Химия

В российских школах химию преподают качественно. Не в том смысле, что на высоком педагогическом и научном уровне, а в смысле, что не количественно. Разумеется, совсем без формул и вычислений обойтись не удается, но это уровень арифметики второго класса. Что-то более сложное в школе не проходят, а строгих химических законов в учебниках и вовсе нет. В этом разительное отличие химии от физики, где с первого же урока начинается бесконечный ряд правил, законов, уравнений, которые часто имеют именные названия. Закон Архимеда, закон Гука, закон Ома, уравнение Менделеева-Клапейрона, постоянная Больцмана, три закона Ньютона, уравнения Максвелла, две теории относительности Эйнштейна... Да и безымянных законов хватает: три начала термодинамики (правда третье имеет именное название - теорема Нернста), закон обратных квадратов, законы сохранения (импульса, энергии, момента вращения) и так далее. В школьном курсе физики многие из этих законов и уравнений проходят.

А теперь посмотрим на химию. Назовите хотя бы пять законов из курса школьной химии. Или ладно, не только законов, но хоть каких-то величин, уравнений, принципов, правил. Периодический закон Менделеева - да, разумеется, хотя про него чуть ниже. Постоянная Авогадро - хорошо, что-то еще? Теория Бутлерова, наверное. Принято. Еще? Сложно. Химия вряд ли сильно уступает физике по количеству законов и правил, но они не такие простые, и для школьной программы не подходят, а значит и выбора не остается - приходится преподавать предмет "на пальцах".

Такой подход, естественно, приводит к тому, что строгость изложения химии, как научной дисциплины, теряется. Определения расплываются, появляются лишние термины и никому не нужные утверждения, да и вообще область применения химии сужается до комнатно-лабораторных условий.

Хорошим примером тут служит уже упомянутый периодический закон Менделеева. Химию ведь изучают, преподают и используют по всему миру, закон Менделеева тоже общепризнан, никто в здравом уме с его справедливостью не спорит. Следовательно, чтобы у жителей разных стран не возникало сложностей с интерпретацией данных, следует ввести единую форму представления этого закона, который содержательно выражается в периодическом повторении свойств различных химических элементов с ростом зарядов их ядер.

В химическом мире есть своя организация, осуществляющая стандартизацию в глобальном масштабе, она называется Международным союзом теоретической и прикладной химии (IUPAC). В задачи этой организации входит, например, разработка правил именования различных химических соединений, регистрация вновь открытых элементов и веществ, присвоение им номенклатурных индексов и так далее. В частности, IUPAC еще в 1989 году утвердил унифицированный вид периодической таблицы химических элементов Менделеева, и он отличается от того, который можно увидеть в школьных учебниках химии.

В российских школах и школьных учебниках таблица Менделеева состоит из восьми групп (столбцы) и семи периодов (строки), но, чтобы впихнуть туда все 118 открытых на сегодняшний день элементов, приходится прибегать к определенным хитростям. Первый период состоит всего из двух элементов - группы со второй по седьмую остаются пустыми, хотя водород иногда относят не к первой, а к седьмой группе. Второй и третий периоды содержат по 8 элементов - все клетки таблицы легко заполняются, пропусков нет - красота, периодичность свойств наблюдается очень наглядно. Именно с элементами первых трех периодов на 99% связана вся школьная химия, из четвертого периода попадаются разве что калий, кальций, медь, цинк и бром.  Из пятого - йод.

С четвертым и пятым периодами уже возникают сложности - элементов в них слишком много, и приходится добавлять дополнительные ряды. В итоге периоды получаются "двухэтажными", а свойства меди (первая группа), например, даже близко не похожи на свойства калия, который находится одной строчкой выше. Приходится говорить о "подгруппах": 1A - подгруппа щелочных металлов, а подгруппа 1Б называется побочной, начинается с меди и включает в себя медь, серебро, золото и рентгений. А в восьмой группе вообще получилось не пойми что - сами смотрите.

В шестом и седьмом периодах ситуация еще хуже - там появляются не только побочные подгруппы, но еще и два дополнительных ряда элементов, вынесенных из таблицы в отдельные последовательности по 14 элементов в каждой. Речь о лантаноидах (6 период) и актиноидах (7 период). Эта форма представления периодического закона называется "короткой" или короткопериодной и является довольно сложной. Пока что не открыты элементы, относящиеся к восьмому периоду, но если это однажды произойдет, то в короткую таблицу придется вносить очень существенные усложнения - что-то вроде дополнительных подтаблиц.

В связи с этим IUPAC в 1989 году отказался от использования короткой формы, и теперь в химическом мире используется так называемая "длинная" или длиннопериодная форма. Ее правильнее было бы назвать средней, поскольку есть еще одна - сверхдлинная, и, наверное, из описания короткой таблицы понятно, чем именно они все отличаются. В длинной форме периоды, начиная с 4, вытянуты в одну строчку, и никаких подгрупп там нет. Лантаноиды и актиноиды по-прежнему вынесены отдельно, но групп в итоге получилось не 8, а 18. Кроме большей наглядности, длинная форма ничем от короткой не отличается. Ну а в сверхдлинной таблице, понятное дело, лантаноиды с актиноидами уже не вынесены, а включены в таблицу, и групп в ней, соответственно, получается 32.

Но вот, увы - несмотря на то, что длинная форма является общепринятой во всем мире, в российских школах используется короткая, а в ней алюминий является элементом третьей группы, а не тринадцатой. Впрочем, если предмет преподается "на пальцах", то какая разница - если ученик захочет серьезно заниматься химией, ему так и так придется переучиваться с нуля. Сейчас сами увидите - почему.