Атом — сложная частица

Цели урока: обобщить сведения о важнейших открытиях физики XIX —XX вв., доказывающих сложность строения атомов химических элементов; научить объяснять строение атома, опираясь на некоторые модели классической теории; закрепить знание современных представлений о строении атома на основе квантовой механики.

Основные понятия: макромир, микромир, квантовая механика, нуклоны (протоны, нейтроны), нуклиды, изотопы, корпускулярно-волновой дуализм частиц микромира, химический элемент.

Оборудование: ПСХЭ Д. И. Менделеева, таблицы «Строение атома».

Ход урока

I. Организационный момент

Сообщить учащимся результаты выполнения теста предыдущего урока, на основе которых поставить перед учащимися основные цели и задачи изучения темы «Строение атома», ознакомить с узловыми вопросами темы, видами контроля приобретенных знаний, умений, навыков

II. Изучение нового материала

План изложения

1. Важнейшие открытия физики конца XIX—начала XX века.

2. Модели классической теории строения атома, объяснение их несостоятельности.

3. Современные представления о строении атома на основе квантовой механики. Протонно-нейтронная теория.

4. Нуклиды — различные вилы атомов. Изотопы. Изотопы водорода.

5. Формы существования химического элемента.

Желательно по первому пункту плана зачитать на с. 3 учебника понятие «атом», фундаментальные открытия, доказывающие сложность строения атома, с последующей записью в рабочую тетрадь.

В 1904 г. Дж. Томсон предлагает модель атома под названием «сливовый пудинг». Атом в целом электронейтрален, так как он подобен сферической капле пудинга с положительным зарядом, внутрь сферы которого вкраплены отрицательно заряженные сливины-электроны. совершающие колебательные движения, благодаря которым атом излучает электромагнитную энергию. Однако эта модель не была экспериментально подтверждена и осталась гипотезой.

В 1911 г. Э. Резерфорд предлагает планетарную модель атома. Подобно движению планет по замкнутым орбитам вокруг Солнца модель атома есть положительно заряженное ядро и электроны, врашающиеся вокруг ядра по замкнутым стационарным орбитам. Однако данная модель не могла объяснить явления излучения и поглощения энергии атомом. Э. Резерфорд считается основоположником современного учения об атоме, его теоретической моделью строения атома мы пользуемся и сейчас.

В 1900 г. М. Планк, в 1905 г. А. Эйнштейн и Н. Бор внесли теоретические идеи и квантовые представления в планетарную модель Э. Резерфорда — постулаты (постулат — утверждение, принимаемое без доказательства).

Первый постулат: электрон может вращаться вокруг ядра не по любым, а только по некоторым определенным круговым орбитам. Эти орбиты получили название стационарных. При этом энергия атомом не поглощается и не излучается.

Второй постулат: излучение или поглощение энергии атомом происходит при скачкообразном переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую. При этом испускается или поглощается отдельная порция энергии — квант.

Н Бор внес квантовые представления о строении атома, но он использовал традиционные классические понятия механики, рассматривая электрон как частицу, движущуюся со строго определенными скоростями по строго определенным траекториям. Его теория была важным этапом в развитии представлений о строении атома.

Гипотеза, предложенная М. Планком и А. Эйнштейном о световых квантах (фотонах) показана, что нельзя автоматически распространять законы природы, справедливые для большинства тел — объектов макромира, на ничтожно малые объекты — микромира (атомы, электроны и т.д.)

В 20-х годах XX столетия после возникновения и развития новой отрасли теоретической физики — квантовой или волновой механики — была решена задача описания свойств и поведения частиц микромира. Эта теория характеризует частицы микромира как объекты с двойственной природой — корпускулярно-волновым дуализмом: одновременно они являются и частицами (корпускулами) и волнами. Корпускулярно-волновой дуализм объектов микромира подтвержден и экспериментально знакомыми из курса физики интерференцией и дифракцией электронов. Интерференция — наложение волн друг на друга. Дифракция — огибание волной препятствия. Это доказывает наличие v электрона волновых свойств. Почернение фотослоя лишь в одном месте свидетельствует о наличии у него корпускулярных свойств. Будь электрон только волной, он более или менее равномерно засвечивал бы фотопластинку (рис. 1 с. 5 учебника).

В 1932 г. была разработана протонно-нейтронная теория ядра, согласно которой ядра атомов состоят из протонов, имеющих заряд +1 и массу 1, и нейтронов, имеющих заряд 0 и массу 1. Их называют нуклонами.

Атом — электронейтральная система взаимодействующих элементарных частиц, состоящая из ядра (образованного протонами и нейтронами) и электронов.

Порядковый номер элемента в ПСХЭ Д.И. Менделеева соответствует заряду ядра атома, т. е. указывает на число протонов в нем. Число нейтронов определяется по формуле N-A-Z, где А — массовое число, Z — порядковый номер элемента. Количество электронов в атоме соответствует порядковому номеру элемента в ПСХЭ.

Пример: Порядковый номер элемента — 25. Массовое число 55. Каков состав его атома?

Ответ: Заряд ядра атома +25; в ядре атома 25 протонов, нейтронов 55 - 25 = 30; в атоме 25 электронов.

Вопрос: Чего следует ожидать, если в атоме изменить число а) протонов; б) нейтронов?

Ответ: Изменение числа протонов в атоме приводит к образованию нового химического элемента т.к. изменяется заряд ядра атома.

Изменение числа нейтронов в атоме приводит к изменению атомной массы элемента, заряд ядра атома не изменяется. Образуются изотопы — разновидности атомов одного и того же элемента, имеющие одинаковый заряд ядра, но разную относительную атомную массу.

Пример: Изотопы хлора: ₊₁₇Сl , ат. масса 35, и ₊₁₇Сl, ат. масса 37; изотопы калия ₊₁₉К, ат. масса 39, и ₊₁₉К, ат. масса 40.

Свойства изотопов одного и того же элемента одинаковы, т. к. имеют одинаковый заряд ядра, хотя их относительная атомная масса разная, т.к. они содержат разное число нейтронов; изменение атомной массы элементов незначительно — оно имеет долевое значение.

Изотопы водорода имеют собственные названия и химические знаки:

Протий — Н — имеет заряд ядра +1 и массу атома 1, нейтронов в ядре нет.

Дейтерий — D — имеет заряд ядра атома +1 и массу атома 2, нейтронов в ядре — I.

Тритий — Т имеет заряд ядра атома +1 и массу атома 3, нейтронов в ядре — 2.

Вопрос: Почему изотопы водорода существенно отличаются по свойствам?

Ответ: Изотопы водорода имеют изменение массы весьма существенное — в кратное значение раз.

На основании вышеизложенного следует дать современную трактовку химического элемента.

Химический элемент — это совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра, т. е. с одинаковым числом протонов в нем.

Известны следующие формы (способы) существования химического элемента: свободные атомы, простые вещества, сложные вещества.

Пример: Водород может существовать в виде свободных атомов, в виде двухатомных молекул, а так же входить в состав молекул сложного вещества.

Далее учитель вместе е учащимися составляет обобщающую таблицу.

Взаимосвязь содержания и формы на примере трех форм существования химического элемента

Формы существования химического элемента	Содержание	Форма	Химические объекты	Примеры
Свободные атомы	Одинаковое число протонов в атомном ядре	Разные нуклиды одного и того же элемента	Изотопы	Изотопы водорода: протий, дейтерий, тритий
Простые вещества	Один и тот же химический элемент	Разные простые вещества	Аллотропы	Аллотропы: кислород — O2 и O3 — озон
Сложные вещества	Один и тот же состав (молекулярная формула)	Разные сложные вещества	Изомеры	С2Н6O — соответствует соединениям: спирт С2Н5ОН и эфир Н3С—О—СН3

Вывод: содержание и форма взаимосвязаны между собой. Определяющая роль отводится содержанию (заряд атомного ядра, состав простых и сложных веществ), но и форма не пассивна, она влияет на содержание (изотопы, аллотропы, изомеры).

III. Закрепление по узловым вопросам темы

Работа с вопросами № 1, 2, 3, 4 § 1.

Учащиеся зачитывают вопрос параграфа и лают ответ на него согласно конспекта в рабочей тетради или согласно текста учебника.

IV. Домашнее задание

I) § 2: 2) определить состав атомов № 13, № 56, № 30, № 101: 3) ответить на вопрос, чем сходны и чем различны атомы аргона с массами 39 и 40.