Тема 4. Теорія будови органічних сполук. Насичені вуглеводні

матеріал 1

Основні етапи становлення й розвитку органічної хімії

Матеріал

Для вчителя

Для учня

Завантажити матеріал (PDF)

Урок 49. Основні етапи становлення й розвитку органічної хімії

Очікувані результати навчання

виявляє самостійно або у співпраці з іншими невизначеність/протиріччя в інформації щодо ознак/будови/ властивостей об’єктів природи, умов виникнення, прояву і перебігу природних явищ [12 ПРО 1.1.1-1 П]
оцінює самостійно або у співпраці з іншими можливість використання результатів дослідження для розв’язання навчальної/життєвої проблеми [12 ПРО 1.5.2-3 П]
планує і здійснює самостійно або в співпраці з іншими пошук інформації, наданої в різний спосіб, відповідно до визначеного завдання [12 ПРО 2.1.1-1 П]
оцінює самостійно або у співпраці з іншими надійність джерел і достовірність інформації в самостійно обраний спосіб [12 ПРО 2.1.1-2 П]
розрізняє самостійно або у співпраці з іншими наукове/псевдонаукове пояснення інформації природничого змісту [12 ПРО 2.1.1-3 П]
аналізує, систематизує, оцінює самостійно або у співпраці з іншими опрацьовану інформацію [12 ПРО 2.1.1-5 П]
презентує (зважаючи на аудиторію/мету презентації) самостійно або у співпраці з іншими здобуту інформацію/створені продукти в обраний спосіб, зокрема із використанням цифрових технологій і пристроїв [12 ПРО 2.2.2-4 П]
визначає самостійно або у співпраці з іншими ознаки класифікації об’єктів і явищ [12 ПРО 3.2.1-1 П]
класифікує (розрізняє/ систематизує/упорядковує) самостійно або у співпраці з іншими об’єкти і явища за визначеними ознаками/властивостями [12 ПРО 3.2.1-2 П]
виявляє взаємозв’язки у природі, необхідні для розв’язання навчальної/життєвої проблеми [12 ПРО 3.3.1-2 П]
оцінює самостійно або у співпраці з іншими значення наукових знань, діяльності науковців і винахідників для забезпечення суспільного прогресу і покращення якості життя [12 ПРО 3.4.2.-1 П]
розрізняє самостійно або у співпраці з іншими аргументи, що ґрунтуються на наукових твердженнях, доказах теоріях і такі, що ґрунтуються на псевдонаукових уявленнях [12 ПРО 4.1.1-2 П]
пояснює самостійно або у співпраці з іншими ризики використання ненаукового мислення для розв’язання життєвих/навчальних проблем [12 ПРО 4.1.1-4 П]

Мета уроку: сформувати розуміння передумов створення теорії будови органічних сполук, основних етапів розвитку і становлення органічної хімії, значення наукових знань, діяльності науковців для забезпечення суспільного прогресу і покращення якості життя, навчитися розрізняти псевдонаукове пояснення інформації природничого змісту.

Очікувані результати для вчителя:

– учні розуміють етапи розвитку і становлення органічної хімії;
– розрізняють псевдонаукову інформацію на прикладі віталістичної теорії;
– усвідомлюють внесок вчених-науковців у розвиток органічної хімії для забезпечення суспільного прогресу і покращення якості життя та наводять приклади;
– формулюють визначення понять: «органічна хімія», «органічні речовини»;
– наводять ознаки, за якими речовини класифікують на неорганічні та органічні.

Очікувані результати для учнівства:

знаю основні етапи розвитку органічної хімії; можу навести відомості про науковців, які зробили значний внесок у розвиток органічної хімії як науки;
усвідомлюю, що вивчає органічна хімія; розумію, чому Карбон є основою органічних речовин;
орієнтуюся у відмінностях неорганічних та органічних речовин;
висловлюю судження про роль теорії у системі наукових знань

Ключові слова

органічна хімія
віталістична теорія
органічні та неорганічні речовини
Карбон

План уроку

Мотивація (до 7 хв.).
Історія розвитку й становлення органічної хімії (20 хв.).
Практикуємось (13 хв.).
Рефлексія (5 хв.).

1. Мотивація

Дружня порада для вчителя

Тривалість: до 7 хв.

Починаємо із демонстраційного досліду із добре відомими учням речовинами: кухонна сіль та цукор. Демонструємо їх відмінні властивості, які ґрунтуються на відмінностях у хімічному зв’язку та будові речовин

Демонстрація: у ложечку для спалювання насипати кухонної солі і потримати над пальником (вогнем) – змін не відбудеться. Те саме проробити із цукром – спочатку він плавиться, потім чорніє (карамелізується) і горить.

У чому є відмінність між кухонною сіллю та цукром? Чому дві білі, сипучі речовини, які ми використовуємо щодня, поводяться настільки по-різному? Саме в цьому контрасті – йонний зв’язок проти ковалентного, висока температура плавлення проти низької, горючість проти негорючості – криється філософія органічної хімії. І ми почнемо її розгадувати вже сьогодні.

2. Історія розвитку й становлення органічної хімії

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 20 хв.

Розповідь про основні етапу розвитку і становлення органічної хімії можна організувати як роботу з інформацією, об’єднавши учнів у групи і роздавши кожній групі свій фрагмент інформації про певний етап розвитку органічної хімії. Далі логічно вибудувавши виступи груп, учні самостійно презентують кожен етап (можна із певними замальовками, портретами науковців, хімічними формулами відкритих ними сполук).

У 1675 році французький хімік, аптекар і лікар Ніколя Лемері видав підручник «Cours de Chimie», у котрому сполуки природного походження класифікував на:

Мінеральні;
Рослинні;
Тваринні.

Джерело: Обкладинка підручника 1675р. та портрет Н. Лемері (з мережі Інтернет)

У 1784 році, французький хімік А. Л. Лавуазьє вперше показав, що в усіх сполуках, які отримані із рослинних та тваринних організмів, завжди містяться принаймні Карбон та Гідроген, й досить часто Нітроген та Фосфор.

Таким чином, усі речовини, які могли бути отримані із овочів або тваринних організмів, тобто ті, які були утворені у живому організмі класифікували як органічні речовини. Всі ті речовини, які не були отримані із живих організмів класифікували як неорганічні.

Шведський хімік Й. Я. Берцеліус вважав, що органічні речовини утворюються лише у рослинних і тваринних організмах під дією особливої «життєвої (віталістичної) сили». З цього випливало, що органічні речовини не можуть бути синтезовані із неорганічних. Однак сам Берцеліус спростував на початку XIXст. містичні пояснення віталізму.

У 1824 р. німецький хімік Ф. Велер вперше здійснив синтез органічної речовини – оксалатної (щавлевої) кислоти з двох неорганічних речовин: диціана та води

У 1828 р. він же отримав іншу органічну речовину – сечовину, нагріваючи (упарюючи) водний розчин амоній ціанату (це вважається першим синтезом природної органічної сполуки отриманої з неорганічної сировини). Таким чином було спростовано той факт, що органічні речовини не можна добути синтетичним шляхом й зокрема з неорганічних речовин.

Німецький хімік А. Кольбе у 1845 р. синтезував етанову (оцтову) кислоту через ряд послідовних стадій. Також він синтезував тетрахлорометан (1843 р.),відкрив загальний спосіб отримання карбонових кислот зі спиртів через нітрили (1847 р.), електрохімічний метод отримання насичених вуглеводнів електролізом водних розчинів солей лужних металів карбонових кислот (реакція Кольбе, 1849 р.), синтезував саліцилову (1860 р.) та метанову (мурашину) кислоту (1861 р.), нітроетан (1872 р.). Аналогічно до Ф.А. Кекуле він вважав Карбон чотирьохвалентним (таким, що утворює 4 хімічні зв’язки) . Німецький хімік Кекуле першим висловив гіпотезу щодо можливості атомів Карбону з’єднуватися між собою, утворюючи ланцюги різної довжини та складності; що Карбон чотирьохвалентий, і що аналіз продуктів реакції може надати інформацію про структуру молекули. Самі ці ідеї заклали фундамент сучасної органічної хімії. На основі власних ідей Кекуле запропонував формулу бензена (циклічна ароматична сполука із шести атомів Карбону), він уперше синтезував похідні бензену.

Дружня порада для вчителя

Якщо учні на рівні базової середньої освіти не вивчали поняття «валентність», тоді можна оперувати поняттям «число хімічних зв’язків атому Карбону».

Французький хімік П. Бертло з 1851 р. синтезував велике різноманіття найпростіших вуглеводнів: метан, етен, етин, бензен, а потім на їх основі – більш складні сполуки. Також він отримав аналоги природних жирів шляхом їх синтезу з гліцеролу та жирних кислот. Синтезував етанол гідратацією етену за присутності каталізатора сульфатної кислоти (1854 р.). До цього часу етанол отримували лише шляхом спиртового бродіння цукристих речовин. Це остаточно зруйнувало міфи щодо «життєвої сили» та віталістичної теорії походження органічних речовин.

Основоположником органічної хімії, який узагальнив відомості про органічні речовини, їх склад і будову вважається О.М. Бутлеров, який у 1861 р. запропонував теорію хімічної будови органічних сполук (з якою ми познайомимось наступного уроку).

Дружня порада для вчителя

Псевдонауковою інформацією можна уважати віталістичну теорію (від лат. vitalis – «життєздатний») – вчення про наявність у живих організмах нематеріальної надприродньої сили, яка керує життєвими процесами (життєва сила, від лат. vis vitalis – душа). Теорія віталізму стверджує, що процеси у біологічних організмах залежать від цієї сили і не можуть бути пояснені з погляду фізики, хімії тощо.

Розвиток органічної хімії був одним із ключових чинників, що спричинив стрімкий технологічний і соціальний прогрес, починаючи з середини XIX століття. Зокрема діяльність науковців у цей період була спрямована на: подолання віталізму та синтез органічних речовин, створення нових матеріалів, покращення якості життя (розвиток фармації, сільського господарства, косметичної хімії, засобів гігієни тощо).

Проблемне питання, яке можна поставити учням на цьому етапі уроку, а чому ж саме Карбон є основою органічної хімії, а не якийсь інший хімічний елемент. В чому унікальність Карбону і чому з нього складається все живе? Для відповіді на це питання перегляньте відео: https://youtu.be/kAFC4RY1cKQ

(дата звернення 12.10.2025), за потреби увімкніть субтитри українською мовою.

Як ви зрозуміли, яка із наведеної вище інформації на сьогоднішній день вважається псевдонауковою і чому?

Як ви оцінюєте значення наукових знань, діяльності науковців для забезпечення суспільного прогресу і покращення якості життя (спробуйте дати відповідь, опираючись на попередню інформацію).

Як би ви сформулювали визначення, що вивчає органічна хімія?

Органічна хімія – це розділ хімії, який вивчає сполуки Карбону, їх структуру, властивості та методи синтезу.

Які речовини називають органічними, на вашу думку?

Органічні речовини – це сполуки Карбону з іншими елементами.

Різкої відмінності між неорганічними та органічними речовинами не має, водночас усталеним є вивчення окремого розділу хімії – органічної хімії.

Варто також наголосити, що існує розділ елементорганічної хімії, в якому вивчаються органічні похідні різних елементів (металів, Бору, Кремнію, Фосфору). Сучасна теорія хімічної будови визначає органічні сполуки як такі, до складу яких входять атоми Карбону, але при цьому до неї не відносять карбіди, карбонатну кислоту та її солі, оксиди Карбону, ціаніди.

Поміркуйте, а чому саме атоми Карбону становлять основу органічної хімії, а не атоми якогось іншого хімічного елемента?

Для розуміння цього можете переглянути англомовне відео (за потреби увімкнувши субтитри українською мовою): https://youtu.be/kAFC4RY1cKQ (дата звернення 12.10.2025)

Відео

3. Практикуємось

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 13 хв.

Якщо одразу висвітлити заповнену таблицю, то учні можуть самостійно здогадатися у якій колонці йдеться про органічні, а в якій про неорганічні речовини, тоді із заголовку таблиці це можна забрати. Також під опис можна самостійно вказувати і записувати відповідну ознаку. Бажано разом із учнями поступово заповнювати таблицю за висунутими ними версіями, обговорюючи їх.

Можна обговорювати також деякі винятки серед притаманних класу сполук ознак

Спробуємо порівняти між собою за різними ознаками неорганічні та органічні речовини:

Ознака	Неорганічні речовини (солі, кислоти, основи, оксиди)	Органічні речовини (вуглеводні та їх похідні)
Хімічний зв’язок	Зв’язки між атомами – йонні або полярні ковалентні	Зв’язки між атомами – ковалентні неполярні або слабополярні
Будова речовин (кристалічні ґратки)	Будова речовин – йонна або атомна; рідко – молекулярна	Будова речовин – молекулярна
Наявність однакових атомів у складі сполуки	Число однакових атомів у молекулі рідко перевищує два-три	Часто містять велике число однакових атомів (С, Н)
Наявність зв’язків між однаковими атомами	Зв’язки між однаковими атомами є рідкісним винятком	Міцні ковалентні карбон-карбонові (С-С) зв’язки – основа існування численних органічних речовин
Величина молекулярної (формульної) маси	Як правило, низькомолекулярні речовини	Молекулярна маса варіює у великому діапазоні, аж до дуже високих значень у десятки та сотні мільйонів
Температури плавлення та кипіння, термічна стійкість	Більшість твердих речовин мають високі температури плавлення та кипіння; характерна термічна стійкість	Порівняно низькі температури плавлення та кипіння; більшість речовин руйнуються при нагріванні
Горючість	Переважна більшість не є горючими	Майже всі легко згорають на повітрі
Розчинність у воді	Для багатьох речовин характерна розчинність у воді	Нерозчинні або погано розчинні у воді. Добре розчиняються в органічних розчинниках
Електропровідність	У водних розчинах та розплавах поводяться як електроліти	У переважній більшості не електропровідні
Швидкість реакцій та вихід	Взаємодіють з іншими речовинами швидко, у багатьох випадках миттєво і незворотно, з кількісним виходом продуктів реакції	Хімічні реакції характеризуються невисокими швидкостями, часто оборотні. Вихід цільових продуктів, як правило, невеликий – внаслідок оборотності та утворення побічних продуктів
Здатність до полімеризації	Утворення полімерних сполук нехарактерне	Багато речовин здатні до реакцій полімеризації та поліконденсації
Вміст у природі	Складають основну масу неживої природи (літосфери, гідросфери, атмосфери)	Складають основну масу живої природи – біосфери

Рефлексія

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 5 хв.

Рефлексія має на меті посилити розуміння учнями значення наукових відкриттів для прогресу людства. Приналежність до певної країни можна обговорити з позиції національно-патріотичного виховання.

Уявіть, що ви живете у XIX ст. і є хіміком-органіком. В якій країні Ви б хотіли здійснити відкриття і чим саме хотіли б прославитися?

У вільний від відпочинку час

Створити замальовку (комікс, візуальну хронологію) щодо етапів розвитку і становлення органічної хімії як науки, доповнити відомостями, які не звучали на уроці.

Завантажити матеріал (PDF)

Урок 49. Основні етапи становлення й розвитку органічної хімії

Робочий аркуш учнівства

Очікувані результати

Мета уроку: сформувати розуміння передумов створення теорії будови органічних сполук, основних етапів розвитку і становлення органічної хімії, значення наукових знань, діяльності науковців для забезпечення суспільного прогресу і покращення якості життя, навчитися розрізняти псевдонаукове пояснення інформації природничого змісту.

Очікувані результати для учнівства:

Я розумію, що вивчає органічна хімія.
Я наводжу ознаки, за якими речовини класифікують на органічні та неорганічні.
Я володію інформацією про основні етапи розвитку та становлення органічної хімії як науки та внесок вчених-науковців.
Я розрізняю псевдонаукову інформацію.
Я дотримуюсь правил безпеки життєдіяльності під час виконання досліджень.

Ключові слова

органічна хімія
віталістична теорія
органічні та неорганічні речовини
Карбон

План уроку

Мотивація (до 7 хв.).
Історія розвитку й становлення органічної хімії (20 хв.).
Практикуємось (13 хв.).
Рефлексія (5 хв.).

1. Мотивація

Демонстрація: у ложечку для спалювання насипати кухонної солі і потримати над пальником (вогнем) – змін не відбудеться. Те саме проробити із цукром – спочатку він плавиться, потім чорніє (карамелізується) і горить.

У чому є відмінність між кухонною сіллю та цукром? Чому дві білі, сипучі речовини, які ми використовуємо щодня, поводяться настільки по-різному? Саме в цьому контрасті – йонний зв’язок проти ковалентного, висока температура плавлення проти низької, горючість проти негорючості – криється філософія органічної хімії. І ми почнемо її розгадувати вже сьогодні.

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Історія розвитку й становлення органічної хімії

У 1675 році французький хімік, аптекар і лікар Ніколя Лемері видав підручник «Cours de Chimie», у котрому сполуки природного походження класифікував на:

Мінеральні;
Рослинні;
Тваринні.

Джерело: Обкладинка підручника 1675р. та портрет Н. Лемері (з мережі Інтернет)

У 1784 році, французький хімік А. Л. Лавуазьє вперше показав, що в усіх сполуках, які отримані із рослинних та тваринних організмів, завжди містяться принаймні Карбон та Гідроген, й досить часто Нітроген та Фосфор.

Таким чином, усі речовини, які могли бути отримані із овочів або тваринних організмів, тобто ті, які були утворені у живому організмі класифікували як органічні речовини. Всі ті речовини, які не були отримані із живих організмів класифікували як неорганічні.

Шведський хімік Й. Я. Берцеліус вважав, що органічні речовини утворюються лише у рослинних і тваринних організмах під дією особливої «життєвої (віталістичної) сили». З цього випливало, що органічні речовини не можуть бути синтезовані із неорганічних. Однак сам Берцеліус спростував на початку XIXст. містичні пояснення віталізму.

У 1824 р. німецький хімік Ф. Велер вперше здійснив синтез органічної речовини – оксалатної (щавлевої) кислоти з двох неорганічних речовин: диціана та води