Урок по химии на тему 'Строение атома' (11 класс)

Савицкая М.Г.

Тема: Строение атома.

Цели:

1. Рассмотреть современные представления о строении атома. Дать важнейшие химические понятия: «хим. элемент», «изотопы». Научить учащихся определять состав и строение атома элемента по его положению в ПСХЭ.

2. Развивать внимание, память, речь, аналитическое мышление, способность делать выводы.

3. Воспитывать любовь к предмету.

Тип урока: вводный

Метод: рассказ с элементами беседы

План урока:

1.Представления о строении атома.

2. Доказательства сложной структуры атома.

3. Строение атома.

4. Ядерные реакции.

5. Изотопы.

6. Корпускулярно-волновой дуализм.

Ход урока:

I. Орг. момент.

II. Изучение нового материала:

Понятие «атом» возникло и оформилось как система представлений об устройстве окружающего мира в воззрениях древнегреческих философов в 500-200 гг. до н.э. Левкипп утверждал, что мир состоит из мельчайших частиц и пустоты. Демокрит назвал эти частицы атомами и считал, что они вечно существуют и способны двигаться. Форма, внешнее различие атомов. как считалось, придают определённые свойства телам. Например, атомы воды - гладкие, они способны перекатываться, и поэтому жидкости свойственна текучесть; атомы железа имеют зубчики, которыми они закрепляются друг за друга, что придаёт железу свойства твёрдого тела. Способность атомов самостоятельно взаимодействовать друг с другом была предложена Эпикуром.

Затем, в течение почти 20 столетий, учение об атомном строении окружающего мира не получило развития и было предано забвению.

В начале XIX в. Дж. Дальтон возродил атомистическую теорию. Он установил, что атомы одного и того же хим. элемента имеют одинаковые свойства, а разным элементам соответствуют разные атомы. Была введена важнейшая характеристика атома - атомная масса, относительные значения которой были установлены для ряда элементов. Однако атом по-прежнему считался неделимой частицей.

В конце XIX и в начале XX вв. появились экспериментальные доказательства сложной структуры атома:

- фотоэффект - явление, когда при освещении металлов с их поверхности испускаются носители электрического заряда ( А.Г. Столетов, 1889 г.);

- катодные лучи - поток отрицательно заряженных частиц-электронов в вакуумированной трубке, содержащей анод и катод (Дж. Томсон, 1897 г.);

- рентгеновские лучи - электромагнитное излучение, подобное видимому свету, но с гораздо более высокой частотой, испускаемое веществами при сильном воздействии на них катодных лучей;

- радиоактивность - явление самопроизвольного превращения одного хим. элемента в другой, сопровождающееся испусканием электронов, положительно заряженных частиц, других элементарных частиц и рентгеновского излучения ( А. Беккерель, М. Складовская-Кюри, 1896-189 гг.)

Как же развивалась классическая теория строения атома?

1. Гипотеза Дж. Томсона.

В этой модели атом уподоблен сферической капле с положительным зарядом. Внутрь сферы вкраплены отрицательно заряженные электроны, которые совершают колебательные движения в связи с чем атом излучает электромагнитную энергию. Атом в целом нейтрален.

Модель атома Дж. Томсона не была подтверждена экспериментальными фактами и осталась гипотезой.

2. Планетарная модель Э.Резерфорда (1911 г).

Атом состоит из положительно заряженного ядра и электронов, вращающихся вокруг ядра по замкнутым орбитам подобно движению планет вокруг Солнца. Этой моделью мы пользуемся и сейчас. Но теория Э.Резерфорда не могла объяснить излучение и поглощение энергии атомом.

3. Квантовые постулаты Н.Бора (1913 г).

Опирались на теоретические идеи М.Планка (1900г) и А.Эйнштейна (1905г).

Основные положения своей теории Бор сформулировал в виде постулатов - утверждений, принимаемых без доказательства, содержание которых сводится к следующему:

1. Электрон может вращаться вокруг ядра не по любым, а только по некоторым определённым круговым орбитам с соответствующими значениями энергии. Эти орбиты получили название стационарных.

2. Двигаясь по стационарной орбите ē не излучает электромагнитной энергии (и не поглощает её).

3. Излучение происходит при скачкообразном переходе ē с одной стационарной орбиты на другую. При этом испускается или поглощается квант электромагнитного излучения, энергия которого равна разности энергии атома в конечном и исходном состояниях.

Постулаты Бора находились в резком противоречии с положениями классической физики. С точки зрения классической механики ē может вращаться по любым орбиталям, а классическая электродинамика не допускает движения заряженной частицы по круговой орбите без излучения. Но эти постулаты нашли своё оправдание в замечательных результатах, полученных Бором при расчёте спектра атома водорода.

Итак, по Резерфорду, атом состоит из «+» ядра и «-» электронов. Заряд ядра численно совпадает с порядковым номером элемента в ПС. «-» заряд ē принят за единицу. Т.к. атом в целом электронейтрален, то зн. число ē равно заряду ядра, т.е. лорядковому номеру элемента.

Na₊₁₁ 11 ē ; К₊₁₉ 19 ē ; Mn₊₂₅ 25 ē ;

Порядковый номер хим. элемента совпадает с зарядом ядра его атома.

. В 1920г он же ввел понятие о протоне как о «+» элементарной частице, входящей в состав всех атомных ядер, и предсказал существование нейтрона не имеющего электрического заряда ( т.к. число протонов недостаточное, зн. есть ещё и нейтроны, но заряда они не несут. Поэтому ядро имеет «+» заряд) .

Сумма числа протонов и нейтронов в атоме называется массовым числом, которое численно равно округлённому до целого числа значению Ar.

Область атома, в которой находятся частицы

Частицы

название

символ

заряд

масса

Число в атоме

Ядро

протон

p⁺

+1

1

Z

нейтрон

n⁰

0

1

Ar - Z

Электронная оболочка

электрон

ē

-1

1/1840

Z

²³Na Z + N = A

Число протонов число нейтронов массовое число

11 12 23

Или N = Ar - Z

число нейтронов порядковый номер

(Работа с ПСХЭ на определение количества p, n, ē).

Электроны, протоны и нейтроны называют элементарными частицами.

В ядре можно изменить:

А) число протонов в ядре, т.е. заряд атома →образуется новый элемент

Б) число нейтронов в ядре, т.е. заряд атома не измениться→новый элемент не образуется.

Рассмотрим данные случаи подробно.

А). При изменении числа протонов в ядре из исходного эл-та образуются совсем др. хим. эл-ты. Такие процессы называются ядерными.

Ядерные реакции - это процессы превращения атомов одних элементов в другие.

¹⁴N + ⁴He →¹⁷O +¹ H - 1919г Э.Резерфорд.

²²⁶Ra →²²² Rn + ….. ¹⁴ С →…..+ ⁰β (ē)

¹⁴N +¹ n →¹ p + ….. ⁵⁶ Fe + ¹ n → ¹ p + …..

Для осуществления яд. Реакций широко применяются ускорители заряженных частиц - мощные установки, в которых получают пучки частиц с большим значением энергии.

Б). При изменении числа нейтронов в ядре новый элемент не образуется, но новые атомы будут отличаться от исходных своей массой. Это изотопы (гр. Изос- один + топос - место = занимающий одно место) - это разновидности атомов одного элемента с одинаковым зарядом ядра, но разными массовыми числами. Ar, приводимые в ПС = среднее массовое число природных смесей изотопов.

Напр, в природном О₂ кроме атомов с массой 16 имеются также атомы с массами 17 и 18. Их соотношение таково: n(¹⁶О) : n(¹⁷О) : n(¹⁸О) = 3000 : 1 : 6.

p=8 p=8 p=8

n=8 n=9 n=10

ē =8 ē =8 ē =8

Оказалось, что и другие элементы состоят из атомов с разной массой: С - 12, 13, 14; Cl-35, 37; Ar - 39, 40; К - 39, 40.

Хим. свойства изотопов совершенно одинаковые (у водорода - нет). Изотопы водорода сильно различаются по свойствам из-за резкого кратного ↑ их Ar. Им даже присвоены индивидуальные названия и знаки:

¹Н - протий 1 p, 1 ē, 0 n

²Н = ² D - дейтерий 1 p, 1 ē, 1 n

³Н = ³Т - тритий 1 p, 1 ē, 2 n

Каковы же свойства элементарных частиц?

Электрон - частица, определяющая наиболее характерные свойства атомов и молекул. Изучение природы и распространения света показало, что он обладает как корпускулярными, так и волновыми свойствами (т.е. объект с двойственной природой - корпускулярно-волновым дуализмом: они являются одновременно и частицами (корпускулами), и волнами). На первые указывает явление фотоэффекта, на вторые - явления интерференции и дифракции света.

Если ē, испускаемые источником, например катодом. Пропускать через маленькие отверстия в пластинке, поставленной на их пути, то они, попадая на фотопластинку, вызывают её почернение. После проявления фотопластинки на ней можно увидеть совокупность чередующихся светлых и тёмных колец, т.е. дифракционную картину (рис.1 стр.5).

Дифракционная картина включает в себя как собственно дифракцию - огибание волной препятствия, так и интерференцию, т.е.наложение волн друг на друга. Эти явления доказывают наличие у электрона волновых свойств, т.к. только волны способны огибать препятствия и налагаться друг на друга в местах их встречи. Однако, попадая на фотослой , ē даёт почернение только в одном месте, что свидетельствует о наличии у него корпускулярных свойств. Будь он только волной, он более или менее равномерно засвечивал бы всю пластинку.

III. Закрепление:

1. Назовите те явления, которые прямо или косвенно доказывают, что атом - сложная частица.

2. Как развивалась классическая теория строения атома? Какие модели атомов вам известны? В чём их суть?

3. Приведите примеры явлений, доказывающих двойственную (дуалистическую) природу частиц микромира.

4. № 5 стр. 6 (устно).

IV. Д/з : §1