მკაფიო ალგორითმი ქიმიაში ამოცანის გადასაჭრელად არის შესანიშნავი გზა ამ რთული დისციპლინის საბოლოო ტესტებისთვის. 2017 წელს გამოცდის სტრუქტურაში მნიშვნელოვანი ცვლილებები განხორციელდა, ტესტის პირველი ნაწილიდან ამოიღეს კითხვები ერთი პასუხით. კითხვების ფორმულირება ისეა მოცემული, რომ კურსდამთავრებული აჩვენებს ცოდნას სხვადასხვა მიმართულებით, მაგალითად, ქიმიაში და არ შეუძლია უბრალოდ „ტკიპის“დადება.
მთავარი გამოწვევები
მაქსიმალური სირთულე კურსდამთავრებულებისთვის არის კითხვები ორგანული ნაერთების ფორმულების გამოყვანის შესახებ, მათ არ შეუძლიათ პრობლემის გადაჭრის ალგორითმის შედგენა.
როგორ გავუმკლავდეთ ასეთ პრობლემას? იმისათვის, რომ გაუმკლავდეთ შემოთავაზებულ ამოცანას, მნიშვნელოვანია იცოდეთ ქიმიის ამოცანების ამოხსნის ალგორითმი.
იგივე პრობლემა დამახასიათებელია სხვა აკადემიური დისციპლინებისთვის.
მოქმედებების თანმიმდევრობა
ყველაზე გავრცელებულია ნაერთის განსაზღვრის პრობლემები ცნობილი წვის პროდუქტებით, ამიტომ ჩვენ ვთავაზობთ განვიხილოთ პრობლემების გადაჭრის ალგორითმი მაგალითის გამოყენებითამ ტიპის ვარჯიში.
1. მოცემული ნივთიერების მოლური მასის მნიშვნელობა განისაზღვრება ზოგიერთი გაზისთვის ცნობილი ფარდობითი სიმკვრივის გამოყენებით (თუ ეს არის შემოთავაზებული ამოცანის პირობებში).
2. ჩვენ ვიანგარიშებთ ამ პროცესში წარმოქმნილი ნივთიერებების რაოდენობას აირისებრი ნაერთის მოლური მოცულობის მეშვეობით, თხევადი ნივთიერებების სიმკვრივის ან მასის მეშვეობით.
3. ჩვენ ვიანგარიშებთ ყველა ატომის რაოდენობრივ მნიშვნელობებს მოცემული ქიმიური რეაქციის პროდუქტებში და ასევე ვიანგარიშებთ თითოეულის მასას.
4. ჩვენ ვაჯამებთ ამ მნიშვნელობებს, შემდეგ ვადარებთ მიღებულ მნიშვნელობას პირობით მოცემულ ორგანული ნაერთის მასას.
5. თუ საწყისი მასა აღემატება მიღებულ მნიშვნელობას, დავასკვნით, რომ მოლეკულაში არის ჟანგბადი.
6. ჩვენ განვსაზღვრავთ მის მასას, ამისთვის გამოვაკლებთ ორგანული ნაერთის მოცემულ მასას ყველა ატომის ჯამს.
6. იპოვეთ ჟანგბადის ატომების რაოდენობა (მოლებში).
7. ჩვენ განვსაზღვრავთ პრობლემაში არსებული ყველა ატომის რაოდენობების თანაფარდობას. ჩვენ ვიღებთ ანალიზის ფორმულას.
8. ჩვენ ვადგენთ მის მოლეკულურ ვერსიას, მოლარულ მასას.
9. თუ ის განსხვავდება პირველ ეტაპზე მიღებული მნიშვნელობისაგან, ჩვენ ვზრდით თითოეული ატომის რაოდენობას გარკვეული რაოდენობის ჯერ.
10. შეადგინეთ სასურველი ნივთიერების მოლეკულური ფორმულა.
11. სტრუქტურის განსაზღვრა.
12. მითითებული პროცესის განტოლებას ვწერთ ორგანული ნივთიერებების სტრუქტურების გამოყენებით.
პრობლემის გადაჭრის შემოთავაზებული ალგორითმი შესაფერისია ორგანული ნაერთის ფორმულის გამომუშავებასთან დაკავშირებული ყველა ამოცანისთვის. ის დაეხმარება საშუალო სკოლის მოსწავლეებსადეკვატურად გაუმკლავდეს გამოცდას.
მაგალითი 1
როგორ უნდა გამოიყურებოდეს ალგორითმული პრობლემის გადაჭრა?
ამ კითხვაზე პასუხის გასაცემად, აქ არის დასრულებული ნიმუში.
17,5 გ ნაერთის დაწვისას მიიღება 28 ლიტრი ნახშირორჟანგი, ასევე 22,5 მლ წყლის ორთქლი. ამ ნაერთის ორთქლის სიმკვრივე შეესაბამება 3,125 გ/ლ. არსებობს ინფორმაცია, რომ ანალიტი წარმოიქმნება მესამეული გაჯერებული ალკოჰოლის დეჰიდრატაციის დროს. მოწოდებულ მონაცემებზე დაყრდნობით:
1) შეასრულეთ გარკვეული გამოთვლები, რომლებიც საჭირო იქნება ამ ორგანული ნივთიერების მოლეკულური ფორმულის მოსაძებნად;
2) დაწერეთ მისი მოლეკულური ფორმულა;
3) გააკეთეთ ორიგინალური ნაერთის სტრუქტურული ხედვა, რომელიც ცალსახად ასახავს ატომების კავშირს შემოთავაზებულ მოლეკულაში.
ამოცანის მონაცემები.
- მ (საწყისი მასალა) - 17,5გრ
- V ნახშირორჟანგი-28L
- V წყალი-22.5მლ
ფორმულები მათემატიკური გამოთვლებისთვის:
- √=√ მn
- √=m/r
თუ გსურთ, შეგიძლიათ გაუმკლავდეთ ამ ამოცანას რამდენიმე გზით.
პირველი გზა
1. განსაზღვრეთ ქიმიური რეაქციის ყველა პროდუქტის მოლის რაოდენობა მოლარული მოცულობის გამოყენებით.
nCO2=1.25 მოლი
2. ჩვენ გამოვავლენთ პირველი ელემენტის (ნახშირბადის) რაოდენობრივ შემცველობას ამ პროცესის პროდუქტში.
nC=nCO2=, 25 mol
3. გამოთვალეთ ელემენტის მასა.
mC=1,25 მოლი12გ/მოლი=15 გ.
დასაზღვრეთ წყლის ორთქლის მასა, იმის ცოდნა, რომ სიმკვრივეა 1გ/მლ.
mH2O არის 22,5გ
ჩვენ ვავლენთ რეაქციის პროდუქტის რაოდენობას (წყლის ორთქლი).
n წყალი=1,25 მოლი
6. ჩვენ ვიანგარიშებთ ელემენტის (წყალბადის) რაოდენობრივ შემცველობას რეაქციის პროდუქტში.
nH=2n (წყალი)=2,5 მოლი
7. განსაზღვრეთ ამ ელემენტის მასა.
mH=2.5გ
8. მოდით შევაჯამოთ ელემენტების მასები მოლეკულაში ჟანგბადის ატომების არსებობის (არარსებობის) დასადგენად.
mC + mH=1 5გ + 2,5გ=17,5გ
ეს შეესაბამება პრობლემის მონაცემებს, შესაბამისად, არ არის ჟანგბადის ატომები სასურველ ორგანულ ნივთიერებებში.
9. თანაფარდობის პოვნა.
CH2არის უმარტივესი ფორმულა.
10. გამოთვალეთ სასურველი ნივთიერების M სიმკვრივის გამოყენებით.
M ნივთიერება=70 გ/მოლ.
n-5, ნივთიერება ასე გამოიყურება: C5H10.
პირობა ამბობს, რომ ნივთიერება მიიღება ალკოჰოლის გაუწყლოებით, შესაბამისად, ის არის ალკენი.
მეორე ვარიანტი
მოდით განვიხილოთ პრობლემის გადაჭრის სხვა ალგორითმი.
1. იმის ცოდნა, რომ ეს ნივთიერება მიიღება სპირტების გაუწყლოების შედეგად, დავასკვნით, რომ ის შეიძლება მიეკუთვნებოდეს ალკენების კლასს.
2. იპოვეთ სასურველი ნივთიერების მნიშვნელობა M სიმკვრივის გამოყენებით.
M in=70 გ/მოლ.
3. M (გ/მოლი) ნაერთისთვის არის: 12n + 2n.
4. ჩვენ ვიანგარიშებთ ნახშირბადის ატომების რაოდენობრივ მნიშვნელობას ეთილენის ნახშირწყალბადის მოლეკულაში.
14 n=70, n=5, ასე რომ, მოლეკულურინივთიერების ფორმულა ასე გამოიყურება: C5H10n.
ამ პრობლემის მონაცემებში ნათქვამია, რომ ნივთიერება მიიღება მესამეული სპირტის გაუწყლოებით, შესაბამისად ის არის ალკენი.
როგორ შევქმნათ ალგორითმი პრობლემის გადასაჭრელად? მოსწავლემ უნდა იცოდეს ორგანული ნაერთების სხვადასხვა კლასის წარმომადგენლების მოპოვება, ფლობს მათ სპეციფიკურ ქიმიურ თვისებებს.
მაგალითი 2
მოდით, შევეცადოთ ამოვიცნოთ ალგორითმი პრობლემის გადასაჭრელად სხვა მაგალითის გამოყენებით USE-დან.
22,5 გრამი ალფა-ამინოკარბოქსილის მჟავის სრული წვის შედეგად ატმოსფერულ ჟანგბადში შესაძლებელი გახდა 13,44 ლიტრი (N. O.) ნახშირბადის მონოქსიდის (4) და 3.36 ლ (N. O.) აზოტის შეგროვება. იპოვეთ შემოთავაზებული მჟავის ფორმულა.
მონაცემები პირობით.
- მ(ამინომჟავები) -22,5 გ;
- √ (ნახშირორჟანგი ) -13,44 ლიტრი;
- √(აზოტი) -3, 36 წ.
ფორმულები.
- მ=Mn;
- √=√ მn.
ჩვენ ვიყენებთ სტანდარტულ ალგორითმს პრობლემის გადასაჭრელად.
იპოვეთ ურთიერთქმედების პროდუქტების რაოდენობრივი მნიშვნელობა.
(აზოტი)=0,15 მოლი.ჩაწერეთ ქიმიური განტოლება (გამოვიყენებთ ზოგად ფორმულას). გარდა ამისა, რეაქციის მიხედვით, ნივთიერების ოდენობის ცოდნით, ვიანგარიშებთ ამინოკარბოქსილის მჟავის მოლების რაოდენობას:
x - 0.3 მოლი.
გამოთვალეთ ამინოკარბოქსილის მჟავის მოლური მასა.
M(საწყისი ნივთიერება )=მ/ნ=22,5 გ/0,3 მოლი=75 გ/მოლი.
გამოთვალეთ ორიგინალის მოლური მასაამინოკარბოქსილის მჟავა ელემენტების შედარებითი ატომური მასების გამოყენებით.
M(ამინომჟავები )=(R+74) გ/მოლ.
მათემატიკურად განსაზღვრეთ ნახშირწყალბადის რადიკალი.
R + 74=75, R=75 - 74=1.
შერჩევით ვადგენთ ნახშირწყალბადის რადიკალის ვარიანტს, ვწერთ სასურველი ამინოკარბოქსილის მჟავას ფორმულას, ვაყალიბებთ პასუხს.
შესაბამისად, ამ შემთხვევაში არსებობს მხოლოდ წყალბადის ატომი, ამიტომ გვაქვს ფორმულა CH2NH2COOH (გლიცინი).
პასუხი: CH2NH2COOH.
ალტერნატიული გადაწყვეტა
პრობლემის გადაჭრის მეორე ალგორითმი ასეთია.
ჩვენ ვიანგარიშებთ რეაქციის პროდუქტების რაოდენობრივ გამოხატულებას მოლარული მოცულობის მნიშვნელობის გამოყენებით.
(ნახშირორჟანგი )=0,6 მოლი.ჩვენ ვწერთ ქიმიურ პროცესს, შეიარაღებული ამ კლასის ნაერთების ზოგადი ფორმულით. განტოლებით ვიანგარიშებთ მიღებული ამინოკარბოქსილის მჟავის მოლების რაოდენობას:
x=0,62/in=1,2 /მოლ
შემდეგ ვიანგარიშებთ ამინოკარბოქსილის მჟავას მოლურ მასას:
M=75 გ/მოლში.
ელემენტების ფარდობითი ატომური მასების გამოყენებით ვპოულობთ ამინოკარბოქსილის მჟავას მოლურ მასას:
M(ამინომჟავები )=(R + 74) გ/მოლ.
გადაასწორეთ მოლური მასები, შემდეგ ამოხსენით განტოლება, განსაზღვრეთ რადიკალის მნიშვნელობა:
R + 74=75v, R=75v - 74=1 (აიღეთ v=1).
შერჩევის შედეგად მიდის დასკვნა, რომ არ არსებობს ნახშირწყალბადის რადიკალი, ამიტომ სასურველი ამინომჟავა არის გლიცინი.
შესაბამისად, R=H, მივიღებთ ფორმულას CH2NH2COOH(გლიცინი).
პასუხი: CH2NH2COOH.
ასეთი პრობლემის გადაჭრა ალგორითმის მეთოდით შესაძლებელია მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ მოსწავლეს აქვს საკმარისი საბაზისო მათემატიკური უნარები.
პროგრამირება
როგორ გამოიყურება აქ ალგორითმები? ინფორმატიკისა და კომპიუტერული ტექნოლოგიების პრობლემების გადაჭრის მაგალითები მოითხოვს ქმედებების მკაფიო თანმიმდევრობას.
როდესაც წესრიგი ირღვევა, წარმოიქმნება სხვადასხვა სისტემური შეცდომები, რომლებიც არ აძლევს ალგორითმს სრულად ფუნქციონირების საშუალებას. ობიექტზე ორიენტირებული პროგრამირების გამოყენებით პროგრამის შემუშავება შედგება ორი ეტაპისგან:
- GUI-ს შექმნა ვიზუალურ რეჟიმში;
- კოდის შემუშავება.
ეს მიდგომა მნიშვნელოვნად ამარტივებს პროგრამირების პრობლემების გადაჭრის ალგორითმს.
ხელით თითქმის შეუძლებელია ამ შრომატევადი პროცესის მართვა.
დასკვნა
საგამომგონებლო ამოცანების გადაჭრის სტანდარტული ალგორითმი წარმოდგენილია ქვემოთ.
ეს არის მოქმედებების ზუსტი და გასაგები თანმიმდევრობა. მისი შექმნისას აუცილებელია დავალების საწყისი მონაცემების, აღწერილი ობიექტის საწყისი მდგომარეობის ფლობა.
ალგორითმების ამოცანების ამოხსნის ეტაპების გამოსაყოფად მნიშვნელოვანია სამუშაოს მიზნის განსაზღვრა, ბრძანებების სისტემის გამოკვეთა, რომელსაც შეასრულებს შემსრულებელი.
შექმნილი ალგორითმი უნდაიყოს თვისებების კონკრეტული ნაკრები:
- დისკრეტულობა (დაყოფა ნაბიჯებად);
- უნიკალურობა (თითოეულ მოქმედებას აქვს ერთი გამოსავალი);
- კონცეპტუალური;
- შესრულება.
ბევრი ალგორითმი მასიურია, ანუ მათი გამოყენება შესაძლებელია მრავალი მსგავსი ამოცანის გადასაჭრელად.
პროგრამირების ენა არის მონაცემთა და ალგორითმული სტრუქტურების ჩაწერის წესების სპეციალური ნაკრები. ამჟამად იგი გამოიყენება ყველა სამეცნიერო დარგში. მისი მნიშვნელოვანი ასპექტია სიჩქარე. თუ ალგორითმი ნელია, არ იძლევა რაციონალურ და სწრაფ პასუხს, ის ბრუნდება გადასინჯვისთვის.
ზოგიერთი დავალების შესრულების დრო განისაზღვრება არა მხოლოდ შეყვანილი მონაცემების ზომით, არამედ სხვა ფაქტორებითაც. მაგალითად, მთელი რიცხვების მნიშვნელოვანი რაოდენობის დახარისხების ალგორითმი უფრო მარტივი და სწრაფია, იმ პირობით, რომ განხორციელდა წინასწარი დახარისხება.
