В данной статье рассмотрен пример урока – презентации. Возможности презентации (см. Приложение) использованы для формирования основных понятий, необходимых для понимания школьником микромира, в частности состояния электронов в атоме. При этом процесс обучения становится более интересным, разнообразным, интенсивным.
Презентация позволяет представить достаточно сложный материал как систему ярких образов, которые наполнены исчерпывающей структурированной информацией. К тому же учащиеся имеют возможность рассмотреть данный вопрос не только с химической точки зрения, но и исторической и географической. Использование информационно-компьютерных технологий позволило улучшить качество излагаемого материала, эффективно использовать время урока, повысить качество усвоения материала.
В процессе лекции учащиеся знакомятся с основными понятиями квантовой химии, определяющими распределение электронов в атоме:
- Корпускулярно-волновой дуализм электрона;
- Принцип неопределённости Гейзенберга;
- Уравнение Шредингера;
- Квантовые числа и их физический смысл;
- Принцип наименьшей энергии;
- Принцип Паули;
- Правило Хунда,
что соответствует профильному уровню программы среднего (полного) общего образования по химии.
Материал к презентации.
Приложение. Слайд 1
Атом с более чем одним электроном представляет собой сложную систему взаимодействующих друг с другом электронов, движущихся в поле ядра.
Электрон является элементарной частицей, поведение которой подчиняется законам квантовой механики.
Слайд 2
В основе квантовой механики лежит постулат о корпускулярно-волновом дуализме, выдвинутый в 1924 году французским физиком Луи де Бройлем: «Электрон обладает двойственными корпускулярно-волновыми свойствами (как свет), то есть проявляет одновременно свойства частицы и волны».
Слайд 3
Утверждение Луи де Бройля было экспериментально доказано в 1927 году американскими учеными К. Д. Дэвиссоном и Л. Х. Джермером. Они наблюдали дифракцию электронов при отражении от монокристаллов.
Слайд 4
Вернер Карл Гейзенберг в том же году, что и Луи де Бройль сформулировал принцип неопределенности: «Невозможно в один и тот же момент времени точно определить местонахождение электрона в пространстве и его скорость».
Слайд 5, 6, 7
Основное уравнение квантовой механики - уравнение Шредингера - определяет только вероятности, т.е. потенциальные возможности обнаружения частиц в том или ином участке пространства.
Слайд 8
В данной таблице представлены физический смысл и значения квантовых чисел.
Для лучшего понимания физического смысла предложены иллюстрации в приложении, на слайдах 9, 10, 11, 12.
Слайды 13, 14, 15, 16
Заполнение электронами атомных орбиталей осуществляется согласно принципу наименьшей энергии, принципу Паули и правилу Хунда.
Слайды 13, 14
Принцип наименьшей энергии отражает общее правило – максимуму устойчивости системы соответствует минимум ее энергии.
Слайд 15
Принцип Паули запрещает в многоэлектронном атоме находиться электронам с одинаковым набором квантовых чисел. Это означает, что два любых электрона в атоме (или молекуле, или ионе) должны отличаться друг от друга значением хотя бы одного квантового числа, то есть на одной орбитали может быть не более двух электронов с различными спинами (спаренных электронов).
Слайд 16
В соответствии с правилом Хунда наименьшей энергией обладает электронная
конфигурация с максимальным спином. Это означает, что, если на p-орбитали три
электрона, то они располагаются так:
, и их
суммарный спин S = 3/2, а не так:
, S = 1/2.
Слайд 17
Итак, четыре квантовых числа описывают состояние электрона в атоме и характеризуют энергию электрона, его спин, форму электронного облака и его ориентацию в пространстве. При переходе атома из одного состояния в другое происходит перестройка электронного облака, то есть изменяются значения квантовых чисел, что сопровождается поглощением или испусканием атомом квантов энергии.