Сучасне формулювання періодичного закону. Ізотопи (стабільні та радіоактивні)

Структура уроку

Хід уроку

І. Організаційний момент. Формування робочого настрою (слайд 1)

Доброго дня!

Сьогодні на уроці я бажаю вам бути успішними, впевненими в собі. Усміхніться, і до вас прийде радісний настрій.

ІІ. Актуалізація опорних знань

      1.  Роботи в парах: (слайд 3)

1) Атом складається з двох основних частин: ядра і електронів.

2) Ядро має позитивний заряд.

3) Ядро складається з протонів і нейтронів.

4) Майже вся маса атома зосереджена в його ядрі.

5) Заряд ядра атома визначається числом протонів в його складі і не залежить від числа

    нейтронів.

6) На число протонів в ядрі вказує порядковій номер елемента.

7) Сумма чисел протонів і нейтронів відповідає атомній масі елемента.

8)  Кількість електронів в атомі дорівнює порядковому номеру елемента.

9) Атом елемента з порядковим № 20 має 20 електронів, 20 протонів, 20 нейтронів.

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності. Очікування

Відео фрагмент «Ядерний вибух» (слайд 4)

Вправа: «Асоціативний кущ» (слайд 5)

Питання:

• Як називається явище, що ви бачите?
• Яку асоціацію викликав у вас цей відео фрагмент?
• Яке це явище: фізичне чи хімічне? Чому?

Девіз уроку: «Розум - це здатність використовувати сили навколишнього світу без руйнувань цього світу»

А. Стругацький (слайд 6)

В кінці уроку я хочу почути від вас відповідь, чому я обрала слова А. Стругацького у якості девізу?

Сьогодні ми будемо працювати творчо, натхненно, щоб зробити для себе певні висновки.

IV. Повідомлення теми, мети уроку (слайд 7)

Сьогодні на уроці ви дізнаєтесь відповіді…

V. Вивчення нового матеріалу

1. Сучасне формулювання періодичного закону.

Оскільки атом в цілому електронейтральний, то і кількість електронів в атомі також дорівнює порядковому номеру елемента. Наприклад, порядковий номер елемента Феруму Fe - 26. Це означає, що заряд ядра його атома +26, а оскільки атом електронейтральний, то і електронів має бути 26, сумарний негативний заряд яких становить -26 (заряд електрона - найменший негативний заряд, прийнятий за одиницю (слайд 6 17)

Відкриття фізичного змісту порядкового номера дало нове обґрунтування розміщення елементів в періодичній системі. З'ясувалося, що елементи розміщені не стільки за зростанням атомної маси, скільки за зростанням заряду ядер їх атомів. Отримала пояснення і гадана суперечливість в системі Д. І. Менделєєва - розміщення трьох пар елементів (Аргон і Калій, Кобальт і Нікол, Телур і Йод) не в порядку зростання їх атомних мас, а навпаки. Виявилося, що таке розміщення відповідає величині зарядів ядер атомів цих елементів. Отже, немає протиріччя (слайд 7, 8, 9 18,19,20).

Зазначені міркування дозволили дати нове визначення хімічного елемента.

Хімічний елемент – це сукупність атомів з однаковим зарядом ядра.

А також уточнити формулювання періодичного закону.

Властивості елементів, а також властивості й форми їхніх сполук перебувають у періодичній залежності від заряду атома елемента.

2. Ізотопи

Кожен окремий вид атомів (вид ядра) називається нуклідом.

Нуклідів - це різновиди атомів (атомних ядер) з певним числом протонів і нейтронів. Термін «нуклід» вживається для позначення будь-яких атомів, відрізняються складом ядра (або різною кількістю нуклонів, або при однаковому числі нуклонів різним співвідношенням протонів і нейтронів). Якщо нукліди належать одному і тому ж хімічного елементу і мають однакову кількість протонів, але розрізняються за кількістю нейтронів, то вони називаються ізотопами (від гр. Ізос - однаковий і топос - місце) (слайд 9 21).

Ізотопи - це нукліди одного хімічного елемента, які мають різні нуклонні числа, але однакове протонное число (заряд ядра).

Назви та символи ізотопів збігаються з назвами і символами відповідного хімічного елемента. Виняток становлять ізотопи елементу Гідрогену. Вони мають нуклонні числа 1, 2, 3 і власні назви і символи (слайд 10, 11 22,23).

3. Відносна атомна маса

Відносна атомна маса елемента в періодичній системі - це середнє значення атомних мас його ізотопів з урахуванням їх масових часток у природному елементі. Саме тому, що майже всі елементи - це суміші нуклідів, їх відносні атомні маси не цілочисельні, а дробові.

Приклад. Обчислити середню атомну масу природного хлору, якщо вміст його ізотопів у відсотках: ω(³⁵₁₇Cl) = 0,754, ω(³⁷₁₇Cl) = 0,246.

Розвязання:

A_{r ср} =  ω_.(1) ∙ Ar₍₁₎  + ω_.(2) ∙ Ar₍₂₎

A_{r ср} (Cl) = 0,754 ∙ 35 + 0,246 ∙ 37 = 35,453

 Знайомство з поняттям «ізотопи» дає можливість відповісти на запитання, чому в деяких випадках (Ar і K, Зі і Ni, Fe та I) треба було відступити від загального принципу і розташувати ці елементи в періодичної таблиці не в порядку зростання їх відносних мас. Всі перестановки елементів періодичної таблиці пояснюються різним співвідношенням легких і важких ізотопів.

4. Ядерні реакції. Радіоактивний розпад.

Ядра нуклідів можуть розпадатися з утворенням ядер інших елементів. При цьому можливо випущення елементарних частинок α, β або інших. Цей процес називається радіоактивним розпадом.

Види радіоактивного розпаду:                                                               

• α-розпад – випущення α-частинки, тобто ядра атома Гелію ⁴₂Не. При цьому масове число ізотопу зменшується на 4, а заряд ядра – на 2 одиниці. Ці частки можна зупинити аркушем паперу.

²³⁸ ₉₂U → ²³⁴ ₉₀ Th + ⁴₂Не

• β-розпад. У нестійкому ядрі нейтрон перетворюється на протон, при цьому ядро випускає електрони й антинейтрони. У разі β-розпаду масове число не змінюється, а заряд ядра збільшується на 1. Ці частинки можна зупинити алюмінієвою фольгою.

²³⁴ ₉₀ Th → ²³⁴ ₉₁ Pa + ⁰ _-1 е

• γ-розпад. Збуджене ядро випускає γ-випромінювання з дуже малою довжиною хвилі, при цьому енергія ядра зменшується, масове число й заряд ядра не змінюються. Зупиняються тонкою свинцевою пластинкою.

⁵⁹ ₂₇ Со + ¹ ₀ n → ⁶⁰ ₂₇ Со + γ

Щоби правильно записати рівняння, треба просто дотримуватися закону збереження маси й кількості речовини.

²²⁶ ₈₈ Ra → ²²² ₈₆ Ru + ⁴₂Не

• От у цьому рівнянні масове число ліворуч (226) дорівнює сумі масових чисел праворуч (222+4).
• Протонне число ліворуч (88) дорівнює сумі протонних чисел праворуч (86+2).

Час, за який розпаду піддається половина атомів цього нукліда, називається періодом напіврозпаду Т_1/2 .

5. Ізотопи стабільні і радіоактивні (радіонукліди).

Стабільні нукліди практично не піддаються радіоактивному розпаду, тому зберігаються в природних умовах, наприклад ¹⁶ О, ¹² С. Стабільні нукліди мають всі «парні» елементи і більшість «непарних» з протонним числом (зарядом ядра) <83.

Радіоактивні нукліди (радіонукліди) – природні та штучні – мимоволі розпадаються доти, доки не утвориться стабільний нуклід. Нукліди всіх елементів, розташованих в періодичній системі після Вісмуту, радіоактивні.

6. Застосування радіоактивних нуклідів.

- наукові дослідження (ядерна фізика й хімія, біологія тощо);

- у промисловості. Наприклад, для визначення витоку рідких речовин;

- у медицині (метод «мічених» атомів. Лікування ракових захворювань);

- у палеонтології – визначення віку предметів органічного походження тощо.

5. Небезпека радіоактивного випромінювання.

Радіоактивне випромінювання (радіація) небезпечно тим, що воно невидиме, не має ні запаху, ні смаку, тому людина його ніяк не відчуває. Однак воно має велику проникаючу здатність. Проникаючи всередину живих організмів, радіація викликає іонізацію молекул біологічної системи, руйнує клітинні мембрани, вражає клітини кісткового мозку і т.п. А це призводить до генетичним пошкоджень, які передаються у спадщину майбутнім поколінням клітин, якщо клітини не встигли загинути. У свою чергу, це призводить до порушення імунної системи, зниження опірності живого організму різним захворюванням і т.д. До недавнього часу вважалося, що існує безпечний рівень, нижче якого радіація не впливає на здоров'я людини. Зараз такий погляд спростовано. Тривалий вплив малих доз радіації надає руйнівний вплив на живі організми. Багато захворювань, раніше ніколи не зв'язували з рівнем радіації (грип, пневмонія, діабет, хвороби серця і нирок, параліч), насправді вони істотно залежать навіть від малих доз опромінення, у тому числі і внутрішнього, викликаного попаданням радіонуклідів всередину організму разом з питною водою і продуктами харчування.