Методическая разработка для студентов по теме " Периодический закон Д.И. Менделеева"

ГБПОУ «Российский колледж традиционной культуры»

Методическая разработка

теоретическое занятие

По дисциплине: «Химия»

Раздел: Основы теоретической химии

Тема: «Периодический закон и периодическая система химических элементов

 Д.И. Менделеева»

Специальность  «Повар- кондитер» 1/2011-260807 1 курс

(базовый уровень среднего профессионального образования)

Рассмотрена на заседании Методического совета

Протокол № ____ от «____» _________2015 г

Председатель___________________________

Автор – составитель: преподаватель дисциплины «Химия» Бабарина Галина Александровна.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Пояснительная записка………………………………………………………………..4
2. Учебно-методический план  занятия………………………………………………5-6
3. Технологическая карта занятия ……………………………………………………7-8
4. Приложение №1…………………………………………………………………….…9
5. Приложение №2…………………………………………………………………..10-12
6. Приложение №3 ………………………………………………………………….13-14

Пояснительная записка

к методической разработке дисциплины «Химия» по теме «Периодический закон и периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева»

.

    Методическое пособие разработано для преподавателя с целью формирования знаний по теме: «Периодический закон и периодическая система химических элементов

 Д.И. Менделеева»

.  Целью данного занятия является изучение новой темы. Задачей занятия является формирование новых знаний.  

     Методическая разработка составлена в соответствии с Государственным требованиям к минимуму содержания и уровню подготовки студента, для использования на теоретическом  занятии  в рамках специальности 060501 «Сестринское дело» базовый уровень подготовки.

  В  соответствии   с   Государственным     образовательным    стандартом  после   изучения   данной  темы студент должен: 

знать/понимать

• роль химии в естествознании, ее связь с другими естественными науками, значение в жизни современного общества;

важнейшие химические понятия:  химический элемент, атом, молекула, масса атомов и молекул, атомные s-, p-, d-орбитали, гибридизация орбиталей

основные теории химии: строения атома

        уметь

определять: валентность  химических элементов

проводить расчеты по химическим формулам

характеризовать: s- , p- и d-элементы по их положению в периодической системе Д.И.Менделеева;

      использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни для:

• понимания глобальных проблем, стоящих перед человечеством: экологических, энергетических и сырьевых;
• объяснения химических явлений, происходящих в природе, быту и на производстве

Методическая разработка состоит из «Пояснительной записки», «Учебно-методического плана», «Технологической карты занятия», «Вопросов для входного контроля», (приложение №1), «Содержания теоретического занятия» (приложение №2), «Тестовых заданий для закрепления  пройденного материала» (приложение№3).

УЧЕБНО – МЕТОДИЧЕСКИЙ ПЛАН ЗАНЯТИЯ

Тема занятия «Периодический закон и периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева»

Вид занятия комбинированный

Место проведения  кабинет

Продолжительность проведения занятия 90 минут

Мотивация темы: Данная тема является основой для дальнейшего усвоения учебного  

                                  материала.

Цели занятия:

1. Образовательная: После изучения темы студент должен знать:

знать/понимать

важнейшие химические понятия: химический элемент, атом, молекула, масса атомов и молекул, ион, радикал нуклиды и изотопы, атомные s-, p-, d-орбитали, валентность, гибридизация орбиталей, пространственное строение молекул

основные теории химии: строения атома

        уметь

определять: валентность и степень окисления химических элементов, заряд иона

проводить расчеты по химическим формулам

      использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни для:

• понимания глобальных проблем, стоящих перед человечеством: экологических, энергетических и сырьевых;
• объяснения химических явлений, происходящих в природе, быту и на производстве

2. Воспитательная: Формирование сознательного отношения к процессу обучения.

3. Развивающая:  Развитие интереса к учебному предмету, содействие активизации мышления обучающихся. Развить познавательную деятельность обучающихся, по овладению программным учебным материалом, по дисциплине  «Химия».

Требования ГОС к уровню подготовки студента: студент должен знать

знать/понимать

важнейшие химические понятия: химический элемент, атом, молекула, масса атомов и молекул, ион, радикал нуклиды и изотопы, атомные s-, p-, d-орбитали, валентность, гибридизация орбиталей, пространственное строение молекул

основные теории химии: строения атома

        уметь

определять: валентность и степень окисления химических элементов, заряд иона

проводить расчеты по химическим формулам

      использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни для:

• понимания глобальных проблем, стоящих перед человечеством: экологических, энергетических и сырьевых;
• объяснения химических явлений, происходящих в природе, быту и на производстве

Междисциплинарная интеграция:

Внутридисциплинарная интеграция:

Методическое обеспечение занятия: Вопросы для входного контроля, содержание учебного материала, тестовые задания для закрепления материала.

Оборудование. Портрет Д.И.Менделеева; плакат с высказыванием Менделеева: «Периодическому закону будущее не грозит разрушением, а только надстройки и развитие обещает»; трафареты для проведения теста; кроссворд (на плакате); газетные материалы, посвященные Менделееву.

Средства обучения: презентация по теме урока , карточки задания для студентов.

Домашнее задание: конспект лекции, п 1-2, вопросы,  учебник О.С.Габриеляна «Химия» 11 класс, Москва, Дрофа – 2010 г.

Задания для внеаудиторной работы студентов:

составление конспекта

Перечень литературы:

Основная:  О.С.Габриелян «Химия» 11 класс, Москва, Дрофа – 2010 г.

Дополнительная:

Балезин С.А., Бесков С.Д. Выдающиеся русские ученые-химики. М.: Просвещение, 1972, 222 с.;

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА ЗАНЯТИЯ

Приложение №1

Вопросы

1. Что вы знаете о строении атома?
2. Какие частицы входят в состав атома?
3. Назовите имена ученых, которые занимались изучением строения атома?
4. Что представляют собой орбитали атомов?
5. Назовите известные вам орбитали атомов?
6. Какое количество атомов находится на различных орбиталях?
7. Назовите алгоритм заполнения орбиталей атомов?
8. В каком году и кем был открыт ПЗ?
9. Сформулируйте ПЗ?
10. Назовите значение открытия ПЗ?

                                                                                                                                  Приложение 2

Содержание теоретического материала

   Периодическая система химических элементов — естественная классификация химических элементов, которая является графическим (табличным) выражением периодического закона химических элементов. Структура ее, во многом сходная с современной, разработана Д. И. Менделеевым на основе периодического закона в 1869-1871 гг.

Прообразом периодической системы был «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве», составленный Д.И. Менделеевым 1 марта 1869 г. На протяжении двух лет ученый непрерывно совершенствовал «Опыт системы», ввел представление о группах, рядах и периодах элементов. В результате структура периодической системы приобрела во многом современные очертания ( Но к сожалению до сих пор, никто из ученых не нашел ответа на вопрос: почему периодическая система Менделеева устроена именно так. Почему первый период состоит именно из двух элементов, а последую щие два именно из 8. Задайте своему учителю химии эти вопросы (а пройдя по ссылке, вы найдете и другие интересные воопросы для учителей). Мы же, внизу страницы дадим объяснения.

  Важным для ее эволюции стало понятие о месте элемента в системе, определяемом номерами группы и периода. Опираясь на это понятие, Менделеев пришел к выводу, что необходимо изменить атомные массы некоторых химических элементов: урана, индия, церия и его спутников. Это было первое практическое применение периодической системы. Менделеев также впервые предсказал существование нескольких неизвестных элементов. Ученый описал важнейшие свойства экаалюминия (будущего галлия), экабора (скандия) и экасилиция (германия). Кроме того, он предсказал существование аналогов марганца (будущих технеция и рения), теллура (полония), йода (астата), цезия (франция), бария (радия), тантала (протактиния). Прогнозы ученого в отношении данных элементов носили общий характер, поскольку эти элементы располагались в малоизученных областях периодической системы.

  Первые варианты периодической системы химических элементов во многом представляли лишь эмпирическое обобщение. Ведь был неясен физический смысл периодического закона, отсутствовало объяснение причин периодического изменения свойств элементов в зависимости от возрастания атомных масс. В связи с этим оставались нерешенными многие проблемы. Есть ли границы периодической системы? Можно ли определить точное количество существующих элементов? Оставалась неясной структура шестого периода — каково точное количество редкоземельных элементов. Было неизвестно, существуют ли еще элементы между водородом и литием, какова структура первого периода. Поэтому вплоть до физического обоснования периодического закона и разработки теории периодической системы перед ней не раз возникали серьезные трудности. Неожиданным было открытие в 1894 — 1898 гг. плеяды инертных газов, которым, казалось, не находилось места в периодической системе. Эта трудность была устранена благодаря идее включить в структуру периодической системы самостоятельную нулевую группу. Массовое открытие радиоэлементов на стыке XIX и ХХ вв. (к 1910 г. их число составляло около 40) привело к резкому противоречию между необходимостью их размещения в периодической системе и ее сложившейся структурой. Для них было только 7 вакантных мест в шестом и седьмом периодах. Эта проблема была решена в результате установления правил сдвига и открытия изотопов.

Одна из главных причин невозможности объяснить физический смысл периодического закона и структуру периодической системы состояла в том, что было неизвестно, как построен атом (см. Атом). Важнейшей вехой на пути развития периодической системы явилось создание атомной модели Э. Резерфордом (1911). На ее основе голландский ученый А. Ван ден Брук (1913) высказал предположение, что порядковый номер элемента в периодической системе численно равен заряду ядра его атома (Z). Это экспериментально подтвердил английский ученый Г. Мозли (1913). Периодический закон получил физическое обоснование: периодичность изменения свойств элементов стала рассматриваться в зависимости от Z-заряда ядра атома элемента, а не от атомной массы.

В результате структура периодической системы Менделеева значительно упрочилась. Была определена нижняя граница системы. Это водород - элемент с минимальным Z = 1. Стало возможным точно оценить количество элементов между водородом и ураном. Были определены «пробелы» в периодической системе, соответствующие неизвестным элементам с Z = 43, 61, 72, 75, 85, 87. Однако оставались неясными вопросы о точном количестве редкоземельных элементов и, что особенно важно, не были вскрыты причины периодичности изменения свойств элементов в зависимости от Z.

Опираясь на сложившуюся структуру периодической системы и результаты изучения атомных спектров, датский ученый Н. Бор в 1918 — 1921 гг. развил представления о последовательности построения электронных оболочек и подоболочек в атомах. Ученый пришел к выводу, что сходные типы электронных конфигураций атомов периодически повторяются. Таким образом, было показано, что периодичность изменения свойств химических элементов объясняется существованием периодичности в построении электронных оболочек и подоболочек атомов.

  В настоящее время периодическая система охватывает 117 элементов. Из них все трансурановые элементы (Z' = 93 — 117), а также элементы с Z = 43 (технеций), 61 (прометий), 85 (астат), 87 (франций) получены искусственно. За всю историю существования периодической системы было предложено большое количество (> 500) вариантов ее графического изображения, преимущественно в виде таблиц, а также в виде различных геометрических фигур (пространственных и плоскостных), аналитических кривых (спиралей и пр.) и т.д. Наибольшее распространение получили короткая, длинная и лестничная формы таблиц Менделеева. 

В настоящее время предпочтение отдается короткой.

Фундаментальным принципом построения периодической системы является ее подразделение на группы и периоды. Менделеевское понятие рядов элементов ныне не употребляется, поскольку лишено физического смысла. Группы, в свою очередь, подразделяются на главную (а) и побочную (b) подгруппы. В каждой подгруппе содержатся элементы — химические аналоги. Элементы а- и b-подгрупп в большинстве групп также обнаруживают между собой определенное сходство, главным образом в высших степенях окисления, которые, как правило, равны номеру группы.

Периодом называется совокупность элементов, которая начинается щелочным металлом и заканчивается инертным газом (особый случай — первый период). Каждый период содержит строго определенное количество элементов. Периодическая система состоит из восьми групп и семи периодов, причем седьмой пока не завершен.

Особенность первого периода заключается в том, что он содержит всего 2 элемента: водород и гелий. Место водорода в системе неоднозначно. Поскольку он проявляет свойства, общие со щелочными металлами и с галогенами, то его помещают либо в I А-, либо в VII А-подгруппу, причем последний вариант употребляется чаще. Гелий-первый представитель VIII А-подгруппы. Долгое время гелий и все инертные газы выделяли в самостоятельную нулевую группу. Это положение потребовало пересмотра после синтеза химических соединений криптона, ксенона и радона. В результате инертные газы и элементы бывшей VIII группы (железо, кобальт, никель и платиновые металлы) были объединены в рамках одной группы. Этот вариант не безупречен, так как инертность гелия и неона не вызывает сомнений.

Второй период содержит 8 элементов. Он начинается щелочным металлом литием, единственная степень окисления которого + 1. Далее следует бериллий (металл, степень окисления + 2). Бор проявляет уже слабо выраженный металлический характер и является неметаллом (степень окисления + 3). Следующий за бором углерод — типичный неметалл, который проявляет степень окисления как +4, так и — 4. Азот, кислород, фтор и неон — все неметаллы, причем у азота высшая степень окисления + 5 соответствует номеру группы; для фтора известна степень окисления + 7. Инертный газ неон завершает период.

   Третий период (натрий — аргон) также содержит 8 элементов. Характер изменения их свойств во многом аналогичен тому, который наблюдался для элементов второго периода. Но здесь есть и своя специфика. Так, магний в отличие от бериллия более металличен, так же как и алюминий по сравнению с бором. Кремний, фосфор, сера, хлор, аргон — все это типичные неметаллы. И все они, кроме аргона, проявляют высшие степени окисления, равные номеру группы.

Как видим, в обоих периодах по мере увеличения Z наблюдается ослабление металлических и усиление неметаллических свойств элементов. Д. И. Менделеев называл элементы второго и третьего периодов (по его словам, малых) типическими. Элементы малых периодов принадлежат к числу самых распространенных в природе. Углерод, азот и кислород (наряду с водородом) — органогены, т.е. основные элементы органической материи.

Все элементы первого — третьего периодов размещаются в А-подгруппах.

   Четвертый период (калий — криптон) содержит 18 элементов. По Менделееву, это первый большой период. После щелочного металла калия и щелочноземельного металла кальция следует ряд элементов, состоящий из 10 так называемых переходных металлов (скандий — цинк). Все они входят в b-подгруппы. Большинство переходных металлов проявляют высшие степени окисления, равные номеру группы, кроме железа, кобальта и никеля. Элементы, начиная с галлия и кончая криптоном, принадлежат к А-подгруппам. Криптон в отличие от предшествующих инертных газов может образовывать химические соединения.

   Пятый период (рубидий — ксенон) по своему построению аналогичен четвертому. В нем также содержится вставка из 10 переходных металлов (иттрий — кадмий). У элементов этого периода есть свои особенности. В триаде рутений — родий — палладий для рутения известны соединения, где он проявляет степень окисления +8. Все элементы А-подгрупп проявляют высшие степени окисления, равные номеру группы, исключая ксенон. Можно заметить, что особенности изменения свойств у элементов четвертого и пятого периодов по мере роста Z имеют по сравнению со вторым и третьим периодами более сложный характер. 

   Шестой период (цезий — радон) включает 32 элемента. В этом периоде кроме 10 переходных металлов (лантан, гафний — ртуть) содержится еще и совокупность из 14 лантаноидов — от церия до лютеция. Элементы от церия до лютеция химически очень похожи, и на этом основании их давно включают в семейство редкоземельных элементов. В короткой форме периодической системы ряд лантан видов включают в клетку лантана и расшифровку этого ряда дают внизу таблицы.

В чем состоит специфика элементов шестого периода? В триаде осмий — иридий — платина для осмия известна степень окисления +8. Астат имеет достаточно выраженный металлический характер. Радон, по всей вероятности, обладает наибольшей реакционной способностью из всех инертных газов. К сожалению, из-за того, что он сильно радиоактивен, его химия мало изучена).

Седьмой период начинается с франция. Подобно шестому, он также должен содержать 32 элемента, но из них пока известен 21. Фракций и радий соответственно являются элементами I а- и I I а-подгрупп, актиний принадлежит к III b-подгруппе. Дальнейшее построение седьмого периода спорно. Наиболее распространено представление о семействе актиноидов, которое включает элементы от тория до лоуренсия и аналогично лантаноидам. Расшифровка этого ряда элементов также дается внизу таблицы.

Как изменяются свойства химических элементов в подгруппах периодической системы Менделеева

  Основная закономерность этого изменения заключается в усилении металлического характера элементов по мере роста Z. Особенно отчетливо эта закономерность проявляется в IIIа—VIIa-подгруппах. Для металлов I А—III А-подгрупп наблюдается рост химической активности. У элементов IVА — VIIА-подгрупп по мере увеличения Z наблюдается ослабление химической активности элементов. У элементов b-подгрупп изменение химической активности более сложно.

Теория периодической системы  была разработана Н. Бором и другими учеными в 20-х гг. ХХ в. и основана на реальной схеме формирования электронных конфигураций атомов. Согласно этой теории, по мере роста Z заполнение электронных оболочек и подоболочек в атомах элементов, входящих в периоды периодической системы, происходит в следующей последовательности:

Номера периодов
1 2 3 4 5 6 7
1s 2s2p 3s3p 4s3d4p 5s4d5p 6s4f5d6p 7s5f6d7p

На основании теории периодической системы можно дать следующее определение периода: период есть совокупность элементов, начинающаяся элементом со значением n. равным номеру периода, и l=0 (s-элементы) и заканчивающаяся элементом с тем же значением n и l = 1 (р-элементы) (см. Атом). Исключение составляет первый период, содержащий только 1s-элементы. Из теории периодической системы следуют и числа элементов в периодах: 2, 8, 8. 18, 18, 32...

На рисунке символы элементов каждого типа (s-, р-, d- и f-элементы) изображены на определенном цветовом фоне: s-элементы — на красном, р-элементы — на оранжевом, d-элементы — на синем, f-элементы — на зеленом. В каждой клетке приведены порядковые номера и атомные массы элементов, а также электронные конфигурации внешних электронных оболочек, которые в основном и определяют химические свойства элементов.

Из теории периодической системы следует, что к а-подгруппам принадлежат элементы с и, равным номеру периода, и l=0 и 1. К b-подгруппам относятся те элементы, в атомах которых происходит достройка оболочек, ранее остававшихся незавершенными. Именно поэтому первый, второй и третий периоды не содержат элементов b-подгрупп.

   Структура периодической системы химических элементов тесно связана со строением атомов химических элементов. По мере роста Z периодически повторяются сходные типы конфигурации внешних электронных оболочек. А именно они определяют основные особенности химического поведения элементов. Эти особенности по-разному проявляются для элементов A-подгрупп (s- и р-элементы), для элементов b-подгрупп (переходные d-элементы) и элементов f-семейств — лантаноидов и актиноидов. Особый случай представляют элементы первого периода — водород и гелий. Для водорода характерна высокая химическая активность, потому что его единственный b-электрон легко отщепляется. В то же время конфигурация гелия (1st) весьма устойчива, что обусловливает его полную химическую бездеятельность. 

   У элементов А-подгрупп происходит заполнение внешних электронных оболочек (с n, равным номеру периода); поэтому свойства этих элементов заметно изменяются по мере роста Z. Так, во втором периоде литий (конфигурация 2s) — активный металл, легко теряющий единственный валентный электрон; бериллий (2s~) — также металл, но менее активный вследствие того, что его внешние электроны более прочно связаны с ядром. Далее, бор (2з'р) имеет слабо выраженный металлический характер, а все последующие элементы второго периода, у которых происходит построение 2р-подоболочки, являются уже неметаллами. Восьмиэлектронная конфигурация внешней электронной оболочки неона (2s~р~) — инертного газа — очень прочна.

  Химические свойства элементов второго периода объясняются стремлением их атомов приобрести электронную конфигурацию ближайшего инертного газа (конфигурацию гелия — для элементов от лития до углерода или конфигурацию неона — для элементов от углерода до фтора). Вот почему, например, кислород не может проявлять высшей степени окисления, равной номеру группы: ведь ему легче достичь конфигурации неона путем приобретения дополнительных электронов. Такой же характер изменения свойств проявляется у элементов третьего периода и у s- и р-элементов всех последующих периодов. В то же время ослабление прочности связи внешних электронов с ядром в А-подгруппах по мере роста Z проявляется в свойствах соответствующих элементов. Так, для s-элементов отмечается заметный рост химической активности по мере роста Z, а для р-элементов — нарастание металлических свойств.

   В атомах переходных d-элементов достраиваются не завершенные ранее оболочки со значением главного квантового числа и, на единицу меньшим номера периода. За отдельными исключениями, конфигурация внешних электронных оболочек атомов переходных элементов — ns . Поэтому все d-элементы являются металлами, и именно поэтому изменения свойств 1-элементов по мере роста Z не так резки, как мы это видели у s и р-элементов. В высших степенях окисления d-элементы проявляют определенное сходство с р-элементами соответствующих групп периодической системы.

Особенности свойств элементов триад (VIII b-подгруппа) объясняются тем, что d-подоболочки близки к завершению. Вот почему железо, кобальт, никель и платиновые металлы, как правило, не склонны давать соединения высших степеней окисления. Исключение составляют лишь рутений и осмий, дающие оксиды RuO4 и OsO4. У элементов I- и II B-подгрупп d-подоболочка фактически оказывается завершенной. Поэтому они проявляют степени окисления, равные номеру группы.

В атомах лантаноидов и актиноидов (все они металлы) происходит достройка ранее не завершенных электронных оболочек со значением главного квантового числа и на две единицы меньше номера периода. В атомах этих элементов конфигурация внешней электронной оболочки (ns2) сохраняется неизменной. В то же время f-электроны фактически не оказывают влияния на химические свойства. Вот почему лантаноиды так сходны.

 У актиноидов дело обстоит гораздо сложнее. В интервале зарядов ядер Z = 90 — 95 электроны бd и 5/ могут принимать участие в химических взаимодействиях. А отсюда следует, что актиноиды проявляют гораздо более широкий диапазон степеней окисления. Например, для нептуния, плутония и америция известны соединения, где эти элементы выступают в семи валентном состоянии. Только у элементов, начиная с кюрия (Z = = 96), становится устойчивым трехвалентное состояние. Таким образом, свойства актиноидов значительно отличаются от свойств лантаноидов, и оба семейства поэтому нельзя считать подобными.

Семейство актиноидов заканчивается элементом с Z = 103 (лоуренсий). Оценка химических свойств курчатовия (Z = 104) и нильсбория (Z = 105) показывает, что эти элементы должны быть аналогами соответственно гафния и тантала. Поэтому ученые полагают, что после семейства актиноидов в атомах начинается систематическое заполнение 6d-подоболочки.

Конечное число элементов, которое охватывает периодическая система, неизвестно. Проблема ее верхней границы — это, пожалуй, основная загадка периодической системы. Наиболее тяжелый элемент, который удалось обнаружить в природе,— это плутоний (Z = = 94). Достигнутый предел искусственного ядерного синтеза — элемент с порядковым номером 107. Остается открытым вопрос: удастся ли получить элементы с большими порядковыми номерами, какие и сколько? На него нельзя пока ответить сколь-либо определенно.

   С помощью сложнейших расчетов, выполненных на компьютере, ученые попытались определить строение атомов и оценить важнейшие свойства таких «сверхэлементов», вплоть до огромных порядковых номеров (Z = 172 и даже Z = = 184). Полученные результаты оказались весьма неожиданными. Например, в атоме элемента с Z = 121 предполагается появление 8р-электрона; это после того, как в атомах с Z = 119 и 120 завершилось формирование 8s-подоболочки. А ведь появление р-электронов вслед за s-электронами наблюдается только в атомах элементов второго и третьего периодов. Расчеты показывают также, что у элементов гипотетического восьмого периода заполнение электронных оболочек и подоболочек атомов происходит в очень сложной и своеобразной последовательности. Поэтому оценить свойства соответствующих элементов — проблема весьма сложная. Казалось бы, восьмой период должен содержать 50 элементов (Z = 119 — 168), но согласно расчетам, он должен завершаться у элемента с Z = 164, т.е. на 4 порядковых номера раньше. А «экзотический» девятый период, оказывается, должен состоять из 8 элементов. Вот его «электронная» запись: 9s'Зр 9р'. Иными словами, он содержал бы всего 8 элементов, как второй и третий периоды. 

Трудно сказать, насколько соответствовали бы истине расчеты, проделанные с помощью компьютера. Однако, если бы они были подтверждены, то пришлось бы серьезно пересмотреть закономерности, лежащие в основе периодической системы элементов и ее структуры.

    Периодическая система сыграла и продолжает играть огромную роль в развитии различных областей естествознания. Она явилась важнейшим достижением атомно-молекулярного учения, способствовала появлению современного понятия «химический элемент» и уточнению понятий о простых веществах и соединениях.

Закономерности, вскрытые периодической системой, оказали существенное влияние на разработку теории строения атомов, открытие изотопов, появление представлений о ядерной периодичности. С периодической системой связана строго научная постановка проблемы прогнозирования в химии. Это проявилось в предсказании существования и свойств неизвестных элементов и новых особенностей химического поведения элементов, уже открытых. Ныне периодическая система представляет фундамент химии, в первую очередь неорганической, существенно помогая решению задачи химического синтеза веществ с заранее заданными свойствами, разработке новых полупроводниковых материалов, подбору специфических катализаторов для различных химических процессов и т.д. И наконец, периодическая система лежит в основе преподавания химии.

Периодический закон Менделеева 

Периодический закон химических элементов — фундаментальный закон природы, отражающий периодическое изменение свойств химических элементов по мере увеличения зарядов ядер их атомов. Открыт 1 марта (17 февраля по ст. стилю) 1869 г. Д.И. Менделеевым. В этот день им была составлена таблица, названная «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве». Окончательная формулировка периодического закона была дана Менделеевым в июле 1871 г. Она гласила:«Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса».

Менделеевская формулировка периодического закона просуществовала в науке 40 с небольшим лет.

Дмитрий Иванович Менделеев (1834 - 1907)

   Русский ученый, открыл периодический закон химических элементов.

В 1955 г. американские физики во главе с Г. Сиборгом синтезировали химический элемент с порядковым номером 101. Они дали ему название менделевий — в знак признания заслуг великого русского ученого. Периодическая система Менделеева уже более 100 лет служит ключом к открытию новых элементов.

Периодический закон и периодическая система стали важнейшим вкладом Д. И. Менделеева в развитие естествознания. Но они составляют лишь часть огромного творческого наследия ученого. Полное собрание его сочинений —25 объемистых томов, настоящая энциклопедия знаний.

   Менделеев привел в систему разрозненные сведения об изоморфизме, и это сыграло роль в развитии геохимии. Он открыл критическую температуру кипения, выше которой вещество не может находиться в жидком состоянии, разработал гидратную теорию растворов и тем самым по праву считается выдающимся физико-химиком. Он провел глубокие исследования свойств разреженных газов, показав себя выдающимся физиком-экспериментатором. Менделеев предложил теорию неорганического происхождения нефти, до сих пор имеющую приверженцев; разработал процесс приготовления бездымного пороха; изучал воздухоплавание, метеорологию, совершенствовал технику измерений. Будучи управляющим Главной палаты мер и весов, много сделал для развития метрологии. За свои научные заслуги Менделеев был избран членом более 50 академий и научных обществ разных стран мира. В научной деятельности ученый видел, по его словам, свою «первую службу Родине».

   Вторая служба — педагогическая деятельность. Менделеев был автором учебника «Основы химии», который при его жизни выдержал 8 изданий и не раз переводился на иностранные языки. Менделеев преподавал во многих учебных заведениях Петербурга. «Из тысяч моих учеников много теперь повсюду видных деятелей, и, встречая их, всегда слышал, что доброе в них семя полагал, а не простую отбывал повинность»,— писал ученый на склоне лет.

   Многогранной и полезной была «третья служба Родине» — на ниве промышленности и сельского хозяйства. Здесь Менделеев проявил себя подлинным патриотом. заботившимся о развитии и будущем России. В своем имении Боблово он ставил «опыты по разведению хлебов». Детально изучал способы добычи нефти и дал много ценных рекомендаций по их усовершенствованию. Он постоянно вникал в насущные нужды промышленности, посещал фабрики и заводы, рудники и шахты. Авторитет Менделеева был настолько высок, что его постоянно приглашали экспертом для решения сложных экономических проблем. Незадолго до смерти он опубликовал книгу «К познанию России», в которой наметил обширную программу развития производительных сил страны.

«Посев научный взойдет для жатвы народной» - таков был девиз всей деятельности ученого. 

Менделеев был одним из культурнейших людей своего времени. Он глубоко интересовался литературой и искусством, собрал огромную коллекцию репродукций картин художников разных стран и народов. На его квартире часто происходили встречи выдающихся деятелей культуры.

                                                                                               Подготовительный период

В кабинете вывешиваются памятки, перечень вопросов, на которые следует обратить внимание.

Вопросы для подготовки к уроку по теме «Периодический закон и периодическая
система химических элементов Д.И.Менделеева в свете теории строения атома»

1. Д.И.Менделеев: жизнь и деятельность.
2. Периодический закон и периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева (ПСХЭ). Структуры периодической системы: большие и малые периоды, группы и подгруппы. Зависимость свойств элементов и образуемых ими соединений от положения элемента в периодической системе и строения атома.
3. В чем причина периодичности изменения свойств элементов?
4. Дайте определение понятиям «период», «группа», «подгруппа» с точки зрения строения атома.
5. Расположите элементы в порядке усиления неметаллических свойств: водород, фтор, сера, азот, хлор.
6. Определите положение элементов в периодической системе (период, группа, подгруппа) по электронным формулам:

а) 1s22s22p63s23p4; б) 1s22s22p1; в) 1s22s22p63s1; г) 1s22s2; д) 1s22s22p63s23p63d104s24p5.

7. Значение периодического закона и ПСХЭ Д.И.Менделеева.
Модель решения задания 6. В атоме элемента с электронной формулой три электронных слоя, значит, элемент находится в 3-м периоде. Последним в атоме заполняется s-подуровень, следовательно, это элемент главной подгруппы. На внешнем электронном слое атома находятся два электрона, поэтому это элемент II группы – магний Мg.

Темы рефератов

1. Великий закон сегодня.
2. Современное содержание периодического закона.
3. История открытия периодического закона.
4. Жизнь и деятельность Д.И.Менделеева.
5. Три службы Родине.
6. Значение периодического закона Д.И.Менделеева для науки и техники.
7. Научный подвиг Д.И.Менделеева.
8. История открытия какого-либо (по выбору) химического элемента.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Азимов А. Язык науки. Пер. с англ. И.Э.Лалаянца. М.: Мир, 1985;
Габриелян О.С. Химия. 8 класс. М.: Дрофа, 2000;
Гузей Л.С., Сорокин В.В., Суровцева Р.П. Химия. 8 класс. М.: Дрофа, 2000;
Книга для чтения по неорганической химии. Сост. В.А.Крицман. М.: Просвещение, 1984;

                                                                                                                       Памятки

При характеристике элемента рекомендуем придерживаться следующего плана:

1. Положение элемента в ПСХЭ Д.И.Менделеева и строение его атома.
2. Характер простого вещества – металл, неметалл или переходный металл.
3. Сравнение свойств заданного простого вещества со свойствами простых веществ, образованных соседними по подгруппе элементами.
4. Сравнение свойств заданного простого вещества со свойствами простых веществ, образованных соседними по периоду элементами.
5. Состав высшего оксида, его характер (основный, кислотный, амфотерный).
6. Состав высшего гидроксида, его характер (кислота, основание, амфотерный гидроксид).
7. Состав летучего водородного соединения (для неметаллов).

1. Дать характеристику элементу № 11.
2. Дать характеристику элементу № 16.
3. Дать характеристику элементу № 20.

Изменение некоторых характеристик элементов в малых периодах слева направо:

· заряд ядер атомов увеличивается;
· число электронных слоев атомов не изменяется;
· число электронов на внешнем слое атомов увеличивается от 1 до 8;
· радиус атомов уменьшается;
· прочность связи электронов внешнего слоя с ядром увеличивается;
· электроотрицательность элементов увеличивается;
· металличность элементов уменьшается;
· неметалличность элементов увеличивается.

Изменение некоторых характеристик элементов в главных подгруппах сверху вниз:

· число электронных слоев атомов увеличивается;
· число электронов на внешнем слое атомов одинаково;
· радиус атомов увеличивается;
· прочность связи электронов внешнего слоя с ядром уменьшается;
· электроотрицательность уменьшается;
· металличность элементов увеличивается;
· неметалличность элементов уменьшается.

Вопросы для обобщения знаний

1. Кто и когда закон открыл,
Создал природы алфавит?
2. Как звучит современная формулировка периодического закона?
3. В чем причина периодичности изменения свойств элементов?
4. Найдите электронную конфигурацию атома химического элемента 2-го периода, положение которого в ПСХЭ (номер группы) определено неправильно (запись электронных формул сделана заранее на плакате):

а) 1s22s2 – I гр.;
б) 1s22s22p3 – V гр.;
в) 1s22s22p4 – VI гр.;
г) 1s22s22p6 – VIII гр.

5. Что общего в строении атомов:

а) всех химических элементов;
б) элементов одной и той же группы главной подгруппы?

6. Что такое изотопы? В чем различие между ними?

7. По электронной формуле внешнего электронного слоя атома определите, какой это элемент; напишите его символ, формулу высшего оксида (запись электронных формул сделана заранее на плакате): …4s2; …2s22p1; …3s23p2.

Задания для работы у доски

Карточка 1. Напишите электронную формулу и постройте энергетическую диаграмму для следующих атомов: лития, азота, хлора. Какую валентность могут проявлять эти элементы в соединениях?
Карточка 2. Укажите знаком «» ослабление металлических свойств и усиление неметаллических в следующих пятерках элементов. Объясните, на каком основании расставлены знаки.

Карточка 3. У атомов каких элементов внешние электроны прочнее связаны с ядром:

а) хлора или брома;
б) фтора или йода;
в) кремния или фосфора?

Почему?

                                                            Тест «ПСХЭ Д.И.Менделеева»

Вопросы и задания  записываются  заранее на переносной доске. Каждый студент отвечает по своей карточке. Карточка – это чистый лист бумаги размером четверть листа школьной тетради. На этот лист  студент накладывает перфокарту, выбирает из предложенных ответов к каждому вопросу тот, который считает правильным, и ставит «галочку» в соответствующей прорези (рис. 1).

Для проверки  используются шаблоны ответов, изготовленные из полиэтиленовой пленки с правильно нанесенными знаками «». Шаблон накладывают на карточку студента и быстро проверяют его ответы. Быстрота проверки дает ребятам возможность тут же проанализировать свои ошибки.

                                                               Вопросы теста «ПСХЭ Д.И.Менделеева»

1. Определите схему распределения электронов по энергетическим уровням у атомов углерода (I вариант), азота (II вариант):

а) 2, 5;
б) 2, 4;
в) 2, 7;
г) 2, 8, 5.

2. Определите число электронов на внешнем энергетическом уровне атомов кремния (I вариант), серы (II вариант):

а) 1;
б) 2;
в) 4;
г) 6.

4. Как изменяются свойства элементов с увеличением порядкового номера элемента в главных подгруппах (I вариант), в периодах (II вариант):

а) металлические уменьшаются, неметаллические увеличиваются;
б) металлические и неметаллические увеличиваются;
в) металлические и неметаллические уменьшаются;
г) металлические увеличиваются, неметаллические уменьшаются?

5. Выберите электронную формулу атома фосфора (I вариант), натрия (II вариант):

а) 1s22s22p1;
б) 1s22s22p63s23p3;
в) 1s22s22p63s1;
г) 1s22s22p63s2.

                                                                                        Химический кроссворд

Разгадывают кроссворд ученики (два человека), которые его составляли. Они же оценивают участие одноклассников в этом конкурсе.

Ключевое слово – фамилия русского ученого, девизом всей деятельности которого были слова: «Посев научный взойдет для жатвы народной».

По горизонтали:

1. Химический элемент VII группы 4-го периода ПСХЭ Д.И.Менделеева, впервые выделенный из руды в 1774 г. К.Шееле.
2. Химический элемент VI группы, который образует в свободном состоянии несколько аллотропных модификаций и является типичным полупроводником.
3. Химический элемент, который получил название от характерных для него синих (цвет индиго) спектральных линий.
4. Первый элемент ПСХЭ Д.И.Менделеева.
5. Химический элемент, получивший свое название в честь континента.
6. Химический элемент, конфигурация внешнего энергетического уровня которого 3s23p5.
7. Газ, дающий красное свечение газосветных ламп и утверждающий, что он – это не он.
8. Металл, занимающий второе место по тепло- и электропроводности.
9. Радиоактивный элемент, названный в знак признания заслуг выдающегося русского ученого.

(Ответы. 1. Марганец. 2. Селен. 3. Индий. 4. Водород. 5. Европий. 6. Хлор. 7. Неон. 8. Медь.
9. Менделевий.
Ключевое слово – Менделеев.)

                                                                         Диагностическая работа

1.Выберите схемы химических элементов:

1В. Второго периода 2В Третьего периода

а)2е,8е б)2е,8е,5е в) 1е г)2е,8е,8е,1е

2.Выберите схемы элементов:

1В  Третьей группы 2В  Шестой группы

а)2е, 8е,6е б)1s22s22p63s23p1  в)1s22s1 г)1s22s22p6

3.Наиболее ярко 1В металлические 2В неметаллические свойства выражены у: а)1s22s2     б)1s22s1    в)   1s22s22p1     г)  1s22s22p2 

4.Причина 1В Усиления металлических свойств в периодах

 2В Усиления металлических свойств в группах:

а) увеличение числа ЭУ б) увеличение числа электронов на ВЭУ в)увеличение заряда ядра г) увеличение массы атома

                                                            Периодическое изменение и повторение свойств.  

                                                                                                («Слепой текст»)

Восстановите  предложение:

1. Горизонтальная закономерность в ПС проявляется в том, что во всех периодах металлические свойства ________________, т.к. возрастает  _________________________ на ______________________ уровне.

Сходство в строении атомов  элементов одного периода проявляется в  одинаковом количестве ____________________________________.

  2. Вертикальная  закономерность в ПС проявляется в том, что во всех главных подгруппах металлические свойства __________________, т.к. возрастает  _____________________________ __________________, а число ________________________ на внешнем уровне остается _____________________________.

Сходство в строении атомов  элементов одной  главной подгруппы проявляется в  одинаковом количестве ____________________________________.

 Атомы элементов, имеющие близкие заряды ядра, например Ne +10 и  Na +11, резко отличаются по свойствам, потому что появляется _____________________________________.

                                                                                      Химический кроссворд.

1. Химический элемент с порядковым номером 17.

2. Сложное вещество, в состав которого входят  атомы водорода и кислотный остаток.

3. Химический элемент, названный в честь великого русского ученого.

4. Химический элемент, электронная структура которого -) ) ) ).

5. Растворимое в воде основание.        2  8  8  1

6. Химический элемент, атомы которого имеют электронную формулу

1s2  2s2  2p6  3s2  3p4 .

7. Свойство атомов, которое Д.И.Менделеев принял за основное при систематизации химических элементов.

8. Химический элемент, электронная формула которого - ) ) ) .

9. Химический элемент с порядковым номером №3.         2 8 4

10. Элементарные частицы, по числу которых могут отличаться атомы одного и того же химического элемента.

11. Отрицательно заряженные частицы.

12. Простые вещества, обладающие хорошими теплопроводностью, электропроводностью, металлическим блеском.

13. H2 S O4 - … кислота.

14. 1s2 2s2 2p6 3s2 .

15. Химический элемент, название которого произошло от названия планеты.

16. H2 Si O3 – это … кислота.

                                                                      Задание  «Расскажи обо мне».

1.Дать характеристику элементу №20.

2.Дать характеристику элементу №16.

3.Дать характеристику элементу №17.

4.Дать характеристику элементу №11.

                   План характеристики

1. Положение элемента в ПС:

  а) порядковый номер;

  б) Аr;

  в) номер группы;

  г) номер периода.

2. Строение атома.

  а) заряд ядра;

  б) число протонов;

  в) число нейтронов;

  г) число электронов.

3. Валентность.

4. Электронная формула элемента.

5. Высший оксид, его характер.

6. Написать уравнение подтверждающее характер оксида.