Chýba im vedecké chápanie zákonitostí vývoja okolitého sveta, schopnosť komplexne aplikovať poznatky, ktoré získali pri štúdiu základov prírodných vied v škole. Pri prekonávaní týchto nedostatkov v podmienkach tradične zavedeného systému štúdia základov prírodných vied na škole zohrávajú veľkú úlohu interdisciplinárne prepojenia.

Vo väčšine prípadov sa učitelia obmedzujú len na fragmentárne začlenenie MPS. Učitelia zriedkavo zapájajú študentov do samostatnej práce na aplikácii interdisciplinárnych vedomostí a zručností pri štúdiu programového materiálu, ako aj do procesu samostatného prenosu predtým získaných vedomostí do novej situácie. Dôsledkom je neschopnosť detí prenášať a syntetizovať poznatky z príbuzných predmetov.

Vo vzdelávaní neexistuje kontinuita. Učitelia biológie tak neustále „predbiehajú“, oboznamujú študentov s rôznymi fyzikálnymi a chemickými procesmi vyskytujúcimi sa v živých organizmoch bez toho, aby sa spoliehali na fyzikálne a chemické pojmy.

Riešenie interdisciplinárnych problémov si vyžaduje špeciálne zručnosti: spájať a zovšeobecňovať predmetové poznatky, vidieť objekt v jednote jeho rozmanitých vlastností a vzťahov, hodnotiť partikulárnu z hľadiska všeobecného, ​​čo zabezpečuje formovanie vedeckého svetonázoru. školákov.

Zručnosti komplexných multilaterálnych charakteristík objektu sú najkomplexnejším typom zručností. Ide o schopnosť študentov realizovať zložité interdisciplinárne prepojenia. Špecifické je pre nich kognitívne pôsobenie širokého prenosu predmetových vedomostí a zručností do nových podmienok pre ich integrovanú aplikáciu. Takéto zručnosti vo svojom obsahu vychádzajú z poznatkov z rôznych vzdelávacích predmetov a zovšeobecnených myšlienok a ich prevádzková stránka má zložitú štruktúru akcií rôzneho stupňa zovšeobecnenia.

Medzipredmetové súvislosti komplikujú obsah a proces poznávacej činnosti žiakov. Preto je potrebné postupne zavádzať ako problematické prvky, tak aj objem a zložitosť interdisciplinárnych súvislostí. Dôležité je zabezpečiť rast kognitívnych zručností a úspešnosť vzdelávania, posilňovanie samostatnosti a záujmu žiakov učiť sa súvislosti medzi poznatkami z rôznych predmetov. Metodika organizácie vzdelávacieho procesu sa vykonáva v nasledujúcich etapách:

1. jednostranné MPS na hodinách príbuzných predmetov založených na reprodukčnej výchove a problémových prvkoch;
2. skomplikovanie interdisciplinárnych kognitívnych úloh a posilnenie samostatnosti žiakov pri hľadaní ich riešenia;
3. začlenenie bilaterálnych a následne multilaterálnych väzieb medzi predmetmi koordináciou činnosti učiteľov (propagácia bežných výchovných problémov, ich postupné riešenie v systéme vyučovacích hodín);
4. rozvoj širokého systému v práci učiteľov, ktorí implementujú MPS tak v obsahu a metódach, ako aj vo formách organizácie vzdelávania (komplexné domáce úlohy, vyučovacie hodiny, semináre, exkurzie, konferencie), vrátane mimoškolských aktivít a rozširovanie rozsahu výučby. učebných osnov.

Pre tých študentov, ktorí nemajú pevný systém vedomostí, môže byť riešenie interdisciplinárnych problémov zdrvujúce a ich záujem o učenie sa zníži. Pre študentov s vysokou úrovňou vedomostí v predmetoch je spoliehanie sa na interdisciplinárne prepojenia nevyhnutnou podmienkou ich ďalšieho rozvoja v procese učenia sa. Preto v organizácii tvorivej činnosti študentov na báze MPS zaujíma popredné miesto výchovno-vzdelávacia práca zameraná na osvojenie si sústavy predmetových poznatkov a osvojenie si metód ich prenosu a zovšeobecnenia.

„Učenie“ študentov sa dosahuje systémom výcviku samostatnej práce, ktorá rozvíja jednotlivé prvky zručností komplexnej aplikácie vedomostí: rozpoznávanie MPS vo vzdelávacích textoch, v úryvkoch z vedeckých článkov, v primárnych zdrojoch, výber vecného materiálu pre potvrdenie, dôkaz zákonov dialektiky, všeobecných vedeckých predstáv, pojmov; analýza konkrétnych príkladov (z oblasti biológie, fyziky, chémie, histórie) z hľadiska všeobecných zákonitostí, kategórií; uvedomenie si interdisciplinárnej povahy úloh kognitívneho učenia; samostatná formulácia (vízia) interdisciplinárnych úloh, problémov na základe porovnávania a analýzy vedeckých faktov hraničných predmetov (biochemických, fyzikálno-chemických, biofyzikálnych a pod.); vypracovanie plánu riešenia interdisciplinárneho problému a pod.

Dôležitú úlohu zohráva ukážka vykonávania takýchto úloh, vedenie inštalačných rozhovorov, ktoré určujú logiku uvažovania, uvedomenie si postupnosti vykonaných akcií, diferencovaný prístup, berúc do úvahy kognitívne záujmy a schopnosti študentov. Pri vytváraní zručností na vykonávanie interdisciplinárnej komunikácie sú potrebné nasledujúce fázy:

1. prebudenie kognitívneho záujmu žiakov o riešenie interdisciplinárnych problémov, ich rozpoznanie a uvedomenie si potreby využívania poznatkov z rôznych odborov;
2. rozvoj individuálnych spôsobov tvorivej činnosti na základe interdisciplinárnych súvislostí;
3. syntéza partikulárnych zručností do holistickej zručnosti komplexnej aplikácie vedomostí pri riešení interdisciplinárnych problémov. Hlavnou podmienkou úspešného prenosu predmetových vedomostí je podobnosť, podobnosť štruktúry obsahu a procedurálnych prvkov v rade interdisciplinárnych kognitívnych úloh určitého typu. V triede je potrebné povzbudzovať študentov k samostatnému riešeniu takýchto problémov pri vykonávaní akcií podľa modelu a asimilácii zovšeobecnených smerníc pri syntéze vedomostí.

Interakcia záujmov a zručností v procese riešenia interdisciplinárnych problémov.

Rozvoj kognitívnych záujmov závisí od toho, ako si študenti osvoja zovšeobecnené zručnosti vyhľadávacej činnosti a schopnosť implementovať MPS. Štúdium psychológie myslenia dokázalo, že ako vnútorný stimul hľadacej činnosti, ktorý je spojený s vedomosťami a metódami, existuje uvedomenie si cieľa, kognitívna potreba, ktorá reguluje proces hľadania, odrážajúca jeho emocionálnu bohatosť. Prijatie interdisciplinárnej úlohy do značnej miery závisí od teoretickej orientácie kognitívnych záujmov študenta, jeho túžby po poznaní filozofických, svetonázorových aspektov v predmetových vedomostiach.

Vedomá izolácia interdisciplinárnej úlohy, ktorá je jedným z prejavov tvorivej činnosti študentov, prispieva k úzkej korelácii vedomostí a metód konania v štruktúre schopnosti riešiť ju. Výpočet korelačných koeficientov ukázal úzky vzťah medzi úrovňou vedomostí a metódami konania v práci študentov, ktorí samostatne identifikovali interdisciplinárnu kognitívnu úlohu.

Do procesu riešenia interdisciplinárnej kognitívnej úlohy žiaci zaraďujú predmetové zručnosti, ich aktivita závisí aj od motívu záujmu o príslušné akademické disciplíny. Úzky vzťah je aj medzi mierou záujmu o predmet, šírkou a úspešnosťou využitia poznatkov z neho. Študenti získavajú nové informácie z dodatočných zdrojov informácií, nachádzajú originálne spôsoby ich analýzy a spájajú sa s programovým materiálom. Nedostatok stabilných predmetov a vedomostí pripravuje študenta o základy v „interdisciplinárnej“ činnosti, čo niekedy spôsobuje negatívny postoj k nej.

Interdisciplinárne prepojenia v prvých fázach inklúzie do kognitívnej činnosti menia korešpondenciu medzi úrovňami zručností a záujmami žiakov o predmety. Zručnosti, ktoré sa prejavujú pri riešení interdisciplinárnych problémov, začínajú viac závisieť od skúseností s prenosom, osvojenia si jeho metód, ako od predtým ustáleného, ​​no napriek tomu mobilného záujmu o konkrétny predmet. Niektorí žiaci pod vplyvom medzipredmetových súvislostí zvyšujú záujem o predmety, ktoré ich predtým nezaujímali a úroveň vedomostí a zručností zostáva stále nízka. V iných sa naopak výrazne zvyšujú schopnosti interdisciplinárneho transferu, ale nie sú badateľné zmeny v rozvoji záujmových predmetov. Zostávajú stabilné. Vysvetľuje to skutočnosť, že MPS nie je jediným faktorom formujúcim kognitívne záujmy študentov.

Kognitívna skúsenosť, obmedzená úzkymi limitmi predmetu, sťažuje videnie známeho v novom, nezvyčajnom aspekte, ktorý je potrebný na tvorivé riešenie interdisciplinárneho problému. Nesúlad medzi skôr formovanými zručnosťami a záujmami žiakov, ktorý vzniká na prvých stupňoch kognitívnej činnosti na základe interdisciplinárnych súvislostí, sa následne vyrovnáva a upevňuje sa vzťah medzi zručnosťami a záujmom na kvalitatívne novej zovšeobecnenej obsahovej báze. Systematicky zaradené do edukačného poznávania MPS pozitívne menia šírku a rozsah aplikácie vedomostí a zručností. To prispieva k duševnému rozvoju školákov a formovaniu širokých kognitívnych záujmov ako jedného z ukazovateľov rozvoja osobnosti. V činnostiach založených na MPS vzniká stabilná závislosť: šírka kognitívnych záujmov - vedomé vnímanie interdisciplinárnych úloh - potreba poznania medzipredmetových súvislostí - tvorivosť - schopnosť myslieť systematicky - kognitívna samostatnosť žiaka.

Formovanie svetonázorovej orientácie kognitívnych záujmov stredoškolákov.

Zaradenie interdisciplinárnych súvislostí do procesu učenia ako podnetu kognitívneho záujmu kvalitatívne transformuje jeho ostatné podnety. Je to spôsobené tým, že vzdelávací proces je systém, v ktorom sú všetky zložky v štruktúrnom a funkčnom vzťahu a zmena jednej z nich tieto vzťahy narúša a vyžaduje systematický prístup k organizovaniu celého procesu. Medzipredmetové súvislosti obsiahnuté v obsahu vyučovacej hodiny umocňujú jej novosť, spôsobujú obnovu už známeho učiva a spájajú nové a predchádzajúce poznatky do systému.

Prepojenia súvisiacich kurzov umožňujú preniknúť hlbšie do podstaty predmetov, odhaliť napríklad kauzálne, fyzikálne a chemické vzťahy v biologických procesoch. To umožňuje plnšie ukázať históriu vedy, metódy a výdobytky modernej vedy, v ktorej sa posilňuje integrácia poznatkov a systematický prístup k poznaniu. Posilnenie podnetného obsahu vyučovacích hodín, interdisciplinárne prepojenia aktivizujú aj proces osvojovania vedomostí, založený na ich neustálom uplatňovaní. Ukazuje sa praktická nevyhnutnosť a užitočnosť vedomostí vo všetkých predmetoch. Uvedomenie si potreby vedomostí spoľahlivo posilňuje záujem o ich prehlbovanie a rozširovanie. Samotný proces poznávania, obohatený o interdisciplinárne prepojenia, aktivizujúce myšlienkové pochody, slúži ako zdroj udržateľného "záujmu školákov. Interdisciplinárne prepojenia umocňujú zovšeobecňujúci charakter obsahu vzdelávacieho materiálu, čo si vyžaduje zmeny vyučovacích metód.

Interdisciplinárne prepojenia aktivizujú všetky podnety kognitívneho záujmu spojené s edukačnými aktivitami: vnášajú problémové, bádateľské a tvorivé prvky, spestrujú formy samostatnej práce, podnecujú osvojenie si nových zručností. Transformáciou vyučovacích metód majú MPS vplyv na zmenu a jej organizačné formy. Sú potrebné kolektívne formy organizácie výchovno-vzdelávacej práce, ktoré najlepšie zabezpečia riešenie interdisciplinárnych problémov, vytvárajú podmienky na prejavenie vedomostí a záujmov žiakov v iných predmetoch. V tomto prípade je úspech možný pre každého.

Úspech aktivity, ako viete, je najdôležitejším stimulom aktivity a záujmu o ňu. V kolektívnych formách výchovno-vzdelávacej práce aktívne pôsobia podnety kognitívneho záujmu spojené so vzťahom medzi účastníkmi výchovno-vzdelávacieho procesu: emocionálne zafarbenie, dôvera v kognitívne schopnosti žiakov, vzájomná podpora v činnostiach, prvky súťaživosti, povzbudzovania a pod. iní (G. I. Shchukina).

V procese formovania kognitívnych záujmov žiakov interdisciplinárne prepojenia (významové, prevádzkovo - činnosti, organizačné - metodické) plnia mnohostranné funkcie. V prvom rade pôsobia ako stimul pre záujem žiakov na vyučovacích hodinách, odrážajú všetky ostatné pozitívne podnety pochádzajúce z obsahu, aktivít a vzťahov. Vzdelávacie aktivity založené na interdisciplinárnych súvislostiach vzbudzujú priamy záujem o vyučovacie hodiny. Ak sa vykonávajú systematicky, stávajú sa podmienkou pre formovanie stabilných kognitívnych záujmov školákov. Takéto zručnosti sa formujú na základe vytvárania interdisciplinárnych súvislostí, keď učiteľ ponúka úlohy ako „kritizovať“, „dokazovať“, „podložiť argument“, „argumentovať záver“ atď. Hodnotiaci faktor v kognícii podnecuje záujem a aktivitu. študentov.

Takže vyučovanie na báze všestranných interdisciplinárnych prepojení aktívne formuje stabilné široké svetonázorové kognitívne záujmy, čo je cenné najmä pre všestranný rozvoj osobnosti stredoškolského študenta.

Ideologická orientácia kognitívnych záujmov je stálou túžbou študenta pochopiť a zdôvodniť podstatné súvislosti, ktoré vysvetľujú vzťah „osobnosť a spoločnosť“, „príroda a spoločnosť“, „človek a práca“. Proces formovania svetonázorovej orientácie kognitívnych záujmov zahŕňa nasledujúce kroky:

1. prebudenie záujmu a túžby opierať sa o interdisciplinárne súvislosti pri asimilácii všeobecných predmetových svetonázorových predstáv pomocou problematických prvkov;
2. rozvoj a rozšírenie záujmu o asimiláciu svetonázorových myšlienok, formovanie kognitívnej nezávislosti pri riešení interdisciplinárnych problémov;
3. posilňovanie a prehlbovanie záujmu o svetonázorové problémy v procese neustále sa rozvíjajúcej aktivity a samostatnej činnosti žiakov (systém tvorivej práce a mimoškolskej práce interdisciplinárneho obsahu).

K rozvoju kognitívnej samostatnosti stredoškolákov v činnostiach na základe interdisciplinárnych súvislostí dochádza v úzkej súvislosti s formovaním svetonázorových, hodnotových orientácií jednotlivca, ktoré regulujú jeho sociálnu aktivitu.

Prostriedky implementácie interdisciplinárnych väzieb môžu byť rôzne:

• otázky interdisciplinárneho obsahu: usmerňovanie aktivít školákov na reprodukovanie vedomostí predtým preštudovaných v iných kurzoch a témach a ich aplikácia pri asimilácii nového materiálu.
• interdisciplinárne úlohy, ktoré si vyžadujú prepojenie poznatkov z rôznych predmetov alebo sú zostavené na látke jedného predmetu, ale využívajú sa na špecifický kognitívny účel pri vyučovaní jedného iného predmetu. Prispievajú k hlbšej a zmysluplnejšej asimilácii programového materiálu, k zlepšeniu schopností identifikovať príčinno-následkové vzťahy medzi javmi.
• domáce úlohy interdisciplinárneho charakteru - kladenie otázok na zamyslenie, príprava správ, abstraktov, tvorba názorných pomôcok, zostavovanie tabuliek, schém, krížoviek, ktoré si vyžadujú znalosti interdisciplinárneho charakteru.
• interdisciplinárne názorné pomôcky – sumarizačné tabuľky, schémy, schémy, plagáty. Umožňujú študentom vizuálne vidieť súhrn vedomostí z rôznych predmetov a odhaľujú problémy interdisciplinárneho obsahu.
• chemický pokus – ak sú jeho predmetom biologické objekty a chemické javy v nich prebiehajúce.

Využitie medzipredmetových väzieb spôsobilo vznik nových foriem organizácie výchovno-vzdelávacieho procesu: vyučovacia hodina s medzipredmetovými väzbami, komplexný seminár, komplexná exkurzia, medzipredmetová exkurzia a pod.

Lekcie s interdisciplinárnym obsahom môžu byť nasledovného typu: lekcia-prednáška; lekcia-seminár; lekcia-konferencia; lekcia-hra na hranie rolí; lekcia-konzultácia a pod.

Potreba interdisciplinárnych prepojení vo vyučovaní je nepopierateľná. Ich dôsledná a systematická realizácia výrazne zefektívňuje výchovno-vzdelávací proces, formuje dialektický spôsob myslenia žiakov. Okrem toho sú interdisciplinárne prepojenia nevyhnutnou didaktickou podmienkou rozvoja ich záujmu o poznanie základov vied, vrátane prírodných.

LITERATÚRA

1. Danilyuk D.Ya. Vzdelávací predmet ako integrovaný systém / D.Ya. Danilyuk // Pedagogika. - 1997. - č. 4. - S. 24 - 28.
2. Ilčenko V. R. Križovatka fyziky, chémie a biológie. - M.: Osveta, 1986.
3. Maksimova V. N. Medzipredmetové komunikácie a zlepšenie procesu učenia. - M.: Osveta, 1984. -143s.
4. Maksimova VN Interdisciplinárne súvislosti vo výchovno-vzdelávacom procese na strednej škole. - M.: Osveta, 1986.

Novikova Irina Petrovna
učiteľ chémie
MOU Sovkhoznaya sosh
Tambovský región

Chémia - náuka o premenách látok spojených so zmenou elektrónového prostredia atómových jadier. V tejto definícii je potrebné bližšie objasniť pojmy „látka“ a „veda“.

Podľa Chemickej encyklopédie:

Látka Typ hmoty, ktorá má pokojovú hmotnosť. Pozostáva z elementárnych častíc: elektrónov, protónov, neutrónov, mezónov atď. Chémia študuje hlavne látky usporiadané do atómov, molekúl, iónov a radikálov. Takéto látky sa zvyčajne delia na jednoduché a zložité (chemické zlúčeniny). Jednoduché látky sú tvorené atómami jednej chemikálie. prvok a preto sú formou jeho existencie vo voľnom stave, napríklad síra, železo, ozón, diamant. Komplexné látky sú tvorené rôznymi prvkami a môžu mať konštantné zloženie.

Existuje veľa rozdielov vo výklade pojmu „veda“. Celkom použiteľný je tu výrok René Descartesa (1596-1650): "Definujte význam slov a zachránite ľudstvo od polovice jeho bludov." Veda je zvykom nazývať sféru ľudskej činnosti, ktorej funkciou je rozvíjanie a teoretická schematizácia objektívnych poznatkov o realite; odvetvie kultúry, ktoré neexistovalo vždy a nie medzi všetkými národmi. Kanadský filozof William Hatcher definuje modernú vedu ako „spôsob poznania skutočného sveta vrátane reality pociťovanej ľudskými zmyslami a neviditeľnej reality, spôsob poznania založený na budovaní testovateľných modelov tejto reality“. Takáto definícia je blízka chápaniu vedy akademika V.I.Vernadského, anglického matematika A. Whiteheada a ďalších známych vedcov.

Vo vedeckých modeloch sveta sa zvyčajne rozlišujú tri úrovne, ktoré môžu byť v určitej disciplíne zastúpené v inom pomere:

* empirický materiál (experimentálne údaje);

* idealizované obrázky (fyzické modely);

*matematický popis (vzorce a rovnice).

Vizuálno-modelové zvažovanie sveta nevyhnutne vedie k aproximácii akéhokoľvek modelu. A. Einstein (1879-1955) povedal: "Pokiaľ matematické zákony opisujú realitu, sú neurčité, a keď prestanú byť neurčité, stratia kontakt s realitou."

Chémia je jednou z prírodných vied, ktorá študuje svet okolo nás so všetkou bohatosťou jeho foriem a rozmanitosťou javov, ktoré sa v ňom vyskytujú. Špecifiká prírodovedného poznania možno definovať tromi znakmi: pravdivosťou, intersubjektivitou a konzistentnosťou. Pravdivosť vedeckých právd je určená zásadou dostatočného rozumu: každá pravdivá myšlienka musí byť odôvodnená inými myšlienkami, ktorých pravdivosť bola dokázaná. Intersubjektivita znamená, že každý výskumník by mal získať rovnaké výsledky pri štúdiu toho istého objektu za rovnakých podmienok. Systematickosť vedeckého poznania implikuje jeho prísnu induktívno-deduktívnu štruktúru.

Chémia je veda o premene látok. Študuje zloženie a štruktúru látok, závislosť vlastností látok od ich zloženia a štruktúry, podmienky a spôsoby premeny jednej látky na druhú. Chemické zmeny sú vždy spojené s fyzikálnymi zmenami. Preto chémia úzko súvisí s fyzikou. S biológiou súvisí aj chémia, keďže biologické procesy sú sprevádzané neustálymi chemickými premenami.

Zdokonaľovanie výskumných metód, predovšetkým experimentálnej techniky, viedlo k rozdeleniu vedy na čoraz užšie oblasti. V dôsledku toho kvantita a „kvalita“, t.j. spoľahlivosť informácií sa zvýšila. Nemožnosť jedného človeka disponovať úplnými znalosťami aj pre príbuzné vedné odbory však vytvorila nové problémy. Tak ako vo vojenskej stratégii sú najslabšie miesta obrany a ofenzívy na križovatke frontov, vo vede sú najmenej rozvinuté oblasti, ktoré nemožno jednoznačne klasifikovať. Okrem iných dôvodov možno zaznamenať aj ťažkosti pri získavaní zodpovedajúcej kvalifikačnej úrovne (akademického titulu) pre vedcov pracujúcich v oblastiach „spojenia vied“. Ale tam sa robia aj hlavné objavy našej doby.

V modernom živote, najmä v ľudskej výrobnej činnosti, hrá chémia mimoriadne dôležitú úlohu. Neexistuje takmer žiadny priemysel, ktorý by nesúvisel s používaním chémie. Príroda nám dáva len suroviny - drevo, rudu, ropu a pod. Prírodné materiály podrobujú chemickému spracovaniu, získavajú rôzne látky potrebné pre poľnohospodárstvo, priemyselnú výrobu, medicínu, každodenný život - hnojivá, kovy, plasty, laky, farby, liečivá látky, mydlo atď. Na spracovanie prírodných surovín je potrebné poznať zákonitosti premeny látok a tieto poznatky poskytuje chémia. Rozvoj chemického priemyslu je jednou z najdôležitejších podmienok technologického pokroku.

Chemické systémy

Predmet štúdia chémie - chemický systém . Chemický systém je súbor látok, ktoré interagujú a sú mentálne alebo skutočne izolované od prostredia. Ako príklad systému môžu slúžiť úplne odlišné objekty.

Najjednoduchším nositeľom chemických vlastností je atóm – systém pozostávajúci z jadra a okolo neho sa pohybujúcich elektrónov. V dôsledku chemickej interakcie atómov sa vytvárajú molekuly (radikály, ióny, atómové kryštály) - systémy pozostávajúce z niekoľkých jadier, v ktorých sa elektróny pohybujú. Makrosystémy pozostávajú z kombinácie veľkého množstva molekúl – roztokov rôznych solí, zmesi plynov nad povrchom katalyzátora pri chemickej reakcii atď.

V závislosti od charakteru interakcie systému s prostredím sa rozlišujú otvorené, uzavreté a izolované systémy. otvorený systém Systém sa nazýva systém schopný vymieňať si energiu a hmotu s prostredím. Napríklad, keď sa sóda zmieša v otvorenej nádobe s roztokom kyseliny chlorovodíkovej, reakcia prebieha:

Na2C03 + 2HCl -> 2NaCl + C02 + H20.

Hmotnosť tohto systému klesá (uniká oxid uhličitý a čiastočne vodná para), časť uvoľneného tepla sa minie na ohrev okolitého vzduchu.

ZATVORENÉ Systém sa nazýva systém, ktorý dokáže iba vymieňať energiu s okolím. Systém diskutovaný vyššie, umiestnený v uzavretej nádobe, bude príkladom uzavretého systému. V tomto prípade je výmena hmoty nemožná a hmotnosť systému zostáva konštantná, ale reakčné teplo sa cez steny skúmavky prenáša do okolia.

Izolovaný Systém je systém konštantného objemu, v ktorom nedochádza k výmene hmoty alebo energie s okolím. Pojem izolovaný systém je abstraktný, pretože V praxi neexistuje úplne izolovaný systém.

Zavolá sa samostatná časť systému, obmedzená od ostatných aspoň jedným rozhraním fáza . Napríklad systém pozostávajúci z vody, ľadu a pary obsahuje tri fázy a dve rozhrania (obr. 1.1). Fáza môže byť mechanicky oddelená od ostatných fáz systému.

Obr.1.1 - Viacfázový systém.

Nie vždy fáza má rovnaké fyzikálne vlastnosti a jednotné chemické zloženie. Príkladom je zemská atmosféra. V spodných vrstvách atmosféry je vyššia koncentrácia plynov a vyššia teplota vzduchu, zatiaľ čo v horných vrstvách je vzduch riedený a teplota klesá. Tie. v tomto prípade nie je dodržaná homogenita chemického zloženia a fyzikálnych vlastností v celej fáze. Fáza môže byť tiež nespojitá, napríklad kusy ľadu plávajúce na hladine vody, hmla, dym, pena - dvojfázové systémy, v ktorých je jedna fáza nespojitá.

Systém pozostávajúci z látok v rovnakej fáze sa nazýva homogénne . Nazýva sa systém pozostávajúci z látok v rôznych fázach, ktorý má aspoň jedno rozhranie heterogénne .

Látky, ktoré tvoria chemický systém, sú komponenty. Komponent môžu byť izolované od systému a existovať mimo neho. Napríklad je známe, že keď sa chlorid sodný rozpustí vo vode, rozkladá sa na ióny Na + a Cl -, tieto ióny však nemožno považovať za zložky systému - soľný roztok vo vode, pretože nemôžu byť izolované z daného roztoku a existujú oddelene. Zložky sú voda a chlorid sodný.

Stav systému určujú jeho parametre. Parametre je možné nastavovať ako na molekulárnej úrovni (súradnice, hybnosť každej z molekúl, väzbové uhly, atď.), tak aj na makroúrovni (napríklad tlak, teplota).

Štruktúra atómu.

Podobné informácie.

Úspech človeka pri riešení problémov prežitia veľkých i malých bol do značnej miery spôsobený rozvojom chémie. Úspech mnohých odvetví ľudskej reality, ako je energetika, hutníctvo, strojárstvo, ľahký a potravinársky priemysel a iné, do značnej miery závisí od stavu a rozvoja chémie. Chémia má veľký význam pre úspešné fungovanie poľnohospodárskej výroby, farmaceutického priemyslu, zabezpečenie ľudského života. Chemický priemysel vyrába desiatky tisíc názvov produktov, z ktorých mnohé úspešne konkurujú tradičným materiálom z hľadiska technologických a ekonomických vlastností a niektoré sú jedinečné svojimi parametrami. Chémia poskytuje materiály s vopred určenými vlastnosťami, vrátane tých, ktoré sa v prírode nevyskytujú.

Chémia nezabezpečuje len výrobu mnohých potrebných produktov a materiálov. V mnohých priemyselných odvetviach sa takéto metódy chemického spracovania široko používajú: bielenie, farbenie, tlač, čo viedlo k zintenzívneniu procesov zlepšovania kvality.

Chemizácia umožnila človeku vyriešiť mnohé technické, ekonomické a sociálne problémy, ale rozsah tohto procesu ovplyvnil všetky zložky životného prostredia: pôdu, atmosféru, vodu svetového oceánu - bol zavedený do prírodných kolobehov látok. V dôsledku toho sa narušila rovnováha prírodných procesov na planéte, chemizácia začala citeľne ovplyvňovať zdravie samotného človeka. V tomto ohľade vznikol samostatný odbor ekologickej vedy - chemická ekológia.

Základy modernej chémie

Základnými základmi chémie boli kvantová mechanika, atómová fyzika, termodynamika, statická fyzika a fyzikálna kinetika. Teoretická chémia je postavená na základe fyziky. Na chemickej úrovni máme do činenia s veľmi veľkým počtom častíc zapojených do kvantovo mechanických procesov výmeny elektrónov (chemických reakcií).

Základný pojem chémie – valencia – je makroskopický, chemický odraz kvantovomechanických interakcií.

Rozvoj modernej chémie, jej základných pojmov sa ukázal byť úzko spätý nielen s fyzikou, ale aj s inými prírodnými vedami, najmä biológiou.

Moderná etapa vo vývoji chémie je spojená s využívaním princípov chémie živej prírody v nej.

Pojem „chemický prvok“ a „chemická zlúčenina“ z pohľadu moderny

Chemický prvok je "tehla" látky. Periodický zákon D.I. Mendelejev formuloval závislosť vlastností chemických prvkov od atómovej hmotnosti, znakom prvku bolo jeho miesto v periodickej sústave, určené atómovou hmotnosťou. Fyzika pomohla vytvoriť predstavu o atóme ako komplexnom kvantovom mechanickom systéme, odhalila význam periodického zákona založeného na štruktúre elektronických dráh všetkých prvkov.

Moderná definícia chemického prvku je typ atómov s rovnakým jadrovým nábojom, t.j. súbor izotopov.

A chemická zlúčenina je látka, ktorej atómy sa vďaka chemickým väzbám spájajú do molekúl, makromolekúl, monokryštálov alebo iných kvantovo mechanických systémov, t.j. hlavná vec bola fyzikálna povaha síl, ktoré spájajú atómy do molekúl, kvôli vlnovým vlastnostiam valenčných elektrónov.

Náuka o chemických procesoch

Doktrína chemických procesov je oblasťou hlbokého prelínania fyziky, chémie a biológie. Táto doktrína je založená na chemickej termodynamike a kinetike, ktoré rovnako platia pre chémiu a fyziku.

Predmetom štúdia sú podmienky pre vznik chemických reakcií, také faktory ako teplota, tlak atď.

Živá bunka študovaná biologickou vedou je mikroskopický chemický reaktor, v ktorom prebiehajú chémiou skúmané transformácie.

Štúdiom týchto procesov moderná chémia preberá zo živej prírody skúsenosti potrebné na získanie nových látok a materiálov.

Základom chémie živých vecí sú katalytické chemické reakcie.

Väčšina moderných chemických technológií sa implementuje pomocou katalyzátorov - látok, ktoré zvyšujú rýchlosť reakcie bez toho, aby sa v nej spotrebovali.

V modernej chémii sa vyvinul smer, ktorého princípom je energetická aktivácia činidla (teda prísun energie zvonku) do stavu úplného roztrhnutia pôvodných väzieb. to chémia extrémnych stavov, pomocou vysokých teplôt, vysokého tlaku, žiarenia s veľkým množstvom kvantovej energie.

Napríklad plazmochémia - chémia založená na plazmatickom stave činidiel, technológie aelion - aktivácia procesov sa dosahuje smerovanými elektrónovými alebo iónovými lúčmi.

Účinnosť technológie založenej na chémii experimentálnych stavov je veľmi vysoká. Vyznačujú sa úsporou energie, vysokou produktivitou, vysokou automatizáciou a jednoduchým riadením procesov, ako aj malou veľkosťou výrobného závodu.

Chémia ako veda je úzko spätá s chémiou ako výrobou. Hlavným cieľom modernej chémie, okolo ktorej sú postavené všetky výskumné práce, je skúmať genézu (pôvod) vlastností látok a na tomto základe vyvinúť metódy na získavanie látok s vopred určenými vlastnosťami.

Potreba interdisciplinárnych prepojení vo vyučovaní je nepopierateľná. Ich dôsledná a systematická realizácia výrazne zefektívňuje výchovno-vzdelávací proces, formuje dialektický spôsob myslenia žiakov. Medzipredmetové prepojenia sú navyše neodmysliteľnou didaktickou podmienkou rozvoja záujmu žiakov o poznanie základov vied, vrátane prírodných.

To ukázala analýza hodín fyziky, chémie a biológie: učitelia sa vo väčšine prípadov obmedzujú len na fragmentárne začleňovanie interdisciplinárnych prepojení (ILC). Inými slovami, iba pripomínajú fakty, javy alebo vzory z príbuzných predmetov.

Učitelia zriedkavo zapájajú študentov do samostatnej práce na aplikácii interdisciplinárnych vedomostí a zručností pri štúdiu programového materiálu, ako aj do procesu samostatného prenosu predtým získaných vedomostí do novej situácie. Dôsledkom je neschopnosť detí prenášať a syntetizovať poznatky z príbuzných predmetov. Vo vzdelávaní neexistuje kontinuita. Učitelia biológie tak neustále „predbiehajú“ a oboznamujú študentov s rôznymi fyzikálnymi a chemickými procesmi vyskytujúcimi sa v živých organizmoch, bez toho, aby sa spoliehali na fyzikálne a chemické pojmy, čo robí málo pre vedomé zvládnutie biologických vedomostí.

Všeobecný rozbor učebníc umožňuje konštatovať, že mnohé fakty a pojmy sú v nich prezentované opakovane v rôznych odboroch a ich opakovaná prezentácia prakticky len málo dopĺňa vedomosti študentov. Navyše ten istý koncept je často rôznymi autormi interpretovaný odlišne, čím sa komplikuje proces ich asimilácie. V učebniciach sa často používajú pojmy, ktoré sú žiakom málo známe a úloh interdisciplinárneho charakteru je málo. Mnohí autori takmer neuvádzajú, že niektoré javy, pojmy už boli študované v kurzoch príbuzných predmetov, nenaznačujú, že tieto pojmy budú podrobnejšie zvažované pri štúdiu iného predmetu. Analýza súčasných programov v prírodných disciplínach umožňuje konštatovať, že interdisciplinárnym prepojeniam sa nevenuje náležitá pozornosť. Iba v programoch všeobecnej biológie pre ročníky 10-11 (V.B. Zakharov); „Človek“ (V.I. Sivoglazov) má špeciálne sekcie „Medzisubjektové komunikácie“ s uvedením fyzikálnych a chemických konceptov, zákonov a teórií, ktoré sú základom pre formovanie biologických konceptov. V učebných osnovách fyziky a chémie takéto sekcie neexistujú a učitelia si musia sami nastaviť potrebné MPS. A to je neľahká úloha – koordinovať materiál príbuzných predmetov tak, aby bola zabezpečená jednota vo výklade pojmov.

Medziodborové prepojenia fyziky, chémie a biológie by sa mohli vytvárať oveľa častejšie a efektívnejšie. Štúdium procesov prebiehajúcich na molekulárnej úrovni je možné len vtedy, ak sú zahrnuté poznatky molekulárnej biofyziky, biochémie, biologickej termodynamiky, prvkov kybernetiky, ktoré sa navzájom dopĺňajú. Tieto informácie sú rozptýlené v kurzoch fyziky a chémie, ale iba v kurze biológie je možné uvažovať o problémoch, ktoré sú pre študentov ťažké, pomocou interdisciplinárnych spojení. Okrem toho je možné vypracovať koncepty spoločné pre kolobeh prírodných disciplín, ako je hmota, interakcia, energia, diskrétnosť atď.

Pri štúdiu základov cytológie sa nadväzujú interdisciplinárne prepojenia s prvkami poznatkov biofyziky, biochémie a biokybernetiky. Napríklad bunka môže byť reprezentovaná ako mechanický systém a v tomto prípade sa berú do úvahy jej mechanické parametre: hustota, elasticita, viskozita atď. Fyzikálno-chemické vlastnosti bunky nám umožňujú považovať ju za rozptýlený systém, súbor elektrolytov, semipermeabilné membrány. Bez spojenia „takýchto obrazov“ je sotva možné vytvoriť koncept bunky ako komplexného biologického systému. V časti "Základy genetiky a šľachtenia" je MPS začlenená medzi organickú chémiu (proteíny, nukleové kyseliny) a fyziku (základy molekulárno-kinetickej teórie, diskrétnosť elektrického náboja atď.).

Učiteľ musí vopred naplánovať možnosť realizácie predchádzajúcich aj budúcich spojení biológie s príslušnými odvetviami fyziky. Informácie o mechanike (vlastnosti tkanív, pohyb, elastické vlastnosti ciev a srdca atď.) umožňujú uvažovať o fyziologických procesoch; o elektromagnetickom poli biosféry – vysvetliť fyziologické funkcie organizmov. Mnohé otázky biochémie sú rovnako dôležité. Štúdium zložitých biologických systémov (biogeocenózy, biosféra) je spojené s potrebou získať poznatky o spôsoboch výmeny informácií medzi jednotlivcami (chemické, optické, zvukové), na to je však opäť potrebné využiť poznatky fyziky a chémia.

Využitie medzipredmetových súvislostí je jednou z najťažších metodických úloh učiteľa chémie. Vyžaduje znalosť obsahu programov a učebníc z iných predmetov. Pri realizácii medzipredmetových prepojení v praxi vyučovania ide o spoluprácu učiteľa chémie s učiteľmi iných predmetov.

Učiteľ chémie vypracuje individuálny plán na implementáciu medzipredmetových súvislostí v kurze chémie. Metóda tvorivej práce učiteľa v tomto ohľade prechádza týmito fázami:

• 1. Štúdium programu chémia, jeho časti „Medzipredmetové komunikácie“, programov a učebníc v iných predmetoch, doplnkovej vedeckej, populárno-náučnej a metodologickej literatúry;
• 2. Plánovanie vyučovacích hodín interdisciplinárnych prepojení s využitím kurzových a tematických plánov;
• 3. Rozvoj prostriedkov a metód na realizáciu medzipredmetových súvislostí na konkrétnych vyučovacích hodinách (formulácia interdisciplinárnych kognitívnych úloh, domáce úlohy, výber doplnkovej literatúry pre žiakov, príprava potrebných učebníc a názorných pomôcok v iných predmetoch, vypracovanie metodických metód na ich využitie);
• 4. Vypracovanie metodiky prípravy a vedenia komplexných foriem organizácie vzdelávania (zovšeobecnenie vyučovacích hodín s interdisciplinárnymi väzbami, komplexné semináre, exkurzie, krúžkové hodiny, výberové predmety na interdisciplinárne témy a pod.);
• 5. Vypracovanie metód sledovania a hodnotenia výsledkov implementácie medzipredmetových súvislostí vo vzdelávaní (otázky a úlohy na identifikáciu zručností žiakov nadväzovať medzipredmetové súvislosti).

Plánovanie medzipredmetových väzieb umožňuje učiteľovi úspešne realizovať ich metodické, vzdelávacie, rozvojové, vzdelávacie a konštruktívne funkcie; zabezpečiť všetku rozmanitosť ich typov v triede, v domácej a mimoškolskej práci žiakov.

Na vytvorenie interdisciplinárnych súvislostí je potrebné vybrať materiály, to znamená identifikovať tie témy chémie, ktoré sú úzko prepojené s témami z kurzov iných predmetov.

Plánovanie kurzu zahŕňa stručnú analýzu obsahu každej vzdelávacej témy kurzu, berúc do úvahy vnútropredmetovú a medzipredmetovú komunikáciu.

Pre úspešnú realizáciu interdisciplinárnych prepojení musí učiteľ chémie, biológie a fyziky vedieť a byť schopný:

kognitívna zložka

• obsah a štruktúra súvisiacich kurzov;
• · časovo koordinovať štúdium príbuzných predmetov;
• Teoretické základy problematiky MPS (typy klasifikácií MPS, metódy ich implementácie, funkcie MPS, hlavné zložky MPS atď.);
• zabezpečiť kontinuitu pri formovaní všeobecných pojmov, štúdiu zákonov a teórií; využívať spoločné prístupy k formovaniu zručností a schopností výchovno-vzdelávacej práce medzi žiakmi, kontinuitu v ich rozvíjaní;
• odhaliť vzťah javov rôznej povahy, ktoré študujú príbuzné predmety;
• · formulovať konkrétne vyučovacie a vzdelávacie úlohy vychádzajúce z cieľov MPS fyziky, chémie, biológie;
• · analyzovať vzdelávacie informácie príbuzných odborov; úroveň formovania interdisciplinárnych vedomostí a zručností študentov; efektívnosť aplikovaných vyučovacích metód, foriem školení, učebných pomôcok na báze MPS.

konštrukčný komponent

• · vytvoriť systém cieľov a zámerov, ktoré prispievajú k implementácii MPS;
• · plánovať vyučovaciu a výchovnú prácu zameranú na implementáciu MPS; identifikovať vzdelávacie a rozvojové príležitosti MPS;
• · navrhnúť obsah interdisciplinárnych a integračných hodín, komplexných seminárov a pod. Predvídať ťažkosti a chyby, s ktorými sa môžu študenti stretnúť pri formovaní interdisciplinárnych vedomostí a zručností;
• · navrhovať metodické vybavenie vyučovacích hodín, voliť čo najracionálnejšie formy a metódy vyučovania na základe MPS;
• plánovať rôzne formy organizácie vzdelávacích a poznávacích aktivít; navrhovať didaktické vybavenie pre školenia. Organizačná zložka
• organizovať vzdelávacie a poznávacie činnosti žiakov v závislosti od cieľov a zámerov, od ich individuálnych charakteristík;
• · formovať kognitívny záujem žiakov o predmety prírodného cyklu na základe MPS;
• organizovať a riadiť prácu medzipredmetových krúžkov a výberových predmetov; zvládnuť zručnosti NOT; metódy riadenia aktivít žiakov.

Komunikatívna zložka

• Psychológia komunikácie psychologické a pedagogické základy pre formovanie interdisciplinárnych vedomostí a zručností; psychologické charakteristiky žiakov;
• orientovať sa v psychologických situáciách v študentskom kolektíve; nadviazať medziľudské vzťahy v triede;
• · nadviazať medziľudské vzťahy s učiteľmi príbuzných odborov pri spoločnej implementácii MPS.

Orientačný komponent

• · teoretické základy činnosti pri zakladaní MPS pri štúdiu predmetov prírodného cyklu;
• · orientovať sa vo vzdelávacích materiáloch príbuzných odborov; v systéme metód a foriem vzdelávania, ktoré prispievajú k úspešnej implementácii MPS.

Mobilizačná zložka

• · prispôsobiť pedagogické technológie na implementáciu MPS fyziky, chémie, biológie; ponúknuť autorovi alebo zvoliť najvhodnejšiu metodiku na formovanie interdisciplinárnych vedomostí a zručností v procese vyučovania fyziky, chémie, biológie;
• · rozvíjať autorské alebo adaptovať tradičné metódy riešenia problémov interdisciplinárneho obsahu;
• · ovládať metodiku vedenia komplexných foriem školení; vedieť organizovať samovzdelávacie aktivity na zvládnutie technológie zavádzania MPS do vyučovania fyziky, chémie a biológie.

Výskumná zložka

• · analyzovať a zhrnúť skúsenosti z ich práce na implementácii MPS; zovšeobecňovať a implementovať skúsenosti svojich kolegov; vykonať pedagogický experiment, analyzovať ich výsledky;
• · organizovať prácu na metodickej téme IPU.

Tento profesiogram možno považovať jednak za základ budovania procesu prípravy učiteľov fyziky, chémie a biológie na implementáciu MPS, ale aj za kritérium hodnotenia kvality ich prípravy.

Využitie medziodborových väzieb v štúdiu chémie umožňuje študentom zoznámiť sa s predmetmi, ktoré budú študovať v seniorských kurzoch od prvého ročníka: elektrotechnika, manažment, ekonómia, náuka o materiáloch, časti strojov, priemyselná ekológia a pod. Poukazovaním na hodinách chémie, prečo a v akých predmetoch budú žiaci potrebovať tú či onú vedomosť, učiteľ motivuje zapamätanie si učiva nielen na jednu vyučovaciu hodinu, k získaniu hodnotenia, ale mení aj osobné záujmy žiakov nechemického štúdia. špeciality.

Vzťah medzi chémiou a fyzikou

Spolu s procesmi diferenciácie samotnej chemickej vedy prechádza chémia v súčasnosti integračnými procesmi s inými odvetviami prírodných vied. Obzvlášť intenzívne sa rozvíjajú vzájomné vzťahy medzi fyzikou a chémiou. Tento proces je sprevádzaný vznikom ďalších a ďalších príbuzných fyzikálnych a chemických odvetví poznania.

Celá história interakcie chémie a fyziky je plná príkladov výmeny myšlienok, predmetov a metód výskumu. Fyzika v rôznych fázach svojho vývoja zásobovala chémiu pojmami a teoretickými pojmami, ktoré mali silný vplyv na rozvoj chémie. Zároveň čím bol chemický výskum komplikovanejší, tým viac prenikali do chémie zariadenia a výpočtové metódy fyziky. Potreba merania tepelných účinkov reakcie, vývoj spektrálnej a röntgenovej difrakčnej analýzy, štúdium izotopov a rádioaktívnych chemických prvkov, kryštálových mriežok hmoty, molekulárnych štruktúr si vyžiadali vytvorenie a viedli k využitiu naj zložité fyzikálne prístroje – spektroskopy, hmotnostné spektrografy, difrakčné mriežky, elektrónové mikroskopy a pod.

Rozvoj modernej vedy potvrdil hlboké prepojenie fyziky a chémie. Toto spojenie je genetickej povahy, to znamená, že tvorba atómov chemických prvkov, ich spojenie do molekúl hmoty sa vyskytlo v určitom štádiu vývoja anorganického sveta. Toto spojenie je tiež založené na spoločnej štruktúre špecifických typov látok, vrátane molekúl látok, ktoré v konečnom dôsledku pozostávajú z rovnakých chemických prvkov, atómov a elementárnych častíc. Vznik chemickej formy pohybu v prírode spôsobil ďalší rozvoj predstáv o elektromagnetickej interakcii, ktorú študovala fyzika. Na základe periodického zákona dnes napreduje nielen chémia, ale aj jadrová fyzika, na hranici ktorej vznikli také zmiešané fyzikálno-chemické teórie ako chémia izotopov a radiačná chémia.

Chémia a fyzika študujú takmer tie isté objekty, ale len každý z nich vidí v týchto objektoch svoju stránku, svoj vlastný predmet štúdia. Molekula je teda predmetom štúdia nielen chémie, ale aj molekulárnej fyziky. Ak ho prvý študuje z hľadiska zákonitostí vzniku, zloženia, chemických vlastností, väzieb, podmienok jeho disociácie na jednotlivé atómy, potom druhý štatisticky študuje správanie sa hmotností molekúl, čo určuje tepelné javy, rôzne stavy agregácie, prechody z plynnej do kvapalnej a pevnej fázy a naopak, javy nesúvisiace so zmenou zloženia molekúl a ich vnútornej chemickej štruktúry. Sprevádzanie každej chemickej reakcie mechanickým pohybom hmôt molekúl reaktantov, uvoľňovanie alebo pohlcovanie tepla v dôsledku rozbitia alebo tvorby väzieb v nových molekulách presvedčivo svedčí o úzkom spojení medzi chemickými a fyzikálnymi javmi. Energia chemických procesov teda úzko súvisí so zákonmi termodynamiky. Chemické reakcie, pri ktorých sa uvoľňuje energia, zvyčajne vo forme tepla a svetla, sa nazývajú exotermické. Existujú aj endotermické reakcie, ktoré absorbujú energiu. Všetky vyššie uvedené nie sú v rozpore so zákonmi termodynamiky: v prípade spaľovania sa energia uvoľňuje súčasne s poklesom vnútornej energie systému. Pri endotermických reakciách sa vnútorná energia systému zvyšuje v dôsledku prílevu tepla. Meraním množstva energie uvoľnenej počas reakcie (tepelný účinok chemickej reakcie) je možné posúdiť zmenu vnútornej energie systému. Meria sa v kilojouloch na mol (kJ/mol).

Ešte jeden príklad. Hessov zákon je špeciálnym prípadom prvého termodynamického zákona. Uvádza, že tepelný účinok reakcie závisí len od počiatočného a konečného stavu látok a nezávisí od medzistupňov procesu. Hessov zákon umožňuje vypočítať tepelný účinok reakcie v prípadoch, keď je jeho priame meranie z nejakého dôvodu nemožné.

S príchodom teórie relativity, kvantovej mechaniky a teórie elementárnych častíc sa odhalili ešte hlbšie súvislosti medzi fyzikou a chémiou. Ukázalo sa, že kľúč k vysvetleniu podstaty vlastností chemických zlúčenín, samotného mechanizmu premeny látok spočíva v štruktúre atómov, v kvantovo mechanických procesoch jeho elementárnych častíc a najmä elektrónov vonkajšieho obalu. molekuly organických a anorganických zlúčenín a pod.

V oblasti kontaktu fyziky a chémie vznikla a úspešne sa rozvíja taká pomerne mladá sekcia hlavných sekcií chémie ako je fyzikálna chémia, ktorá sa formovala koncom 19. storočia. ako výsledok úspešných pokusov o kvantitatívne štúdium fyzikálnych vlastností chemikálií a zmesí teoretické vysvetlenie molekulárnych štruktúr. Experimentálnym a teoretickým základom pre to bola práca D.I. Mendelejev (objav Periodického zákona), Van't Hoff (termodynamika chemických procesov), S. Arrhenius (teória elektrolytickej disociácie) atď. Predmetom jej štúdia boli všeobecné teoretické otázky týkajúce sa štruktúry a vlastností molekúl chemických zlúčenín, procesov premeny látok v súvislosti so vzájomnou závislosťou ich fyzikálnych vlastností, štúdium podmienok pre priebeh chemických reakcií a premeny látok. fyzikálne javy, ktoré v tomto prípade prebiehajú. Teraz je fyzikálna chémia diverzifikovanou vedou, ktorá úzko spája fyziku a chémiu.

V samotnej fyzikálnej chémii doteraz vynikli a plne sa rozvinuli elektrochémia, štúdium roztokov, fotochémia a kryštalická chémia ako samostatné sekcie s vlastnými špeciálnymi metódami a predmetmi výskumu. Na začiatku XX storočia. Koloidná chémia, ktorá vyrástla v hlbinách fyzikálnej chémie, vynikla aj ako samostatná veda. Od druhej polovice XX storočia. V súvislosti s intenzívnym rozvojom problematiky jadrovej energetiky vznikli a výrazne sa rozvíjali najnovšie odbory fyzikálnej chémie - vysokoenergetická chémia, radiačná chémia (predmetom jej štúdia sú reakcie prebiehajúce pri pôsobení ionizujúceho žiarenia), resp. izotopová chémia.

Fyzikálna chémia je teraz považovaná za najširší všeobecný teoretický základ celej chemickej vedy. Mnohé z jej učení a teórií majú veľký význam pre rozvoj anorganickej a najmä organickej chémie. S nástupom fyzikálnej chémie sa štúdium hmoty začalo realizovať nielen tradičnými chemickými výskumnými metódami, a to nielen z hľadiska jej zloženia a vlastností, ale aj z hľadiska štruktúry, termodynamiky a kinetiky chemického procesu. ako aj z hľadiska ich súvislosti a závislosti od vplyvu javov, ktoré sú vlastné iným formám pohybu (vystavenie svetlu a žiareniu, vystavenie svetlu a teplu atď.).

Je pozoruhodné, že v prvej polovici XX storočia. existovala hranica medzi chémiou a novými odvetviami fyziky (kvantová mechanika, elektronická teória atómov a molekúl) vedou, ktorá sa neskôr stala známou ako chemická fyzika. Široko uplatnila teoretické a experimentálne metódy najnovšej fyziky pri štúdiu štruktúry chemických prvkov a zlúčenín a najmä mechanizmu reakcií. Chemická fyzika študuje vzájomné prepojenie a vzájomný prechod chemických a subatomárnych foriem pohybu hmoty.

V hierarchii základných vied podľa F. Engelsa chémia priamo susedí s fyzikou. Toto susedstvo poskytovalo rýchlosť a hĺbku, s ktorou sa mnohé odvetvia fyziky plodne vklinili do chémie. Chémia hraničí na jednej strane s makroskopickou fyzikou – termodynamikou, fyzikou spojitých médií a na druhej strane – s mikrofyzikou – statickou fyzikou, kvantovou mechanikou.

Je dobre známe, aké plodné boli tieto kontakty pre chémiu. Z termodynamiky vznikla chemická termodynamika – náuka o chemickej rovnováhe. Statická fyzika tvorila základ chemickej kinetiky - štúdium rýchlostí chemických premien. Kvantová mechanika odhalila podstatu Mendelejevovho periodického zákona. Modernou teóriou chemickej štruktúry a reaktivity je kvantová chémia, t.j. aplikácia princípov kvantovej mechaniky na štúdium molekúl a „X transformácií“.

Ďalším dôkazom plodného vplyvu fyziky na chemickú vedu je stále sa rozširujúce využívanie fyzikálnych metód v chemickom výskume. Výrazný pokrok v tejto oblasti je obzvlášť zreteľne viditeľný na príklade spektroskopických metód. Nedávno, z nekonečného rozsahu elektromagnetického žiarenia, chemici použili iba úzku oblasť viditeľných a priľahlých oblastí infračerveného a ultrafialového rozsahu. Objav fenoménu absorpcie magnetickej rezonancie fyzikmi viedol k vzniku nukleárnej magnetickej rezonančnej spektroskopie, najinformatívnejšej modernej analytickej metódy a metódy na štúdium elektrónovej štruktúry molekúl, a elektrónovej paramagnetickej rezonančnej spektroskopie, jedinečnej metódy na štúdium nestabilných medziproduktov. častice – voľné radikály. V krátkovlnnej oblasti elektromagnetického žiarenia vznikla röntgenová a gama-rezonančná spektroskopia, ktorá za svoj vzhľad vďačí objavu Mössbauera. Rozvoj synchrotrónového žiarenia otvoril nové perspektívy pre rozvoj tohto vysokoenergetického odvetvia spektroskopie.

Zdalo by sa, že celý elektromagnetický rozsah je zvládnutý a v tejto oblasti ťažko očakávať ďalší pokrok. Objavili sa však lasery – zdroje jedinečné svojou spektrálnou intenzitou – a spolu s nimi zásadne nové analytické možnosti. Medzi nimi je laserová magnetická rezonancia, rýchlo sa rozvíjajúca vysoko citlivá metóda na detekciu radikálov v plyne. Ďalšou, skutočne fantastickou možnosťou je po kúskoch registrácia atómov laserom - technika založená na selektívnom budení, vďaka ktorej je možné zaregistrovať len niekoľko atómov cudzej nečistoty v bunke. Nápadné príležitosti na štúdium mechanizmov radikálových reakcií poskytol objav fenoménu chemickej polarizácie jadier.

Teraz je ťažké pomenovať oblasť modernej fyziky, ktorá by priamo alebo nepriamo neovplyvňovala chémiu. Vezmime si napríklad fyziku nestabilných elementárnych častíc, ktorá má ďaleko od sveta molekúl vybudovaných z jadier a elektrónov. Môže sa zdať prekvapujúce, že na špeciálnych medzinárodných konferenciách sa diskutuje o chemickom správaní atómov obsahujúcich pozitrón alebo mión, ktoré v zásade nemôžu poskytovať stabilné zlúčeniny. Jedinečné informácie o ultrarýchlych reakciách, ktoré takéto atómy umožňujú získať, však plne oprávňujú tento záujem.

Pri pohľade späť do histórie vzťahu fyziky a chémie vidíme, že fyzika hrala dôležitú, niekedy rozhodujúcu úlohu vo vývoji teoretických koncepcií a výskumných metód v chémii. Mieru uznania tejto úlohy možno posúdiť napríklad na základe zoznamu nositeľov Nobelovej ceny za chémiu. Nie menej ako tretinu tohto zoznamu tvoria autori najväčších úspechov v oblasti fyzikálnej chémie. Sú medzi nimi tí, ktorí objavili rádioaktivitu a izotopy (Rutherford, M. Curie, Soddy, Aston, Joliot-Curie atď.), položili základy kvantovej chémie (Pauling a Mulliken) a modernej chemickej kinetiky (Hinshelwood a Semenov), rozvinuli nové fyzikálne metódy (Debye, Geyerovsky, Eigen, Norrish a Porter, Herzberg).

Napokon treba mať na pamäti rozhodujúci význam, ktorý pre rozvoj vedy začína zohrávať produktivita práce vedca. Revolučnú úlohu v chémii v tomto smere zohrali a stále zohrávajú fyzikálne metódy. Stačí napríklad porovnať čas, ktorý organický chemik strávil chemickým stanovením štruktúry syntetizovanej zlúčeniny a ktorý teraz trávi vlastníctvom arzenálu fyzikálnych metód. Táto rezerva uplatnenia výdobytkov fyziky nie je nepochybne ani zďaleka dostatočne využitá.

Zhrňme si nejaké výsledky. Vidíme, že fyzika v čoraz väčšom meradle a čoraz plodnejšie zasahuje do chémie. Fyzika odhaľuje podstatu kvalitatívnych chemických zákonitostí, dodáva chémii dokonalé výskumné nástroje. Relatívny objem fyzikálnej chémie rastie a neexistujú dôvody, ktoré by tento rast mohli spomaliť.

Vzťah medzi chémiou a biológiou

Je dobre známe, že chémia a biológia si dlho išli vlastnou cestou, hoci dávnym snom chemikov bolo vytvorenie živého organizmu v laboratóriu.

K prudkému posilneniu vzťahu medzi chémiou a biológiou došlo v dôsledku vytvorenia A.M. Butlerovova teória chemickej štruktúry organických zlúčenín. Organickí chemici vedení touto teóriou vstúpili do súťaže s prírodou. Nasledujúce generácie chemikov preukázali veľkú vynaliezavosť, prácu, fantáziu a tvorivé hľadanie riadenej syntézy hmoty. Ich zámerom nebolo len napodobňovať prírodu, chceli ju aj prekonať. A dnes môžeme s istotou konštatovať, že sa to v mnohých prípadoch podarilo.

Postupný rozvoj vedy v 19. storočí, ktorý viedol k objavu štruktúry atómu a detailnému poznaniu štruktúry a zloženia bunky, otvoril praktické možnosti pre chemikov a biológov spolupracovať na chemických problémoch náuka o bunke, o otázkach o povahe chemických procesov v živých tkanivách, o podmienenosti biologických funkcií.chemické reakcie.

Ak sa pozriete na metabolizmus v tele z čisto chemického hľadiska, ako A.I. Oparin, uvidíme súbor veľkého množstva relatívne jednoduchých a jednotných chemických reakcií, ktoré sa v čase navzájom kombinujú, neprebiehajú náhodne, ale v prísnom slede, výsledkom čoho je vznik dlhých reťazcov reakcií. A tento poriadok prirodzene smeruje k neustálej sebazáchove a sebareprodukcii celého živého systému ako celku v daných podmienkach prostredia.

Jedným slovom, také špecifické vlastnosti živých vecí, ako je rast, reprodukcia, pohyblivosť, excitabilita, schopnosť reagovať na zmeny vo vonkajšom prostredí, sú spojené s určitými komplexmi chemických premien.

Význam chémie medzi vedami, ktoré študujú život, je mimoriadne veľký. Práve chémia odhalila najvýznamnejšiu úlohu chlorofylu ako chemického základu fotosyntézy, hemoglobínu ako základu dýchacieho procesu, stanovila sa chemická podstata prenosu nervového vzruchu, určila sa štruktúra nukleových kyselín atď. Ale hlavná vec je, že objektívne, chemické mechanizmy ležia na samom základe biologických procesov, funkcií živých vecí. Všetky funkcie a procesy vyskytujúce sa v živom organizme možno vyjadriť v jazyku chémie vo forme špecifických chemických procesov.

Samozrejme, bolo by nesprávne zredukovať javy života na chemické procesy. Bolo by to hrubé mechanické zjednodušenie. A jasným dôkazom toho je špecifickosť chemických procesov v živých systémoch v porovnaní s neživými. Štúdium tejto špecifickosti odhaľuje jednotu a vzájomný vzťah chemických a biologických foriem pohybu hmoty. Iné vedy, ktoré vznikli na priesečníku biológie, chémie a fyziky, hovoria o tom istom: biochémia je veda o metabolizme a chemických procesoch v živých organizmoch; bioorganická chémia - náuka o štruktúre, funkciách a spôsoboch syntézy zlúčenín, ktoré tvoria živé organizmy; fyzikálna a chemická biológia ako veda o fungovaní zložitých systémov prenosu informácií a regulácii biologických procesov na molekulárnej úrovni, ako aj biofyzika, biofyzikálna chémia a radiačná biológia.

Hlavnými úspechmi tohto procesu bola identifikácia chemických produktov bunkového metabolizmu (metabolizmus v rastlinách, živočíchoch, mikroorganizmoch), vytvorenie biologických dráh a cyklov biosyntézy týchto produktov; zrealizovala sa ich umelá syntéza, objavili sa materiálne základy regulačného a dedičného molekulárneho mechanizmu a do značnej miery sa objasnil význam chemických procesov, energetických procesov bunky a živých organizmov vôbec.

V dnešnej dobe pre chémiu nadobúda význam najmä aplikácia biologických princípov, v ktorých sa sústreďujú skúsenosti s prispôsobovaním živých organizmov podmienkam Zeme v priebehu mnohých miliónov rokov, skúsenosti s vytváraním najpokročilejších mechanizmov a procesov. Na tejto ceste už existujú určité úspechy.

Pred viac ako storočím si vedci uvedomili, že základom výnimočnej účinnosti biologických procesov je biokatalýza. Preto si chemici dali za cieľ vytvoriť novú chémiu založenú na katalytickej skúsenosti živej prírody. Objaví sa v ňom nové riadenie chemických procesov, kde sa uplatnia princípy syntézy podobných molekúl, vzniknú katalyzátory na princípe enzýmov s takou rozmanitosťou kvalít, ktoré ďaleko predčia tie existujúce v našom odvetví.

Napriek skutočnosti, že enzýmy majú spoločné vlastnosti obsiahnuté vo všetkých katalyzátoroch, nie sú s nimi identické, pretože fungujú v živých systémoch. Preto všetky pokusy využiť skúsenosti živej prírody na urýchlenie chemických procesov v anorganickom svete narážajú na vážne obmedzenia. Zatiaľ sa môžeme baviť len o modelovaní niektorých funkcií enzýmov a využití týchto modelov na teoretický rozbor aktivity živých systémov, ako aj čiastočnú praktickú aplikáciu izolovaných enzýmov na urýchlenie niektorých chemických reakcií.

Tu je zrejme najsľubnejším smerom výskum zameraný na aplikáciu princípov biokatalýzy v chémii a chemickej technológii, pre ktorú je potrebné študovať celú katalytickú skúsenosť živej prírody, vrátane skúsenosti s tvorbou enzýmu. seba, bunku a dokonca aj organizmus.

Teória vlastného vývoja elementárnych otvorených katalytických systémov, ktorú v najvšeobecnejšej forme predložil profesor A.P. Rudenko v roku 1964, je všeobecná teória chemickej evolúcie a biogenézy. Rieši otázky o hybných silách a mechanizmoch evolučného procesu, teda o zákonitostiach chemickej evolúcie, o výbere prvkov a štruktúr a ich príčinách, o výške chemickej organizácie a hierarchii chemických systémov v dôsledku toho. evolúcie.

Teoretickým jadrom tejto teórie je pozícia, že chemická evolúcia je samovývoj katalytických systémov, a preto sú katalyzátory vyvíjajúcou sa látkou. V priebehu reakcie dochádza k prirodzenému výberu tých katalytických centier, ktoré majú najväčšiu aktivitu. Samovývoj, samoorganizácia a samokomplikácia katalytických systémov nastáva v dôsledku neustáleho prílevu transformovateľnej energie. A keďže hlavným zdrojom energie je základná reakcia, katalytické systémy vyvíjajúce sa na základe exotermických reakcií získavajú maximálne evolučné výhody. Základná reakcia je teda nielen zdrojom energie, ale aj nástrojom na výber najprogresívnejších evolučných zmien v katalyzátoroch.

Rozvíjaním týchto názorov A.P. Rudenko sformuloval základný zákon chemickej evolúcie, podľa ktorého s najväčšou rýchlosťou a pravdepodobnosťou vznikajú tie dráhy evolučných zmien katalyzátora, na ktorých dochádza k maximálnemu zvýšeniu jeho absolútnej aktivity.

Praktickým dôsledkom teórie vlastného vývoja otvorených katalytických systémov je takzvaná „nestacionárna technológia“, teda technológia s meniacimi sa reakčnými podmienkami. Dnes výskumníci prichádzajú k záveru, že stacionárny režim, ktorého spoľahlivá stabilizácia sa zdala byť kľúčom k vysokej efektivite priemyselného procesu, je len špeciálnym prípadom nestacionárneho režimu. Zároveň sa našlo mnoho nestacionárnych režimov, ktoré prispievajú k zintenzívneniu reakcie.

V súčasnosti sú už viditeľné perspektívy pre vznik a rozvoj novej chémie, na základe ktorej vzniknú nízkoodpadové, bezodpadové a energeticky úsporné priemyselné technológie.

Dnes chemici dospeli k záveru, že s použitím rovnakých princípov, na ktorých je postavená chémia organizmov, bude v budúcnosti (bez presne opakujúcej sa prírody) možné vybudovať zásadne novú chémiu, nové riadenie chemických procesov, nové riadenie chemických procesov. kde sa budú uplatňovať princípy syntézy podobných molekúl. Predpokladá sa vytvorenie konvertorov, ktoré využívajú slnečné svetlo s vysokou účinnosťou a premieňajú ho na chemickú a elektrickú energiu, ako aj chemickú energiu na svetlo veľkej intenzity.

Záver

Moderná chémia je zastúpená mnohými rôznymi smermi vo vývoji poznatkov o podstate hmoty a metódach jej premeny. Chémia zároveň nie je len súhrnom poznatkov o látkach, ale vysoko usporiadaným, neustále sa vyvíjajúcim systémom poznania, ktorý má svoje miesto medzi ostatnými prírodnými vedami.

Chémia študuje kvalitatívnu rôznorodosť materiálnych nosičov chemických javov, chemickú formu pohybu hmoty. Hoci sa štrukturálne prelína v určitých oblastiach s fyzikou, biológiou a inými prírodnými vedami, zachováva si svoju špecifickosť.

Jedným z najvýznamnejších objektívnych podkladov pre vyčlenenie chémie ako samostatnej prírodovednej disciplíny je uznanie špecifickosti chémie vzťahu látok, ktorá sa prejavuje predovšetkým v komplexe síl a rôznych typov interakcií, ktoré určujú existenciu dvoch a viacatómových zlúčenín. Tento komplex je zvyčajne charakterizovaný ako chemická väzba, ktorá vzniká alebo sa preruší pri interakcii častíc atómovej úrovne organizácie hmoty. Vzhľad chemickej väzby je charakterizovaný výraznou redistribúciou elektrónovej hustoty v porovnaní s jednoduchou polohou elektrónovej hustoty neviazaných atómov alebo atómových fragmentov, ktoré sú blízko vzdialenosti väzby. Táto vlastnosť najpresnejšie oddeľuje chemickú väzbu od rôznych prejavov medzimolekulových interakcií.

Neustále zvyšovanie úlohy chémie ako vedy v rámci prírodných vied je sprevádzané prudkým rozvojom základného, ​​komplexného a aplikovaného výskumu, zrýchleným vývojom nových materiálov s požadovanými vlastnosťami a novými postupmi v oblasti výrobných technológií. a spracovanie látok.

Celý ten rozmanitý svet okolo nás je záležitosť ktorý sa objavuje v dvoch formách: látky a polia. Látka je tvorený časticami, ktoré majú vlastnú hmotnosť. Lúka- forma existencie hmoty, ktorá sa vyznačuje energiou.

Vlastnosťou hmoty je dopravy. Formy pohybu hmoty študujú rôzne prírodné vedy: fyzika, chémia, biológia atď.

Nemalo by sa predpokladať, že medzi vedami na jednej strane a formami pohybu hmoty na strane druhej existuje jednoznačná prísna zhoda. Treba mať na pamäti, že vo všeobecnosti neexistuje taká forma pohybu hmoty, ktorá by existovala vo svojej čistej forme, oddelene od iných foriem. To všetko zdôrazňuje náročnosť klasifikácie vied.

X imyu možno definovať ako vedu, ktorá študuje chemickú formu pohybu hmoty, ktorá sa chápe ako kvalitatívna zmena látok: Chémia študuje štruktúru, vlastnosti a premeny látok.

Komu chemické javy sa vzťahuje na javy, pri ktorých sa jedna látka premieňa na inú. Chemické javy sú inak známe ako chemické reakcie. Fyzikálne javy nie sú sprevádzané premenou jednej látky na druhú.

Jadrom každej vedy je nejaký súbor predchádzajúcich presvedčení, základných filozofií a odpovedí na otázku o povahe reality a ľudských vedomostí. Tento súbor presvedčení, hodnôt zdieľaných členmi danej vedeckej komunity sa nazýva paradigmy.

Hlavné paradigmy modernej chémie:

1. Atómová a molekulárna štruktúra hmoty

2. Zákon zachovania hmoty

3. Elektrónový charakter chemickej väzby

4. Jednoznačný vzťah medzi štruktúrou hmoty a jej chemickými vlastnosťami (periodický zákon)

Chémia, fyzika, biológia sa len na prvý pohľad môžu zdať ako vedy ďaleko od seba. Hoci laboratóriá fyzika, chemika a biológa sú veľmi odlišné, všetci títo výskumníci sa zaoberajú prírodnými (prírodnými) objektmi. To odlišuje prírodné vedy od matematiky, histórie, ekonómie a mnohých iných vied, ktoré študujú to, čo nevytvorila príroda, ale predovšetkým sám človek.

Ekológia má blízko k prírodným vedám. Netreba si myslieť, že ekológia je „dobrá“ chémia, na rozdiel od klasickej „zlej“ chémie, ktorá znečisťuje životné prostredie. Neexistuje žiadna „zlá“ chémia alebo „zlá“ jadrová fyzika – v niektorej oblasti činnosti existuje vedecký a technologický pokrok alebo jeho nedostatok. Úlohou ekológa je využiť nové výdobytky prírodných vied s cieľom minimalizovať riziko narušenia biotopu živých bytostí s maximálnym prínosom. Bilancia „rizika-prínosu“ je predmetom štúdia ekológov.

Medzi prírodnými vedami neexistujú prísne hranice. Napríklad objavovanie a štúdium vlastností nových typov atómov bolo kedysi považované za úlohu chemikov. Ukázalo sa však, že zo súčasných známych typov atómov niektoré objavili chemici a niektoré fyzici. Toto je len jeden z mnohých príkladov „otvorených hraníc“ medzi fyzikou a chémiou.

Život je zložitý reťazec chemických premien. Všetky živé organizmy absorbujú niektoré látky z prostredia a iné uvoľňujú. To znamená, že vážny biológ (botanik, zoológ, lekár) sa nezaobíde bez znalostí chémie.

Neskôr uvidíme, že neexistuje absolútne presná hranica medzi fyzikálnymi a chemickými premenami. Príroda je jedna, a preto si musíme vždy pamätať, že nie je možné pochopiť štruktúru sveta okolo nás, keď sa ponoríme len do jednej z oblastí ľudského poznania.

Disciplína „Chémia“ je interdisciplinárnym prepojením prepojená s inými prírodovednými odbormi: s predchádzajúcimi – s matematikou, fyzikou, biológiou, geológiou a inými odbormi.

Moderná chémia je rozvetvený systém mnohých vied: anorganická, organická, fyzikálna, analytická chémia, elektrochémia, biochémia, ktoré študenti ovládajú v nadväzujúcich kurzoch.

Znalosť kurzu chémie je potrebná pre úspešné štúdium ďalších všeobecných vedných a špeciálnych odborov.

Obrázok 1.2.1 - Miesto chémie v systéme prírodných vied

Zdokonaľovanie výskumných metód, predovšetkým experimentálnej techniky, viedlo k rozdeleniu vedy na čoraz užšie oblasti. V dôsledku toho kvantita a „kvalita“, t.j. spoľahlivosť informácií sa zvýšila. Nemožnosť jedného človeka disponovať úplnými znalosťami aj pre príbuzné vedné odbory však vytvorila nové problémy. Tak ako vo vojenskej stratégii sú najslabšie miesta obrany a ofenzívy na križovatke frontov, vo vede zostávajú oblasti, ktoré nemožno jednoznačne klasifikovať, najmenej rozvinuté. Okrem iných dôvodov možno zaznamenať aj ťažkosti pri získavaní zodpovedajúcej kvalifikačnej úrovne (akademického titulu) pre vedcov pracujúcich v oblastiach „spojenia vied“. Ale tam sa robia aj hlavné objavy našej doby.