Računarski modeli u nastavi hemije. Hemijski modeli objekata prirode

O.S.GABRIELYAN,
I. G. OSTROUMOV,
A.K.AKHLEBININ

POČNI U HEMIJI

7. razred

Nastavak. Vidi početak u br. 1, 2/2006

Poglavlje 1.
Hemija u centru prirodnih nauka

(nastavak)

§ 3. Modeliranje

Osim promatranja i eksperimenta, modeliranje igra važnu ulogu u poznavanju svijeta prirode i hemije.

Već smo rekli da je jedan od glavnih ciljeva posmatranja traženje obrazaca u rezultatima eksperimenata.

Međutim, neka zapažanja su nezgodna ili nemoguće sprovesti direktno u prirodi. Prirodno okruženje se rekreira u laboratoriju uz pomoć posebnih uređaja, instalacija, objekata, tj. modeli. Modeli kopiraju samo najvažnije karakteristike i svojstva objekta i izostavljaju one koje nisu bitne za proučavanje. Riječ "model" ima francusko-italijanske korijene i na ruski se prevodi kao "uzorak". Modeliranje je proučavanje određene pojave uz pomoć njenih modela, tj. zamjene, analozi.

Na primjer, da bi proučavali munje (prirodni fenomen), naučnici nisu morali čekati loše vrijeme. Munje se mogu modelirati na času fizike iu školskoj laboratoriji. Dve metalne kuglice treba da dobiju suprotan električni naboj - pozitivan i negativan. Kada se kuglice približe određenoj udaljenosti, između njih skoči iskra - ovo je munja u malom. Što je veći naboj na kuglicama, što ranije skoči iskra pri približavanju, to je umjetna munja duža. Takva munja se dobija pomoću posebnog uređaja koji se zove elektrofor mašina.

Proučavanje modela omogućilo je naučnicima da utvrde da je prirodna munja ogromno električno pražnjenje između dva grmljavinska oblaka ili između oblaka i zemlje. Međutim, pravi naučnik nastoji pronaći praktičnu primjenu za svaki proučavani fenomen. Što je električna munja snažnija, to je njena temperatura viša. Ali pretvaranje električne energije u toplinu može se "ukrotiti" i koristiti, na primjer, za zavarivanje i rezanje metala. Tako je rođen proces električnog zavarivanja koji je danas svima poznat.

Svaka prirodna nauka koristi svoje modele koji pomažu u vizualizaciji stvarnog prirodnog fenomena ili objekta.

Najpoznatiji geografski model je globus. Ovo je minijaturna trodimenzionalna slika naše planete, pomoću koje možete proučavati lokaciju kontinenata i okeana, zemalja i kontinenata, planina i mora. Ako se slika zemljine površine nanese na list papira, onda se takav model naziva karta.

Posebno se široko koristi modeliranje u fizici. U lekcijama na ovu temu upoznaćete se sa raznim modelima koji će vam pomoći da proučavate električne i magnetske pojave, zakone kretanja tela i optičke fenomene.

U proučavanju biologije, modeli se također široko koriste. Dovoljno je spomenuti, na primjer, modele - lutke cvijeta, ljudskih organa itd.

Modeliranje nije ništa manje važno u hemiji. Uobičajeno, hemijski modeli se mogu podijeliti u dvije grupe: materijalni i znakovni (ili simbolički).

materijalni modeli atome, molekule, kristale, hemijsku proizvodnju hemičari koriste za veću jasnoću.

Verovatno ste videli sliku modela atoma, koji podseća na strukturu Sunčevog sistema (Sl. 30).

Za modeliranje hemijskih molekula koriste se modeli sa kuglom i štapom ili volumetrijski modeli. Sastavljeni su od kuglica koje simboliziraju pojedinačne atome. Razlika je u tome što se u modelima kugle i šipke atomi kugle nalaze na određenoj udaljenosti jedan od drugog i međusobno su pričvršćeni šipkama. Na primjer, loptasti i štapić i volumetrijski modeli molekula vode prikazani su na Sl. 31.

Modeli kristala podsjećaju na modele molekula s kuglom i štapom, ali ne prikazuju pojedinačne molekule tvari, već pokazuju međusobni raspored čestica tvari u kristalnom stanju (Sl. 32).

Međutim, najčešće kemičari ne koriste materijal, već kultni modeli su hemijski simboli, hemijske formule, jednadžbe hemijskih reakcija.

Počećete da govorite hemijskim jezikom, jezikom znakova i formula, od sledeće lekcije.

1. Šta je model, a šta simulacija?

2. Navedite primjere: a) geografskih modela; b) fizički modeli; c) biološki modeli.

3. Koji se modeli koriste u hemiji?

4. Od plastelina napravite kuglice i štapiće i trodimenzionalne modele molekula vode. Kakvog su oblika ovi molekuli?

5. Zapišite formulu cvijeta krstaša ako ste proučavali ovu porodicu biljaka na času biologije. Može li se ova formula nazvati modelom?

6. Zapišite jednačinu za izračunavanje brzine tijela ako znate put i vrijeme koje je potrebno tijelu da pređe. Može li se ova jednačina nazvati modelom?

§ 4. Hemijski znakovi i formule

Simbolički modeli u hemiji uključuju znakove ili simbole hemijskih elemenata, formule supstanci i jednačine hemijskih reakcija koje su u osnovi "hemijskog pisanja". Njegov osnivač je švedski hemičar Jens Jakob Berzelius. Berzeliusovo pisanje se zasniva na najvažnijem od hemijskih pojmova – „hemijskom elementu“. Hemijski element je vrsta identičnih atoma.

Berzelius je predložio označavanje hemijskih elemenata prvim slovom njihovih latinskih imena. Tako je prvo slovo njegovog latinskog imena postalo simbol kiseonika: kiseonik - O (čitaj "o", jer je latinski naziv ovog elementa kiseonikijum). Shodno tome, vodonik je dobio simbol H (čitaj "pepeo", jer je latinski naziv ovog elementa hidrogenijum), ugljenik - C (čita se "ce", jer je latinski naziv ovog elementa carboneum). Međutim, latinski nazivi za hrom ( hrom), hlor ( klorum) i bakar ( cuprum) kao i ugljenik, počnite sa "C". Kako biti? Berzelius je predložio genijalno rješenje: napisati takve simbole kao prvo i jedno od sljedećih slova, najčešće drugo. Dakle, hrom je označen Cr (čitaj "hrom"), hlor - Cl (čitaj "hlor"), bakar - Cu (čitaj "kuprum").

Ruski i latinski nazivi, znaci 20 hemijskih elemenata i njihov izgovor dati su u tabeli. 2.

U našoj tabeli ima samo 20 elemenata. Da biste vidjeli svih 110 danas poznatih elemenata, morate pogledati tabelu hemijskih elemenata D.I. Mendelejeva.

tabela 2

Nazivi i simboli nekih hemijskih elemenata

Rusko ime hemijski znak Pronunciation Latinski naziv
Nitrogen N En Nitrogenijum
Aluminijum Al Aluminijum Aluminijum
Vodonik H Ash Hidrogenijum
Iron Fe Ferrum Ferrum
Zlato Au Aurum Aurum
kalijum K kalijum Kalijum
kalcijum Ca kalcijum Kalcijum
Kiseonik O O kiseonikijum
Magnezijum mg Magnezijum magnezijum
Bakar Cu Kuproom Cuprum
Natrijum N / A Natrijum natrijum
Merkur hg Hydrargyrum Hydrargirum
Olovo Pb Plumbum Plumbum
Sumpor S Es Sumpor
Srebro Ag Argentum Argentum
Karbon OD Tse carboneum
Fosfor R Pe Phosporus
Hlor Cl Hlor Chlorum
Chromium Cr Chromium Chromium
Cink Zn Cink Zincum

Najčešće sastav tvari uključuje atome nekoliko kemijskih elemenata. Možete prikazati najmanju česticu supstance, na primjer, molekulu, koristeći modele kuglica, kao što ste radili u prethodnoj lekciji. Na sl. Prikazana su 33 trodimenzionalna modela molekula vode (a), kiseli gas (b), metan (u) i ugljični dioksid (G).

Hemičari češće koriste simboličke modele, a ne materijalne modele za označavanje supstanci. Pomoću simbola hemijskih elemenata i indeksa pišu se formule supstanci. Indeks pokazuje koliko je atoma datog elementa uključeno u molekulu supstance. Napisano je ispod desno od znaka hemijskog elementa. Na primjer, formule gore navedenih supstanci su napisane na sljedeći način: H 2 O, SO 2, CH 4, CO 2.

Hemijska formula je glavni model u našoj nauci. Sadrži veoma važne informacije za hemičara. Hemijska formula pokazuje: specifičnu supstancu; jedna čestica ove supstance, na primer jedan molekul; kvalitativni sastav supstance, tj. atomi kojih elemenata su dio ove supstance; kvantitativni sastav, tj. koliko atoma svakog elementa ima u molekulu supstance.

Formula tvari također može odrediti da li je jednostavna ili složena.

Supstance se nazivaju jednostavne tvari, koje se sastoje od atoma jednog elementa. Jedinjenja se sastoje od atoma dva ili više različitih elemenata.

Na primjer, vodonik H 2, željezo Fe, kisik O 2 su jednostavne tvari, a voda H 2 O, ugljični dioksid CO 2 i sumporna kiselina H 2 SO 4 su složene.

1. Koji hemijski element ima veliko slovo C? Zapišite ih i izgovorite.

2. Iz tabele. 2 posebno napišite znakove metalnih i nemetalnih elemenata. Reci njihova imena.

3. Šta je hemijska formula? Napišite formule za sljedeće supstance:

a) sumporna kiselina, ako je poznato da njen molekul sadrži dva atoma vodika, jedan atom sumpora i četiri atoma kiseonika;

b) vodonik sulfid, čiji se molekul sastoji od dva atoma vodonika i jednog atoma sumpora;

c) sumpor dioksid, čija molekula sadrži jedan atom sumpora i dva atoma kiseonika.

4. Šta ujedinjuje sve ove supstance?

Od plastelina napravite trodimenzionalne modele molekula sljedećih tvari:

a) amonijak, čija molekula sadrži jedan atom dušika i tri atoma vodika;

b) hlorovodonik, čiji se molekul sastoji od jednog atoma vodonika i jednog atoma hlora;

c) hlor, čija se molekula sastoji od dva atoma hlora.

Napišite formule za ove supstance i pročitajte ih.

5. Navedite primjere transformacija kada je krečna voda analit, a kada je reagens.

6. Provedite kućni eksperiment za određivanje škroba u hrani. Koji reagens ste koristili za ovo?

7. Na sl. 33 prikazuje molekularne modele četiri hemikalije. Koliko hemijskih elemenata formira ove supstance? Zapišite njihove simbole i recite njihova imena.

8. Uzmite plastelin od četiri boje. Zamotajte najmanje bijele kuglice - to su modeli atoma vodika, veće plave kuglice su modeli atoma kisika, crne kuglice su modeli atoma ugljika i, na kraju, najveće žute kuglice su modeli atoma sumpora. (Naravno, boju atoma smo odabrali uslovno, radi jasnoće.) Koristeći atomske kuglice, napravite trodimenzionalne modele molekula prikazanih na sl. 33.

Fizički i hemijski model procesa u anodnom mikropražnjenju

V.F. Borbat, O.A. Golovanova, A.M. Sizikov, Omsk State University, Odsjek za neorgansku hemiju

Oksidni slojevi koji nastaju na anodama od aluminijuma, titana, tantala i nekih drugih metala tokom prolaska električne struje između elektroda uronjenih u elektrolit, u nekim slučajevima imaju visoka zaštitna i dielektrična svojstva. Trenutno, laboratorije u različitim zemljama provode značajnu količinu istraživanja u cilju utvrđivanja mogućnosti za poboljšanje zaštitnih i električnih svojstava anodnih prevlaka, traženje optimalnih sastava elektrolita, poboljšanje proizvodnosti procesa i tako dalje. Praktično iskustvo stečeno nedavno u upotrebi plazma-elektrolitičke anodne obrade za stvaranje zaštitnih premaza značajno je nadmašilo teorijske koncepte dostupne u ovoj oblasti.

Na osnovu literature i naših eksperimentalnih podataka, možemo prihvatiti fizički model anodnog mikropražnjenja čija je glavna ideja da je anodno mikropražnjenje kombinacija proboja iskre barijernog dijela oksidnog filma i plina. pražnjenje u gasno-plazma mehuru koji se pojavio nakon sloma. Razmotrimo korespondenciju predloženog modela sa eksperimentalnim rezultatima, uzimajući u obzir slijed procesa.

Oksidacija. Prilikom oksidacije (pri konstantnom naponu na elektrodama) nastaju slojevi debljine do stotine mikrona. Uz formiranje novih oksidnih slojeva, odvija se i proces njihovog rastvaranja. Brojna istraživanja su pokazala da su u periodu prije iskre rasta oksidnog filma anioni elektrolita, poput sulfatnih jona, uključeni u volumen oksida. U poroznim filmovima, anioni se pojavljuju u anodnom oksidu zbog mehaničkog "ugrađivanja" komponenti otopine. Sadržaj aniona uključenih u oksid određen je njihovom sposobnošću da se adsorbiraju na površini sedimenta ili čak da formiraju spojeve nestehiometrijskog sastava.

Proučavanjem faznog i elementarnog sastava prevlaka dobivenih plazma-elektrolitičkom obradom, utvrđeno je da se ovim načinom dobivanja prevlaka u film uvode sulfatni ioni. Štaviše, vrsta registrograma daje osnovu za pretpostavku da se „zarada“ komponenti elektrolita događa na mjestima gdje se javljaju anodna mikropražnjenja u vrijeme njihovog „zacjeljivanja“, pa distribucija elektrolitnih komponenti po filmu nije ravnomjerna i različita. iz distribucije u filmovima dobivenim konvencionalnim eloksiranjem.

Slom je složen probabilistički proces koji se može dogoditi u datoj tački u dielektriku u prilično širokom rasponu napona i vremena. Najvažniji procesi za početak sloma su promjena prostornog naboja u blizini katode (otopina elektrolita) i povećanje volumena ubrizgavanja elektrona u provodni pojas dielektričnog filma. Ovi procesi doprinose razvoju sloma. Početak sloma povezan je s razvojem elektronskih lavina. Vrlo je vjerovatno da nivoi nečistoća u oksidu mogu biti izvor primarnih jona. Takav mehanizam ukazuje na posebnu ulogu komponenti elektrolita koje se unose u oksid, prvenstveno aniona. Zbog toga je mogućnost dobivanja anodnih varničkih premaza u velikoj mjeri određena sastavom otopine. Elektroni koji ulaze u pojas provodljivosti i ubrzavaju se poljem dobijaju energiju dovoljnu da izazove udarnu ionizaciju atoma u oksidu. Potonje dovodi do pojave lavina, koje, dostižući metalnu površinu, formiraju kanale za probijanje. Postojanje linearne zavisnosti probojnog napona od debljine ukazuje na homogenost polja tokom proboja i električnu prirodu proboja.

Uništavanje oksidnog filma - kada su izloženi anodnim mikropražnjenjima na otopinama sumporne kiseline, molekule vode i sumporne kiseline bit će izložene djelovanju elektrona ubrzanih u električnom polju. Podaci o jonizaciji ovih rastvora dostupni su u literaturi. Na osnovu njih, najvjerovatniji joni u plazmi mikropražnjenja će najvjerovatnije biti ioni sa najmanjim potencijalima pojave, tj. H2O+ treba očekivati ​​za molekule vode, H2SO4+ za sumpornu kiselinu, a manje vjerovatno HSO4+.

Dakle, procesi ionizacije i disocijativnog vezivanja elektrona daju sljedeće ione kada se mikropražnjenja primjenjuju na otopine sumporne kiseline (reakcije 1-5). e + H2O  H2O+ + 2e (1), e + H2SO4  H2SO4+ + 2e (2), ili HSO4 + H+ + 2e (3), e + H2O  OH + H- (4), e + H2SO4  H + HSO4- (5).

Pozitivni i negativni joni nastali ovim reakcijama imaju dva različita načina transformacije: 1) neutralizacija naelektrisanja; 2) ionsko-molekularne reakcije. Radikali nastali kao rezultat disocijacije pobuđenih čestica i ionsko-molekularnim reakcijama ulaze u reakcije apstrakcije H atoma od molekula u mjehuru plina iu reakciju rekombinacije.

Nakon formiranja radikala, odvijaju se reakcije apstrakcije H atoma: H(OH, HSO4) + H2SO4  H2(H2O, H2SO4) + HSO4 (6), H(HSO3) + H2O  H2(H2SO3) + OH (7) i reakcije rekombinacije radikala: HSO4 + OH  H2SO4 (8), HSO4 + HSO4  H2S2O8 (9), OH + OH  H2O2 (10), H + HSO4  H2SO4 (11).

Nastajanje sumpordioksida moguće je kao rezultat interakcije molekula sumporne kiseline pobuđenih plazmom mikropražnjenja sa susjednim molekulima: H2SO4* + H2SO4  H2SO3 + H2SO5 (12), ili je moguć i mehanizam: H2SO4*  H2SO3 + O (13). Nastali H2SO3 i H2SO5 zbog visoke temperature u zoni mikropražnjenja termički se disociraju prema jednadžbama:

H2SO3  H2O + SO2 (14), 2H2SO5  2H2SO4 + 0,5 O2 (15).

Neki od radikala izlaze izvan mjehurića plina s mikropražnjenjem u tekućinu koja ga okružuje, gdje ulaze u reakcije rekombinacije jedni s drugima i reagiraju s komponentama elektrolita. Prinos proizvoda kao rezultat procesa koji se odvijaju u sloju elektrolita koji je blizu mjehurića ovisit će o koncentraciji sumporne kiseline (tj. o udjelu iona prisutnih u otopinama sumporne kiseline različitih koncentracija).

Prema predloženom mehanizmu hemijskih transformacija sumporne kiseline, sa povećanjem njene koncentracije u rastvoru, inače, sa povećanjem njene koncentracije u mjehuriću plina s mikropražnjenjem, povećava se broj direktno ioniziranih i pobuđenih sumpornim udarom elektrona. će se pojaviti molekuli kiseline. Budući da se zbog niske ionizacije na energijama elektrona uobičajenim za plinsko pražnjenje, kemijske transformacije tvari odvijaju uglavnom kroz pobuđena stanja, onda u slučaju izlaganja mikropražnjenjima s povećanjem koncentracije sumporne kiseline treba očekivati ​​povećanje u prinosu proizvoda čiji su prekursor pobuđene čestice.

S povećanjem koncentracije sumporne kiseline (više od 14M), udio molekula sumporne kiseline u mjehuru plina i plazme raste, odnosno dolazi do raspada otopljene tvari zbog direktnog djelovanja plazme mikropražnjenja. Za otopine sumporne kiseline manje od 14 M, konverzija otopljene tvari događa se uglavnom zbog djelovanja plazme na otapalo - indirektno djelovanje. Ovo povećava vjerovatnoću reakcija 9,10,11,13 koje dovode do stvaranja stabilnih molekularnih proizvoda: sumpor-dioksida i jedinjenja peroksida.

"Izlječenje" pora - daljnje širenje formiranja plazme prilično brzo dovodi do značajnog smanjenja temperature potonje i, kao posljedica toga, do smanjenja koncentracije nosilaca pražnjenja, prekida struje i brzog hlađenja kanala . Nestanak plinsko-plazma mjehurića će se dogoditi nakon što se gasno pražnjenje u njemu ugasi. Poznato je da će se gasno pražnjenje ugasiti kada gustina struje u njemu padne ispod minimalno dozvoljenog nivoa za samoodrživost pražnjenja. U slučaju mikropražnjenja, razlozi za smanjenje gustine struje pražnjenja gasom mogu biti: 1) iscrpljivanje sloja elektrolita koji se nalazi blizu mehurića sa nosiocima struje tokom vremena, zbog čega elektrolit postaje nesposoban da obezbedi minimalnu dozvoljenu gustinu struje za samoodržavanje pražnjenja, a gasno pražnjenje se gasi; 2) povećanje veličine mehurića mikropražnjenja usled isparavanja tečnosti koja ga okružuje u njega; 3) topljenje ili "zacjeljivanje" (eloksiranjem u plinskoj plazmi) razgradnog kanala u dijelu barijere oksidnog filma. Krater nastao prilikom prvog sloma obično dopire do metalne površine. U ovom trenutku, gustoća struje postaje maksimalna zbog relativno niske otpornosti elektrolita u krateru, što osigurava brzu pojavu oksidnog filma (proizvod plazma-kemijske reakcije MexOy). Dolazi do "zacjeljivanja" mjesta razgradnje, povećava se debljina oksidnog filma, i to uglavnom u dubini materijala podloge.

Dakle, na osnovu rezultata eksperimenta i literaturnih podataka, predlaže se mehanizam djelovanja anodnog mikropražnjenja na otopine sumporne kiseline, koji uključuje sljedeće faze:

Formiranje pobuđenih i jonizovanih molekula u mjehuru mikropražnjenja zbog plinskog pražnjenja koji teče u njemu;

Tok reakcija sa stvaranjem radikala i molekularnih proizvoda, čije reakcije međusobno i sa polaznim materijalima daju većinu konačnih proizvoda;

Difuzijsko uklanjanje nastalih radikala i drugih čestica izvan mjehurića plina, čije reakcije dovode do konačnih molekularnih proizvoda u sloju elektrolita koji je blizu mjehurića.

Bibliografija

Bakovets V.V., Polyakov O.V., Dolgovesova I.P. Plazma-elektrolitička anodna obrada metala // Novosibirsk: Nauka, 1991. P.63-68.

Nagatant T., Yashinara S.T. Studije raspodjele iona fragmenata i njihove reakcije spektrometrom naboja // J. Bull. chem. soc. Jap., 1973. V.46. br. 5. P.1450-1454.

Mann M., Hastrulid A., Tate J. Ionizacija i disocijacija vodene pare i amonijaka udarom elektrona // J. Phys. Rev. 1980. V.58. P.340-347.

Ivanov Yu.A., Polak L.S. Energetska distribucija elektrona u niskotemperaturnoj plazmi // Plasma Chemistry, Moskva: Atomizdat, 1975. Br. 2. C.161-198.

Za pripremu ovog rada, materijali sa stranice http://www.omsu.omskreg.ru/

1.4.1 Hemijski modeli

Osim promatranja i eksperimenta, modeliranje igra važnu ulogu u poznavanju svijeta prirode i hemije. Jedan od glavnih ciljeva posmatranja je traženje obrazaca u rezultatima eksperimenata. Međutim, neka zapažanja su nezgodna ili nemoguće sprovesti direktno u prirodi. Prirodno okruženje se rekreira u laboratoriji uz pomoć posebnih uređaja, instalacija, predmeta, odnosno modela. Modeli kopiraju samo najvažnije karakteristike i svojstva objekta i izostavljaju one koje nisu bitne za proučavanje. Dakle, u hemiji, modeli se mogu uvjetno podijeliti u dvije grupe: materijala i ikona.

Modeli hemijskih i industrijskih aparata

Hemičari koriste materijalne modele atoma, molekula, kristala, hemijske industrije radi veće jasnoće.

Najčešći prikaz atoma je model koji liči na strukturu Sunčevog sistema.

Često se koristi za modeliranje molekula supstanci. lopta i štap modeli. Modeli ovog tipa sastavljeni su od kuglica u boji koje predstavljaju atome koji čine molekul. Kuglice su povezane šipkama, što simbolizuje hemijske veze. Uz pomoć modela kuglice i štapa, uglovi veze u molekulu se prilično precizno reproduciraju, ali se međunuklearne udaljenosti odražavaju samo približno, budući da duljine šipki koje spajaju kuglice nisu proporcionalne dužinama veze.

Dredding modeli prilično precizno prenesu uglove veze i omjer dužina veza u molekulima. Jezgra atoma u njima, za razliku od modela kugle i štapa, nisu označena kuglicama, već spojnim točkama štapova.

hemisferni modeli, takođe se nazivaju Stewart-Brigleb modeli, sastavljaju se od loptica sa izrezanim segmentima. Modeli atoma su međusobno povezani ravninama preseka pomoću dugmadi. Hemisferični modeli precizno prenose i omjer dužina veza i uglova veze i popunjavanje internuklearnog prostora u molekulima. Međutim, ova popunjenost ne omogućava uvijek da se dobije vizualni prikaz međusobnog rasporeda jezgara.

Modeli kristala nalikuju kugličnim modelima molekula, međutim, ne prikazuju pojedinačne molekule tvari, već pokazuju međusobni raspored čestica tvari u kristalnom stanju.

Međutim, češće kemičari ne koriste materijal, već kultni modeli - to su hemijski simboli, hemijske formule, jednadžbe hemijskih reakcija. Pomoću simbola hemijskih elemenata i indeksa pišu se formule supstanci. Indeks pokazuje koliko je atoma datog elementa uključeno u molekulu supstance. Napisano je desno od znaka hemijskog elementa.

Hemijska formula je glavni ikonski model u hemiji. Pokazuje: specifičnu supstancu; jedna čestica ove supstance; kvalitativni sastav tvari, tj. atomi čiji su elementi dio ove tvari; kvantitativni sastav, odnosno koliko atoma svakog elementa je dio molekula supstance.

Svi gore navedeni modeli naširoko se koriste u stvaranju interaktivni kompjuterski modeli.

1.4.2 Klasifikacija kompjuterskih modela

Među raznim vrstama pedagoškog softvera, ističu se oni koji koriste kompjuterske modele. Upotreba kompjuterskih modela omogućava ne samo povećanje vidljivosti i intenziviranje procesa učenja, već i radikalnu promjenu ovog procesa. Posljednjih godina usavršavanje računara ide velikom brzinom, a njihove mogućnosti modeliranja postale su gotovo neograničene, pa se značaj kompjuterskih modela u izučavanju školskih disciplina može značajno povećati. E.E. Nifantiev, A.K. Ahlebinin, V.N. Lihačov napominje da je glavna prednost kompjuterskih modela mogućnost modeliranja gotovo svih procesa i pojava, interaktivna interakcija korisnika sa modelom, kao i implementacija problematičnih, istraživačkih pristupa u procesu učenja.

V. N. Likhachev predlaže klasifikaciju obrazovnih kompjuterskih modela prema nizu kriterija, od kojih su glavni prisustvo animacije pri prikazivanju modela, način kontrole, način vizualnog prikaza modela. Po prisutnosti animacije, UKM može biti dinamičan i statičan. Dinamički sadrže fragmente animacije za prikaz simuliranih objekata i procesa, a u statičnim ih nema. Prema načinu upravljanja, RCM se može upravljati, što vam omogućava promjenu parametara modela, i neupravljano, koje ne pružaju takvu mogućnost.

Među demonstracionim (neupravljanim) modelima mogu se izdvojiti još dve grupe prema mogućnosti interakcije sa korisnikom: interaktivni i neinteraktivni. Interaktivni vam omogućavaju da promijenite vrstu prikaza modela ili točke promatranja na modelu bez promjene njegovih parametara. Neinteraktivne takve mogućnosti ne pružaju.

E.E. Nifantiev, A.K. Ahlebinin i V.N. Lihačov se smatra najkorisnijim sa metodološke tačke gledišta klasifikacija prema objektu modeliranja. Prema nivou zastupljenosti objekata, modeli koji se koriste u nastavi hemije mogu se podijeliti u dvije grupe : modeli makrosvijeta, koji odražavaju vanjska svojstva simuliranih objekata i njihovu promjenu i modeli mikrosveta, koji odražavaju strukturu objekata i promjene koje se u njima dešavaju na nivou njihove atomske i molekularne reprezentacije. A modeli takvih objekata kao što su hemikalije, hemijske reakcije i fizičko-hemijski procesi mogu se kreirati i na nivou mikrosvijeta i na nivou makrokosmosa.

Klasifikacija UKM-a može se prikazati u obliku dijagrama radi veće jasnoće.

1.4.3 Kompjuterski modeli mikrosvijeta

Objekti za modeliranje na nivou mikrokosmosa su atomi, ioni, molekuli, kristalne rešetke, strukturni elementi atoma. Na nivou mikrokosmosa modeliraju se karakteristike strukture materije, interakcija čestica koje čine materiju. Za modeliranje hemijskih reakcija na nivou mikrosvijeta, od velikog su interesa mehanizmi hemijskih procesa. A u modelima fizičkih i hemijskih procesa razmatraju se procesi koji se odvijaju na elektronskom ili atomsko-molekularnom nivou.

Jasno je da CCM koji simuliraju modele mikrosvijeta postaju izvrsni asistenti u proučavanju strukture atoma, tipova kemijskih veza, strukture materije itd.

Modeli atoma 1 - 3 perioda periodnog sistema Mendeljejeva implementirani su u programu " 1C: Tutor. hemija» u obliku Bohrovih modela atoma. U programu su implementirane modernije ideje o strukturi atoma chemland, gdje se razmatra raspodjela elektrona po energetskim podnivoima atoma elemenata i oblik pojedinačnih orbitala na različitim energetskim nivoima.

Program je od posebnog interesa HyperChem. To je jedan od glavnih stručnih programa za teorijsko izračunavanje različitih termodinamičkih i elektronskih parametara molekula. Uz njegovu pomoć moguće je graditi prostorne modele različitih jedinjenja, proučavati karakteristike njihove geometrijske strukture, odrediti oblik i energiju molekularnih orbitala, prirodu raspodjele elektronske gustine, dipolnog momenta itd. Svi izlazni podaci su pruža se u obliku crteža u boji, koji se potom mogu štampati na štampaču, čime se dobija visokokvalitetna slika hemijskih jedinjenja u potrebnim uglovima i projekcijama. Prednost programa je mogućnost da se molekul ispita iz različitih uglova, da se upozna sa karakteristikama njegove prostorne strukture. Ovo se čini izuzetno važnim, jer, kako pokazuje nastavna praksa, učenici obično ne formiraju ideje o molekulima kao prostornim strukturama. Tradicionalna slika hemikalija u jednoj ravni dovodi do gubitka čitave dimenzije i ne stimuliše razvoj prostorne mašte.

Na kursu multimedije Hemija za sve» Koristi se program - stereo demonstrator molekula. Omogućava vam da pružite volumetrijske slike molekula koje se sastoje od atoma vodika, kisika, ugljika i dušika. Za demonstraciju se koriste žičani modeli molekula. Modeli se mogu pomicati, rotirati, prikazivati ​​slike nekoliko različitih molekula u isto vrijeme. Program vam omogućava da sami kreirate nove modele molekula. Ukupno su dati modeli od 25 organskih molekula, međutim didaktička vrijednost ovih modela je niska, jer su predviđeni modeli prilično jednostavnih spojeva koje svaki učenik može sastaviti koristeći plastelin i šibice.

U programu su implementirani demonstracijski orbitalni 3D modeli nekih molekula " Metoda valentnih veza: hibridizacija atomskih orbitala. I u programu Priroda hemijske veze» objašnjava uzroke nastanka kemijske veze na primjeru stvaranja molekule vodika iz atoma. Oba ova programa su uključena u set programa obuke" Hemija za sve - 2000».

Interaktivni demo žičani okviri koji se koriste u programima ChemLand- 115 molekula pretežno organskih jedinjenja, i " Hemija za sve". Ova dva programa imaju svoje prednosti i nedostatke: u programu Chemistry for All modeli se mogu prikazati na cijelom ekranu monitora, dok u programu ChemLand takve funkcije nema, međutim program sadrži veliki broj molekula. U ChemLand koriste se dinamički modeli koji pokazuju prostornu strukturu molekula sa mogućnošću mjerenja uglova veze i dužine veze, što nam omogućava da pratimo promjenu polariteta trokutastog molekula ovisno o vrsti atoma.

Prilikom proučavanja strukture molekula i kristala, programi dizajnirani više za istraživačke svrhe mogu biti korisni. Ovo je, na primjer, program CS Chem3D Pro, koji vam omogućava da kreirate, modifikujete i prikažete trodimenzionalnu strukturu različitih molekula. Takođe koristan program Kristalni dizajner, koji je dizajniran da vizualizira trodimenzionalnu strukturu kristalne rešetke. Ovi programi mogu biti korisni za kreiranje trodimenzionalnih slika molekula i kristala i za njihovo demonstriranje u učionici pomoću kompjutera.

Program " sastaviti molekul“, iako inferioran po svojim mogućnostima u odnosu na gore navedene programe, može se efikasno koristiti u individualnom radu školaraca.

Modeli fizičkih i hemijskih procesa i mehanizama implementirani su u program " Hemija za sve". Ovdje su prikazani neinteraktivni modeli na temu "Elektrolitička disocijacija": disocijacija soli, kiselina, alkalija, hidroliza soli. U istom programu implementirani su neki modeli mehanizama organskih reakcija: alkansko bromiranje, esterifikacija, opći mehanizam reakcija polimerizacije itd. Svi modeli reakcionih mehanizama su neinteraktivni, prikazani su na celom ekranu, imaju zvuk, ali ne postoji tekstualni opis pojava koje se dešavaju, što značajno ograničava upotrebu programa.

U online verziji interaktivnog udžbenika za srednju školu organske hemije za X - XI razred, urednik G. I. Deryabina, A. V. Solovov prikazani su razmjenski i donor-akceptorski mehanizmi stvaranja kovalentne veze, homolitički i heterolitički mehanizmi cijepanja kovalentne veze na primjeru apstrakcije atoma vodonika iz molekula metana, proces sp-hibridizacije. Od velikog interesa su interaktivni 3D demonstracijski modeli organskih molekula i mehanizmi hemijskih reakcija: hlorisanje metana i opšti mehanizam nukleofilne supstitucije. Vrlo je važno da pri radu sa modelima možete promijeniti njihov položaj u prostoru, a za mehanizam reakcije možete promijeniti položaj točke posmatranja.

Još jedan program koji demonstrira mehanizme hemijskih reakcija, program Organic Reaction Animations. Sadrži 34 mehanizma organskih reakcija. Štaviše, svaki mehanizam je predstavljen u obliku četiri varijante molekularnih modela: loptasti i štap, trodimenzionalni i dvije varijante modela sa orbitalnim lopaticama. Jedna od varijanti modela orbitalne lopatice pokazuje promjenu vanjskih orbitala supstrata u toku reakcije, a druga reaktanta. Ovo olakšava promatranje promjene vanjskih orbitala reaktanata tokom reakcije. Ako je potrebno, možete koristiti teorijski materijal interaktivnog višekanalnog alata za spoznaju. Razvoj sami studenti...

  • Kompjutersko testiranje

    Testovi >> Informatika

    ... metodologije ... studiranje književnost... razvoj testovi i testiranje. Kompjuterizovana tehnologija testiranja treba da ima sledeće glavne karakteristike: interaktivno ... mikrosvjetovi); ... (škola ... njima upotreba at ... modeli/ Tutorial za kurs ...

  • Filozofija i metodologija nauke

    Vodič za učenje >> Filozofija

    U oblasti biologije at studiranje koevolucija različitih bioloških vrsta, njima strukture i nivoi organizacije... i uspostavljena. Upotreba metode odolijevaju vanjskim ograničenjima nametnutim parametrima studije. Modeli implementacija...

  • Društvene i kulturne aktivnosti (2)

    Udžbenik >> Sociologija

    ... njima studija, konzervacija, proizvodnja, razvoj, koristiti i kao posljedica toga, razvoj ... . At studiranje kurs, ... mikrosvet ... modeli i kraj model ... interaktivno pedagoške metode i tehnologije. Među njima su i privatnici metode... predškolske ustanove, škola (...

    • Razvoj interaktivnih modela mikrosvijeta i metode njihove upotrebe u izučavanju školskog predmeta hemija

    1.4.1 Hemijski modeli

    Osim promatranja i eksperimenta, modeliranje igra važnu ulogu u poznavanju svijeta prirode i hemije. Jedan od glavnih ciljeva posmatranja je traženje obrazaca u rezultatima eksperimenata. Međutim, neka zapažanja su nezgodna ili nemoguće sprovesti direktno u prirodi. Prirodno okruženje se rekreira u laboratoriji uz pomoć posebnih uređaja, instalacija, predmeta, odnosno modela. Modeli kopiraju samo najvažnije karakteristike i svojstva objekta i izostavljaju one koje nisu bitne za proučavanje. Dakle, u hemiji se modeli mogu uvjetno podijeliti u dvije grupe: materijal i znak.

    Hemičari koriste materijalne modele atoma, molekula, kristala, hemijske industrije radi veće jasnoće.

    Najčešći prikaz atoma je model koji liči na strukturu Sunčevog sistema.

    Modeli s kuglom i štapom se često koriste za modeliranje molekula tvari. Modeli ovog tipa sastavljeni su od kuglica u boji koje predstavljaju atome koji čine molekul. Kuglice su povezane šipkama, što simbolizuje hemijske veze. Uz pomoć modela kuglice i štapa, uglovi veze u molekulu se prilično precizno reproduciraju, ali se međunuklearne udaljenosti odražavaju samo približno, budući da duljine šipki koje spajaju kuglice nisu proporcionalne dužinama veze.

    Dredingovi modeli prilično precizno prenose uglove veze i omjer dužina veze u molekulima. Jezgra atoma u njima, za razliku od modela kugle i štapa, nisu označena kuglicama, već spojnim točkama štapova.

    Hemisferični modeli, koji se nazivaju i Stewart-Briegleb modeli, sastavljaju se od kuglica s izrezanim segmentima. Modeli atoma su međusobno povezani ravninama preseka pomoću dugmadi. Hemisferični modeli precizno prenose i omjer dužina veza i uglova veze i popunjavanje internuklearnog prostora u molekulima. Međutim, ova popunjenost ne omogućava uvijek da se dobije vizualni prikaz međusobnog rasporeda jezgara.

    Modeli kristala nalikuju kugličnim modelima molekula, međutim, ne prikazuju pojedinačne molekule tvari, već pokazuju međusobni raspored čestica tvari u kristalnom stanju.

    Međutim, češće kemičari ne koriste materijalne, već simboličke modele - to su kemijski simboli, kemijske formule, jednadžbe kemijskih reakcija. Pomoću simbola hemijskih elemenata i indeksa pišu se formule supstanci. Indeks pokazuje koliko je atoma datog elementa uključeno u molekulu supstance. Napisano je desno od znaka hemijskog elementa.

    Hemijska formula je osnovni model u hemiji. Pokazuje: specifičnu supstancu; jedna čestica ove supstance; kvalitativni sastav tvari, tj. atomi čiji su elementi dio ove tvari; kvantitativni sastav, odnosno koliko atoma svakog elementa je dio molekula supstance.

    Svi gore navedeni modeli se široko koriste u kreiranju interaktivnih kompjuterskih modela.

    Izbor reaktora za izvođenje reakcije oksidacije sumpornog anhidrida u sumporni anhidrid

    Centralni aparat u svakom hemijsko-tehnološkom sistemu, koji uključuje veći broj mašina i aparata međusobno povezanih različitim vezama, je hemijski reaktor – aparat u kome se odvija hemijski proces. Odabir tipa...

    Prvo se kreira kompjuterski model objekta, a kompjutersko modeliranje se koristi za formiranje molekula na mjestu istraživanja. Model može biti 2D ili 3D.

    Inovativni način razvoja tehnologije za stvaranje novih lijekova

    Nema sumnje u razumnost modela molekula koji se koristi za kvantne hemijske konstrukcije, prema kojem se analizira sistem jezgara i elektrona, a njegovo ponašanje opisuje jednadžbama kvantne teorije, nema sumnje. .

    Inovativni način razvoja tehnologije za stvaranje novih lijekova

    Za metode za određivanje biološke aktivnosti uveden je koncept deskriptora i QSAR. Molekularni deskriptor je numerička vrijednost koja karakterizira svojstva molekula. Na primjer, mogu predstavljati fizičko-hemijska svojstva...

    Proučavanje kinetike alkilacije izobutana sa izobutilenom u izooktan matematičkim modeliranjem

    Proučavanje kinetike reakcije hloriranja benzena

    R = k*C1*Ck? Za najbolju obradu dobijenog modela transformisaćemo oblik funkcije, jer je zavisnost brzine reakcije od vremena konstantna i za prva 3 eksperimenta iznosi 0,0056...

    Metoda simulacije u hemiji

    Trenutno možete pronaći mnogo različitih definicija pojmova "model" i "modeliranje". Hajde da razmotrimo neke od njih. „Model se shvata kao prikaz činjenica, stvari i odnosa određene oblasti znanja u obliku jednostavnijeg...

    Naučne osnove reologije

    Stanje naprezanja i deformacije tijela je općenito trodimenzionalno i nerealno je opisati njegova svojstva jednostavnim modelima. Međutim, u onim rijetkim slučajevima kada se jednoosna tijela deformišu...

    Sinteza i analiza CTS u proizvodnji benzina

    Hemijski model procesa katalitičkog krekinga je vrlo složen. Razmotrimo najjednostavniju od reakcija koje se dešavaju tokom procesa pucanja: SnN2n+2 > CmH2m+2 + CpH2p...

    Sinteza hemijsko-tehnološkog sistema (CTS)

    Proizvodni procesi su raznoliki po svojim karakteristikama i stepenu složenosti. Ako je proces složen i dešifriranje njegovog mehanizma zahtijeva mnogo truda i vremena, koristi se empirijski pristup. Matematički modeli...

    Poređenje reaktora sa čepnim protokom i punim miješanjem u izotermnom radu