Урок по теме : «Периодический закон Д.И. Менделеева и периодичность в природе».

МБОУ СОШ №2 Жукова Т.А. «Периодический закон и строение атома». Тема урока: «Периодический закон Д.И. Менделеева и периодичность в  природе». Цели урока:  ­ Сформировать целостность единства мира на примере периодического закона и строения атома; ­ изучить структуру периодической системы химических элементов; ­ сформировать   методы   научного   познания:   аналогии,   анализа, классификации,  обобщения и  синтеза; умения  применять  полученные знания   о   периодичности   для   объяснения   природных   явлений, окружающих нас; ­ уметь оперировать понятийным аппаратом по данной теме, работать в коллективе,  ­ формировать   культуру   общения   при   работе   в   коллективе:   умение слушать, дискутировать; ­ понимать   значимость   естественнонаучных   знаний,   открытий   для каждого человека и природы в целом. Оборудование:  образцы   простых   веществ:   металлические   натрий,   калий, кальций, магний, алюминий (металлы  I­III  периода, имеющиеся в наличии в школьной лаборатории); неметаллы: углерод(графит), сера, фосфор, кислород в   колбе;   оксиды   и   гидроксиды   элементов  I­III  периодов,   имеющиеся   в лаборатории; модель таблицы Д.И.Менделеева; модель, объясняющая смену дня и ночи, времен года; плакат­таблица «Периодичность в природе»; фило­ и онтогенез   организмов;     индивидуальные   рабочие   карточки   с   элементами, презентации   учащихся   «Жизнь   и   деятельность   Д.И.   Менделеева»,   «Виды периодичности», «Строение атома», «Периодичность  в природе», музыка из оперы Бетховена «Леонора»  План­конспект.  Учитель.        Мир сложен,                         Он полон событий, сомнений,                         И тайн бесконечных, и смелых загадок.                         Как чудо природы                         Является гений                          И в хаосе этом находит порядок…                         Весь мир большой                         Жара и стужа,                         Планет круженье, свет зари­                         Все то, что видим мы снаружи                          Законом связано внутри.                         Найдем ли правило простое,                         Что целый мир объединит? МБОУ СОШ №2 Жукова Т.А. «Периодический закон и строение атома».                          Таблицу мы сегодня строим                           Природы ищем алфавит.   общим   законам   природы:   переход Любое   общество   подчиняется     единство   и   борьба количественных   изменений   в   качественные, противоположностей и ряд других. А мы на сегодняшнем уроке постараемся вывести   один   из   общих   законов   химии,   которому   подчиняются   изменения свойств химических элементов, простых и сложных веществ. Для этого нам понадобятся   знания   о   валентности,   оксидах,   гидроксидах   и   кислотах.   На столах   у   вас   имеются   карточки,   на   которых   записаны   знаки   химических элементов.   Вы   должны   записать   следующие   данные   об   элементе   и   его соединениях, которые он образует: 1) относительная атомная масса элемента 2) валентность элемента 3) формулу   высшего   оксида(с   максимальной   валентностью)   и   его характер; 4) продукт   взаимодействия   этого   оксида   с   водой;   (гидроксид, кислота); 5) соединение с водородом (если есть).  Учащиеся под музыку  Бетховена из  оперы «Леонора»  выполняют   индивидуально   свои   задания,   после   чего   идет   перекрестная взаимопроверка. Все это время учитель контролирует и корректирует работу учащихся на местах.       Далее учитель организует устную беседу с классом: Учитель: Итак, у вас на карточках записаны формулы оксидов, гидроксидов. Что такое оксиды? Ответ: Оксиды – это сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых кислород.    Учитель: Какова классификация оксидов? Ответ. Оксиды бывают кислотными, основными, амфотерными. Кислотными называются   оксиды,   которые   при   взаимодействии   с   водой   дают   кислоты. Например, P2O5, SO2, N2O5 и другие. Основными называются оксиды, которые при взаимодействии с водой образуют основания. Например, CaO, Na2O, K2O и другие. К амфотерным оксидам относятся Al2O3, ZnO, BeO и другие.    Учитель: Что такое гидроксиды?  Ответ. Гидроксиды –  сложные  вещества,  состоящие  из  атомов металлов  и одной или нескольких гидроксогрупп. Например, NaOH, Ca(OH)2, Mg(OH)2 и другие.      По одному человеку от ряда собирают аккуратно карточки и располагают их в один ряд на доске согласно увеличению их атомных масс.      Учитель:   В любом труде, в любом творенье                     Необходимо вдохновенье. МБОУ СОШ №2 Жукова Т.А. «Периодический закон и строение атома».                     И озарения момент                     Порой  ­ важнейший элемент…                     Мир состоит из элементов,                     (В то время знали 60)                     А сколько их всего? На это                     Нельзя ответить наугад,                      Но не гадал, а верил он.                     «Тут должен, должен быть закон!»                     Упрямо он искал решенье,                     Был труд, надежда и терпенье,                      И вера в то, что он найдет!                     Он так работал целый год.  (Этим временем у доски учащиеся выполнили задания).  Глядя   на   этот   ряд,   давайте   проанализируем,   есть   ли   в   здесь   элементы, которые   образуют   сходные   по   строению,   и,   следовательно   по   свойствам соединения.  Ответ: Такие элементы имеются.      Учитель: попытаемся сгруппировать химические элементы таким образом, чтобы   сходные   по   строению   и   свойствам   простые   и   сложные   вещества, образованные ими находились друг под другом, сохраняя увеличение атомной массы элемента.      Учащиеся находят такие элементы и подстраивают их один под другим.          Учитель:  Таким образом, в ходе вашей работы вы получили  группы сходных элементов, которые образуют определенную систему, состоящую из:                      А) горизонтальных рядов – периодов;                     Б) вертикальных столбцов – групп.      Учитель: Какова закономерность полученного размещения элементов? Ответ:   в   начале   любого   горизонтального   ряда   находится   элемент, обладающий металлическими свойствами; а заканчивается ряд – неметаллом.      Учитель: Каким образом изменяются свойства элементов и их соединений в периодах? Ответ:   От  Na  к  F  с   увеличением   атомной   массы   металлические   свойства уменьшаются, а неметаллические – усиливаются.       Учащиеся   в   тетради   вносят   ряды,   показывающие   изменение   свойств   в периоде: I  период  LiBeBCNOF –самый активный неметалл. II период NaMgAlSiPSCl Горизонтальная периодичность(по периодам) Горизонтальная   периодичность   заключается   в   появлении   максимальных   и минимальных   значений   свойств   простых   веществ   и   соединений   в  пределах каждого   периода.   Она   особенно   заметна   для   элементов   VIIIБ­группы   и МБОУ СОШ №2 Жукова Т.А. «Периодический закон и строение атома». лантаноидов (например, лантаноиды с четными порядковыми номерами более распространены, чем с нечетными). В   таких   физических   свойствах,   как   энергия   ионизации   и   сродство   к электрону,   также   проявляется   горизонтальная   периодичность,   связанная   с периодическим изменением числа электронов на последних энергетических подуровнях: Элемент Ei Ae Электронная формула  (валентные электроны) Число неспаренных  электронов Li Be B 520 900 801 −27 −60 0 N O F C 1086 1402 1314 1680 2080 −122 +7 −141 −328 0 Ne 2s1 2s2 2s22p1 2s22p2 2s22p3 2s22p4 2s22p5 2s22p6 1 0 1 2 3 2 1 0 Вертикальная периодичность (по группам) Вертикальная периодичность заключается в повторяемости свойств простых веществ и соединений в вертикальных столбцах Периодической системы. Это основной   вид   периодичности,   в   соответствии   с   которым   все   элементы объединены   в   группы.   Элементы   одной   группы   имеет   однотипные электронные   конфигурации.   Химия   элементов   и   их   соединений   обычно рассматривается на основе этого вида периодичности. Вертикальная   периодичность   обнаруживается   и   в   некоторых   физических свойствах атомов, например, в энергиях ионизации Ei (кДж/моль): IA­группа IIA­группа VIIIA­группа Li 520 Na 490 K 420 Ne 2080 Ar 1520 Kr 1350 Be 900 Mg 740 Ca 590 Диагональная периодичность Диагональная   периодичность   ­   повторяемость   свойств   простых   веществ   и соединений   по   диагоналям   Периодической   системы.   Она   связана   с возрастание неметаллических свойств в периодах слева направо и в группах снизу вверх. Поэтому литий похож на магний, бериллий на алюминий, бор на кремний, углерод на фосфор. Так, литий и магний образуют много алкильных и  арильных   соединений,  которые   часто   используют   в  органической  химии. Бериллий   и   алюминий   имеют   сходные   значения   окислительно­ МБОУ СОШ №2 Жукова Т.А. «Периодический закон и строение атома». восстановительных   потенциалов.   Бор   и   кремний   образуют   летучие,   весьма реакционноспособные молекулярные гидриды. Диагональную периодичность не следует понимать как абсолютное сходства атомных, молекулярных, термодинамических и других свойств. Та, в своих соединениях атом лития имеет степень окисления (+I), а атом магния ­ (+II). Однако свойства ионов Li+ и Mg2+ очень близки, проявляясь, в частности, в малой растворимости карбонатов и ортофосфатов. В   результате   объединения   вертикальной,   горизонтальной   и   диагональной периодичности   появляется   так   называемая   звездная   периодичность.   Так, свойства германия напоминают свойства окружающих его галлия, кремния, мышьяка   и   олова.   На   основании   таких   "геохимических   звезд"   можно предсказать присутствие элемента в минералах и рудах.          Увеличение неметаллических свойств, ослабление металлических.          Учитель:  Глядя на формулы оксидов, что можно сказать об изменении величины валентности в них? Ответ: Валентность увеличивается от I (у щелочных металлов) до IIIV (у инертных газов).          Учитель:   А что происходит с валентностью элементов в водородных соединениях? Ответ: Валентность элементов уменьшается от IV у кремния до I у хлора.   образованных элементами I­III периодов.      Учитель: Мы рассмотрели изменение свойств простых и сложных веществ в зависимости от атомных масс и вплотную подошли к формулировке закона: «Свойства   простых   веществ,   а   также   их   соединений   находятся   в периодической зависимости от атомных весов элементов».   Учитель  демонстрирует   образцы   простых   и   сложных   веществ, МБОУ СОШ №2 Жукова Т.А. «Периодический закон и строение атома».        Учитель: В 1913г. английский физик Мозли измерил длины   волн   рентгеновских   лучей, испускаемых разными металлами в катодной трубке,   и   построил   график   зависимости обратного   значения   квадратного   корня   из длины   волны   рентгеновских   лучей   от порядкового номера элемента. Этот график (рис.1)   показывает,   что   порядковый   номер отражает   какую­то   важную   характеристику элемента.   Мозли   предположил,   что   этой характеристикой является заряд ядра атома, и что он возрастает на единицу при переходе от одного элемента к следующему за ним по порядку.   Он   назвал   порядковый   номер атомным номером ­ Z. Закон Мозли: Корень   квадратный   из   величины,   обратной   длине   волны   рентгеновских лучей, испускаемых атомами различных элементов, находится в линейной зависимости от порядкового номера элемента. , где l­ длина волны, а – постоянная величина, Z– порядковый номер элемента (заряд ядра). Позже стало известно, что порядковый номер равен числу протонов в ядре. Таким   образом,   порядковый   (атомный)   номер   равен   заряду   ядра   и   он   же определяет наличие в нем протонов (положительных частиц). А так как атомы нейтральны, то число электронов в атоме должно быть равно числу протонов. Но   массы   атомов   оказались   больше   суммарной   массы   протонов.   Для объяснения избытка массы было высказано предположение о существовании нейтронов. Эти частицы должны были иметь ту же массу, что и протон, но нулевой заряд (1,675.10­27 кг). Нейтрон был открыт сотрудником Резерфорда Чедвигом в 1932 г. Было окончательно установлено, что атом состоит из ядра и   электронов,   а   ядро   –   из   протонов   и   нейтронов.   Их   сумму называютнуклонным числом или массовым ­ А. А = Z + N, Z­ число протонов, N­ число нейтронов. Атомы с различным числом протонов (Z) и нейтронов (N), но с одинаковым  числом нуклонов А, называют изобарами. Например, МБОУ СОШ №2 Жукова Т.А. «Периодический закон и строение атома». Изотопы – атомы с одинаковым числом протонов (Z), но с разным числом  нуклонов Изотоны – атомы с одинаковым числом нейтронов (N) Таким образом, дробные значения атомных масс в периодической системе  объясняются наличием изотопов для одного и того же элемента. Открытие   изотопов   и   закономерность   Мозли   позволили   дать   современную трактовку Периодического закона:  «Свойства   простых   веществ,   а   также   их   соединений   находятся   в периодической зависимости от зарядов их атомных ядер». Природа   каждого   химического   элемента,   то   есть   определенные,   присущие только ему свойства атомов, простых веществ, соединений зависит прежде всего от заряда ядра его атомов. Заряд обусловливает и строение электронной оболочки атома. Но величины зарядов ядер атомов химических элементов в Периодической   системе   Д.   И.   Менделеева   изменяются   монотонно   — увеличиваются от +1 у водорода до +110 у элемента № 110, поэтому прямой причиной периодического изменения свойств элементов это явление быть не может. Причина периодичности — изменение строения внешних электронных слоев атомов.   Так,   у   всех   щелочных   металлов   внешний   энергетический   уровень занят   одним   в­электро­ном,   поэтому   их   свойства   так   похожи.   Но   они   не одинаковы,   степень   их   проявления   разная,   потому   что   этот   единственный внешний электрон находится на разном удалении от ядра у атомов каждого из щелочных металлов: Вывод: Свойства   химических   элементов   и   образованных   ими   веществ находятся   в   периодической   зависимости   от   строения   внешних электронных атомов. Более   полные   сведения   о   горизонтальной   и   вертикальной   зависимостях свойств атомов, простых веществ и соединений, образованных химическими элементами, представлены в таблице 1. слоев МБОУ СОШ №2 Жукова Т.А. «Периодический закон и строение атома».          Учитель:Ребята, а существует ли периодичность в других процессах и явлениях (физических, биологических, ядерных)?       В ответе дети приводят примеры из географии: смена дня и ночи, смена времен года.  Демонстрация   модели,   позволяющей   объяснять   смену   дня   и   ночи,   времен года.          Учитель:   Периодичность наблюдаем и при работе сердца: ритмичное расслабление и сокращение мышечной ткани сердца;  периодические всплески солнечной активности,  изменение   энергии   активации   нейтральных   атомов   в   зависимости   от порядкового номера элемента.      Каково значение периодичности в природе? (Дискуссия  с демонстрацией).  Периодичность – условие постоянства структур, функционирования систем. Действительно,  пока   ритмично  сокращается   сердце  –  человек   живет;  пока электрон  периодически  вращается  вокруг  ядра – атом существует;  пока  в структуре кристалла повторяется строго определенное, характерное только для   него   расстояние   между   частицами,  кристалл   существует,   с   ним   все   в порядке.    А о значении закона можно сказать следующее:        «Вот и открыт закон,         А так же правило простое:       «Ученый должен отдыхать,         Но и во сне не знать покоя         Тогда открытие любое          Во век не сможет он проспать». Значение Периодического закона (сообщение учащихся). Периодический   закон   сыграл   огромную   роль   в   развитии   химии   и   других естественных наук. Была открыта взаимная связь между всеми элементами, их физическими   и   химическими   свойствами.   Это   поставило   перед естествознанием   научно­философскую   проблемы   огромной   важности:   эта взаимная   связь   должно   получить   объяснение.   После   открытия Периодического закона стало ясно, что атомы всех элементов должны быть построены   по   единому   принципу,   а   их   строение   должно   отображать периодичность свойств элементов. Таким образом, периодический закон стал важным   звеном   в   эволюции   атомно­молекулярного   учения,   оказав значительное   влияние   на   разработку   теории   строения   атома.   Он   также способствовал формулировке современного понятия "химический элемент" и уточнению представлений о простых и сложных веществах.   Менделеев   стал   первым Используя   Периодический   закон, исследователем, сумевшим решить проблемы прогнозирования в химии. Это проявилось уже через несколько лет после создания Периодической системы элементов,   когда   были   открыты   предсказанные   Менделеевым   новые   Д.И. МБОУ СОШ №2 Жукова Т.А. «Периодический закон и строение атома». химические элементы. Периодический закон помог также уточнить  многие особенности   химического   поведения   уже   открытых   элементов.   Успехи атомной   физики,   включая   ядерную   энергетику   и   синтез   искусственных элементов,   стали   возможными   лишь   благодаря   Периодическому   закону.   В свою   очередь,   они   расширили   и   углубили   сущность   закона   Менделеева, расширили пределы Периодической системы элементов. Периодический закон является универсальным законом. Он относится к числу таких   общих   научных   закономерностей,   которые   реально   существуют   в природе и поэтому в процессе эволюции наших знаний никогда не потеряют своего   значения.   Установлено,   что   периодичности   подчиняются   не   только электронное   строение   атома,   но   и   тонкая   структура   атомных   ядер,   что говорит о периодическом характере свойств в мире элементарных частиц. Со   временем   роль   Периодического   закона   не   уменьшается.   Он   стал важнейшей основой неорганической химией. Он используется, например, при синтезе веществ с заранее заданными свойствами, создании новых материалов, подборе эффективных катализаторов. Неоценимо   значение   Периодического   закона   в   преподавании   общей   и неорганической химии. Его открытие было связано с созданием учебника по химии,   когда   Менделеев   пытался   предельно   четко   изложить   сведения   об известных на тот момент 63 химических элементах. Сейчас число элементов увеличилось   почти   вдвое,   и   Периодический   закон   позволяет   выявлять сходство   и   закономерности   свойств   различных   химических   элементов   с использованием их положения в Периодической системе.      Итак, мои юные Менделеевы, мы открыли с вами закон периодичности, и кто знает, быть может спустя несколько лет кто­нибудь из вас откроет свой собственный закон, или химический элемент как это было в начале февраля 2004года ( элементы №113 и 115), 2012г­ №118. Ведь Д.И. Менделеев    в вашем   возрасте   был   таким   же   озорным,  шустрым,  любознательным.  В   нем всегда горела искорка познания  еще не познанного в науке. И эту искру он разжег в костер знаний, мыслей, творений. Пусть и в ваших душах, сердцах мыслях запылает огонь знаний, несущий людям только добро.         Хочется   закончить   урок   словами   А.С.   Пушкина:  «Следовать   за   мыслями   великого   человека   есть   наука   самая   занимательная»   и словами самого Д.И. Менделеева: «Нам ли не желать России полного расцвета жизни».(Эти же слова являются эпиграфами к уроку и вывешены на доске). Домашнее задание п. 2, вопросы после параграфа. МБОУ СОШ №2 Жукова Т.А. «Периодический закон и строение атома». Приложение. Таблица 1 Изменение свойств атомов, простых веществ и соединений химических элементов МБОУ СОШ №2 Жукова Т.А. «Периодический закон и строение атома». Формы существования химического элемента и их свойства Атомы  Заряд ядра Число энергетических уровней Число электронов на внешнем уровне Радиус атома Восстановительные свойства Окислительные свойства Высшая положительная степень окисления Низшая степень окисления Простые вещества Металлические свойства Неметаллические Соединения элементов свойства Характер химических свойств Высшего оксида Высшего гидроксида Изменение свойств В главных подгруппах Возрастает ↓ Возрастает ↓ Не изменяется и равно номеру группы Возрастает ↓ Возрастает ↓ Убывает ↓ Постоянна и равна номеру группы Не изменяется и равна (8­n) Усиливаются ↓ Ослабевают ↓ В периодах Возрастает → Не изменяется и равно номеру периода Возрастает → Убывает → Убывает → Возрастает → Увеличивается от +1 до +8 Увеличивается от ­4 до ­1 Ослабевают → Усиливаются → Основный амфотерный кислотный → → Усиление кислотных и ослабление основных свойств в периодах Щелочь основание амфотерный → гидроксид кислота → → ослабление основных  и усиление кислотных свойств в периодах Объясните причину периодичности на конкретных примерах: Какой вид  периодичности отражают данные рисунки? МБОУ СОШ №2 Жукова Т.А. «Периодический закон и строение атома». МБОУ СОШ №2 Жукова Т.А. «Периодический закон и строение атома». сердечный ритм МБОУ СОШ №2 Жукова Т.А. «Периодический закон и строение атома». Солнечная активность Распределение энергии активации Изменение радиуса