CC BY
248
УДК 530(091); 378.14
М. Ф. Каримов (к.ф.-м.н., проф.)
Открытое К. В. Шееле наибольшее множество химических элементов и их изучение в системе непрерывного образования
Бирская государственная социально-педагогическая академия, кафедра общетехнических дисциплин 452453, Башкортостан, г. Бирск, ул. Интернациональная 10; тел./факс (3414) 40455,
e-mail: karimov [email protected]
M. F. Karimov
Open by K. V. Scheele the greatest set of chemical elements and their studying in system of continuous education
Birsk State Socially Pedogogical Academy 10, Internatsyonalnaya Str, 452453, Birsk, Russia; ph./fax (3414) 40455, e-mail: karimov [email protected]
Приведены хронология и особенности открытия выдающимся шведским ученым немецкого происхождения и аптекарем по должности К. В. Шеелем таких химических элементов, как фтор (1771 г.), кислород (1772 г.), хлор (1774 г.), марганец (1774 г.), барий (1774) молибден (1778 г.) и вольфрам (1781 г.). Выделены простота химического оборудования, стесненность лабораторных условий и уникальные личностные качества скандинавского ученого, сопровождавшие и позволившие совершить эти фундаментальные открытия научного познания природной действительности. Обоснована необходимость отражения в содержании современного естественно-математического образования молодежи фрагментов творческой деятельности выдающегося химика для повышения качества обучения старшеклассников и студентов.
Ключевые слова: химический элемент; фтор; кислород; хлор; марганец; барий; молибден; вольфрам; трудолюбие; творческая целеустремленность; интеллектуальная активность; научная компетентность и профессиональная дисциплинированность ученого; современное естественно-математическое и технологическое образование молодежи.
Chronology and features of opening by outstanding Swedish scientist of a German origin and the druggist K. V. Scheele's of such chemical elements, as fluorine (1771), oxygen (1772), chlorine (1774), manganese (1774), barium (1774) molybdenum (1778) and tungsten (1781) are resulted. Simplicity of the chemical equipment, constraint of laboratory conditions and the unique personal qualities of the Scandinavian scientist accompanying and allowed to make this fundamental opening of scientific knowledge of the natural validity are allocated. Necessity of introduction in the maintenance of modern natural-mathematical education of youth of fragments of creative activity of the outstanding chemist for improvement of quality of training of students is proved.
Key words: a chemical element; fluorine; oxygen; chlorine; manganese; barium; molybdenum; tungsten; diligence; creative purposefulness; intellectual activity; scientific competence and professional discipline of the scientist; modern natural-mathematical and technological formation of youth.
Понятие о химическом элементе относится к числу фундаментальных категорий химической и физической наук.
Изучение истории развития и совершенствование содержания и объема понятия о химическом элементе в связи с этим является постоянно актуальной задачей науки и дидактики.
Дата поступления 27.01.12
Каждый школьник, студент или научный сотрудник, осознанно изучающий или использующий в собственных исследованиях таблицу химических элементов нашего великого ученого Д. И. Менделеева (1834—1907) 1, задается познавательным вопросом: «Кем, когда и где был открыт тот или иной химический элемент?».
Значительный исходный экспериментальный вклад в научное обоснование определения химического элемента как предела разложения вещества с данными свойствами и в выделение множества этих элементов внес выдающийся шведский ученый немецкого происхождения Карл Вильгельм Шееле (1742—1786), родившийся и получивший общее образование в немецком городе Штральзунд в Померании, обучавшийся организованно аптекарскому искусству и самостоятельно основам химии в шведском городе Гетеборге (1756—1762), постоянно и самоотверженно работавший аптекарем в городах Гетеборг (1757—1765), Мальме (1765— 1768), Стокгольм (1768-1769), Упсала (1770— 1774) и Чепинг (1775—1786), ставший действительным членом Шведской королевской академии наук, имея лишь среднее специальное образование.
Систематически, регулярно и почти круглосуточно работая в аптекарской лаборатории, К. В. Шееле достиг большого искусства в по-
становке и реализации химического эксперимента, имея при этом в своем распоряжении простейшее оборудование исследователя и в большинстве случаев стесненные условия для организации и осуществления опытов 2.
Согласно К. В. Шееле химический эксперимент предназначен для раскрытия тайн природной действительности и не является средством подтверждения тех или иных теоретических гипотез об объектах, процессах или явлениях окружающего нас мира.
Экспериментальный вклад К. В. Шееле в создание фундамента химической науки в виде открытия новых элементов представлен посредством краткой характеристики его основных научных произведений в табл. 1.
В дополнение к научной информации, приведенной в табл. 1 об открытии новых химических элементов, и к известным сведениям о получении большого множества неорганических и органических веществ 10 трудолюбивым, творчески целеустремленным, интеллектуаль-
Таблица 1
Основные произведения К.В.Шееле об открытии химических элементов
№ Год, элемент Название труда Краткое содержание сочинения
1 1771, фтор Unde^kning om flusspat och dess syra 3 Произведено кислотное разложение естественного минерала - флюорита или плавикового шпата Сар2, получен фтористый водород или плавиковая кислота ИР, которая согласно автору опыта содержит новый химический элемент.
2 1772, кислород Chemische abhanlung von der luft und dem feuer 4 Впервые в истории развития химии получен в лабораторных условиях чистый кислород О2, названный автором открытия «огненным воздухом» и объясненный им его образование на основе сложных представлений о горении.
3 1773, хлор Phlogistisirte und dephlogistisirte magnesia nigra 5 Получен элементарный хлор при взаимодействии соляной кислоты с пиролюзитом МПО2И2О в виде желто-зеленого газа с характерным резким запахом, к сожалению, названный автором «дефлогистированной соляной кислотой».
4 1774, марганец Om brunsten, eller magnesia, och dess egenskaper 6 Доказано на основе систематических физико-химических опытов по нагреванию и разложению минерала, что пиролюзит или «черная магнезия» является соединением неизвестного металла, впоследствии названного марганцем.
5 1774, барий Bom braunstein oder magnesia, und dessen eigenschaften 7 Показано на основе систематических химических экспериментов, что выделенный из минерала барита ВаЭО4 «тяжелая земля» - оксид бария в своем составе содержит новый химический элемент, извлеченный позже в виде металла
6 1778, молибден Bersuche mit wasserblen; Molybdaena 8 Осуществлен процесс растворения естественного минерала, называемого сейчас молибденитом МоЭ2, в концентрированной азотной кислоте ИЫОз и получена «особая белая земля» М0О3, содержащая новый химический элемент.
7 1781, вольфрам Unde^kning om Tungstens bestands - delar 9 Исследован в химическом отношении естественный минерал тунгстен CaWO4 , позднее названный шеелитом, из него выделен оксид вольфрама WOз , явившийся источником получения нового химического элемента вольфрама.
но активным, научно компетентным и профессионально дисциплинированным аптекарем К. В. Шееле, можно выделить ряд нижеследующих особенностей экспериментальной творческой деятельности скандинавского ученого.
Шведский химик по призванию и помощник аптекаря по должности К. В. Шееле полагал, что серная H2SO4, азотная HNO3, соляная HCl или фосфорная H3PO4 кислота освобождает из плавикового шпата CaF2 освобождает какую-то особую кислоту, названную им плавиковой или «фторной» и содержащую новый
3 *
химический элемент 3.
Химический элемент кислород К. В. Шее-ле получил прокаливанием селитры с серной кислотой и дальнейшим разложением получившегося оксида азота, разложением окиси ртути и другими способами 4.
Открытия К. В. Шееле кислорода 4 и
сложного состава воздуха 11 позволили А. Л.
Лавуазье (1743—1794) разработать кислород-12
ную теорию горения 12 и превратить химию из совокупности не связанных друг с другом рецептов в общую теорию, позволяющую описывать, объяснять и предсказывать явления.
Интеллектуальная интуиция шведского аптекаря К. В. Шееле позволила спроектировать и реализовать успешный химический опыт открытия хлора посредством помещения смеси черной магнезии или пиролюзита с му-риевой или соляной кислотой в реторту, к горлышку которой был присоединен пузырь, лишенный воздуха, помещенную в песчаную баню.
В процессе протекания химической реакции при нагревании песчаной бани, представи-мой в современных обозначениях:
MnO2 + 4HCl = MnCl2 + 2H2O + Cl2 ,
пузырь наполнился желто-зеленым газом пронзительного запаха 5, который и оказался хлором, имеющим множество современных применений.
По предложению К. В. Шееле очищенный минерал пиролюзит MnO2 , смешанный с сильно раздробленным углем, был помещен в угольный тигель и прокален в течение часа 6. Образовавшийся на дне тигля небольшой королек металла с массой почти в три раза меньшей, чем масса исходного минерала, представлял химический элемент, позже названный марганцем.
Исследование К. В. Шееле 7 и его коллегами, посредством прокаливания «болонского камня» или тяжелого шпата BaSO4 и изучения
свойств полученного оксида ВаО, привело их к установлению того, что в них содержится некая «тяжелая земля», получившая название «барит» (от греч. «барис» - «тяжелый»), извлеченная впоследствии из него в виде металлического химического элемента бария.
Действительный член Шведской королевской академии наук, старший аптекарь из г. Чепинга К. В. Шееле исследовал в лабораторных условиях, как на естественный минерал молибденит МоБ2 действуют известные сильные или крепкие кислоты 8. Эксперимент показал, что в концентрированной азотной кислоте НЫО3 данный естественный минерал растворился, оставляя белый осадок (МоО3). Изучая химические свойства высушенной «особой белой земли», К. В. Шееле установил, что они подобны свойствам веществ, называемых в настоящее время ангидридами или кислотными оксидами. Скандинавский ученый предположил, что в этой «особой белой земле» содержится новый химический элемент. К сожалению, выделить чистый химический элемент — металл молибден К. В. Шееле из «особой белой земли» не удалось.
Плодотворная творческая деятельность шведского химика и аптекаря К. В. Шееле, имеющая рекордные результаты, представляет для современного научного и преподавательского сообщества не только исторический, познавательный, но и дидактический интерес в связи с нарастанием количества нерешенных проблем в проектировании и реализации естественно-математического и технологического образования современной молодежи 13.
Наш тридцатилетний дидактический опыт, накопленный в ряде средних и высших учебных заведений Уральского региона 14, свидетельствует о положительном влиянии учебного материала о творчестве ученых ранга химика К. В. Шееле на организацию и осуществление успешной познавательной и преобразовательной деятельности учащейся молодежи. В связи с этим, на наш взгляд, фрагменты и результаты творческой деятельности ученого К. В. Шееле при изучении химических элементов на школьных и вузовских занятиях по естественно-математическим и технологическим дисциплинам следует считать востребованными современной дидактикой опорными элементами.
Анализ и обобщение представленного выше краткого материала об открытом выдающимся ученым К. В. Шеелем наибольшем множестве химических элементов и их изучении в
системе современного непрерывного образования приводят к нижеследующим выводам:
1. Никто из гениальных, великих, выдающихся, крупных и известных химиков, творивших в области познания и преобразования природной и технологической действительности в течение последних четырех столетий, не может сравниться с К. В. Шееле по числу открытых им химических элементов и соединений.
2. Открытие К. В. Шееле в течение десяти лет семи химических элементов — фтора, кислорода, хлора, марганца, бария, молибдена и вольфрама является наиболее значительным научным рекордом последних четырех столетий, достигнутым на основе огромного трудолюбия, постоянной творческой целеустремленности, интенсивной интеллектуальной активности, самообразовательной научной компетентности и устойчивой профессиональной дисциплинированности.
3. Выделение фрагментов и результатов творческой деятельности К. В. Шееле при изучении химических элементов на школьных и вузовских занятиях по естественно-математическим и технологическим дисциплинам служит дополнительным источником для повышения уровня учебного и научного познания и преобразования природной и технологической действительности современной молодежью.
Литература
1. Каримов М. Ф. // Баш. хим. ж.— 2007.— Т.14.— №4.- С.57.
2. Crell von L. // Chemische Annalen.- 1787.-Bd. I.- S.175.
3. Scheele C. W. Undersu;kning om fluss-spat och dess syra // Kongliga Vetenskaps Academiens
Handlingar.— 1771.- Bd. XXXII.- S.120.
4. Scheele C. W. Chemische abhanlung von der luft und dem feuer.- Upsala und Leipzig: Verlegt von M.Swederus, Buchhandler, 1777.- 159 s.
5. Scheele C. W. // Carl Wilhelm Scheele. Nachgelassene Briefe und Aufzeichnungen.-Stockholm: P.A.Norsted & soner, 1892.- S.74.
6. Scheele C. W. Om brunsten, eller magnesia, och dess egenskaper // Kongliga Vetenskaps Akademiens Handlingar.- 1774.- Bd. XXXV.-S.89.
7. Scheele C. W. Bom braunstein oder magnesia, und dessen eigenschaften. § 36 - 47 // Der Koniglich Schwedischen Akademie der Wissenschaften Abhandlungen aus der Naturlehre, Haushaltungskunst und Mechanik.-1774.- Bd. XXXVI.- St.3.- S.183.
8. Scheele C. W. Versuche mit wasserblen; Molybdaena // Der Koniglich Schwedischen Akademie der Wissenschaften Abhandlungen aus der Naturlehre, Haushaltungskunst und Mechanik.- 1778.- Bd. XL.- St.3.- S.238.
9. Scheele C. W. Undersцkning om Tungstens bestands - delar // Kongliga Vetenskaps Academiens Nya Handlingar.- 1781.- Bd.II.-St.2.- S.89.
10. Dobbin L. The collected papers of Carl Wilhelm Scheele; translated from the Swedish and German originals.- London: G.Bell & Sons ltd., 1931.367 p.
11. Scheele C. W. Ицп om rena luftens mдngd, som dageligen uti var luft - krets дг nдrvarande // Kongliga Vetenskaps Akademiens Handlingar.-1779.- Bd. XL.- S.50.
12. Lavoisier de A. L. Traite elementaire de chimie, presente dans un ordre nouveau et d'apras les decouvertes modernes. Tome premier.- Paris: Chez Cuchet, Libraire, 1789.- 322 p.
13. Каримов М. Ф. // Баш. хим. ж.- 2008.-Т.15.- №4.- С.58.
14. Каримов М. Ф./ Т.15.- №4.- С.41.
Баш. хим. ж.- 2008.-
