Цель:сформировать представление о строении атома.
Вступление:
Сегодня мы поговорим о строении атома. Наш век не случайно называют атомным (атомные корабли, атомные электростанции, атомные бомбы). К атомизму мы привыкаем с детства и не удивляемся тому, что все окружающие нас тела состоят из мельчайших частичек. Противоестественно не понимать величия атомистической идеи и не оценивать тех трудностей, которые удалось преодолеть человеческому уму на длительном пути её утверждения. Именно поэтому вы, как обучающиеся, должны знать об особенностях строения атома, иметь представление об элементарных частицах атома, познакомиться с ядерной моделью атома.
Ход работы:
Вы знаете, что вещества состоят из молекул, а молекулы из атомов. Атом так же имеет сложное строение. Об этом говорят многочисленные опыты. Атом имеет ядро и электроны, которые движутся вокруг ядра. Если применить образное сравнение, то весь объем атома можно уподобить стадиону в Лужниках, а ядро – футбольному мячу, положенному в центр поля. Атом любого химического элемента – как бы крохотная Солнечная система. Поэтому такую модель атома, предложенную Резерфордом, назвали планетарной. Но оказывается, что крохотное атомное ядро, в котором сосредоточена вся масса атома, состоит из частиц двух видов – протонов и нейтронов.
Давайте запишем определение атома.
Атом – это электро-нейтральная система, состоящая из ядра (протонов и нейтронов) и электронов.
Историческая справка:
До конца XIX в. атом считали неделимой частицей, но последовавшие позже открытия (радиоактивность, фотоэффект) поколебали это убеждение. Сейчас известно, что атом состоит из элементарных частиц, основные из которых – протон, нейтрон, электрон.
Прямым доказательством сложности строения атома явилось и открытие самопроизвольного распада атомов некоторых элементов с испусканием невидимых глазу лучей. Это явление, открытое в 1896 г. французским ученым Анри Беккерелем, получило название радиоактивности. В 1897 г. английский физик Дж. Дж. Томсон установил существование в атоме электронов — отрицательно заряженных частиц.
Эти открытия свидетельствовали о том, что атом имеет сложное строение.
Модели строения атома.
После открытия основных элементарных частиц, входящих в состав атома, встал вопрос об их местонахождении, т.е. о строении атома. В 1911 г. Томсон предложил свою модель строения атома, которая получила условное название «пудинг с изюмом». Согласно этой модели атом представляет собой некую субстанцию, в которой равномерно распределены протоны, нейтроны и электроны. Число протонов равно числу электронов, поэтому атом в целом электро-нейтрален.
В 1913 г. Резерфорд ставит опыт, результаты которого модель Томсона объяснить не может. Это заставляет Резерфорда предложить свою модель строения атома, получившую название планетарной. Согласно этой модели атом состоит из ядра, в котором сконцентрирована основная масса атома, поскольку ядро содержит протоны и нейтроны; вокруг ядра на огромной скорости вращаются электроны. Поскольку модель Резерфорда содержала ряд противоречий, Н. Бором были введены постулаты, устраняющие эти противоречия.
1-й постулат. Электроны вращаются вокруг ядра не по произвольным, а по строго определенным, стационарным орбитам.
2-й постулат. При движении по стационарной орбите электрон не излучает и не поглощает энергию. Изменение энергии происходит при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую.
Но теория Резерфорда–Бора дает удовлетворительные результаты только для атома водорода. Современные представления о строении атома подчиняются квантовой модели строения атома.
Физический смысл атомного номера:
В 1913—1916 гг. рядом теоретических и экспериментальных исследований было установлено, что атомный (порядковый) номер элемента в периодической системе равен заряду ядра его атомов. Именно в этом заключается физический смысл атомного номера элемента.
Заряд ядра определяется числом протонов, и, поскольку атом в целом электро-нейтрален, очевидно, что число протонов в его ядре равно числу электронов.
Увеличение атомного номера элемента связано с возрастанием числа протонов в ядре, т. е. с увеличением положительного заряда ядра.
Таким образом, можно заключить, что заряд ядра является главной характеристикой элемента, определяя его положение в периодической системе, а следовательно, все свойства этого элемента и его соединений.
Поэтому современная формулировка периодического закона звучит так: свойства атомов химических элементов, а также состав и свойства образуемых ими веществ находятся в периодической зависимости от зарядов атомных ядер.
Задания для обучающихся по данной теме:
Кому принадлежит теория ядерной модели атома? Какое она имеет название?
Предполагаемый ответ: теория ядерной модели атома принадлежит Резерфорду, она называется планетарной.
Каково строения атома? (кто-нибудь из учащихся рисует модель простейшего атома водорода из электрона, протона, нейтрона).
Определите число электронов в атомах химических элементов магния и алюминия.
Предполагаемый ответ: у магния 12 электронов, у алюминия – 13.
Определите число протонов в атомах химических элементов фосфора и хлора.
Предполагаемый ответ: у фосфора 15 протонов, у хлора – 17, что равно порядковому номеру химического элемента.
Найдите ряд, в котором правильно указано количество электронов в нейтральных атомах химических элементов Ве, В, С:
а) 3,4,5;
б) 4,5,6;
в) 9,10,12.
Предполагаемый ответ: вариант б – 4,5,6.
Найдите ряд, в котором, верно, указаны число протонов в атомах химических элементов Аl, Si, P и заряды ядра:
а) 27, 28, 31;
б) +13, +14, +15;
в) 13, 14,15.
Предполагаемый ответ: вариант б - +13, +14, +15.
Строение электронной оболочки.
Согласно квантовой модели строение атома Нильса Бора, электроны в атоме могут двигаться только по определенным (стационарным) орбитам, удаленным от ядра на определенное расстояние и характеризующиеся определенной энергией. Другое название стационарны орбит — электронные слои или энергетические уровни.
Электронные уровни можно обозначать цифрами — 1, 2, 3, …, n. Номер слоя увеличивается мере удаления его от ядра. Номер уровня соответствует главному квантовому числу n.
В одном слое электроны могут двигаться по разным траекториям. Траекторию орбиты характеризует электронный подуровень. Тип подуровня характеризует орбитальное квантовое число l = 0,1, 2, 3 …, либо соответствующие буквы — s, p, d, g и др.
Электронная формула — это запись распределения электронов по орбиталям атома или иона. Сначала указывается номер уровня, затем тип орбитали. Верхний индекс справа от буквы показывает число электронов на орбитали. Орбитали указываются в порядке заполнения. Запись 1s2 означает, что на 1 уровне s-подуровне расположено 2 электрона.
Например, электронная формула углерода выглядит так: 1s22s22p2.
Итог урока.
Строение атома связано с положением элемента в Периодической системе. Зная строение атома, можно предсказать свойства элемента и его соединений. Эти свойства находятся в периодической зависимости от заряда ядер атомов элементов, в соответствии с Периодическим законом Менделеева.