"Химия. Вводный курс", Габриелян О.С., Остроумов И.Г., Ахлебинин А.К.
Моделирование помогает изучать объекты и явления с помощью их упрощённых представлений — моделей. В химии оно особенно полезно, потому что атомы и молекулы слишком малы, чтобы рассматривать их напрямую. Модель сохраняет те свойства объекта, которые нужны для исследования, а остальное упрощает. Это может быть физическая конструкция или описание с помощью знаков и формул. Один объект можно представить разными моделями: каждая отвечает на свои вопросы.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Модель — упрощённое представление объекта, сохраняющее важные для изучения свойства оригинала. Оригиналом называют сам объект, который изучают, например молекулу воды. Модель не обязана быть похожей на него во всём: она показывает только нужные особенности. Поэтому перед использованием полезно спросить, какую задачу помогает решить эта модель.
Моделирование — создание и изучение моделей, чтобы исследовать объекты и явления. Сначала определяют, что именно хотят узнать, затем выбирают подходящее представление и рассматривают его свойства. Такой подход нужен, когда наблюдать сам объект трудно или невозможно. Он помогает получать сведения, не заменяя исследование догадками.
Материальная модель — наглядное физическое изображение объекта, например шаростержневая модель молекулы. Её можно рассмотреть, а некоторые части — передвинуть или соединить по-разному. Это помогает увидеть взаимное расположение частей, которое сложно представить только по словам. Но модель сделана из других материалов и может иметь условные размеры.
Информационная модель — описание объекта с помощью знаков, слов, рисунков, схем или формул. В химии к таким моделям относятся, например, формулы, сообщающие состав молекул. Информация в них записана условно, поэтому нужно знать значение обозначений. Такой способ удобен, когда важно передать сведения кратко и точно.
Моделирование используют, когда сам объект слишком мал, велик или сложен для непосредственного изучения. Например, отдельную молекулу нельзя увидеть невооружённым глазом, а сложный процесс бывает трудно проследить целиком. Вместо этого исследователь обращается к представлению, которое можно рассмотреть или описать. Так изучение становится доступным, хотя модель и не заменяет сам объект во всех отношениях.
Модель создают под конкретную задачу, потому что невозможно одинаково подробно показать сразу все свойства объекта. Если исследуют состав молекулы, важны виды и число атомов, а цвет или масса условных шариков могут быть не нужны. При изучении расположения атомов, наоборот, полезно показать их взаимное положение. Поэтому сначала формулируют вопрос, а затем решают, какие свойства оставить, а какие упростить.
Материальная модель позволяет рассмотреть или перемещать её части, поскольку она имеет физическую форму. Например, в шаростержневой модели можно увидеть, какие атомы соединены и как они расположены относительно друг друга. Однако шарики и стержни — условные детали, а не уменьшенные настоящие атомы и связи. Их размеры и устройство могут не совпадать с оригиналом, иначе модель была бы неудобной или вводила бы в заблуждение.
Информационная модель передаёт сведения с помощью условных обозначений, поэтому её нужно уметь читать. Формула H₂O показывает, что в молекуле есть водород и кислород, причём на два атома водорода приходится один атом кислорода. Но формула не сообщает, как выглядит молекула и где именно находятся её атомы. Для этих вопросов потребуется другое представление, например рисунок или материальная модель.
Одному объекту могут соответствовать разные модели, потому что каждая выделяет свойства, важные для определённого исследования. Формула и шаростержневая модель могут описывать одну молекулу, но дают разные сведения. По формуле удобно выяснять состав, а по конструкции — рассматривать расположение атомов. Поэтому нельзя назвать одну модель лучшей для всех случаев: подходящая зависит от вопроса.
Сравни таблицу с вопросом, который нужно решить: она показывает, какие сведения даёт каждый вид модели. Обрати внимание не только на пример, но и на возможности представления. Если требуются разные сведения, для одного объекта можно использовать обе модели.
| Вид модели | В какой форме представлена | Что позволяет изучать | Пример из химии |
|---|---|---|---|
| Материальная модель | Физический предмет или конструкция | Расположение и соединение частей, их взаимное положение | Шаростержневая модель молекулы воды |
| Информационная модель | Знаки, слова, рисунок, схема или формула | Состав и другие сведения, записанные условными обозначениями | Формула H₂O |
Задача 1. Ученик хочет наглядно показать расположение атомов в молекуле воды. Какую модель выбрать и что она поможет увидеть?
Ответ: нужна шаростержневая модель. Она наглядно показывает расположение атомов водорода и кислорода и их соединение, но не передаёт реальные размеры атомов.
Задача 2. Запишите формулу H₂O как информационную модель молекулы и объясните, какие сведения она передаёт.
Ответ: формула H₂O сообщает, что молекула состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Она передаёт состав, но не показывает внешний вид и расположение атомов.
Задача 3. Для изучения состава, формы и расположения атомов предложены формула и шаростержневая модель. Какие вопросы удобнее исследовать с помощью каждой?
Ответ: состав удобнее изучать по формуле, а форму и расположение атомов — по шаростержневой модели. Для полного ответа об одном объекте можно использовать обе модели.
Считать модель точной копией объекта. Модель всегда упрощает оригинал и передаёт выбранные свойства, а не все сразу. Так думают, потому что наглядное изображение легко принять за сам объект. Проверь себя: назови, что модель показывает и какие особенности оставляет за пределами изображения.
Ожидать, что шаростержневая модель точно передаёт размеры атомов и расстояния между ними. Шары и стержни нужны для наглядности, поэтому могут быть непропорциональны настоящим частицам. Ошибка возникает, когда конструкцию воспринимают как точную копию. Проверь себя: отличай условные детали модели от реальных атомов и связей.
Считать формулу изображением внешнего вида молекулы. Формула передаёт состав, но не показывает форму и положение атомов. Это путают, потому что формула относится к молекуле и кажется её полным описанием. Проверь себя вопросом: можно ли по записи H₂O увидеть, как расположены атомы? Нет, для этого нужна другая модель.
Выбирать модель, не учитывая цель исследования. Разные модели одного объекта отвечают на разные вопросы, поэтому неподходящая модель может не содержать нужных сведений. Такое случается, если выбирать знакомое представление, не уточнив задачу. Проверь себя: сформулируй, что нужно узнать, и сопоставь это с возможностями модели.
Для понимания моделирования нужно знать, что вещества состоят из частиц, а молекулы — из атомов. Тогда условные шарики в модели можно соотнести с атомами, а формулу — прочитать как запись состава молекулы. Без этих представлений обозначения и конструкции останутся просто набором знаков или деталей.
Моделирование пригодится при изучении строения атомов и молекул, химических формул и превращений веществ. Для разных вопросов понадобятся разные представления: формула помогает разбирать состав, а наглядная конструкция — расположение частей. Так модели связывают запись сведений с представлением о строении и изменениях веществ.
Зачем в химии используют модели?
Модели позволяют изучать то, что трудно рассмотреть напрямую: например, очень маленькие молекулы или сложные процессы. По модели можно исследовать выбранные свойства объекта, не работая с самим объектом.
Чем модель отличается от самого объекта?
Модель не является точной копией объекта: она упрощает его и сохраняет только свойства, важные для конкретной задачи. Поэтому модель может отличаться от оригинала размером, материалом или способом изображения.
Какие модели называют материальными?
Материальные модели имеют физическую форму, их можно увидеть, а некоторые — ещё и передвигать или разбирать. Например, шаростержневая модель молекулы показывает расположение атомов и связи между ними.
Почему химическая формула считается моделью?
Формула условными знаками передаёт сведения о составе молекулы: какие атомы в неё входят и сколько их. Например, H₂O показывает, что в молекуле воды два атома водорода и один атом кислорода, но не изображает её форму.
Может ли у одного вещества быть несколько моделей?
Да, один объект можно представить разными моделями, потому что разные задачи требуют разных сведений. Формула удобна для изучения состава, а шаростержневая модель — для рассмотрения расположения атомов.
§ 3. Моделирование
