Інтегрований Урок "Будова атома.Ізотопи. Радіоактивність. Ядерні реакції".

Інтегрований урок з фізики та хімії у 9 класі.

                      Підготувала :

учитель фізики ЗОШ І-ІІІ ст. № 5 ім. В. Доценка

Мирноградської міської ради Донецької області

Сичова Тетяна Семенівна

вища категорія

 

Тема. Фізична сутність періодичного закону Д.І.Мендєлєєва. Будова атома.

            Ізотопи. Радіоактивність. Ядерні реакції.

Мета уроку:

• навчальна: спираючись на знання учнів про будову атома, розкрити фізичну сутність періодичного закону, вивчити нові поняття «ізотопи», «радіоактивність», «ядерні реакції», уточнити поняття «хімічний елемент», «періодичний закон Д.І.Менделєєва»;
• розвивальна: розвивати вміння, працюючи з періодичною системою Д.І.Менделєєва, добувати інформацію про будову атома хімічного елемента, складати рівняння ядерних реакцій, розв’язувати задачі на обчислення масових долів протонів; розвивати логічне і творче мислення, вміння узагальнювати, робити висновки;
• виховна: виховувати почуття шани за вчених, що внесли вклад в учення розвитку будови атома, творчість праці, виховання потреби в знаннях, пізнавальних інтересах, інтересу до фізики та хімії

Наочність: періодична система хімічних елементів Д.І.Менделєєва, таблички для заповнення, картки із завданням, мультимедійне обладнання.

Тип уроку: комбінований

Форма проведення: урок – дослідження

Час проведення – 90 хвилин

« Періодичному закону майбутнє не загрожує руйнуванням,

                        а тільки надбудову й розвиток й обіцяє»

/Д.І.Менделєєв/

«Головний секрет життя ось який:

           одна людина-нуль, разом тільки люди»

/Д.І.Менделєєв/

Хід уроку

I. Організаційний етап. Привітання.

1. Мотивація учнів – повідомлення мети та задач уроку.

Учитель фізики. Шановні учні! Сьогодні ми проводимо інтегрований урок з хімії та фізики за темою: «Фізична сутність періодичного закону Д.І.Мендєлєєва. Будова атома. Ізотопи. Радіоактивність. Ядерні реакції». У поета С.Щипачова є такі слова:

Іншого нічого в природі немає,

Нітут, ні там, укосмічних глибинах:

Все – від пісчинок малих до планет

З елементів складається єдиних.

Учитель хімии.

Як формула, як графік трудовий

Стрій Менделєєвский системи строгий.

Навколо тебе творитьсясвіт живий.

Заходь до нього, дихай та руками трогай.

2. Актуалізація знань (бесіда):  

Що таке фізичне тіло? З чого складаються фізичні тіла? З чого складається речовина? Що ви знаєте про будову молекул та атомів?

ІІ. Перевірка домашнього завдання

IIІ. Вивчення нового матеріалу.

Учитель хімії. Питання «З чого утворені всі тіла в світі?» завжди цікавив людство. Зараз ми з вами відкриємо історичну сторінку.

Перегляд презентації «Атомно-молекулярне вчення».Бесіда: який вчений впершеввів поняття «атом»? Що означає в перекладі «атом»?  Який вчений дав перше наукове означення «елемента»? Який вклад вніс М.В.Ломоносов в розвиток атомно-молекулярного вчення? Які відомості про будову  атома можна отримати з періодичної системи хімічних елементів Д.І.Менделєєва? В чому сутність періодичної системи Д.І. Менделєєва?

Так, вчені-хіміки взагалі прийняли залежність властивостей хімічних елементів від атомних мас, відмітили позитивно цю класифікацію, але категорично були проти формулювання самого періодичного закону. Д.І.Менделєєву задали питання : « Як ви пояснюєте положення в вашій таблиці елемента ₁₉К після елемента ₁₈Аr?»

   Давайте подивимось, шановні, до чого приведе, якщо ми умовно поміняємо їх місцями. Коли аргон займе місце калія, то порушується закономірність сімейства. Ми знаємо, що ця підгрупа лужних металів має валентність по кисню, оксиди їх мають основні властивості, а гідроксиди їх луги(основи). Аргон таких властивостей не має, тому він не вписується в цю підгрупу лужних металів, як і калій в підгрупу благородних газів. Д.І.Менделєєв пояснив це «неясністю» періодичного закону, на який він так до кінця свого життя відповісти не зміг, хоча працював над формулюванням ще більше 30 років. Він складав різні періодичні системи і навіть в деяких пронумеровував елементи. І за рік до своєї смерті в 1906 році написав «…періодичному закону майбутнє не загрожує руйнуванням, а тільки надбудову й розвиток й обіцяє».

Але ідеї, закладені в періодичній таблиці, знайшли відгук у фізиків.

Учитель фізики. Так, діти, друга половина ХІХ століття і початок ХХ характеризуються бурхливим розвитком вчення про будову атома. Заповнимо таблицю 1.

	Елементарна частинка	Позначення	Маса	Заряд	Обчислення
нуклони	протон	1р1	1	+1	за N елемента
	нейтрон	0n1	1	0	Ar - p
	електрон	-1e0	0	-1	за N елемента

Учитель хімії. А ось як визначити кількість протонів допомогла робота молодого англійського фізика Мозлі, який у 1913 році звернувся до Резерфорда, що бажає довести, чи залежать властивості елемента від його атомної маси, як і вважав Д.І.Менделєєв, чи визначаються порядковим номером, як вважалось вірогідним згідно ядерної теорії. Вже напередодні першої світової війни, під час якої Мозлі загинув, він використав рентгенівські промені(ними вже працювали більше 20 років). Він встановив, що рентгенівський спектр елементів дає можливість визначити заряд ядра різних атомів,і що величина заряду дорівнює порядковому числу елемента в таблиці Д.І.Менделєєва.

Учитель фізики. Звернемось до таблиці 2 і за допомогою періодичної таблиці визначимо кількість протонів, нейтронів,електронів деяких хімічних елементів.

елемент	Аr	Порядковий номер	Ядро		e	Заряд ядра атома
			р	n
H	1	1	1	0	1	+1
Li	7	3	3	4	3	+3
Pb	207	82	82	125	82	+82

Учитель хімії. А головне, що з відкриттям Мозлі про залежність властивостей елемента, періодичний закон отримав нове формулювання: властивості хімічних елементів знаходяться в періодичній залежності від зарядів їх атомних ядер. Здійснились пророчі слова Д.І.Менделєєва.

Учитель фізики. А тепер проведемо дослідження, що пояснюють до чого призводять зміни числа р, n,e. Змінимо число електронів на прикладі гідрогену

           Н                                                        Н                                                     Н

 

 
 

  +1        0        -1                                      +1      0       0                       +1      0      -2

    p         n         e                                          p     n     e                            p     n      e

           атом  H                                       йон Н⁺                                               йон Н^-

Учитель фізики з учнем. Висновок – зміна числа електронів призводить до появи йонів. Йон – це частинка, що має позитивний або негативний заряд.

Учитель фізики. Тепер змінимо кількість протонів в атомі

                  Н                                                Н

 

 

  +1        0        -1                                        +2     2      -2                  

      р      n        e                                          p        n      e

          Аr = 1                                               Аr = 4

Висновок. Зміна числа протонів призводить до появи нових хімічних елементів. Ці реакції пов’язані зі зміною всередині ядра і відносяться до ядерних реакцій.

   Тепер перевіримо до чого призводить зміна числа нейтронів:

                     ₁ Н¹-протій                             ₁Н²-дейтерій                    ₁Н³ - тритій

 

 
 

   +1        0        -1                                     +1     1      -1                       +1       2       -1

      р     n        e                                            p       n     e                         p      n      e

  Аr = 1                                                          Аr = 2                                         Аr = 3

Учениця. Висновок – при зміні числа нейтронів заряд ядра не змінюється, а змінюється атомна маса.

Учитель фізики. Так, різновиди одного хімічного елемента, що мають однаковий заряд ядра атома,але різну атомну масу, називають ізотопами.

Наприклад :  ₉₂U²³⁵, ₉₂U²³⁸ ,₉₂U²³⁹  ;             ₅B¹⁰ ,  ₅B¹¹

                               ₈O¹⁶ ,     ₈O¹⁷ ,     ₈O¹⁸ ;              ₇N¹³, ₇N¹⁴

Учитель хімії. А це призвело до уточнення визначення хімічного елемента. Хімічний елемент – це вид атомів, що мають певний заряд ядра атома.

Учитель фізики. Багато важких ізотопів радіоактивні. Радіоактивність – це спонтанне випромінення, що супроводжується виділенням великої кількості енергії. Це явище було відкрито у 1896 році А.Беккерелем. Радіоактивність пов’язана зі зміною ядра атома і виражається схемами ядерних реакцій. Вони складаються на основі збереження маси, енергії, заряду, нуклонів. Вивчали природню радіоактивність подружжя П.Кюрі та М.Складовска-Кюрі. Ними були відкриті нові радіоактивні елементи радій (Ra) та полоній (Ро).

Ознайомлення учнів з трьома видами радіоактивного випромінювання: α-, β- і γ-випромінювання. Пояснення використання законів збереження у правилах зміщення Фредеріка Содді, які вперше були сформульовані у 1903 році.

α-розпад:

β-розпад:

Окрім альфа- і бета-розпадів радіоактивність супроводжується гама-випромінюванням. При цьому з ядра вилітає фотон. У природі існують три радіоактивних сімейства:

-  урана  →  ,

- торія →

- актинія→

Розглянемо кілька прикладів:

→     +      - ізотоп торія  ,→    +     - ізотоп вісмута

₇N¹⁴ +  ₂He⁴ → ?  +  ₁H¹

Учитель хімії. Розв’яжемо задачі

1.Визначити процентний вміст ізотопів, якщо середня атомна маса 35,45.

Дано:                                   Розв’язування:

Аr(Cl)= 35,45                    W= P*100% / Ar = 17*100% /35,45= 47.5%

P=17_____

W - ?

2.Срібло складається з 44%  ₄₇Аg¹⁰⁹     і 56%  ₄₇Ag¹⁰⁷. Яка атомна маса срібла?

(Відповідь:107.88)

Так чому ж атомна маса не ціле число?

Учень. Різний вміст нейтронів кожного елемента в природі. Так, наприклад, у калія більше   протонів, а в аргону – більше, а нейтронів менше. А властивості елементів залежать від порядкового номеру в таблиці. Так вчення про будову атома фізиками дало поштовх до розвитку вчення про періодичну зміну властивостей елементів.

Учитель хімії. 26 квітня 1986 року трагічний день для України – вибух на Чорнобильській АЕС.2104 населених пункти, 2.5 млн. людей постраждали від радіоактивного випромінення, з них – 600 тис. дітей. Забруднена площа 4.6 млн. га. Тому потрібно знати який вплив радіації на організм людини. Вплив йде в двох напрямках. (Бесіда за схемою)

К     → йонізація атомів і молекул → утворення вільних радикалів → 

Л                  реакції з  білками  → зміна ферментних систем
І
Т

И                                                                                       пухлини
Н
А     → порушення дихання тканей → гіпоксія →  хромосомні порушення

 загибель

Як себе вберегти від радіації. Приймаємо такі заходи:

• не виходимо з приміщень, 2-3 рази на день робимо вологе (саме вологе!) прибирання;
• якомога частіше приймаємо душ (особливо після виходу на вулицю), прати речі. Регулярне промивання фізіологічним розчином слизових носа, очей і глотки не настільки важливо, оскільки при диханні надходить значно більша кількість радіонуклідів;
• щоб захистити організм від радіоактивного йоду-131, досить змастити невелику ділянку шкіри медичним йодом. На думку лікарів, ця нехитрий спосіб захисту діє місяць;
• якщо Вам доводиться виходити на вулицю, краще надягати світлий одяг, бажано бавовняну і вологу. На голову рекомендують надягати капюшон і бейсболку одночасно;
• в перші кілька днів потрібно побоюватися радіоактивних опадів, тобто «зачаїтися і відсидітися».

Є кілька способів очистити радіоактивну воду. Справа в тому, що найчастіше вода забруднюється радоном - газом, дуже шкідливим для людини. Причому, така вода небезпечна не тільки для пиття, набагато шкідливіше її випаровування. Деякі фахівці радять користуватися для очищення вугільними фільтрами (в принципі, звичайними побутовими глечиками). Тільки термін придатності змінної касети різко скорочується, тому міняти її потрібно якомога частіше. В інших джерелах рекомендують кип'ятіння - нібито воно повністю очищає воду від радону. Ефективність цих методів, на жаль, не стовідсоткова.

Отже, зі свого меню прибираємо - рибу, гриби, кісткові бульйони і свинину. Ці продукти швидко накопичують у собі радіонукліди. З фруктів зрізаємо шкірку, у капусти видаляємо качан, овочі вимочуємо в воді, дрібно ріжемо і проварюємо. Налягаємо на  продукти, в склад яких входить селен -  нирки, серце, яйця птиці, насіння соняшнику (крім печінки, вона також накопичує в собі радіонукліди). Саме селен захищає від утворення ракових пухлин. Купуємо і використовуємо в їжу морську або йодовану сіль.

   Хочете вивести важкі метали з організму? Їжте варення, джеми, желе і мармелад. Справа в тому, що при виробництві цих солодощів використовується пектин. На думку вчених, ця речовина швидко пов'язує радіонукліди і практично повністю виводить їх з організму. До речі, придбати пектин можна в будь-якому супермаркеті - зверніть увагу на пакетики в рядах зі спеціями.

IV. Контроль знань. Тест

1 варіант

1. Вчений, засновник планетарної моделі будови атома:

а) П. Кюрі;   б) Э. Резерфорд;   в) Д. Томсон.

2. Чи подільний атом з точки зору хімії?

а) так;    б) ні.

3. Атом складається із:

а) ядра та електронної оболонки;   б) йонів і електронів;   в) катіонів і протонів.

4. Символ протона:

а) n;        б) e;        в) p.

5. Заряд нейтрона:

а) 0;      б) –1;      в) +1.

6. Масса електрона:

а) 1,00728 а.о.м.;        б) 1,00866 а.о.м.;              в) 5,486 · 10^–4 а.о.м.

7. Різновиди атомів хімічного елемента, що відрізняються  по масі, називаються:

а) ізомерами;         б) ізотопами;          в) гомологами.

8. Масове число –

а) число протонів в ядрі;      б) число нейтронів вядрі; 

в) число електронів в електронній оболонці;   г) число нуклонів в ядрі

9. Ядро ізотопа літію з відносною атомною масою 7 має:

а) 3p и 7n;        б) 3p и 4n;           в) 3p и 10 n.

2 вариант

1. Вчені – засновники протонно-нейтронної моделі атома:

а) П.Кюрі та М.Кюрі; б) Д.Томсон і Е.Резерфорд; в) Д.Иваненко і В.Гейзенберг.

2. Чи подільний атом з точки зору фізики?

а) так; б) ні.

3. Ядро любої речовини складається з:

а) електронів;   б) протонів и нейтронів;   в) ядра и електронної оболонки.

4. Символ нейтрона:

а) n;   б) e;   в) p.

5. Заряд електрону дорівнює:

а) 0;          б) –1;          в) +1.

6. Маса протона дорівнює:

а) 1,00728 а.е.м.;     б) 1,00866 а.е.м.;    в) 5,486 · 10^–4 а.е.м.

7. Зарядове число – це:

а) число нейтронів в ядрі; б) число протонів в ядрі; в) число електронів в електронній оболонці.

8. Ядро ізотопа гелія з відносною атомною масою 4 має:

а) 2p і 2n;          б) 2p і 4n;            в) 2p і 6n.

9. Визначити за допомогою таблиці Д.И.Менделєєва, атом якого хімічного елемента має 3 протона в ядрі?

а) гелій;     б) літій;     в) берилій.

ІV. Підбиття підсумків уроку.

Учитель фізики. Давайте підведемо підсумки нашого уроку. Одна з основних задач фізики и хімії – формування матеріалістичного бачення на основі знайомства з законами діалектичного розвитку природи: законом переходу кількості в якість, єдності та боротьби протилежностей, заперечення заперечності.

Учитель хімії. Закон переходукількості в якість ми можемо спостерігати при зміні властивостей елементів в періодах: при збільшенні заряду ядер атомів елементів  змінюються властивості ві типових металів до типових неметалів.

Учитель фізики. Закон єдності та боротьби протилежностей ярко проявляє себе в будові атомів, бо атом являє собою єдність двох протилежностей: позитивно зарядженого ядра і навколо нього рухомих відємно заряджених електронів.

Учитель хімії. Закон заперечення заперечності  проявляеться при переході від періода до періода. Так, хімічний елемент калій повторює багато властивостей натрія, але в той же час атом калія має більш складну будову, і тому калій активніше натрія.

Учитель фізики. Таким чином, запишемо загальні закони розвитку природи:

1. Закон переходу кількості в якість.

2. Закон єдності та боротьби протилежностей.

3. Закон заперечення заперечності.

V. Рефлексія

1. Що нового ви дізнались на уроці?

2. Де ви можете використовувати отриманні знання і вміння?

3. Що вам сподобалось на уроці? Що не сподобалось?

VІ. Домашнє завдання: фізика 9 клас – §22,23, впр.23 № 2,5