Явления доказывающие что атом сложная частица. Презентация на тему "Атом

МКОУ

им. Г. Г. Гюльмагомедова»

Выполнила ученица 11 класса

Ибрагимова Арина

Руководитель

Везиров Т. Г.

Арак 2014

КАК ЖЕ РАЗВИВАЛАСЬ КЛАССИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ АТОМА? 3

Модель Томсона 4

Опыт Резерфорда 5

Квантовые постулаты Н. Бора 6
Состояние электрона в атоме 6

Виды орбиталей: 7

Ядро атома 8

Изотопы 10

Свойства изотопов: 11

Определение количества электронов, протонов , нейтронов в атоме. 12

Распределение электронов по энергетическим уровням. 12

Атом – сложная частица

Атом – электронейтральная система взаимодействующих элементарных частиц, состоящая из ядра (образованного протонами и нейтронами) и электронов.

Абсолютные массы атомов (массы, выраженные в килограммах): от 10 -27 до 10 -25 кг.

Диаметры атомов: от 1,06 *10 -10 до 2*10 -10 м.

Например : m а (Н)= 1, 67*10 -27 кг.

d а (Н) = 1, 06*10 -10 м

Понятие атом пришло к нам из далекой античности, но совершенно изменило тот первоначальный смысл , который вкладывали в него древние греки. В переводе с греческого «атом» означает «неделимый» .

Сущность строения атома доказана фундаментальными открытиями, сделанными в конце XIX и начале XX в. в результате изучения природы катодных лучей Дж. Томсоном в 1897г., открытием явления фотоэффекта А. Г. Столетовым в 1889г., открытие радиоактивности химических элементов А. Беккерелем в 1896 1899гг., определение природы α – частиц Э. Резерфордом в 1889 – 1900гг.

Ученые пришли к заключению, что атомы обладают собственной структурой, имеют сложное строение.

КАК ЖЕ РАЗВИВАЛАСЬ КЛАССИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ АТОМА?

Электрон вращается вокруг ядра по строго определенным замкнутым стационарным орбитам в соответствии с «разрешенными» значениями энергии E 1 , E 2 , …, E n

2 постулат

Электрон переходит из одного «разрешенного» энергетического состояния в другое, что сопровождается излучением или поглощением кванта энергии.

Состояние электрона в атоме

Под состоянием электрона в атоме понимают совокупность информации об энергии определенного электрона и пространстве, в котором он находиться. Мы уже знаем, что электрон в атоме не имеет траектории движения, то есть можно , говорить лишь о вероятности нахождения его в пространстве вокруг ядра.

н может находиться в любой части этого пространства, окружающего ядро, и совокупность различных положений его рассматривают как электронное облако с определенной плотностью отрицательного заряда.

Образно это можно представить так

Пространство вокруг атомного ядра, в

Котором наиболее вероятно нахождение

электрона , называется орбиталью .

Виды орбиталей:

Целое число n , обозначающий номер энергетического уровня , называют главным квантовым числом . Она характеризует энергию электронов, занимающих данный энергетический уровень. Наименьшей энергией обладают электроны 1-го энергетического уровня, наиболее близкого к ядру. По сравнению с электронами 1-го уровня электроны последующих уровней будут характеризоваться большим запасом энергии. Следовательно , наименее прочно связаны с ядром атома электроны внешнего уровня.

Число энергетических уровней (электронных слоев) в атоме равно номеру периода в системе Д. И. Менделеева, к которому принадлежит химический элемент: у атома элементов 1-го периода – один энергетический уровень, второго периода – два, седьмого периода – семь.

Наибольшее число электронов на энергетическом уровне определяется по формуле:

N =2 n 2 ,

где N – максимальное число электронов; n – номер уровня или главное квантовое число. Следовательно, на первом, ближайшем к ядру энергетическом уровне может находиться не более двух электронов;

на втором – не более 8;
на третьем – не более 18;
на четвертом – не более 32.

Начиная со второго энергетического уровня (n=2), каждый из уровней подразделяется на подуровни (подслои), несколько отличающихся друг от друга энергией связи с ядром.

Число подуровней равно значению главного квантового числа: первый энергетический уровень имеет один подуровень; второй – два; третий – три; четвертый – четыре подуровня. Подуровни, в свою очередь , образованы орбиталями.

s – Подуровень – первый, ближайший к ядру атома подуровень каждого энергетического уровня, состоит из одной s - орбитали;

p – Подуровень – второй подуровень каждого, кроме первого , энергетического уровня, состоит из трех p – орбиталей ;

d – Подуровень – третий подуровень каждого, начиная с третьего, энергетического уровня, состоит из пяти d – орбиталей

f – Подуровень каждого, начиная с четвертого, энергетического уровня, состоит из семи f – орбиталей .

Ядро атома

Но не только электроны входят в состав атомов.

Физик Анри Беккерель обнаружил, что природный минерал, содержащий соль урана, тоже испускает неведомое излучение, засвечивая от света. Это явление было названо радиоактивностью .

Различают три вида радиоактивных лучей:

α – лучи, которые состоят из α – частиц, имеющих заряд в 2 раза больше заряда электрона, но с положительным знаком , и массу в 4 раза больше атома водорода;
β – лучи представляют собой поток электронов;
γ – лучи – электромагнитные волны с ничтожно малой массой, не несущие электрического заряда.

Следовательно, атом имеет сложное строение – состоит из положительно заряженного ядра и электронов.

Оказывается, и само крошечное ядро, в котором сосредоточена вся масса атома, состоит из частиц двух видов – протонов и нейтронов .

Протоны имеют заряд, равный заряду электронов , но противоположный по знаку (+1), и массу, равную массе атома водорода (она принята в химии за единицу). Обозначаются протоны знаком р + .

Нейтроны не несут заряда, они нейтральны и имеют массу, равную массе протона, т. е. 1. Обозначают нейтроны n 0 .

Протоны и нейтроны вместе называют нуклонами (от лат. nucleus – ядро).

Сумма числа протонов и нейтронов в атоме называется массовым числом. Например, массовое число атома алюминия (Al ) :

число протонов

Массовое число

число нейтронов
13 + 14 = 27

Поскольку атом электронейтрален, то также очевидно, что число протонов и электронов в атоме одинаково. Оно равно порядковому номеру химического элемента. А зная порядковый номер элемента (Z), т. е. число протонов , и массовое число (A), равное сумме чисел протонов и нейтронов, можно найти по формуле:

частица	место нахождения	масса	заряд
Протон P +	ядро	1 а.е.м	+1
Нейтрон n 0	ядро	1а.е.м.	0
Электрон e -	орбиталь	0	-1

A – Z

Изотопы

Разновидности атомов одного и того же элемента, имеющие одинаковый заряд ядра, но разное массовое число, называются изотопами.

Слово изотоп состоит из двух греческих слов: isos – одинаковый , и topos – место, обозначает «занимающий одно место» (клетку) в Периодической системе элементов.

Химические элементы, встречающиеся в природе, являются смесью изотопов. Так, углерод имеет три изотопа с массой 12, 13, 14; кислород – три изотопа с массой 16, 17, 18 и т. д.

Однако изотопы водорода сильно различаются по свойствам из-за

кратного увеличения их относительной массы; им даже присвоены

индивидуальные названия и химические знаки:

Свойства изотопов:

Итак, изотопам свойственно:

Оглавление

Определение количества электронов, протонов, нейтронов в атоме.

Условные обозначения:

Х- символ химического элемента
Z- порядковый номер химического элемента
А - атомная масса

Правила определения числа частиц в атоме:

Количество электронов и протонов равно порядковому номеру химического элемента
Количество нейтронов равно разности

атомной массы и порядкового номера

Пример: Определите число частиц в следующих атомах:

Водорода.Порядковый номер в таблице Менделеева Д.И. у водорода 1, атомная масса 1, следовательно электронов и протонов в атоме по одному , а нейтронов 1-1=0.

Литий.Порядковый номер 3, а атомная масса 7,следовательно электронов и протонов по 3, а нейтронов 7-3=4.

Распределение электронов по энергетическим уровням.

Электроны в атомах обладают различным запасом энергии. Значение энергии электронов в атомах задается главным квантовым числом n(1,2,3 и т.д). Электроны с наименьшей энергией находятся на первом энергетическом уровне. Каждый уровень делится на под уровни – орбитали. На каждой орбитали не может быть более 2 электронов.

Виды электронных облаков:

-облако шаровой формы(s -облако)

-облака гантелеобразной формы(p- облако)

-облака более сложной формы(d- и f-облака)

[Арак СОШ] [Ибрагимова А.]

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Атом- сложная частица. Урок на базе 11 класса (2 часть)

Цель урока. На основе межпредметных связей с физикой рассмотреть квантовые характеристики электронов на основе четырех квантовых чисел и основные закономерности заполнения электронных атомных орбиталей.

Представления о строении атома. Атом- неделимая частица (2500лет назад древнегреческий филосов Демокрит)

Доказательство сложности строения атома 1891 год- ирландский физик Стони- электроны. Джозеф Томсон и Жан Перрен определи и заряд и скорость электрона 1897 гол- Дж. – катодные лучи.

Доказательство сложности строения атома 1895 год- К. Рентген- рентгеновские лучи. 1896-1903 года- А. Беккерель, супруги М.и П. Кюри- явление радиоактивности.

Эрнест Резерфорд.

Модели строения атомав. 1902-1904 года- Дж. Томсон.- « Пудинг с изюмом»; 1911 год- Э.Резерфорд. – « Планетарная модель атома»; 1912 год- Постулаты Н.Бора; 1932 год- открытие нейтронов.

Нильс Бор

Элементарные частицы. частица обозначение масса заряд протон р 1 +1 нейтрон n 1 0 электрон e 0 -1

Двойственная природа частиц микромира. 1900-1905года- М. Планк и А. Эйнштейн – квант света или фотон. Фотон (частица) взаимодействие с фотопленкой (фотография атома водорода).

1925 год- Луи де Бройль- волновые свойства частиц. Интерференция (наложение). Дифракция (огибание). Вероятность.

Орбиталь. Пространство вокруг ядра атома, в котором наиболее вероятно нахождение электрона. Орбиталь включает 90% электронного облака. Здесь содержится преобладающая часть заряда и массы электрона.

Формы движения электронов. S - облако. движение в виде шара. На орбитале может быть максимально 2 электрона.

Порядок заполнения энергетических подуровней.

Квантовые числа. Главное квантовое число (n)- отражает общий запас энергии электрона, нахождение его на определенном энергетическом уровне. Количество электронных уровней совпадает с главным квантовым числом.

Квантовые числа. орбитальное квантовое число (l)- уточняет энергетическое состояние электрона, определяет форму его электронного облака. Принимает значения: s - 0; p -1; d -2; f -3.

Квантовые числа. магнитное квантовое число (m l)- описывает положение электронного облака в пространстве. Принимает значения: s - 0; p - (- 1; 0; +1) d - (- 2; -1; 0; +1; +2) f - (-3;- 2; -1; 0; +1; +2;+3) .

Квантовые числа. спиновое квантовое число (m s)- описывает вращение электрона вокруг своей оси. Принимает значения: -1\2; +1\2.

Давайте вспомним. Определите число элементарных частиц для элементов с порядковыми номерами: 37, 46, 88. Дайте определение понятиям: «химический элемент» и «изотопы». Определите число элементарных частиц для 29 63 С u , 29 65 С u . Общее число электронов у иона 24 52 С r 3+

Давайте решим. Составьте электронные схемы для элементов с порядковыми номерами 4, 6, 9, 16, 27, 36. Определите квантовые числа для них последних элетронов.

Вывод На основе межпредметных связей с физикой рассмотрели квантовые характеристики электронов на основе четырех квантовых чисел и основные закономерности заполнения электронных атомных орбиталей.

Домашнее задание. п. 1-2 Составьте электронные схемы для элементов с порядковыми номерами 5, 7, 11, 18, 26, 33. Определите квантовые числа для них последних элетронов

Урок 1. Атом – сложная частица Цель: обобщить знания из курсов физики и химии о явлениях, доказывающих сложность строения атома, познакомить учащихся с эволюцией научных взглядов на строение атома. Знать: особенности строения атома. Уметь: описывать строение атома, характеризовать частицы, входящие в его состав. Ход урока Беседа: вы помните, что «атом» в переводе с греческого обозначает «неделимый», до конца ХIХ века это считалось верным. Но открытия конца ХIХ - начала ХХ вв. показали, что атом устроен сложно. Лекция: С тех пор, как стало ясно, что атом состоит из более мелких частиц, ученые пытались объяснить строение атома, предлагали модели: 1. Дж. Томсон (1903 г.) – атом состоит из положительного заряда, равномерно распространенному по всему объему атома, и электронов, колеблющихся внутри этого заряда. Эта модель не нашла экспериментального подтверждения. 2. Э.Резерфорд (1911 г.) – планетарная или ядерная модель атома: - внутри атома находится положительно заряженное ядро, занимающее ничтожную часть объема атома; - весь положительный заряд и почти вся масса атома сосредоточена в ядре; - Электроны вращаются вокруг ядра, они нейтрализуют заряд ядра. Модель Резерфорда подтверждалась опытами с тонкими металлическими пластинами, облучаемыми α-частицами. Но классическая механика не могла объяснить, почему электроны не теряют энергию по мере вращения и не падают на ядро. 3. В 1913 г. Н.Бор дополнил планетарную модель постулатами: - электроны в атоме вращаются по строго определенным замкнутым орбитам, не испуская и не поглощая энергии; - при переходе электронов с одной орбиты на другую происходит поглощение или выделение энергии. 4. Современная квантовая модель строения атома: - электрон имеет двойственную природу. Подобно частице электрон имеет массу 9,1х10-28г и заряд 1,6х10-19Кл. - электрон в атоме не движется по определенной траектории, а может находиться в любой части околоядерного пространства. Вероятность нахождения электрона в разных частях околоядерного пространства неодинакова. Пространство вокруг ядра, где вероятность нахождения электрона наибольшая называется орбиталью. - Ядро состоит из нуклонов – протонов и нейтронов. Число протонов в ядре равно порядковому номеру элеме6нта, а сумма чисел протонов и нейтронов равна массовому числу атома. Это положение было сформулировано после открытия Э. Резерфордом в 1920 г. протона, Дж.Чедвиком в 1932 г.- нейтрона. Различные виды атомов называются нуклидами. Нуклиды характеризуется массовым числом А и зарядом ядра Z. Нуклиды с одинаковым Z, но разными А называют изотопами.(35 17Cl и 37 17Cl). Нуклиды с разными Z, но одинаковыми А называют изобарами.(40 18Аr и 40 19К). Задание1: - расписать строение атома для элементов: железа, алюминия, бария, калия, кремния. Задание 2 1.Определите химический элемент по составу его атома - 18 p+, 20 n0, 18 e-: а) F б) Ca в) Ar г) Sr 2. Общее число электронов у иона хрома 24Cr3+: а) 21 б) 24 в) 27 г) 52 3.Максимальное число электронов, занимающих 3s - орбиталь, равно: а) 14 б) 2 в) 10 г) 6 4.Число орбиталей на f - подуровне: а) 1 б) 3 в) 5 г) 7 5 .Наименьший радиус атома среди приведённых элементов имеет: а) Mg б) Ca в) Si г) Cl Домашнее задание: § 1. учить по тетради, зад 1-4.

Атом - сложная частица

Цели: Познакомиться с историей изучения атома.

Задачи:

- образовательная: ознакомить студентов с историей изучения строения атома. Сформировать представление о современной квантовой теории строения атома.

- развивающая: (ОК 2) организовывать собственную деятельность; (ОК 6) развивать умение р аботать в коллективе и команде, общаться в группе; (ОК 4) развивать умения поиска и использование информации

- воспитательная: продолжить работу по развитию логического мышления учащихся, по формированию умения строить индуктивные выводы.

Оснащение урока:

Учебники

Схемы «Модели строения атома Томсона и Резерфорда»

Структура урока:

Эволюция научных взглядов на строение атома.

Современная квантовая модель строения атома.

Строение атомного ядра. Изотопы.

1 этап. Эволюция научных взглядов на строение атома.

1. Фундаментальные открытия, доказывающие сложность строения атома (рассказ учителя).

Дж. Томсон 1897г. Изучение природы катодных лучей.

А.Г. Столетов 1889г. Открытие явления фотоэффекта.

А. Беккерель, М. Складовская- Кюри 1896-1899гг. открытие радиоактивности химических элементов.

Э. Резерфорд 1889-1900г. Определение природы альфа частиц.

2. Модели строения атома (работа с учебником 11 класс параграф 1 стр. 3-4 по составлению таблицы).

Табл. Модели строения атомов.

Ф.И ученого

год

Описание модели

Дж. Томсон «сливовый пудинг» 1903г.

Э.Резерфорд «планетарная модель» 1911г.

Н.Бор «постулаты Бора» 1913г.

В конце 1 этапа урока уч-ся приходят к выводу о сложности строения атома.

2 этап. Современная квантовая теория строения атома.

Уч-ль рассказывает о том, что является предметом изучения квантовой механики и разграничивает понятия макро- и микромира.

Уч-ся записывают в тетрадь основные положения квантовой модели строения атома .

1.Электрон имеет двойственную природу. От частицы у него масса и заряд, а от волны - способность к дифракции, интерференции, длина, скорость движения

2. Для электрона одновременно невозможно измерить координату и скорость.

3. Электрон в атоме движется по определенной траектории и может находиться в любой части околоядерного пространства одновременно.

Пространство вокруг ядра, где вероятность нахождения электрона наибольшая, называется орбиталью.

4. Ядро состоит из нуклонов-протонов и нейтронов.

Уч-ль: Мы записали основные положения современной квантовой модели строения атома.

А теперь рассмотрим подробнее строение атома

Для начала запишем определение

2. Вся масса атома сосредоточена в ядре . Число нейтронов N = A – Z, где Z – порядковый номер.

3. Порядковый номер элемента соответствует заряду атомного ядра, т.е. числу протонов в нём . Так как атом электронейтрален, то порядковый номер элемента также соответствует числу электронов.

4. Изменение числа протонов в ядре атома химического элемента приведёт к образованию атомов другого химического элемента . Следовательно, химический элемент – это совокупность атомов с одинаковым числом протонов.

5. Изменение числа нейтронов в ядре атома химического элемента приводит к образованию изотопов.

Что такое изотоп?

Изотоп это

Уч-ль: Действительно, большинство элементов в природе представлены совокупностью изотопов. Изотопы бывают стабильными и радиоактивными, естественными и искусственными – полученными в ходе ядерных реакций. Элементы, имеющие только радиоактивные изотопы, называются радиоактивными.

Относительные атомные массы элементов вычисляют исходя из изотопного состава элементов.

Решим задачу:

Хлор представлен изотопами с массовыми числами 35 (75,4%) и 37 (24,6%). Какова его относительная атомная масса?

После решения уч-ся предлагается составить обратную задачу, используя данные ответа.

Понятие «атом» пришло к нам из далекой античности, но совершенно изменило тот первоначальный смысл, который вкладывали в него древние греки (в переводе с греческого «атом» означает «неделимый»). Этимология названия «неделимый» отражает сущность атома с точностью до наоборот. Атом делим и состоит из элементарных частиц.

Сложность строения атома доказана фундаментальными открытиями, сделанными в конце XIX и начале XX в. в результате изучения природы катодных лучей (Дж. Томсон, 1897 г.), открытия явления фотоэффекта (А. Г. Столетов, 1889 г.), открытия радиоактивности химических элементов (А. Беккерель, М. Склодовская-Кюри, 1896-1899 гг.), определения природы α-частиц (эксперименты Э. Резерфорда, 1889-1900 гг.). Ученые пришли к заключению о том, что атомы обладают собственной структурой, имеют сложное строение.

Как же развивалась классическая теория строения атома?

В 1904 г. в работе «О структуре атома» Дж. Томсон дал описание своей модели, получившей образное название «сливового пудинга».

В 1911 г. Э. Резерфорд предложил планетарную модель атома.

В 1913 г. Н. Бор внес в планетарную модель атома Э. Резерфорда квантовые представления.

В 1932 г. была разработана протонно-нейтронная теория ядра, согласно которой ядра атомов состоят из протонов и нейтронов.

Электроны, протоны и нейтроны называют элементарными частицами.

Каковы же свойства этих частиц?

Корпускулярно-волновые свойства микромира . Элементарные частицы, а также построенные из них атомные ядра, атомы и молекулы имеют ничтожно малые массы и размеры и поэтому обладают своими особыми свойствами, непохожими на те, которые имеют объекты окружающего нас макромира. Они образуют свой, специфический мир - микромир, описываемый законами квантовой механики, которые в значительной степени применимы для частиц с очень маленькими массами и очень большими скоростями.

Квантовая механика характеризует частицы микромира как объекты с двойственной природой - корпускулярно-волновым дуализмом: они являются одновременно и частицами (корпускулами), и волнами.

Корпускулярно-волновой дуализм объектов микромира подтвержден и экспериментально знакомыми вам из курса физики интерференцией и дифракцией электронов, протонов, нейтронов, атомов и т. д.

Электрон - частица, определяющая наиболее характерные химические свойства атомов и молекул. Двойственная природа электрона может быть подтверждена на опыте. Если электроны, испускаемые источником - катодом - пропускать через маленькие отверстия в пластинке, поставленной на их пути, то они, попадая на фотопластинку, вызывают ее почернение. После проявления фотопластинки на ней можно увидеть совокупность чередующихся светлых и темных колец, т. е. дифракционную картину (рис. 1).

Рис. 1.
Электронограммы газов (слева) и кристаллов (справа). Центральное пятно обусловлено нерассеянным пучком электронов, а кольца - электронами, рассеянными под разными углами

Дифракционная картина включает в себя как дифракцию - огибание волной препятствия, так и интерференцию, т. е. наложение волн друг на друга. Эти явления доказывают наличие у электрона волновых свойств, так как только волны способны огибать препятствия и налагаться друг на друга в местах их встречи. Однако, попадая на фотослой, электрон дает почернение лишь в одном месте, что свидетельствует о наличии у него корпускулярных свойств. Будь он только волной, он более или менее равномерно засвечивал бы всю пластинку.

Вследствие дифракции электрон, пройдя отверстие, может в принципе попасть в любую точку фотопластинки, но с разной вероятностью, т. е. можно говорить о вероятности обнаружения электрона в той или иной области фотослоя, а в общем случае - в той или иной области пространства. Поэтому движение электрона и в атоме нельзя рассматривать как движение точечного заряда по строго определенной замкнутой траектории.

Вопросы и задания к § 1

Назовите те явления, которые прямо или косвенно доказывают, что атом - сложная частица.
Как развивалась классическая теория строения атома? Какие модели атомов вам известны? В чем их суть? В чем - недостатки?
Приведите примеры явлений, доказывающих двойственную (дуалистическую) природу частиц микромира.
В чем отличие объектов микро- и макромира?
Под элементарными (наименьшими) частицами понимают неделимые частицы. Как такое допущение соответствует утверждению физиков о том, что элементарная атомная частица - электрон - делима? Кстати, именно открытие делимости электрона было удостоено Нобелевской премии в 1998 г.