Гипермаркет знаний>>Биология>>Биология 10 класс. Полные уроки>>Биология: Изменения в составе ядер атомов химических элементов. Изотопы. Полные уроки

Тема. Изменения в составе ядер атомов химических элементов. Изотопы

Цели урока:
формирование знаний о строении атома, умений определять величину заряда ядра, число электронов, протонов и нейтронов; систематизация знаний о химическом элементе и периодической системе химических элементов.
Задачи урока:
Знать:
•    название и характеристику (заряд, масса) элементарных частиц атома;
•    состояние элементарных частиц в атоме;
•    какие характеристики атома зависят от числа протонов, числа протонов и нейтронов;
•    что произойдет с атомом, если изменить число протонов, число нейтронов;
•    что такое изотопы и нуклиды;
•    почему относительная атомная масса не имеет целочисленного значения;
•    почему свойства изотопов водорода различны в отличие от изотопов других элементов;
•    современное определение понятия “химический элемент”.
Уметь:
•    указывать положение элемента в периодической системе: порядковый номер, номер периода и его вид, номер группы, название подгруппы;
•    по положению элемента в периодической системе определять: заряд ядра, число электронов в атоме, протонов и нейтронов в ядре.
 Основные термины:
Атом –
Химический элемент – это совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра.
 Изотопы – разновидности атомов химического элемента с одинаковым зарядом ядра, но разным массовым числом

План урока:
1.    Повторение домашнего задания. Проверка знаний учеников
2.    Изменения в составе ядер атомов химических элементов
3.    Изотопы
4.    Выводы урока
5.    Контролирующий блок
6.    Домашнее задание


ХОД УРОКА

1.    Повторение домашнего задания. Проверка знаний учеников
Обоснуйте каждое утверждение:
1) Атом имеет сложное строение.
2) Атом электронейтрален.
3) Масса атома сосредоточена в ядре.
4) Ядро атома имеет положительный заряд.
5) Атом состоит из двух основных частей: ________  и ________. Ядро состоит из ________ и ________.
6) Заряд ядра атома определяется числом ________ в его составе и не зависит от числа ________.
7) Число электронов в атоме равно числу ________.
8) Атом элемента с порядковым № 20 имеет ________ электронов, ________ протонов, ________ нейтронов.

2. Изменения в составе ядер атомов химических элементов
Понятие “атом” возникло еще в античном мире для обозначения частиц вещества. В переводе с греческого “атом” означает “неделимый”. Именно поэтому
А.М. Бутлеров писал: “Атомы не неделимы по своей природе, а неделимы только доступными нам ныне средствами…”.
Действительно, атом делим. В центре атома находятся ядро, вокруг которого на большой скорости постоянно движутся электроны. Рисунок 1.
 
Рис. 1. Схема Атома.
Модель атома мы с вами посмотрим на коротеньком видео №1
http://www.youtube.com/watch?v=9_eqDOtyYDc&feature=related
На видео 2 Вы увидите анимацию модели атома
http://www.youtube.com/watch?v=NP9x3Tiu3RE&feature=related

Ядро имеет положительный заряд, а заряд электрона равен -1. Для определения заряда ядра нам понадобится порядковый номер элемента, т.к. заряд ядра равен порядковому номеру элемента. Заряд ядра записываем в нижнем левом углу, например, +13Al. Определите заряд ядра атомов кальция и железа. Известно, что атом электронейтрален. Тогда сколько в атоме электронов? Т.е. число электронов тоже можно определить по порядковому номеру элемента. Определите заряд ядра и число электронов в атоме фосфора и натрия. +15Р е = 15; +11Na е = 11.
В 1910 г. в Кембридже Эрнест Резерфорд со своими учениками и коллегами изучал рассеивание α-частиц, проходящих через тоненькую золотую фольгу и падавших на экран.
α-частицы обычно чуть отклонялись от первоначального направления, всего на один градус, подтверждая казалось бы, равномерность и однородность свойств атомов золота. Но вдруг исследователи заметили, что некоторые α-частицы резко меняли направление своего пути, будто наталкивались на какую-то преграду.
Расчеты показали, что наблюдаемые ими явления могли произойти, если бы вся масса атома и весь его положительный заряд были сосредоточены в крохотном центральном ядре. И действительно, радиус ядра в 100 000 раз меньше радиуса атома. Если применить образное сравнение, то весь объем атома можно сравнить со стадионом в Лужниках, а ядро - с футбольным мячом, положенным в центре поля.
Атом любого химического элемента – как бы крохотная Солнечная система. Поэтому такую модель атома, предложенную Резерфордом, называют планетарной.
Оказывается, ядро атома тоже состоит из частиц (рисунок 2 Схема ядра). Это протоны, имеющие заряд +1 и массу равную единице (массе атома водорода) – р+ и нейтроны, которые нейтральны, т.е. заряда не имеет, но их масса равна массе протона – n0. В природе пока не найдено зарядов меньших, чем заряд протона или электрона, поэтому их заряд условно принимают за единичный (соответственно +1 и -1).
 
Рис. 2. Схема ядра
На рисунке 3 мы увидим состав атомного ядра
 
Рис. 3. Состав атомного ядра
Давайте посмотрим видео строения атома и ядра. Какие выводы Вы можете сделать?
http://www.youtube.com/watch?v=OCInhp3wHdI&feature=related

Сумма числа протонов и нейтронов называется массовым числом
Т.к. масса электрона очень мала (1/1837 массы протона), то ею можно пренебречь, тогда практически вся масса атома сосредоточена в ядре.
Заряд ядра положительный, а ядро состоит из протонов и нейтронов. Как определить число протонов в ядре? Число протонов определяем по порядковому номеру. А как определить число нейтронов, если они не имеют заряда, но имеют массу, равную 1?
Число нейтронов рассчитываем: N = А – Z, где А – массовое число, а Z – порядковый номер элемента или заряд его ядра. (рисунок 4)
 
Рис. 4. Обозначение ядра атома и его формула.

Итак, ядро состоит из протонов и нейтронов, массы которых равны 1, тогда массовое число должно быть целым числом. Но в периодической системе практически нет элементов с целочисленным значением относительной атомной массы.
Дело в том, что состав атомных ядер может изменяться.
Что произойдет, если мы увеличим число протонов в ядре? (Увеличится заряд ядра => получится новый химический элемент.) Такие процессы называются ядерными и происходят, например, на Солнце. В результате ядерных реакций выделяется огромное количество энергии, благодаря которой и существует жизнь на Земле. Человек тоже научился осуществлять такие процессы, например, в ядерных реакторах. Мечта алхимиков о превращении неблагородных элементов в золото стала возможной. Но для осуществления этих процессов необходимо затратить огромное количество энергии, и такое золото будет стоить в сотни раз дороже добываемого обычным способом.
А если изменить число протонов в ядре? (Заряд ядра не изменяется, т.е. это тот же химический элемент, а изменяется только массовое число.)
3. Изотопы
Разновидности атомов химического элемента с одинаковым зарядом ядра, но разным массовым числом называют изотопы. (С греческого isos – равный, topos – место, т.е. равноместные или занимающие одну клетку в периодической системе.)
Рисунок 5. Изотопы
 
Рис. 5. Изотопы

По своей сущности термин “изотопы” относится к разновидностям атомов одного элемента – атомам с разным числом нейтронов – и может использоваться только во множественном числе. Поэтому в середине XX в. вид атомов с определенным числом в его ядре протонов и нейтронов было предложено называть нуклидом.
Посмотрите на рисунок 6, на котором прописаны свойства изотопов. Запишите эти свойства себе в тетрадь
 
Рис. 6. Свойства изотопов

Химические элементы, встречающиеся в природе, являются смесью изотопов. Например, углерод встречается в виде трех нуклидов: углерод -12, углерод-13 и углерод-14; кислород – в виде 3 нуклидов: кислород –16, кислород –17 и кислород-18.
Содержание их в природе различно. Например, известно, что в природе встречаются изотопы хлора: хлор-35 (распространенность в природе 75%) и хлор-37 (распространенность в природе 25%). Исходя из этого, рассчитываем среднюю относительную атомную массу хлора: 35 • 0,75 + 37 • 0,25 = 35,5. Эта масса и указана в периодической системе. Нуклиды записываются следующим образом:  и  , где нижний индекс – это заряд ядра, а верхний – массовое число. Поскольку каждому элементу отвечает определенный заряд ядра, то при символе элемента заряд ядра обычно не указывается: 35Cl и 37Cl.
Химические свойства изотопов большинства химических элементов одинаковы. Но есть и исключения. В природе элемент водород встречается в виде трех нуклидов: протий  , дейтерий  и тритий  . Из-за резкого увеличения атомной массы их свойства резко различаются, поэтому им даже присвоены индивидуальные названия.
Посмотрите в периодическую систему и назовите относительную атомную массу атома водорода. Как вы думаете, каких нуклидов водорода в природе больше?
Теперь можно дать современное, более строгое и научное определение химическому элементу.

3.    Выводы урока
Число протонов или число нейтронов определяет существование того или иного вида атомов? (Число протонов). Сформулируем современную формулировку понятия «химический элемент». Запишите в тетрадях:
Химический элемент – это совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра.
Чем отличается современная формулировка от ранее изученой?


4.    Контролирующий блок

1. Сколько может быть различных вод (по составу)? Учтите, что изотопов  кислорода три  –  , а водорода в воде два –  (дейтерий). При выполнении задания можете использовать книгу И. В. Петрянова –  Соколова  «Самое обыкновенное вещество в мире».
5.    Домашнее задание
Изменение числа протонов в атоме (мысленный эксперимент с опорой на модели)
Решение задачи: Что произойдет с атомами одного и того же вида, если в их ядра мысленно добавить по 1 протону?
Теперь в ядро дейтерия добавьте один протон. Сравните атом дейтерия и полученную частицу. Какой заряд она имеет? Почему? (Положительный, так как в атоме на один электрон приходится два протона). Итак, при изменении заряда ядра атома получился совсем другой вид атомов – гелий (He).
Интересно знать что ...
Для изучения свойств радиоактивных лучей небольшие количества солей радия (4) помещали в маленькую свинцовую коробку с отверстием наверху (5). Коробку вносили в электромагнитное поле. При этом обнаружили 3 вида излучений: бетта лучи – поток электронов (3), альфа лучи – поток частиц с массой 4 и зарядом +2 – ГЕЛИЙ (2), а гамма лучи (1) – это электромагнитные лучи с малой массой и не имеющие заряда (подобны рентгеновским).

Список литературы:
1. Урок Генераловой Т. Я. по теме «Атом, его структура и основные составляющие», учителя химии г. Минусинска, СОШ №16.
2. Урок Князевой М.В. по теме «Ядерная мотель атома», учителя химии г. Белгорода, СОШ №39.
3. Ф. А. Деркач "Химия", - научно-методическое пособие. – Киев, 2008.
4. Л. Б. Цветкова «Неорганическая химия» – 2-е издание, исправленное и дополненное. – Львов, 2006.
5. В. В. Малиновский, П. Г. Нагорный «Неорганическая химия» -  Киев, 2009.
6. Глинка Н.Л. Общая химия. – 27 изд./ Под. ред. В.А. Рабиновича. – Л.: Химия, 2008. – 704 с.ил.

Отредактировано и выслано Борисенко И.Н.

Над уроком работали:


Поставить вопрос о современном образовании, выразить идею или решить назревшую проблему Вы можете на Образовательном форуме, где на международном уровне собирается образовательный совет свежей мысли и действия. Создав блог, Вы не только повысите свой статус, как компетентного преподавателя, а и сделаете весомый вклад в развитие школы будущего. Гильдия Лидеров Образования открывает двери для специалистов  высшего ранга и приглашает к сотрудничеству в направлении создания лучших в мире школ.