Строение атомов химических элементов

Сегодня я предлагаю вам  одно путешествие. 

Путешествие в микромир – мир малых объектов.

Песчинка является одним из мельчайших объектов из тех, которые мы все еще видим невооруженным глазом. 0.1 мм — размер песчинки. 100 песчинок, поставленных в ряд, уместятся на ногте человеческого пальца. 10 тысяч песчинок – и вот перед нами уже метр. А если расположить их «бок о бок» вдоль земного экватора, то нам понадобится 400 миллиардов штук. Всего-то. Отдаете ли вы себе отчет, что все эти песчинки можно собрать в один большой, но совсем даже не громадный, мешок, и весить он будет всего лишь около тонны?

Что еще у нас есть такого, что едва можно рассмотреть? Человеческий волос. Волосы у людей бывают разными, но в среднем их толщина равна 50-70 микронам, то есть их 15-20 штук на миллиметр. Для того чтобы выложить ими расстояние до Луны, потребуется 8 триллионов волос (если складывать их не по длине, а по ширине, конечно). Поскольку на голове у одного человека их около 100 тысяч, то если собрать волосы у всего населения России, до Луны хватит с лихвой и даже еще останется.

Двигаемся дальше — в мир уже невидимых невооруженным глазом объектов. Бактерии. Их размер может различаться в 10 раз — от 0.5 до 5 микрон. 

 Таким образом, в толщине человеческого волоса их поместится до 100, а в сантиметре — до 20 тысяч штук. Если увеличить среднюю бактерию до такого размера, что она удобно ляжет нам в ладонь (в 100 тысяч раз), толщина волоса станет равной 5 метрам. 

Вирусы.  Размеры вирусов различаются еще больше, чем бактерий, — чуть ли не в 100 тысяч раз. Средняя длина наиболее распространенных разновидностей — 100 нанометров или 10-7 степени метра. Если мы снова выполним операцию приближения таким образом, чтобы вирус стал размером с ладонь, то длина бактерии будет 1 метр, а толщина волоса — 50 метров.

Молекулы, как известно, состоят из атомов, и их размеры вполне сопоставимы. Поражающий всякое (здоровое) воображение факт состоит в том, что мельчайшая, едва различимая крупинка соли состоит из 1 квинтиллиона атомов. И я имею в виду не крупную соль с большими, хорошо различимыми гранулами, а мелкую, — ту, которая в солонках. При случае, попробуйте выделить из них одну, рассмотрите на свет и скажите про себя: «кви-нти-лли-он» (между прочим, это 1  000000000000000000). Давайте обратимся к нашему стандартному масштабу и приблизим атом водорода так, чтобы он удобно лег в руку. Вирусы тогда будут 300-метрового размера, бактерии 3-километрового, а толщина волоса станет равна 150 километрам, и даже в лежащем состоянии он выйдет за границы атмосферы (а в длину может достать и до Луны).

Возвращаемся к вирусам. Если мы снова возьмем для сравнения толщину человеческого волоса, то их там поместится около 500 штук среднего размера. Когда в следующий раз будете рассматривать найденный в супе волос, представьте, как вокруг него идет хоровод из 1.5 тысяч вирусов. А вдоль окружности земного шара можно плотно разместить 400 триллионов вирусов. Много. Такое расстояние в километрах свет проходит за 40 лет. Но если собрать их всех вместе, то они легко поместятся на кончике пальца. Всего-то.

Давайте еще для сравнения возьмем молекулу воды.  В стакане воды таких молекул  10 септиллионов (10 000000000000000000000000) — примерно столько миллиметров от нас до Галактики Андромеды. А в кубическом сантиметре воздуха молекул 30 квинтиллионов (в основном, азота и кислорода).

Тема урока: Строение атома.

Цель урока: 

На этом уроке вы узнаете, как устроена электронная оболочка атома, и сможете объяснить явление периодичности. Познакомитесь с моделями строения электронных оболочек атомов, с помощью которых можно предсказать и объяснить свойства химических элементов и их соединений.

1. Запишите в тетрадь тему урока.

2. Прочитайте §  52 в учебнике и изучите материал этого урока на сайте. Просмотрите видео ролик.

Модели атомов.

                                                                                                                    Древнегреческий философ Демокрит.

На протяжении долго времени ученые стремились познать природу атома. На раннем этапе большой вклад внес древнегреческий философ Демокрит. Хотя сейчас его теория и кажется нам банальной и слишком простой, в тот период, когда представления об элементарных частицах только начинало зарождаться, его теория о кусочках материи воспринималась совершенно серьезно. Демокрит считал, что свойства любого вещества зависят от формы, массы и других характеристик атомов. Так, например, у огня, полагал он, острые атомы – поэтому огонь обжигает; у воды атомы гладкие, поэтому она способна течь; у твердых предметов, по его представлению, атомы были шереховатые.    Демокрит считал, что из атомов состоит абсолютно все, даже душа человека.

Модель атома Томсона.

В 1904 году первую модель строения атома придумал английский физик Джозеф Джон Томсон (удостоенный Нобелевской премии за открытие электрона). В конечном счёте она оказалась неверной, но сыграла важную роль, будучи стимулом последующих экспериментальных исследований Резерфорда. Физики называли модель Томсона «пудинг с изюмом».Основные положения теории сводились к тому, что атом представлялся положительно заряженным телом, внутри которого находились электроны с отрицательным зарядом. Позже эта теория была опровергнута Э. Резерфордом.

 Модель атома  Нагаока.

Также в 1904 году японским физиком Х. Нагаока была предложена ранняя планетарная модель атома по аналогии с планетой Сатурн. Электроны по этой теории объединены в кольца и вращаются вокруг положительно заряженного ядра. Эта теория оказалась ошибочной.

 Планетарная модель Бора-Резерфорда.

В 1911 году Э. Резерфорд, проделав ряд опытов, сделал выводы, что атом по своему строению похож на планетную систему. Ведь электроны, словно планеты, движутся по орбитам вокруг тяжелого положительно заряженного ядра. Однако это описание противоречило классической электродинамике. Тогда датский физик Нильс Бор в 1913 году ввел постулаты, суть которых заключалась в том, что электрон, находясь в некоторых специальных состояниях, не излучает энергию. Таким образом, постулаты бора показали, что для атомов классическая механика неприменима. Планетарная модель, описанная Резерфордом и дополненная Бором, получила название – планетарная модель Бора-Резерфорда.

Современная модель строения атома (волновая модель)

Атом состоит из положительно заряженного ядра, окружённого отрицательно заряженной электронной оболочкой. Атом — электронейтрален, то есть количество положительно заряженных частиц в нем равно количеству отрицательно заряженных частиц.

Долгое время считалось, что протоны и нейтроны являются элементарными (то есть неделимыми) частицами. Но на сегодняшний момент признано, что они имеют сложное строение и состоят из кварков. Электрон же до сих пор считается элементарной частицей. Положительно и нейтрально заряженные частицы (протоны и нейтроны, соответственно) сосредоточены в ядре, чья масса составляет около 99,97% от массы атома. Радиус атома, как правило, составляет несколько ангстрем (

 м), радиус ядра в 10 000 раз меньше радиуса атома.

Ядро - самая тяжелая и самая маленькая часть атома.

Если Вы хорошо изучили эту часть урока,ответьте на 5 вопросов теста.

                                                                                                      Изучите схему, перепишите её в рабочую тетрадь.

Итак, подведем выводы, на которые ученым понадобилось более сотни лет опытов, исследований, научных дискуссий и даже трагедий. 

• Форма атома — сфера. 

• Ядро и электронная оболочка — составные структуры атома. 

• По электронной оболочке движутся электроны с отрицательным зарядом. 

• Масса ядра составляет основную часть массы атома, т.к. протон весит примерно в 2000 раз больше электрона. 

• Радиус атома приблизительно в 100000 раз больше чем радиус ядра. 

• Атомное ядро состоит из нуклонов: протонов (p+) и нейтронов (n0), которые состоят из кварков. 

• Количество протонов N(p+) равно заряду ядра (Z) и порядковому номеру элемента в периодической системе элементов, т.е. N(p+) = Z 

• Количество электронов в нейтральном атоме равно количеству протонов в его ядре. 

• Массовое число представляет собой сумму протонов Z и нейтронов N и обозначается литерой А. 

• Если атом приобретает лишние электроны или теряет свои, то его заряд изменяется и он превращается в ион с положительным или отрицательным зарядом.

 В   ПСХЭ, каждое обозначение (порядковый номер элемента, номер периода, номер группы, высшие формулы оксидов, формулы ЛВС) связано со строением атома:

Заполните пропуски в тексте...

Конструктор  атомов, поможет вам в изучении темы "Строение атома"

В этом приложении вы можете:

 Собирать атомы различных химических элементов из протонов, нейтронов и электронов и проверять существует ли собранный вами атом в реальности.

Если Вы хорошо изучили эту часть урока,ответьте на 5 вопросов теста.