试述同系物同系物概念再辨析小结

更新时间:2024-03-02 点赞:4482 浏览:13085 作者:用户投稿原创标记本站原创

摘要:对现行中学化学教材中的“同系物”概念进行重新定义,指出同系物应具有两方面的特征,其一:同系物应该具有相似的结构,具有相同的分子通式;其二:同系物之间应该相差至少一个基本结构单元。同时对同系物概念的内涵和外延进行了拓展,同系物不仅在有机化合物中出现,而且可出现于无机化合物中。建议在教学中以新的定义、准确地引入同系物概念,避免学生的误读。
关键词:同系物;特征;有机同系物;无机同系物;概念教学
文章编号:1005–6629(2013)8–0079–02 :B
1 问题的提出
概念是客观事物的本质属性在人们头脑中的反映,概念教学的过程是从感性认识上升到理性认识的过程。化学概念是化学基础知识的重要组成部分,是构成抽象的化学知识的“细胞”,是进行逻辑思维的第一要素。在化学课堂中,正确、科学的概念的形成有助于学生构建严谨、科学的知识体系,反之,错误、不科学的概念将导致学生知识体系的缺陷。
中学化学引入同系物的概念是在“最简单的有机化合物”章节中引入的,其引入的方式为举例引入,从甲烷、乙烷、丙烷分子式的差别出发,指出这类分子具有相似的结构,可以用通式CnH2n+2表示。于是得出同系物的定义“像这种结构相似,在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质互称为同系物” 。
对于这样的定义,林海斌老师在“同系物概念的辨析”一文提出了不同的观点,建议将同系物定义为:结构相似,组成上相差n个(n∈N,即n=0,1,摘自:毕业论文模板www.618jyw.com
2,3,……)CH2原子团的一系列化合物间的互称 。此定义和上文中所述定义的差别在于前者至少相差一个结构单元,而后者的定义隐含一个意思,即同系物之间可以具有相同的结构式(当n=0时),换句话说后者认为同分异构体也可以叫做同系物。
对于上述观点,笔者不敢苟同。那么究竟应该怎么定义同系物,同分异构体算不算是同系物呢?笔者认为,书本的定义并没有错误的地方,这样的定义是符合人们认识事物的规律的。在学生知识有限的情况下,通过这样的实例去认识同系物的概念是符合认知规律的,这种方式完成了概念学习的第一步:引入。当然,这种方式引入同系物的概念,还仅仅是停留在对“同系物”认识的初级阶段,是一种感性的认识。如果教材能在此基础上,进一步引导学生,将事物的本质特点抽象出来,加以提炼,升华,使感性认识上升到理性认识阶段,那么才算是完成了真正意义上的概念教学过程。
对于教材中以及林老师对于同系物的定义,笔者认为还有值得商榷的地方。下面就从以下几个方面来探讨如何科学地定义同系物。
2 同系物的真正含义
人们提出同系物概念的目的,是对物质进行类别的划分,划分的依据是这类化合物具有相似之处。这样更方便人们在认识这一类化合物时,可以从这类化合物中某一个典型化合物的物理、化学性质出发,去认识和推断其他化合物的物理和化学性质。
英文版有机化学教材对同系物的定义为:具有相似结构,符合同一通式的一类化合物的总称,这类化合物之间的差别往往是一个基本结构单元,如增加一个亚单位 [3]。互为同系物的化合物一般具有以下四个方面的特征:(1)相邻的同系物之间相差一个基本结构单元,这个基本结构单元可以是CH2,也可以是其他。(2)同系物的分子具有相同的分子通式。(3)随着同系物相差的结构单元数目的增加,同系物的熔点、沸点等物理性质存在着渐变的规律。(4)同系物具有相似的化学性质。从同系物所具有的以上特征出发,我们不难判断以下表格中的物质都属于同系物 [4]。
从上表可以看出,这六类同系物中,有四类同系物的分子式相差的结构单元为CH2, 而对直链全氟代烷烃来说,分子间相差的结构单元为CF2,聚乙炔类物质分子间相差的结构单元为CH=CH。因此,单纯以结构相似,结构上相差一个或多个CH2单元来作为判断是否为同系物的标准,可能会犯以偏概全的错误!
3 同系物的准确定义
从前面的分析可知,构成同系物的条件有两个,其一:具有相似的结构,如1位取代伯醇,乙醇,1-丙醇,1-丁醇,这一类物质都具有相似的结构,羟基都是在1位上,具有伯醇类化合物的通性,具有相似的物理性质和化学性质,能够发生伯醇特征的化学反应。其二:这些同系物分子间相差至少一个以上的结构单元,这个结构单元可能是CH2,也可能是CF2、CCl2、CBr2、CH=CH等。因此,笔者认为,如下的定义更能准确解释同系物,即:具有相似的结构,符合同一通式,且结构上相差至少一个结构单元的一系列化合物的互称。
4 有机同系物和无机同系物
众所周知,化学领域研究的化合物主要分为有机化合物和无机化合物。同系物的概念虽然常用于有机化学的领域,但在无机化学领域中也不乏同系物的存在,如:
同系物的概念是从有机化合物中引入的,但并不代表所有同系物只能是有机化合物,无机化合物中仍然存在大量的同系物,如果单纯地以为同系物的概念来自有机化合物,所以同系物就一定是有机化合物的,那就是“一叶障目而不知天下已秋”了。
5 同分异构体算不算同系物
在林海斌老师“同系物概念的辨析”一文中,作者还认为像正丁烷和异丁烷这类结构单元上并没有差别的分子,也就是我们常提到的同分异构体也属于同系物,对此,笔者也有不同看法。按照作者的说法,正丁醇和异丁醇也应该叫做同系物才对,但实际上,正丁醇属于伯醇,具有伯醇的化学性质,而异丁醇属于仲醇,两种不同类别的醇在发生化学反应时的反应情况并不相同,如伯醇氧化得到醛,仲醇氧化得到的是酮而不是醛。因此1-丙醇和2-丙醇就不能互称同系物。按照笔者前面对同系物特征的分析,虽然正丁烷和异丁烷具有相似的结构,但并不符合结构上至少相差一个结构单元这样的要求,因而不能叫做同系物 [5]。如果非要在正丁烷和异丁烷间找一个“同”字的话,那还是叫做同分异构体比较妥帖一些。当然亦可参照文献的说法 [6],在结构上不存在同一结构单元重复的分子之间,最好叫做一个“化学家族”或“同类化合物”(class of homologous compounds)而不是“同系”(series),根据此文献的解释,分子式完全相同的正丁烷和异丁烷至多可以划分为同一类化合物,而不能叫做同系物!
同系物的概念的引出是为了方便大家从一个化合物出发,以点代面,形成对一类化合物的系统认识,以期达到事半功倍的效果。从概念教学的认识规律上来说,学生对同系物的认识有一个由浅入深、由具体到抽象的发展过程,这种方式对于初学者来说,能够准确把握,已经足够。但对于教师来说,不能把概念讲“死”,教师应该是高屋建瓴,深刻理解同系物概念的内涵和外延,这样才能更加准确和科学地认识同系物的概念。
参考文献:
人民教育出版社编著.普通高中课程标准实验教科书·化学2(必修)[M]. 北京:人民教育出版社,2007.
林海斌.同系物概念的辨析 [J].化学教学,2013,(3):80~81.
[3]维基百科全书. http://en.wikipedia.org/wiki/Homologousseries.
[4] 1B教材. Chemistry.http://wenku.baidu.com/view/e219f5d-73186bceb19e8bbdb.html
[5][6] flashcard学习网:http://quizlet.com/4291234/organicchemistry-flash-cards/.
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