Д. Р. Онтагарова, педагогика ғылымдарының кандидаты, аға оқытушы «Химия және география»

5.1 Жоғары химиялық білімнің жіктелу сипаты

5.2.Мамандардың химиялық дайындығының мазмұнын іріктелуі және құрылымы

5.3 Бейорганикалық химия курсының мазмұндық құрылымы

5.4 Органикалық химия курсының мазмұндық құрылымы

5.5 Химиялық технология курсының мазмұндық құрылымы

5.6 Физикалық химия курсының мазмұндық құрылымы

5.1 Жоғары химиялық білімнің жіктелу сипаты

Бейорганикалық химияның теориялық негіздері курсының мазмұны студенттер химияның басқа да бөліктерін терең оқу үшін әрекет жасайды: 1. аналитикалық, 2. физикалық және коллоидтық, 3. органикалық, 4.биологиялық химия. Сонымен қатар, 1. биология, 2. физика пәндерін терең түсінуге, ұғынуға мүмкіндік береді.

«Химиялық процестердің энергетикасы және бағыты» тарауында химиялық термодинамика материалдары қарастырылады: тарауда анықтама материалдары көмегімен термодинамикалық ұғымдарды алғашқы таныстыру арқылы берілген химиялық реакцияның жүру мүмкіндігін бағалауға мүмкіндік беретін білім беріледі.

Бұл бағдарламада комплексті қосылыстар химиясы бөлек тарауда қарастырылмайды. Координациялық химия қазіргі химия ғылымы мен практикасының маңызды материялы болғандықтан, комплексті қосылыстар химиясының негізгі мәселелері бағдарламаның барлық тарауларында беріледі. «Электролиз» тақырыбы бағдарламада металдарды алу тәсілдерін қарастырғанда беріледі. «Ерітінділер» таруында электролиттердің қасиеттері қарастырылады да, бейэлектролиттердің қасиеттері физикалық химия курсында оқытылуы тиіс.

Бағдарламаның екінші бөлігі элементтер мен олардың қосылыстарын талқылауға арналған. Студенттер бағдарламаның бұл бөлігн оқу арқылы бейорганикалық химияның теориялық ұғымдарын кеңейте және тереңдете түседі және тек элементтер химиясын ғана емес бейорганикалық химияның негізгі заңдылықтары мен жалпы заңдарын одан гөрі терең ұғады.

Бұл тарауда студенттер химиялық элементтердің периодтық жүйесі бойынша оқиды. Алдымен, химиялық элементтерді металдар, амфотерлі және бейметалдар деп жіктеп алады. Содан соң оқытуды бейметалдардан бастайды. Ең қарапайым бейметалл сутегі, оның үстіне ол периодты жүйенің бірінші орнында орналасқан. Содан соң периодтық жүйенің VІІ-А топшасындағы элементтермен танысады. Осылайша, VІ-А, V-А, ІV-А, ІІІ-А- топшада орналасқан элементтер қасиеттерінің периодты өзгеруіне, қосылыстардың қасиеттеріне, олардың қолдану аясына назар аударады, қорытынды жасайды.

Металдарды оқу период жүйесінің І-А, ІІ-А топша элементтерінің қасиеттерін қарастырудан басталады да, кейін d- және f- элементтер химиясын оқумен жалғасады.
Элементтер химиясының басқа пәндермен байланысы

Элементтер химиясын мынадай пәндермен байланыста оқытады:

1. 
   Бейорганикалық химияның теориялық негіздері
   
2. 
   Физика
   
3. 
   Математика
   
4. 
   География
   

Пәнді оқу барысында зертханалық жұмыстарға, семинарларға аса көңіл бөлінеді. Әр тараулар өткен сайын кезеңдік бақылау, тест, коллоквиум өткізіледі.

Қазіргі кезде химияны оқытуда органикалық химияның маңызы зор. Ең алдымен ол органикалық синтез өнімдерінің кеңінен қолданылуына, техникада, тұрмыста және медицинада жаңа органикалық материалдардың қажеттілігінің өсуіне, сонымен қатар жануарлар мен өсімдіктер организмдерінің тіршілігінде органикалық реакциялардың атқаратын роліне байланысты.

Ұсынылып отырған органикалық химия бағдарламасы органикалық қосылыстардың негізгі класстары мен типтерін ғана емес, сонымен қатар органикалық химия теориясының негізгі қағидаларын және органикалық синтез өнеркәсібінің қазіргі жетістіктерін қамтиды. Сонымен қатар циклді қосылыстардың органикалық химиясының бағдарламасы органикалық қосылыстардың негізгі кластары мен типтерін ғана емес, сонымен қатар органикалық химия теориясының негізгі қағидаларын және органикалық синтез өнеркәсібінің қазіргі жетістіктерін қамтиды.

Лекциялық курсты органикалық молекулалардың және атомдардың электрондық құрлысының теориялық негіздерінен, органикалық молекулалардағы электрондық эффектілер мен химиялық байланыстар түсініктерінен бастаған орынды. Бұл лекциялық материялдардың теориялық жоғары деңгейін қамтамассыз етеді. Органикалық қосылыстар қасиеттерін химиялық құрылыс теориясының (А.М. бутлеров теориясы) негізінде қарастырған орынды. Алдымен теорияның негізгі қағидаларын молекуладағы атомдардың өзара әсерін аша отырып тұжырымдау, содан соң қазіргі электрондық мәліметтер мен кванттық химияны пайдалана отырып толықтыру қажет.
2.Органикалық химияның даму кезеңі

Көптеген органикалық заттар адам баласына көне заманнан бері белгілі. Ертедегі адамдар құрақ қантын пайдалануды, жүзім шырынын ашытып шарап алу жолдарын жақсы білген. Сонымен қатар олар сірке қышқылының ерітіндісін, өсімдіктер мен жануарлар майларын өз тұрмыстарында өте ертеден – ақ пайдаланған, майдан сабын өндіруді білген. Римдықтар мен египеттіктер әртүрлі маталарды көк түсті етіп индиго арқылы бояудың тәсілдерін меңгерген.

Бұдан кейін бояғыш заттар ализарин, пурпур белгілі болды. Біздің эрамыздың ІХ ғасырында скипидар алынды. XVI – XVII ғасырларда заттарды құрғақтай ажырату жолдары игеріліп, соның нәтижесінде метил спирті, ацетон, янтарь және бензой қышқылдары, т.б. көптеген заттар белгілі болды.

1769 – 1786 жылдар аралығында стокгольмдік дәруші өз бетімен білім алған ғалым Карл Вильгелм Шееле (1742 - 1786) өсімдіктер мен жануарлардың шырындарынан шарап, лимон, алма, галло, сүт, қымыздық қышқылдарын бөліп алудың жолдарын тапты; өсімдік пен жануар майларының негізгі құрамдық бөлігі глицерин екенін көрсетті. Бұл кезде басқа ғалымдар өсімдік пен жануарлардан мочевинаны, холестеринді, морфин және т.б. көптеген алкалоидтарды бөліп алды. Басқа сөзбен айтқанда, XVІI – XVIIІ ғасырларда өсімдік пен жануарлар организмдерінен немесе олардың қалдықтарын ыдыратып, ажыратудан құрамдары мен қасиеттерінде көптеген ұқсастықтары бар, алайда сол уақытта дейінгі барлық белгілі минералды заттардан мүлдем ерекше тұратын жүздеген жаңа заттар бөлініп алынды және бұның өзі сол заттардың басын біріктіріп, бір жүйеге келтіруді, олардың ерекше қасиеттерін зерттеуді талап етті – ғалымдардың химиялық заттарды жіктеуі басталды.

1675 жылы Н. Лемери барлық заттарды үш топқа:

Өсімдік текті заттар.

Жануар текті заттар.

Минералды заттар, - деп бөлген.

Алайда, бұл жіктеу ұзақ өмір сүре алмады. Өсімдіктің ғана құрамынан бөліп алуға болады деген көптеген заттардың жануарлар организмінде болатындығы белгілі болды. XVIІІ ғасырдың аяғында ондай заттар үшін «органикалық заттар» деген жаңа ұғым пайдалана бастады.

Бұл ұғымды ең алғаш 1807 жылы швед ғалымы Якоб Берцелиус (1779 - 1848) ұсынды. Ол барлық тірі организмдерден алынатын заттарды «органикалық заттар» дей келе, бұл күрделі заттар белгілі бір «құпия күштердің» қатысуымен тек тірі клеткаларда ғана түзіледі деп көрсетті. Сөйтіп, ол бейорганикалық заттардың, органикалық заттардан негізгі айырмашылығы: бейорганикалық заттарды лабораторияларда синтездеп алуға болады, ал органикалық заттарды синтездік жолмен жай заттардан алу мүлдем мүмкін емес деді. Мұндай «құпия күшке» сенушілердің өз дәуірінде дүние тануда в и т а л и з м теориясын туғызғаны белгілі. Алайда, неміс химигі Фридрих Велердің 1824 жылы дицианнан қымыздық қышқылын, ал 1828 жылы аммонийдің цианатынан мочевинаны алуы – органикалық заттарды синтездік жолмен алуға болатындығын толық дәлелдеп, витализм теориясын тас – талқан етті.

NН₂

Өзгеріссіз бір заттан екінші заттың құрамына ауысып отыратын атомдар тобының жиынтығын олар « р а д и к а л » деп атаған. Радикалдар қатарына олар сонымен қатар СН₃СО немесе С₂Н₃О – ацетилді, т.б. қалдықтарды жатқызған. Басқаша айтқанда, олар: барлық органикалық заттардың молекулалық құрамында екі түрлі бөлшек бар:

- оның бірі бір қосылыстың құрамынан екінші қосылыстың құрамына химиялық реакциялар кезінде өзгеріссіз ауысып отыратын бөлшек (радикалдар), ал екіншісі химиялық өзгеріске ұшырайтын бөлшектер деп ұқты.

Радикалдар теориясының тұжырымын былай деп көрсетуге болар еді.

а) барлық органикалық заттардың құрамында әрдайым оң зарядталған

радикалдар бар;

ә) радикалдар әрдайым тұрақты, олар бір заттан екінші заттың құрамына ешқандай өзгеріске ұшырамай ауысып отырады;

б) радикалдар бос күйінде, ешбір заттардың құрамына кірмей – ақ, өз алдына өмір сүре алады.

Алайда, аз уақыттан соң – ақ радикалдар теориясының тұжырымдарына қарама – қарсы келетін фактілер тым көбейіп кетті. Олардың ішіндегі ең бастысы Француз ғалымы Жан Батист Дюманың (1800 - 1884) жұмыстарының қорытындысы болды. Жан Дюма қазірде « м е т а л е п с и я » деп жүрген реакцияны ең алғаш ашқан химик. Ол органикалық заттардың көпшілігіне хлорды әрекеттестіргенде, хлор атомдарының әлемдегі заттың құрамындағы « р а д и к а л » деп саналатын бөлшектеріндегі сутегінің атомдарын реакция кезінде біртіндеп ығыстырып шығаратынын байқаған. Сонымен қатар, әрбір реакцияға түскен хлордың бір эквивалентіне сәйкес, реакциядан бір эквивалент сутегі хлорсутек (НСІ) түрінде бөлініп шығатыны және жаңадан алынған заттардың жалпы қасиеттеріндегі реакцияға дейінгі алынған заттың қасиеттеріне ұқсастық, аса үлкен айырмашылықтың болмауы.

Мысалы, Ж. Дюманың іске асырған мына төмендегідей реакцияларын қарастырайық:

СІ₂ СІ₂

СН₃СООН СІСН₂СООН

- НСІ - НСІ

сірке қышқылы монохлорсірке қышқылы

СІ₂

СІ₂СНСООН СІ₃ССООН

НСІ

дихлорсірке қышқылы трихлорсірке қышқылы

Бұл реакциялар схемасында көрсетілген: сірке қышқылы, монохлор- , дихлор – және трихлорсірке қышқылдарының бәрі бір негізді қышқылдар. Яғни олардың физикалық және химиялық қасиеттерінде жалпы ұқсастықтар көп. Кейінгі үш қышқыл сірке қышқылынан алынып отыр және оны мүмкін етіп отырған жағдай сірке қышқылының СН₃СООН молекуласындағы СН₃ – метил радикалының химиялық реакциялар кезінде өзгеріске ұшырауы. Сонымен радикалдар химиялық өзгерістерге ұшырамайды деген ұғымға соққы берілді.

Ендігі жерде, заттардың қасиеттерін анықтайтын сол заттың молекуласын құрастырып тұратын атомдардың түрі немесе сапасы ғана емес, сонымен бірге атомдардың молекуладағы орналасу тәртібі, олардың бір – бірімен байланысу типтері деген ұғым орнығып, қалыптаса бастады.

Радикалдар теориясы өзінің кемшіліктеріне қарамастан, органикалық химияның дамуында келелі із қалдырды: химия саласында « р а д и к а л » деген жаңа ұғым қалыптасты. Радикалдар жеке өз алдына өмір сүре алатын бөлшектер деген болжау да өзін ақтады. Сонымен қатар, радикалдар теориясын негіздеушілердің: белгілі бір атомдар тобы ешбір өзгеріске ұшырамай бір заттың құрамынан екінші заттың құрамына ауысып отырады деген көзқарастары да осы күндері орасан көптеген химиялық реакциялардың қорытындыларымен дәлелденіп отыр.

Радикалдар теориясы тек қана химия емес, көптеген ғылымдардың дамуына ықпал - әсер еткен теория және керісінше, оның тууына себеп болған басқа жаратылыстану ғылымдары (әсіресе, физика). Радикалдар теориясының негізгі қалаушы Я. Берццелиустің: барлық органикалық заттардың молекуласы қарама – қарсы электр зарядтары бар екі бөлшектен тұрады, - деуіне себеп болған, - сол кезде үстем болған Фарадей заңдарының (әсіресе, электролиз заңдарының ) әсері еді.

Я. Берцелиустің кезінде әлемге әйгілі болған элементтердің химиялық тектестігінің э л е к т р о х и м и я л ы қ т е о р и я с ы н дамытушы, химия саласында дуалистік (дүниенің негізі бір – біріне бағынбайтын, тең праволы екі нәрседен – «рухтан» және «материядан» басталады деп танып, материализм мен идеализмді үйлестіруге тырысатын ) ағымды уағыздаушы болғанын айта кету қажет. Олай болса, дүние танудағы бұндай қате көзқарастың радикалдар теориясының кемшіліктерін қоюлата түскені белгілі.

ТИПТЕР ТЕОРИЯСЫ

Типтер териясының пайда болуына әсер еткендер мыналар еді:

а) Ж.Дюманың жұмыстары;

ә) ХІХ ғасырдың 40 – жылдарында пайда болған «г о м о л о г и я » туралы ілімнің табыстары;

б) органикалық заттардың орасан көп жаңа түрлерінің ашылуы және олардың көпшілігінің қасиеттеріндегі тектестіктің болуы. Олай болса, осы заттардың арасындағы тектестік ненің себебінен туады деген сұрақтың тууы;

в) заттарды қасиеттерінің тектестігіне қарап жіктеудің басталуы;

г) өзгеріске ұшырамайды дейтін радикалдарды бөліп алу жолында жасалған тәжірибелердің сәтсіздікпен аяқталуы.

Бұл теория ХІХ ғасырдың қырқыншы жылдарынан басталып, алпысыншы жылдарға дейін органикалық химияға тиянақты қызмет атқарды. Негізін қалаушылар француз ғалымы Шарль Фредерик Жерар (1816 - 1856), неміс химигі Август Кекуле (1829 - 1896) және т.б.

Олар заттарды біртұтас қалпында (радикалшылдар сияқты зат екі түрлі бөлшектен тұрады демей) қарастырып, өз жұмыстарында заттарды молекулалық құрамына қарай түрлі – түрлі типтерге бөлді және тек олардың өзара өзгерістері мен химиялық реакцияларын сипаттауға тырысты. Кейінірек бұл теория Ш. Жерардың «т и п т е р д і ң у н и т а р л ы т е о р и я с ы» деп аталып кетті. Оның негізі мынада еді:

а) органикалық және бейорганикалық заттардың реакцияларының арасында бір типтестік, яғни тектестік бар, оның себебі – олардың молекулалық құрылыстарының тектестігі. Кейбір органикалық заттардың молекуласы судың молекуласының типімен, қайсы біреулері – хлорсутектің, ал енді біреулері сутегінің молекуласы типінде құрылған. Олай болса, заттың құрамындағы сутегінің орнына басқа атомды, не атомды тобын қою арқылы жаңа зат алуға болады, - деп көрсетті. Мысалы, бұл тұжырымды мынадай схемамен көрсетуге болар еді:

Су типін ағылшын ғалымы Александр Вильямсон (1824 – 1904 ) ұсынған. Су типі ең соңғы шыққан типтердің қатарына жатады.

Сутегі типіне: көмірсутектерді, альдегидтер мен кетондарды жатқызған. Бұл заттардың формулаларын мынадай етіп жазу ұсынылды.

СН₃ С₂Н₅ СН₃

метан Н этан Н этан СН₃

метилгидрид этилгидрид диметил

С₂Н₃О С₂Н₃О

Н СН₃

сірке альдегиді ацетон
Хлорсутек типіне жатқызылған көмірсутектердің галоген туындыларын, қышқылдардың галоген ангидридтерін, мынау сияқты етіп жазу керек еді:
СН₃ С₂Н₅ С₂Н₃О

СІ СІ СІ хлорметил хлорэтил хлорацетон
Өткен ғасырдың қырқыншы жылдарының аяғында орыс ғалымы Николай Николаевич Зинин (1812 - 1880) және неміс химиктері Адольф Вюрц (1817 - 1884), Август Вильгельм Гофман (1818 - 1892) аминдерді ашқан соң, құрамында азоты бар органикалық заттар үшін аммиак типі ұсынылды:

СН₃ СН₃ С₂Н₃О С₆Н₅

Н N СН₃ N Н N Н N

Н Н Н Н

метиламин диметиламин ацетамид анилин
ә) органикалық заттардың молекулалары – бір – бірімен байланысуы қалай екенін белгісіз атомдар жүйесі; заттың қасиетін анықтайтын молекуланы құрап тұрған барлық атомдардың әсерлерінің жиынтығы;

б) заттардың формуласы олардың құрылысын емес, осы заттың химиялық реакцияға қатысуын көрсетті.

Типтер теориясы да бір кездегі радикалдар теориясы сияқты органикалық химияның дамуында көрнекті роль атқарды. Атап айтқанда:

- бұл теория үстемдік еткен кезде (сол уақыт үшін) органикалық заттардың жүйелі түрдегі жіктелуі пайда болды. Сонымен қатар: бұл теория заттар туралы ғылыми болжаулар жасауға, әлі белгісіз көптеген жаңа қосылыстардың формулаларын синтездік жолмен алуға итеруші күш сияқты әсер етті. Заттардың химиялық түр өзгерістерге ұшырауын жан – жақты зерттеп, нәтижесінде олардың қасиеттерінтерең түсінуге мүмкіндік жасады.

Сол кездерде жаңа – жаңа естіліп келе жатқан в а л е н т т і л і к іліміне игі ықпалын тигізді. Органикалық заттар молекуласының стереохимиясы (кеңістікте орналасуы) туралы ілімнің шығуына, дамуына себепкер болды.

Типтер теориясының кемшіліктері де көп болды:

1) көптеген заттар үшін бір типтің ішінде екі, тіпті одан да көп формула жазуға тура келді. Мысалы сутегі типтес этан: С₂Н₅ СН₃

Н немесе СН₃ деп жазылуы керек еді;
2) аралас функциялы заттарды әртүрлі типтерге жатқызып қарастырды. Мысалы, хлорсірке қышқылын бірде су типіне жатқызып, оны

С₂Н₂СІО

Н деп жазса, енді бірде хлорсутек типіне жатқызып, формуласын С₂Н₃О

СІ деп жазу керек болды.

Сол сияқты сірке қышқылын да үш түрлі формуламен жазуға болатын еді:

3) заттың құрылысын түсініп білуге болмайды деді;

4) изомерлерге мүлде түсінік бере алмай, ақырында көмірсутектерде изомерияның болу мүмкіндігіне күмән тудырды;

5) барлық органикалық заттардың табиғатта бейорганикалық аналогы бар деп көрсетті;

6) радикалдар теориясының жетістіктерін пайдаланудан бас тартып, тіпті «радикал» деген ұғымның орнына «қалдық» деген ұғымды енгізді;

Ендігі жерде осы көрсетілген кемшіліктерді ескерген жаңа теорияның шығуы органикалық дамуындағы тарихи қажеттілік еді.

«Химиялық технологияның ғылымының мазмұны. Химиялық өндірістің технологиялық және техника экономикалық көрсеткіштері-аппараттардың жұмысының өнімділігі, өнім шығымы, дайын өнімнің МЕМСТ- қа немесе техникалық жағдайларға байланысты сапасы,шикізатардың,отындардың, элекроэнергияның, булардың шығын коэффициенттері,өнімнің өзіндік құны.Химиялық өнімнің өзіндік құнын төмендету жолдары,өнім сапасының жоғарылауы және тазалығы бойынша жоғары дәрежелі өнімдерді алу.Еңбек жағдайларын жақсарту.

Химия мұғалімдерін дайындау жүйесінде химиялық технологияның сұрақтарын оқыту маңызы.Химиялық,отын және метолургиялық өнеркәсіптердің дамуы туралы қысқаша тарихи мәлімдемелер.Химиялық өндірісінің қазіргі кездегі жағдайы.Ауыл шаруашылығын дамуындағы химияландырудың маңызы.Ғылыми –техникалық революция және химиялық техниканың дамуындағы негізгі бағыттар: реакторлар мен химия –технологиялық жүйелердің қуаты мен интенсивтілігін арттыру,периодты процестерді үздіксіз процестерге ауыстыру,көп еңбек сіңіруді қажет ететін процецтерді механикаландыру,автоматтандыру және процестерді дистанцияда басқару,электроэнергияны және шикізатты пайдалану эффективтілігін жоғарылату.Бір және аз сатылы процестердің тиімділігін компьютерде қолдану арқылы технологияның нұсқалармен жабдықтай оптималь режимде арттыру.Ғылыми жетістіктерді тезірек ендіру.Еңбекті қорғау және техника қауіпсіздігі.
2.Химиялық технология пәнінің қарастыратын бөлімдері
Химиялық технология- химиялық процестер мен химиялық құбылыстардың адамзаттың практикалық іс әрекеттерінде пайдалану заңдылықтарын зерттейтін ғылым. Химиялық технология химия ғылымының негізіне сүйене отырып, химиялық процестерді жүргізудің технологиялық көрсеткіштерін зерттейді. Химиялық технология негізінен мынадай бөлімдерді қамтиды:

Химиялық өндірістің технологиялық және техника экономикалық көрсеткіштері

Химиялық өндірісте қолданылатын энергия көздері

Химия технологиялық процесс туралы түсінік.

Күкірт қышқылын контактілі әдіс бойынша өндіру

Азот қосылыстары және олардың халық шаруашылығындағы маңызы.

Электрохимия. Химия – технологиялық процестерді жүргізудегі электр энергияның қолданылуы

Металлургия:

Жоғарғы молекулалық қосылыстардың халық шаруашылығындағы маңызы.

Жалпы химиялық технология химия, физика, техника, технология процестерімен өте тығыз байланыста, соңдықтан бұл пәнаралық сипатқа ие.

Педагогикалық жоғары оқу орындарында химиялық технология пәнін оқыту, химия пәнінің мұғалімдерін білікті маман ретінде дайындау ,мектеп бағдарламасын түсіндіргенде осы химиялық технология білімін пайдалана отырып ,бүгінгі таңдағы ғылым мен техниканың денгейін түсіндіру пәннің мақсатына жатады.

Химиялық технологияның тереңдетіліп оқытылуы орта мектеп бағдарламасындағы химиялық технология элементтерінің көбеюі және олардың теориялық негізіне жататын әртүрлі өнімдерді алу әдістерін оқуда өте маңызды.
1.Физикалық химия пәнінің негізгі мақсаты
Физикалық химия пәнінің негізгі мақсаты, орта мектеп бағдарламасындағы химия пәнін жоғары деңгейде, теориялық негізін түсіндіру үшін, болашақ мұғалімдердің жоғары және толық қанды мазмұнды түрде ұғынуына мағынасы зор. Себебі физикалық химияның тереңдетіліп оқытылуы және осы пәндегі негізгі ұғымдардың, мектеп бағдарламасында көптеп қамтылуы яғни негізгі тақырыптардың теориялық тұрғысынан ауқымды түрде түсіндіруіне толық мүмкіндік жасайды, оған дәлел ретінде мынадай тақырыптарды атауға болады: химиялық реакцияның жылдамдығы, химиялық тепе-теңдік, термодинамиканың заңдары, термохимия, ерітінділердің молекулалығы және электролит ерітінділері, электролиз, металдар коррозиясы.

Физикалық химияны меңгерген болашақ мұғалім химия және биология пәндерін оқытуда, физиологиялық процестерді өсімдіктер, жануарлар және адам организмінде жүретін процестерді түсіндіруге толық мүмкіндік береді. Сонымен қатар осы пәнді оқу барысында, электр тогын пайдалануға негізделген әртүрлі қондырғыларда жұмыс жасау қабілетін жетілдіреді, тәжірибе жүзінде сандық жұмыстармен жұмыс жасай отырып, алынған мәліметтерді графикалық жүйеде өңдеп, қажетті есептеулерді жүргізуге мүмкіндік береді. Стандартты жағдайда берілген энтальпия, энтропияларды пайдаланып, кейбір химиялық реакцияларды жүргізбей-ақ есептеуге мағлұмат береді.
2.Физикалық химия курсының қарастыратын мәселелері

Физикалық химияға ғылым ретінде сипаттама. Физикалық химия – химияның теориялық негізі, химиялық технологияның ғылыми негізі. Физикалық химияның негізгі даму кезеңдері. Химия пәнінің мұғалімін дайындауда физикалық химияның мәні.Химиялық термодинамика пәні. Термодинамиканың шектелуі және әдістері. Негізгі түсініктер: жылу, системак, процесс, күйі. Ұлғаю жұмысы. Интенсивтілік және экстенсивтілік факторлары. Қайтымды, қайтымсыз, тең, тепе-тең емес процестер. Термодинамикалық және термохимиялық белгілер. Термодинамиканың 1-ші бастамасы. Жылу, ішкі энергия. Термодинамиканың 1-ші заңының кейбір процестерге қолдануы. Энтальпия. Тремохимия. Қысым мен көлем тұрақты болған кездегі химиялық реакциялардың жылу эффектілері. Q_Р және Q_V өзара байланысы. Гесс заңы. Жану, еру, түзілу жылулары. Калориметрия. Қайтымды және қайтымсыз процестер. Максимал жұмыс. Тремодинамиканың ІІ-ші заңы. Өздігінен жүретін және жүрмейтін процесстер. Карно циклі және максималды пайдалы әсер коэффициенті

Қазақстан Республикасында орта мектепте оқыту жүйесімен шетелдік алты мемлекеттің (Ұлыбритания, АҚШ, Финландия, Германия, Жапония және Түркия) білім беру жүйелері арасында ерекшеліктер мына тұрғыдан байкалды:

1. 
   Шетелдердегі бағдарлы оқытудың ерте басталатындығы. Орта білім алудың алғашқы кезеңінен-ақ әр оқушының жеке басының және психологиялық ерекшеліктері мен икемдіктеріне көңіл бөлініп, сол бағытқа сай жұмыс жүргізілетіндігі. Мәселен, жалпы шетелде 3 немесе 4 жыл бағдарлап оқыту ұйымдастырылса, Қазақстанда бұл 2 жылдай мерзімді ғана қамтиды және орта мектеп, жоғары сатыда екі бағытта бөліп оқытады. Германияда 5, 6 сыныптан бастап көпбағдарлы оқыту болады. Шет мемлекеттерде оқушылардын жеке ерекшеліктеріне және таңдауына қарай бір мектептен екінші түріне ауысуына заңды түрде құқық берілгені айқындалды. Оқушының бағытының таңдау барысында ерте бастағандыктан орын алған кемшіліктері жою үшін уақыт жеткілікті болады және мүмкіндіктер жасалады.
   
2. 
   Шетелдік орта білімнің 12-13 жылға созылатындығы. Сонымен қатар оларда міндетті орта білім жүйесінің 8 және 9 жыл аралығын қамтитындығы. Тек Германияда ғана 9-10 жылды қамтиды. Шетелдерде орта мектепті тәмәмдау мерзімі Ұлыбританияда 13 жыл, АҚШ, Германияда 12-13 жыл, Финляндия, Жапония, Түркияда 12 жыл. Ал Қазақстанда 11 жылдық оқыту жүйесімен оқытып отыр, 12 жылдыққа дайындық жұмыстары жүргізілуде. Міндетті саты Жапония, Финландияда – 9 жыл, Түркияда- 8 жыл, ал Қазақстанда – 9 жыл болады.
   
3. 
   Шетелдік оқу жүйесіндегі орта мектептің көп түрлілігі. Оқуын жалғастырмайтын оқушының қоғамдық өмірге тез бейімделу мүмкіншілігі, көп деңгейлі білім беру жүйесін қалыптастыру, білім беру ісін жалқыдан жалпыға бағыттау. Бұл оқушыға алдымен белгілі ғылымдардың негізінен жалпы білім беру, кейін оған, нақты бір мамандық бойынша білімін жалғастыруға мүмкіндік туғызады. Осыған орай шетелдік жүйенің бірінші кезеңінде негізгі мектепте жалпы оқушының бойындағы қабілеттерін дамытуға және жетілдіруге арналып, бағдарлы оқу кезеңіне дайындық ретінде оқыту. Бағдарлы оқу сатысына дайындық негізгі саты мен жоғары саты арасында өзара үйлесімділік пен байланысты түрде жүргізіледі. Негізгі оқу сатысында оқушылардын қалай оқып үйренуіне және ойлау қабілетінің дамуына назар аударылады. Бұл жерде оқытушының рөлі білім беру емес, оларға білімді қалай алуды үйрету.
   
4. 
   Шетелдік оқу жоспарлары Қазақстанға карағанда мазмұны жеңіл, көлемі шағын және оқытылатын пәндер санының аздығы. Түркияда негізгі сатыда және жоғары сатыда сабақ жүктемесі 30 сағат болса, Қазақстанда негізгі сатыда апталық сағат жүктемесі 33-36 сағат, жоғары сатыда 39 сағатқа дейін жетеді. Ұлыбританияда міндетті сатыда аптасына 21-25 сағат «А» деңгей сатысында тек 4-5 пән ғана болады. Жоғары сатыда Германияда 30-36 сағат, ал Финляндияда 38 сағат. Жапонияда да оқушылардың жылдық жүктемесі аз болады. Шетелде оқу пәндерінің аз болуы пәндердің сапалы өткізілуіне мүмкіндік туғызады және оқушылардың пәнді меңгеруінде өзіндік жұмыстарға жеткілікті сағат бөлінеді. Шетелдік оқу бағдарламаларының басты міндеті – оқушылардың өзіндік жұмыстарын ұйымдастыру арқылы олардың үйрену, ойлау, зерттеу, іздену және шешім шығара білу қабілеттерін дамыту болып табылады. Білім беру бағдарламасының мазмұны мен мақсаты – оқушылардың үйрену қабілетін дамыту, оның механизмін меңгеру, белсенділік, бірлесіп жұмыс істеу; іс-әрекет жасау; ойлау қабілетінің дамуына түрлі жағдаятты танып, оны шеше білу; іздену және зерттеу тәсілдерін қолдану; салауатты қарым-қатынас құру т.б. қабілеттерді дамытуға баса көңіл бөлу.
   
5. 
   Шетелдік оқу бағдарламаларының тағы бір ерекшелігі – еркіндік. Оқытудың мазмұн, мақсат және міндеттерін таңдаумен анықтау ісі көбісінде мұғалім бірлестігінің яғни, мектеп ұжымының шешуіне беріледі. Бұл төмендегідей ерекшеліктерге мүмкіндік береді:
   

• 
  оқу ісінің барысын мектептегі оқушы және оқытушы шешеді;
  
• 
  оқу жоспарында бүгінгі әлеуметтік, экономикалық, мәдени мәселелерді қамтитын өмірмен тікелей байланысы бар пәндер орын алады;
  
• 
  оқу пәндерінің, оқытуға бөлінген сағат саны аз болып, әр пән бойынша тақырыптардың көлемі де жеңілдетілген болады;
  
• 
  оқу жоспарларында әртүрлі таңдау пәндері ендіріліп, оны таңдауды оқушылар шешеді;
  
• 
  мектептің бағдарлы сатысында оқу пән саны азайтылып, бағдарлы пәндердің сағат саны көбейтіледі.
  

Қазіргі таңда Қазақстан Республикасында ұлттық тәрбиені оқушылар бойына сіңіру және өз халқының әдет-ғұрпын, салт-дәстүрін оқу бағдарламаларына ендірту істеріне баса мән беріліп отыр. Мұның дәлелі, соңғы жылдары етек алған «Мәдени мұра» бағдарламасы мен республикада қарқынды түрде зерттеліп отырған этнопедагогика мәселелері.

7. Оқушылардың білімін бағалау жүйесінің ерекшелігі. Мұнда тек пән бойынша алған баға ғана есептеумен шектелмей, оқушылардың икемдіктері мен бағдарлылықтарының да есепке алынатындығы. Шетелде бағалау жүйесінде кең тараған нәрсе – негізгі мектепте оқушының өзіндік жұмыстарын орындау көрсеткішін бағалау. Бұл бағалау жүйесінде түрлі кестелер қолданып, оқушылардың ой жұмыстары мен өзіндік жұмыстарын орындау кезінде жұмыстың әрбір кезеңін игеруіне қарап бағаланады. Осы жүйе мектептің бастауыш және негізгі сатысында қолдау табады. Осы кезең оқушының қабілетін дамыту кезеңі болып саналады.

Түркия мен Қазақстандағы орта мектепте берілетін химиялық білімнің көлемі мен мазмұнындағы айырмашылықтарды саралауда мына төмендегі жағдайлар байқалды:

1. 
   Қазақстан білім беру жүйесінде және техникалық ғылымдарда әлемдік стандартқа жету үшін техникалық салада дамыған елдердегі техникалық оқу жүйесіне зер салу назарға алынды. Түркияда бірінші кезең болып орта мектептің міндетті сатысында яғни 1-8 сынып аралығындағы оқу жоспарларында өзгерістер жасалып, оқу жоспарына технология пәні мен жаратылыстану – техника пәндері косылып, жаратылыстану мен техника өзара байланыстырылып оқытылатын болды. Түркиядағы химияның оқыту жүйесі орта мектептің міндетті сатысындағы (1, 8-сыныптар) 6, 7, 8 сыныптарында басталады. Орта мектептің бұл сыныптарында жаратылыстану-техника сабақтарында алғашқы химиялық тақырыптармен оқушылар танысады. Қазақстан мектептерінде 8-сыныпта оқытылған осы тақырыптар Түркия мектептерінде 6, 7, 8-сыныптарда басталады және 9-сыныпта қайталанып толығырақ оқытылады.
   
2. 
   Түркия мектептерінде бағдарлап оқытуды 9-сыныптан кейін бастайды. 9- сыныптан кейін химиялық тақырыптық жоспарлар және оқу жоспарлары 4 бағытқа арналады. Жаратылыстану-математика, Гуманитарлық- математика, Гуманитарлық және тіл бағыттары. 9-сынып осы төрт бағыттың ортақ сыныбы болып табылады.
   
3. 
   Қазақстан мектептеріндегі 8, 9-сыныптарда оқытылған кейбір тақырыптар Түркияда 9-сыныптан кейінгі сыныптарда оқытылғаны байқалды. Түркияда 9-сыныпта оқытылған химиялық тақырыптар, олардың сағаты, тәжірибелік және зертханалық жұмыстар саны өзгеше болғаны байқалады. Қазақстан мектептерінде 8-9 сыныптарда оқытылып, Түркияда 9-сыныпта оқытылмайтын оттегі, газдар, сутегі, су, тотығу және тотықсыздану реакциясы және сілтілік металдар, галогендер сияқты тақырыптар 9-сыныптан кейінгі сыныптарда оқытылады. Газдар тақырыбы 10-сыныпта, оттегі, сутегі, галогендер және сілтілік металдар 11-сыныпта, тотығу-тотықсыздану реакциясы тақырыбы электрохимия тарауында 12-сыныпта оқытылады. Қазақстан мектептерінде 9-сыныпта оқытылған электролиттік диссоциациялану тақырыбы электрохимия тарауында 12-сыныпта, органикалық қосылыстар тақырыбы органикалық химия тарауында 12-сыныпта оқытылады.
   
4. 
   Екі ел арасындағы тақырыптық өзгешеліктермен қатар химия оқулықтарының құрылымы мен мазмұны арасында да үлкен өзгешелік байқалды. Түркияда химия оқулығы А4 биіктігінде және түсті түрде шығарылады. Балалардың білімін толықтыру үшін арнайы дайындалған химия пәні тестік жинақтар пайдалануға ұсынылады. Түркияда оқытылатын химия оқулығында әр тарау төмендегідей бөлімшелерден тұрады:
   
   • 
     Тараудың басындағы тақырыпқа дайындық бөлімшесінде тақырыпты оқытуды бастамастан бұрын сол тақырыпқа байланысты күнделікті өмірде кездесетін сұрақтар және мәселелер әңгімеленеді. Сабақтан бұрын оқушы жүргізілген әңгіменің арқасында тақырыптың мән-мағынасын және күнделікті өмірдегі орынын түсініп, алдын ала мағлұмат алады.
     
   • 
     Екінші бөлімшесінде тақырып туралы білім толықтырылады, түрлі-түсті фотосуреттер жиі-жиі кездеседі. Зертханалық жұмыс бөлімшесінде де зертханалық жұмыстың орындалу тәртібі, мақсаты мен және тиісті фотосуретімен дайын түрінде көрсетіледі. Тараудың соңында да қорытындылау бөлімшесінде оқылған тақырыптар туралы сұрақтар қойылады. Бұл сұрақтар екі түрде болады: біріншісі – сұрақ-жауап, екіншісі – тестік сұрақтар. Осы сұрақтарды сыныптың ішінде немесе үйде тапсырма ретінде балалар орындайды. Тест сұрақтары оқушылардың орта мектептің міндетті сатысының соңында алынатын және жоғары сатысының соңында болатын мемлекеттік тест емтиханына даярлау үшін қажет деп саналады.
     

6. Түркия мектептерінде 9-сыныпта оқытылған кейбір химиялық тақырыптар халықаралық жүйе бойынша оқытылса, Қазақстан мектептерінде бұрынғы жүйе бойынша оқытылады. Мысалы, периодтық жүйе, атомдық теориялар, элементтердің периодтық қасиеттері (ионизация энергиясы, электрон тартқыштығы, электрон терістігі, атомның радиусы), электрондық конфигурация. Электрондық конфигурацияны, периодтық жүйе және атомдардың периодтық қасиеттерімен байланыстыра оқыту ең басты өзгешеліктердің бірі болып табылады.

7. Екі мемлекетте де 8-9 сынып химияны оқытуда зертханалық тәжірибелер химиялық тақырыпқа байланысты өзгешелік көрсетеді. Түркия мектептерінде 9-ншы сыныпта бір оқу жылында 26 зертханалық жұмыс орындалады. Бірінші тарау – зат және заттардың қасиеттері тақырыбында 5, екінші тарау бойынша 13 зертханалық жұмыс, үшінші тарау бойынша 3, төртінші тарау бойынша 5 зертханалық жұмыс оқу жоспарына енгізілген. Зертханалық жұмыстарында газ күйіндегі қоспаны айыру әдістемесі және техникасы (қойылту температурасы айырмашылығы), температураның ерігіштілікке әсері, қатты күйіндегі заттың екі бөлек еріткіш ішіндегі ерігіштігі, бірдей мөлшердегі судың ішінде еріген заттардың массаларын салыстыру, сұйық заттың судағы ерігіштігі, газ күйіндегі заттың судағы ерігіштігі т.б. жұмыстар оқулықта дайын түрінде фотосуретімен басылып қойылған.

8. Екі елде де 8-9 сыныпта оқытылған тақырыптардың ішінде химиялық есептердің түрлері жане формулаларында өзгешеліктер бар. Есептеу жұмыстарының ішінде өзгешелік болған ерігіштік туралы яғни ерітінді заттардың судағы ерігіштілігі және температураға байланысты заттың ерігіштігінің ауысуы туралы есептер диаграммалар арқылы орындатады. Практикалық жұмыс тұрғысынан өзгешелігі: атомдардың электрондық формуласы немесе конфигурациясын шығару жұмыстары бойынша. Оқушылардың периодтық кестені қолданбай атомдардың электрондық конфигурациясы арқылы олардың периодтық кестедегі орнын табу және периодтық қасиеттері туралы білімдерін толықтыру, элементті сипаттай білу осы практикалық жұмыс арқылы қалыптасады.

9. Қолданылған химиялық тілдер арасында да айырмашылық бар. Формулаларда белгі жағынан екі түрлі өзгешелік көзделеді. Ерігіштік туралы ерітінділердің массалық үлес және пайыздық үлес есептеу жұмыстарында формулада Қазақстанда омега (w) белгісі қолданылса, Түркиядағы оқулықтарда % белгісі қолданылады. Екіншісі молярлық масса туралы формулада зат мөлшерінің белгісі Қазақстан мектептерінде оқулығында (v) белгісі болса, Түркияда «n» белгісімен көрсетіледі.

10. Екі мемлекет мектептерінде химия сабақтарын оқытылуында, мазмұндық жағынан ерігіштік және заттардың қасиеттері туралы кең білім беріледі. Түркияда заттардың қасиеттері болып, ұқсас қасиеттер және әр затқа қарай ауысатын қасиеттер деп екіге бөліп оқытады. Заттардың массасы, көлемі, инерциясы ұқсас қасиеттері болып табылса; әр затқа қарай айырмашылық көрсететін қасиеттері: тығыздығы, балқу және қайнау температурасы, жылу және электр өткізгіштігі және ерігіштігі болып табылады. Заттың бір күйінен екінші күйге ауысу туралы көрнекілік құрал арқылы көрсетіледі. Газ күйінен тікелей сұйық күйге соқпай, қатты күйге айналатын заттар немесе, керісінше, болатын заттар туралы мысалдар беріледі. Бөлме температурасында қатты, сұйық және газ күйінде болған заттарға күнделікті өмірден мысалдар келтіріледі.

11. Ерігіштік тақырыбы Қазақстан мектептерінде 8-сыныпта су тақырыбында және басқа тақырыптар ішінде көрсетіледі, осы тақырып Түркия мектептерінде арнайы тараумен 9-сыныпта оқытылады. Судан басқа да еріткіштер туралы мәлімет беріледі. Зертханалық жұмыс ретінде төмендегі жұмыстар өзгеше болып табылды:

а) 1-эксперимент: бірдей еріткіш ішінде еріген заттардың массаларын салыстыру.

ә) 2-эксперимент: сұйық және газ күйіндегі заттардың судағы ерігіштігі.

б) 3-эксперимент: температураның ерігіштілікке әсері.

Оқушылар бірінші эксперимент нәтижесінде ерігіштіліктің еріген заттың түріне тәуелділігін үйренеді. Екінші эксперимент нәтижесінде сұйық зат – су және газ күйіндегі зат – су ерітінділеріне күнделікті өмірден мысал келтіріліп, оқушылардың білімі толықтырылады. Үшінші эксперимент нәтижесінде оқушылар ерітіндіні жылытып, жылытудан бұрын және жылытудан кейінгі күйін салыстырып температураның ерігіштілікке тигізетін әсерін дәлелдейді. Температураның ерігіштілікке әсері диаграммалар арқылы көрсетіледі және сұрақтар қойылып, есеп шығарылады.

12. Түркия мектептерінде 9-сыныпта арнайы тақырып болып оқылатын атомдық теориялар тақырыбы бойынша атомның ішкі құрылысы, атомның құрамында болған протон, нейтрон және электрондардың қандай зерттеулер нәтижесінде табылғаны туралы білім беріледі. Дальтон, Томсон, Резерфорт және Бор сияқты ғалымдардың ортаға шығарған өз аттарымен аталған атомдық теориялары ұқсастыру және моделдеу әдісі арқылы атомның ішкі құрылысы туралы оқушылардың ой-пікірлерін қалыптастырады. Моделді дайындау туралы зертханалық жұмыс көрсетіледі. Әлбетте, мұның барлығы оқушылардың ғылымға деген қызығушылығын арттыра түседі.

14. Иондық және коваленттік ерітінділердің тоқ өткізгіштілігі туралы зертханалық жұмыс арқылы иондық қосылыс мен коваленттік қосылыс арасындағы айырмашылығын үйренеді. Токты өткізген бөлшектің иондар арқылы болатынын тәжірибе арқылы меңгереді.

15. Периодтық жүйені оқытуда екі мемлекет арасында біршама айырмашылық бар екені анықталды. Ғалымдар периодтық заңның қазіргі анықтамасын: «Химиялық элементтердің қасиеттері реттік номерлеріне периодты тәуелділікте болады» деп шешкен. Сондықтан шетел тәжірибелерінде әлемдік деңгейде қабылданған периодтық кестенің ұзын формасын қолданады. Осы кесте атомдардың реттік номерлеріне қарай түзілген. Периодтық жүйенің Д.И. Менделеев ұсынған түрі қысқа периодты немесе классикалық деп аталады және атомдардын салыстырмалы массаларының өсу ретімен түзілген (1-сурет).

16. Халықаралық жүйе бойынша электроникалық конфигурацияны әр мезгілде қолданып, оқушылардың өзіне практикалық жұмыс жасатқызғаны өзгешелік болып табылады. Халықаралық пеиодтық жүйе бойынша оқушылар практикалық жұмыстар аркылы білімдері толықтырылады. Тақырып бойынша үш түрлі практикалық жұмыстар байқалады. Біріншісі – атом құрылысы теориялары және электрондық конфигурация құрастыру жұмыстары. Екіншісі – электрондық конфигурацияны пайдаланып, элементтердің орнын периодтық кестеден табу туралы практикалық өзіндік жұмыстар. Үшіншісі – электрондық конфигурацияны пайдаланып элементтердің қасиеттеріне сипаттама беру және қасиеттері бойынша өзара салыстыру туралы практикалық жұмыстары.

17. Элементтердің қасиеттері атомның реттік номеріне қарай ауысатын болса периодтық кестенің ұзын түрін қолдану ыңғайлы. Менделеев ұсынған классикалық түрінде атомдардың массасына қарай түзілгенде оқушылар алдынан бір сауал шығады. Бұл сауал Қазақстан химия оқулығында былайша көрініс тапқан: «периодтық жүйеде салыстырмалы атомдық массаларының өсу ретіне қарай орналасуы бұзылған үш жағдай бар». Осы қайшылық болып саналады. Осы сауалды халықаралық кестені қолдану арқылы жоюға болады.