Досить стійкими і малорозчинними є сульфіди багатьох металів. Іноді сульфіди трапляються разом з арсенідами (руди Co та Ni). Сульфідні руди, що містять цинк, свинець, срібло, мідь, бісмут з домішками рідкісних металів (германій, реній, індій), називаються поліметалічнимирудами.

Сульфідів активних металів у земній корі не виявлено, оскільки вони нестійкі [12].

Лужноземельні метали і рідкісноземельні елементи в природі трапляються у вигляді не розчинних у воді карбонатів, фторидів, фосфатів. Кальцій, стронцій і барій входять до складу сульфатних мінералів, лужні метали — до складу подвійних силікатів. Для натрію і калію поширеними є хлоридні мінерали, які утворилися в результаті кристалізації розчинів під час висихання озер і морів.

Добуванням металів з руд займається галузь промисловості — металургія.

Для збагачення руд застосовують методи магнітної та гравітаційної сепарації, пінної флотації. Магнітну сепарацію можна застосовувати лише тоді, коли потрібний компонент руди виявляє магнітні властивості, і руди, притягуючись до магніта, переносяться ним у збірник руди. Методом гравітаційної сепарації здійснюється відокремлення мінералу, який потрібно вилучити з руди, від домішок за допомогою важких розчинів, що мають проміжну густину (між густиною мінералу і домішок). Часточки легкого компонента спливають на поверхню.

Флотація ґрунтується на різній змочуваності водою пустої породи і мінералу. Часточки компонента, який змочується водою, поглинаються, а часточки, що не змочуються, спливають на поверхню.

Для добування металу з його сполуки, що міститься у руді, потрібно його відновити.

Найважливішим методом добування металів із руд є відновлення їхніх оксидів вуглецем або оксидом карбону (ІІ).

Відновлення металів із руд вуглецем і оксидом карбону (II) відбувається за високих температур, тому цей метод добування металів належить до пірометалургійних.

Для металів, які не відновлюються вуглецем і оксидом карбону(ІІ) (активні метали), застосовують сильніші відновники: водень, магній, алюміній, силіцій. Метод відновлення оксиду одного металу іншим металом називається металотермією (якщо відновником є алюміній — алюмотермією). Метало-термічним методом виплавляють титан, цирконій, рідкісноземельні метали, уран, хром тощо.

Для добування металів застосовують також гідрометалургійний метод, тобто електроліз водних розчинів солей та витіснення металів з їхніх розчинів іншими металами. Гідрометалургійним методом добувають золото (витіснення його з ціанідних розчинів за допомогою цинку) [17].

Електропірометалургійним методом добувають лужні, лужноземельні метали, алюміній, титан, торій, ніобій, тантал. Суть цього методу полягає в електролізі розплавлених солей. За цим методом добувають дуже активні метали, які не можна добути, використовуючи звичайні відновники.

1.5 Сплави

У рідкому стані більшість металів розчиняється один в одному, утворюючи рідкий сплав. Сплавами називаються гомогенні суміші металів у розплавленому і затверділому станах. Затверділі сплави мають різну природу: вони можуть виявляти характер твердих розчинів, хімічних сполук, бути гетерогенними.

Щоб визначити природу сплаву, поверхню досліджують мікроскопічним методом, а також піддають його рентгеноструктурному аналізу. Проте найчастіше сплави досліджують, проводячи фізико-хімічний аналіз [17].

Про взаємодію між металами можна судити на підставі вимірювання питомої електропровідності систем (електропровідність окремих металів вища за електропровідність утворених ними інтерметалідів). Внаслідок взаємодії металів змінюється їхня твердість, магнітна сприйнятливість. Склад утвореного металіду можна визначити, не виділяючи його в чистому вигляді, якщо вивчати зміну однієї з названих властивостей.

Нині фізико-хімічний аналіз є основним методом вивчення природи різних сплавів. Розділ фізико-хімічного аналізу, що досліджує перетворення в системі за зміною температури її плавлення або тверднення залежно від складу, називається термічним аналізом. Діаграми температура плавлення — склад називаються діаграмами стану, або діаграмами плавлення системи. Термічний аналіз до вивчення сплавів вперше застосував у 1868 р. Д. К. Чернов, а в 1900 р. видатний російський вчений М. С. Курнаков розробив метод встановлення складу сполук у сплавах за допомогою термічного аналізу.

Для того щоб побудувати діаграму стану, досліджують експериментально криві охолодження. Розплавлений чистий метал поступово охолоджують, вимірюючи зміну температури сплаву з часом. На діаграмі температура — час дістають горизонтальну лінію, що відповідає температурі плавлення металу (затримка в охолодженні металу зумовлена виділенням прихованої теплоти кристалізації). Якщо до металу А додати метал В, то в разі поступового охолодження рідкого сплаву кристали металу А осідатимуть за нижчої температури, ніж коли б це був чистий метал. Якщо ж до чистого металу В додати метал А, спостерігатиметься аналогічна картина. Щоб побудувати діаграму стану для двохкомпонентної системи, виготовляють суміші двох чистих металів із різним їх кількісним складом, розплавляють їх і визначають температури початку кристалізації як зупинки на діаграмах температура — час (рис. 2).

Діаграми плавлення мають різну форму залежно від характеру взаємодії компонентів суміші між собою.

Якщо два метали між собою не утворюють сполуку, а в твердому стані не утворюють розчин, то діаграма стану для такої системи має так звану евтектичну точку, яка вказує на існування сплаву з найнижчою температурою плавлення. Сплав, який має таку низьку температуру плавлення, у твердому стані є сумішшю дрібних кристалів і називається евтектикою.

Рис. 2. Криві охолодження (а) та діаграма стану двохкомпонентної системи (б)

Термічний аналіз дає змогу виявити велику кількість сполук одних металів з іншими (інтерметалідних сполук). Такі сполуки утворюють лужні, лужноземельні метали з металами, що мають слабкі металічні властивості. Склад інтерметалідних сполук виражається формулами, в яких валентності металів не збігаються з валентностями цих металів у сполуках з неметалами. Наприклад, натрій з оловом утворює такі сполуки: NaSn₄, NaSn₆, NaSn₃, NaSn₂, NaSn, Na₄Sn₂, Na₂Sn, Na₄Sn.

Властивості сплавів відрізняються від властивостей компонентів сплаву. Температура плавлення сплаву, як правило, нижча за температуру плавлення найбільш легкоплавкого його компонента, а твердість вища, ніж твердість складових частин сплаву. Особливо сильно зростає твердість сплаву, якщо під час сплавляння утворюються хімічні сполуки металів. Високою твердістю характеризуються сплави, що містять тверді розчини. Низькі температури плавлення, висока твердість надають сплавам більшої цінності для сучасної техніки, ніж цінність металів, з яких їх виготовляють [17].

РОЗДІЛ 2. ФОРМИ ОРГАНІЗАЦІЇ НАВЧАННЯ ПРИ ВИВЧЕННІ ТЕМИ „МЕТАЛИ” В ШКІЛЬНОМУ КУРСІ ХІМІЇ

2.1 Традиційна форма організації навчального процесу

В системі форм навчання і виховання учнів головна роль належить уроку. Це пояснюється тим, що тільки на уроці реалізується навчальна програма.

В методиці навчання хімії за основу розподілу уроків на типи і види в різні часи обиралися різні ознаки. Так, у перші роки викладання хімії в радянській школі, коли на перший план висувався формально-логічний, або «дослідницький», метод викладання, основною формою навчання був так званий лабораторний урок. У розробці методики проведення таких уроків велика заслуга належить В. Н. Верховському [23].

Коли на перший план стали висувати не методи, а характер навчально-виховного процесу, типи уроків почали розрізняти за дидактичними цілями. Так, С. Г. Шаповаленко, П. О. Глоріозов, Д. М. Кирюшкін [22] розподіляли уроки хімії на п'ять типів: вивчення нових знань, їх закріплення, узагальнення, облік і особливий тип уроку — змішаний, або комбінований. С. В. Дьякович [23] за дидактичною метою розрізняє такі типи уроків: а) засвоєння нових знань і умінь (вивчення нового матеріалу); б) удосконалення і застосування теоретичних знань і умінь; в) узагальнення й систематизація знань; г) контрольно-облікові; д) змішані (комбіновані).

За останні роки на розробку проблеми уроку хімії великий вплив справило вчення про логіку навчального процесу, розроблене дидактами. У світлі цього вчення кожний урок хімії розглядається як завершена частина навчання, в якій виявляються властиві йому закономірності. На кожному уроці розв'язується ряд взаємозв'язаних дидактичних завдань, одне з яких є провідним, наприклад засвоєння учнями нового матеріалу, а інші — повторення знань, закріплення і узагальнення вивченого, перевірка досягнень учнів — підпорядковуються провідному завданню. Відповідно до цього будь-який урок можна розглядати як комбінований. Тому багато методистів беруть під сумнів необхідність відокремлення комбінованих уроків як особливого їх типу. Р. Г. Іванова [11], наприклад, враховуючи те, що для вчителя важливіше знати, чому підпорядковувати весь процес навчання на уроці, а не сам факт «комбінування» етанів уроку, його навчальних завдань, класифікує уроки хімії на три типи відповідно до головної дидактичної мети, а саме:

1) уроки вивчення учнями нового матеріалу і набування нових умінь;

2) уроки вдосконалення знань і умінь учнів;

3) уроки перевірки знань і умінь учнів.

Така класифікація найбільш поширена сьогодні в методиці навчання хімії, проте і її слід розглядати як відносну. Адже навчальний характер уроку передбачає, щоб поряд з викладанням учням нових знань забезпечувалися закріплення їх і зворотний зв'язок, який сигналізував би про засвоєння знань учнями. На уроках, присвячених повторенню вивчених питань, можуть передаватися учня і деякі нові знання, здійснюватися перевірка засвоєного тощо. Реальні уроки і хімії настільки різноманітні, що неможливо врахувати всі їх варіанти, які створюються на практиці за допомогою комплексного використання прийомів, форм і методів навчання для розв'язання головних і супровідних завдань, котрі до того ж розв'язуються на різних рівнях залежно від етапу навчання.

Уроки кожного типу поділяються на види, які відрізняються між собою загальними методами розв'язання головної дидактичної мети: уроки з використанням пояснювально-ілюстративного, частково-пошукового і дослідницького методів (за Р. Г. Івановою) [11]. Уроки кожного виду ще мають різновиди, залежно від окремих конкретних методів, які переважно застосовуються для досягнення головної мети. Відповідно розрізняють урок-бесіду, урок-лекцію, урок-екскурсію, урок-практичне заняття, урок-контрольну роботу, кіноурок тощо.

Такий підхід до класифікації уроків робить її вкрай відносною, позбавляє чіткості. Адже при одному і тому самому провідному методі вчитель використовує звичайно ще багато допоміжних методів і прийомів, які відіграють під час уроку не менш важливу роль. Інколи буває, що різноманітність застосованих на уроці прийомів взагалі не дає можливості точно визначити його вид. Отже, немає необхідності в тому, щоб формально дотримуватися типізації уроків, штучно визначати їх вид.

2.2 Нетрадиційні форми організації навчальної діяльності

Крім основної форми проведення уроку існують альтернативні форми проведення уроків, тобто нетрадиційні форми уроків. Ці форми уроків користуються значною популярністю в старшій школі. Їх використання сприяє залученню школярів до самостійної та творчої роботи, розвитку аналітичного мислення.

Урок-лекція

Лекція — одна із форм організації навчання в загальноосвітньому навчальному закладі. Її основою є системне усне викладення вчителем навчального матеріалу протягом одного уроку (чи пари уроків), головний зміст якого становлять аналіз та узагальнення фактів, а провідними прийомами є пояснення й міркування. Залежно від теми лекції в ній можуть превалювати характеристика, опис, розповідь про певні факти, процеси, явища. Структура традиційної лекції така: організація діяльності вчителя й учнів; формулювання теми, постановка мети і завдань; актуалізація опорних знань учнів; викладення змісту дидактичного матеріалу вчителем, забезпечення умов сприйняття та засвоєння Його учнями; узагальнення та систематизація знань учнів, здобутих у процесі читання лекції.

У процесі підготовки, до лекції вчителеві необхідно: визначити оптимальний обсяг нової інформації; забезпечити відповідність інформації теоретичним положенням тієї науки, до якої належить навчальний предмет; акцентувати увагу учнів на основному, істотному; забезпечити повноту та глибину реалізації змісту навчального матеріалу. Важливо також вибрати та раціонально використати методи і засоби викладу змісту лекції, визначити метод-домінанту викладання навчального матеріалу (репродуктивний, проблемний, творчий). Специфічним, як стверджує І.М.Чередов [3], у лекції відносно до уроку є етап визначення домашнього завдання. Тут важливо уникати перевантаження учнів. З цією метою доцільно давати диференційовані завдання, план семінарського заняття з теми лекції, розраховуючи на те, то учні заздалегідь почнуть готуватися до обговорення конкретних питань за змістом лекції [20].

Залежно віл дидактичної мети та місця в логічній структурі навчального матеріалу розрізняють такі типи лекцій: вступна, оглядова, узагальнююча, лекція-інструктаж.

Специфіка вступної лекції полягає в тому, що її головною метою є розкриття провідних ідей і аспектів курсу навчального предмета, перспективи навчальної роботи з учнями щодо оволодіння змістом курсу предмета. При цьому важливо використовувати внутрішньокурсові та міжкурсові зв'язки. їх реалізація забезпечує цілісне сприйняття та уявлення про предмети, які вивчаються, їхню практичну значущість. Для вступної лекції найтиповішими прийомами викладання навчального матеріалу є порівняння, співставлення, спирання на знання учнів, здобуті у практичній діяльності та спілкуванні, доведення, висновки, оціночні судження.