Дипломная работа: Методические особенности изучения темы "Бериллий и его соединения" посредством интегрированных уроков
Дипломная работа: Методические особенности изучения темы "Бериллий и его соединения" посредством интегрированных уроков
ВВЕДЕНИЕ
Бериллий был обнаружен в 1798 г. знаменитым французским химиком Л. Вокленом в полудрагоценном камне берилле. Отсюда и название
элемента. Впрочем, Воклен выделил только новую «землю» - оксид неизвестного
металла. Относительно чистый бериллий в виде порошка был получен только
через 30 лет независимо Ф. Вёлером в Германии и Э. Бюсси во Франции.
Долгое время многие химики считали,
что бериллий - трехвалентный металл с атомной массой 13,8. Для такого металла
не находилось места в периодической системе, и тогда, несмотря на очевидное
сходство бериллия с алюминием, Д. И. Менделеев поместил этот элемент во вторую
группу, изменив его атомную массу на 9. Вскоре шведские ученые Л. Нильсон и О.
Петерсон нашли, что атомная масса бериллия 9,1, что соответствовало
предположениям Д. И. Менделеева. Во второй половине XX в. Бериллий - стал
необходим во многих отраслях техники. Этот металл и его сплавы отличаются уникальным
сочетанием различных свойств. Конструкционные материалы на основе бериллия
обладают одновременно и легкостью, и прочностью, и стойкостью к высоким
температурам. Будучи в 1,5 раза легче алюминия, эти сплавы в то же время
прочнее многих специальных сталей. Эти качества и сам бериллий, и многие
его сплавы не утрачивают при температуре 700-800°С, поэтому они используются в
космической и авиационной технике.
Бериллий необходим и в атомной
технике: он стоек к радиации и выполняет роль отражателя нейтронов.
ГЛАВА
1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧАЕМОГО ВОПРОСА В СОВРЕМЕННОЙ РОССИЙСКОЙ ШКОЛЕ
Для осознанного понимания химических
процессов огромное значение имеет представление о химических элементах. Эти вопросы
всегда были самыми сложными не только для учащихся, но и для учителей. Учебный
материал темы поделен на 4 урока, поскольку давно известно, что на одном уроке
нельзя ознакомить учащихся более чем с двумя понятиями [2].
Преподавание темы «Бериллий» начинается
с 9 класса, первого полугодия. При изучении этой темы пользуются учебником
химии под редакцией Г. Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман, также учебником за 8 - 9
класс под редакцией Н. С. Ахметова. Дидактическим материалом служит книга по
химии для 8 - 9 классов под редакцией А. М. Радецкого, В. П. Горшкова; используются
задания для самостоятельной работы по химии за 9 класс под редакцией Р. П. Суровцева,
С. В. Софронова; используется сборник задач по химии для средней школы и для
поступающих в вузы под редакцией Г. П. Хомченко, И. Г. Хомченко. В 9 классе на
изучение закономерностей протекания химических реакции отводится 4 ч [3, 4].
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ПОДДЕРЖКА ТЕМЫ «БЕРИЛЛИЙ»
Соединения бериллия в виде
драгоценных камней были известны еще в древности. С давних пор люди искали и
разрабатывали месторождения аквамаринов, изумрудов и бериллов. Есть
свидетельства о том, что еще во времена Египетских фараонов разрабатывались
изумрудные прииски в Аравийской пустыни. Но только в конце 18 века химики
заподозрили, что в бериллах есть какой-то новый, не известный элемент. В 1798
году французский химик Воклен выделил из берилла окись "La terree du
beril", отличавшуюся от окиси алюминия. Эта окись придавала солям сладкий
вкус, не образовывала квасцов, растворялась в растворе карбоната аммония и не
осаждалась оксалатом или тартратом калия. Металлический бериллий был впервые
получен в 1828 году известным немецким ученым Велером и одновременно
французским ученным Блюссеном, который получил порошок металлического бериллия
восстановлением хлористого бериллия металлическим калием. Промышленное
получение бериллия началось только в 20-х годах нашего столетия. До сороковых
годов масштабы производства и применения бериллия были не велики. Однако с
открытием свойств бериллия, обусловивших его использование в атомной энергетике
спрос на него сильно возрос. Что в свою очередь стало причиной широкого
развития исследовательских и геологоразведочных работ в этой области.
Химические и химико-физические
свойства бериллия
Бериллий (Be) - имеет атомный номер 4
и атомный вес 9.0122. Он находится во втором периоде периодической системы и
возглавляет главную подгруппу 2 группы, в которую также входят магний, кальций,
стронций, барий и радий. Электронная структура атома бериллия 1s 2s. На внешней
оболочке он имеет два электрона, что является характерным для элементов этой
группы. Электронная структура внешней оболочки иона каждого из этих элементов с
зарядом +2 соответствует электронной структуре инертного газа с атомным номером
на две единицы меньше номера рассматриваемого элемента. Бериллий вещество
серо-стального цвета; при комнатной температуре металлический бериллий имеет
плотно упакованную гексагональную решетку, подобную решетке магния. Атомный
(металлический) радиус бериллия равен 1.13 А. Увеличение массы и заряда ядра
при сохранении конфигурации электронных оболочек служит причиной резкого
уменьшения атомного и ионного радиусов бериллия по сравнению с соседним литием.
После отрыва валентных электронов атом бериллия образует ион типа благородных
газов, и несет, подобно литию, всего одну электронную оболочку, но
характеризуется значительно меньшими размерами и компактностью. Истинный ионный
радиус бериллия - 0,34 А является наименьшим среди металлов. Потенциалы
ионизации у бериллия равны (соответственно для первого, второго, третьего и
четвертого электронов) I1-9,28; I2-18,12; I3-153,1; I4-216,6 эВ. На кривой
потенциалов ионизации бериллий занимает одно из верхних мест. Последнее
соответствует его малому радиусу и характеризует бериллий как элемент не
особенно охотно отдающий свои электроны, что в первую очередь определяет
степень химической активности элемента. Этот же фактор имеет решающее значение
в образование того или иного типа химической связи при соединение бериллия с
другими элементами. С точки зрения электроотрицательности бериллий наряду с
алюминием может рассматриваться как типичный переходный элемент между
электроположительными атомами металлов, легко отдающих свои электроны, и
типичными комплексообразователями, имеющими тенденцию к образованию ковалентной
связи. В нейтральных растворах гидрокcилы бериллия дисcоциируют по схеме:
Be2+ + OH-
<=> Be(OH)2 <=> H2BeO2 <=>
2H+ + [BeO2]2-
В щелочных растворах, содержащих
атомы щелочных элементов, осуществляется возможность возникновения более
прочной ковалентной связи между анионом и атомом амфотерного элемента.
Происходит образование комплекса, прочность которого в первую очередь
определяется концентрацией элементов с низким значением электроотрицательности,
то есть щелочей. Бериллий в этих условиях ведет себя как комплексообразователь.
В кислых растворах, характеризующихся высокой концентрацией водородного иона,
элементы с низким значение электроотрицательности, подобные бериллию, могут
находится в форме свободных, положительно заряженных ионов, т.е. являются
катионами. Свойства основности элемента, как известно характеризуются также
величиной ионного потенциала w/r, выражающего энергию силового поля иона. Как и
следовало ожидать, маленький ион бериллия отличается большой величиной ионного
потенциала, равной 5,88. Таким образом, по характеру своих химических свойств,
всецело определяемых особенностями строения электронных оболочек атома,
бериллий относится к типичным амфотерным элементам. Металлический бериллий
растворяется в соляной и разбавленной азотной кислоте, а также в водных
растворах гидроокисей натрия и калия с выделением водорода и образованием
бериллатов с общей формулой М2ВеО2. Наибольший
интерес с точки зрения возможной точки зрения возможной роли в природных
процессах представляют галоидные и карбонатные соединения. Фтористый и
хлористый бериллий представляет собой устойчивые соединения, очень хорошо
растворимые в воде. Оба они легкоплавки (температура плавления фтористого
бериллия 577, хлористого бериллия 405) и относительно легко сублимируются. В то
же время нейтральный карбонат бериллия почти нерастворим в воде и является
весьма непрочным соединением. В слабо щелочной и кислой среде в присутствии
определенного количества электроположительных атомов щелочных металлов характерным
для бериллия является образование комплексов. При этом все комплексы бериллия
являются мало прочными соединениями, которые могут существовать только в
определенных интервалах щелочности растворов. Таким образом на основании общего
обзора химических свойств бериллия могут быть сделаны следующие предварительные
выводы, характеризующие возможную роль различных соединений бериллия в
геохимической истории этого элемента.
1) в условиях существенно кислой
среды при низкой концентрации в растворах электроположительных атомов щелочей
бериллий, вероятнее всего, может мигрировать в форме прекрасно растворимых и
легколетучих галоидных соединений - фторидов и хлоридов;
2) в слабокислой и щелочной средах в
присутствии достаточного количества электроположительных атомов щелочей
миграция бериллия может осуществляться в форме различных комплексных
бериллатов, обладающих разной устойчивостью в зависимости от характера среды;
3) существенно щелочная среда в
некоторых случаях также может способствовать миграции бериллия в форме
бериллатов или карбонатбериллатов, легко распадающихся при понижении щелочности
раствора;
4) миграция растворимых в воде
соединений бериллия может осуществляться как в истинных, так и в надкритических
растворах, поскольку соединения, растворимые в жидкой воде, легко растворяются
и в надкритической фазе воды, давая ненасыщенные такими соединениями растворы;
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6 |