"Значение химической термодинамики в школьном курсе химии"
статья по химии (11 класс)

Холматов А.Р.

г. Санкт-Петербург

Значение химической термодинамики в школьном курсе химии

Ключевые слова: термодинамика, химия, обучение, 11 класс, программа, энтальпия, энтропия, профильный уровень, физическая химия

Аннотация: В статье рассматриваются основные подходы в различных УМК к изучению темы «Химическая термодинамика». Целесообразность изучения данного вопроса обусловлена противоречиями между сложностью данной темы для восприятия обучающимися в школе и ее глобального значения. Современное общество говорит о формировании естественно-научной грамотности в школе и подчеркивании роли химии в жизни человека. Автор статьи приходит к выводу, что преподавание химической термодинамики крайне необходимо в школе.

Термодинамика (греч. θέρμη — «тепло», δύναμις — «сила») — раздел физики, изучающий способы передачи и превращения энергии в макроскопических системах. В школьном курсе в рамках изучения физики обучающиеся осваивают такие темы данного раздела, как законы термодинамики (первый и второй), внутренняя энергия, идеальные газы. Такая картина по физике наблюдается вне зависимости от профиля (базовый, углубленный), в отличие от химии

Один из элементов термодинамики в химии – это термохимия и решение задач на расчет теплового эффекта Q реакции, однако в рамках классической термодинамики понимается термодинамическое равновесие вообще, под которым в свою очередь подразумевается понимание влияния функций состояния (энтальпии, энтропии и их совокупности в виде энергии Гиббса) на химические процессы и протекание химических реакций – это универсальные инструменты в руках любого обучающегося, которые способны дать ответ на вопрос «протекает или нет?»

Отдельные УМК (учебно-методические комплекты) вовсе не подразумевают изучения термодинамики, но для начала стоит также отметить, что термодинамика – лишь один из элементов более глобального раздела химии, общей и физической, который предстоит изучать одиннадцатиклассникам. Наряду с термохимией и классической термодинамикой к Общей химии также относятся такие темы, как «Гидролиз», «Электролиз», «Химическая кинетика», «Химическое равновесие».

В УМК Еремина (базовый уровень) нет ни термохимии, ни термодинамики, ни химического равновесия, есть темы «Гидролиз» и «Электролиз». Исходя из анализа данного учебного пособия можно сделать вывод, что упор в этом учебнике сделан на формирование естественно-научной картины мира, связи химии с жизнью, о чем гласит большая часть параграфов. Единым фронтом выступают УМК Габриеляна, Новошинского (в отличие от других линеек учебников, здесь темы классического 10 класса (органической химии) и 11 класса (общей и неорганической химии) даются наоборот) и Кузнецовой – здесь присутствуют темы «Скорость», «Равновесие», «Гидролиз», «Электролиз» - классическая «средняя» программа по химии в 11ом классе. В отличие от учебника Еремина здесь гораздо меньше материала посвящается блоку «Химия и жизнь». В УМК под авторством Рудзитиса эти темы тоже присутствуют, однако формированию связи химии с жизнью посвящается и вовсе один-единственный параграф.

В УМК Габриеляна (11 класс, профильный уровень) точно также отсутствует термодинамика. В учебнике Пузакова за вычетом двух параграфов по равновесию 5 параграфов посвящено функциям состояния, началам термодинамики и термохимическим расчетам. На углубленном уровне единым фронтом выступают Кузнецова, Еремин и Карцова– в данных УМК выделен один параграф на термохимические расчеты, а еще 3 на изучение термодинамики, функций состояния и их расчет.

Иными словами, химическая термодинамика сейчас преподается только на углубленном уровне и только по отдельным УМК. Это связано с высокой степенью сложности данного материала. Тем не менее, в рамках предметных результатов эта тема просто необходима в связи с:

1) закреплением понятия «химическое равновесие», которое вытекает из скорости химической реакции;

2) формированием естественно-научной картины мира, демонстрацией связи между физикой и химией;

3) формированием философских категорий и основ мироздания в контексте самопроизвольности протекающих процессов – почему невозможен вечный двигатель, почему нельзя использовать вместо природного газа в качестве топлива углекислый и другое;

4) освоением междисциплинарными понятиями: понятие «энтропия» используется не только в химии, но и во многих социально-гуманитарных науках в качестве синонима хаосу и неупорядоченности.

В рамках изучения термодинамики обучающиеся делают вывод, что самопроизвольно способны протекать только те процессы, в результате которых происходит охлаждение системы и увеличение хаоса, неупорядоченности, ведь глобально это относится не только к химии, но и к поведению людей, их образу жизни – генеральная уборка сама себя не наведет, температура воздуха в квартире от открытого зимой окна не увеличится, кислород из воздуха «камнями» на землю не упадет ни с того ни с сего, а здесь речь уже идет не только о предметных и метапредметных результатах обучения, но и личностных

11 класс – это время понимания законов мироздания, закона сохранения материи (и его разновидностей – закона сохранения массы и закона сохранения энергии), существования десятков «стыковых» наук на примере синтеза новых химических элементов (119-126) – ядерной физики, лекарственных препаратов, аминокислот, белков и других веществ – биохимии и так далее.

Не секрет, что в школе в рамках дисциплины «химия» изучаются основы химии – те самые основы, открытые и принятые в XIX-XX веках, однако все мы живем в XXI веке, когда химия действительно претерпела значительные изменения – задач химиков уже не просто в хаотичном синтезе разнообразных веществ, а веществ с конкретными заданными свойствами: фотокатализаторов для разложения пластмасс, лекарств на службу здоровью человека, катализаторов для удешевления химического производства и так далее.

Трудности с внедрением химической термодинамики в школьный курс связаны с большим количеством материала физико-химической направленности, который а) не удастся уложить в один урок б) будет непросто донести даже до обучающихся на «отлично» в) нужно не просто «выдать», а осознать – сформировать знания, отработать и выработать определенные умения и навыки. С другой стороны, химическая термодинамика является во многом связующим элементом различных понятий в химии, поэтому должна присутствовать в школьном курсе химии по меньшей мере на уровне понятия о функциях состояния, их роли, умений оценивать их изменение.

Список литературы:

1. Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия. 11 класс. Базовый уровень // Просвещение, 2012
2. Еремин В.В., Кузьменко Н.Е., Дроздов А.А., Лунин В.В. Химия. 11 класс. Базовый уровень. Учебник // Дрофа, 2019
3. Габриелян О.С. Химия. 11 класс. Базовый уровень // Дрофа, 2019
4. Новошинский И.И., Новошинская Н.С. Химия . 10 класс. Базовый уровень: Учебник для общеобразовательных учреждений. - 2-е изд. - М.: ООО «ТИД «Русское слово-РС», 2008. -176с.
5. Кузнецова Н.Е. Химия. 11 класс. Базовый уровень. Учебник для учащихся образовательных организаций – 2-е изд., перераб. – М. : Вентана-Граф, 2014. – 256 с.
6. Карцова А.А., Лёвкин А.Н. Химия. 10 класс. Углубленный уровень // Вентана-Граф, 2016
7. Габриелян О.С., Лысова Г.Г. Химия. 11 класс. Углубленный уровень. Учебник // Дрофа, 2019
8. Кузнецова Н.Е. Химия. 11 класс. Углубленный уровень. Учебник для учащихся образовательных организаций – 3-е изд., перераб. – М. : Вентана-Граф, 2015. – 432 с.
9. Еремин В.В., Кузьменко Н.Е., Дроздов А.А., Лунин В.В. Химия. 11 класс. Углубленный уровень. Учебник // Дрофа, 2019
10. Пузаков С.А. Химия. 11 класс. Учебник для общеобразовательных организаций. Углубленный уровень. – 2-е изд. – М. : Просвещение, 2020 – 320 с.