Тема урока: «Изучение периодической зависимости изменения

Тема урока: «Изучение периодической зависимости свойств
химических элементов и их соединений от величины зарядов
атомных ядер» (11 класс), 2 ч.
Цели и задачи урока:
 анализ базы данных о химических элементах;
 использование средств Microsoft Excel по обработке БД «Химические элементы» для
подтверждения того, что периодическая система Д.И. Менделеева – графическое
отображение периодического закона и естественная классификация химических
элементов;
 изучение закономерностей периодической зависимости изменения свойств
химических элементов и их соединений на основе анализа диаграмм и графиков,
отражающих изменение различных характеристик атомов элементов и их соединений в
связи с изменениями зарядов ядер;
- способствовать развитию интеллектуальных ресурсов личности через самостоятельный
поиск решения задач.
Оборудование: ПК для учащихся с доступом в Интернет, медиапроектор, база данных
об элементах, периодическая таблица химических элементов; 2 химических стакана,
смоченные концентрированной соляной кислотой и раствором аммиака, накрытые
стеклянной пластиной; 4 чашки со спиртом, нитрат калия, борная кислота, хлорид
аммония, хлорид стронция, ацетат калия, лучина, спички; раствор перманганата калия,
щелочи, серной кислоты.
Ход урока.
Вступительное слово учителя.
В жизни каждого человека, не имеющего, конечно, никакого отношения к науке, и
то бывают такие минуты, когда он невольно задумывается над тайнами мироздания.
Со времён глубокой древности человек, отрываясь от вопросов насущного хлеба и
мелочей жизни, на крыльях мысли стремился вторгнуться в глубь мироздания, не только
созерцая, но и наблюдая, не только восхищаясь, а понимая и вопрос: из чего, из какого
вещества состоят окружающие человека тела, сам человек, вся Вселенная – одним из
первых возникал в мозгу человека.
«Я знаю, люди состоят из атомов, частиц, как радуги из светящихся пылинок или
фразы из букв. Стоит изменить порядок, и наш смысл меняется». (А. Вознесенский)
Учащимся предлагается рассмотреть следующие изображения: график волновых
функций, сезоны года, кардиограмма сердца, схема строения солнечной системы, схема
развития зародыша (эмбриогенез), периодическая таблица химических элементов и
ответить на вопрос: Какое явление объединяет представленные изображения?
(периодичность)
Периодичность в природе представлена не только периодическим законом. В
природе можно часто наблюдать, что состояние того или иного объекта полностью
повторяется через определённые промежутки времени: движение космических тел вокруг
центра Галактики, движение планет вокруг центрального светила, движение электронов
вокруг ядра, колебание векторов магнитной индукции. В процессе развития также
происходит постоянное повторение состояния объекта, но оно неполное, это только
кажущийся возврат к старому. Каждая особь в индивидуальном развитии (онтогенезе)
1
повторяет историю развития своего вида (филогенез) – онтогенез есть краткое повторение
филогенеза.
Задания учащимся:
1. Подберите однокоренные слова и словосочетания к слову «периодичность».
2. Кому принадлежит «авторство» открытия периодического закона?
3. Блеф-игра «Верите ли вы, что»:

В 1882 году Лондонское Королевское общество присудило Д.И. Менделееву
медаль Дэви «за открытие периодического закона химических элементов»? (Нет, в
1882 году Д.И. Менделеев получил медаль Дэви «за открытие периодических
соотношений атомных весов», а пятью годами позже, в 1887 году, это же общество
вручает эту же медаль своему соотечественнику Дж. Ньюлендсу. Чем объяснить такую
нелогичность в решениях Лондонского Королевского общества? Англичане просто
попытались выдать желаемое за действительное, ведь закон октав Ньюлендса никак не
может быть даже приблизительным аналогом Периодического закона. Аргументация
Ньюлендса о том, что гармония в химии, как и в музыке, строится на восьми октавах,
было высмеяно соотечественниками, которые посоветовали ему искать большую
гармонию в алфавитном расположении элементов. Однако, англичане оказались
патриотически настроены, в результате чего и была присуждена такая медаль).

Подвиг – это смертельный риск во имя великой цели. Можно ли открытие
Менделеевым периодического закона можно считать подвигом? (Да, ведь Менделеев
предсказывал неизвестные элементы, рисковал самым дорогим, что есть у ученого –
своим именем. Ведь, как известно, у первого из предсказанных Менделеевым
элементов – галлия – его первооткрывателем, французом Лекокком де Буабодраном,
была определена неверно плотность простого вещества, а русский химик, находясь на
расстоянии тысячи километров от его парижской лаборатории, указал не только на
ошибку, но и на ее причину – образец галлия был недостаточно очищен. Что было бы,
если бы Менделеев был не прав?)

В 1906 году Менделеев получил Нобелевскую премию за своё великое
открытие?
(Нобелевский комитет рассматривал две кандидатуры на соискание
одноименной премии: Анри Муассана, которого выдвинула Академия наук Франции и
Д.И.Менделеева, которого выдвинула Академия наук Германии. Представьте себя в
роли членов Нобелевского комитета и аргументируйте свой выбор. Анри Муассан
открыл фтор – элемент – «убийцу», что было смертельно опасным делом, связано с
риском для жизни. А для Менделеева открытие периодического закона было
кабинетным делом и поэтому не связано со смертельным риском. К тому же, русского
ученого выдвинули немцы. Очевидно, шведы посчитали, что не так уж значим вклад
Менделеева в химию, если его даже на родине не оценили по достоинству. Ведь
известно, что Менделеев баллотировался, и не раз, на выборах в Российскую академию
наук, но трижды потерпел неудачу.)
1 марта 1869 года молодой, тогда ещё мало известный русский учёный Д.И.
Менделеев разослал учёным-химикам разных стран небольшой печатный листок, скромно
озаглавленный «Опыт системы элементов, основанный на их атомном весе и химическом
сходстве».
Современники ещё не подозревали, что в науке совершилось великое событие: в
необозримый хаос разрозненных сведений о природе и свойствах химических элементов и
их соединений вошли ясность и порядок, преобразовав древнюю химию из эмпирического
искусства в строгую и точную науку.
Вопрос о методе работы гения, конечно, очень интересен и важен. Если поверить
ему самому, то всё гениальное – просто, следовало лишь расположить все элементы в ряд
по возрастанию их атомных весов – и периодическая повторяемость их химических
свойств сразу себя наглядно проявила. Но скромность великого учёного может ввести в
2
заблуждение. У Менделеева было много предшественников. Все учёные, которые
занимались поисками естественной классификации химических элементов, находились в
равных условиях, имели одни и те же предпосылки
Вопрос: Почему же ни одному из них, кроме Менделеева, не удалось открыть
периодический закон? (Русский химик Л.А. Чугаев сказал: «Гениальный химик,
первоклассный физик, плодотворный исследователь в области гидродинамики,
метеорологии, геологии, в различных отделах химической технологии (взрывчатые
вещества, нефть, учение о топливе и др.) и других сопредельных с химией и физикой
дисциплинах, глубокий знаток химической промышленности вообще, особенно русской,
оригинальный мыслитель в области учения о народном хозяйстве, государственный ум,
которому, к сожалению, не суждено было стать государственным человеком, но который
видел и понимал задачи и будущность России лучше представителей нашей официальной
власти…Он умел быть философом в химии, в физике и других отраслях естествознания,
которых ему приходилось касаться, и естествоиспытателем в проблемах философии,
политической экономии и социологии»).
8 февраля 2009 года исполнится 175 лет со дня рождения великого русского
учёного. Каждый из нас, россиян, испытывает чувство гордости за право быть его
соотечественником.
Задание для учащихся: Расположите известные вам попытки создания
классификации элементов до Менделеева в хронологическом порядке. (Приложение 1).
В истории существуют факты использования великого открытия в корыстных
целях.
Зная о высоких ценах на археологические находки, Жан Элюар, владелец
антикварной лавки в Париже, решил разбогатеть. Он нанес на старинный пергамент
фрагменты периодической системы химических элементов, а затем «состарил» его
(обработал так, чтобы придать ему вид древнеегипетского манускрипта). Получилось
следующее:
После этого ему оставалось только инсценировать
находку пергамента в песках у одной из египетских
пирамид в присутствии толпы американских
туристов. Элюар заявил, что им найден вариант
самой древней Периодической системы, и эту
сенсацию охотно подхватили бульварные газеты. Но
эксперт, приглашенный на аукцион в Париже, где
была выставлена находка Элюара, сразу же объявил манускрипт грубой фальшивкой.
Представьте себя в роли эксперта и найдите причину такого вывода. (Никто не знает, как
именно обозначали жрецы древнего Египта известные им семь металлов и неметаллов. В
X - XV веках алхимики использовали в своих записях только им известные значки.
Впервые символы химических элементов ввел в употребление шведский химик Йенс Якоб
Берцелиус в 1814 г. Цифры перед символами – порядковые номера элементов были
введены намного позже. Так была обнаружена подделка.)
Немало законов природы открыто человечеством. Они различны и по объему
познанного, и по тому, в каких областях познания мира они действенны. Их трудно
сравнивать между собой. Но есть всё же непреложный критерий сравнения: законы можно
сравнивать по самому главному – по возможности предсказания нового, предвидения
неизвестного. Попробуем и мы пройти тем же путём, который совершил учёный.
Задание: Каждому из вас предложены карточки- инструкции (приложение 2).
Проанализировав полученные графики, сделайте выводы и отразите их в таблице,
помещённой в карточке – инструкции. Полученные диаграммы можно вывести на печать
или отразить на экране. (Результат – в приложении 3)
Учитель проверяет правильность выполнения заданий.
3
Существует много вариантов периодических систем. Что только не подвергается
классификации!
Задание: по электронным адресам в Интернет ознакомьтесь с вариантами и
определите классификационные признаки предложенных таблиц.
Периодическая таблица алкогольных элементов - www.alcopedia.ru/humor/pics/table/
Периодическая система пищевых элементов - www.alhimik.ru/read/ table/
Периодическая таблица забракованных элементов –
www.webelements.narod.ru/humour/
Периодическая таблица цветов – www.zob.al.ru/html/period.htm
Периодическая таблица членистых - www.mtu-net.ru/periodic-sys/text.htm
Периодическая таблица Зарендаргара – www.dragonlance.olmer.ru/periodic.shtml
Итак, периодичность – это универсальное явление закономерной повторяемости
изменения явлений и свойств.
За истекшее время закон Менделеева не только не устарел, но и не утратил своего
значения. Развитие науки показало, что оно много шире, чем мог предполагать его творец,
чем думали до недавнего времени учёные. И теперь, спустя многие годы, по-прежнему
справедливы полные достоинства слова самого Менделеева: «…вышеизложенное
содержит далеко не всё то, что увидели до сих пор через телескоп периодического закона
в безграничной области химических эволюций, и тем паче не всё то, что можно ещё
увидеть...».
Выдающееся открытие Менделеева было оценено не сразу. Так, в апреле 1869 года
на заседании Химического общества профессор В.Н. Савченков заметил, что в изданном в
Англии Одлингом «Курсе практической химии» помещена таблица, подобная той,
которую предлагает Менделеев. В 1874 году ученик Менделеева В.Ю. Рихтер писал:
«Ваша периодическая система … считается здесь (немецким химиком Кекуле)
остроумною спекуляциею, не дающей, однако, прямых выводов».
Какова практическая значимость знания закономерностей изменения свойств
элементов и их соединений? Возможность предсказания свойств элементов и их
соединений по положению в периодической системе широко используются в различных
областях промышленности и техники для решения разнообразных проблем, связанных с
созданием новых материалов с определенными заранее заданными свойствами.
Когда в 1920-е годы ХХ в. электротехнике понадобился металл, превосходящий по
свойствам вольфрам, периодический закон предсказал, что им должен стать неоткрытый
еще тогда элемент под номером 75 (двимарганец, по Менделееву). Авторитет русского
химика был так велик, что владельцы немецких электротехнических фирм не поскупились
отпустить на поиски элемента крупные суммы денег. Риск оказался оправданным: в 1927
г. в Германии супруги Ноддак открыли этот элемент и дали ему название «рений».
Классическим примером использования периодической системы для решения
технологических проблем называет американский ученый Дж. Роут создание на его
родине фреона (дифтордихлорметана), применяемого в холодильных установках. В этом
веществе удалось сочетать высокую летучесть, характерную для соединений неметаллов,
расположенных в правом верхнем углу периодической таблицы с невоспламеняемостью и
неядовитостью, которыми обладают соединения фтора.
Общеизвестно
разностороннее
применение
в
современной
технике
полупроводниковых материалов. Периодическая система служит надежным компасом при
их поиске и исследовании: установлено, что наилучшими полупроводниковыми
свойствами обладают соединения элементов главным образом III, IV, V групп.
Если попытаться нарисовать себе общую картину периодических явлений и
процессов в природе, то так и хочется вспомнить слова великого Гераклита: «Этот
мировой порядок не создан никем из богов и никем из людей, но он был и будет вечно
живым огнём, мерами угасающим и мерами вспыхивающим».
4
Круг интересов Д.И.Менделеева не был замкнут только в сфере научной
деятельности. Он любил музыку и театр, разбирался в живописи и литературе, был
неплохим шахматистом. По средам у него собирались художники, ученые, музыканты.
Д.И. Менделеев любил шутить, нередко для разрядки обстановки показывал
занимательные опыты.
Задание учащимся: решите «химические головоломки» объясните с химической
точки зрения опыты, с помощью которых Д.И. Менделеев разыгрывал своих друзей.
Опыт 1. Знаменитый художник И.Е.Репин очень много курил. Однажды
Менделеев объявил, что соберет в стеклянной закрытой банке дым его папиросы.
И.Е.Репин закурил папиросу, и в тот момент, когда он выпустил первую порцию дыма,
Менделеев накрыл стеклянной крышкой банку, стоявшую на столе. К удивлению
присутствующих, банка действительно быстро заполнилась дымом. Тогда Дмитрий
Иванович предложил Репину понюхать собранный в банке табачный дым, что тот не
замедлил сделать, но тут же поперхнулся, выхватил носовой платок и стал откашливаться.
Вместо табачного дыма он вдохнул смесь аммиака и хлорида аммония. (Опыт «Дым без
огня»).
Опыт 2. В другой раз Д.И.Менделеев приготовил четыре бесцветных раствора и
продемонстрировал их горение. Все были удивлены тем, что внешне одинаковые
жидкости горели пламенем разного цвета: 1-я – фиолетовым, 2-я – зеленым, 3-я –
красным, 4-я – синим. (В 4 большие чашки налить немного этанола и растворить
вещества: в 1-ю – 25 мл спирта и 12 г нитрата калия; во 2-ю – 38 мл спирта, 8 г борной
кислоты и 4 г хлорида аммония; в 3-ю – 25 мл спирта и 8 г хлорида стронция; в 4-ю – 37
мл спирта и 16 г ацетата калия. Поднести к чашкам горящую лучину.)
Опыт 3. Часто поражали зрение гостей опыты, проводимые Д.И.Менделеевым,
которые сопровождались изменением цвета. К раствору перманганата калия добавить
щелочь, раствор приобретает зеленый цвет, затем – концентрированную серную кислоту,
раствор становится розовым.
Проверяется объяснение опытов Менделеева и лучшим знатокам вручается приз –
открытки с периодической таблицей химических элементов.
Задание: Подготовьте вопросы интервью, которые вы хотели бы задать Д.И.
Менделееву по установлению закономерностей периодического изменения свойств
химических элементов и их соединений. Вопросы задаются кому–либо из одноклассников
или учителю.
Подвести итог занятия помогут слова еще одного нашего гениального
соотечественника – великого русского поэта А.С. Пушкина.
О, сколько нам открытий чудных
Готовят просвещенья дух,
И опыт, сын ошибок трудных,
И гений, парадоксов друг,
И случай, бог – изобретатель…
Докажите справедливость слов поэта по отношению к теме сегодняшнего занятия.
Итоговый контроль – тест (приложение 4)
Домашнее задание: подготовить презентацию по теме «Периодическая система
химических элементов Д.И. Менделеева».
Использованная литература:
1. Макареня А.А., Расев Ю.В.. Д.И. Менделеев. М.: Просвещение, 1983.
2. Малышкина В.Занимательная химия. (Нескучный учебник) СПб: Тригон, 1998.
3. Степин Б.Д., Аликберова Л.Ю. Занимательные задания и эффектные опыты по
химии. М.: Дрофа, 2002.
4. Алексинский В.Н. Занимательные опыты по химии. М.: Просвещение, 1995.
5. Енякова Т.Н. Внеклассная работа по химии. М.: Дрофа, 2004.
5
6. Габриэлян О.С. Настольная книга учителя. Химия. 11 класс: В 2 ч.М.: Дрофа, 2003.
Приложение 1.
Расположите в хронологическом порядке следующие варианты
классификаций химических элементов:
1
2
3
4
5
6
7
Правило спирали (А.Шанкуртуа)
Таблица Д.И.Менделеева
Деление на металлы и неметаллы
Таблица Л.Мейера
Правило октав (Д.Ньюлендс)
Деление на группы сходных и
несходных элементов (Л. Гмелин)
Правило триад (И.Деберейнер)
Правильный ответ: 3–6–7–1–5–4–2.
Приложение 2.
Карточка – инструкция для учащихся.
Задание:
1. Откройте файл «Химические элементы» (Microsoft Excel).
2. Ознакомьтесь со структурой таблицы. Включите автофильтр.
3. Создайте серию диаграмм и графиков, демонстрирующих изменение свойств атомов
элементов, простых веществ и соединений, образованных химическими элементами, в
пределах главных подгрупп и периодов системы Д.И. Менделеева в зависимости от
изменения заряда ядра.
4. Проанализируйте полученные диаграммы и графики. Выводы отразите в таблице:
Форма представления химического
элемента и его свойства
Атомы
заряд ядра
Изменения свойств
в главных подгруппах
в периодах
радиус атома
число валентных
электронов
потенциал ионизации
сродство к электрону
электроотрицательность
Простые
вещества
t0 плавления
6
t0 кипения
плотность
металлические свойства
неметаллические свойства
Соединения
элементов
основный характер
кислотный характер
Приложение 3.
Диаграммы изменения свойств атомов элементов и простых веществ в пределах
главных подгрупп и периодов системы Д.И. Менделеева в зависимости от изменения
заряда ядра
7
8
9
Приложение № 4
Тестовый контроль
1. Из перечисленных ниже характеристик элементов периодически изменяются:
(1) заряд ядра атома;
(2) число энергетических уровней в атоме;
(3) число электронов на внешнем энергетическом уровне.
2. Внутри периода увеличение порядкового номера элемента обычно сопровождается:
(1) уменьшением атомного радиуса и возрастанием электроотрицательности атома;
(2) возрастанием атомного радиуса и уменьшением электроотрицательности атома;
(3) неизменными значениями атомного радиуса и уменьшением элекгроотрицательности.
3. Во втором и третьем периодах периодической системы по мере уменьшения размеров атомов элементов:
(1) электроотрицательность уменьшается;
(2) металлические свойства ослабевают;
(3) металлические свойства увеличиваются.
4. Наибольшее значение энергии ионизации имеет:
(1) 3Li;
(2) 9F;
(3) 26Fe .
5. Элемент литий имеет большее сродство к электрону, чем:
(1) калий;
(2) водород;
(3) сера.
10
6. Элементы расположены в порядке возрастания электроотрицательности в ряду:
(1) О, S, Вг, Те;
(2) С, I, B, Si;
(3) As, Se, Cl, F .
7. Металлический характер свойств элементов в ряду Mg – Ca – Sr - Ва:
(1) уменьшается;
(2) возрастает;
(3) не изменяется.
8. Неметаллический характер свойств элементов в ряду N -Р -As- Sb - Bi:
(1) уменьшается;
(2) возрастает;
(3) не изменяется.
9. Характер оксидов в ряду P2O5 - SiO2 – Аl2О3 - MgO изменяется следующим образом:
(1) от основного к кислотному;
(2) от кислотного к основному;
(3) от кислотного к амфотерному.
10. Основные свойства в ряду NaOH - Mg(OH)2 - А1(ОН)3 изменяются:
(1) от основных к кислотным;
(2) от основных к амфотерным;
(3) основные свойства усиливаются.
11. Кислотные свойства оксидов в ряду N2O5 -Р2О5 -As2O5 -Sb2О5:
(1) усиливаются;
(2) ослабляются;
(3) остаются неизменными.
11