Взаимосвязь физики и химии в процессе преподавания физики в полной средней школе

мо-лекулярно-кинетической теории, мы приступили к изучению этих вопросов. Сделанные учащимися сообщения обобщающего характера послужили хорошим введением к изу-чаемой теме.

Использование знаний учащихся из химии при изложении коренных вопросов мо-лекулярно-кинетической теории дало возможность не только сделать доступными вос-приятию многие вопросы курса физики, но и значительно дополнить часть из них. Зна-ние строения одного-, двух- и многоатомных молекул позволило выяснить характер движения этих молекул и внести поправку, поясняющую зависимость физических свой-ства от атомного состава его молекул.

Воспользовавшись методами определения состава воздуха и законом Авогадро, можно доказать справедливость закона Дальтона. Из химии известно, что воздух состо-ит из смесей газов, причем по объему основная доля приходится на азот (78%) и кисло-род (21%).

Все газы, заполняющие определенный объем, распределены в нем равномерно. По-этому общее давление газа на стенки, сосуда является следствием ударов молекул газо-вой смеси. Очевидно, последовательное удаление компонентов смеси должно сопрово-ждаться уменьшением давления в сосуде. Воспользовавшись опытом определения со-става воздуха методом сжигания красного фосфора в сосуде соединенном с маномет-ром, можно определить, какую часть, объема воздуха в сосуде занимал кислород, и ка-кое давление он создавал в данном сосуде, т.е. парциальное давление кислорода.

Дав формулировку закона Дальтона (это удобнее сделать после изучения закона Авогадро) можно его пояснить на основе молекулярной теории, взяв за основу закон, Авогадро. Так как давление газа при неизменной температуре зависит только от числа молекул в единице объема, то при удалении части молекул из данного объема давление газа должно уменьшиться. Но такое же уменьшение давления может быть получено за счет удаления такого же числа молекул другого, газа, что подтверждается законом Аво-гадро. В этом, собственно, и заключена суть связи закона Авогадро с законом Дальтона.

Независимо от способа вывода основного уравнения кинетической теории газов и уравнения Менделеева–Клапейрона, учащимся необходимо хорошо знать закон Авогад-ро, число Авогадро, иметь представление о молекулярной массе и методах его опреде-ления, знать соотношения между объемом, массой и молекулярным весом газа при нор-мальных условиях. Предварительное повторение этих понятий в определенной степени облегчит вывод основных соотношение молекулярной физики.

Использование этих данных из химии и физики позволяет раскрыть физическую сущность универсальной газовой постоянной (R), постоянной Больцмана (К), значи-тельно упростить вывод основного уравнения кинетической теория газа, формулу сред-ней квадратичной скорости движения молекул газа выведенной из основного уравнения кинетической теории газа.

В теме «Основные положения молекулярно-кинетической теории» при изучении методов определения массы и размеров молекул нужно полнее опираться на знания, по-лученные учащимися в курсе химии. Это позволяет сократить время, предусмотренное на изучение этих вопросов программой по физике и соответственно увеличить время на изучение принципиально новых вопросов и решение задач творческого характера.

При изучении в X классе взаимодействия атомов и молекул, а также физических свойств твердых тел и жидкостей следует уделить особое внимание видам химической связи, известным учащимся из курса химии VIII классе, т.к. этот материал в дальнейшем используется при изучении проводников и диэлектриков, электрического тока в газах, жидкостях и металлах при изучении электрических свойств полупроводников и других вопросов курса физики.

Причем изложение видов химической связи на уроках физики должно быть не про-стым повторением изученного в химии, а определенным дополнением и углублением знаний учащихся в этой области.

Практика работы показала, что понятие Ван-дер-Ваальсовой, ионной и металличе-ской связи можно дать учащийся VIII класса при изучении взаимодействия молекул и на основе полученных представлений о видах связи (включая и ковалентную связь, извест-ную учащимся из курса химии) раскрыть содержание разделов, касающихся строения и свойств твердого тела и жидкости. К этому времени учащимся уже известно строение атомов элементов малых и больших периодов, электростатическое взаимодействие од-ноименных и разноименных зарядов, поэтому объяснение видов связи на основе совре-менных представлений о строении атома не вызывает существенных затруднений.

Для уточнения понятия об энергии взаимодействия молекул желательно вернуться к вопросу об ионной связи при изучении закона Кулона в IX классе. Сила связи может быть определена по формуле закона Кулона:

где l - заряд электрона.

При уменьшении расстояния r между ионами сила взаимодействия возрастает по абсолютной величине, и при этом должна также возрастать энергия притяжения, но при определенное значении r начинают действовать силы отталкивания, причина которых заключается в электростатическом взаимодействии следующих электронных оболочек атомов. Эти силы быстро возрастают, и при некотором значении r0 устанавливается равновесное состояние ионов. Энергия взаимодействия в этом случае минимальна, что соответствует устойчивому состоянию образовавшейся молекулы. Это легко поясняется графиком на рисунке.

На основе понятия об ионной связи можно познакомить учащихся со строением ионных кристаллов, объяснить их физические свойства.

Достаточно глубокое объяснение причин возникновения ковалентной связи явля-ется трудной задачей, так как для этого необходимо знание квантовой теории строения атома. Однако, учитывая важность этого вида связи, целесообразно использовать имеющиеся в учебнике химии VIII класса объяснение ковалентной связи на основе мо-делей электронных облаков в атомах. Здесь же в параграфе «Атомные и молекулярные решетки» преподаватель физики найдет ценный иллюстративный материал для объяс-нения физических свойств веществ с атомными кристаллическими решетками. Помимо названных видов связи, желательно познакомить учащихся, хотя бы в общих чертах, с металлической связью.

В металлических телах существует связь, отличная от ионной и ковалентной, по-лучившая название металлической. Учащимся известно, что валентные электроны в атомах металла связаны с ядром относительно слабо. А атомы металла в твердом со-стоянии тела располагаются настолько близко, что валентные электроны приобретают способность покидать атом и свободно перемещаться, распределяясь равномерно по всему объему металла. Образовавшиеся положительные ионы металла стягиваются блуждающими между ними электронами.

В заключение полезно познакомить учащихся с таблицей зависимости физических свойств вещества от типа кристаллической решетки.

Таблица 2

Тип кри-сталла Свойства вещества Струк-турные единицы Тип связи Приме-ры

Молеку-лярные кристаллы Мягкие, низкая температура плавления, растворимы в органических жидкостях. Молеку-лы Ван-дер-Ваальсовы силы Йод, лед

Металли-ческие Твердые, высокая температура плавления, тягучие, ковкие, высокая электротепло-проводность, металлический блеск, рас-творимы только в жидких металлах. Ионы металлов Металличе-ская связь Медь и другие метал-лы

Ионные кристаллы Твердые и упругие, высокая температура плавления, растворимы в ионизирующих растворителях типа воды или нераство-римы. Растворы или расплавы проводят электрический ток Положи-тельные и отри-цатель-ные ио-ны Электро-статическая ионная связь Хлори-стый натрий

Атомные кристаллы Твердые, высокая температура плавленая, нерастворимы практически ни в каких растворителях Атомы Ковалент-ная связь Алмаз, карбо-рунд

Изложение видов химической связи на уроках физики на основе сведений, извест-ных учащимся из химии, позволяет значительно расширить знания учащихся о внутрен-нем строении физического тела, объяснить зависимость физическая свойств от его структуры.

Помимо использования данных химии на уроках физики мы также вводим такую форму межъядерной связи, при которой учитель химии обращает особое внимание на те вопросы своего курса, которые имеют непосредственное отношение к молекулярной физике. Задача заключалась в том, чтобы на уроках химии была отражена физическая сущность ряда предусмотренных программой физико-химических процессов. Не говоря о значении такой взаимосвязи для курса химии она позволяет в известной мере допол-нить знания учащихся по молекулярной физике.

Так, например, проведение разнообразных химико-технологических процессов свя-зано с переходом вещества из одного агрегатного состояния в другое. Поэтому многие разделы химии могут содействовать расширению и углублению знаний учащихся по молекулярной физике разъяснением механизма агрегатных превращений, установлени-ем влияния примесных компонентов в смесях на точку кипения, плавления и температу-ру кристаллизации различных веществ и т.п.

Такие темы, как «Металлы», «Теория химического строения органических соеди-нений», «Строение и свойства высокомолекулярных соединений» и др. способствуют развитию представлений о внутренней структуре твердого тела и характеризуют его фи-зические свойства на основе атомно-молекулярной теории.

Таким образом, приведенные примеры взаимосвязи физики и химии при изложе-нии основ молекулярной физики убедительно демонстрируют одностороннюю связь, применяемую для усиления глубины изложения и доказательности отдельных разделов молекулярной физики, и дополняющую связь, характеризующую возможности расши-рения кругозора учащихся по молекулярной физике при изучении взаимосвязанных с нею тем химии.

ЛИТЕРАТУРА

1. Максимова В. Н. «Межпредметные связи и совершенствование процесса