Як вивчають речовини

Для того щоб якась наука зрушила з місця, щоб розширення її' стало досконалішим, гіпотези необхідні так само, як експеримент і спостереження.

Йоганн Вольфганг Гете

Опрацювавши матеріал параграфа, ви зможете:

• розвинути уявлення про спостереження та експеримент, вимірювання й моделювання як методи вивчення речовин у хімії;

• свідомо й цілеспрямовано застосовувати їх для вивчення хімічних сполук і явищ.

Методи вивчення природи відомі вам з курсу природознавства 5-го класу та біології 6-го. Це, зокрема, спостереження, експеримент, вимірювання, моделювання тощо. Хімія як частина природознавства плідно використовує ці та інші наукові методи пізнання під час вивчення речовин та їхніх взаємоперетворень.

Ви вже маєте досвід організації спостережень за тілами живої та неживої природи, виконання найпростіших дослідів. Тому усвідомлюєте: перший крок до науки - спостереження (рис. 5.1).

Тобто цілеспрямоване вивчення й фіксування даних про об’єкт, який не зазнає спеціально організованого впливу дослідника.

Як правильно проводити спостереження? Передусім потрібно чітко визначити його предмет: те, на чому концентруватиме увагу дослідник. Предметом спостереження може бути речовина, її властивості, кількість тощо.

Не менш важливо чітко сформулювати мету спостереження. Тобто визначити, для чого ви його проводите, на яке запитання хочете отримати відповідь.

Складання плану спостереження й використання предметних засобів для його проведення й фіксування результатів сприятимуть досягненню поставленої мети.

За результатами спостережень висувають гіпотези - припущення, які перевіряють експериментально. Саме експеримент допомагає ще глибше вивчити речовини та хімічні явища, дійти висновків. Важливо чітко сформулювати і записати їх.

У вивченні речовин і хімічних явищ спостереження й експеримент посідають чільне місце. Ці два методи дуже схожі за змістом, однак дещо різняться способом виконання. Астроном не може створити зорю й почекати, поки вона постарішає, щоб вивчити зміни в її складі. Геологу не до снаги пришвидшити рух літосферних плит на поверхні Землі, щоб подивитися, які явища відбудуться. У цих випадках науковцям доводиться задовольнятися спостереженнями за природою та моделюванням, оскільки предмет дослідження їм непідвладний.

Натомість хімік-експериментатор може керувати дослідженням: змінити температуру, тиск, розчинник, кількості речовин тощо (рис. 5.2). Найчастіше під час експерименту він змінює якусь одну умову, щоб побачити результат цього впливу. Експеримент не виключає спостережень, і навпаки. У хімії, як і в будь-якій науці, використовують їхнє розумне поєднання.

¹ Такі умови тут і далі називатимемо звичайними.

«Під час вивчення наук приклади корисніші за правила», - слушно зауважував І. Ньютон (чи погоджуєтеся ви з думкою видатного науковця? Якщо ні, то чому?). Спробуймо повчитися спостерігати, експериментувати, вимірювати на прикладі добре відомих із повсякденного вжитку речовин - оцтової кислоти і питної соди.

Перші кроки юних дослідників до розмаїтого світу хімії зображено на рисунку 5.3. Що стало предметом їхнього спостереження? Харчова сода та оцет, а також явища, які відбулися внаслідок їхнього змішування.

Якою була мета спостереження, виконаного семикласниками? Вони хотіли дізнатися, у якому агрегатному стані за умов дослідження (температури близько 20 °С та атмосферного тиску¹) перебувають харчова сода й оцет, чи мають вони колір, запах, смак тощо.

Описуючи спостереження, учні зазначили, що харчова сода - біла дрібнокристалічна речовина, оцет - рідина з характерним різким запахом, кисла на смак (рис. 5.4). Хоча в хімічній лабораторії куштувати речовини заборонено, однак запах і смак оцтової кислоти відомий чи не кожному (поясніть, звідки).

Добавляючи соду до оцту, юні хіміки керували дослідженням: адже в природних умовах вони навряд чи мали нагоду спостерігати цей процес. Тобто здійснили хімічний експеримент, маючи на меті дізнатися, чи утворюються внаслідок змішування харчової соди з оцтом нові речовини. Спостереження засвідчили, що внаслідок свідомого впливу (якого саме?) допитливих експериментаторів відбулися зміни: суміш спінилася, а порожня зморщена повітряна кулька поступово набула опуклої форми.

Свіжий салат на тарілці.

Запах оцту від нього в самісіньке серце проник.

Ісікава Такубоку

Якого висновку дійшли дослідники за результатами спостережень під час проведення експерименту? Вони пригадали, що гази заповнюють увесь доступний їм простір. Отже, кульку роздув газ, який утворився внаслідок взаємодії харчової соди з оцтом. Результати дослідження підтвердили їхню гіпотезу: унаслідок дії оцту на харчову соду утворилася нова речовина, яка за умов проведення експерименту перебуває в газуватому стані.

Цікаво було б дослідити не лише якісний, а й кількісний аспект цього явища (рис. 5.5). Наприклад, визначити, як залежить об’єм вуглекислого газу від кількості харчової соди та оцту, узятих для проведення досліду.

Дослідження речовин і явищ, пов’язаних з їхніми взаємоперетвореннями, - нескінченний процес. У науці завжди є місце для розширення обріїв пізнання в нових напрямах. І через століття в засобах масової інформації буде не менше, ніж нині, повідомлень про нові здобутки хімії.

ПРО ГОЛОВНЕ

Спостереження та експеримент посідають чільне місце у вивченні речовин і їхніх перетворень.

Спостереження - перший крок до науки.

За результатами спостережень висувають гіпотези.

За допомогою експериментів гіпотези підтверджують або спростовують. У науці завжди є місце для розширення обріїв пізнання у нових напрямах.

Перевірте себе

1. Які методи вивчення природи відомі вам з курсу природознавства?

2. Що таке спостереження?

3. Як правильно проводити спостереження?

4. Що таке предмет спостереження? Мета спостереження?

5. Що дослідники висувають за результатами спостережень?

6. Як перевіряють гіпотези?

7. Чим експеримент відрізняється від спостереження?

8. Що формулюють за результатами експерименту?

Застосуйте свої знання й уміння

9. Чому спостереження й експеримент посідають чільне місце у вивченні речовин і їхніх перетворень?

10. Чому важливо чітко сформулювати мету та скласти план проведення спостереження й експерименту?

11. Чому експеримент не виключає спостережень, і навпаки?

12. Чому важливо зафіксувати результати спостережень і висновки з експерименту?

13. Чому важливо досліджувати не лише якісний, а й кількісний аспекти хімічних явищ?

14. Для чого науковці оприлюднюють результати спостережень та експериментів?

Творча майстерня

15. Відчуйте себе справжнім науковцем: заплануйте й проведіть під наглядом батьків безпечний якісний або кількісний домашній хімічний експеримент з використанням безпечних речовин буденного вжитку. З огляду на вивчене, підготуйте звіт про його виконання. Використайте традиційні й сучасні засоби документування свого доробку. Презентуйте результати роботи однокласникам або через Інтернет поділіться ними з усім світом.

Порівняйте техніку виконання дослідів у відеофрагментах, посилання на які наведено в рубриці Дізнайтеся більше про світ хімії. У яких із них експериментатори діяли правильно? У яких припустилися помилок?

Складіть пам’ятку-інструкцію для тих, хто хоче оприлюднити відеозаписи власноруч виконаного хімічного експерименту.

Дізнайтеся більше про речовини та їхнє вивчення (с. 176).

Це матеріал з підручника Хімія 7 клас Лашевська