«Введение в органическую химию» – на английском языке

Фидалия ХАЛИКОВА,

 учитель химии высшей квалификационной категории IT-лицея КФУ, кандидат педагогических наук

Гульназ АХСАНОВА,

 учитель английского языка IT-лицея КФУ

Екатерина МАССАРОВА, Динар ВАЛИУЛЛИН,

 студенты   Химического института им. А.М.Бутлерова КФУ

В IT-лицее КФУ практикуется  на уроках  работа  с техническими текстами.  Мы читаем оригинальные тексты на английском языке, делаем переводы, учитывая специфику текста, подбираем подобные тексты на русском языке. Работа с текстами требует серьезной работы, более того, в зависимости от сложности текста работу можно построить  индивидуально, в парах,  в группах и т.д. Подбираются тексты на английском и русском языках по определенной теме, на уроках учащиеся делают перевод с английского и с русского языка, сравнивают тексты и составляют свой текст.

Предлагаем к вашему вниманию фрагмент интегрированного урока  химии с английским  языком в X классе на тему «Введение в органическую химию».

Учащиеся в целях подготовки к уроку посетили музей Казанской химической школы, получили информацию об ученых-органиках, ознакомились с именными реакциями в органической химии, изучили биографии многих известных ученых в органической химии.
Предварительная работа: на предыдущем уроке детям были розданы листочки со словами (терминами), которые могут вызвать трудности в понимании текста в видеопрезентации на английском языке. Дома учащиеся должны были проработать эти слова.

                                       Ход урока

I. Организационный этап

(Учащиеся сидят в группах. Разбивка на 4 группы.)

Учащимся демонстрируется видеопрезентация на английском   языке «История развития органической химии». Просмотр сопровождается историческими фактами о жизни ученых по органической химии.

Учитель английского языка.      Organic chemistry is the study of compounds containing carbon. It is called   «organic» because scientists used to think that these compounds were found only in living things or fossils.

However, vast numbers of different carbon-containing compounds can now be produced artificially in laboratories and factories, for use in industry.

For example, drugs, plastics, and pesticides are all synthetic organic substances.
About 4.5 million of the 5 million compounds known today contain carbon. 

Учитель химии (Рассказывает на русском языке)

Учащимся в каждой группе раздают «Информационную карту работы»,  которую они заполняют в ходе урока.

          II. Научный этап урока

Учитель химии.          Уважаемые лицеисты, сегодня работаем в группах и выясним на  условных «остановках»  основные особенности органической химии,  ознакомимся  с биографиями ученых химиков-органиков.

Остановка «Ученые  химики-органики».

1. А.М.Бутлеров  (автор теории строения органических веществ, открыл сахаристое вещество).

2.   Пьер-Эжен-Бертло (синтезировал жир).

3.   Фридрих Велер (синтезировал мочевину).

4.  Адольф Вильгельм Кольбе (синтезировал уксусную кислоту).

Учитель английского языка.  Dear students, today we are going to work in groups.  At our so-called stops we will find out about the main features of organic chemistry and read the biographies of organic chemists.

The «Organic Chemistry Scientists» stop.

(Учащиеся получают тексты  на английском с биографиями ученых и переводят.)

III. Практический этап урока

Остановка «Проведи элементный анализ».

Учитель английского языка. Dear students, we continue our group work. We know that all organic substances are composed of carbon and hydrogen. So most of them are combustible and when burning, form carbon dioxide and water. In addition, apart from carbon and hydrogen there are often oxygen, nitrogen, and, sometimes, sulfur and phosphorus.

These elements are called organograms.  Molecules of organic substances are formed out of their atoms. They form the basis of life: proteins, fats, carbohydrates, nucleic acids, vitamins, etc.  Organograms (C, H, N, P, O, S) have their own characteristics and functions in a body.

 Учащиеся получают инструкцию по практической работе по определению качественного элементного анализа органических веществ  на английском языке и каждая группа выполняет работу по анализу. Полученная  информация  отражается в  «Информационной карте работы».

(На этой остановке  4 группы объединяются в 2 группы, поскольку нужно действовать быстро, и каждый из лицеистов выполняет разную работу: переводчик, химик, лаборант, технолог, тьютор, организатор, наблюдатель, секретарь.)

The «Qualitative Analysis of Elements» Stop

Инструкция для I группы. Qualitative analysis for carbon and hydrogen
Purpose: to demonstrate the presence of carbon monoxide and hydrogen in organic compounds.

Equipment and reagents: a tripod with test tubes holder, a burner tube with a vapor tube, a trowel, starch oxide, copper (2), anhydrous copper sulfate (2), lime water, cotton wool.

The nature of the work: the most accurate method of discovering carbon and hydrogen atoms in organic compounds is burning the substancein admixture withfine powderof copper oxide (2). Carbon reacts with oxygen copper oxide (2) and forms carbon dioxide, whereas hydrogen forms water.

Workflow:

1. Onto the bottom of the tube we place 1 g of copper oxide (2) and 0.1 g of starch. The mixture must be thoroughly stirred. Sprinkleadditional 1g ofcopper oxide(2) onto the top .

2. Into the upper part of the tube we insert a small piece of cotton wool in the form of a bung and pour a thin layer of anhydrous copper sulfate (2) onto it.

3. The tube is sealed with venting tube, the end of the tube should practically abut against the cotton ball with copper sulfate (2).

4. The lower end of the tube is placed in a test tube with lime water.

5. The tube with the organic matter is gradually heated up.

6. After a while, there are gas bubbles coming out of the vapor tube.

7. Once the lime water gets turbid, remove it from the tube.

8. Continue to heat up the tube until the copper sulfate (2) turns blue.

9. Once copper sulfate (2) turns blue, stop heating.

10. Make a conclusion about the changes observed.

Инструкция для II группы. Qualitative analysis for nitrogen and sulfur
Purpose: To demonstrate the presence of nitrogen and sulfur in the organic compounds.

Equipment and reagents: a tripod with test tubes holder, a burner, a porcelain cup, goggles, a scalpel, filter paper, a spatula, a funnel, scissors, thiourea, ferrous sulfate (2), ferric chloride (3), hydrochloric acid, lead acetate, distilled  water, sodium.

The nature of the work:

[C]+[N]+[S]+Na→NaCN+Na₂S

When undergoing a reaction with sodium organic matter degrades, nitrogen and sulfur are linked to inorganic salt.

FeSO₄+6NaCN→Na₄[Fe(CN)₆]+Na₂SO₄

3Na₄[Fe(CN)₆]+4FeCl₃→Fe₄[Fe(CN)₆]+NaCl

If NaCN undergoes a reaction with iron salts there is either a blue precipitate

or the solution turns bright.

Na₂S+Pb(CH₃COO)₂ →PbS↓+2CH₃COONa

Workflow:

1. A few crystals of the organic substance are placed in a dry test tube. A small piece of sodium goes there too.

2. The tube is carefully heated up over the flame of the burner.

3. After a while, there comes a flash. The tube is heated up until turning red, and then the bottom of the tube is quickly plunged into a porcelain cup filled with distilled water.

4. The tube cracks, the contents are leached with water.

5. The solution is filtered and divided into 2 parts.

Qualitative analysis with nitrogen.

1. We add one crystal of ferric sulfate (2) to the filtrate.

2. The mixture is boiled for 1 minute.

3. We add 1 drop of ferric chloride (3) and 5-6 drops of distilled water. The solution turns bright blue or falls as precipitation.

Qualitative analysis for sulfur.

1. Into a test tube with a second portion of the filtrate we add several drops of a solution of lead acetate.

2. Ablackprecipitateisformed.

Лицеисты делают вывод, оформляют работу, рассказывают, записывают уравнения реакций проделанных опытов в  «Информационной карте работы».

        IV. Познавательный этап урока

        Учителя химии и английского языка. С развитием химии стали получать органические соединения, содержащие и многие другие элементы (практически все элементы периодической системы). Соединения, в которых атом углерода связан ковалентной химической связью с атомами металлов и некоторых  неметаллов, были названы элементоорганическими. With the development of chemistry there were obtained organic compounds containing many other elements (almost all elements in the periodic system). Compounds with carbon atoms linked to a covalent chemical bond with metals and some nonmetals were named organoelement components.

Небольшое число химических элементов образует великое множество органических соединений. Одна из отличительных особенностей органических соединений заключена в своеобразном их отношении к нагреванию. Их температуры плавления, в отличие от многих неорганических соединений, низкие, они легко плавятся. Органические вещества имеют молекулярное строение и хорошо горят.

A small number ofchemical elementsform agreat varietyof organic compounds. One ofthe distinctive features oforganic compoundsis their reaction to heat. Theirmelting temperatures, unlike those of many inorganiccompounds, are low and they melteasily. Organicsubstances have a molecular structureand are combustible.

Уважаемые лицеисты, впереди – остановка «Распознай». Как экспериментально отличить органическое вещество от неорганического вещества?

Проведите опыты для распознавания органического вещества сахара и неорганического вещества  поваренной соли.

(Учащиеся  в  группах  проводят опыты с веществами и используя Интернет (другие альтернативные источники), находят данные о других  органических и неорганических веществах, заполняют «Информационную карту работы».)

 V.  Структурный этап урока

Учитель химии.  Уважаемые лицеисты, мы приближаемся к остановке «Изомерия – изомеры».

Состав двух веществ может быть абсолютно одинаковым, но их физические константы (температуры кипения, плавления, плотности и др.) и химические свойства могут значительно различаться. Такое различие объясняют тем, что молекулы каждого вещества имеют свой собственный порядок соединения атомов. В молекуле этилового спирта один из атомов водорода связан непосредственно с атомом кислорода. Такое соседство делает атом водорода достаточно подвижным, что выражается в его способности замещаться на атом натрия. Гидроксильная группа -ОН этилового спирта определяет достаточно высокую температуру кипения этого вещества и его неограниченную растворимость в воде.

Таким образом, атомы и группы атомов в органических молекулах влияют друг на друга, обусловливая в конечном счете свойства вещества в целом.  Вывод, анализируя строение молекулы вещества, можно предсказать его свойства  и, наоборот, на основании экспериментального изучения свойств соединения определить его химическое строение.

Из истории. Впервые явление изомерии было обнаружено для неорганических соединений. В 1823 году Ю.Либих и Ф.Вёлер установили, что соли двух неорганических кислот — циановой и гремучей — имеют один и тот же состав, но различные свойства. Например, некоторые соли гремучей кислоты взрываются при ударе, в то время как цианаты металлов достаточно устойчивы.

Превращение цианата аммония NH₄OCN в мочевину NH₂-CO-NH₂, осуществленное Велёром в 1828 году, показало, что изомерия может существовать между неорганическими и органическими веществами.

Учащимся четырех групп выдают формулы изомеров: циановой кислоты; гремучей кислоты; этилового спирта, диметилового эфира. Они находят физические константы (температуры кипения, плавления, плотности и др.) и химические свойства этих веществ и заполняют  сравнительную таблицу по парам изомеров в «Инструкционной карте работы».

VI. Заключительный этап урока

Учитель химии. Уважаемые лицеисты, последняя остановка – «Домашнее задание».  Послушаем заготовки каждой группы на сегодняшний урок.

Выступают из каждой группы лицеисты, по названиям групп (водород, углерод, азот, фосфор).

1. Водород в живых системах встречается либо в связанном виде с другими органогенными элементами, либо в виде катиона Н⁺  - носителя кислотных свойств в обменных окислительных реакциях, происходящих в организме. Hydrogenis foundin living systemsor incombination with otherorganogenic elementsoracationH +, which is acarrier of acid propertiesof metabolicoxidation reactionsoccurring in a body.

2. Углерод в органических соединениях образует достаточно прочные ковалентные связи,  как между своими атомами, так и с атомами других элементов.  В углеродсодержащих соединениях элемент углерод – главный органоген. Carbon inorganiccompound forms asufficientlystrong covalent bondsboth betweentheir atomsandatomsof other elements. In carbon-containingcompounds a carbon element is a mainorganogenic element.

3. Азот как элемент образует  прочную молекулу азота N₂. Из-за высокой стабильности молекулярного азота большинство живых существ его не усваивают. В то же время атомы азота – необходимый компонент аминокислот, белков, нуклеиновых кислот, а также других органических веществ. Nitrogen as an elementformsa solidnitrogen moleculeN2.Due to the highstabilityof molecular nitrogen, most living beingsdo notassimilate it. At the same timenitrogen atomsarea necessary component ofamino acids, proteins, nucleic acids andother organicsubstances.

4. Фосфор в природе встречается в основном в составе минералов в горных  породах в виде фосфатов. Процессы природного выветривания выщелачивают фосфор из горных пород, и тот попадает в почву, где используется растениями и бактериями. В живых организмах фосфаты играют  две важные роли: служат структурным компонентом скелета, клеточных мембран и нуклеиновых кислот, а также аккумулируют и переносят энергию к протекающим в организме процессам. Phosphorusis found in naturemostlyin mineralsin a formof phosphates. Processesof naturalweatheringleachphosphorus from rocks. Then it gets into soil, where it is usedby plantsand bacteria.In living organisms,phosphatesplaytwo important roles: serve asa structural component ofa skeleton,a cell membraneand nucleicacids, as well as accumulateandtransfer energytoprocessesoccurringin a body.

Учитель химии. Уважаемые лицеисты, сегодня наше путешествие на этом заканчивается. Каждый из вас возьмет  на следующий урок задание – план-характеристику теории строения органических веществ А.Бутлерова:

1. Предпосылки создания теории (исторический аспект).

2. Экспериментальная база и фундаментальные понятия теории.

3. Суть теории и её основные положения, их формулирование.

4. Следствия теории, её функции.

5. Доказательства действенности теории.

6. Границы применения теории.

7. Аппарат её описания (химический язык и модели конкретной теории).

8.  Значение теории для науки и практики, дальнейшее её развитие.

Мы понимаем, что значение учения о строении органических соединений трудно переоценить. Теория А.Бутлерова объяснила неясности и противоречия в знаниях об органических веществах, творчески обобщила достижения в области химии, определила качественно новый подход к пониманию строения и свойств веществ.

Любая теория ценна своими предсказательными возможностями. Теория строения является динамичным, развивающимся учением всей современной, и не только органической химии.

Мы вам желаем успехов. Закончим наш урок словами автора именной реакции, ученого-органика  Н.Зелинского:

«Я знаю, что никакие советы не могут заменить личного опыта, но они помогут тебе с меньшей затратой сил добиться успеха, предостерегут от нежелательных ошибок».

«I know that there’s no advice that could replace an actual, real-life experience. However, they could help you reach the goals and prevent you from making mistakes and wasting your precious time».