Тема урока «Сложность строения атома. Состояние электронов в атоме».

Тема урока
«Сложность строения атома. Состояние электронов в атоме».
Цели урока:
На основе межпредметных связей с физикой повторить доказательства сложного
строения атома, модели, отражающие такое строение, строение атомного ядра и
характеристику элементарных частиц (протонов, нейтронов и электронов). Рассмотреть
на новом, боле высоком теоретическом уровне понятия «изотопы» и три формы
существования химического элемента.
Показать дуализм электронов, равно как и других объектов микромира. Рассмотреть
квантовые характеристики электронов на основе четырех квантовых чисел и основные
закономерности заполнения электронами атомных орбиталей.
Ход урока.
I Орг.момент
- требования к учащимся при изучении курса химии 11 класса;
- вводный инструктаж по технике безопасности;
- знакомство с учебником;
- запись темы урока.
II Основная часть – лекция с элементами беседы. Строение атома.
1. Развитие представлений о строении атома.
Само понятие «атом» пришло к нам из Древней Греции и в переводе с греческого
обозначает «неделимый». Обладая определенным багажом знаний из курсов физики и
химии, каждый из вас может с уверенностью сказать, что слово «неделимый» не может быть
применено к атому, поскольку со временем появились доказательства сложности строения
атома. Вспомнить, какие? (открытие рентгеновских и катодных лучей, явление
радиоактивности, фотоэффекта, электролиза и др.) Как шло развитие представлений о
сложности строения атома, можно проследить по схеме на с. 4 (Схема 1).
Знакомство с моделями Дж.Томсона «Пудинг с изюмом» планетарной Э.Резерфорда (Рис.
1 с. 3), квантовой (квант – порция энергии) Н.Бора (постулат – исходное положение).
Модели Томсона, Резерфорда и Бора в настоящее время представляют лишь исторический
интерес, так как внутренняя противоречивость и ограниченность этих моделей заставили
вскоре отказаться от них.
Нельзя автоматически переносить законы классической физики (например, таких ее
разделов, как электродинамика и механика), справедливые для сравнительно больших тел,
составляющих макромир, на ничтожно малые объекты – атомы, ионы, молекулы, электроны,
протоны, нейтроны, фотоны, - образующие свой особый микромир. Задача описания свойств
и поведения объектов микромира была решена только в ХХ веке после создания квантовой
механики. Итак, современные представления о строении атома основываются на положениях
квантовой механики, в 1932 году была разработана так называемая протонно-нейтронная
теория ядра.
2. Строение атомного ядра.
Что же представляет собой атом с точки зрения современных представлений? Прочитать
определение с 5,, рассмотреть Рис. 2 с. 5.
- Какие частицы входят в состав ядра?
- Какое общее название они имеют?
- Как определить число протонов и нейтронов в ядре на основании положения химического
элемента в ПС Д.И.Менделеева?
ПВ – Что следует ожидать, если в атомном ядре изменить число протонов?
- А нейтронов?
Разновидности атомов одного и того же химического элемента, имеющие одинаковый
заряд ядра, но разное массовое число, называются изотопами. (Записать).
Зимонина Людмила Павловна
Составление схемы на доске и в тетради.
Калий
39
Аргон
40
К
39
К
19
19
Хлор
40
Ar
35
Ar
18
18
37
Cl
17
Cl
17
Сравнение состава атомных ядер элементов.
Вывод: свойства изотопов одного и того же элемента одинаковы, потому что их
атомные ядра содержат одинаковое число протонов, т.е. одинаковый заряд ядра, хотя их
относительная атомная масса разная, так как они содержат разное число нейтронов.
Отсюда
Химический элемент – это вид атомов с одинаковым положительным зарядом ядра.
(Записать).
Проблемная ситуация.
1
2
3
Рассмотреть изотопы атома водорода:
1H (протий)
1D (дейтерий)
1T (тритий).
Свойства данных изотопов очень разнятся в зависимости от числа нейтронов, содержащихся
в атомных ядрах этого элемента, т.е. от их относительной атомной массы.
ПВ. Почему так похожи, идентичны по свойствам, изотопы хлора, аргона или калия, и так
отличаются по свойствам изотопы водорода, которым даже присвоены собственные названия
и химические знаки?
(Изменение массового числа у названных трех элементов незначительно, оно имеет долевое
значение, тогда как изменение относительной атомной массы у изотопов водорода весьма
существенно – в кратное значение раз).
Подтвердить различия свойств изотопов воды на примере свойств легкой и тяжелой воды
(атомная масса 18 и 20, температура кипения 100 и 101,4, температура плавления 0 и 3,8,
плотность 1 и 1,1, действие на живые организмы: жизненно необходима и замедляет
биологические процессы).
3. Формы существования химического элемента.
Вспомнить с 8 класса: свободные атомы, простые и сложные вещества. Пример способов
существования химического элемента водорода.
а
б
в
а – атомы водорода; б – молекулы водорода; в – атомы водорода в молекулах воды.
Обобщение по теме «Строение атома».
Число протонов определяет величину положительного заряда ядра, что является
важнейшей характеристикой атома, так как от него зависит число электронов в
электронейтральном атоме. В свою очередь, химические свойства атомов зависят от
числа и расположения электронов в них. Поэтому заряд атомного ядра в конечном итоге
определяет химические свойства элемента и его положение в Периодической системе, т.е.
равен его порядковому номеру определяющее значение заряда атомного ядра на свойства
элемента доказывает существование:
- изотопов («равное место»);
2
Зимонина Людмила Павловна
- изобар («равная тяжесть») – атомов различных химических элементов с одинаковой
атомной массой (например, изотопы аргона, калия, кальция с относительной атомной массой
40);
- изотонов («равное давление») – атомов различных химических элементов с
одинаковым числом нейтронов (например, изотопы ксенона-130, бария-138, лантана-139 и
церия-140, содержащие по 82 нейтрона).
III Основная часть – лекция с элементами беседы. Состояние электронов в атоме.
1. Электрон – частица-волна.
Научно доказано, что все объекты микромира обладают дуализмом. Дуализм –
двойственность. Еще в начале 20 века Планк и Эйнштейн доказали, что лучистая энергия
испускается и поглощается не непрерывно, а отдельными порциями – квантами. Квант света
получил название фотон. Фотон ведет себя и как частица, и как волна. Как частица фотон
взаимодействует с электроном металла, со светочувствительным слоем фотопластинки и т.д.
Как волна фотон проявляет способность к интерференции (наложению волн) и дифракции
(огибанию препятствий). Таким образом, квантовая теория света ввела понятие о
двойственной природе света, о корпускулярно-волновом дуализме свете (корпускула –
частица). В 1924 году французский физик Луи де Бройль высказал предположение о том,
что волновые свойства присущи всем материальным объектам. Двойственная природа
элементарных частиц – это частное проявление общего свойства материи.
Записать: Электрон обладает дуализмом (дуализм – двойственность), т.е. электрон –
это частица-волна.
Подобно тому, как быстро движущаяся иголка швейной машинки, пронзая ткань,
вышивает на ней узор, так неизмеримо быстрее движущийся в пространстве вокруг атомного
ядра электрон «вышивает», только не плоский, а объемный рисунок электронного облака.
Часть электронного облака, где вероятность нахождения электрона максимальна,
называется атомной орбиталью.
2. Волновая природа электрона и атомные орбитали.
Ядра атомов, в которых сосредоточена почти вся их масса, создают вокруг себя мощное
электромагнитное поле, в котором определенным образом располагаются электроны.
Поскольку ранее мы говорили о том, что химические свойства элемента зависят от числа и
расположения электронов в нем, изучение химии как науки, объясняющей процессы
превращения одних веществ в другие, начинается с изучения строения электронных
оболочек атомов.
Записать. Совокупность всех электронов, расположенных в околоядерном пространстве
атома, называется электронной оболочкой. Электронная оболочка атома состоит из
электронных слоев, или энергетических уровней, число энергетических уровней равно номеру
периода, в котором находится химический элемент, и, следовательно, может принимать
значения от 1 до 7.
Каждый энергетический уровень состоит из подуровней:
 1-й энергетический уровень состоит из одного s-подуровня (обозначение подуровней
зависит от формы электронного облака – Рис. 3 учебника);
 2-й энергетический уровень состоит из двух подуровней: s и p;
 3-й энергетический уровень состоит из трех подуровней:s, p и d;
 4-й энергетический уровень состоит из четырех подуровней: s, p, d и f.
Можно заметить, что число подуровней на каждом энергетическом уровне равно номеру
энергетического уровня.
Каждый подуровень содержит определенное число атомных орбиталей (энергетических
ячеек).
 s-подуровень – одну s-орбиталь ;
 р-подуровень – три р-орбитали
;
3
Зимонина Людмила Павловна
 d –подуровень – пять d-орбиталей
 f –подуровень – семь f-орбиталей
;
.
Максимальное число электронов на энергетическом уровне определяется формулой 2п2,
где п – номер энергетического уровня.
Рассчитать число максимально возможных электронов на каждом энергетическом уровне «,
8, 18, 32). Обобщающая схема.
2s
2
2s
I
6p
2s
10 d
32 IV
II
6p
8
14 f
III
2s
6 p
10 d
18
Электроны в границах каждого подуровня размещаются сначала по одному на каждой
орбитали (энергетической ячейке), имея при этом одинаковые значения спинов, а лишь
затем попарно, но уже с антипараллельными спинами.
Вспомните ситуацию из жизни: люди, садящиеся в свободный автобус или троллейбус,
сначала занимают свободные места, располагаясь в креслах по одному, а затем, когда во всех
креслах будет сидеть по одному пассажиру, подсаживаются к кому-либо. При этом в первую
очередь занимаются кресла, которые направлены по ходу движения транспортного средства,
а лишь потом те, которые обращены назад или сбоку. (Электрон занимает положение,
наиболее выгодное для него с энергетической точки зрения).
Каждая орбиталь может быть заполнена не более, чем двумя электронами, но
обязательно имеющими антипараллельные спины.
Домашнее задание: параграф 1 с 3-8 )до электронной конфигурации атомов), пользуясь
записями в тетради и текстом параграфа устно ответить на вопросы 1-6 с 12.
4