Александр Михайлович Бутлеров –
выдающийся химик России

Пособие в помощь учителю химии

5. Значение работ А.М.Бутлерова для развития методики обучения химии

Синтезы А.М.Бутлерова, их значение. Бутлеров осуществил синтез многих органических соединений, что имело принципиальное теоретическое и практическое значение и сыграло важную роль в становлении теории химического строения. Некоторые синтезы стали промышленными (подробно они описаны в разделе 3).

Укажем на наиболее важные синтезы, представляющие интерес для методики обучения химии, и кратко отметим их значение. Это синтез изобутана, предсказанного Бутлеровым, благодаря которому были заложены основы структурной изомерии предельных углеводородов. Это синтез ряда этиленовых углеводородов и доказательство их строения. Это синтез уротропина (гексаметилентетрамин), используемого в медицине, а также сахаристого вещества, с помощью которого была доказана возможность получения органического вещества вне живого организма. Это синтез третичного изобутилового спирта (2-метилпропанол-2), имевшего большое значение для доказательства изомерии спиртов, для разработки общего способа получения третичных спиртов.

Бутлеров первым в науке провел полимеризацию изобутилена, исследовал механизм этого процесса, что имело значение для развития химии высокомолекулярных соединений. Образующийся при этом диизобутилен (смесь двух изомеров) является сырьем для получения в промышленности изооктана, октановое число которого принимается за 100:

Бутлеров осуществил важный синтез – получил этиловый спирт из этилена и предсказал его промышленное значение.

В школьном курсе органической химии представлена лишь небольшая часть перечисленных синтезов. При углубленном изучении химии может быть рассмотрено большее число синтезов и более подробно (краткая история синтеза, условия его осуществления, значение для развития органической химии и промышленности органического синтеза).

А.М.Бутлеров о начальном обучении химии. Большого внимания заслуживают высказывания Бутлерова о содержании обучения химии учащихся, только начинающих ее изучать. С какими понятиями необходимо их знакомить в первую очередь? В какой последовательности? На эти вопросы он дал ответ в работе «Основные понятия химии».

В своей работе ученый перечислил в логической последовательности те вопросы, которые подлежат обсуждению: изменения веществ – механические, физические и химические; реакции – разложения, соединения и замещения; химически сложные вещества и элементы; химические законы; значение теорий; атомистическая теория; численное выражение атомных весов; химические частицы – молекулы; эквиваленты; различные видоизменения элементарных (простых) веществ.

Бутлеров считал, что изучение химии следует начинать с физических и химических явлений. Так, он рассматривает измельчение, плавление и растворение сахара, его кристаллизацию, кристаллизацию поваренной соли. При этом приводятся примеры кристаллизации, наблюдаемые в жизни: благодаря кристаллизации мороз «расписывает» стекла узорами, крупинки снега принимают вид красивых, разнообразных звездочек шестиугольной формы.

Из химических явлений рассматриваются: реакция разложения на примерах разложения сахара, киновари (HgS) на ртуть и серу; реакция соединения: получение киновари из ртути и серы, сульфида железа из железа и серы. На примере реакции соединения разъясняются понятия «химическая связь» и «химическое соединение». Реакция замещения рассматривается на примере вытеснения ртути железом из киновари.

Изучение типов химических реакций позволяет перейти к выяснению понятий «элемент», «простое вещество», «сложное вещество», к рассмотрению количественных отношений, законов сохранения («вечности») вещества, постоянства состава и кратных отношений. Указанные законы объясняются на основе атомно-молекулярного учения. Затем даются понятия о химических формулах, атомном и молекулярном весе (массе), разъясняются понятия «атом» (как химически неделимая частица) и «молекула».

Далее Бутлеров переходит к понятиям «эквиваленты», «валентность», «объемные отношения» и «аллотропия». Его работа заканчивается указанием на значение теории.

Предлагаемое Бутлеровым начальное обучение химии имеет принципиальное значение: школьники знакомятся с веществами, которые окружают их в жизни, с химическими реакциями, законами и понятиями, которые им доступны. Ученый пояснял, что «...основные понятия нашей науки изложены здесь настолько ясно и просто, насколько я сумел это сделать; избегнуть догматичности вполне я не мог, но постарался устранить ее по возможности» [2, т. 3].

Многое из того, что рекомендует Бутлеров изучать на начальном этапе обучения химии, имеется в наших учебниках химии. Тем не менее следовало бы при отборе материала больше связывать его с жизнью, с окружающей действительностью, уделять больше внимания вопросу использования химии человеком.

Развитие понятия «химическое соединение» (на конец 80-х гг. ХIХ в.). Для методики преподавания органической химии большое значение имеет лекция Бутлерова «Современное значение теории химического строения», прочитанная в 1879 г. на общем собрании Русского физико-химического общества. Важно понять, в каких направлениях углублялись знания о химическом соединении, как связаны науки, в частности химия и физика.

При изложении теории химического строения в школе, особенно при углубленном изучении органической химии, следует обратить внимание на развитие понятия «химическое соединение», дополнив его такими существенными признаками, как динамизм и запас энергии.

Разумеется, состояние науки того времени не позволило ученому более полно рассмотреть вопрос об энергии вещества, о роли энергетического фактора при определении реакционной способности вещества.

Курс «Лекции органической химии» А.М.Бутлерова. Обращаясь к педагогическому наследию Бутлерова, нельзя не остановиться на его курсе «Лекции органической химии» [13], в котором есть много полезного для построения лекций по химии.

С точки зрения методики заслуживает внимания манера Бутлерова излагать материал. Разъясняя свои доводы, ученый как бы ведет активный разговор со слушателями. Такой метод изложения заинтересовывает слушателей, заставляет их думать.

Приведем пример из «Лекций...», в котором речь идет о получении ацетилена по способу П.Э.М.Бертло (синтез ацетилена из угля и водорода при температуре электрической дуги).

Бутлеров рассуждает следующим образом. Известно, что уголь легко вступает в реакцию с кислородом, при этом выделяется тепло, которого достаточно для протекания процесса. С водородом уголь даже при «значительном накаливании» не реагирует. Почему? Ученый выдвигает такое предположение: очевидно, в реакции должны участвовать «отдельные частицы сложного тела» (угля) и для его «расщепления» нужна затрата тепла. Реакция происходит лишь в исключительных условиях: при пропускании сильного электрического тока через угольные электроды, помещенные в атмосферу водорода, образуется ацетилен С₂Н₂.

Однако известно, что «углеводородные вещества» при высокой температуре разлагаются на уголь и водород. Как же объяснить образование ацетилена в условиях его распада? Свой ответ на этот вопрос Бутлеров обосновал, исходя из понятия о подвижном равновесии:

объясняя этот процесс уходом части молекул ацетилена в «холодное пространство».

Бутлеров внес существенный вклад в разработку принципов построения курса химии для школы, подходов к отбору теоретического и фактологического материалов, обратив большое внимание на доступность отбираемых для изучения теорий и фактов. Он определил основные требования к учебникам по химии, принципы их построения; раскрыл содержание первоначального обучения химии, последовательность рассмотрения понятий, указал на роль химического эксперимента в обучении; обратил особое внимание на теоретические обобщения, на использование в обучении проблемного изложения, на связь химии с другими предметами. Мысли ученого по этим вопросам имеют значение и в наше время.