Строение атома. Изотопы

Цель: формирование знаний о строении атома, умений определять величину заряда ядра, число электронов, протонов и нейтронов; систематизация знаний о химическом элементе и периодической системе химических элементов.

Требования к уровню подготовки.

Знать:

• название и характеристику (заряд, масса) элементарных частиц атома;
• состояние элементарных частиц в атоме;
• какие характеристики атома зависят от числа протонов, числа протонов и нейтронов;
• что произойдет с атомом, если изменить число протонов, число нейтронов;
• что такое изотопы и нуклиды;
• почему относительная атомная масса не имеет целочисленного значения;
• почему свойства изотопов водорода различны в отличие от изотопов других элементов;
• современное определение понятия “химический элемент”.

Уметь:

• указывать положение элемента в периодической системе: порядковый номер, номер периода и его вид, номер группы, название подгруппы;
• по положению элемента в периодической системе определять: заряд ядра, число электронов в атоме, протонов и нейтронов в ядре.

Формы обучения: урок изучения нового материала.

Методы обучения: словесные (беседа, объяснение), наглядные (плакаты), практические (упражнения), стимулирования (воспроизведение изученного материала).

Общедидактические методы: объяснительно-иллюстративный, репродуктивный.

Педагогические приемы: беседа, объяснение, выполнение упражнений, активизация памяти.

Средства обучения: периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева, плакаты.

Ход урока.

Сегодня мы начинаем изучение новой темы, которая называется “Атомы химических элементов”. Тема первого урока будет звучать так: “Строение атома. Изотопы”. (Выделенное курсивом учащиеся записывают в тетрадь.) Нам необходимо будет повторить строение периодической системы, изучить строение атома и ввести новое понятия “изотопы” и “нуклиды”.

Расскажите, из чего состоит периодическая система химических элементов? (Периоды и ряды (определение, классификация), группы и подгруппы (определения)). Что располагается в клетках периодической системы? (Химические элементы). Что такое химические элементы? (Даем определение.) Что такое атом? (Даем определение.)

Понятие “атом” возникло еще в античном мире для обозначения частиц вещества. В переводе с греческого “атом” означает “неделимый”. Так ли это? (Ответ учащихся.) Именно поэтому

А.М. Бутлеров писал: “Атомы не неделимы по своей природе, а неделимы только доступными нам ныне средствами…”. Как вы понимаете это высказывание? (Ответ учащихся.)

Действительно, атом делим. В центре атома находятся ядро, вокруг которого на большой скорости постоянно движутся электроны.

Ядро имеет положительный заряд, а заряд электрона равен -1. Для определения заряда ядра нам понадобится порядковый номер элемента, т.к. заряд ядра равен порядковому номеру элемента. Заряд ядра записываем в нижнем левом углу, например, ₊₁₃Al. Определите заряд ядра атомов кальция и железа. (Ответ учащихся.) Известно, что атом электронейтрален. Тогда сколько в атоме электронов? (Предположения учащихся.) Т.е. число электронов тоже можно определить по порядковому номеру элемента. Определите заряд ядра и число электронов в атоме фосфора и натрия. ₊₁₅Р е = 15; ₊₁₁Na е = 11.

В 1910 г. в Кембридже Эрнест Резерфорд со своими учениками и коллегами изучал рассеивание α-частиц, проходящих через тоненькую золотую фольгу и падавших на экран.

α-частицы обычно чуть отклонялись от первоначального направления, всего на один градус, подтверждая казалось бы, равномерность и однородность свойств атомов золота. Но вдруг исследователи заметили, что некоторые α-частицы резко меняли направление своего пути, будто наталкивались на какую-то преграду.

Расчеты показали, что наблюдаемые ими явления могли произойти, если бы вся масса атома и весь его положительный заряд были сосредоточены в крохотном центральном ядре. И действительно, радиус ядра в 100 000 раз меньше радиуса атома. Если применить образное сравнение, то весь объем атома можно сравнить со стадионом в Лужниках, а ядро - с футбольным мячом, положенным в центре поля.

Атом любого химического элемента – как бы крохотная Солнечная система. Поэтому такую модель атома, предложенную Резерфордом, называют планетарной.

Оказывается, ядро атома тоже состоит из частиц. Это протоны, имеющие заряд +1 и массу равную единице (массе атома водорода) – р⁺ и нейтроны, которые нейтральны, т.е. заряда не имеет, но их масса равна массе протона – n⁰. В природе пока не найдено зарядов меньших, чем заряд протона или электрона, поэтому их заряд условно принимают за единичный (соответственно +1 и -1).

Сумма числа протонов и нейтронов называется массовым числом. Т.к. масса электрона очень мала (1/1837 массы протона), то ею можно пренебречь, тогда практически вся масса атома сосредоточена в ядре.

Заряд ядра положительный, а ядро состоит из протонов и нейтронов. Как определить число протонов в ядре? (Предположения учащихся.) Число протонов определяем по порядковому номеру. А как определить число нейтронов, если они не имеют заряда, но имеют массу, равную 1?

(Предположения учащихся.) Число нейтронов рассчитываем: N = А – Z, где А – массовое число, а Z – порядковый номер элемента или заряд его ядра.

Определите заряд ядра, число электронов в атоме, число протонов и нейтронов в ядре для атомов серы, калия и марганца.

Итак, ядро состоит из протонов и нейтронов, массы которых равны 1, тогда массовое число должно быть целым числом. Но в периодической системе практически нет элементов с целочисленным значением относительной атомной массы.

Дело в том, что состав атомных ядер может изменяться.

Что произойдет, если мы увеличим число протонов в ядре? (Увеличится заряд ядра => получится новый химический элемент.) Такие процессы называются ядерными и происходят, например, на Солнце. В результате ядерных реакций выделяется огромное количество энергии, благодаря которой и существует жизнь на Земле. Человек тоже научился осуществлять такие процессы, например, в ядерных реакторах. Мечта алхимиков о превращении неблагородных элементов в золото стала возможной. Но для осуществления этих процессов необходимо затратить огромное количество энергии, и такое золото будет стоить в сотни раз дороже добываемого обычным способом.

А если изменить число протонов в ядре? (Заряд ядра не изменяется, т.е. это тот же химический элемент, а изменяется только массовое число.)

Разновидности атомов химического элемента с одинаковым зарядом ядра, но разным массовым числом называют изотопы. (С греческого isos – равный, topos – место, т.е. равноместные или занимающие одну клетку в периодической системе.)

По своей сущности термин “изотопы” относится к разновидностям атомов одного элемента – атомам с разным числом нейтронов – и может использоваться только во множественном числе. Поэтому в середине XX в. вид атомов с определенным числом в его ядре протонов и нейтронов было предложено называть нуклидом.

Химические элементы, встречающиеся в природе, являются смесью изотопов. Например, углерод встречается в виде трех нуклидов: углерод -12, углерод-13 и углерод-14; кислород – в виде 3 нуклидов: кислород –16, кислород –17 и кислород-18.

Содержание их в природе различно. Например, известно, что в природе встречаются изотопы хлора: хлор-35 (распространенность в природе 75%) и хлор-37 (распространенность в природе 25%). Исходя из этого, рассчитываем среднюю относительную атомную массу хлора: 35 · 0,75 + 37 · 0,25 = 35,5. Эта масса и указана в периодической системе. Нуклиды записываются следующим образом: и , где нижний индекс – это заряд ядра, а верхний – массовое число. Поскольку каждому элементу отвечает определенный заряд ядра, то при символе элемента заряд ядра обычно не указывается: ³⁵Cl и ³⁷Cl.

Химические свойства изотопов большинства химических элементов одинаковы. Но есть и исключения. В природе элемент водород встречается в виде трех нуклидов: протий , дейтерий и тритий . Из-за резкого увеличения атомной массы их свойства резко различаются, поэтому им даже присвоены индивидуальные названия.

Посмотрите в периодическую систему и назовите относительную атомную массу атома водорода. Как вы думаете, каких нуклидов водорода в природе больше?

Теперь можно дать современное, более строгое и научное определение химическому элементу. Химический элемент – это совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра.

В качестве закрепления изученного материала предлагаются упражнения из учебника “Химия” 8 класс О.С. Габриеляна.

1. стр. 25 упр. 5;
2. стр. 27 упр. 1;
3. стр. 28 упр. 5.

Домашнее задание: § 6,7, стр. 24 упр. 3,4.