«Складність будови атома. Стан електронів в атомі ».
На основі міжпредметних зв'язків з фізикою повторити докази складної будови атома, моделі, що відображають таку будову, будову атомного ядра і характеристику елементарних частинок (протонів, нейтронів і електронів). Розглянути на новому, більш високому теоретичному рівні поняття «ізотопи» і три форми існування хімічного елемента.
Показати дуалізм електронів, так само як і інших об'єктів мікросвіту. Розглянути квантові властивості електронів на основі чотирьох квантових чисел і основні закономірності заповнення електронами атомних орбіталей.
- вимоги до учнів при вивченні курсу хімії 11 класу;
- знайомство з підручником;
- запис теми уроку.
II Основна частина - лекція з елементами бесіди. Будова атома.
1. Розвиток уявлень про будову атома.
Саме поняття «атом» прийшло до нас із Древньої Греції і в перекладі з грецької мови означає «неподільний». Володіючи певним багажем знань з курсів фізики і хімії, кожен з вас може з упевненістю сказати, що слово «неподільний» не може бути застосоване до атому, оскільки з часом з'явилися докази складності будови атома. Згадати, які? (Відкриття рентгенівських і катодних променів, явище радіоактивності, фотоефекту, електролізу та ін.) Як йшло розвиток уявлень про складність будови атома, можна простежити за схемою на с. 4 (Схема 1).
Знайомство з моделями Дж. Томсона «Пудинг з родзинками» планетарної Е.Резерфорда (Рис. 1 с. 3), квантової (квант - порція енергії) Н. Бора (постулат - вихідне положення).
Моделі Томсона, Резерфорда і Бора в даний час представляють лише історичний інтерес, так як внутрішня суперечливість і обмеженість цих моделей змусили незабаром відмовитися від них.
Не можна автоматично переносити закони класичної фізики (наприклад, таких її розділів, як електродинаміка і механіка), справедливі для порівняно великих тіл, що складають макросвіт, на мізерно малі об'єкти - атоми, іони, молекули, електрони, протони, нейтрони, фотони, - утворюють свій особливий мікросвіт. Завдання опису властивостей і поведінки об'єктів мікросвіту була вирішена тільки в ХХ столітті після створення квантової механіки. Отже, сучасні уявлення про будову атома ґрунтуються на положеннях квантової механіки, в 1932 році була розроблена так звана протонно-нейтронна теорія ядра.
Що ж являє собою атом з точки зору сучасних уявлень? Прочитати визначення з 5. розглянути Рис. 2 с. 5.
- Які частинки входять до складу ядра?
- Яке загальна назва вони мають?
- Як визначити число протонів і нейтронів в ядрі на підставі положення хімічного елемента в ПС?
ПВ - Що слід очікувати, якщо в атомному ядрі змінити число протонів?
Різновиди атомів одного і того ж хімічного елемента, які мають однаковий заряд ядра, але різний масове число, називаються ізотопами. (Записати).
Складання схеми на дошці і в зошити.
Калій Аргон Хлор
До До Ar Ar Cl Cl
Порівняння складу атомних ядер елементів.
Висновок: властивості ізотопів одного і того ж елемента однакові, тому що їх атомні ядра містять однакове число протонів, т. Е. Однаковий заряд ядра, хоча їх відносна атомна маса різна, так як вони містять різну кількість нейтронів.
Хімічний елемент - це вид атомів з однаковим позитивним зарядом ядра. (Записати).
Розглянути ізотопи атома водню. 1H (проти) 1D (дейтерій) 1T (тритій). Властивості даних ізотопів дуже різняться в залежності від числа нейтронів, що містяться в атомних ядрах цього елемента, т. Е. Від їх відносної атомної маси.
ПВ. Чому так схожі, ідентичні за властивостями, ізотопи хлору, аргону або калію, і так відрізняються за властивостями ізотопи водню, яким навіть присвоєні власні назви і хімічні знаки?
(Зміна масового числа у названих трьох елементів незначно, воно має пайову значення, тоді як зміна відносної атомної маси у ізотопів водню має велике значення - в кратне значення раз).
Підтвердити відмінності властивостей ізотопів води на прикладі властивостей легкої і важкої води (атомна маса 18 і 20, температура кипіння 100 і 101,4, температура плавлення 0 і 3,8, щільність 1 і 1,1, дію на живі організми: життєво необхідна і уповільнює біологічні процеси).
3.Форми існування хімічного елемента.
Згадати з 8 класу. вільні атоми, прості і складні речовини. Приклад способів існування хімічного елемента водню.
а - атоми водню; б - молекули водню; в - атоми водню в молекулах води.
Узагальнення по темі «Будова атома».
Число протонів визначає величину позитивного заряду ядра, що є найважливішою характеристикою атома, так як від нього залежить число електронів в електронейтральних атомі. У свою чергу, хімічні властивості атомів залежать від числа і розташування електронів в них. Тому заряд атомного ядра в кінцевому підсумку визначає хімічні властивості елемента і його положення в Періодичній системі, т. Е. Дорівнює його порядковому номеру визначальне значення заряду атомного ядра на властивості елемента доводить існування:
- изобар ( «рівна тяжкість») - атомів різних хімічних елементів з однаковою атомною масою (наприклад, ізотопи аргону, калію, кальцію з відносною атомною масою 40);
- Ізотон ( «рівне тиск») - атомів різних хімічних елементів з однаковим числом нейтронів (наприклад, ізотопи ксенону-130, барію-138, лантану-139 і церію-140, що містять по 82 нейтрона).
III Основна частина - лекція з елементами бесіди. Стан електронів у атомі.
Науково доведено, що всі об'єкти мікросвіту мають дуалізмом. Дуалізм - подвійність. Ще на початку 20 століття Планк і Ейнштейн довели, що промениста енергія випускається і поглинається не безупинно, а окремими порціями - квантами. Квант світла отримав назву фотон. Фотон поводиться і як частка, і як хвиля. Як частка фотон взаємодіє з електроном металу, яка містить світлочутливі шаром фотопластинки і т. Д. Як хвиля фотон проявляє здатність до інтерференції (накладення хвиль) і дифракції (огинання перешкод). Таким чином, квантова теорія світла ввела поняття про подвійну природу світла, про корпускулярно-хвильовий дуалізм світлі (корпускула - частка). У 1924 році французький фізик Луї де Бройль висловив припущення про те, що хвильові властивості притаманні всім матеріальним об'єктам. Подвійна природа елементарних частинок - це частковий вияв загального властивості матерії.
Записати: Електрон має дуалізмом (дуалізм - подвійність), т. Е. Електрон - це частинка-хвиля.
Подібно до того, як швидко рухається голка швейної машинки. пронизує тканину, вишиває на ній візерунок, так незмірно швидше рухається в просторі навколо атомного ядра електрон «вишиває», тільки не плоский, а об'ємний малюнок електронного облака.Часть електронної хмари, де ймовірність знаходження електрона максимальна, називається атомної орбиталью.
2.Волновая природа електрона і атомні орбіталі.
Ядра атомів, в яких зосереджена майже вся їх маса, створюють навколо себе потужне електромагнітне поле, в якому певним чином розташовуються електрони.
Оскільки раніше ми говорили про те, що хімічні властивості елемента залежать від числа і розташування електронів в ньому, вивчення хімії як науки, що пояснює процеси перетворення одних речовин в інші, починається з вивчення будови електронних оболонок атомів.
Записати. Сукупність усіх електронів, розташованих в околоядерном просторі атома, називаетсяелектронной оболочкой.Електронная оболонка атома складається з електронних шарів, або енергетичних рівнів, число енергетичних рівнів дорівнює номеру періоду, в якому знаходиться хімічний елемент, і, отже, може приймати значення від 1 до 7.
Кожен енергетичний рівень складається з підрівнів:
· 1-й енергетичний рівень складається з одногоs-підрівні (позначення підрівнів залежить від форми електронного хмари - Рис. 3 підручника);
· 2-й енергетичний рівень складається з двох підрівнів: s іp;
· 3-й енергетичний рівень складається з трьох підрівнів: s, p иd;
· 4-й енергетичний рівень складається з чотирьох підрівнів: s, p, d іf.
Можна помітити, що число підрівнів на кожному енергетичному рівні дорівнює номеру енергетичного рівня.
Кожен підрівень містить певну кількість атомних орбіталей (енергетичних осередків).
· S-підрівень - однуs-орбіталь;
· Р-підрівень - три р-орбіталі;
· D -подуровень - пятьd-орбіталей;
· F -подуровень - семьf-орбіталей.
Максимальне число електронів на енергетичному рівні визначається формулою 2П2, де п - номер енергетичного рівня.
Розрахувати число максимально можливих електронів на кожному енергетичному рівні «, 8, 18, 32). Узагальнююча схема.
Електрони в межах кожного підрівня розміщуються спочатку по одному на кожній орбіталі (енергетичної осередку), маючи при цьому однакові значення спинив, а лише потім попарно, але вже з антипаралельними спинами.
Згадайте ситуацію з життя: люди, які сідають у вільний автобус або тролейбус, спочатку займають вільні місця, розташовуючись в кріслах по одному, а потім, коли у всіх кріслах буде сидіти по одному пасажиру, підсаджуються до кого-небудь. При цьому в першу чергу займаються крісла, які спрямовані по ходу руху транспортного засобу, а лише потім ті, які звернені назад або збоку. (Електрон займає положення, найбільш вигідне для нього з енергетичної точки зору).
Кожна орбіталь може бути заповнена не більше, ніж двома електронами, але обов'язково мають антипаралельні спини.