Анатолий Владимирович Краснянский. Ошибки в учебнике химии для 8-го класса (издание 2009 г.) О.С. Габриеляна. Часть 2.

Анатолий Владимирович Краснянский, старший научный сотрудник Химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова

Ошибки в учебнике химии для 8-го класса (издание 2009 г.) О.С. Габриеляна. Часть 2.

 Объект изучения:   Учебник для 8 класса О.С. Габриеляна.  Имеет гриф: "Рекомендовано Министерством образования и науки Российской Федерации". "Дрофа". Москва. 15-е издание. 2009 год. Тираж 100000 экз.

Стр. 40. «В 1910 г. в Кембридже, близ Лондона, Эрнест Резерфорд изучал рассеивание альфа-частиц, проходящих через тоненькую золотую фольгу и попадавших на экран. Альфа-частицы обычно чуть отклонялись от первоначального направления, всего на один градус, подтверждая, казалось бы, равномерность и однородность свойств атомов золота. И вдруг – о чудо! – исследователи заметили, что некоторые альфа-частицы резко изменяли направление движения, будто наталкивались на какую-то преграду. Разместив экран перед фольгой, Э. Резерфорд сумел обнаружить даже те редчайшие случаи, когда альфа-частицы, отразившись от атомов золота, летели в обратном направлении» ).  Во-первых, школьники могут подумать, что один градус – это какое-то магическое число, а это, вероятно, средняя величина, рассчитанная из всей совокупности экспериментальных данных. Отклонение альфа-частиц на 1 градус нельзя измерить с удовлетворительной точностью.  На самом деле изучали рассеяние в широких интервалах: от 5 до 30, от 15 до 150 градусов и т. д. Так, в одной из многих серий измерений (с золотой фольгой) установили, что на угол 15^о рассеялось 132000 –  частиц,  30^о – 7800, 60^о – 477,  75^о – 211, 120^о – 52,  150^о – 33 частицы.  Во-вторых, разместив экран перед фольгой,  Э. Резерфорд смог измерить число (долю) альфа-частиц, которые  рассеивались на углы больше 90 градусов, но меньше 180^о. Измерить число частиц, отклонившихся от первоначального направления  на 180^о (двигающихся в обратном направлении), невозможно.

Стр. 40. «Но и это не все. Оказывается, и крошечное атомное ядро, в котором сосредоточена вся масса атома, состоит из частиц двух видов – протонов и нейтронов».  Правильно: «…в котором сосредоточена почти вся масса атома».  Автор учебника забыл об электронах, входящих в состав атома, и имеющих массу, не равную нулю.

Стр. 42. «Как вам уже известно, масса атома складывается из массы протонов и нейтронов. Зная порядковый номер элемента (Z), т.е. число протонов, и массовое число (A), равное сумме чисел протонов и нейтронов (N), можно рассчитать число нейтронов по формуле: N = A – Z.  Например, число нейтронов в атоме железа равно 56 — 26 = 30». Во-первых, из этого фрагмента следует, что железо состоит из атомов одного вида:   ⁵⁶Fe.  Железо состоит из изотопов:    ⁵⁴Fe,     ⁵⁶Fe,   ⁵⁷Fe   и   ⁵⁸Fe. Во-вторых, масса атома складывается из массы ядра и электронов. О.С. Габриелян снова забыл об электронах, входящих в состав атома.

Стр.  43.   "Порядковый номер элемента в таблице Д.И. Менделеева равен 35. Какой это элемент? Чему равен заряд ядра его атома? Сколько протонов, электронов и нейтронов в  его атоме?" (№ 5, стр. 43). Вопрос: "Сколько нейтронов содержит атом брома?" является логически некорректным вопросом, так как основан на ложном суждении: "Элемент бром состоит из одинаковых по массе атомов". На логически некорректный вопрос невозможно дать истинный ответ. Чтобы "решить" эту задачу, учащийся вынужден использовать ложное (неправильное) "правило":   массовое число можно определить, округляя до целого числа относительную атомную массу брома: A_r = 79,904 , N = A – Z,   A = 80,  Z = 35,   N = 45.  Но изотопа брома ⁸⁰Br (N = 45) в природе нет!   Природный бром состоит из двух  изотопов:   ⁷⁹Br  (50,56 %)  и  ⁸¹Br  (49,44%);   Cостав ядер:  ⁷⁹Br  (Z = 35, N =  44),  ⁸¹Br (Z = 35, N = 46).

    Как же нужно отвечать на логически некорректный вопрос: "Сколько нейтронов содержит атом брома?" ?  Ведь на логически некорректный вопрос нет  верного (истинного) ответа!  На  этот вопрос нужно ответить так: "Это логически некорректный вопрос, так как основан на ложном суждении: элемент бром состоит из одинаковых по массе атомов. На самом деле бром состоит из двух изотопов с  массовыми числами 79 и 81; то есть  ядра одного изотопа содержат 35 протонов и 44 нейтрона, ядра другого изотопа содержат 35 протонов и 46 нейтронов".

Стр. 44.  "Химические элементы, встречающиеся в природе, являются смесью изотопов". Не все элементы – смеси изотопов. Правильно: "Большинство химических элементов, встречающихся в природе —  смеси изотопов. (Атомы, ядра которых содержат одинаковое число протонов, но разное число нейтронов, называются изотопами).  Некоторые элементы состоят  исключительно из  атомов, ядра которых содержат не только одинаковое число протонов, но и одинаковое число нейтронов.  Примеры  таких элементов:  натрий  ²³Na,   фосфор  ³¹P,   золото  ¹⁹⁷Au.     (Химический элемент — это вид атомов, ядра которых содержат одинаковое число протонов).

Стр. 42 –  45.   Из  рис. 31. (стр. 42) "Состав атомных ядер химических элементов" следует,  что водород состоит из одного вида атомов:  ¹H (верхний индекс указывает массовое число);   углерод состоит из атомов ¹²C;   кислород состоит из атомов ¹⁶O,    хлор состоит из атомов  ³⁵Cl;   аргон состоит из атомов   ⁴⁰Ar;  калий состоит из атомов  ³⁹K.    А на  стр. 44 написано:  «Так, углерод имеет три изотопа с массовым числом 12, 13 и 14; кислород – три изотопа с массовым числом 16, 17 и 18 и т.д.».   Получается, что О.С. Габриелян противоречит сам себе. Первое противоречие: «Углерод состоит из атомов  ¹²C»; «Углерод состоит из атомов   ¹²C,     ¹³C  и    ¹⁴C». Второе противоречие: «Кислород состоит из атомов ¹⁶O»;  Кислород состоит из атомов   ¹⁶O,   ¹⁷O и   ¹⁸ O.   Автор учебника сделал ошибку: "логическое противоречие".  Это грубая ошибка.  Смотрите раздел "Дополнение к статье"

Стр. 45. "Например, атомы природного хлора представляют собой смесь двух изотопов с массой 35 (их в природе 75 %) и 37 (их 25 %); следовательно, относительная атомная масса хлора равна 35,5 (Ar = 35 0,75 +  37 0,25 = 35,5)".  Во-первых, О.С. Габриелян перепутал массу с массовым числом – а это не одно и то же. Масса – мера инерции (см. курс физики); массовое число  – сумма числа протонов и числа нейтронов в ядре атома.  Правильно:  "Например, атомы природного хлора представляют собой смесь двух изотопов с массовыми числами  35 (их в природе 75 %) и 37 (их 25 %)".  Верхний индекс указывает массовое число ядра, нижний индекс – число протонов. Во-вторых, здесь речь идет о необычных – для школьников – процентах. Здесь указана не массовые доли (в процентах),  а молярные  доли (в процентах) изотопов.  Молярная доля (в процентах)  показывают, сколько атомов (в среднем) данного изотопа содержится в 100 атомах элемента. 

Стр. 46, задание 2. "Почему в Периодической системе Д.И. Менделеева относительная атомная масса   аргона  близка  к  40,  а  калия — к  39?"    Учащиеся не знают изотопный состав Ar и K и поэтому не могут рассчитать относительную атомную массу этих элементов.  В учебнике в качестве изотопов калия и аргона  указываются (стр. 45):     ³⁹K  и  ⁴⁰K,    ³⁹Ar  и  ⁴⁰Ar».   В  природе  нет ³⁹Ar,   а   ⁴⁰K присутствует в ничтожных количествах. Чтобы, не гадая,   решить эту задачу,  нужно, исходя из  изотопного состава этих элементов:   ³⁶Ar  (0,337 %),  ³⁸Ar  (0.063 %),   ⁴⁰Ar  (99,60 %);    ³⁹K  (93,26 %),  ⁴¹K  (6,74 %) и ⁴⁰K (природный радиоактивный изотоп калия, его в природе очень мало — и это хорошо!)  рассчитать  относительные атомные массы  аргона и калия.  Для этого нужно молярную долю каждого изотопа  (выраженную в долях   единицы, а не в процентах) умножить на относительную  атомную массу этого изотопа (она приближенно равна массовому числу) и рассчитать сумму этих величин.  Например, относительная атомная масса калия равна:   A_r(K) = 0,9326 ^. 39 + 0,0674 ^. 41 = ?    Относительная атомная масса аргона равна:  A_r(Ar) = 0,00337 ^. 36 + 0,00063 ^. 38 + 0,996 ^. 40 = ?  (Сравните полученные результаты с относительными атомными массами калия и аргона, которые указаны в Периодической таблице Дмитрия Ивановича Менделева).  Можно ответить на вопрос и не рассчитывая относительные атомные массы калия и аргона. Посмотрите на изотопный состав калия. Вы видите, что преобладает (молярная доля 0,9326 или, в процентах, 93,26 %) изотоп калия с массовым числом 39. Поэтому относительная атомная масса калия близка к 39.  Посмотрите на изотопный состав аргона. Вы видите, что элемент состоит в основном из изотопа с массовым числом 40: его молярная доля равна 0,996 (99,6 %). Поэтому относительная атомная масса аргона близка к 40. Краткий ответ: "Химический элемент калий в основном состоит из изотопа с массовым числом 39, а элемент аргон в основном состоит из изотопа с массовым числом 40. Вот поэтому  относительная атомная масса у аргона больше, чем калия.

   Обратите внимание на то, что О.С. Габриелян задал вам вопрос, но не дал в учебнике необходимую информацию для ответа на этот вопрос. Вопросы такого типа относятся к логически некорректным, в частности  вопрос: "Почему в Периодической системе Д.И. Менделеева относительная атомная масса   аргона  близка  к  40,  а  калия — к  39?"   можно назвать бессмысленным, поскольку в учебнике нет информации, необходимой для ответа на этот вопрос.   Сотни тысяч (если не миллионы) школьников уже более десяти лет "ломали"  и сейчас "ломают" головы над этим вопросом.  Многие родители думали, и сейчас думают, что их дети — неумные, раз не могут ответить на вопрос. Не дети виноваты, а  виноват автор учебника. И не только он. С 2004 года учебники проверяют Российская Академиия Образования  (РАО) и  Российская Академия Наук (РАН).  Дети переутомляются не потому, что им дают много информации, а потому, что дают (в учебниках) много логически необработанной, неточной (или даже ложной) информации и, кроме этого, еще и задают логически некорректные вопросы.  Если учебник содержит много  логически необработанной, неточной и ложной информации, то понять то, что в нем написано, или очень трудно, или даже невозможно.   

Дополнение к статье 

    Закон противоречия: "Два несовместимых суждения об одном и том же предмете, который взят в одно и то же время и в одном и том же отношении, не могут быть одновременно истинными. Одно из них по необходи­мости ложное". Не могут быть одновременно истинными следующие четыре типа простых суждений: 1. "Данное S есть P  и "Данное S не есть P ". 2. "Ни одно S не есть P " и "Все S есть P ". 3. "Все S есть P " и "Некоторые S не есть P ". 4. "Ни одно S не есть P " и "Некоторые S не есть P ". Структура суждения: S – субъект, P – предикат суждения, "есть", ("не есть") – логические связки; "данное", "все", "некоторые" – кванторные слова. Закон противоречия распространяется также на сложные суждения, понятия, умозаключения и доказательства.  

  Требование непротиворечивости мысли и его нарушения в прак­тике мышления. Действие объективного закона противоречия в мышлении предъявляет важное требование — непроти­воречивости в рассуждениях, в связях между мыслями. Чтобы мысли были истинными, они должны быть последовательны­ми, непротиворечивыми. С нарушением требований закона противоречия связаны  логические ошибки, общее название которых – "логические противоречия".

  Логическое противоречие – это два несовместимых, взаимоисключающих суждения (высказывания) о чем-либо. Логические противоречия       способны разрушить любое умственное построение: понятие, умозаключение, доказательство, модель, теорию.

Простейшие примеры противоречивых суждений: "У  Саши (в данный момент) есть компьютер"; "У Саши (в данный момент") нет компьютера. //  "Сейчас (в данном месте) идет дождь"; "Сейчас (в данном месте) дождь не идет". // "Все учебники в России, которые издавались после 2004 года, имеют высокое качество". "Некоторые учебники в России, которые издавались после 2004 года, не имеют высокое качество". // Шутливое выражение: "Не знал, да еще забыл" содержит противоречие, поскольку забыть можно только то, что когда-то знал. Противоречие может  быть и в одном суждении, например: "Александр Македонский был сыном бездетных родителей". 

Статья не закончена!