мають 32 елементи, кожен: перші два в групах 1 і 2, наступні чотирнадцять елементів в окремих рядках під таблицею. Ці два ряди по 14 елементів кожен називаються актинідами і лантаноїдами відповідно. Потім наступні шістнадцять елементів заповнюють групи 3 на 18.

Групи

Періодична таблиця має 18 вертикальних стовпців, які називаються групами або сімействами. Групи нумеруються, починаючи з 1 на крайньому лівому і проходячи до 18 в крайньому правому куті.

Лужні метали

1-ю групу називають лужними металами. До лужних металів відносяться літій (Li), натрій (Na), калій (K), рубідій (Rb), цезій (Cs) і францій (Fr), показаний на рис.2.4.2. Найбільш реактивними серед металів у таблиці Менделєєва є лужні метали. Вони енергійно реагують з водою, як показано на рис. 2.4.3.

Малюнок \(\PageIndex\) : Лужні метали зліва направо: літій, натрій, калій, рубідій та цезій. Джерело: Томіхандорф у німецькій Вікіпедії, Dnn87 Контактна адреса електронної пошти: [email protected] та http://images-of-elements.com/potassium.php.

Малюнок \(\PageIndex<3>\) : Калій вступає в реакцію з водою. Джерело: Озон Аврора/Філіп Еванс/CC BY-SA (https://creativecommons.org /ліцензії/by-sa/3.0)

Водень

Водень входить до групи 1, але не входить до лужноземельних металів. Водень є неметалом і має властивості, досить відмінні від лужних металів або будь-якої іншої групи елементів.

Лужноземельні метали

2-а група називається лужноземельними металами. До його складу входять берилій (Be), магній (Mg), кальцій (Ca), стронцій (Sr), барій (Ba) та радій (Ra). Вони є реактивними металами, але менш реактивними, ніж лужні метали. Лужноземельні метали надають характерний колір полум’я. Солі лужних металів використовують в рецептурі феєрверку для додання характерних кольорів феєрверку, як показано на рис.2.4.4.

Ілюстрація \(\PageIndex<4>\) : Новорічні пожежні роботи на набережній Аль-Маджаз, Шарджа, ОАЕ. Солі металів, включаючи лужні метали, використовуються для надання характерних кольорів у феєрверках. Джерело: Фаріз Сафарулла/CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

перехідні метали

Групи 3 по 12 називаються перехідними металами. Вони включають дорогоцінні метали, такі як золото, срібло, платина та будівельні метали, такі як залізо. Деякі виробляють каталізатори і містяться в ферментах та інших біомолекулах, таких як гемоглобін та хлорофіл.

Група 13 до 16

Група 13 до групи 16 не має унікальної назви. Вони включають неметали вгорі та метали внизу кожної групи, які називаються пост-перехідними металами. Важливі неметали включають вуглець, азот, кисень, фосфор та сірку.

галогени

Елементи 17 групи називаються галогенами. До галогенів належать фтор (F), хлор (Cl), бром, йод (I) та астатін (At). Галогени є високореактивними неметалами. Хлор – газ, бром – рідкий, а йод твердий при кімнатній температурі, як показано на рис.2.4.5.

Малюнок \(\PageIndex<5>\) : Зліва направо: хлор, бром і йод. Джерело: В. Олен/CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

благородні гази

Група 18 називається благородними газами. До них відносяться гелій (He), неон (Ne), аргон (Ar), криптон (Kr), ксенон (Xe) і радон (Rn). Вони є найменш реактивними з усіх елементів. Благородні гази використовуються для створення інертної атмосфери для хімічних реакцій. Благородні гази також використовуються в системі освітлення через їх хімічно інертної природи, як показано на рис. 2.4.6.

Малюнок \(\PageIndex<6>\) : Сяючі благородні гази в скляних флаконі з низьким тиском всередині. Живлення: 5 кВ, 20 мА, 25 кГц. Джерело: Нова робота Алхімік-HP (розмова) www.pse-mendelejew.de); оригінальні одиночні зображення: Jurii, http://images-of-elements.com./CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

Метали, металоїди та неметали

Метали

Елементи в правому нижньому куті таблиці Менделєєва є металами, крім водню, який є неметалом. Метали мають загальні характеристики, серед яких:

1. вони блискучі,
2. тверда речовина при кімнатній температурі (крім ртуті, яка є рідкою),
3. ковкий (можна забивати в листи) і пластичний (можна втягувати в дроти),
4. хороші провідники тепла і електрики, а також
5. схильні втрачати електрони і утворювати іонні сполуки, коли вони реагують з неметалами.

Метали групи 1 називаються лужними металами; 2 групи називаються лужноземельними металами, групи 3 до групи 13 називаються перехідними металами, дворядні нижче перехідні метали в таблиці Менделєєва називаються лантаноїдами, а актиніди або внутрішні перехідні метали, і метали з групи 13 до 16 групи називаються пост-перехідними металами. Елементи, відмінні від перехідних або внутрішньо-перехідних металів, тобто елементи груп 1 і 2 і груп 13 – 18, в сукупності називаються основними груповими елементами або представницькими елементами.

Металоїди

Розподільна лінія між металами і неметалами являє собою лінію сходів, що починається від \(\ce\) і закінчується на \(\ce\) . Елементи на сходовій лінії являють собою металоїди крім алюмінію і полонію, які вважаються металами. Металоїди мають властивості між металами та неметалами; наприклад, вони мають помірну тепло- та електропровідність.

Неметали

Елементи у верхньому правому куті таблиці Менделєєва і водню називаються неметалами.

1. Неметали зазвичай мають властивості, протилежні металам, наприклад, вони, як правило, не блискучі, крихкі, якщо тверді, і погані провідники тепла і електроенергії.
2. Неметали, як правило, утворюють іонні сполуки, приймаючи електрони з металів і роблячи молекулярні сполуки, реагуючи один з одним.

Дві групи в неметалах також мають унікальні назви, тобто група 17 називається галогенами, а група 18 називається благородними газами.

Найбільш реактивні і нереактивні елементи

Як правило, лужні метали є найбільш реактивними, за ними йдуть лужноземельні метали, а галогени – найбільш реактивні неметали. Благородні гази – найменш реактивні неметали, також звані інертними газами.

На рис. 2.4.7 наведені приклади металу, металоїда і неметалу.

Малюнок \(\PageIndex<7>\) : Золотий самородок — метал, чистий кремній — металоїд, а сірка — неметал (зліва направо). Джерело: Золото: Роб Лавінський, iRocks.com – CC-BY-SA-3.0/CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0), Кремній: Енрікорос в англійській Вікіпедії/Громадське надбання, Сірка: Benjah-BMM27/Громадське надбання

Елементи, необхідні для життя

Елементи, які є основними складовими людини та інших живих організмів, є кисень, вуглець, водень, азот, сірка. Фосфор присутній в кістках, зубах та ДНК. Кальцій і магній є основними складовими кісток і зубів і виконують деякі інші функції організму. Катіони натрію і калію є основними електролітами в рідинях організму, а хлорид-аніон врівноважує заряд. Залізо присутній в гемоглобіні, який переносить кисень до клітин. Ці елементи необхідні для життя, і вони є макроелементами. Крім них, кілька інших елементів потрібні в невеликій кількості. Вони необхідні для життя і називаються мікроелементами. На рис. 2.4.8 показані макроелементи рожевого кольору і мікроелементи синього кольору в таблиці Менделєєва.

Малюнок \(\PageIndex\) : Таблиця елементів, важливих для життя людини. Рожеві елементи є важливими, які є макроелементами; сині елементи важливі, які є мікроелементами. Джерело: Tosaka/Громадське надбання

Фізико-хімічні стани елементів

Елементи в стані газів в умовах навколишнього середовища

Термін молекула зазвичай використовується для електрично нейтральної групи з двох або більше атомів, утримуваних разом хімічними зв’язками. У кінетичної молекулярної теорії газів молекула – це найменша частинка елемента або з’єднання зі стабільним і незалежним існуванням. Атоми благородних газів існують як самостійні види в газовій фазі при кімнатній температурі, тобто як моноатомні молекули типу He, Ne, Ar, Kr, Xe та Rn. Інші елементи, які є газами кімнатної температури або двоатомними молекулами, тобто H _{2, N 2}, O ₂, F ₂ і Cl ₂, називаються відповідно дигідрогеном, азотом, диоксигеном і дихлором. Зверніть увагу, що зазвичай префікс di не використовується для назви елемента, тобто їх зазвичай називають водень, азот, кисень, фтор і хлор відповідно. Одноатомні види цих елементів, тобто H, N, O, F і Cl, існують, але вони є дуже реактивними формами, званими вільними радикалами, і вони довго не виживають.

Елементи в рідкому стані в умовах навколишнього середовища

Два елементи існують у вигляді рідин при кімнатній температурі, тобто ртуть (Hg), метал та бром (Br ₂), не є металом, який існує як двоатомні молекули. Чотири елементи, францій, цезій, галій та рубідій, є твердими металами при 25 o С, але стають рідкими, коли температура трохи тепліша.

Елементи в твердотільному стані в умовах навколишнього середовища

Всі елементи, не згадані в попередніх двох розділах, тверді при кімнатній температурі. Вони можуть бути двоатомними або багатоатомними молекулами, наприклад, I ₂, O ₃, P ₄, S ₈, дійодом, озоном, тетрафосфором і октасіркою, з двома або трьома, чотирма і вісьмома атомами відповідно в молекулі.

Аллотропи

Різні форми одного і того ж елемента в одному фізичному стані називаються аллотропами.

Алотропи – це різні структурні модифікації елемента. Наприклад, вуглець існує в декількох аллотропних формах; дві з них показані на рис.2.4.9. Інший приклад – O _2, а O ₃ – газоподібні форми кисню.

Малюнок \(\PageIndex\) : Алмаз і графіт – це два аллотропа вуглецю: чисті форми одного і того ж елемента, що відрізняються за структурою. Джерело: Diamond_and_graphite.jpg: Користувач: Itub похідні роботи: Матеріалознавця/CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Елементи, які існують як гігантські молекули

Деякі елементи існують як гігантські молекули, тобто сукупність багатьох атомів, пов’язаних між собою за допомогою 3D-мережі зв’язків. Наприклад, вуглець – гігантська молекула в декількох аллотропних формах, включаючи алмаз, графіт, вуглецеві нанотрубки та фулерени. На рис. 2.4.9 показано склеювання в аллотропах алмазу і графіту. Весь шматок алмазу – це одна молекула з атомами вуглецю, з’єднаними між собою в тривимірну мережу зв’язків.

Метали також існують як сукупність багатьох атомів, пов’язаних між собою металевими зв’язками. Атоми металу існують у вигляді іонів +, розташованих у чітко визначеному тривимірному розташуванні, званому кристалічною решіткою, з деякими з найвіддаленіших електронів, що бродять навколо цілого шматка металу, утворюючи море електронів навколо атомів металу, як показано на рис. 2.4.10.

Елементи в гігантських молекулах і металах представлені символами елементів без будь-якого індексу, наприклад, C – вуглець, Fe – залізо, Au – золото тощо.

Малюнок \(\PageIndex\) : Іони металів у морі електронів. Джерело: Стівен Легг (Sjlegg) /Громадське надбання