Урок 11

Тема: Стан електронів у атомі. Електронні орбіталі. Структура електронної оболонки атома

Мета:

• сформувати уявлення про подвійну природу поводження електронів: хвильовий характер руху та корпускулярну природу електрона; сформувати поняття про орбіталі, їхні типи, позначення, електронні рівні та підрівні, структуру електронної оболонки атома;
• розвивати логічне мислення, інтелектуальні та творчі здібності;
• виховувати любов до предмета та хімічну культуру.

Тип уроку: засвоєння нових знань.
Обладнання та засоби наочності: Періодична система хімічних елементів Д.І. Менделєєва, моделі різних форм електронних орбіталей.

Форми роботи: бесіда, розповідь, усне опитування.

Структура уроку
І. Організаційний етап ............... 2хв.
ІІ. Актуалізація опорних знань ....... 5-7 хв.
ІІІ. Вивчення нового матеріалу ....... 20 хв
Закріплення знань .................... 15-20хв.
Домашнє завдання ..................... 1-2хв.
Підбиття підсумків уроку ............. 1-2хв.

Хід уроку

І. Організаційний етап.

ІІ. Перевірка домашнього завдання. Відтворення та корекція знань.

Фронтальне опитування.

-          Дати визначення нукліда та його характеристики;

-          Що таке ізотопи, як визначити, чи дані нуклони є ізотопами?

-          Як можна поділити нукліди за походженням та за стабільністю?

Самостійна робота (на ІІ варіанти)

1.      Який фізичний зміст має порядковий номер для елемента  №14? (№18)

2.      Нукліди яких хімічних елементів позначено формулами: ₁₂²⁶Е, ₁₀²⁰Е, ₁₉⁴⁰Е? ( ₁₀²¹Е, ₂₉⁶⁵Е, ₃₀⁶⁸Е).

3.      Чим подібні і чим відрізняються ізотопи Ферум-54 і Ферум-56? (Бром-79 і Бром-81)

4.      До якого хімічного елемента найбільш подібний елемент з протонним числом 32? (33)

ІІІ. Повідомлення теми, мети, завдань і цілей уроку. Мотивація навчальної діяльності.

Згадаємо, як Резерфорд дійшов висновку про планетарну модель атома (відповідь учня). Пам’ятаємо, що електрон надзвичайно малий. Тому властивості такої малесенької частинки відрізняються від властивостей звичайних тіл, які ми бачимо. Наша мета – з’ясувати, які це такі особливі властивості притаманні електрону, як він рухається навколо ядра; чи всі електрони рухаються на однаковій відстані біля ядра і однаковою траєкторією?

Розповідь вчителя.

У 1933 році видатний французький фізик Луї де Бройль встановив, що електрон одночасно виявляє властивості і частинки, і хвилі, тобто має двоїсту природу. Як частинка, він має певну масу і заряд. Але як хвиля, він відрізняється від частинки тим, що його положення не можна в конкретний момент часу точно визначити. Тому для електрона неможливо одночасно визначити швидкість руху та напрямок. Якщо ми знаємо, в якому напрямку рухається електрон, то не можна визначити його швидкість, і навпаки. Тому неможливо визначити, якою траєкторією рухається електрон. Цей принцип називається принципом невизначеності Гейзенберга.  Тому планетарна модель Резерфорда не зовсім відповідає дійсності, адже таке поняття, як траєкторія, до електрона застосувати не можна. Ми можемо говорити тільки те, що в певній точці простору є певна ймовірність перебування електрона.

Поняття про орбіталі.

Спробуємо відповісти на запитання: де під час футбольного матчу найбільш імовірно знаходиться воротар? Найбільша імовірність його знаходження поблизу своїх воріт, а дуже мала ймовірність, що він посередині поля, і взагалі не ймовірно, щоб він був у воротах суперника чи на трибуні.

Так і електрон в атомі – він не перебуває в одній конкретній точці, а утворює під час руху електронну хмару, густина якої показує, в яких місцях він буває частіше, а в яких рідше.

Атомна орбіталь – це та частина електронної хмари, в якій електрон перебуває найбільше часу; це та частина простору, де ймовірність перебування електрона вище 90%.

Різновиди електронних орбіталей.

Якщо атом містить багато електронів, то, звичайно, всі вони не можуть знаходитися на одній орбіталі. Вони перебувають на різних орбіталях і на різній відстані від ядра. Виділяють чотири типи орбіталей: s, p, d i f.

Звичайно, побачити орбіталь (яка, фактично, являє собою простір) чи електрон, який рухається, неможливо. Як же встановили форми орбіталей? Про форму орбіталей можна довідатися завдяки методам математичного моделювання, про яке ми будемо говорити пізніше на уроках інформатики. Німецький вчений Шредінберг встановив рівняння, яке описує рух електрона в атомі і це дозволило обчислити ймовірність перебування електрона в певному місці простору, а, отже, і форму орбіталі.

Енергетичні рівні і підрівні.

Електрони розміщуються на різних відстанях від ядра, формуючи енергетичні рівні. Перший енергетичний рівень є найнижчим і найближчим до ядра. Електрони, що на ньому перебувають, мають найнижчу енергію. Чим вище розташований енергетичний рівень, тим далі від ядра він перебуває і тим більшу енергію повинні мати електрони. Рівні розщеплюються на підрівні і нумеруються з найближчого до ядра. Енергетичні підрівні позначаються так само, як і орбіталі. На кожній орбіталі може бути по 2 електрони, які рухаються в протилежних напрямках (мають протилежні спіни).

Рівень відповідає номеру періоду	Число орбіталей на рівні	Типи орбіталей на рівні	Максимальна кількість електронів на рівні
n	n2		2n2
1	1	s □	2
2	4	s □p□□□	8
3	9	s □p□□□d□□□□□	18
4	16	s □p□□□ d□□□□□f□□□□□□□	32

- перший енергетичний рівень складається з одного s-підрівня, утвореного однією   s-орбіталлю;

 - другий рівень складається з двох підрівнів (s i p), утворених однією s-орбіталлю і трьома p-орбіталями (всього чотири);

 - третій рівень складається з трьох підрівнів (s, p, i d), утворених однією s-орбіталлю, трьома р-орбіталями і п’ятьма d-орбіталями (всього дев’ять);

- четвертий енергетичний рівень складається з чотирьох підрівнів (s, p,  d, f), утворених однією s-орбіталлю, трьома р-орбіталями , п’ятьма d-орбіталями і сімома  орбіталями(всього шістнадцять).

Графічно орбіталь прийнято позначати квадратиком. Отже, орбіталі перших чотирьох енергетичних рівнів будуть виглядати так.

IV. Закріплення знань.

-          Зобразити графічно структуру s i p орбіталей першого і другого енергетичного рівнів. Чим відрізняються s орбіталі першого енергетичного рівня від s орбіталей другого енергетичного рівня?

-          Що таке електронна хмара? Атомна орбіталь?

-          У чому полягає двоїста природа електрона?
V. Домашнє завдання.

1. Вивчити §11-12 (підручник О.В.Григорович)

2. Відповісти на пит.1(ст.61)

3. Виконати завдання№1 (ст.61)

VІ. Підведення підсумків уроку.

-1. Електрон одночасно виявляє властивості ___________ і ___________.

-2. Частина простору, де перебування електрона найбільш імовірне, називається ________.

-3. Існують такі типи орбіталей: ____________________.

-4. Перший енергетичний рівень має __________ енергію і знаходиться _______ до ядра.

-5. Рівні розщеплюються на _____________.

            Перший рівень має _______ підрівень.

            Другий рівень має ________ підрівні.

            Третій рівень має _________ підрівні.

            Четвертий рівень має _______ підрівні.

-6. На кожній орбіталі може бути по _____ електрони.