В.Я.ВИВЮРСКИЙ

МЕТОДИКА
ХИМИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
В СРЕДНЕЙ ШКОЛЕ

Продолжение. См. № 27–28, 30, 31, 36, 38, 39, 40, 43, 45/2003;
5, 8, 11, 17, 19, 21, 24, 27-28, 32/2004

Глава 5.
Методика работы
с малой массой реактивов

§ 5.1. Преимущество и особенности работы
с малой массой реактивов

Усовершенствование демонстрации протекает в направлении максимального приближения демонстрируемых объектов к учащимся. Для этой цели используют демонстрации крупных объектов, раздаточный коллекционный материал. Но есть еще один прием, который до сих пор недостаточно применяется в практике работы учителей химии. Это опыты самих учащихся с малой массой реактивов.
Идея проведения в школе химических опытов с малой массой реактивов возникла давно. Но, как любая новая идея, она должна была пройти длинный тернистый путь признания и отклонения, падения и подъема. С момента появления первого методического руководства по использованию опытов с малой массой реактивов прошло более 50 лет, и оно стало библиографической редкостью¹. Но благодаря отдельным энтузиастам – учителям и педагогам – эта идея все эти годы постоянно изучалась, исследовалась и совершенствовалась. Сейчас прием работы с малой массой реактивов, объединяющий разные методы экспериментирования (микро-, полумикро- и макрометоды), широко распространяется в массовой практике обучения химии во всех типах учебных заведений.
Почему этот прием так долго пробивал дорогу к признанию и использованию его в практике работы школ? На наш взгляд, существует три причины.
Одна из них кроется в том, что в педагогических вузах техника и методика этого приема студентам не раскрывались и не раскрываются. Поэтому, становясь преподавателями, они и не могли его применять в своей работе. Они психологически не были к этому готовы.
Вторая причина – в методических пособиях авторы о нем говорили вскользь, а то и вовсе не упоминали. В методических журналах об этом приеме было опубликовано всего несколько статей. Лишь в конце 1980-х гг. наконец-то изданы новые методические рекомендации по этому вопросу².
Третья причина – промышленность не могла выпускать оборудование и принадлежности для работы учащихся с малой массой реактивов, т.к. на них не было спроса и заказа. При попытке изготовить оборудование самостоятельно преподаватели встречались со многими трудностями, которые преодолеть большинству из них было не под силу. Ведь нужно было приготовить оборудование и принадлежности для каждого ученика при наполняемости классов, как правило, 30–40 человек.
И все же, несмотря на многие трудности, этот прием все чаще используется преподавателями химии в своей работе. В чем его преимущества перед работой с обычным оборудованием и принадлежностями? Они следующие.

1. Применение массы твердых веществ объемом со спичечную головку или с горошину, а массы растворов – в виде капель дает возможность отчетливо и детально наблюдать явления.
2. Работа с малой массой реактивов не требует вытяжного шкафа или специальных вытяжных приспособлений.
3. Если трубку, в которой проводится опыт, закрыть резиновой, корковой или бумажной пробочкой, то вещество в ней после его реакции с кислородом воздуха, который содержался в трубке, будет находиться в атмосфере инертного газа.
4. Использование микропосуды и малой массы реактивов способствует большой экономии средств – материалов, реактивов и горючего.
5. При проведении опытов с малой массой реактивов экономится время, особенно если они связаны с нагреванием.
6. Работа с малой массой реактивов обеспечивает полную безопасность опытов и чистоту воздуха в кабинете (классе).
7. Опыты с малой массой реактивов могут успешно применяться на всех этапах урока, т.к. для их выполнения нужно непродолжительное время.
8. Простота и наглядность эксперимента дает возможность учащимся осознанно воспринимать, понимать и раскрывать сущность происходящих явлений.
9. Труд учащихся и преподавателя с малой массой реактивов становится более рациональным, учащиеся меньше утомляются, поскольку они тратят мало времени на выполнение таких продолжительных операций, как фильтрование, выпаривание и другие, а также опытов (разложение малахита, сухая перегонка дерева и др.) и практических работ (получение соляной кислоты, аммиака, этилена и др.).
10. В ходе работы с малой массой реактивов у учащихся воспитываются такие качества, как наблюдательность, аккуратность, собранность, бережливость, самостоятельность, дисциплинированность.
11. Время, сэкономленное в ходе работы с малой массой реактивов, учащиеся тратят на осмысление результатов опытов, оформление работы, а преподаватель может предложить учащимся, успешно справившимся с работой, дополнительные самые разные задания.

Перечисленные достоинства работы с малой массой реактивов по сравнению с макрометодом предполагают, естественно, совершенно иной подход к деятельности преподавателя и учащихся в процессе ее осуществления. От преподавателя требуется переосмыслить приобретенный в ходе работы свой опыт проведения ученического эксперимента. Его мыслительная деятельность должна быть направлена на сравнение предлагаемого и своего личного опыта, усвоение эффективных сторон работы с малой массой реактивов и, что особенно важно, принятие данного подхода как собственного.
Освоение этого вида работы, как правило, сопровождается резким изменением у преподавателя не только его взглядов на подобные эксперименты, но и на собственные экспериментальные умения и навыки. Это объясняется тем, что устоявшимся знаниям и практическим умениям и навыкам преподавателя, сформированным в течение длительного времени, когда он имел дело лишь с большой массой реактивов, противопоставляются характерные особенности учебного процесса с применением оригинальной техники и методики выполнения лабораторных опытов, проведения практических работ и решения экспериментальных задач с применением малой массы реактивов.
Работа с малой массой реактивов предполагает приобретение или самостоятельное изготовление преподавателем или с помощью учащихся малогабаритного оборудования и принадлежностей для каждого ученика в отдельности. Кроме того, при подготовке к этому эксперименту осуществляется подбор массы твердых веществ и концентраций растворов для проведения химических реакций. Для этого следует исходить из того, чтобы взятые массы реактивов и концентрации растворов давали бы возможность зрительно наблюдать процессы и реакции. Массу твердых веществ можно брать объемом со спичечную головку, горошину или отмерить оптимальную массу от 20 до 50 мг. Объемы жидкостей составляют капли от 1 до 5 с оптимальной концентрацией растворов солей и щелочей примерно 0,5 моль/л, а соляной, серной и азотной кислот в соотношении с водой соответственно
1:3, 1:5 и 1:3.
Учащиеся при работе с малой массой реактивов выполняют опыты самостоятельно (каждый в отдельности) по инструкции под руководством преподавателя.
Преподавателю необходимо в зависимости от цели и содержания учебного материала урока, обеспеченности химического кабинета соответствующим оборудованием, принадлежностями и реактивами использовать тот вариант эксперимента, который в данной ситуации принесет наиболее эффективный результат. Также следует в процессе обучения постоянно стремиться к тому, чтобы все варианты эксперимента дополняли друг друга (микро-, полумикро- и макроэксперименты).
Рассмотрим в качестве примера некоторые приемы проведения опытов с малой массой реактивов на стеклянной пластинке и со стеклянными трубками.
Капли растворов веществ, как правило, на стекле растекаются. Для того чтобы этого не произошло, нужно большими пальцами обеих рук несколько секунд потереть те места на стекле, на которые будут помещены капли. Того жира, который переходит при этом с рук на стекло, вполне достаточно, чтобы капли не растекались.

С помощью пипетки капли растворов помещают рядом на стекле (рис. 1, а). Затем стеклянной палочкой, лучинкой или использованной спичкой растягивают одну из капель до соприкосновения с другой и наблюдают процесс взаимодействия растворов в этом месте (рис. 1, б). После этого капли осторожно перемешивают и наблюдают конечный результат реакции. Наблюдения следует вести на черном или белом фоне в зависимости от характера реакций. После выполнения опыта стеклянную пластинку сразу же необходимо сполоснуть водой и вытереть ее сухой тряпочкой.
Если не нужно собирать выделяющийся газ, то на стекле можно проводить опыты между твердым веществом и раствором вещества. Рядом с каплей помещают одну или несколько крупинок твердого вещества (рис. 2, а). Потом переносят крупинку в каплю и наблюдают происходящие явления (рис. 2, б).

На стеклянной пластинке можно также нагревать и выпаривать капли, соблюдая осторожность. Пластинку можно держать тигельными щипцами, пробиркодержателем или пальцами, предварительно обернув угол пластинки сложенным в несколько раз кусочком бумаги. Чтобы пластинка не лопнула при нагревании, ее держат высоко над пламенем и все время двигают в поперечном направлении. Это обеспечивает равномерное нагревание всей ее поверхности (рис. 3).
Для опытов с малой массой реактивов применяют стеклянные трубки различной формы, длины и диаметра.

Рис. 3. Нагревание капли на стеклянной пластинке высоко над пламенем

Прямую стеклянную трубку используют для опытов с твердыми веществами, при взаимодействии которых не выделяется газ. Приготовленное вещество или смесь веществ объемом с горошину помещают в зависимости от характера реакций или в начале трубки (рис. 4, а), или на расстоянии 1/3 длины трубки от края, или посередине (рис. 4, б).

В прямых стеклянных трубках со скошенным концом удобно прокаливать твердые вещества и выпаривать капли растворов. Их можно также использовать для отбора сыпучих веществ вместо лопаточки или ложечки.
В согнутых стеклянных трубках разной длины и формы проводят реакции, если в их процессе образуется газ и его необходимо исследовать.
В трубке, согнутой под прямым углом, проводят реакции между растворами веществ и твердыми веществами. Для этого при помощи пипетки в реакционную часть трубки вводят 1–5 капель раствора. Твердое вещество берут в виде 3–4 крупинок или порошка объемом со спичечную головку или горошину. Отверстие длинного колена стеклянной трубки закрывают корковой, резиновой или бумажной пробочкой. Образующиеся в результате реакции газы поступают в короткое колено трубки и на выходе из нее могут быть исследованы по запаху, отношению к пламени, действию на влажную индикаторную бумагу, фильтровальную бумагу, смоченную реактивом (рис. 5).

Рис. 5. Получение сероводорода

К трубке может быть присоединен один или несколько приемников (Г-образные трубки), и тогда газы будут проходить через них (рис. 6). В колено такой трубки помещают воду или соответствующий раствор вещества, строго соблюдая следующее правило: объем воды или раствора вещества не должен заполнять весь просвет стеклянной трубки, в противном случае жидкость будет выброшена газом из прибора.

Рис. 6. Получение сернистой кислоты

Если для опыта нужен лишь один приемник, то лучше всего использовать трехколенную или четырехколенную стеклянную трубку (рис. 7, 8).

Рис. 7. Получение аммиака

Рис. 8. Получение азотной кислоты

В стеклянной трубке, согнутой на конце, плавят и прокаливают твердые вещества (рис. 9).

Рис. 9. Плавление и прокаливание твердых веществ в стеклянной трубке

¹ Левченко В.В., Иванцова М.А. Опыты по химии с малым количеством реактивов.
М.: Учпедгиз, 1947.
² Чертков И.Н., Жуков П.Н. Химический эксперимент с малыми количествами реактивов.
М.: Просвещение, 1989.