Химияны оқытуда химиялық өндіріс түрлері туралы түсінік қалыптастыру

Технологиялық процестерге байланысты қалыптастыратын маңызды ұғымдардың бірі - химия өндірісінің эколоіиялық таза болуын қамтамасыз ету. Соңғы кезге дейін химия ондірісін жоспарлауда, салуда және пайдалануда мол онім алу бірінші орынға қойылып, өндірістің қалдықтарын  залалсывздандыруға кешенді пайдалануға көңіл бөлінбей келді. Осыдан барып, химия опдірісі бір жағынан зор пайда келтіргенмен окіншіжағынан экологиялық жағдайды нашарлатып, айналадағы ортаға, тірі организмдерге орны толмас зиянын да тигізді. Бұдан өндірістік материалды біржақты қарастырмай, қауіпсіздік шараларына, табиғатты қорғау мәселелеріне үдайы назар аудара оқыту міндеттері келіп туындайды.

Химиялық өндіріспен байланысты тағы бір маңызды ұғым -өндірістің мамандықтары. Химия өндірісінде жоспарлауды, технологиялық процестерді, машиналардың жұмыс істеуін басқаратын, аппараттарды іске қосып бақылайтын, шикізаттар мен өнімнің құрамына және сапасына анализ жасайтын және т,б. толып жатқан мамандық иелері жүмыс істейді Осылардың маңызы және жүмысының ерекшеліктерімен таныстыру, абыройға бөленген еңбек  озаттарымен кездесулер өткізу арқылы оқушыларға кәсіптік бағдар беру химия пәнінің оқу-тәрбиелік міндеттерінің бірі болып табылады.

Әр кезеңде орта мектептің алдына қойылғаи әлеуметтік сұраныстың талаптарына сәйкес химия пәнінен оқылатын өндірістік оқу материалының мазмұны үздіксіз өзгеріске ұшырады. Бұл салада академик Д.А. Энштейн және оның шәкірттері елеулі еңбек сіңірді. Ол орта мектепке арналган оқулық және әдістемелік құралдар авторларының бірі ретінде химиялық өндіріспен байланысты материалдарды сұрыштау, орналастыру, жетілдіру және тиімді әдістерін табу мәселелерін зерттеді.

Химияның алғашқы тұрақты бағдарламасынан бастап, заттарды өндірісте алу тәсілдеріне жете назар аударылуда. Мұндай материалдардың мазмұны мен көлемі өткен ғасырдың елуінші жылдарында жалпы білім беретін орта мектепке политехникалық сипат беруге байлаиысты арта түсті. Мәселен, негізгі химия өнеркәсібіітен тұз қышқылын, күкірт қышқылын, азот қышқылын өндіру, өндірісте аммиак синтезн, аммоний нитратын алу оқытылады. Бұлардың әрқайсысы, оларға қосымша силикат өнеркәсібінің түрлері, коксохимия және қатты отынды газдандыру (кокс, кокс газы, тас көмір смоласы, аромат көмірсутектерін, ауа және су газын алу), металлургия (шойын, болат, алюминий), мұнайды химиялық өңдеу, органикалық синтез өнеркәсібі едәуір толық қарастырылады. Соның салдарынан бағдарламадағы технологиялық материалдар шамадан тыс молайып кетті. Соңгы жылдарда оқу-тәрбиелік маңызы шамалы өндірістер біртіндеп қысқарып, жаңа бағдарлама бойынша санаулы гана өнеркәсіптер қалдырылды. Оларды іріктегенде мына негіздер ескерілді:

1) өнімнің халық шаруашылығындағы  маңызы. Тұз, азот жэне күкірт      қышқылдарын      салыстырғанда      соңғы    қышқылдың қолданылатын салаларының көп екенін оқушылар біледі. Сондықтан күкірт қышқылын өндіру мәселелері толық қарастырылады;

2) оқылатын     өндіріс     химия     бағдарламасына     кіретін материалдар мен тығыз  байланысты және оқушыларға түсінікті болуы тиіс, күкірт қышқылының өндірісі осы талапқа сай келеді;

3) химиялық техника мен технологияның  соңғы жетістіктерін көрсететін   болуы.   Осы  тұрғыдан   алғанда  күкірт   қышқылының   мұнаралы  әдісінен гөрі контакт тәсілімен  алынуын оқыған тиімді. Колчедан кесектерін өртейтін механикалық пештерді алмастырған «қайнаған қабатпен» жұмыс істейтін жаңа қондырғылар қарастырылады.

Сөз болып отырған негізге сәйкес дәстүрлі оқылатын кейбір өндіріс орындары материалдық және энергия ресурстарын үнемдейтін экономикалық қолайлы өндірістермен алмастырылды. Мәселен, ұзақ жылдар бойы сірке қышқылын өндіру:

 сызбанұсқасына сәйкес қарастырылады. Ацетилен алудың бұл карбидтік әдісі органикалық синтездің қажеттігін өтей алмады. Әктасты айыру үшін көп мөлшерде жылу, оксидті карбидке айналдыру үшін электр энергиясы жұмсалады. Соңғы кезде ацетилен тікелей табиги газдан алынатын болды. Осыған орай органикалық химияның соңғы өңделген оқулығында метаннан ацетилен алудың өндірістік әдісі түсті кесте арқылы көрнекі баяндалған. Мұның өзі көп сатылы процесті, аз сатылы тиімді процеспен алмастырудың да мысалы бола алады.

Метил спиртімен салыстырғанда этил спиртінің маңызы зор. Бірақ оқулықта метил спиртінің синтезі толық қарастырылады, өйткені ол көмірсутектері мен спирттер арасындағы генетикалық байланысты және тікелей синтездің технологиялық мәселелерін көрсетуге, өтілген өндірістермен (аммиак өндіру) пәи ішіндегі байланысты жүзеге асыруға мүмкіндік береді.

4) оқушылардың политехникалық ой-өрісін  дамытуға жәрдемін іигізетін  болуы керек. Ол үшін өндірістің  технологиясы айқын, аппараттары  типтік, ғылыми негіздерде оқушыларға түсініктілерін таңдап алады. Мұндай негіздерге реакцияласушы реагенттің арзандауын артық мөлшерде алу, қарсы ағыс, үздіксіздік, циркуляция, т.б. жатады.

Басқа оқу материалы тәрізді химиялық өндіріс ең алдымен сабақта өтіледі. Химияға қызығатын оқушылар үшін «Өнеркәсіптегі химия» деген факультатив ұйымдастырылады. Бұл факультативтің бағдарламасы, оқу құралы және әдістемелік талдаулары жасалған. Өндірісті нақтылы оқып, үйренетін оқу жұмысын ұйымдастырудың ең тиімді түрі - топсеруен. Жергілікті өндірістерді зерттеу оқу-өндірістік сарамандықтары кезінде жүзеге асырылуы мүмкін. Өндірістік материалдармен тереңірек танысуда сыныптан тыс жұмыстардың маңызы зор. Химиялық өндірістерге арналған политехникалық кештер откізіледі. Химия үйірмесінің мүшелері жергілікті ондіріс орындарын тыңғлықты зерттейді.

Аталған оқу жұмысын ұйымдастырудың түрлерінде сөз, сөз-корпскі, сіп-көрнекі-сарамадық әдістер қолданылады. Бастапқыда ондірістік материал суреттеме және тарихи суреттеме тәсілдері арқылы баяндалады. Мүнда мұғалім кестелерді, макеттерді, фшіьмдерді, диафильмдерді, диапозитивтерді пайдаланып, білімді дайын күйінде хабарлайды.

Оқушылардың әзірлігі артқанда іздестіру, зерттеу және конструкция жасау тәсілдері көбірек орын алады. Өндірістің ерекшелігіне қарай бұл тәсілдердің қодданылуы алуан түрлі болуы мүмкін. Мәселен, шикізаттың құрамымен және қасиеттерімен танысқаннан кейін өнімге айналдыру реакцияларын оқушылардың өздері жоспарлайды. Технологиялық процестер және оларды оның жүзеге асыру жағдайлары талқыланған соң қажетті аппараттардың құрылысын, жасалатын материалдарын, жұмыс істеу әрекеттерін оқушылар ойлап табады.

Оқушылар сарамандықпен шұғылданған кезде химиялық өнім алу кезінде жүретін реакцияларды зертханалық қондырғыларда жасайды. Бастапқы заттың және өнімнің қасиеттерін зерттейді. Заводтың жұмыс істейтін макеттерінің құрылысымен танысады және сынап көреді. Мүндай макеттер дайын күйінде алынады немесе үйірме жұмыстарында оқушылардың өздері жасайды.

Өндірістік материалдарды ойдағыдай игерудің пәрменді құралы - өндірістік мазмұны бар есептер шығарту. Бұл есептер шикізат пен өнім арасындағы сандық қатынастарды терең аңғаруға, технологиялық процестер кезіндегі ысырапты, өнімнің шығымын, шикізаттардың қоспасын ескере білуге үйретеді. Мұның бәрі өндірістің өнімділігін есептеуге, айлық және жылдық жұмысын жоспарлау үшін қажет екеніне оқушылардың көздерін жеткізеді.

Оқу жұмысын ұйымдастырудың тиімді түрлерін және әдістерін жүзеге асырғанда оқушыларда химиялық технологияның заңдылықтары жөнінде жалпы ұғым қалыптасады. Мұғалімнің есінде болатын нэрсе, бұл ұғым оқушылардың химиялық реакциялардың   түрлері жэне жүру заңдылықтары туралы жалпы химиялық ұғымдарына негізделеді. Сондықтан адсорбция, гомогенді және гетерогенді реакциялар, реакциялардың жылдамдығы және оған әсер ететін жағдайлар туралы оқушылардың білімін ұдайы ескеріп, үтымды пайдалану керек.

Пайдаланылатын жалпы ұғымдардың тағы бірі - химиялық тепе-теңдік және оған эсер ететін мына жағдайлар: бастапқы заттардың концентрациясын арттыру; бір затты артық мөлшерде алу; әрекеттесуші заттардың жанасу беттерін ұлғайту; қолайлы температураны таңдау; қолайлы қысым тудыру; катализаторды қолдану; реакция өнімін бөліп әкету.

Халық шаруашылығыи химияландыру химия өндірісінің өнімдерін және химия ғылымының ^сетістіктерін шаруашылықтың әр түрлі саласында кеңінен қолдану арқылы жүзеге асырылады. Химияландырудың мақсаты - шикізаттарды және энергияны тиімді пайдалану, ғылыми-техникалық әрекетті жеделдету және экономиканы интенсивтендіру.

Халық шаруашылығын химияландыру мәселелерімен оқушылар жеке химиялық элементтерді және олардың қосылыстарын өткенде танысады. Әрбір элемент қосылыстарының қолданылуын көрнекі бейнелейтін сызбанұсқалар, кестелер және тірек хабарларын сызады. Ең мавдзды методикалық мәссле - заттың сан алуан қолдануларының ішінен оқушыларға белгілі қасиеттеріне сай келетіндерін іріктеп алу.|

"Химияның маңызы туралы оқушылардың  жеке сыныптарда алған білімі  «Еліміздің халық шаруашылығын  дамытудағы химияның мэні» деген  соңғы тақырыпта қорытылып, жүйеленеді. Бұл тақырыптың мақсаты: халық шаруашылығын химияландырудың негізгі бағыттарының мәнін ашу; химия өнеркәсібіндегі ғылыми-техникалық жаңалықпен таныстыру; экологиялық мәселелерді шешудегі, азық-түлік және энергетика бағдарламаларын жүзеге асырудағы химияньщ маңызын көрсету; химия өнеркәсібі дамуының басқа ғылымдармен байланысын анықтау; химиялық өнеркәсіп жөнінде бағыт-бағдар беру.

Ең алдымен осы мақсатқа жеткізетін оқу материалының мазмұны таңдап алйнады. Мұндағы ескерілетін мәселе – химия  түрлері және жүру заңдылықтары туралы жалпы химиялық ұғымдарына негізделеді. Сондықтан адсорбция, гомогенді және гетерогенді реакциялар, реакциялардың жылдамдығы және оған әсер ететін жағдайлар туралы оқушылардың білімін ұдайы ескеріп, үтымды пайдалану керек.

Пайдаланылатын жалпы ұғымдардың тағы бірі - химиялық тепе-теңдік және оған әсер ететін мына жағдайлар: бастапқы заттардың концентрациясын арттыру; бір затты артық мөлшерде алу; әрекеттесуші заттардың жанасу беттерін ұлғайту; қолайлы температураны таңдау; қолайлы қысым тудыру; катализаторды қолдану; реакция өнімін бөліп әкету.

Халық шаруашылығын химияландыру химия өндірісінің өнімдерін және химия ғылымының жетістіктерін шаруашылықтың әр түрлі саласында кеңінен қолдану арқылы жүзеге асырылады. Химияландырудың мақсаты - шикізаттарды және энергияны тиімді пайдалану, ғылыми-техникалық әрекетті жеделдету және экономиканы интенсивтендіру.

Халық шаруашылығын химияландыру мәселелерімен оқушылар жеке химиялық элементтерді және олардың қосылыстарын өткенде танысады. Әрбір элемент қосылыстарының қолданылуын көрнекі бейнелейтін сызбанұсқалар, кестелер және тірек хабарларын сызады. Ең мавдзды методикалық мәссле - заттың сан алуан қолдануларының ішінен оқушыларға белгілі қасиеттеріне сай келетіндерін іріктеп алу.|

"Химияның маңызы туралы оқушылардың  жеке сыныптарда алған білімі «Еліміздің халық шаруашылығын дамытудағы химияның мәні» деген соңғы тақырыпта қорытылып, жүйеленеді. Бұл тақырыптың мақсаты: халық шаруашылығын химияландырудың негізгі бағыттарының мәнін ашу; химия өнеркәсібіндегі ғылыми-техникалық жаңалықпен таныстыру; экологиялық мәселелерді шешудегі, азық-түлік және энергетика бағдарламаларын жүзеге асырудағы химияньщ маңызын көрсету; химия өнеркәсібі дамуының басқа ғылымдармен байланысын анықтау; химиялық өнеркәсіп жөнінде бағыт-бағдар беру.

Ең алдымен осы мақсатқа жеткізетін оқу материалының мазмұны таңдап алйнады. Мұндағы ескерілетін мэселе – химия шіеркәсібі ауыр индустрияның ең маңызды салаларыньщ бірі, оның құрамына мына өнеркәсіптер кіреді: тау-кен химия өнеркәсібі, негізгі химия өнеркәсібі (минералды тыңайтқыштар өндіру, сода алу, хром, бром және йод өнеркәсібі, т.б.); химиялық талшық өндіру; синтетикалық смола, пластмасса өндірісі, бояу, органикалық синтез, тұрмыетық химия оисркәсііггері, химиялық реактивтер және аса таза чатгар оидіру; химия-фотография өнеркәсібі.

Осы онеркәсіптерді іске қосу және жедел қарқынмен дамыту арқылы халық шаруашылығын химияландыру үш бағытта жүзеге асырылады.

Б і р і н ш і   б а ғ ы т- шикізат қорларын толық және тиімді пайдалану. Химия пайдаланатын шикізаттар минералды шикізат, жанғыш қазба байлықтар, өсімдіктер және жануар шикізаттары болып бөлінеді. Минералды шикізаттарға химиялық элементтердің табиғатта кездесетін қосылыстары жатады. Олардың ең арзаны мен кең таралғаны - су мен ауа. Ауадан оттегі мен азот, сутегі мен оттегі алынады. Шикізаттарды химиялық өңдеу үшін 20 млрд т шамасына дейін оттегі, отын ретінде 2,5 млрд т көмір және соншама мұнай қажет. Қазба байлықтардың қоры жыл сайын азаюда, кейбіреулері таусылып та келеді. Сондықтан шикізат мәселесін түпкілікті шешудің бір ғана жолы - заттардың түйық тізбекті алмасуын қамтамасыз ету, геохимиялық ашық тізбекті технологиядан геологиялық тұйық тізбекті технологияға көшу.

Оқушылардың 8-сыныпта күкірт қышқылы өндірісімен танысуына байланысты шикізаттарды кешенді пайдалану жөнінде нақтылы ұғым қалыптастыруға зор мүмкіндік туады. Қазіргі кезде өндірілетін күкірт қышқылының үштен бірі түсті және қара металлургияның, газ және мүнай өнеркәсібінің қалдық газдарынан алынады, ол екі есе арзанға түседі. Қалғаны арнайы шикізаттардан -колчедан мен бос күкірттен өндіріледі. Колчеданнан жанасу эдісімен күкірт қышқылын өндіру, оқушыларға таныс реакциялар бойынша үш сатыда жүзеге асады. Бірінші сатысы:

4Ре32+ 11О2 =2Ре2О3 + 83О2

Өндірістің келесі сатысында күкіртті газ ғана іске жаратылады, темір (III) оксиді қалдық ретінде тасталып, зауыт маңын ластайды. Қазір бұл қалдықты шегендеме өнеркәсібі пайдалануға кірісті. Осыған орай бұл өнеркэсіп шикізатының 15 пайызы химия жәһе металлургия өндірісінің қалдықтарынан құралатыны айтылады.

Е к і н ш і  б а ғ ы т- шикізаттарды химиялық өңдеу әдістерін кеңінен қолдану. Нақтылы ұғым қалыптастыру үшін химиялық жұмыстарды өңдеудің басқа тәсілдерімен салыстырып, К.Маркстің «адамзат химиялық әдістер мен реакцияларды меңгерген сайын механикалық өңдеудің орнын химиялық өңдеу алмастырады» деген көрегендік сөздерін келтіруге болады. Мұның бұлжымас шындық екені нақтылы мысалдармен көрсетіледі. Бұрын ағаш пен тас көмір отын ретінде ғана пайдаланылса, қазір олар аса бағалы шикізаттар. Ағаштан этил спирті, алебастр, скипидар, ақуыз ашытқысы, фурфурол, көмір қышқылы, метил спирті, көмірден кокс, кокс газы, смола, аммиак, т.б. толып жатқан өнімдер алынады. Оның үстіне тас көмірді құрғақ айдау - қалдықсыз жұмыс істейтін ескі өндірістердің бірі. Кокс металлургияда тотықсыздандырғыш, кокс газы бағалы химиялық өнімдер аііу үшщ шикіза ретінде пайдаланылады. Бір кезде бұл газ қалдық заты есебінде түтінмен бірге кететін. Осыған орай мынадай бір оқиғаны оқушылар ұйып тыңдайды. Өткен ғасырдың аяғында Россияның кокс өндіретін зауытына шетелден бір бейтаныс кісі келеді. Тегін алыңыз дегенге көнбей, зауыт мүржасынан ауаға шығып жатқан түтінді сатып алады. Бұған зауыт басшылары да, есітушілер де қайран қалады. Тіпті осының өзі есінен адасқан біреу шығар деушілер де табылады. Көп ұзамай-ақ кокс пештерінің жанынан түтінді тосып алатын қондырғы салынады. Одан әлгі адам аммиак, фенол, бензол, нафталин және бірқатар басқа да бағалы өнімдер шығарып, пайдаға кенеледі. Келеке етушілер оның іскерлігіне таңданады. Ғылым мен өндіріс тарихынан келтірілген қызықты мысалдар оқушылардың көңіл-күйін көтеріп, ынтасын арттырады.