Виртуальная химия

Название проекта: Стабильность изотопов и радиоактивный распад Эта виртуальная лаборатория предназначена для использования на уроках химии по следующим темам: Цель виртуальной лабораторной работы: Характеристики атомных частиц Таблица 1 Массовое число частиц Число заряда Примечание протон 1  +1 Количество протонов равно порядковому номеру элемента нейтрон 1  0 Количество нейтронов можно найти по следующей формуле:N=А r -Z , А r -массовый номер атома, Z – количество протонов,  электрон 0  -1 Количество электронов равно порядковый номер элемента Практическая часть 1.При запуске симуляции вы сможете выбрать один из двух режимов: “Decay” и “Chart intro”. Начнем с режима “Decay”. 2.На данном экране вы можете построить нуклид, используя протоны и нейтроны. Симуляция позволяет создавать нуклиды с количеством протонов до 94 и нейтронов до 146. Вы можете размещать протоны и нейтроны, перетаскивая их в игровую зону или же используя спиннеры. Спиннер посередине позволяет одновременно добавлять в ядро по одному протону и нейтрону. 3.По мере изменения количества нуклонов в ядре симуляция автоматически обновляет информацию: символ элемента (например. Helium -5), количество протонов и нейтронов и стабильность нуклида (Stable/Unstable) 4.Кнопка “Info” в разделе Half-life открывает статическую временную шкалу с динамическим отображением периода полураспада выбранного нуклида. 5.В рамках моделирования представлены пять типов распада: α-распад, β+ распад, β- распад, излучение протонов и нейтронов. 6.Нестабильные нуклиды распадаются на стабильные по одному из этих пяти типов распада. Виртуальный эксперимент  7.Создайте нестабильный изотоп. Например, бериллий-8. Посмотрите доступные типы распада для этого изотопа. 8.Проанализируйте символы значков распада, чтобы предсказать конечный элемент после распада. Затем нажмите кнопку, чтобы увидеть анимацию распада. 9.Понаблюдайте, как меняются: символ элемента, период полураспада, счетчик нуклонов. Определите получившийся элемент. Составьте сбалансированное уравнение данного ядерного распада. 10.Попробуйте другие изотопы с другими типами распада. 11.Вы можете нажать желтую кнопку, чтобы снова просмотреть анимацию. Определите получившийся элемент. Составьте уравнение. Заключение Данный виртуальный эксперимент эффективно продемонстрировал радиоактивный распад с помощью виртуальной симуляции PhET “Build a Nucleus”. Управляя нестабильными изотопами, ученики визуализировали процесс распада и исследовали концепцию периода полураспада. Это интерактивное исследование обеспечивает ценную основу для понимания ядерных реакций. Словарь терминов

Название проекта: Механизм ионной связи Эта виртуальная лаборатория предназначена для использования на уроках химии по следующим темам: Цели: Теоретическая часть Ионные связи – это тип химической связи, основанный на электростатическом притяжении между ионами противоположных зарядов. Ионы – это атомы или группы атомов, которые отдали или приняли электроны, в результате чего они имеют положительный (катионы) или отрицательный (анионы) заряд. В ионных соединениях ионы располагаются в кристаллических решетках, где каждый ион окружен ионами противоположного заряда. В основе этих соединений лежит Закон Кулона, которая описывает силу электростатического взаимодействия между двумя зарядами: Механизм образования ионной связи можно рассмотреть на примере обычной поваренной соли, реакции между натрием и хлором. Атом щелочного металла легко теряет электрон, а атом галогена – приобретает. В результате этого возникает катион натрия и хлорид-ион. Они образуют соединение за счет электростатического притяжения между ними. Свойства ионных соединений: Практическая часть Данная работа использует симуляцию PhET “Coulomb’s Law” для исследования взаимосвязи между зарядом, расстоянием и силой притяжения или отталкивания между заряженными частицами. 2. Изучите интерфейс, изменяя величины зарядов, их расположение и наблюдая за возникающими силами. По окончании исследования нажмите оранжевую кнопку сброса. Виртуальный эксперимент №1: Знаки зарядов и сила 3. Установите Charge 1 равным -8 мкКл, а Charge 2  +8 мкКл. Наблюдайте за силой взаимодействия (Force) между зарядами (q1,q2). Что происходит? О чем говорит направление стрелки? 4. Измените Charge 1 на +8 мкКл. Что происходит теперь? О чем говорит направление стрелки?  Вывод: Противоположные заряды притягиваются, а одинаковые – отталкиваются. Виртуальный эксперимент №2: Величина заряда и сила 5. Установите Charge 1 равным 0 мкКл. Что происходит с силой? 6. Постепенно увеличивайте величину Charge 1 (отрицательного) на 1 мкКл за раз. Наблюдайте за силой при каждом изменении. 7. Повторите шаг 6, но увеличивайте Charge 1 (положительный) до +10 мкКл. Наблюдайте за силой. Вывод: Чем больше величина заряда, тем сильнее электростатическая сила (как притяжения, так и отталкивания). Виртуальный эксперимент №3: Расстояние и сила 8. Установите Charge 1 равным -8 мкКл, а Charge 2– +8 мкКл. 9. Приблизьте Charge 1 с Charge 2 на 1 см. Наблюдайте изменением электростатической силы. 10. Теперь постепенно удаляйте Charge 1 от Charge 2 (по 1 см за раз). Наблюдайте за силой при каждом перемещении. Вывод: При сближении зарядов электростатическая сила между ними возрастает, а при удалении – уменьшается. Заключение Данное исследование с помощью симуляции PhET демонстрирует взаимосвязь между зарядом, расстоянием и возникающей электростатической силой. Заряды противоположных знаков притягиваются, а одинаковые – отталкиваются. Сила прямо пропорциональна величине зарядов и обратно пропорциональна расстоянию между ними.  Словарь терминов

Название проекта: Закон Бера Цели: Теоретическая часть Закон Бера-Ламберта лежит в основе понимания взаимодействия света с растворами. Он гласит, что: Цветные растворы кажутся цветными, потому что они поглощают свет определенных длин волн и пропускают другие. Например: Спектрофотометр – это прибор, который используется для измерения поглощения света растворами. Он позволяет определить концентрацию раствора, а также идентифицировать его компоненты. Практическая часть С помощью этого руководства вы сможете пройти виртуальную лабораторию PhET Interactive Simulations “Закон Бера”, чтобы узнать все о работе растворов и научной основе цветных растворов. Режим “Beer’s Law” На этом режиме вы сможете узнать, как экспериментально определить концентрацию окрашенного раствора. 2.Используйте выпадающее меню, чтобы выбрать цветной раствор. Отрегулируйте ползунок концентрации и наблюдайте за изменением цвета раствора. 3.Включите источник света. Используйте измеритель для определения коэффициента пропускания (transmittance) или поглощения (absorbance). 4.Измените ширину контейнера и с помощью линейки измерьте длину пути (расстояние, которое проходит свет) с помощью линейки. Как это влияет на поглощение? 5.Установите на панели “Wavelength” значение с “preset” на “variable”. Исследуйте различные цвета света. Как цвет света влияет на количество света, поглощаемого или пропускаемого раствором? 6.Сделайте прогноз, какой цвет света будет поглощаться раствором в наибольшей степени (обычно это цвет, противоположный цвету раствора). Сравните свой прогноз со значением preset в симуляции. 7.Проанализируйте длины волн, поглощаемые и пропускаемые раствором. 8.Растворы кажутся цветными, потому что они поглощают свет определенных длин волн и пропускают другие. Например, растворы сульфата меди кажутся синими, потому что они поглощают КРАСНЫЕ и ЖЕЛТЫЕ длины волн, но пропускают СИНИЕ. 9.Если вам непонятны термины “поглощение” и “пропускание“, вы можете использовать измеритель для сравнения интенсивности света до его попадания в раствор с проходящим светом. 10.Коэффициент пропускания – это процент проходящего света, в то время как коэффициент поглощения – это количество поглощенного света. Связь с реальными лабораторными исследованиями: Данная симуляция моделирует работу виртуального спектрофотометра, который пропускает свет через растворы и измеряет количество проходящего через них света. Это может помочь вам понять принцип работы реального лабораторного оборудования! Помните: Не бойтесь экспериментировать с симуляцией! Это позволяет исследовать взаимосвязь между растворами, светом и цветом. Заключение Данное исследование с помощью виртуальной лаборатории PhET “Закон Бера” позволит вам провести виртуальные эксперименты с растворами и светом. Вы изучили, как концентрация, длина волн и цвет света влияют на поглощение света окрашенным раствором. Эти знания помогут вам понять, почему растворы имеют определенный цвет и как ученые используют такие инструменты, как спектрофотометры, для их анализа. Словарь терминов

Название проекта: Ионное соотношение кислых и основных растворов Эта виртуальная лаборатория предназначена для использования на уроках химии по следующим темам: Цели: Практическая часть Данная симуляция поможет вам разобраться в значении pH обычных жидкостей и его связи с концентрацией ионов на молекулярном уровне. Шаг 1. Симуляция имеет три режима: “Macro”, “Micro” и “My solution”. Для изучения взаимосвязи между pH и ионами выберите режим “Micro”. Шаг 2. В этом режиме вы увидите: Шаг 3. Выберите любой раствор из доступных вариантов. Например газированный напиток. На шкале вы увидите, что напиток имеет кислую среду ( pH около 2,5). Шаг 4. Обратите внимание на график или шкалу слева. На ней показана концентрация (в молях): Шаг 5. По умолчанию используется логарифмическая шкала. Она подчеркивает огромную разницу между концентрациями гидрония и гидроксида. Если вам не знакомы научные обозначения, переключите график в линейный масштаб. Это визуально покажет величину разницы между концентрациями ионов. Шаг 6: Поставьте галочку в секции “H₃O⁺/OH⁻ ratio”. Красные точки обозначают ионы гидрония, а синие – ионы гидроксида. Это представление помогает сравнить относительные количества этих ионов. Шаг 7: Попробуйте добавить воды в газировку с помощью кранов. Красные точки (гидроний) по-прежнему должны доминировать, но разница между красным и синим может казаться меньше. Шаг 8: Выберите раствор с нейтральным pH, например, слюну. В представлении соотношения ионов вы должны увидеть примерно равное количество красных и синих точек, отражающих сбалансированную концентрацию ионов гидрония и гидроксида. Заключение Эта симуляция – ценный инструмент для изучения pH и его связи с концентрацией ионов в растворах. Она позволяет визуализировать эти концепции и проводить эксперименты, что способствует более глубокому пониманию темы. Словарь терминов

Название проекта: Закон идеального газа (Уравнение Менделеева-Клапейрона) Эта виртуальная лаборатория предназначена для использования на уроках химии по следующим темам: Цели: Теоретическая часть Газовые законы описывают поведение газов в различных условиях. Понимание этих законов помогает нам предсказывать, как газы будут реагировать на изменения давления, объема или температуры. Закон идеального газа Закон идеального газа, также известный как уравнение Клапейрона-Менделеева, объединяет несколько простых газовых законов в одно уравнение:  PV = nRT Это уравнение показывает, как связаны между собой давление (P), объем (V), количество частиц (n), газовая постоянная (R) и температура (T). Закон Бойля (P ∝ 1/V при постоянной T) Закон Бойля утверждает, что при постоянной температуре давление и объем газа обратно пропорциональны. Это значит: Уравнение: P₁V₁ = P₂V₂ Закон Шарля (V ∝ T при постоянном P) Закон Шарля утверждает, что при постоянном давлении объем и температура газа прямо пропорциональны. Это значит: Уравнение: V₁/T₁ = V₂/T₂ Закон Гей-Люссака (P ∝ T при постоянном V) Закон Гей-Люссака утверждает, что при постоянном объеме давление и температура газа прямо пропорциональны. Это значит: Уравнение: P₁/T₁ = P₂/T₂ Практическая часть 2.Ознакомьтесь с компонентами симуляции: система частиц (молекулы газа), контейнер и регулируемые параметры, такие как давление (P), объем (V) и температура (T). Исследование закона Бойля (P ∝ 1/V при постоянной T) 4.Регулируйте объем: a.Используйте левую стенку контейнера, чтобы изменить объем. Уменьшите объем и наблюдайте, как давление увеличивается. b.Увеличьте объем и наблюдайте, как давление уменьшается. 5. Обсуждение: Закон Бойля утверждает, что давление и объем обратно пропорциональны при постоянной температуре. Запишите свои наблюдения и постройте график P в зависимости от 1/V, чтобы увидеть обратную зависимость. Исследование закона Шарля (V ∝ T при постоянном P) 7. Меняйте температуру: a.Увеличивайте температуру с помощью нагревателя.  Обратите внимание, как объем контейнера изменяется с температурой. Наблюдайте, что при увеличении температуры объем увеличивается b. Уменьшайте температуру с помощью охладителя. Наблюдайте, что при уменьшении температуры объем уменьшается. 8.Обсуждение: Закон Шарля показывает прямую зависимость между температурой и объемом при постоянном давлении. Постройте график V в зависимости от T и наблюдайте линейную зависимость. Исследование закона Гей-Люссака (P ∝ T при постоянном V) 10. Меняйте температуру: a. Используйте нагреватель, чтобы увеличить температуру. Следите за тем, как изменяется давление при изменении температуры. Вы должны увидеть, что при увеличении температуры давление увеличивается. b.Используйте охладитель, чтобы уменьшить температуру. Вы должны увидеть, что при уменьшении температуры давление тоже уменьшается. 11. Обсуждение: Закон Гей-Люссака утверждает прямую зависимость между давлением и температурой при постоянном объеме. Постройте график P в зависимости от T, чтобы визуализировать эту прямую пропорциональность. Применение закона идеального газа (PV = nRT) a. Выберите фиксированное количество частиц. b. Регулируйте одну переменную (например, объем) и наблюдайте изменения давления и температуры. Предсказывайте изменения на основе закона идеального газа  14. Практика расчетов: Вы можете поработать с различными сценариями, чтобы вычислить неизвестные величины, используя PV = nRT, укрепляя математическую связь. Заключение Использование симуляции PhET “Gas Properties” предоставило практический подход к изучению закона идеального газа и его составных частей: закона Бойля, закона Шарля и закона Гей-Люссака. Проводя интерактивные эксперименты, ученики смогли визуализировать и понять поведение газов в различных условиях. Симуляция эффективно продемонстрировала принципы этих газовых законов, помогая ученикам связать теоретические концепции с практическими наблюдениями. Словарь терминов

Название проекта: Закон Авогадро Эта виртуальная лаборатория предназначена для использования на уроках химии по следующим темам: Цели: Практическая часть С помощью симуляции PhET “Gas Intro” мы с Вами будем изучать закон Авогадро. 1. Запустите симуляцию. Вам будут предоставлены два режима: “Intro” и “Laws”. Выберите режим “Laws”. 2. Ознакомьтесь с инструментами. Виртуальный эксперимент Закон Авогадро: “В равных объемах различных газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) содержится одинаковое число молекул.“ 3. Продублируйте симуляцию: Используйте режим “Разделенный экран” на компьютере/ноутбуке. 4. В обоих симуляциях в разделе Hold constant установите постоянный параметр – Volume(V). Поставьте галочку в секции Width. Теперь вы имеете одинаковый объем в обоих случаях. 5. Выпустите в куб два разных газа: один тяжелый, другой легкий. Для этого подвигайте поршень насоса вверх-вниз. Обратите внимание на манометр давления и термометр в обоих случаях.  6. Повторите эксперимент несколько раз.Что вы заметили? При одинаковом объеме, давление и температура в обоих кубах одинаковы, независимо от типа газа. Доказывает ли этот эксперимент закон Авогадро? Заключение В ходе работы, используя виртуальную симуляцию PhET “Gas Intro”, был проведен эксперимент, подтверждающий закон Авогадро. Было показано, что при одинаковом объеме, давление и температура в емкостях с разными газами остаются одинаковыми, независимо от типа газа. Это наглядно демонстрирует, что в равных объемах различных газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) содержится одинаковое число молекул. Словарь терминов

Тема проекта: Парниковый эффект Эта виртуальная лаборатория предназначена для использования на уроках химии по следующим темам: Цель виртуальной лабораторной работы: Практическая часть Виртуальный эксперимент Заключение Виртуальная симуляция “Парниковый эффект” позволяет наглядно продемонстрировать, как парниковые газы влияют на температуру поверхности Земли. С помощью симуляции ученики могут: Словарь терминов Energy – Энергия – Энергия Photons –  Фотоны – Жарық фотондары Sunlight – Солнечный свет – Күн сәулесі Infrared – Инфракрасный – Инфрақызыл Greenhouse gas concentration – Концентрация парниковых газов – Жылыжай газдарының концентрациясы Energy balance – Энергетический баланс – Энергиялық тепе-теңдік Flux meter – Измеритель потока – Ағым өлшеуіші Surface thermometer – Поверхностный термометр – Бетік термометр Solar intensity – Интенсивность солнечного излучения – Күн сәулесінің қарқындылығы Surface albedo – Альбедо поверхности – Жер бетінің альбедосы Absorbing layers – Поглощающие слои – Сіңіру қабаттары  Infrared absorbance – Поглощение инфракрасного излучения – Инфрақызыл сәулелердің жұтылуы

Тема проекта: Парниковый эффект Эта виртуальная лаборатория предназначена для использования на уроках химии по следующим темам: Цель виртуальной лабораторной работы: Практическая часть Виртуальный эксперимент 8. Перетащите Измеритель потока чуть выше поверхности. Нажмите на Start Sunlight (Запустить солнечный свет) и дайте симуляции работать, пока температура поверхности не стабилизируется. Земля поглощает фотоны солнечного света (желтые) и затем излучает фотоны инфракрасного излучения (красные). 9.   С помощью Измерителя потока запишите единицы измерения как поступающего, так и исходящего солнечного излучения в таблице ниже. Сделайте то же самое для инфракрасного излучения. Затем рассчитайте общее поступающее и исходящее излучение. 10. Добавьте один поглощающий слой и убедитесь, что Измеритель потока находится ниже поглощающего слоя. Дайте симуляции работать, пока температура поверхности не стабилизируется, и запишите данные в таблице ниже. Таблица 1. Кол-во слоев Солнечные лучи In Инфракрасные лучи In Общее In Солнечные лучи Out Инфракрасные лучи Out Общее Out Т поверх- ности 0 4 0 4 1 3 4 -18°C 1 2 3               Заключение Запустив симуляцию, ученики увидели, что добавление слоев, поглощающих инфракрасное излучение (тепло), приводит к повышению температуры поверхности Земли. Это имитирует реальный парниковый эффект, при котором парниковые газы задерживают тепло в атмосфере, что приводит к глобальному потеплению. Чем больше парниковых газов в атмосфере, тем теплее становится на планете.

Название проекта: Парниковые газы Эта виртуальная лаборатория предназначена для использования на уроках химии по следующим темам: Цели: Практическая часть В этом руководстве показано, как использовать виртуальную симуляцию PhET “Molecules and light”, чтобы исследовать, как различные частицы света (фотоны) взаимодействуют с различными молекулами. 1. Настройка симуляции: 2. Имитация взаимодействия со светом: 3. Выявление закономерностей: Таблица 1   Микроволновые лучи Инфракрасные лучи Видимый свет Ультрафиолетовые лучи CO          N2         O2         CO2         H2O         NO2         O3         4. Анализ энергии фотонов и движения молекул: 5. Сброс настроек симуляции: 6. Связи с реальным миром: 7. Изучение светового спектра: Заключение Используя симуляцию PhET “Молекулы и свет”, ученики могут в интерактивном режиме изучить взаимодействие между светом и различными молекулами. Это помогает им понять научную основу парникового эффекта и его роль в изменении климата. Словарь терминов

Название проекта: Взаимодействия атомов Эта виртуальная лаборатория предназначена для использования на уроках химии по следующим темам: Цели: Практическая часть Пошаговое руководство по использованию виртуальной симуляции PhET “Atomic interactions”: 1. Выберите свою пару атомов: Симуляция позволяет вам исследовать взаимодействия между различными элементами. Начните с выбора пары атомов, например, Аргон-Аргон, из доступного списка. 2. Обратите внимание на график потенциальной энергии: Под графиком вы увидите два атома. Один из них неподвижен, а другой можно перемещать. На графике показана зависимость потенциальной энергии (ось y) от расстояния между атомами (ось x). Положение подвижного атома отражено на графике. 3. Исследуйте взаимосвязь расстояния и энергии. Обратите внимание на изменения потенциальной энергии на графике. Переместите незакрепленный атом ближе: по мере уменьшения расстояния (атомы сближаются) потенциальная энергия становится все более отрицательной (более глубокая ячейка на графике). Это указывает на силу притяжения, вероятно, обусловленную временными колебаниями в распределении электронов (ван-дер-ваальсовы силы). 4. Поднесите незакрепленный атом очень близко: потенциальная энергия резко возрастает (на графике показан крутой подъем), когда атомы оказываются слишком близко. Это представляет собой сильную силу отталкивания, которая препятствует полному перекрытию атомов. Это согласуется с принципом отталкивания Паули, согласно которому электроны, находящиеся на одной орбите, отталкиваются друг от друга. Если атом исчезает с экрана, используйте кнопку “Return atom”, чтобы вернуть его обратно. 5. Визуализируйте силы: Откройте панель “Forces”. Вы можете выбрать отображение “Total force” или отдельных векторов силы “Attractive” и “Repulsive”. Это поможет вам визуализировать силы, действующие на атомы при их перемещении. 6. Контролируйте скорость моделирования: Используйте элементы управления симуляцией, чтобы приостановить, сделать шаг вперед или замедлить движение незакрепленного атома. Это позволяет вам более внимательно наблюдать за изменениями. 7. Сравните связанные и несвязанные пары: Перезагрузите симуляцию и выберите другую пару атомов, например, Неон-Неон (несвязанный) или Кислород-Кислород (связанный). Сравните формы графиков потенциальной энергии для этих пар. 8. Проанализируйте график: Используйте инструмент масштабирования, чтобы четко увидеть весь график потенциальной энергии. Это может помочь вам понять значение значений потенциальной энергии ниже нуля (для некоторых это может оказаться сложной задачей). 9. Определите сигму и эпсилон: После того, как вы сравнили связанные и несвязанные взаимодействия, попробуйте определить значение сигмы (σ) и эпсилона (ε), основываясь на формах соответствующих графиков.Сигма (обозначаемая выпуклостью на стороне отталкивания) относится к расстоянию, на котором преобладает сила отталкивания. Эпсилон (глубина колодца притяжения) отражает силу притяжения. Эти параметры определяют потенциал Леннарда-Джонса – математическую модель, которая отражает как силы притяжения, так и силы отталкивания между атомами. 10. Изучите Custom attraction: Эта функция позволяет вам исследовать, как размер атома и сила взаимодействия влияют на потенциальную энергию. При необходимости увеличьте масштаб графика. 11. Измените диаметр атома: Измените диаметр атома, используя ползунок или перетаскивая стрелку на графике. Обратите внимание, как динамически обновляются как график, так и представления атомов. 12. Отрегулируйте силу взаимодействия: Используйте ползунок или стрелку графика, чтобы изменить силу взаимодействия. Посмотрите, как это динамически влияет на график потенциальной энергии. 13. Проанализируйте взаимосвязи: Сопоставьте изменения диаметра атома, силы взаимодействия и результирующую форму графика потенциальной энергии. Это может помочь вам понять, как эти факторы влияют на притяжение между атомами. Заключение Данная виртуальная симуляция PhET предоставляет интерактивный инструмент для визуализации взаимодействия между силами притяжения и отталкивания, действующими на атомы. Манипулируя моделированием, ученики наблюдали, как изменения расстояния, связи, диаметра атома и силы взаимодействия влияют на график потенциальной энергии.  Словарь терминов