Периодический закон Д.И. Менделеева в свете учения о строении атома


Автор: Галина Николаевна Сергушева
Место работы: МБОУ «СОШ № 2 п. Николаевка»
Должность: учитель биологии


Цель: дать представление о попытках классификации химических элементов, способствовать созданию условий для формирования знаний учащихся о Периодическом законе Д.И. Менделеева в свете учения о строении атома, его значение, закрепить знание структуры периодической системы; физический смысл номера периода, номера группы, порядкового номера.

Ход урока:

I. Организационный момент.

II. Проверка домашнего задания (устный опрос):

III. Объяснение нового материала

Задача сегодняшнего урока – дополнить ваши знания о Периодическом законе и Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева, а также расширить ваш кругозор с помощью дополнительной литературы.
В период становления науки химии ученые пытались привести в систему сведения об известных к тому времени нескольких десятков химических элементов. Эта проблема увлекла и Д.И. Менделеева. Изучая данный вопрос, подумайте над следующим: многие учёные занимались поисками естественной классификации химических элементов, находились в равных условиях, имели одни и те же предпосылки. Почему же ни одному из них, кроме Д.И.Менделеева, не удалось открыть Периодический закон?
Предпосылки открытия Периодического закона Д.И.Менделеева

1) Накопление фактологического материала 

2) Работы предшественников

а) Классификация Берцелиуса

б)Триады Деберейнера (например Li, Na, K)

в) спираль-ось винта Шанкуртуа

г) кривая Майера 

д) Октавы Ньюлендса

3) Съезд химиков в г.Карлсруэ

4) Личностные качества Д.И.Менделеева

Менделеев искал закономерности и взаимосвязи, которые бы охватывали все элементы, а не только часть из них, считал важнейшей характеристикой элемента массу его атома. Проанализировав все известные к тому времени сведения о химических элементах и расположив их в порядке возрастания их атомных масс, в 1869 году он сформулировал периодический закон.

Формулировка закона: свойства химических элементов, простых веществ, также состав и свойства соединений находятся в периодической зависимости от значения атомных масс.

К моменту формулировки периодического закона еще не было известно строение атома и существования элементарных частиц. Также впоследствии было установлено, что от атомных масс, свойства вещества не зависит, как это предполагал Менделеев. Хотя, не обладая этими сведениями,     Д. И. Менделеев не сделал в своей таблице ни единой ошибки. После открытия Мозли, который установил экспериментально, что заряд ядра атома совпадает с порядковым номером химического элемента, указанным Менделеевым в его таблице, в формулировку его закона внесли изменения.

Современная формулировка закона: свойства химических элементов, простых веществ, также состав и свойства соединений находятся в периодической зависимости от значений  зарядов  ядер атомов.

Какие события способствовали признанию периодического закона?
Прежде всего это открытие тех элементов, существование и свойства которых были предсказаны Д.И.Менделеевым. В 1875 г. Поль Эмиль Лекок де Буабордан (Франция) открыл галлий, предсказанный Менделеевым (экаалюминий –подобный алюминию). В 1879 г. Ларс Фредерик Нильсон (Швеция) открыл скандий, предсказанный Менделеевым (экабор –подобный бору). В 1886 г. Клеменс Александр Винклер (Германия) открыл германий, предсказанный Менделеевым (экасилиций –подобный кремнию).

На основе Периодического закона изображена его графическая структура –Периодическая система химических элементов. В ходе беседы учащиеся вспоминают:
— структуру периодической системы (периоды, группы, подгруппы);

Составными частями периодической системы являются группы и периоды.

Периодическая система содержит восемь групп элементов. Каждая группа состоит их двух подгрупп: главной и побочной. Главные обозначены буквой а, а побочные буквой б. Главная подгруппа содержит больше элементов, чем побочная. В главной подгруппе содержатся s и p элементы, в побочной- d-элементы.

Некоторые главные подгруппы имеют свои особенные названия:

I-aЩелочные металлы
II-aЩелочноземельные металлы
V-aПниктогены
VI-aХалькогены
VII-aГалогены
VIII-aБлагородные (инертные) газы


— физический смысл порядкового номера элемента, номера группы, периода;

Рассмотрим принятые в ней обозначения на примере рубидия

В каждой ячейке, соответствующей элементу, представлены: химический символ, название, порядковый номер, соответствующий числу протонов в атоме, относительная атомная масса Число электронов в атоме соответствует числу протонов. Количество нейтронов в атоме можно найти, по разности меду относительной атомной массой и количеством протонов, т.е. порядкового номера.

N(n0)            =          Ar                      —     Z

Количество    относительная   порядковый

Нейтронов      атомная масса   номер элемента

Например, для изотопа хлора  35Cl количество нейтронов равно: 35-17=18


— изменение свойств в периодах и группах;
У каждой группы есть формула высшего оксида, т.е. оксиды с максимальной степенью окисления элементов. Эта информация написана внизу таблицы. Например, для элементов V группы, формула высшего оксида: R2O5.Это N2O5, P2O5, As2O5, V2O5…. По составу высшего оксида элемента можно определить его свойства. Оксиды состава R2O, RO- основные. R2O3 — чаще всего –амфотерные. Остальные оксиды — кислотные. Чем выше степень окисления элемента R, чем ярче выраженными кислотными свойствами обладает его оксид. Таким образом,кислотность высших оксидов элементов главных подгрупп увеличивается по периоду слева направо.

В таблице отражен состав летучих водородных соединений. Такие соединения образуют элементы IV-VII групп, причем только легких.

Изменение атомного радиуса. 

В группах: Для элементов главных подгрупп, сверху вниз увеличивается число энергетических уровней. Энергетический уровень – это и есть расстояние, на котором находится электрон от ядра. Значит, по группе вниз атомный радиус увеличивается.

В периодах: По периоду номер энергетического уровня, на котором находятся валентные электроны, остается неизменным, но число валентных электронов увеличивается, а также растет и заряд ядра. Значит, электроны электростатически сильнее притягиваются к ядру. Поэтому радиус атома уменьшается.

Наибольшей электроотрицательностью обладают элементы, находящиеся в правом верхнем углу Периодической системы. Соответственно наименьшей — элементы, находящиеся в нижнем левом углу. Аналогично меняются и металлические свойства простых веществ, образованных данными элементами. Металлы легко отдают свои валентные электроны, соответственно имеют низкую электроотрицательность. Поэтому металлы находятся в нижнем левом углу Периодической системы, а типичные неметаллы — в правом верхнем.

Заполнить самостоятельно таблицу (после заполнения- взаимопроверка)

Параметр

По группе вниз

По периоду вправо

Заряд ядраУвеличиваетсяУвеличивается
Число валентных электроновНе меняетсяУвеличивается
Число энергетических уровнейУвеличиваетсяНе меняется
Радиус атома УвеличиваетсяУменьшается
ЭлектроотрицательностьУменьшаетсяУвеличивается
Металлические свойстваУвеличиваютсяУменьшаются
Степень окисления в высшем оксидеНе меняетсяУвеличивается
Степень окисления в водородных соединениях (для элементов IV-VII групп)Не меняетсяУвеличивается

— понятие изотопы, химический элемент;

Периодический закон и Периодическая система богата периодическими закономерностями: горизонтальная (по периодам), вертикальная (по группам), диагональная.

Горизонтальная периодичность: в пределах одного и того же периода металлические свойства уменьшаются, а неметаллические свойства – увеличиваются, так как:

а) увеличиваются заряды атомных ядер; б) число энергетических уровней постоянно; г) радиус атома уменьшается.

Вертикальная периодичность: в пределах одной и той же группы (в главной подгруппе) металлические свойства увеличиваются, неметаллические свойства уменьшаются, так как:

а) увеличиваются заряды атомных ядер; б) число электронов на внешнем уровне постоянно; в) увеличивается число энергетических уровней; г) увеличивается радиус атома.

Под диагональной периодичностью понимают повторяемость сходства химических свойств простых веществ и соединений элементов, расположенных по диагонали друг от друга в ПС.

Сходство в свойствах между простыми веществами и соединениями, образованные химическими элементами, расположенных по диагонали, объясняется тем, что нарастание неметаллических свойств в периодах слева направо приблизительно уравновешивается эффектом увеличения металлических свойств в группах сверху вниз. Рассматриваем диагональную периодичность на примере Li  Mg Be  Al, В – Si. Отмечаем общие химические свойства элементов и их соединений.

Если объединить горизонтальную, вертикальную и диагональную периодичность, то можно получить « звездную периодичность». Предсказывая свойства неизвестных элементов, Д.И.Менделеев использовал вытекавшее из периодического закона «правило звездности».

IV. Закрепление.

Задание 1. О каком элементе идет речь?

* 3 период, 4 группа, главная подгруппа.

* 4 период, 4 группа, гл. подгруппа.

* 4 период, 7 группа, побочная подгруппа

* 4 период, оксид имеет формулу Э2О

* на последнем 5 слое 5 электронов

Задание 2. Рассмотрите строение атома Na, Cu, P, O,

+ 11 Na , 11 e , 11 p+, 12 no no = Z – N и т.д.

-Задание 3. Запишите электронные конфигурации элементов с порядковыми номерами 1,7,11,10,6

11 Na ) ) ) 1 s2 2s22p63s1

2 8 1

Задание 4. Как на основании составленных электронных конфигураций определить , являются ли соответствующие этим элементам простые вещества металлами или неметаллами, окислителями или восстановителями?

Восстановители имеют от 1 до 3 е

Окислители — от 4 до 7 е

V. Домашнее задание

ІΙI. Закрепление. Тест.

Учащиеся самостоятельно 5-7 мин отвечают на тестовые задания, которые заранее напечатаны и розданы каждому на стол.

1. Годом открытия Д.И.Менделеевым периодического закона считают:

А) 1838 г.; б) 1849 г;

В) 1859 г.; г) 1869 г.

2. Химик, который составил «спираль жизни», расположив известные химические элементы по спирали:

А) Берцелиус; б) Шанкуртуа;

В) Мейер; г) Нъюлендс.

3. В авторской формулировке периодического закона Д.И.Менделеева имеется выражение «простое тело», которое на современном химическом языке означает:

А) простое вещество; б) неорганическое вещество;

В) неодушевлённое тело; г) химический элемент.

4. Физический смысл порядкового номера химического элемента в том, что он определяет:

А) положение элемента в периодической системе;

Б) число протонов в ядре атома;

В) число энергетических уровней;

Г) число нейтронов в атоме.

 5. Периодическая система химических элементов –это:

А) графическое выражение периодического закона;

Б) последовательность химических элементов;

В) вертикальная совокупность химических элементов;

Г) горизонтальная совокупность химических элементов.

(Ответы. 1 –г; 2 – б; 3 –а; 4 –б; 5 –а.)

ІV Домашнее задание: п.5 (до с. 38 ), выписать три формулировки периодического закона.