Периодический закон и периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева

Тема урока №3: «Периодический закон и периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева».

Цель урока: Повторить и обобщить знания студентов по теме.

Задачи урока:

1. Образовательная: систематизировать  и  обобщить знания по теме: « Периодический   закон   и   периодическая   система  химических элементов Д. И. Менделеева». Выявить пробелы в знаниях по данной теме. Изучение научного наследия великого русского учёного.

2. Развивающая: развитие умений  и  навыков самостоятельно работать с литературой, умения анализировать, сравнивать, обобщать  и  делать выводы, выступать перед аудиторией. Формирование основных учебных компетенций: учебной, коммуникативной, личностной. Развитие чувства патриотизма.

3. Воспитательная: привитие гигиенических норм труда. Воспитание уважения чужого мнения, способности работать в группе. Формирование правильной самооценки учащихся. Воспитание потребности в знаниях, повышения познавательных интересов, привитие интереса к  химии.

Вид занятия: обобщение и систематизации знаний.

Оборудование: компьютер, мультимедиа проектор, экран, презентация.

Метод обучения: информационно-развивающий, работа с тетрадями и таблицей, самостоятельная работа.

Наглядные: таблицы.

Ход урока:

1. Организационный момент.

2. Повторение пройденного материала.

Отдельные студенты получают карточки с заданиями (или тест).

Проверка тетрадей с д/з – сдать после урока выборочно.

.Фронтальный опрос (мозговой штурм). Повторение некоторых вопросов по теме «Основные законы химии».

Решите задачи:

1. Вычислить массовые доли каждого из элементов, входящих в состав углеводорода, формула которого C₆H₁₂.

2. Вычислить объем диоксида углерода при н.у., взятого количеством вещества 3 моль.

3. Какую массу углекислого газа можно получить, если сжечь 3,2 г метана? Определите объем, который займет углекислый газ, образовавшийся в этой реакции при нормальных условиях.

3. Изучение нового материала.

С первых уроков химии вы широко использовали таблицу Д. И. Менделеева. Она наглядно демонстрирует, что все химические элементы, образующие вещества окружающего нас мира, взаимосвязаны и подчиняются общим закономерностям, т. е. представляют собой единое целое — систему химических элементов. Поэтому в современной науке таблицу Д. И. Менделеева называют Периодической системой химических элементов. Почему «периодической», вам тоже понятно, так как общие закономерности в изменении свойств атомов, простых и сложных веществ, образованных химическими элементами, повторяются в этой системе через определенные интервалы — периоды. Некоторые из этих закономерностей, приведенные в таблице 1, вам уже известны.

Таким образом, все существующие в мире химические элементы подчиняются единому, объективно действующему в природе Периодическому закону, графическим отображением которого и является Периодическая система элементов. Этот закон и система носят имя великого русского химика Д. И. Менделеева.

Дмитрий Иванович Менделеев (1834—1907)

Выдающийся русский химик, создатель естественной классификации химических элементов — Периодической системы элементов, явившейся выражением Периодического закона химических элементов.

Плодотворно работал в различных областях химии и других наук: физики, экономики, географии, метеорологии, метрологии, сельского хозяйства.

Во всех трудах Менделеева ясно проявились энциклопедичность знаний, научная интуиция, умеиие обобщать, дар научного предвидения.

Д. И. Менделеев пришел к открытию Периодического закона, проведя сопоставление свойств и относительных атомных масс химических элементов. Он расположил все известные ему химические элементы (их было 63) в одну цепочку в порядке возрастания их относительных атомных масс и всесторонне проанализировал всю эту совокупность элементов, пытаясь найти в ней определенные закономерности. В результате напряженного творческого труда он обнаружил, что в этой цепочке имеются интервалы — периоды, в которых свойства элементов и образованных ими веществ изменяются сходным образом.

Перечислим, используя современные термины, закономерные изменения свойств, проявляемые в пределах периодов:

—    металлические свойства уменьшаются,

—    неметаллические свойства увеличиваются,

—    степень окисления элементов в высших оксидах возрастает от +1 до +8,

—    степень окисления элементов в летучих водородных соединениях возрастает от -4 до -1,

—    оксиды от основных через амфотерные сменяются кислотными оксидами,

—    гидроксиды от щелочей через амфотерные сменяются кислотами.

На основании этих наблюдений Д. И. Менделеев в 1869 г. сделал вывод — сформулировал Периодический закон, который с использованием современных терминов звучит так:

Свойства химических элементов и образованных ими веществ находятся в периодической зависимости от относительных атомных масс элементов.

Систематизируя химические элементы на основе их относительных атомных масс, Менделеев уделял большое внимание также свойствам элементов и образованных ими веществ, распределяя элементы со сходными свойствами в вертикальные столбцы — группы. Иногда в нарушение выявленной им закономерности он ставил более тяжелые элементы перед элементами с меньшими значениями относительных атомных масс. Например, он записал в свою таблицу кобальт перед никелем, теллур — перед иодом, а когда были открыты инертные (благородные) газы, аргон — перед калием. Такой порядок расположения Менделеев считал необходимым потому, что иначе эти элементы попали бы в группы несходных с ними по свойствам элементов, в частности щелочной металл калий попал бы в группу инертных газов, а инертный газ аргон — в группу щелочных металлов.

Д. И. Менделеев не мог объяснить эти исключения из общего правила, как и причину периодичности в изменении свойств элементов и образованных ими веществ. Однако он предвидел, что эта причина кроется в сложном строении атома (в то время о внутреннем строении атома ничего еще не было известно). Именно научная интуиция Менделеева позволила ему построить систему химических элементов не в порядке возрастания их относительных атомных масс, а в порядке возрастания зарядов их атомных ядер. О том, что свойства элементов определяются именно зарядами атомных ядер элементов, красноречиво говорит существование изотопов, с которыми вы знакомились в прошлом году (вспомните, что это такое, приведите примеры известных вам изотопов).

В соответствии с современными представлениями о строении атома основой классификации химических элементов являются заряды их атомных ядер, и современная формулировка Периодического закона такова:

Свойства химических элементов и образованных ими веществ находятся в периодической зависимости от зарядов их атомных ядер.

Периодичность в изменении свойств элементов объясняется периодической повторяемостью в строении внешних энергетических уровней их атомов. Именно число энергетических уровней, общее число расположенных на них электронов и число электронов на внешнем уровне отражает принятую в периодической системе символику, т. е. раскрывает физический смысл номера периода, порядкового номера элемента и номера группы.

Строение атома позволяет объяснить и причины изменения металлических и неметаллических свойств элементов в периодах и группах.
Следовательно, Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева обобщают сведения о химических элементах и образованных ими веществах и объясняют периодичность в изменении их свойств и причину сходства свойств элементов одной и той же группы.

Эти два важнейших значения Периодического закона и Периодической системы дополняет еще одно, которое заключается в возможности прогнозировать, т. е. предсказывать, описывать свойства и указывать пути открытия новых химических элементов. Уже на этапе создания Периодической системы Д. И. Менделеев сделал ряд прогнозов о свойствах еще неизвестных в то время элементов и указал пути их открытия.
Яркими примерами прогностической силы закона Менделеева явились последующие открытия элементов учеными: в 1875 г. французом Лекоком де Буабодраном — галлий, предсказанный Д. И. Менделеевым пятью годами раньше как элемент под названием «экаалюминий» (эка — следующий за...); в 1879 г. шведом Л. Нильсоном был открыт «экабор» по Менделееву; в 1886 г. немцем К. Винклером — «экасилиций» по Менделееву (определите по таблице Д. И. Менделеева со-временные названия этих элементов). Насколько точен был в своих предсказаниях русский химик, иллюстрируют данные таблицы 2.

Предсказанные и экспериментально обнаруженные свойства германия

Ученые-первооткрыватели новых элементов высоко оценили открытие русского ученого: «Вряд ли может существовать более яркое доказательство справедливости учения о периодичности элементов, чем открытие до сих пор гипотетического экасилиция; оно составляет, конечно, более чем простое подтверждение смелой теории, — оно знаменует собою выдающееся расширение химического поля зрения, гигантский шаг в области познания» (К. Винклер).

Американские ученые, открывшие элемент № 101, дали ему название «менделевий» в знак признания заслуг великого русского химика Дмитрия Менделеева, который первым использовал Периодическую систему элементов для предсказания свойств тогда еще не открытых элементов.

1. Периодический закон Д. И. Менделеева.

2. Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева — графическое отображение Периодического закона.

3. Физический смысл номера элемента, номера периода и номера группы.

4. Закономерности изменения свойств элементов в периодах и группах.

5. Значение Периодического закона и Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева.

Докажите, что Периодический закон Д. И. Менделеева, как и любой другой закон природы, выполняет объясняющую, обобщающую и предсказательную функции. Приведите примеры, иллюстрирующие эти функции у других законов, известных вам из курсов химии, физики и биологии.

Назовите химический элемент, в атоме которого электроны располагаются по уровням согласно ряду чисел: 2, 5. Какое простое вещество образует этот элемент? Какую формулу имеет его водородное соединение и как оно называется? Какую формулу имеет высший оксид этого элемента, какой его характер? Запишите уравнения реакций, характеризующих свойства этого оксида.

Бериллий раньше относили к элементам, соответствующим III группе, и его относительная атомная масса считалась равной 13,5. Почему Д. И. Менделеев перенес его во II группу и исправил атомную массу бериллия с 13,5 на 9?

Напишите уравнения реакций между простым веществом, образованным химическим элементом, в атоме которого электроны распределены согласно ряду чисел: 2, 8, 8, 2, и простыми веществами, образованными элементами № 7 и № 8. Каков тип связи в продуктах реакции? Какое кристаллическое строение имеют исходные простые вещества и продукты их взаимодействия?

Расположите в порядке возрастания металлических свойств следующие элементы:

Аs, Sb, N, Р, Вi Обоснуйте полученный ряд, исходя из строения атомов этих элементов.

Расположите в порядке возрастания неметаллических свойств следующие элементы:

Si, Аl, Р, S, Сl, Mg, Na Обоснуйте полученный ряд, исходя из строения атомов этих элементов.

Расположите в порядке уменьшения кислотных свойств следующие оксиды:

SiO2, Р2O5, Аl203, Na2O, MgO, Сl207

Обоснуйте полученный ряд. Запишите формулы гидроксидов, соответствующих этим оксидам. Как изменяется их кислотный характер в предложенном вами ряду?

Напишите формулы оксидов бора, бериллия и лития и расположите их в порядке возрастания основных свойств. Запишите формулы гидроксидов, соответствующих этим оксидам. Каков их химический характер?

Что такое изотопы? Как открытие изотопов способствовало становлению Периодического закона?

Почему заряды атомных ядер элементов в Периодической системе изменяются монотонно, т. е. заряд ядра каждого последующего элемента возрастает на единицу по сравнению с зарядом атомного ядра предыдущего элемента, а свойства элементов и образуемых ими веществ изменяются периодически?

Приведите три формулировки Периодического закона, в которых за основу систематизации химических элементов взяты относительная атомная масса, заряд атомного ядра и строение внешних энергетических уровней в электронной оболочке атома.

4. Закрепление изученного материала
   
   
   

Приложение №1.

Периодический закон.

Запомнить:

1. Слева направо по периоду:

• • металлические свойства простых веществ ослабевают (уменьшаются)

  • неметаллические свойства усиливаются (увеличиваются)

  • радиус атома уменьшается (атомное сжатие из-за увеличения заряда ядра)

  • электроотрицательность элементов возрастает (самый ЭО элемент - фтор)

  • восстановительные свойства уменьшаются

  • окислительные свойства увеличиваются

  • основные свойства оксидов и гидроксидов уменьшаются

  • Кислотные свойства оксидов и гидроксидовусиливаются

  • идет увеличение числа электронов на внешнем уровне

  • увеличивается максимальная валентность элементов

2. Сверху вниз по группе (для главной подгруппы):

• • металлические свойства простых веществ усиливаются

  • неметаллические свойства ослабевают

  • радиус атома увеличивается

  • электроотрицательность элементов уменьшается

  • основные свойства оксидов и гидроксидов усиливаются

  • кислотные свойства оксидов и гидроксидов убывают

  • Число электронов на внешнем уровне не меняется

  • высшая валентность остается постоянной

Приложение №2.

Периодический закон и периодическая система.

Запомнить:

1. Слева направо по периоду:

• • металлические свойства простых веществ ослабевают (уменьшаются)

  • неметаллические свойства усиливаются (увеличиваются)

  • радиус атома уменьшается (атомное сжатие из-за увеличения заряда ядра)

  • электроотрицательность элементов возрастает (самый ЭО элемент - фтор)

  • восстановительные свойства уменьшаются

  • окислительные свойства увеличиваются

  • основные свойства оксидов и гидроксидов уменьшаются

  • Кислотные свойства оксидов и гидроксидовусиливаются

  • идет увеличение числа электронов на внешнем уровне

  • увеличивается максимальная валентность элементов

2. Сверху вниз по группе (для главной подгруппы):

• • металлические свойства простых веществ усиливаются

  • неметаллические свойства ослабевают

  • радиус атома увеличивается

  • электроотрицательность элементов уменьшается

  • основные свойства оксидов и гидроксидов усиливаются

  • кислотные свойства оксидов и гидроксидов убывают

  • Число электронов на внешнем уровне не меняется

3. К основным оксидам относятся оксиды металлов со степенью окисления +1 и +2

4. К кислотным оксидам относятся оксиды неметаллов и оксиды металлов со степенью окисления+5, +6, +7

5. К амфотерным оксидам относятся Al₂O₃, BeO, ZnO, Cr₂O₃

5. Проверка уровня усвоения знаний – выполнение заданий. Выполните тест.

Тест по ПСХЭ и периодическому закону.

1. В главных подгруппах периодической системы с увеличением заряда ядра атомов химических элементов происходит:

1) усиление неметаллических свойств

2) усиление металлических свойств

3) высшая валентность элементов остается постоянной

4) изменяется валентность в водородных соединениях

5) уменьшается радиус атомов

2. В главных подгруппах периодической системы  восстановительная способность атомов увеличивается по мере

1) уменьшения радиуса атома

2) увеличения числа электронных слоев в атомах

3) уменьшения заряда ядра атомов

4) увеличения числа валентных электронов

5) увеличения порядкового номера элемента

3. В ряду химических элементов Be, Mg, Ca, Sr

1) усиливается способность атомов отдавать электроны

2) уменьшается заряд ядра атомов

3) усиливается восстановительная способность

4) уменьшаются металлические свойства

5) усиливается способность атомов принимать электроны 

4. В ряду химических элементов I, Br, Cl, F восстановительная способность атомов уменьшается, потому что

1) увеличивается радиус атома

2) увеличивается заряд ядра атомов

3) увеличивается число электронных слоев в атомах

4) уменьшается число электронных слоев в атомах

5) уменьшается способность атомов отдавать электроны

5. В ряду химических элементов As, P, N

1) увеличивается радиус атома

2) увеличивается электроотрицательность

3) усиливаются кислотные свойства их высших оксидов

4) возрастает значение высшей степени окисления

5) увеличивается число электронов во внешнем электронном слое атомов

6.  В ряду химических элементов  P, N, O

1) уменьшается число электронов во внешнем электронном слое

2) увеличивается электроотрицательность

3) возрастает значение высшей валентности

4) ослабевают неметаллические свойства

5) усиливается способность атомов принимать электроны

7. В ряду гидроксидов NaOH, Ca(OH)₂, Al(OH)₃

1) увеличивается термическая стойкость

2) ослабевают основные свойства

3) увеличивается способность к электролитической диссоциации

4) ослабевают окислительные свойства

5) уменьшается растворимость в воде

6.Домашнее задание. Сообщение и запись домашнего задания, комментарии по выполнению домашнего задания

7. Итог занятия. Учитель подводит итоги урока - делает выводы о работе студентов на уроке, выставляет итоговые оценки за урок с их аргументацией, заполняет журнал.