Хімія. Повторне видання. 7 клас. Григорович
§ 4. Науковий підхід у хімії
Жодною кількістю експериментів не можна довести теорію; але достатньо одного експерименту, щоб її спростувати.
Альберт Ейнштейн
Пригадайте
Що таке спостереження й експеримент і чим вони відрізняються? Складіть діаграму Венна для розрізнення цих понять.
Спостереження та експеримент
Поміркуйте
Пригадайте, як, подорожуючи автобусом або автівкою, ви споглядали пейзаж за вікном. Чи можна стверджувати, що ви здійснювали спостереження?
А ось ви побачили озеро, яке промерзло лише поблизу берегів, на відміну від повністю замерзлих калюж. У цьому випадку ви споглядали чи спостерігали?
Ми можемо нескінченно довго спостерігати за водою в склянці, але дізнаємося лише про здатність води випаровуватися. Ми не визначимо, за якої температури вона кипить або чи проводить вона електричний струм.
Якщо під час спостереження постають питання або є певна суперечність, то науковці прагнуть перевірити: те, що я спостерігаю, — це завжди так чи це сталося випадково?
Як ми можемо пояснити наші спостереження?
Спочатку слід сформулювати гіпотезу (від грец. hypothesis — підстава, припущення).
Поміркуйте
Яку гіпотезу ви можете сформулювати щодо різного агрегатного стану води в озері та калюжах, які ви спостерігали під час подорожі?
Приймемо таку гіпотезу: у калюжі води мало, тому в разі заморозків вона може швидко замерзнути, а для промерзання води в озері потрібно більше часу.
Але будь-яка гіпотеза потребує підтвердження. Для цього ми маємо виконати експеримент (від лат. experimentum — проба, дослід).
Під час експериментів створюють відповідні умови. Досліджувані об’єкти (речовини) нагрівають або охолоджують, поміщають під прес, змішують з іншими речовинами, діють на них електричним струмом тощо.
Експеримент нерозривно пов’язаний зі спостереженням — зміни, що відбуваються з об’єктом, необхідно спостерігати й фіксувати.
Поміркуйте
Запропонуйте експеримент, який ми маємо здійснити для підтвердження висунутої гіпотези щодо різного агрегатного стану води в озері та калюжах.
Якщо ви вагаєтеся з відповіддю, опис експерименту подано внизу сторінки1.
Для експерименту нам знадобилися лише холодильник і годинник. Але під час хімічних експериментів виникає потреба дослідження мікроскопічних об’єктів, застосування електричного струму тощо. Наші органи чуття не фіксують ультрафіолетове випромінювання і ще багато чого. Тому для експериментів ми використовуємо різноманітні прилади та пристрої: мікроскоп, вольтметр, лінійку та інше. А для опрацювання результатів експериментів та обчислень хіміки й хімікині часто використовують комп’ютери.
1 Оскільки в нашій гіпотезі йдеться про те, що для замерзання різної кількості води потрібний різний час, то ми маємо здійснити експеримент, під час якого будемо охолоджувати зразки води різного об'єму.
Наповніть водою невелику форму для льоду та пластикову пляшку. Помістіть їх у морозильну камеру холодильника. Час від часу перевіряйте, у якій посудині вода замерзне швидше.
Поміркуйте
Проаналізуйте схему, що ілюструє принцип наукового підходу. Які етапи позначені на схемі цифрами 1 і 2 відповідно?
Опишіть, як гіпотези перетворюють на теорії.
Дізнайтеся більше
Експеримент може бути реальним і мисленнєвим (уявним).
Гіпотезу про існування найдрібніших частинок речовини — атомів — висловив античний філософ Демокрит саме під час уявного експерименту.
Гіпотеза → теорія → закон
Доведене припущення перестає бути гіпотезою і стає теорією. Теорія — це комплекс поглядів і думок, що описує, пояснює та передбачає певні явища.
Пригадайте
Про які теорії ви читали чи чули? З якими науками вони пов'язані?
Деякі теорії були спочатку сформульовані й лише потім доведені експериментально, як, приміром, найважливіший у хімії Періодичний закон.
Ґрунтуючись на теоріях, узагальнюючи наявні знання, науковці й науковиці формулюють закони.
Закон формулює істотний, сталий і повторюваний зв’язок між явищами.
Пригадайте
Пригадайте закони природи, які ви вивчали раніше.
У вигляді законів сформульовані майже всі виявлені закономірності в природі. Важливо, що закони не лише пояснюють певні явища, але й мають передбачати їх. Тобто, ґрунтуючись на законах, можна передбачити можливість існування явищ або закономірностей без проведення експериментів.
Фіксування результатів вимірювання та протоколювання експериментів
Під час виконання експериментів фіксування результатів є ключовим кроком. Це дає нам можливість аналізувати одержані результати та робити висновки. Чітко зафіксовані результати також важливі для подальших експериментів або для того, щоб інші науковці й науковиці могли перевірити достовірність і надійність одержаних нами результатів.
Основні принципи фіксування та протоколювання результатів експерименту
Точність: записуйте дані так точно, наскільки це можливо. Якщо ви, наприклад, вимірюєте масу, то вказуйте її до останньої цифри, яку показує прилад.
Організація: використовуйте таблиці для структурування результатів. Це полегшує порівняння даних і розуміння закономірностей.
Чіткість: пишіть розбірливо. Якщо ваші записи важко прочитати, це може призвести до помилок у розумінні результатів.
Детальність: фіксуйте всі важливі деталі, як-от: час, дату, умови експерименту (температура, освітлення тощо).
Запишіть усе устаткування та реагенти, які ви використовували під час роботи.
Послідовність: фіксуйте дані в тому порядку, у якому ви їх отримуєте. Не залишайте записування на потім.
Висновки: наприкінці експерименту запишіть свої висновки.
Чи підтверджено гіпотезу результатами, які ви отримали?
Якщо гіпотезу спростовано, то далі слід діяти відповідно до алгоритму на схемі наукового підходу (с. 45).
Правильне фіксування результатів і протоколювання експерименту допомагає уникнути плутанини й помилок, які можуть виникнути під час спроби згадати або вгадати дані. Достовірні результати є основою для наукової доброчесності та надійності. Пам’ятайте, що в науці важлива кожна деталь!
Робота з інформацією
30. Виявіть спільне й відмінне в поняттях: а) споглядання й спостереження; б) закономірність і гіпотеза; в) гіпотеза й теорія; г) теорія й закон.
31. Опишіть основні принципи фіксування результатів вимірювань і протоколювання експерименту.
32. Інспектор із водопостачання вимірював споживання води у школі. За день він отримав такі результати:
Проаналізуйте діаграму та дайте відповіді на запитання.
1. У який проміжок часу споживання води: а) максимальне; б) мінімальне?
2. Вис ловіть гіпотезу, чим зумовлене: а) максимальне споживання води в школі; б) мінімальне споживання води.
Обговоріть у групах
33. У давні часи люди мало що знали про природу, а їхні пояснення деяких природних явищ сьогодні нам видаються дуже дивними. Дещо про спостереження природи нашими предками збереглося до наших часів у казках, міфах і легендах — це і багатоголові дракони, які дмухають полум’ям, і вичавлювання води з каменя тощо. У казках часто йдеться про мертву та живу воду. Висловіть припущення, яку воду наші предки могли називати мертвою, а яку — живою.
34. Під час малювання ви помічали, що змішуванням синьої фарби із жовтою отримують зелений колір, а жовтої та червоної — помаранчевий.
Чи можна ці результати назвати закономірностями? Яку гіпотезу або теорію можна сформулювати на основі цих спостережень?
35. Визначте переваги та недоліки в епізодичному й систематичному спостереженнях під час хімічних експериментів.
36. «Щоліта наша шкіра засмагає. Зміна кольору шкіри відбувається, якщо ми певний час перебували на сонці. Причиною засмаги є специфічна дія сонячного світла на шкіру». Визначте в цьому тексті результат спостереження, закономірність і гіпотезу. Чи можливо за цією інформацією сформулювати теорію?
37. «Після висихання морської води на шкірі часто залишається тонкий шар солей», — це спостереження чи закономірність? Яку гіпотезу можна сформулювати щодо описаного явища?
38. Уявіть, що ви занурюєте у воду аркуш паперу, губку для миття посуду, дерев’яний гребінець і металеву кульку. Як ці тіла взаємодіють із водою? Що ви спостерігатимете? Яку гіпотезу можна сформулювати? Який експеримент можна запланувати для перевірки вашої гіпотези?
39. Точність результатів вимірювання залежить, зокрема, від шкали на вимірювальних засобах. Зазвичай точність дорівнює половині ціни поділки. Проаналізуйте зображення мірного посуду та визначте їхню точність. Що з-поміж наведеного краще використовувати для відмірювання рідини об’ємом 75 мл?
40. Учитель хімії запропонував учням і ученицям самостійно визначити густину будь-якої речовини (на вибір). Микола вибрав пісок. Він насипав у попередньо зважену чашку пісок (його маса дорівнювала 5 г), потім висипав речовину з чашки в мірний циліндр (при цьому він нічого не розсипав) і виміряв об’єм (він дорівнював 3,9 мл). Обчисліть, яке значення густини отримав Микола.
Після обчислень Микола знайшов густину піску в довіднику. Вона дорівнювала 2,5 г/см3. Поясніть, чому Микола не отримав саме такого значення густини, як у довіднику. Як треба було виконати експеримент, щоб отримане значення густини відповідало довідниковому, використовуючи при цьому лише зазначене вище обладнання?
41. Прочитайте епіграф до цього параграфа. Що, на вашу думку, мав на увазі Альберт Ейнштейн?
