Стан електронів у атомі

Тема. Стан електронів у атомі

Цілі уроку: ознайомити учнів з рухом електронів у атомах; увести нові поняття (електронна орбіталь, енергетичний рівень, квантові числа, напрямок орбіталі в просторі, спін); показати учням двоїсту природу електрона, утворення орбіталей під час руху електронів навколо ядра; пояснити істотну відмінність між хімічною та ядерною реакціями.

Тип уроку: засвоєння нових знань.

Форми роботи: фронтальне опитування, розповідь учителя, робота з навчальною схемою.

Обладнання: Періодична система хімічних елементів Д. І. Менделєєва, проектор, навчальна схема.

ХІД УРОКУ

I. Організація класу

II.  Актуалізація опорних знань, постановка завдання

Звернемося до сучасного формулювання періодичного закону. (Учні наводять формулювання.)

Положення кожного елемента в періодичній системі суворо регламентовано удовою атома.

Фронтальне опитування

(На проекторі або на дошці наведено незаповнену таблицю, така ж таблиці знаходиться на парті кожного учня. Учні відповідають на запитання і поступово заповнюють таблицю.)

Зв’язок періодичної системи й будови атома

Поняття в періодичній системі	Визначення	Зв’язок з будовою атома
Порядковий номер елемента	Число, що визначає положення елемента в періодичній системі	Заряд ядра, число протонів, число електронів
Період	Горизонтальний ряд хімічних елементів у періодичній системі	?
Група	Вертикальний ряд хімічних елементів у періодичній системі	?
Відносна атомна маса	Фізична величина, що показує, у скільки разів маса атома більша, ніж маса атома 12C	Сума протонів і нейтронів

У таблиці залишилися два питання, які ми заповнимо протягом уроку. А для цього нам необхідно розглянути, як поводиться електрон в атомі.

ІІІ. Виклад нового матеріалу

Електрон — це частинка, маса спокою якої — m_e = 9,1 10^-31 кг, заряд  —    q_e =-1,6 10^-19 Кл.

У теорії будови атома Резерфорда передбачалося, що рух електрона навколо ядра відбувається за певною траєкторією — орбітою, і в кожен момент часу ми можемо знайти його. Але насправді це було помилкою. Виявилося, що рух електрона значно складніший. Швидкість його обертання навколо ядра настільки велика, що в масштабах атома поняття траєкторії втрачає зміст. Тому не можна розглядати електрон як частинку, що рухається та положення якої в просторі точно відоме в будь-який момент часу. Можна лише вказати деяку частину простору навколо ядра, в якому перебування електрона є найбільш імовірним. Ця частина простору навколо ядра називається електронною хмариною, або електронною орбіталлю. (Проектуємо на екран або показуємо на плакаті зображення електронної хмарини атома Гідрогену.)

Електронна орбіталь — це простір навколо ядра атома, в якому найбільш імовірне перебування електрона.

Електронні орбіталі різняться за формою й напрямком у просторі. (Проектуємо на екран або показуємо на плакаті форми електронних орбіталей.) Ці електронні орбіталі різної форми позначаються літерами s — сферична, p — гантелеподібна, d, f.

Електронні орбіталі, що є більш складними, ніж f-орбіталі, в атомах, описаних у періодичній системі на сьогодні, не використовуються.

На s-підрівні така квантова комірка лише одна, умовно позначається або _.

На р-підрівні їх три_ або   _ _ _.

На d-підрівні їх п’ять або _ _ _ _ _.

На f-підрівні їх сім .

Кожна квантова комірка може розмістити лише два електрони. Крім руху навколо ядра, електрон має ще і власний обертовий рух навколо своєї осі. Цей рух описує спінове квантове число (або спін, від слова «веретено»). Набуває два значення: +1/2 або - 1/2. Для запису ми використовуємо умовну позначку електронів ↑ або ↓.

У квантовій комірці можуть знаходитись або один електрон, або два електрони, але з протилежними спінами ↑↓.

•    Чому негативні електрони не падають на позитивно заряджене ядро? (Тому що електрони обертаються навколо ядра з величезною швидкістю)

•    Що необхідно електрону, щоб обертатися з такою швидкістю й утримуватися біля ядра, а не полетіти? (Відповідний запас енергії)

Моделі атомів передбачають розташування електронів на різних відстанях від ядра. Електрони з більшими чи меншими запасами енергії розташовуватимуться ближче до ядра?

Енергія розподіляється між електронами порціями. Тому розташування електронів навколо ядра обмежується енергетичними рівнями. Кількість енергетичних рівнів у атомі описується головним квантовим числом n і дорівнює номеру періоду, в якому знаходиться атом.

Наприклад:

Дописуємо в таблицю, що заповнювали на початку уроку, фізичний зміст номера періоду.

ІV. Узагальнення й систематизація

1.   Як визначити кількість електронів у атомі?

2.   Де розподіляються електрони в атомі?

3.   Які форми мають електронні орбіталі?

4.   Як розподіляються електрони в атомі на різних енергетичних рівнях?

5.   Якими квантовими числами описується стан електронів у атомі?

V. Домашнє завдання

Опрацювати відповідний параграф підручника й відповісти на запитання. Скласти таблицю квантових чисел за матеріалами уроку.