Методическая разроботка интегрированного урока «Физика и химия о атоме».

Интегрированный урок химия + физика

по теме «Физика и химия о атоме».

Авторы: Маркова Л.Н. – учитель химии,

Пирогова Т.Г. – учитель физики.

Роль и место данной темы в курсе.

• В школьном курсе физики и химии довольно много времени отводится на изучение темы «строение атома, физика атомного ядра», в тестах ЕГЭ предлагаются задания по этой теме, они включены в тесты централизованного тестирования. Эта тема изучается в 8-х,9-х классах, но более углубленно изучается в 11-м классе.

Тип урока.

• Урок обобщения и изучения нового материала.

Вид урока.

• Интегрированный урок (химия, физика) 11 класс.

Цель урока.

• Сформировать целостное представление об атоме и показать единство законов физики и химии.

Задачи:

• Обобщить знания из курсов физики и химии о строении атома.

• Познакомить учащихся с историей открытия атома и его сложного строения.

• Рассмотреть факты, доказывающие сложное строение атома.

• Показать, что заряд ядра является главной характеристикой химического элемента.

• Развивать познавательный интерес к предметам. Показать значение опытных фактов.

Оборудование. Таблица периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, презентации учителей, компьютер для учителя, проектор, экран.

План урока.

Ход урока. I этап

Учитель химии. Сегодня мы покажем взаимосвязь двух наук, а вы в ходе урока попытайтесь найти эту взаимосвязь и ответить, что является главной характеристикой атома?

Проблемная ситуация. Составляя свою периодическую систему, Д.И. Менделеев расположил все элементы по возрастанию массового числа, но есть противоречия, которые он объяснить не мог. Например: Ar и K, Te и I. Почему? Нужна была новая теория, которая бы объяснила эти противоречия. На помощь пришла физика. Ученые физики предложили теорию строения атома.

Итак, тема урока: “Строение атома, Физика атомного ядра”.

Учитель физики. Историческая хронология экспериментов в области физики, свидетельствующие о делимости атома.

1. Гипотеза о том, что вещества состоят из большого числа атомов, зародилась свыше 2,5-тысячелетий назад в лице древнегреческого ученого Демокрита. Позиция Демокрита: «Существует предел деления – атом». Он говорил: «Ничего не существует, кроме атомов и пустоты…». «Атом» в переводе с греческого обозначает «неделимый» и до конца XIX века это считалось верным. Но открытия конца XIX – начала XX вв. показали, что атом устроен сложно.

Вспомним, какие это открытия?

1. 1897 г. Дж. Дж. Томсон открыл электрон при исследовании «катодных лучей». Исследуя отклонения катодных лучей в магнитном и электрическом полях, Томсон показал, что катодные лучи представляют собой поток отрицательно заряженных частиц - электронов. Он измерил удельный заряд этих частиц и нашел, что их масса приблизительно в 1837 раз меньше массы атома водорода. Это было прямым и надежным открытием электрона.

1906 – 1914 г.г. Роберт Милликен и Абрам Иоффе провели эксперименты по точному определению массы и заряда электрона (приводим современные данные). m_e=9,1∙10^-31кг; q_е=1,610^{– 19} Кл.

1. 1896 г. Анри Беккерель открыл явление радиоактивности.

Радиоактивность – способность атомов к самопроизвольному (спонтанному) излучению.

4. 1899 г. Эрнест Резерфорд обнаружил, что это излучение неоднородно;

Цель опыта: обнаружить состав радиоактивного излучения.

Оборудование. Свинцовый цилиндр. Радиоактивное вещество. Электрическое поле (или магнитное поле). Люминесцентный экран.

Результат опыта: излучение имеет три составляющих: α-лучи, βлучи, γ-лучи.

Вывод: атом имеет сложное строение.

Резерфорд установил, что α-лучи состоят из частиц с зарядом в 2раза большим, чем у водорода, а масса – в 4раза. Из этого следует, что это ядро атома гелия.

5. 1903 г. Модель строения атома Томсона - «Кекс с изюмом».

Атом представлял собой шар. Он состоит из положительного заряда, равномерно распространенного по всему объему атома, и электронов, колеблющихся внутри этого заряда около своего положения равновесия. Положительный заряд шара равен по модулю суммарному отрицательному заряду электрона, поэтому электрический заряд атома в целом равен нулю. Модель «Кекс с изюмом», не нашла экспериментального подтверждения.

6. 1911-13 г.г. Опыт Резерфорда «Планетарная модель атома».

Модель строения атома Томсона нуждалась в экспериментальной проверке. Поэтому в 1911 г. Резерфорд совместно со своими сотрудниками провел ряд опытов по исследованию состава и строения атомов.

Опыт Резерфорда. Наибольшее количество вспышек расположено в центре экрана. Значит, основная часть всех α-частиц прошла сквозь фольгу, почти не изменив начального направления (рассеялось на малые углы). При удалении от центра экрана количество вспышек становится все меньше и меньше. Следовательно, с увеличением угла рассеяния количество рассеянных на эти углы частиц резко уменьшается. Также некоторое число частиц рассеялось на углы, близкие к 90°, а некоторые – на углы порядка 180°.

Выводы из опыта Резерфорда. Именно случаи рассеяния α-частиц на большие углы привели Резерфорда к выводу:

• Направление полета α-частиц зависит от того, на каком расстоянии от ядра они пролетают. Оно сильно меняется только в том случае, если частица проходит очень близко к ядру.

• Столь сильное отклонение α-частиц возможно только в том случае, если весь положительный заряд занимающее ничтожную часть объема атома, и почти вся масса атома сосредоточены в центре.

• Внутри атома находится положительно заряженное ядро,

• Электроны вращаются вокруг ядра, они нейтрализуют заряд ядра.

Таким образом, в результате опытов по рассеянию α-частиц была доказана несостоятельность модели атома Томсона. Резерфорд предложил ядерную (планетарную) модель атома.

7. 1919 г. Э. Резерфорд открыл протон. α-частицы, испускаемые ядрами радия взаимодействовали с ядрами азота. В результате получились ядра кислорода и протоны.

8. 1932 г. Джеймс Чедвик открыл нейтрон.

Конец 20-х – начало 30-х годов XX века по праву можно считать золотым веком атомной физики.

Строение ядра. Нуклоны ядра.

Электрон имеет массу 9,1·10^-31 кг и заряд -1,6·10^-19 Кл.

Ядро состоит из нуклонов – протонов и нейтронов.

Сумма чисел протонов и нейтронов равна массовому числу атома.

Масса протона 1,6726∙10^-27 кг, масса нейтрона 1,6749∙10^-27 кг.

Физкультминутка для глаз.

Учитель химии. Рассмотрим планетарную модель атома.

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

Распределение электронов по электронным уровням. Осталось неясным, где расположены электроны в атоме?

Электрон движется хаотично и с большой скоростью. Электрон может находиться в любой части околоядерного пространства, занимая определенную орбиталь.

Заполнение электронами четвертого энергетического уровня.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ – составляет орбитали и электроны с одинаковым значением энергии. Электроны внешнего энергетического уровня обладают максимальным запасом энергии наименее прочной связью с ядром.

Максимальное количество электронов на уровне.

1 энергетический уровень – 2 электрона

2 энергетический уровень – 8 электронов

3 энергетический уровень – 18 электронов

4 энергетический уровень – 32 электрона

Проблемные вопросы. На основе поставленных проблемных вопросов, дается определение понятия «ионы», «изотопы» и утверждается, что главной характеристикой является заряд ядра.

Что следует ожидать, если в атомном ядре изменить число электронов?

Ионы – заряженные частицы.

Что следует ожидать, если в атомном ядре изменить число нейтронов?

ИЗОТОПЫ – разновидности атомов одного и того же химического элемента, имеющие одинаковый заряд ядра, но разные массовые числа.

Что следует ожидать, если в атомном ядре изменить число протонов?

получим новый вид атома.

ХИМИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ – это вид атомов, характеризующихся одинаковым зарядом ядра, то есть содержащих одинаковое число протонов.

ЗАРЯД ЯДРА – главная характеристика атома.

Электронное облако и формы электронных орбиталей.

ЭЛЕКТРОННОЕ ОБЛАКО определяет состояние электрона в атоме.

ОРБИТАЛЬ – это пространство вокруг ядра атома, в котором наиболее вероятно пребывание электрона. Формы электронного облака (орбитали):

• s – сферическая форма (форма шара)

• р - форма объемной восьмерки (форма гантели)

• d – сложная пространственная конфигурация

• f - сложная пространственная конфигурация

II этап. Обобщение урока.

Для закрепления и углубления знаний работа в группах. (Приложение)

III Подведение итога. Теперь мы можем ответить на вопрос: «Почему в периодической системе химических элементов есть элементы, которые Д.И. Менделеев расположил не в порядке возрастания атомных масс?»

Ожидаемый ответ ученика: Главная характеристика атома является заряд ядра. Изменяя количество электронов и нейтронов, вид атома сохраняется, но меняется соответственно заряд атома и атомная масса. Изменяя число протонов, получается новый химический элемент.

IV. Домашнее задание.

Система понятий . Записать определения. (Составляется учениками дома)

Приложение.

Задания для групп

1. Запишите “домашний адрес”, т.е. положение в периодической системе химического элемента Д.И.Менделеева.

2. Определите заряд ядра, общее количество электронов.

3. Каков состав ядра атома?

4. Изобразите схему распределения электронов по слоям (уровням).

5. Сравните изотопы .

6. Запишите схему образования иона Na ⁺¹ .

7. Изобразите схему распределения электронов по слоям (уровням) в ионе.

8. Каков электронный заряд ядра атома, если Кл?

1. Запишите “домашний адрес”, т.е. положение в периодической системе химического элемента Д.И.Менделеева.

2. Определите заряд ядра, общее количество электронов.

3. Каков состав ядра атома?

4. Изобразите схему распределения электронов по слоям (уровням).

5.Сравните изотопы .

6. Запишите схему образования иона O ^-2 .

7. Изобразите схему распределения электронов по слоям (уровням) в ионе.

8. Каков электронный заряд ядра атома (если Кл).

1. Запишите “домашний адрес”, т.е. положение в периодической системе химического элемента Д.И.Менделеева.

2. Определите заряд ядра, общее количество электронов.

3. Каков состав ядра атома?

4. Изобразите схему распределения электронов по слоям (уровням).

5. Сравните изотопы .

6. Запишите схему образования иона S ^-2

7. Изобразите схему распределения электронов по слоям (уровням) в ионе.

8. Каков электронный заряд ядра атома, если Кл?

1. Запишите “домашний адрес”, т.е. положение в периодической системе химического элемента Д.И.Менделеева.

2. Определите заряд ядра, общее количество электронов.

3. Каков состав ядра атома?

4. Изобразите схему распределения электронов по слоям (уровням).

5. Сравните изотопы .

6. Запишите схему образования иона Mg ⁺² .

7. Изобразите схему распределения электронов по слоям (уровням) в ионе.

8. Каков электронный заряд ядра атома, если Кл?

1. Запишите “домашний адрес”, т.е. положение в периодической системе химического элемента Д.И.Менделеева.

2. Определите заряд ядра, общее количество электронов.

3. Каков состав ядра атома?

4. Изобразите схему распределения электронов по слоям (уровням).

5. Сравните изотопы .

6. Запишите схему образования иона Si ⁺⁴ .

7. Изобразите схему распределения электронов по слоям (уровням) в ионе.

8. Каков электронный заряд ядра атома, если Кл?

1. Запишите “домашний адрес”, т.е. положение в периодической системе химического элемента Д.И.Менделеева.

₁₅³¹Р

2. Определите заряд ядра, общее количество электронов.

3. Каков состав ядра атома?

4. Изобразите схему распределения электронов по слоям (уровням).

5. Сравните изотопы  ₁₅³¹Р и ₁₅³⁰Р

6. Запишите схему образования иона Р ⁺⁵ .

7. Изобразите схему распределения электронов по слоям (уровням) в ионе.

8. Каков электронный заряд ядра атома, если Кл?