Тип урока: изучение нового материала.

Методы обучения. Методы организации учебно-познавательной деятельности – словесные (эвристическая беседа), наглядные (таблицы, рисунки), практические (выполнение упражнений).

Оборудование: Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева, классная доска, презентация “Составление электронных формул строения атомов”.

Цель урока:

Обучающая: Научить школьников записывать электронные конфигурации атомов элементов I-IV периодов.

Развивающая: сформировать у учащихся личностную мотивацию, познавательный интерес к данной теме; развить интеллектуальные и творческие способности учащихся, диалектическое мышление; углубить знания о взаимосвязи строения атома и структурой.

Воспитательная: содействовать воспитанию учащихся, умения организовывать взаимопомощь при работе в парах, духа соревновательности при выполнении упражнений; развить познавательный интерес к устройству окружающего мира.

Ход урока.

I. Организационный момент

Отметить отсутствующих, объяснить цели урока и познакомить учащихся с его планом.

 ІІ. Объяснение нового материала

Вам уже известно, что все вещества состоят из атомов. В химических реакциях атомы не изменяются, а только переходят из одного вещества в другое. То есть атом является химически неделимой частичкой.

Определение сложного строения атома

 Первые экспериментальные подтверждения сложного строения атомов появились в конце Х1Х столетия, когда выяснилось, что некоторые вещества при определенных обстоятельствах испускают лучи, представляющие собой поток электронов – отрицательно заряженных элементарных частиц. Атомы других веществ могли излучать и другие частички. Это однозначно свидетельствовало о том, что атом имеет сложное строение и внутри есть меньшие частички, в частности, электроны.

 У атома нет электрического заряда, значит, кроме электронов, в нем должны содержаться и положительно заряженные частички.

 Наибольших успехов в изучении атома достиг английский ученный Эрнест Резерфорд. В 1909 году он провел свой знаменательный эксперимент, в котором бомбардировал очень тонкую золотую фольгу положительно заряженными альфа-частицами. Большинство из них, проходя через фольгу, отклонялись от первоначального направления, некоторые сильно изменяли траекторию движения, а отдельные отражались от фольги и летели в обратном направлении. На основании этого эксперимента он доказал, что положительный заряд в атоме не распределен равномерно, а сконцентрирован в центре атома в очень небольшом объеме, который он назвал ядром.

Ядро- тяжелейшая, но одновременно и наименьшая часть атома.

Атом- электронейтральная и химически неделимая частица, состоящая из положительно заряженного ядра и движущихся вокруг него отрицательно заряженных электронов.

Электрон – это частичка, масса покоя которой m_e=9,1*10^{-31 кг}, заряд - q_e=-1,6*10^-19 Кл.

Электрон имеет элементарный электрический заряд, которому условно приписывают значение 1 и знак «ми­нус». Знак заряда ядра отличается от знака заряда элек­трона, условно считают, что заряд ядра имеет знак «плюс».

В начале XX века была принята планетарная модель строения атома, предложенная Резерфордом, согласно которой вокруг очень малого по размерам положительно заряженного ядра движутся электроны, как планеты вокруг Солнца. Следовательно, в атоме есть траектории, по которым движется электрон. Однако дальнейшие исследования показали, что в атоме не существует траекторий движения электронов. Движение без траектории означает, что мы не знаем, как электрон движется в атоме, но можем установить область, где чаще всего встречается электрон. Это уже не орбита, а орбиталь. Двигаясь вокруг атома, электроны образуют в совокупности его электронную оболочку.

Давайте выясним, как движутся электроны вокруг ядра?

 Беспорядочно или в определенном порядке?

 Исследования Нильса Бора – основоположника современной атомной физики, а также ряда других ученых позволили сделать вывод: электроны в атомах располагаются определенными слоями – оболочками и в определенном порядке.

 Строение электронных оболочек атомов имеют важную роль для химии, так как именно электроны обуславливают химические свойства веществ. Важнейшей характеристикой движения электрона на определенной орбитали является энергия его связи с ядром. Электроны в атоме различаются определенной энергией, и, как показывают опыты, одни притягиваются к ядру сильнее, другие слабее. Объясняется это удаленностью электронов от ядра. Чем ближе электроны к ядру, тем больше связь их с ядром, но меньше запас энергии. По мере удаления от ядра атома сила притяжения электрона к ядру уменьшается, а запас энергии увеличивается. Так образуются электронные слои в электронной оболочке атома. Электроны, обладающие близкими значениями энергии образуют единый электронный слой, или энергетический уровень. Энергия электронов в атоме и энергетический уровень определяется главным квантовым числом n и принимает целочисленные значения 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7. Чем больше значение n, тем больше энергия электрона в атоме. Максимальное число электронов, которое может находиться на том или ином энергетическом уровне, определяется по формуле:

N = 2n²

Где N – максимальное число электронов на уровне;

n – номер энергетического уровня.

 Установлено, что на первой оболочке располагается не более двух электронов, на второй – не более восьми, на третьей – не более 18, на четвертой – не более 32. Заполнение более далеких оболочек мы рассматривать не будем. Известно, что на внешнем энергетическом уровне может находиться не более восьми электронов, его называют завершенным. Электронные слои, не содержащие максимального числа электронов, называют незавершенными.

 Число электронов на внешнем энергетическом уровне электронной оболочки атома равно номеру группы для химических элементов главных подгрупп.

Как ранее было сказано, электрон движется не по орбите, а по орбитали и не имеет траектории.

 Пространство вокруг ядра, где наиболее вероятно нахождение данного электрона, называется орбиталью этого электрона, или электронным облаком.

 Орбитали, или подуровни, как их еще называют, могут иметь разную форму, и их количество соответствует номеру уровня, но не превышает четырех. Первый энергетический уровень имеет один подуровень (s), второй – два (s,p), третий – три (s,p,d) и т.д. Электроны разных подуровней одного и того же уровня имеют разную форму электронного облака: сферическую (s), гантелеобразную (p) и более сложную конфигурацию (d) и (f). Сферическую атомную орбиталь ученые договорились называть s-орбиталью. Она самая устойчивая и располагается довольно близко к ядру.

 Электронное облако такой формы может занимать в атоме три положения вдоль осей координат пространства x, y и z. Это легко объяснимо: ведь все электроны заряжены отрицательно, поэтому электронные облака взаимно отталкиваются и стремятся разместиться как можно дальше друг от друга.

Энергия их, конечно, одинакова, а расположение в пространстве – разное.

Составить схему последовательного заполнения электронами энергетических уровней

Теперь мы можем составить схему строения электронных оболочек атомов:

1. Определяем общее число электронов на оболочке по порядковому номеру элемента.
2. Определяем число энергетических уровней в электронной оболочке. Их число равно номеру периода в таблице Д. И. Менделеева, в котором находится элемент.
3. Определяем число электронов на каждом энергетическом уровне.
4. Используя для обозначения уровня арабские цифры и обозначая орбитали буквами s и p, а число электронов данной орбитали арабской цифрой вверху справа над буквой, изображаем строение атомов более полными электронными формулами.

 Ученые условились обозначать каждую атомную орбиталь квантовой ячейкой – квадратиком на энергетической диаграмме:

На s-подуровне может находиться одна атомная орбиталь:

а на p-подуровне их может быть уже три:

(в соответствии с тремя осями координат)

Орбиталей d– и f-подуровня в атоме может быть уже пять и семь соответственно:

 Каждая квантовая ячейка может может разместить лишь два электрона. Кроме движения вокруг ядра, электрон имеет еще и собственное вращательное движение вокруг своей оси. Это движение описывается спиновым квантовым числом – два значения: +½; -½. Для написания используют условные обозначения электронов или

Распределение электронов по уровням можно записать с помощью ячеек Хунда:

Порядок заполнения ячеек.

 При заполнении ячеек следует учитывать то,что ячейки подуровней заполняются вначале по одному электрону, затем к ним помещают другие электроны.

Пример:

 Ядро атома водорода имеет заряд +1, поэтому вокруг его ядра движется только один электрон на единственном энергетическом уровне. Запишем электронную конфигурацию атома водорода

  Чтобы установить связь между строением атома химического элемента и его свойствами, рассмотрим еще несколько химических элементов.

 Следующий за водородом элемент-гелий. Ядро атома гелия имеет заряд +2, поэтому атом гелия содержит два электрона на первом энергетическом уровне:

 Так как на первом энергетическом уровне может находиться не более двух электронов, то он считается завершенным.

 Элемент № 3 – литий. Ядро лития имеет заряд +3, следовательно, в атоме лития три электрона. Два из них находятся на первом энергетическом уровне, а третий электрон начинает заполнять второй энергетический уровень. Сначала заполняется s-орбиталь первого уровня, потом s-орбиталь второго уровня. Электрон, находящийся на втором уровне слабее связан с ядром, чем два других.

III. Закрепление нового материала.

Задание для класса:

 1. Постройте схему строения атомов Н, Ne, Be, C, N,O, напишите электронную формулу, распределение электронов по ячейкам.

 2. Число электронов в атоме натрия равно….

 3. По данным о распределении валентных электронов найдите элемент:

а) 2s¹

б) 2s²2p⁴

в) 3s²3p⁶

г) 3d¹⁰4s¹

д) 4s²4p³

е) 4s²4p⁵

ж) 3s²3p⁴

 Найдите в периодической системе химический знак лития, от лития до неона Ne закономерно возрастает заряд ядер атомов. Постепенно заполняется электронами второй слой. С ростом числа электронов на втором слое металлические свойства элементов постепенно ослабевают и сменяются неметаллическими.

 Третий период, подобно второму, начинается с двух элементов (Na, Mg), у которых электроны размещаются на s-подуровне внешнего электронного слоя. Затем следуют шесть элементов (от Al до Ar), у которых происходит формирование p-подуровня внешнего электронного слоя. Структура внешнего электронного слоя соответствующих элементов второго и третьего периодов оказывается аналогичной. Иначе говоря, с увеличением заряда ядра электронная структура внешних слоев атомов периодически повторяется. Если элементы имеют одинаково устроенные внешние энергетические уровни, то и свойства этих элементов подобны. Скажем, аргон и неон содержат на внешнем уровне по восемь электронов, и потому они инертны, то есть почти не вступают в химические реакции. В свободном виде аргон и неон – газы, которые имеют одноатомные молекулы.

 Атомы лития, натрия и калия содержат на внешнем уровне по одному электрону и обладают сходными свойствами, поэтому они помещены в одну и ту же группу периодической системы.

IV. Выводы.

1. Свойства химических элементов, расположенных в порядке возрастания заряда ядра, периодически повторяются, так как периодически повторяется строение внешних энергетических уровней атомов элементов.

2. Плавное изменение свойств химических элементов в пределах одного периода можно объяснить постепенным увеличением числа электронов на внешнем энергетическом уровне.

3. Причина сходства свойств химических элементов, принадлежащих к одному семейству, заключается в одинаковом строении внешних энергетических уровней их атомов.

Домашнее задание: Постройте схему строения атомов С, O, N, Na, Br; напишите электронную формулу, распределение электронов по ячейкам.