Урок-семинар в 11-м классе Сущность и значение периодического закона


Цели урока:

  • Образовательные:
    • обобщение, систематизация знаний учащихся о
      сущности периодического закона Д.И.Менделеева,
      причинах периодическогоизменения свойств
      химических элементов в свете теории строения
      атома.
  • Развивающие:
    • развитие умений учащихся планировать и
      проводить эксперименты исследовательского
      характера, излагать теоретический материал,
      аргументировать выдвинутые идеи, делать выводы,
      применять, систематизировать и обобщать знания,
      устанавливать причинно-следственные связи.
    • Воспитательные: формирование научного
      мировоззрения учащихся.

Оборудование:

  • Таблица: «Периодическое изменение свойств
    элементов» (Приложение 1)
  • Химические реактивы для выполнения
    лабораторных опытов: гидроксид алюминия,
    гидроксид хрома (III), растворы соляной кислоты,
    азотной кислоты, гидроксида калия, гидроксида
    натрия.

ХОД УРОКА

Учитель: Периодический закон и
периодическая система химических элементов
пережили уже два этапа в их понимании и развитии.
На первом этапе – химическом – внимание
концентрировалось на периодическом изменении
свойств элементов, на втором – электронном –
внимание сосредоточено на зависимости свойств
элементов от электронного строения атомов. Цель
нашего урока – систематизировать и обобщить
знания о связи периодического закона с теорией
строения атома, на основе периодического закона
подтвердить наиболее общие законы развития
природы.

Сообщение учащегося: Причины
периодичности.

Приложение 1, слайд
№ 1

Периодическая зависимость – повторяемость
свойств через определенный период. Период – ряд
элементов с одинаковым числом энергетических
(квантовых) уровней, расположенных в порядке
возрастания зарядов атомных ядер.

В III периоде атомы элементов имеют 3
энергетических уровня. От элемента к элементу на
единицу возрастает заряд ядра и число электронов
на внешнем электронном слое, атомные радиусы
сокращаются, т. к. происходит их стягивание в
результате притяжения к ядру большего
количества электронов. Натрий и магний – это
s-элементы, в их атомах заполняется s-подуровень,
от алюминия до аргона – p-элементы, т. к. в их
атомах заполняется p-подуровень. С накоплением
электронов в наружном электронном слое и
сокращением атомного радиуса связано ослабление
металлических свойств и нарастание
неметаллических свойств. Восстановительные
свойства ослабляются, окислительные
усиливаются.
В периодах растет высшая степень окисления в
соединениях, она определяется числом электронов
наружного слоя.
Характер оксидов и гидроксидов изменяется от
основных через амфотерные к кислотным, гидроксид
натрия – сильное основание, щелочь, гидроксид
алюминия – амфотерный гидроксид, хлорная
кислота – самая сильная кислота.

Валентность в гидридах металлов увеличивается,
в летучих водородных соединениях неметаллов
падает. Эти закономерности повторяются в каждом
периоде.
В главных подгруппах располагаются элементы
сходные, но неодинаковые, с ростом заряда ядра
атомные радиусы увеличиваются, т. к. растет число
электронных слоев в атомах, усиливается свойство
отдавать электроны, растут металлические
свойства.
Т. о. главная причина периодичности связана с
периодическим изменением числа электронов в
наружном слое атома. Количественные изменения,
постоянно накапливаясь, приводят к качественным
изменениям – возникновению новых свойств.
Современная формулировка периодического закона:
свойства химических элементов и их соединений
находятся в периодической зависимости от
зарядов атомных ядер, числа валентных
электронов, строения внешних электронных слоев
атомов химических элементов. Химический элемент
– совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра.

Важнейшие свойства химических элементов –
металличность и неметалличность. Подтвердим
зависимость свойств химических элементов от
строения атома.

Учащиеся выполняют задание № 1
экспериментально-теоретической программы урока

Опишите строение атома определенного
химического элемента по плану: схема строения
атома, электронная формула,
электронно-графическая формула, принадлежность
к металлам или неметаллам, определенному
семейству, число валентных электронов.

1 вариант 2 вариант
элемент № 11 (Na) элемент № 15 (P)



Составьте уравнения реакций, подтверждающих
химические свойства простого вещества, оксида и
гидроксида соответствующего элемента, укажите
химический характер проявляемых свойств.

Выводы учащихся:

Натрий – s – элемент, типичный металл, т. к. на
внешнем электронном слое атома содержит один
электрон. Натрий – одновалентен, высшая степень
окисления равна +1. При горении среди других
продуктов сгорания образует оксид Nа2О. При
растворении в воде образует щелочь, сильное
основание, это доказывается малиновой окраской
индикатора фенолфталеина. Главное свойство
оснований – взаимодействие с кислотами. Таким
образом, соединения натрия, как типичного
металла, проявляют основные свойства.

Фосфор – р – элемент, неметалл, т. к. на внешнем
слое атома содержит 5 электронов. Фосфор
пятивалентен, высшая степень окисления равна +5.
При горении образует высший оксид Р2О5, при
растворении оксида в воде образуется фосфорная
кислота Н3РО4 – кислота средней силы. Наличие
кислоты в растворе доказывается красной
окраской лакмуса. Главное свойство кислот –
взаимодействие с основаниями.

Таким образом, соединения фосфора, как
неметалла, проявляют кислотные свойства.

Учитель: Естественная система
химических элементов включает элементы не
только с ярко выраженными металлическими и
неметаллическими свойствами. Деление элементов
на металлы и неметаллы относительно,
несовершенно.Приведите доказательства этого
положения.

Учащиеся приводят примеры металлических
признаков физических свойств графита, кремния,
йода, металлического водорода, молекулярной
кристаллической решетки и химической инертности
инертных газов, амфотерности соединений многих
металлов.

Учитель: Деление элементов на металлы и
неметаллы применимо больше к простым веществам,
которые, в зависимости от условий могут
проявлять как металлические, так и
неметаллические свойства. Металличность и
неметалличность простых веществ – это функция
условий существования химического элемента. Для
соединения металлов и неметаллов в единую
систему связующим мостиком являются амфотерные
соединения. Выявим причины амфотерности на
основе строения атомов элементов.



Учащиеся выполняют задание № 2
экспериментально-теоретической программы урока

а) Опишите строение атома химического элемента
по плану: схема строения атома, электронная
формула, электронно-графическая формула,
принадлежность к металлам или неметаллам,
определенному семейству,число валентных
электронов

1 Вариант 2 Вариант

элемент №13 (AL) элемент №24 (Cr)

б) Вам выданы следующие вещества:

1 Вариант 2 Вариант

Гидроксид алюминия Гидроксид хрома (III)

На основе строения атома указанного элемента
определите химический характер соединения,
подтвердите свойства экспериментально,
составьте молекулярные и ионные уравнения
реакций. Укажите, какие свойства проявляет
соединение в каждой реакции, каковы признаки
реакций? Выявите главную причину проявляемых
соединением свойств.

Выводы учащихся: гидроксиды алюминия и хрома
(III) амфотерны, амфотерность обусловлена
промежуточным числом валентных электронов и
проявляемой промежуточной степенью окисления
алюминия и хрома +3.

Учитель: Все разнообразие химических
элементов связано единой идеей строения атома.
Периодический закон в настоящее время является
важнейшим инструментом познания, определяет
развитие атомной физики, химии, геологии,
астрономии, атомной и ядерной техники,
химической технологии, металлургии, медицины и
других отраслей знания. Выделяют несколько
важнейших функций периодического закона.

Сообщение учащегося. Функции
периодического закона.

Приложение 1, слайд
№ 3.

Объясняющая функция закона заключается в
способности объяснить те или иные явления. При
составлении таблицы Менделеев трижды
сознательно нарушил принцип ее построения,
отраженный в периодическом законе. Он переставил
элементы местами так, что элемент с большей
массой опережает элемент с меньшей массой, но при
такой расстановке все они попадают в группы
сходных по свойствам элементов. Открытие
строения атома оправдало данные перестановки.
Элементы оказались в системе расставлены
правильно на основе зарядов атомных ядер.
Перестановки Менделеева можно объяснить
явлением изотопии. Развивающая функция закона
проявляется в том, что закон может дать толчок
развитию других направлений науки.
Периодический закон способствовал развитию
теории строения атома, что дало самому закону
более глубокое научное обоснование.
Обобщающая функция проявляется в способности
соединить отдельные факты в строгую систему
взаимосвязанных явлений.
Прогностическая функция заключается в
способности предсказывать свойства и явления.

Сообщение учащегося. Прогностическая
функция периодического закона.

У 10-ти элементов Менделеев изменил принятые в
то время относительные атомные массы и
соответственно изменил их валентность, у 10-ти
других атомные массы подправил, 8 элементов
разместил в системе вопреки принятым
представлениям. Все эти новшества были
восприняты ученым миром как неслыханная
дерзость. Но твердо убежденный в естественности
своей системы, Менделеев решается на невиданный
в истории химии шаг. Свойства предсказанных им
экабора, экаалюминия и экасилиция он описывает с
удивительной точностью и предлагает даже методы
их открытия.

Открытие Л.Буабодраном галлия, Л.Нильсоном
скандия, К.Винклером германия подтвердило
прогностические возможности периодического
закона.
В 1884 г. Николай Александрович Морозов,
заключенный царским правительством за
революционную деятельность пожизненно в
Шлиссельбургскую крепость, начинает от тоски
тюремной жизни изучать химию. Он знакомится с
системой Менделеева и ставит перед собой вопрос:
нет ли периодической зависимости среди
углеводородов? Морозов составляет свою таблицу и
приходит к неожиданному выводу: все
углеводороды, как и все элементы периодической
системы, в той или иной степени активны, но среди
элементов нет химически инертных, подобно
предельным углеводородам. Возникает вопрос: а
что, если инертные элементы существуют в природе,
но пока не открыты? И Морозов предсказывает, что
эти элементы следует искать в воздухе, т. к.
скорее всего это газы.
Можно представить себе торжество Морозова, когда
он, находясь в заключении, узнал из газет, что
английский ученый У. Рамзай открыл, и именно в
воздухе, инертный газ аргон. Вскоре последовало
открытие и других инертных газов.
Так на основе периодической системы Морозову
удалось предсказать то, что не удалось сделать в
полной мере даже самому Менделееву.

Сообщение учащегося. Искусственное
получение элементов

К 1937 г. общее число открытых элементов достигло
88. Самым тяжелым из них был уран – № 92. Значит, в
периодической системе оставались еще 4
«окна» с номерами 43, 61, 85, 87. Все попытки найти
их в природе заканчивались неудачей. Этим окнам
суждено было заполниться в период с 1937 по 40-й
годы, и получены они были при помощи ядерных
реакций. Самым первым был искусственно получен
элемент № 43 путем обстрела изотопов молибдена
ядрами атомов дейтерия (дейтерий – изотоп
водорода).

Ядра атомов молибдена и дейтерия сливаются,
образую ядро с зарядом 43, массой 99. Этот элемент
был назван в честь торжества техники технецием.
Искусственным путем было открыто значительное
число химических элементов.
. Ядерные реакции еще раз доказывают взаимосвязь
всех элементов, объединенных в периодическую
систему.

Сообщение учащегося. «Меченые атомы»
«Меченые атомы» – радиоактивные изотопы –
разновидности атомов одного и того же
химического элемента, отличающиеся массой.
Спонтанно делясь, они постоянно сигнализируют о
себе, и их распад можно зафиксировать
регистрационными приборами; меченые атомы
широко применяют в сельском хозяйстве, медицине,
в научных исследованиях. Так, например, было
обнаружено, какую природу имеет кислород,
выделяющийся при фотосинтезе.

Для испытаний растения поливали водой,
содержащей изотоп кислорода-18, а углекислый газ
содержал обычный распространенный легкий изотоп
кислорода — 16. Выделяющийся при фотосинтезе
кислород содержал только изотопы — 18, значит, он
имеет «водное» происхождение, и этот факт
сыграл определенную роль при раскрытии
фотосинтетических процессов.

Учитель: Периодический закон,
основанный на теории строения атома, объяснил
множество явлений природы, подтвердил
философские категории.

Учитель предлагает учащимся воспользоваться
справочниками, словарями, ознакомиться с
философскими категориями: «причина и следствие»,
«единичное, особенное, общее», « содержание и
форма», ответить на вопросы:

1. Что помогают осознать категории общего и
особенного? Чем обусловлена общность всех
химических элементов? Чем обусловлена
особенность отдельных групп элементов и
единичность (индивидуальность) каждого из
химических элементов?
2. Что выражает бесконечная цепь причин и
следствий? Какова главная причина
периодического изменения свойств элементов?
Каковы следствия увеличения числа валентных
электронов в атомах элементов одного периода и
увеличения атомных радиусов элементов главных
подгрупп?



Учащиеся отвечают на вопросы.

Сообщение учащегося. Содержание и
форма.

Любой предмет состоит из отдельных элементов и
процессов, которые в совокупности составляют
содержание предмета. У содержания имеется форма,
форма и содержание не существуют друг без друга.
В процессе развития содержание играет ведущую
роль, его изменение ведет к изменению формы. Если
периодический закон – это содержание, то его
формой является графическое изображение –
периодическая система. Существует около пятисот
вариантов периодической системы (например,
короткая и длинная), но содержание одно –
периодическая зависимость свойств от зарядов
атомных ядер элементов. В п. с. 7 периодов и 8 групп.
По форме период – горизонтальный ряд элементов,
начинающийся щелочным металлом и
заканчивающийся инертным элементом, а по
содержанию период – это ряд элементов с
одинаковым числом энергетических уровней. По
форме группа – это вертикальная колонка
элементов, а по содержанию – это ряд элементов,
имеющих одинаковую максимальную степень
окисления. По форме каждый элемент имеет свое
место, свою клетку в периодической системе, а по
содержанию каждый элемент можно отнести к s-, p-, d-
или f семействам.

Учитель: Закон – объективная,
всеобщая, необходимая и существенная связь
явлений и предметов, которая характеризуется
устойчивостью и повторяемостью. Периодический
закон, связывающий химические элементы, – один
из общих законов природы. Он выполняется везде,
где имеются химические элементы и их соединения,
но он действует только в рамках совокупности
химических элементов, не распространяясь на
другие явления природы. Вы знаете, что есть и
другие законы – наиболее общие законы развития
природы. Периодический закон подтверждает эти
законы.

Сообщение учащегося: Закон единства и
борьбы противоположностей утверждает, что
борьба противоположностей – источник движения и
развития материального мира. Этот закон
проявляется в строении атома, как единстве двух
противоположностей (положительно заряженного
ядра и отрицательно заряженных электронов), в
металлических и неметаллических свойствах
отдельных элементов, которые могут
взаимодействовать с образованием соединений, в
основном и кислотном характере соединений
металлов или неметаллов, во внутренней
противоречивости амфотерных соединений, в
неделимости друг от друга процессов окисления и
восстановления.
Ярким примером элемента с внутренне
противоречивостью является водород, который
проявляет свойства металла и неметалла,
восстановителя и окислителя.
Подобно щелочным металлам, атом водорода
содержит на внешнем и единственном электронном
слое один электрон, легко сбрасывает его в
химических реакциях с неметаллами и при этом
проявляет свойства восстановителя.
Однако водород может проявлять и окислительные
свойства, взаимодействуя с щелочными металлами,
превращая их в гидриды. При этом атом водорода
принимает один электрон до завершения внешнего
слоя. В данной реакции водород вдет себя как
типичный неметалл.

Сообщение учащегося: Закон перехода
количественных изменений в качественные
характеризует процесс обновления материального
мира, говорит о его скачкообразном развитии. Под
скачком понимается переход от одного качества к
другому. Скачки условно делят на медленные
(многостадийные) и мгновенные (одностадийные).
Переход от элемента к элементу в периоде с ростом
заряда ядра атома – это незначительные
мгновенные скачки образования нового качества,
т. е. новых свойств. Изменение свойств элементов
от типичных металлов к типичным неметаллам в
периоде – это результат медленного
многостадийного скачка. Переход от галогенов к
инертному газу – это большой мгновенный скачок,
связанный с завершением наружного электронного
слоя, также большим мгновенным скачком является
переход от инертного элемента к щелочному
металлу, он связан с возникновением нового слоя.
Таким образом, количественные изменения в
отдельных атомах и системе элементов постоянно
ведут к качественно новым свойствам.

Сообщение учащегося: Закон отрицания
отрицания выражает всеобщую закономерность
развития материального мира от простого к
сложному и предполагает связь, преемственность в
развитии. Наиболее ярко она выражена при
переходе от периода к периоду. Например, калий
повторяет свойства натрия, но в то же время атом
калия имеет на один электронный слой больше и
является более реакционноспособным.
Следовательно, развитие идет как бы по спирали, с
каждым витком повторяя предыдущие этапы
развития, но на более высоком уровне.

Приложение 1, слайд
№ 2

Учитель: Открытие и развитие
периодического закона на основе теории строения
атома подтвердило познаваемость мира, доказало
его материальность, единство и противоречивость.
Химические элементы – ступени развития
вещества. Основой их единства и взаимосвязи
служит сходство элементарных частиц, входящих в
состав атомов. Каждый элемент, будучи частью
целого, занимает свое место в периодической
системе. В природе имеет место не беспорядочное
скопление качественно разнородных веществ: все
они находятся друг с другом в закономерных
взаимосвязях и построены из атомов
ограниченного числа элементов. Величайшая
заслуга Д.И.Менделеева в том, что он не
остановился на разделении элементов по группам,
а объединил отдельные группы элементов в единую
систему.
Нельзя не согласиться с ярким высказыванием А.Е.
Ферсмана: «Будут, конечно, появляться и умирать
новые теории; блестящие обобщения и новые
представления будут сменять устаревшие понятия;
величайшие открытия и эксперименты будут далеко
превосходить все прошлое и открывать
невероятные по новизне и широте горизонты – все
это будет приходить и уходить, но периодический
закон Менделеева будет всегда жить, развиваться,
уточняться и руководить исканиями».

Литература:

1. Смирнова Т.В. Формирование научного
мировоззрения учащихся при изучении химии. М.
Просвещение, 1984;
2. Агафошин И.П. Периодический закон и
периодическая система химических элементов
Д.И.Менделеева. М.Просвещение. 1982;
3. Габриелян О.С., Лысова Г.Г., Введенская А.Г.
Настольная книга учителя химии. 11 класс. Часть I.
М. Дрофа. 2003.
4. Аспицкая А.Ф. Роль химии в формировании
мировоззрения учащихся. Химия (ИД «Первое
сентября») 2011 № 3.




Следующий: