Урок-конференция Пятая вертикаль


Цель: развить интерес школьников к химии;
расширить знания учащихся, приобщить их к чтению
научной и научно-популярной литературы.

Ведущий: Давай же вместе сделаем “пять
шагов” от края периодической таблицы и начнем
спускаться вертикально вниз через всю
периодическую таблицу. Нам, как археологам
откроются слои этой таблицы: толстые – периоды и
более тонкие ряды.

Перед вами предстанут апатичный Азот,
скрывающий свои способности за внешней
инертностью; многоликий Фосфор; волшебник
Ванадий, обладающий могучей силой, способной
ускорять превращения соединений; известный
отравитель Мышьяк, на счету которого смерь
королей и императоров; знаменитые врачеватели
Ниобий и Тантал; древняя 5000 – летняя Сурьма;
хрупкий Висмут и недавно родившийся 105-й элемент,
названный в честь великого Нельсона Бора.

Ведущая:

Знание химии введет нас в мир
необычных явлений и чудесных превращений этих
элементов – в мир практических приложений их
“способностей”. Мы увидим, как химические
элементы V группы помогают людям строить
общество без эксплуатации, голода и болезней, как
могучая сила химии помогает преобразовывать
нашу планету и простирает руки свои в
космические дали.

Ученик:



Если попытаться подробно рассказать
историю открытия элементов V группы, то получится
большая увлекательная повесть, полная
приключений. Мы смогли бы побывать в древнем
Египте и в Америке, совершили бы путешествие по
Европе и узнали бы, как меняют свои имена
элементы, переходя из страны в страну. Но на такой
подробный рассказ не хватит, пожалуй, и десятка
дней. Цель у нас иная: познакомиться не только с
тем, как открывали элементы, но побольше узнать
об их применении.

Ученик:

(Рассказывает об открытии азота)

Официальной датой открытия азота считается 1772
г., а лавры первооткрывателя отданы Даниэлю
Резерфорду (1749-1819гг.) Однако еще в 1770 г. швед,
помощник аптекаря Карл Шееле (1742-1786 гг.), будущий
академик, выделил азот из “сгоревшего воздуха”.
Но не сообщил об этом. Иногда случается в науке,
что открытие, как говорят “носится в воздухе”,
т.е. почти одновременно несколько исследователей
вплотную подходят к открытию.

С названием азоту не повезло. Д.Резерфорд
назвал его “постоянным или удушливым воздухом”.
Другой известный химик Д. Пристли считал азот
“флогистонированным воздухом”; К.Шееле
употреблял термин “дурной воздух”; Г.Кавендиш
говорил о нем как об “удушливом воздухе”, и,
наконец, прижившееся у нас название “азот” дал
ему ученый А.Л.Лавуазье (“а” — по-греческий
отрицание, “зое” — жизнь); по-русски это означает
“безжизненный”.

В наше время применение к азоту
прилагательного “безжизненный” звучит
парадоксально. Ведь основу жизни на нашей
планете составляют именно соединения азота.

Ученик:

(Рассказывает о фосфоре)

По-гречески “фосфор” значит “светоносный,
светящийся”. На воображение людей, живущих
триста лет назад, способность фосфора светится в
темноте оказывало такое же ошеломляющее
впечатление, какое в наш XX в. произвело открытие
радиоактивности (т.е. способности элементов,
самопроизвольно распадаясь, превращаться в
другие элементы). Да что там век XVII.вот
воспоминания нашего современника академика
С.И.Вольфковича: “Фосфор получался в
электрической печи, установленной в Московском
университете на Моховой улице…. В течение многих
часов работы у электропечи часть выделяющегося
газообразного фосфора настолько пропитала мою
одежду и даже ботинки, что когда ночью я шел из
университета по темным, не освещенным тогда
улицам Москвы. Моя одежда излучала голубоватое
сияние, а из – под ботинок (при трении их о
тротуар) высекались искры. За мной каждый раз
собиралась толпа, среди которой, несмотря на мои
объяснения. Немало было лиц, видевших во мне
“новоявленного” представителя потустороннего
мира. Вскоре среди жителей района Моховой и по
всей Москве из уст в уста стали передаваться
фантастические рассказы о “светящемся монахе”

Ученик:

Гамбургский алхимик и купец Г.Бранд,
выделивший фосфор в 1669 г., сразу же стал
наживаться с его помощью. Показывая светящийся в
темноте, как говорил Г.Бранд, “мой огонь”, он
получал подарки и деньги. Причем весь процесс
показа окружался достаточной таинственностью.
Но число лиц, видевших “удивительного
светоносца”, росло, поэтому хранить тайну
фосфора, стало нелегко и делец Г.Бранд, продал
“тайну” получения фосфора дрезденскому химику
И. Крафту. Новый владелец оказался не честнее
первого и, выдав фосфор за свое собственное
открытие, преподнес его ганноверскому королю.

В заключении следует сказать, что, по некоторым
данным, человечество знакомо с фосфором гораздо
более трехсот лет. Известно, что алхимия в
арабских странах стояла по своему уровню гораздо
выше европейской. Во времена крестовых походов
знания, накопленные арабами, стали проникать в
Европу и способствовали развитию некоторых наук,
в том числе и химии. Стало известно даже имя
автора рукописи, в которой упоминается о
получении фосфора. Хотя почти с уверенностью
можно сказать, что не он первый из арабов получил
фосфор, все-таки, отмечая заслуги арабских
химиков, следует привести имя человека,
решившегося поведать миру о “таинственном
огне”. Его имя Алхид Бехил.

Ученик: (Рассказывает о ванадии)

В следующем периоде системы Д.И.Менделеева мы
видим элемент , названый в честь богини красоты
древних скандинавов – легендарной Фреи Ванадис.
Это имя элементу дал в 1831 г. Гаврил Сефстрем,
профессор Горного института в Стокгольме. Он
выделил элемент из шлака, получающегося при
плавке руды в доменных печах. Работу Г.Сефстрем
осуществил вместе со своим учеником
И.Я.Берцелиусом.

Объективность следует сказать, что до
Г.Сефстрема этот элемент уже был выделен, и даже
не один, а два раза. В 1801 г. мексиканский минеролог
А. Мигуэль дель Рио обнаружил в бурной свинцовой
руде не встречавшийся прежде элемент и назвал
его “эритронием”. Однако он усомнился в своих
выводах и решил, что имеет дело с недавно
открытым хромом. Поэтому не обнародывал своей
находки. Чуть раньше Г.Сефстрема к открытию этого
элемента подошел Ф.Велер, тот самый, с именем
которого связывают первый в истории синтез
органического вещества в лаборатории. Ф.Велер
исследовал привезенные из Мексики руды (с
которыми имел дело и дель Рио) и обнаружил в них
нечто необычное, но тут он некстати заболел, а
когда возобновил работу и определил, что имеет
дело с новым элементом, то было уже поздно –
Г.Сефстрем к этому времени опубликовал известие
о своем открытии. Таким образом, честь открытия
ванадия оставалось за Г.Сефстремом

В 1869 г. Г.Роско удалось впервые получить ванадий
96% — процентный чистоты. Впервые чистый ванадий
получен в 1927 г.

Ученик:

(Рассказывает об открытии мышьяка)

Выделение аналогов фосфора из руд не
представляет особых трудностей. Поэтому мышьяк,
сурьма и висмут сделались известными задолго до
открытия фосфора. Металлический мышьяк в Европе
впервые был выделен алхимиком XIII в. (примерно 1250
г.) доминиканским монахом Альбертом Великим. Это
монашеское имя принадлежало широко
образованному энциклопедисту. Профессору графу
фон Боллштедту. Он пользовался большой
известностью, занимал высокие церковные
должности, а конец своей жизни провел уединенно в
одном из монастырей близ Кельна. Один из
образованнейших людей своего времени, Боллштедт
умел читать алхимические книги арабов и греков.
Вероятно, в одной из таких книг он и встретил
упоминание о возможности получения
металлического мышьяка после того, как разобрал
язык символов, которым обычно пользовались
алхимики.

Химическая реакция в записи персидских
алхимиков.

Ведь только значительно позже (примерно в 1814 г.)
И.Я.Берцелиус ввел химические символы, которыми
мы пользуемся до сего дня.

Эволюция символов химических
элементов.

Сейчас уже твердо установлено, что греки и
арабы значительно раньше XII в. умели получать
мышьяк. Впервые право мышьяка называться
элементом утвердил знаменитый француз
В.Л.Лавуазье – юрист и адвокат по образованию,
физик и химик по призванию.

По причине необычайной ядовитости мышьяка его
алхимическим символом служило изображение
извивающейся змеи с раскрытой пастью.

Змей — алхимический, знак мышьяка.

Ученик:

Сохранился поучительный исторический
документ, рисующий роль мышьяка во
взаимоотношениях высокопоставленных особ
средневековья, — инструкция наваррского герцога
Карла своему менестрелю (1384):

“Иди в Париж. Ты сможешь сослужить великую
службу. Ты сделаешь так. Есть одна вещь, которая
называется мышьяком.

Ты его найдешь в Бордо, в Байонет и во многих
городах, через которые проедешь, в лавках
аптекарей.

И когда ты будешь в доме короля, держись около
кухни, буфета, около винного погреба….. и бросай
этот порошок в овощи, мясо, если сможешь это
сделать без опасности для себя”.

Таинственные яды, не оставлявшие улик и
действовавшие безотказно, с помощью которых
совершали свои преступления коронованные
отравители средних веков, были не что иное, как
препараты 2 белого мышьяка”. “Белый мышьяк”
перестал быть излюбленным орудием преступного
мира лишь после того, как судебная химия получила
в свое распоряжение бесспорные методы
распознавания отравления мышьяком даже спустя
много лет после смерти отравленного им человека.

Ученик:

(Рассказывает о ниобии и тантале)



Элементы, образующие в семействе V группы
свою “ветвь”, похожи друг на друга не только по
своим свойствам. Но и “родственники” по
названиям: ванадий, ниобий, тантал. В-первых,
наименования всех трех относятся к области
мифологии. Во-вторых, в названиях указана прямая
родственная связь: в древнегреческой мифологии
Ниобия , является дочерью Тантала.

Имя “ ниобий” дал элементу немецкий химик
Генрих Розе. Тем самым подчеркивалось сходство
нового (как был уверен Г.Розе) элемента с уже
известным к 1844 г. танталом. Как оказалось
впоследствии. Это было, второе рождение элемента
первое произошло, 1801 г. Английский ученый Чарлз
Хатчет изучал черный минерал, присланный из
недавно образовавшихся США. Работая с этим
минералом, он выделил оксид неизвестного прежде
элемента. Элемент Хатчет назвал колумбием.
Подчеркивая его заокеанское происхождение.
Черный минерал получил название “колумбит”.

Через год в 1802 г. шведский химик А.Густав
Экеберг обнаружил в одной из финляндских руд
новый химический элемент. А.Экеберг не знал об
открытии Ч.Хатчета и поэтому новому элементу дал
наименование “тантал”, а руда стала называться
танталитом. Сходство тантала и колумбия и их
соединений между собой было так велико, что свыше
сорока лет подавляющее большинство химиков
считало: колумбий и тантал – один и тот же
элемент.

Ученик:

За этим элементом прочно закрепилось название
“тантал”. Поводом к такому названию послужило
необычное для металлического оксида свойство: он
не способен “насыщаться” – образовывать соли с
кислотами.

Как известно, мифологический герой Тантал был
осужден богами на вечный голод и жажду. Муки его
усугублялись видом все время ускользающих от его
уст водяных струй и сочных плодов.

Когда Г.Розе в 1844 г. исследовал образцы
колумбита, найденные в Бразилии, он вновь
столкнулся с оксидами не одного, а сразу двух
металлов. Поскольку считалось, что колумбий и
тантал – это один элемент, то Розе счел возможным
дать название элементу, образующему второй
оксид. Подчеркивая сходство, он назвал этот
второй элемент, входящий в минерал. Ниобий, по
имени Ниобей, дочери легендарного Тантала.

Металлический ниобий был впервые получен лишь
1866 г. шведским ученым Бломстрадом при
восстановлении хлорида ниобия водородом.

Ученик:

(Рассказывает об истории открытия
сурьмы)

Ближайший аналог мышьяка – сурьма была
известна уже в античной древности не только в
виде своего природного соединения – сурьмяного
блеска, применявшегося античной косметике
женщинами для чернения (сурмления) бровей, но и
как простое вещество. Сохранились изготовленные
из сурьмы халдейские вазы очень древнего
происхождения. Но лишь известный средневековый
металлург Агрикола признал сурьму за металл,
отличный от прочих металлов. Агрикола оставил
нам следующее любопытнейшее сообщение о
применении сурьмы в его время:

“Если путем сплавления определенная порция
сурьмы прибавляется к олову, получается
типографический сплав, из которого
изготовляется шрифт, применяемый теми, кто
печатает книги”.

Таким образом, главное современное применение
сплава сурьмы как наилучшего материала для
типографического шрифта ведет свое начало почти
с изобретения самого книгопечатания.

Воображение алхимиков сурьма больше всего
поразила своим свойством растворять все металлы.
Поэтому она слыла у алхимиков “волком металлов”
- изображение волка и служило ее алхимическим
символом

Волк – алхимический знак сурьмы

На сплавлении золота с сурьмой был основан
средневековый способ очищения золота от
примесей, которые при этом переходят в шлак.

Именно очищение с помощью сурьмы золота дало
повод алхимику Валентину применять сурьмяные
препараты в лечебных целях для очищения и
человеческого организма от вредоносных начал.
Существует предположение. Что лечебные свойства
своих препаратов Валентин испытывал на своих
собратьях по Бенедиктинскому ордену, но эти
препараты оказали на монахов явно губительное, а
не целебное действие; отсюда и интернациональное
название сурьмы: Antimonum –“противомонашеский”.

“Триумфальная колесница сурьмы” Валентина –
первая монография, посвященная сурьме, и одно из
наиболее выдающихся и много раз
переиздававшееся произведение алхимического
периода. Главной задачей книги была пропаганда
медицинского применения сурьмяных препаратов. В
этом сочинении сурьме дается следующая
стихотворная характеристика:

Я — дым плавильных печей.
И страшно ядовитый дым.
Но я теряю яд
Через искусство и сноровку
И тогда несу помощь людям и животным.
Применяй лишь меня правильно и с вниманием,
И ты получишь через меня добрую защиту.
И все же я яд и останусь ядом,
Пронзившим немало сердец.

Ученик: (Рассказывает об истории открытии
висмута)

Кроме мышьяка и сурьмы, алхимикам был известен
и элемент, завершающий подгруппы, — висмут. Наряду
с сурьмой висмут применялся для изготовления
типографических шрифтов, но считался не
самостоятельным металлом, а разновидностью
сурьмы.

Спрашивается: почему алхимики и ятрохимики,
хорошо различавшие эти два металла, описывали их
не как разные металлы, а как разновидности один
другого? Причина этого – живучесть
предрассудков. Согласно алхимическому
лжеучению, металлы произрастают в земле, подобно
растениям, каждый под влиянием излучений своей
планеты4 следовательно, настоящих металлов
должно быть столько же, сколько известно планет,
т.е. семь.

В самом деле, лишь в позднейшую эпоху (в 1640 г.) мы
впервые встречаем в научной литературе
предположение, что число металлов должно быть
больше семи, и аргументируется это “смелая”
гипотеза тем, что “Галилео Галилей написал
трактат о спутниках Юпитера, в котором
содержатся интересные наблюдения о числе и
движении новых планет”.

Традиция связывать металлы с планетами, будучи
плодом столь живучего суеверия.



металлы церий и палладий получили свои
названия от первых, только что перед ним открытых
астероидов – Цереры и Палладия.

Не существенно, что именно побуждало алхимиков
и ятрохимиков роднить сурьму с висмутом и мышьяк
с сурьмой. Поучительно, что идея группировки
элементов в естественные семейства в зачатке
возникла еще в столь младенческий период
развития химии и что эта идея, может быть, и тогда
уже не оставалась бесплодной для практиков,
побуждая их для сходных металлов искать и
сходные применения, как применение сурьмы вслед
за мышьяком в медицине и висмута вслед за сурьмой
в книгопечатании.

Ученица: (

Рассказывает об истории открытия
нильсбория)

В статье “Рождение сто пятого” помещенной в
газете “Известия” 13 августа 1970 г., приведено
следующее высказывание академика Г.Н.Флерова:

“В сообщении Объединенного института ядерных
исследований от 18 февраля 1970 года мы писали о
синтезе спонтанно делящегося изотопа 105-го
элемента…..

Наша лаборатория хотела бы назвать этот
элемент в честь выдающегося физика XX в., Нильса
Бора. Это предложение мы уже направили в
Международный союз чистой и прикладной химии”.

Пожалуй, не менее ценное с точки зрения ядерной
физики открытие состоит в том, что
исследователями найден принципиально новый
метод синтеза сверхтяжелых элементов.

Ведущий:

Вы познакомились с историей открытия элементов
V группы периодической системы Д.И.Менделеева.
Если посмотреть на таблицу периодической
системы. То можно видеть, что элементы
располагаются с правой и с левой стороны
клеточек, которые они занимают в таблице.

Такое расположение сделано не зря: внутри
группы существует разделение по подгруппам.
Главная подгруппа включает в себя элементы,
начиная со II периода. Побочная подгруппа
открывается элементом, находящимся в IV периоде.
Подобное распределение свидетельствует о том,
что внутри всего семейства пятой группы есть
элементы более близкие по свойствам друг к другу
и менее близкие.

Ведущая:

Интересно. Что даже свойства, наиболее
поражавшие воображение людей, вызывают
противоположные впечатления при взгляде на
“правых” и “левых” членов V группы. Справа
стоят элементы, вызывающие мрачные ассоциации.
“Удушливый воздух” (азот); “таинственный,
многоликий, ядовитый “удивительный светоносец”
(фосфор): “отравитель королей” (мышьяк); “ волк
металлов”, “яд, пронзивший немало сердец”
(сурьма); лишь висмут, пожалуй, избежал мрачных
сравнений, да и то потому, что его в буквальном
смысле вечно путали с сурьмой, оловом и свинцом.

Ведущий:

С противоположной же стороны (в побочной
подгруппе) находятся элементы, благородством
равные богам и героям: ванадий, ниобий. тантал.
Имя 105-го элемента – нильсборий — не выпадает из
этой плеяды. Он носит имя человека, который
неизменно стремился поставить науку на службу
идеям мира и прогресса.

И теперь от нашей воли зависит, чтобы свойства и
энергия нильсборий использовались в мирных
целях.

Литература.

Г.Н.Фадеев “Пятая вертикаль” Элементы V группы
периодической системы Д.И.Менделеева. Книга для
учащихся М. “Просвещение” 1985 г.




Следующий: