Изменения в составе ядер атомов химических элементов. Изотопы

Конспект урока по химии в 8 классе на тему «Изотопы. Химический элемент.»

Цель: Закрепить знания о строении атома и элементарных частиц, ввести понятие «изотопы», рассказать о ядерных реакциях, дать современную формулировку понятия «химический элемент»

Задачи: 

Образовательные - Закрепить знания о строении атома и элементарных частиц, ввести понятие «изотопы», рассказать о ядерных реакциях, дать современную формулировку понятия «химический элемент».

Развивающие - Развивать познавательные интересы, формировать умения самостоятельно работать с книгой, умение выделять главы, развитие логического мышления, умение систематизировать полученный материал, развитие самостоятельности, честности.

Воспитательные - Формирование мировоззрения учащихся на основе восприятия нового материала, воспитание экологоэстетических навыков, повышение мотивационной деятельности учащихся путем обозначения личной значимости данной темы для учащихся

ХОД УРОКА

1. Оргмомент

2. Актуализация знаний учащихся

1. Фронтальная беседа по вопросам: (повторение материала прошлого урока)

1) Из каких частей состоит атом?

2) В какой части атомного пространства располагаются электроны?

3) Что вы знаете об электроне?

4) Какими частицами образовано ядро атома? Почему ядро имеет положительный заряд?

5) Что вы знаете о протоне?

6) Что вы знаете о нейтроне?

7) Число каких элементарных частиц в атоме всегда постоянно?

8) Какие частицы определяют положительный заряд ядра атома?

9) Какие частицы определяют основную массу ядра атома?

10) В какой части атома сосредоточена его основная масса? Как она обозначается?

11) Что такое заряд ядра? Чему он равен?

12) Как обозначается заряд ядра?

Найдите элемент

2период, 5группа главная(азот)

2период, 3группа главная(бор)

3период, 2группа главная(магний)

5период, 2группа побочная(кадмий)

2период, 7группа главная(фтор)

4период, 3группа побочная(скандий)

4период, 6группа побочная(хром)

4 период,4группа главная(германий)

4период, 4группа побочная(титан)

7период, 1группа главная(франций)

Практическая работа. Определение состава атомов (выписываю на доске карточки с элементами).

Даны элементы – 16/8 O, 20/10 Ne, 56/26 Fe - определите состав атома, массовое число, порядковый(атомный) номер, обратите внимание на массовое число, которое у вас получилось. Сравните с атомной массой этих элементов с данными периодической системы.

Работа с ПСХЭ: какими числами представлены относительные атомные массы элементов?

Вопрос: Если масса атома определяется количеством протонов и нейтронов, массы которых выражены целым числом (единицей), то почему Аr элементов представляют собой дробные величины?

У учащихся недостаточно предметных и межпредметных знаний по этому вопросу, поэтому необходимо их вывести на решение данной проблемы.

3. Изучение нового материала

Тема урока: «Изотопы. Химический элемент.»

1. Решение учебной проблемы.

1) Беседа Вопросы: - Что получится, если в ядре атома изменить число протонов? Например, в ядро атома кислорода добавить еще один протон. (варианты ответов учащихся)

Получится атомное ядро другого химического элемента – фтора.

- А если из ядра атома кислорода убрать один протон?

Получится атомное ядро химического элемента – азота.

- Чего следует ожидать, если в ядре изменить число других частиц – нейтронов? Можно ли ожидать образование другого химического элемента? (варианты ответов учащихся). Нет, т.к. заряд ядра, т.е. число протонов в нем, по условию не меняется. Следовательно, мы получим разновидность того же самого химического элемента, но уже с другим значением Аr - изотоп. Очевидно, теперь стало понятным, почему в ПСХЭ приведены не целые, а дробные значения Аr– все дело в изотопах.

Раннее мы давали определение «атому» -  как неделимой частицы. Но в конце XIX века- это определение потеряло свою актуальность. Посмотрим, какие же открытия подвигли ученый мир признать, что этимологически понятие «атом» - неделимый не соответствует действительности.

По ходу объяснения делайте записи в опорном конспекте, или выделяйте цветом, то что необходимо запомнить.

В 1879 году английский ученый Уильям Крукс открыл катодные лучи – поток быстролетящих отрицательно заряженных частиц, размеры которых были меньше самого маленького атома водорода, по вызываемой ими люминесценции. В 1891году Д.Стонэй предложил назвать открытые частицы электронами.

В 1895 году немецкий ученый Уильям Конрад Рентген обнаружил новый вид излучения, обладающего большой проникающей способностью, и назвал их Х-лучами. Таинственные лучи засвечивали фотопластинку, завернутую в черную бумагу. Несколько позднее было установлено, что Х-лучи представляют собой электромагнитные колебания с очень малой длиной волны. В настоящее время рентгеновские лучи широко используются в различных областях науки и техники.

В 1896 году французский ученый Анри Беккерель открыл явление естественной радиоактивности – самопроизвольного распада ядер атомов тяжелых элементов.

В 1898 году Мария и Пьер Кюри, изучавшие явление радиоактивности, открыли новый радиоактивный элемент, названный полонием.

Антуан Анри Беккерель, а также Мария Склодовская-Кюри и Пьер Кюри обнаружили, что при распаде атомы испускают три типа лучей, которые получили свои названия по трем первым буквам греческого алфавита: α, β, γ.

Эти три вида излучения очень сильно отличаются друг от друга по проникающей способности, т.е. по тому, насколько интенсивно они поглощаются различными веществами.

Главным итогом совершенных открытий было ясное осознание того, что атом не является мельчайшей частицей вещества, он имеет сложное строение. Было предложено несколько гипотез – моделей строения атома. Большинство из них основывалось на предположениях, что атом, оставаясь в целом электронейтральным, представляет собой совокупность положительно и отрицательно заряженных частиц.

В 1911 г Э.Резерфорд на основе своих исследований (известных вам из курса физики) предложил планетарную модель атома. Исследователь привел неоспоримые доказательства того, что атомы состоят из трех типов элементарных частиц: протонов, нейтронов и электронов.

(планетарная модель атома) Мы видим, что протоны и нейтроны составляют ядро, которое находится в центре атома. Ядро занимает очень небольшую часть объема атома, но в нем сосредоточена практически вся масса атома. Протоны имеют положительный заряд, а нейтроны не имеют заряда, они - нейтральны.

Вокруг ядра движутся электроны - частицы с отрицательным зарядом. Их движение ограничено сферическим пространством вокруг ядра.

Английский ученый доказал, что порядковый номер элемента в ПСХЭ Д.И.Менделеева совпадает:

а) с зарядом ядра;

б) с количеством протонов;

в) с количеством электронов.

Изотопы разновидности атомов одного и того же элемента

Исследования по определению массы и заряда ядра атомов различных химических элементов показали, что в природе встречаются атомы одного и того же химического элемента с одинаковым зарядом ядра, но имеющие при этом различную массу. Например, были обнаружены атомы хлора с различными массовыми числами: 35 и 37, но с одним и тем же зарядом атомных ядер. Одинаковый заряд – атомы донного и того же химического элемента – хлора. Такие атомы получили название – изотопы.

Изос – один, топос – место, т. Е. они занимают одно место в Периодической системе химических элементов.

Относительная атомная масса элемента – средняя величина из массовых чисел всех его природных изотопов с учетом распространенности.

Массовые числа изотопов всегда выражают целыми числами. Но в природе содержание каждого изотопа различно, поэтому относительные атомные массы имеют не целочисленные значения.

Относительная атомная масса – является средней величиной из массовых чисел всех его природных изотопов с учетом их распространенности.

Порядковый номер элемента в ПСХЭ Д. И. Менделеева совпадает с зарядом ядра его атома! (выделить цветом в опорном конспекте (ОК)) Приложение 1

Число протонов и нейтронов, образующих ядро атома, называют массовым числом и обозначают символом А.

A = число протонов + число нейтронов             A=Z+N (записать в рамке в ОК)

Атомный номер Z и массовое число А элемента записываются перед символом элемента следующим образом:

Например, для магния:                                                       ²⁴₁₂ Mg

массовое число 24

атомный номер 12

символ элемента Mg

Количество нейтронов в ядре можно вычислить из соотношения между массовым числом и атомным номером.

Число нейтронов = A - Z                      N=A-Z (записать в рамке в ОК)

A - массовое число

Z - атомный номер

Ядро атома магния содержит 12 нейтронов     (24 - 12 = 12)

Атомы электронейтральны, поэтому что мы можем сказать о количестве протонов и электронов?

                       р= е (выделить в ОК)

²⁴₁₂ Mg[(12 p⁺; 12 n⁰);12e]⁰              Р

       Zn                                              Na

Атомы одного элемента, имеющие одинаковое число протонов, но различное число нейтронов, называются изотопами. (выделить в ОК)

Слово «изотоп» имеет греческое происхождение (isos - «равный» и  topos - «положение») и в переводе означает «равный по положению», поскольку все изотопы одного элемента занимают одно место в периодической системе.

Известны три изотопа водорода: протий, дейтерий и тритий.

Все три изотопа имеют одинаковый атомный номер, так как у каждого из них лишь один протон в ядре. Различие же заключается в количестве нейтронов.

Ядро дейтерия, кроме одного протона, содержит также один дополнительный нейтрон. Поскольку дейтерий вдвое тяжелее протия, он называется тяжелым водородом. Поэтому вода, в молекулах которой находится дейтерий, а не протий, называется тяжелой водой (D₂O).  (в 1000г обычной воды – 150г тяжелой, с тритием – следовые количества)

Ядро трития самое тяжелое, оно состоит из одного протона и двух нейтронов. Тритий также присутствует в природной воде, но в крайне малых (следовых) количествах.

Только изотопы водорода имеют собственные символы - D и T. (отметьте в ОК)

¹₁H   ²₁D   ³₁T

Изотопы других элементов не имеют собственных символов и названий.

13*Хлор существует в виде смеси двух изотопов:

одного - с атомной массой 35 а.е.м.,

a другого - с атомной массой 37 а.е.м.

Атомная масса элемента рассчитывается с учетом процентного соотношения его изотопов.

Атомная масса элемента может быть рассчитана с помощью следующей формулы:

(в рамки в ОК)

        %w1 ∙ Ar1 + %w 2∙ Ar2 + %wn∙ Arn

Ar = ^{_______________________________________________}

                                     100%

Атомная масса хлора рассчитывается так:

                                  Ar(Cl) = 35 ∙ 0.75 + 37∙ 0.25=35.5

Таким образом можно объяснить положение Ar(39,95) и К(39,09) в ПСХЭ. Очевидно у К тяжелых изотопов в % отношении меньше, чем легких, а у аргона наоборот.

Итак, мы можем сказать, что открытие явления радиоактивности и опыты Э. Резерфорда, исследования М. Склодовской –Кюри, Пьера Кюри, работы Ирен Жолио-Кюри и Фредерика Жолио (1934г), сыграли ключевую роль в развитии знаний о строении вещества.

Большинство элементов встречаются в природе в виде стабильных изотопов.

Существуют и радиоактивные изотопы, в основном у элементов с относительной атомной массой больше 82, т.е. у элементов, стоящих в ПСХЭ Д. И. Менделеева после свинца.

Радиоактивные изотопы используются очень широко –  

в медицине, в естественных науках, на электростанциях, для производства ядерного оружия.

Просмотрите видеосюжет и покажите стрелками в опорном конспекте положительные и отрицательные стороны использования радиоактивных изотопов.

Воздействие радиоактивности

Радиоактивные изотопы могут быть очень опасны для человека. Даже в небольших количествах радиоактивные элементы представляют потенциальную опасность для жизни. Радиация может повредить генетическую структуру, что приводит к поражению иммунной системы или раку. Посмотрите, какие части тела наиболее чувствительны к радиации.

Изотопы находят широкое применение в биологии, медицине, географии, технике, археологии.

Кобальт–60 – лечение рака,

железо–59 – для измерения скорости тока крови и изучения заболеваний крови,

йод–130 – диагностика заболеваний щитовидной железы,

барий–137 - диагностика заболеваний пищеварительной системы

Степень воздействия радиации зависит от дозы радиоактивного облучения, полученного организмом, то есть зависит от количества радиоактивного вещества, расстояния до него и продолжительности облучения.

Небольшие дозы радиации, которые мы получаем от естественных источников, - безопасны. В природе находится множество радиоактивных изотопов. Они рассредоточены в воздухе, воде, почве, скалах и минералах. В живых организмах также присутствуют радиоактивные изотопы. Человеческий организм получает их вместе с пищей. Растения поглощают их из почвы.

Определенную часть этих компонентов можно получить при вдыхании сигаретного дыма даже при пассивном курении. Поэтому стоит, наверное, каждому задуматься ещё и об этой стороне этой пагубной привычки.

4. Физминутка

5. Закрепление знаний.

Итак, мы с вами выяснили состав ядра атома, научились показывать, что атом электронейтрален, рассмотрели явление радиоактивности, познакомились с изотопами. Выяснили, какое влияние может оказать радиация на организм человека.

Прежде чем вы приступите к выполнению индивидуальных заданий по первичному закреплению нового материала запишите домашнее задание и прослушайте указания к нему.

- Определите, каких изотопов – тяжелых или легких – больше содержится в природе для элементов: а) теллура и йода; б) кобальт и никель.

Обсуждение ответов учащихся.

Выводом к этой части урока могут служить два положения: (запись в тетрадь)

1) Химическим элементом называют вид атомов с одинаковым зарядом ядра, т.е. одинаковым числом протонов.

2) В результате изменения числа нейтронов в ядре атома образуются разновидности того же самого элемента, различающихся массовыми числами, - изотопами.

Задание: заполните таблицу для изотопов водорода

1. Что такое изотопы?

2. Чем отличают изотопы по строению атома?

3. Как определяется относительная атомная масса, представленная в таблице Менделеева?

4. Определите число протонов, нейтронов и электронов в атомах изотопов:

калия - ³⁹К, К ⁴⁰; неона – ²⁰Ne, ²¹Ne ; серы - ³¹S, ³²S; углерода - ¹²C, ¹³C

6. Д/З § 8 упражнения 2, 3, 5

7. Подведение итогов урока: сегодня на уроке мы с вами узнали, что такое изотопы и относительная атомная масса

1. Ребята, нам удалось сохранить доброжелательную атмосферу к концу урока?

2. Научились ли мы определять количество нейронов в изотопах?

3. Что было самым трудным?

4. Что нужно сделать, чтобы избежать трудностей?

У каждого из вас на столах есть цветные кружочки. Уходя из кабинета, я предлагаю Вам распределить их по 3 сосудам: зеленый - я доволен на уроке собой и справлюсь с предложенным домашнем заданием; желтый – для успешного выполнения домашнего задания мне необходимо еще раз внимательно изучить пар; красный – сегодня я работал неактивно и возможно домашнее задание выполнять не буду.