IV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
ЧЕМ ПОМОЖЕТ МАТЕМАТИКА ХИМИКУ?
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
В существующей системе образования ученики старшей школы могут выбирать, какой профильный класс или углубленное изучение отдельных предметов. Кто-то отдает предпочтение гуманитарным наукам, кто-то, наоборот, техническим. И для многих естественно думать, что рядом с «любимыми» школьными предметами находятся «лишние», которые отвлекают. Ведь не видя взаимосвязей разных наук, теряешь интерес к некоторым из них.
Но в современном мире востребованы эрудированные и широко мыслящие люди. Логично возникает вопрос, чем поможет математика в естественных науках, в частности в химии. Поэтому предметом моей исследовательской работы стало использование математических формул и понятий при решении химических задач.
Цель исследовательской работы: выявить потенциал математики при решении химических задач.
Задачи исследования:
1. Найти и изучить информацию из книг Интернет-ресурсов по данной теме.
2. Исследовать области применения элементарной математики к химическим явлениям в ходе решения задач.
3. На примерах решения химических задач показать возможности применения геометрических теорем.
4. Сделать выводы о взаимосвязи математики и химии.
Актуальность работы заключается в том, что любой ученик старших классов, прочитав мою работу, поймет, что математика – полезный инструмент для решения химических задач. Тот, кто владеет этим инструментом, имеет больше возможностей для изучения мира веществ.
Основная часть
1. Роль математики в химии
«Математика – царица наук!»
К. Гаусс(XIXвек)
«В любой науке столько истины, сколько в ней математики».
Иммануил Кант (1724-1804)
Приведенные выше слова отражают две противоположные точки зрения на отношение математики к другим наукам.
Сторонники первой убеждены, что математика так красива сама по себе, что любые практические приложения её только портят (Г. Харди). Английский математик Роджер Пенроуз считает, что законы математики – это неотъемлемая часть природы, а не творение человеческого разума. Они объективны и существуют сами по себе, независимо от нас. Удивительно, что некоторые области математики существовали задолго до того, как физики объяснили с их помощью явления во вселенной. Так конические сечения, изучаемые Апполонием в древней Греции, были использованы Кеплером в начале 17 века для описания орбит планет.
Другие ученые, например, академик В.И. Арнольд убеждены, что математика – экспериментальная наука, так как многие математические открытия были сделаны благодаря наблюдениям за природой. К примеру, человек понял свойства сложения и умножения, считая овец.
Химия – это тоже экспериментальная наука о веществах, их свойствах и превращениях, широко использующая в своих целях достижения других наук, в первую очередь математики и физики.
Немецкий ученый и писатель Г.К. Лихтенберг (1742-1799) писал: «Кто не понимает ничего, кроме химии, тот и ее понимает недостаточно». Многие статьи в серьезных химических журналах не содержат ни одной химической формулы, зато изобилуют математическими уравнениями.
Методы математики широко используются в химии. Ниже я постараюсь это доказать.
2. Расчеты и оценки
Расчётные химические задачи можно разделить на две группы: с точным конечным ответом и с приближенным ответом. К первой группе относятся задачи с перечислением, например: «сколько аминокислотных остатков входит в состав молекулы инсулина?». Ко второй - все измерительные задачи, например задача на расчет объема водорода, выделившегося при взаимодействии 100г цинка с соляной кислотой. Во многих ситуациях нет необходимости получать даже приближённый результат с высокой точностью. Тогда числа представляют в стандартном виде: a∙10b, где 1≤a