Естествознание 10 класс
Урок№30 - От электронной структуры атома к прогнозированию свойств веществ.
Структурная организация вещества
Идея структурной организации вещества волновала умы мыслителей и учёных с древних времен.
Разгадав структуру вещества, найдя зависимость между структурой и свойствами, можно прогнозировать и создавать вещества с заданными свойствами. Как это осуществить?
мы узнаем:
- как отличаются классическая атомно-молекулярная теория от атомной теории Дальтона;
- каково электронное строение атома и принципы заполнения электронной оболочки;
- как утверждение атомно-молекулярной теории повлияло на понимание свойств веществ;
мы научимся:
- осуществлять констатирующий и предвосхищающий контроль по результату и по способу действия; актуальный контроль на уровне произвольного внимания;
- анализировать положения атомно-молекулярной теории;
мы сможем:
- выстраивать логические цепочки рассуждений и приводить доказательства положений теории примерами явлений и процессов в природе;
- сравнивать информацию о свойствах вещества и свойствах молекулы.
Атомно-молекулярное учение развил и впервые применил в химии великий русский учёный М.В. Ломоносов. В своей основе учение Дальтона повторяет учение Ломоносова. Однако Дальтон отрицал существование молекул у простых веществ.
Долгие годы атом считали неделимой частицей вещества. С точки зрения современных представлений для понимания зависимости (взаимосвязи) между строением атома и свойствами химического элемента надо знать структуру электронной оболочки атома.
Для отражения внутренней структуры электронной оболочки атома применяют орбитальные характеристики – квантовые числа. Их четыре. Не менее важным является знание правил (принципов) её заполнения электронами: принцип минимума энергии, принцип Паули, правило Хунда.
Отличия в электронном строении атомов приводят к различию в способности атомов образовывать атомные структуры в виде молекул и химических соединений и объясняют многообразие атомно-молекулярных структур. В результате создаваемая теория вещества принимает статус прогностической теории. Это означает, что, располагая знаниями о строении атомов и механизмов образования атомно-молекулярных систем, появляется принципиальная возможность предсказывать физико-химические свойства вещества и функции создаваемых атомных конструкций.
Сегодня учёные умеют получать наноструктуры практически всех химических элементов, что даёт огромную свободу для исследований. Ожидается, что уже в 2025 году появятся первые роботы, созданные на основе нанотехнологий.
Правила заполнения орбиталей электронами
Принцип наименьшей энергии: в первую очередь электрон поступает на атомную орбиталь с наименьшей энергией.
Принцип Паули: в атоме не может быть двух электронов с одинаковыми значениями всех четырех квантовых чисел (см. спиновое квантовое число).
Правило Хунда: при наличии на подуровне нескольких атомных орбиталей электроны сначала располагаются по одному на каждой из свободных орбиталей. После заполнения одним электроном всех орбиталей подуровня они пополняются электронами с противоположными спинами.
Нанотехнология – область прикладной науки и техники, имеющая дело с объектами размером менее 100 нанометров (1 нанометр равен 10^−9
метра). В переводе с греческого слово «нано» означает карлик. Один нанометр (нм) – это одна миллиардная часть метра (10^−9 м).
