გონებრივი რუკის გამოყენება ქიმიის სწავლების პროცესში

აქედან გამომდინარე, უაღრესად დიდი მნიშვნელობა აქვს სწავლა-სწავლების პროცესში ისეთ აქტივობათა ჩართვას, რომლებსაც მოსწავლეები დამოუკიდებლად შეასრულებენ. ამ აქტივობათა განსახორციელებლად მეტად სასარგებლოა სასწავლო რესურსებად სამუშაო ფურცლების, ე. წ. hand-out-ების გამოყენება.

ერთ-ერთი ასეთი აქტივობაა გონებრივი რუკის (იმავე ცნების რუკის) შექმნა რომელიმე კონკრეტული საკითხის შესახებ.

არ შევუდგები იმის ახსნას, რა არის გონებრივი რუკა (mindmap) და რა სარგებლობა მოაქვს მას სწავლა-სწავლების პროცესში (ამის შესახებ იხ. ბმული https://mastsavlebeli.ge/?action=page&p_id=19&id=302). შეგახსენებთ მხოლოდ იმას, რომ გონებრივი რუკა განსაზღვრული თემისა თუ მასალის შესახებ ინფორმაციის ორგანიზების ფორმაა. სტატიის მიზანია, კონკრეტული თემის მაგალითზე ვაჩვენოთ, როგორ შეიძლება ასეთი რუკის გამოყენება ქიმიის სწავლებისას. თემის სახელწოდებაა „არაორგანულ ნაერთთა კლასების მიმოხილვა”.

მოსწავლეებს დავურიგოთ გონებრივი რუკები (იხ. ქვემოთ), რომლებიც უნდა შეავსონ გაკვეთილის განმავლობაში. პედაგოგმა საგაკვეთილო პროცესი კითხვებით უნდა წარმართოს – ეს მოსწავლეებს რუკის შევსებაში დაეხმარება.

პირველი აქტივობა, რომელიც უნდა შეასრულონ მოსწავლეებმა, ის არის, რომ გონებრივ რუკაზე ელემენტების გრაფაში მეტალები არამეტალებისგან გამოყონ. აქ შეიძლება ასეთი კითხვების დასმა: დღეისთვის რამდენი ქიმიური ელემენტია ცნობილი? პერიოდულ სისტემაში სად მდებარეობს მეტალები? სად მდებარეობს არამეტალები? ამ კითხვებზე პასუხების გაცემის შემდეგ შევთავაზოთ მოსწავლეებს, შემოხაზონ არამეტალები ფჩხილებში მითითებულ ვალენტობასთან ერთად.

აქ ერთ სირთულეს ვაწყდებით: აზოტ(V)-ის ოქსიდსა და აზოტმჟავაში აზოტის ატომის ვალენტობა 4-ის ტოლია, ხოლო ჟანგვის რიცხვია +5. ფრჩხილებში მითითებული რომაული ციფრი (V) არის არა ვალენტობა, არამედ ჟანგვის რიცხვი. თუ გონებრივ რუკას იყენებთ მე-9 კლასში, სადაც ქიმიური ბმა და ჟანგვის რიცხვი მოსწავლეებს ჯერ არ გაუვლიათ, მათ უნდა შევთავაზოთ, ფრჩხილებში მოცემული რომაული ციფრი (V) პირობითად ჩათვალონ ვალენტობად ან გამოვიყენოთ ტერმინი „პირობითი ვალენტობა”. აქვე ავუხსნათ, რომ ტერმინი არასწორია, მაგრამ გვჭირდება ოქსიდის ფორმულის სწორად დასაწერად და საკითხის განხილვა მოხდება მე-10 კლასში, ქიმიური ბმისა და ჟანგვის რიცხვის შესწავლის შემდეგ. მე-10 კლასში კი ეს საკითხი ასე შეიძლება გავაშუქოთ:

აზოტის ატომის ხუთი სავალენტო ელექტრონიდან ორი გაწყვილებულია, ხოლო სამი – გაუწყვილებელი; ჟანგბადის 6 სავალენტო ელექტრონიდან ორია გაუწყვილებელი, ხოლო ოთხი ელექტრონი წარმოქმნის ორ ელექტრონულ წყვილს.

აზოტ(V)-ის ოქსიდისათვის ლუისის ფორმულას აქვს შემდეგი სახე:

ჯვრებით აღნიშნულია აზოტის ატომის სავალენტო ელექტრონები, ხოლო წერტილებით – ჟანგბადის ატომებისა. როგორც ფორმულიდან ჩანს, აზოტის ატომები ერთმანეთთან დაკავშირებულია ჟანგბადის ატომით. აზოტის თითოეულ ატომს, თავის მხრივ, უკავშირდება ჟანგბადის ორი ატომი, რომელთაგან ერთთან აზოტის ატომი წარმოქმნის პოლარულ-კოვალენტურ ბმას, ხოლო მეორეს უკავშირდება კოორდინაციულ-კოვალენტური ბმით (ეს არის კოვალენტური ბმა დონორულ-აქცეპტორული მექანიზმით). აღნიშნული ბმა შემდეგნაირად ხორციელდება: ჟანგბადის ატომი გადადის აგზნებულ მდგომარეობაში, რაც ამ შემთხვევაში გულისხმობს არა ელექტრონული წყვილების განცალკევებას, არამედ, პირიქით, გაუწყვილებელი ელექტრონების გაწყვილებას, რის შედეგადაც ჟანგბადის ატომს უთავისუფლდება ერთი 2p ორბიტალი, რომელსაც იკავებს აზოტის ატომის თავისუფალი ელექტრონული წყვილი.

ვინაიდან აზოტის ატომის ხუთი სავალენტო ელექტრონი გადაწეულია ჟანგბადის, როგორც უფრო ელექტროუარყოფითი ელემენტის, ატომებისკენ, აზოტის ატომის ჟანგვის რიცხვია +5. რაც შეეხება ვალენტობას, რაკი აზოტის ატომის 5 სავალენტო ელექტრონი მონაწილეობს 4 ქიმიური ბმის წარმოქმნაში, აზოტის ატომის ვალენტობა გამოდის 4-ის ტოლი.

ახლა დავუბრუნდეთ ჩვენს გონებრივ რუკას. მას შემდეგ, რაც გამოვყოფთ მეტალებს არამეტალებისგან, გადავდივართ მეორე აქტივობაზე: მეტალების გრაფიდან გამოდის სამი ისარი. აქ მოსწავლეები იმსჯელებენ იმაზე, რომ მეტალები, ზოგიერთი გამონაკლისის გარდა, წარმოქმნიან ფუძე ოქსიდებსა და ფუძეებს, ასევე – ამფოტერულ ოქსიდებს. ამ უკანასკნელის გრაფაში ფრჩხილებში მითითებულია ციფრი სამი – აქ უნდა ჩაწერონ იმ სამი ამფოტერული ოქსიდის ფორმულა, რომლებიც ხშირად გამოიყენება სასკოლო პროგრამაში. რომელი ელემენტები წარმოქმნიან ამფოტერულ ოქსიდებს? ამ კითხვაზე პასუხის გასაცემად მოსწავლეებმა უნდა მიმართონ ელემენტების გრაფას და გამოყონ ეს მეტალები, მაგალითად, განსხვავებული ფერის მარკერით, მერე კი შესაბამის გრაფაში ჩაწერონ ოქსიდების ფორმულები: ZnO, Al2O3, Cr2O3.

მესამე აქტივობა ფუძე ოქსიდებს ეხება. პედაგოგი იყენებს ასეთ მიმანიშნებელ კითხვებს: რა არის ოქსიდი? როგორია ოქსიდის ზოგადი ფორმულა? მოსწავლე განმარტავს ოქსიდს და აღნიშნავს, რომ განასხვავებენ ოქსიდებს, რომლებიც ურთიერთქმედებს წყალთან და რომლებიც წყალთან არ ურთიერთქმედებს. ყურადღება უნდა გავამახვილოთ იმაზე, რომ ხშირად იხმარება ტერმინები წყალში ხსნადი და წყალში უხსნადი ოქსიდები. ეს ტერმინები არასწორია, ვინაიდან ოქსიდები, რომლებიც წყალში იხსნება, იმავდროულად ურთიერთქმედებს კიდეც მასთან შესაბამისი ტუტეების წარმოქმნით. აქვე შეიძლება განვმარტოთ ტერმინი „ანჰიდრიდი”, რომელიც წარმოდგება სიტყვისაგან „anhydrous”, რაც „უწყლოს” ნიშნავს და ოქსიდები განვიხილოთ როგორც შესაბამისი მჟავებისა თუ ფუძეების ანჰიდრიდები.

ოქსიდების (რომლებიც წყალთან ურთიერთქმედებს) გრაფიდან გამოდის 5 ისარი, რაც იმას ნიშნავს, რომ უნდა დავწეროთ 5 ოქსიდის ფორმულა. ამ ოქსიდებს წარმოქმნის ელემენტების გრაფაში მდებარე პირველი ხუთი მეტალი – სამი ტუტე და ორი ტუტემიწა. მოსწავლეები მიუწერენ ისრებს ამ ოქსიდების ქიმიურ ფორმულებს:Li2O, Na2O, K2O, CaO (ჩაუმქრალი კირი), BaO.

ახლა გადავიდეთ იმ ფუძე ოქსიდების ფორმულების შედგენაზე, რომლებიც წყალთან არ ურთიერთქმედებს. მოსწავლეებს ვთხოვოთ, გამოყონ (მაგალითად, სიმბოლოებს გაუსვან ხაზი) 6 მეტალი, რომლებიც წარმოქმნის ასეთ ოქსიდებს. ეს მეტალებია Mg, Cr(II), Fe(II), Cu(II), Hg(II), Ag. მოსწავლეები ამ მეტალების შესაბამისი ოქსიდების ფორმულებს მიუწერენ სათანადო ისრებს.

მეოთხე აქტივობა ეხება ფუძეებს (იმავე ჰიდროქსიდებს). აქ გაიმართება მოკლე დისკუსია იმის შესახებ, რა არის ფუძე, როგორია მისი ზოგადი ფორმულა (Me(OH)n, სადაც n მეტალის ვალენტობა/ჟანგვის რიცხვია), რომ არსებობს წყალში ხსნადი და წყალში უხსნადი ფუძეები. გონებრივი რუკის ამ ნაწილის შესავსებად მოსწავლეები იყენებენ ფუძე ოქსიდებისთვის გამოყენებულმეტალებს.

ამ აქტივობით მთავრდება მეტალების შემცველი ნაერთების მიმოხილვა და გადავდივართ არამეტალებისგან მიღებული ნაერთების განხილვაზე. ესენია მჟავა ოქსიდები, მჟავები (რომლებსაც, როგორც წესი, წარმოქმნის არამეტალები) და მარილარწარმომქმნელი ოქსიდები.

მეხუთე აქტივობა სწორედ მარილარწარმომქმნელ ოქსიდებს ეხება. აქ პედაგოგი საუბრობს ოქსიდების კლასიფიკაციაზე, განმარტავს მარილწარმომქმნელ და მარილარწარმომქმნელ ოქსიდებს, შესაძლოა ახსენოს პეროქსიდები და სუპეროქსიდებიც. ამის შემდეგ შესაბამის გრაფაში მოსწავლეები ჩაწერენ სამი მარილარწარმომქმნელი ოქსიდის ფორმულას: N2O, NO, CO.

მეექვსე აქტივობის თემაა მჟავა ოქსიდები. გონებრივი რუკიდან ჩანს, რომ დასაწერია 6 მჟავა ოქსიდის ფორმულა. აღნიშნული ტიპის ოქსიდებს, როგორც წესი, წარმოქმნიან არამეტალები. ისინი მდებარეობენ პერიოდული სისტემის ზედა მარჯვენა კუთხეში. ამ არამეტალებიდან გამოვყოთ რამდენიმე (C, Si, N, P, S) და შესაბამის ისრებს მივუწეროთ მჟავა ოქსიდების ფორმულები: CO2, SiO2, N2O5, P2O5, SO2, SO3. აქ შეიძლება იმის აღნიშვნაც, რომ ამ ოქსიდებიდან წყალთან არ ურთიერთქმედებს მხოლოდ SiO2.

მეშვიდე აქტივობა ეხება მჟავებს. აქ განსახილველი საკითხები, საკვანძო სიტყვები თუ ფრაზებია: მჟავების ზოგადი ფორმულა (HmX, სადაც X მჟავას ნაშთია; ლიტერატურაში შეხვდებით მჟავას ასეთ აღნიშვნასაც: HA, – სადაც A(Anion) არის ანიონი), მჟავების კლასიფიკაცია როგორც ფუძიანობის, ისე ჟანგბადიანობის მიხედვით, ერთფუძიანი ჟანგბადიანი მჟავები – აზოტმჟავა და აზოტოვანი მჟავა, ორფუძიანი ჟანგბადიანი მჟავები – გოგირდმჟავა და გოგირდოვანი მჟავა, ასევე – ნახშირმჟავა და სილიციუმმჟავა, სამფუძიანი მჟავა – ფოსფორმჟავა, უჟანგბადო მჟავები (სულ ხუთი) – ჰალოგენწყალბადმჟავები და გოგირდწყალბადმჟავა.

მოსწავლის მიერ შევსებული გონებრივი რუკის ნიმუში იხილეთ სტატიის ბოლოს.

ასეთი გონებრივი რუკა, უკვე შევსებული, არის დამხმარე რესურსი არაორგანულ ნაერთთა კლასების შესწავლისას. იგი გაუადვილებს მოსწავლეს ისეთი რეაქციების დასწავლას, როგორებიცაა: ა) უხსნადი ფუძის დაშლის რეაქცია, რომელიც ფუძის თვისებაც არის და, იმავდროულად, ოქსიდების მიღების ერთ-ერთი ხერხიც; ბ) ოქსიდის მიღება უხსნადი მჟავას, მაგ., სილიციუმმჟავას, თერმული დაშლით; გ) უხსნადი ფუძის მიღება შესაბამის ხსნადი მარილის ურთიერთქმედებით ტუტესთან (ეს რეაქცია არის მარილების მიღების ერთ-ერთი ხერხი); დ) ფუძე ოქსიდის ურთიერთქმედება მჟავა ოქსიდთან; ე) მჟავასთან; ვ) მეტალის ურთიერთქმედება წყალთან; ზ) ფუძე ოქსიდის ურთიერთქმედება წყალთან; თ) მჟავა ოქსიდის ურთიერთქმედება წყალთან და ა. შ.