Хімія, екологія та біологія

Вивчаючи хімічний склад речовин в клітинах рослин, тварин та людини, згадують:

а) формули неорганічних речовин – води та мінеральних солей;

б) формули органічних речовин – білків, жирів, вуглеводів, нуклеїнових кислот.

в) при вивченні лікувальних властивостей рослин згадують, які хімічні речовини вони накопичують. Наприклад, при вивченні пасльонових, то наголошують на тому, що серед них є отруйні рослини: блекота, дурман. Та, загалом, пасльонові – важливі сільськогосподарські та лікарські рослини.

Проблема міжпредметних зв’язків у викладанні біології і хімії охоплює дуже багато питань. Одне з них – питання охорони природи в курсі хімії. Під час вивчення складу повітря потрібно показати його значення для життєдіяльності рослинних і тваринних організмів, шляхи забруднення атмосфери і шкідливі наслідки цього забруднення, ознайомити учнів із заходами з охорони атмосферного повітря.

Атмосфера є обов'язковою умовою існування життя на Землі. Без їжі людина може прожити до тридцяти днів, без води – близько трьох, а без повітря вона не проживе і п'яти хвилин. Через легені людини щохвилини проходить у середньому 12дм³ повітря.

Серед джерел забруднення слід згадати промисловий пил і гази. Промислові підприємства, а також котельні, які використовують тверде й рідке паливо, забруднюють повітря попелом, сажею, шкідливими газами. Особливо сильно забруднюють атмосферу залишки від спалювання кам'яного вугілля і сланців.

Забруднене повітря шкідливе для здоров'я людей. Дим і промислові гази негативно впливають на серцевосудинну і центральну нервову системи. Вони знижують опір організму інфекційним захворюванням, погіршують працездатність. Забруднення атмосферним пилом сприяє утворенню туманів, у результаті чого знижується рівень УФ випромінювання, збільшується число хвороботворних мікроорганізмів. Промисловий туман – «смог» – є причиною важких отруєнь. Так, у грудні 1952 р. в Лондоні внаслідок отруєння «смогом» протягом 4 днів загинуло понад 4000 людей.

Ознайомлюючи учнів із заходами з охорони атмосферного повітря, варто зазначити, що вони здійснюються у наступних основних напрямах:

1) спорудження на підприємствах установок, фільтрів та інших пристроїв, які вловлюють шкідливі домішки;

2) електрифікація промисловості й житлових будинків;

3) озеленення міст і селищ (створення парків і зелених зон).

Основну увагу учнів необхідно звернути на роль зелених насаджень у боротьбі із забрудненням атмосферного повітря. При цьому відзначити, що ліси і культурні насадження є тією природною лабораторією, яка не тільки насичує атмосферу киснем, а й зменшує силу вітру, очищає повітря від пилу та бруду, робить його більш вологим і прохолодним. Озеленення міст і селищ повинно бути справою всієї громадськості і особливо школярів. При озелененні треба враховувати, якими відходами у даній місцевості забруднюється повітря, тому що певні породи дерев очищають повітря тільки від тієї чи іншої шкідливої речовини. Там, де підприємства викидають у повітря багато диму, корисно насаджувати білу акацію, канадську тополю, білу шовковицю. Для боротьби з пилом найкраще садити дерева і чагарники з опушеним листям, наприклад, в'яз. Він затримує в 6 раз більше пилу, ніж тополя. На головних автомагістралях міст і селищ, біля складів рідкого пального, де повітря забруднене парами бензину, гасу та інших легкозаймистих речовин, краще садити карельську березу, плакучу вербу, гостролистий клен, які зменшують окиснювальну дію повітря.

При ознайомленні учнів з фізичними властивостями кисню, варто підкреслити, що завдяки його розчинності у воді можливе життя у водоймах. Тому на водоймах, коли вони замерзають, треба робити ополонки для збага­чення води киснем.

Розповідаючи учням при запас природної води, потрібно відмітити, що немає такої галузі виробництва, яка б не використовувала воду. Її споживачами є населення, промисловість, енергетика, транспорт, сільське господарство. Вода є сировиною, охолоджувачем або середовищем. Людству потрібна не будь-яка вода, а лише прісна. Запаси її обмежені і зменшуються з плином часу, тоді як потреба – збільшується.

Природні водойми забруднюються промисловими, побутовими стічними водами та іншими відходами. При забрудненні води нафтою і продуктами її переборки на поверхні водойм утворюється плівка, яка припиняє доступ кисню з атмосфери. Дрібні краплини нафти, що утворюються у товщі води, отруюють живі організми, що живуть у водоймах.

Під час вивчення мінеральних добрив підкреслюємо, що у процесі неправильного зберігання і внесення у ґрунт ці цінні поживні для рослин речовини можуть завдати багато шкоди.

Є можливості для висвітлення питань охорони і під час вивчення курсу органічної хімії. Так, ознайомлюючи учнів з природними і попутними нафтовими газами, потрібно пояснити, що газифікація дає змогу звести до мінімуму спалювання вугілля і нафти, які є джерелом попелу, сірчистого газу та інших забруднюючих атмосферне повітря продуктів.

При ознайомленні учнів з питаннями охорони природи вчитель повинен виступати не тільки у ролі пропагандиста знань, а й бути організатором охорони природи. Учням потрібно повідомити норми зелених насаджень загального користування (сади, парки, сквери), які встановлені вче­ними на основі спеціальних досліджень.

Міністерство освіти і науки України Хмельницький обласний інститут післядипломної педагогічної освіти Відділ освіти Деражнянської райдержадміністрації Рудик Ірина Михайлівна

«Міжпредметні зв’язки при викладанні шкільного курсу хімії»

Хімія та філософія.

У період до XIX ст. існувала значна безліч хімічних теорій, але усім їм були притаманні такі істотні недоліки, що їх назви з коренем "хімія" доповнювали відповідними приставками (наприклад, "квазі-", "прото", "ал") або ж прикметниками ("рання", "давня" тощо).

Давня квазіхімія представлена сукупністю навичок і умінь, які давали можливість отримувати фарби і виплавляти метали (золото, бронзу, залізо). У теоретичному відношенні її вершиною були уявлення давніх атомістів Левкіппа і Демокріта (5-4 ст. до н.е.). Основи хімічного знання виявляються у всіх античних натурфілософів, зокрема у Анаксагора і Емпедокла, а також у Арістотеля.

Алхімія (IV-XVI ст.) являла собою пошук чудодійних засобів, "філософського каменю" для отримання благородних металів (золота і срібла), а також еліксиру довголіття. Найвизначнішими алхіміками були араб Джабір ібн Хайян (латинізоване ім'я Гебер) (бл. 721 - бл. 815), два середньовічних філософа англієць Роджер Бекон (1214-1292) і німці Альберт фон Больштедт та Альберт Великий (1206-1280). Обидва прагнули розвинути експериментальне хімічне знання на основі філософії Аристотеля.

Протохімія (XVII-XVIII ст.) – це початок зародження наукової хімії. Її найвизначніші представники, зокрема голландець Я. Б. ван Гельмонт (1579-1644), англієць Р. Бойль (1627-1691) і особливо француз А. Л. Лавуазьє (1743-1794) – розвінчувач вчення про флогістон, засновник термохімії та ініціатор розробки нової хімічної номенклатури, підготували грунт для хімії як повноцінної науки. Що стосується Лавуазьє, то багато дослідників саме від нього, а не від Дальтона, відраховують еру хімії як науки.

Характерна особливість творчості протохіміків полягала у відділенні хімічного знання від філософського. Руйнування синкретичної єдності хімічного знання з філософією дозволило хімії придбати самостійний статус. Хіміки перестали бути філософами, а філософи хіміками. Що призвело до створення філософії хімії, яка не ототожнюється ні з філософією, ні з хімією.

Хімія неоднорідна, вона складається з цілого комплексу наукових теорій, кожна з яких має свою власну історію. Розрізняють неорганічну, органічну, аналітичну, біологічну, фізичну, квантову, комп'ютерну хімію. Якби їх можна було б об'єднати в одну теорію, то це вже давно було б зроблено, але таке об'єднання є принципово неможливим. Різноманіття хімічних теорій свідчить про те, що з кожною з них пов'язана певна наукова революція. Часто міркують, наприклад, про класичний, неокласичний і постнекласичной етапи розвитку тієї чи іншої науки. При цьому передбачається, що число наукових революцій обмежується числом три. Насправді ж в кожній науці сталося стільки наукових революцій, скільки в ній відносно самостійних теорій, тобто концепцій, що не зводиться до інших теорій.

Зрозуміло, в даному випадку слід мати на увазі, що наукові революції виділені по цілком певним критерієм незвідність теорій один до одного. Але не слід думати, що наукові революції висуваються тільки за одним критерієм. З огляду на це слід подумати про критерії, що дозволяють певним чином узагальнити зміст декількох хімічних теорій.

Цікаву спробу в зазначеному напрямку зробив провідний фахівець у галузі філософії хімії А.А.Печонкін. Він вважає, що формування концептуальної системи хімії слід сформулювати наступною категорійною схемою.

Мал. 1. Концептуальна система хімії (по А. А. Печонкіну)

Схема складається з трьох трикутників: склад-властивість-структура; структура-функція-організація; організація-поведінка-самоорганізація. Кожен з трикутників позначає побудову нової концептуальної системи. Логіка розвитку наукового хімічного знання в цілому постає як триланковий перехід: структурна хімія - вчення про процес (хімічна кінетика) - теорія самоорганізації (синергетична хімія).

Я.Томазі неодноразово підкреслює, що конгруентність (узгодженість) теоретичних концепцій є критерієм їх прийняття до складу наукової хімії. Ситуація кардинально змінилася в 1960-1990 рр. завдяки використанню комп'ютерів, за допомогою яких виконується великий обсяг обчислень. Таким чином, в інтерпретації Я.Томазі розвиток хімії в XX в. було відзначено двома революціями, квантовою і комп'ютерною. З урахуванням даного висновку розвиток наукової хімії за останні два століття виглядає наступним:

1. 1800-1900 рр. – Атомно-молекулярне вчення, що розвивається в рамках механістичної картини світу. Протягом усього цього часу воно співіснувало з термодинамічними, а також електрохімічними уявленнями. У наявності то, що можна назвати класичною хімією.

2. 1900-1930 рр. – Криза в методологічних підставах класичної хімії.

3. 1930-1960 рр. – Часткове подолання кризи за рахунок розвитку квантової хімії.

4. 1960-1990 рр. – Подолання методологічної кризи класичної фізики в силу розвитку квантово-комп'ютерної хімії.

5. 1990 року - теперішній час – експансія квантово-комп'ютерної хімії (розвиток на цій базі нових технологій, зокрема нанохімії і хімії поверхонь).

Хімічні теорії не рівнозначні. Серед них є такі, які мають інтерпретаційні переваги. Порівняємо в зв'язку з цим, наприклад, неорганічну і квантову хімію. Неорганічна хімія не є інтерпретаційної базою для органічної хімії. А квантова хімія задає її для будь-якої хімічної теорії. Те ж саме характерно для так званих комп'ютерної та математичної хімій. Хімічні теорії, що володіють найбільшою інтерпретаційної силою, як раз і задають концептуальний каркас сучасної хімії. Бажаючи дати максимально просте уявлення про нього, зобразимо науково-теоретичний ряд сучасної хімії наступним чином:

Сучасна наука являє собою трансдисциплінарну мережу теорій. Це означає, що кожна з цих теорій пов'язана з іншими концепціями. Усе було не так, що спочатку фізики придумали квантову механіку, а потім застосували її в хімії. Саме створення квантової механіки спонукало до об'єднання зусиль фізиків спільно з хіміками, математиками та інженерами.