Układ okresowy to podstawa

Transkrypt

1 Układ okresowy to podstawa Chemia jest uważana za jeden z trudniejszych przedmiotów szkolnych. Bardzo często uczniowie nie zdają sobie sprawy, że tak jak nie można opanować matematyki bez znajomości tabliczki mnożenia, tak nie jest możliwe zgłębienie tajników chemii bez umiejętności korzystania z układu okresowego. Używany obecnie układ okresowy to zmodyfikowana wersja tablicy Mendelejewa z 89 roku. Oprócz znanych wówczas pierwiastków chemicznych, zawiera także gazy szlachetne i nowo odkryte pierwiastki chemiczne, takie ja kopernik (liczba atomowa Z =, rok odkrycia: 99, rok ogłoszenia nazwy: 00). Zestawienie to jest źródłem wielu informacji, niezbędnych w nauce chemii. Podstawowa umiejętność korzystania z układu okresowego powinna zostać opanowana przez uczniów już w trakcie nauki chemii w gimnazjum. Okazuje się jednak, że w ostatnich latach nawet odszukanie w układzie okresowym najbardziej podstawowych informacji sprawiało maturzystom znaczne trudności. W 008 roku rozwiązywalność zadania z arkusza rozszerzonego, dotyczącego odczytywania podstawowych informacji o pierwiastku chemicznym, wyniosła zaledwie %. Do najczęściej popełnianych błędów należało niepoprawne obliczanie w skrócie liczby cząstek elementarnych, wchodzących w skład atomów. Uczniowie bardzo często mylą także liczbę atomową z masą atomową lub liczbę atomową z liczbą masową, przez co niemożliwe staje się rozwiązanie zadań związanych z tymi zagadnieniami. odczytywanie numeru grupy odczytywanie numeru okresu odczytywanie symbolu chemicznego odczytywanie nazwy odczytywanie liczby atomowej odczytywanie masy atomowej odczytywanie rodzaju pierwiastka chemicznego (metal, niemetal) określanie składu atomów pierwiastków chemicznych (m.in. liczby protonów, neutronów i elektronów) określanie liczby elektronów walencyjnych oraz wartościowości maksymalnej 5 grup:.,.,. 7. Umiejętność korzystania z tablicy Mendelejewa stanowi zatem swoisty kod do uzyskania dobrych wyników na maturze. Rozpoczynającym naukę w szkole ponadgimnazjalnej nie powinno sprawiać problemu: H wodór,008 Z czym uczniowie mają trudności podczas rozwiązywania zadań dotyczących układu okresowego? Na co należy zwrócić szczególną uwagę podczas przygotowania uczniów do matury? Li lit,9 Na sód,990 9K potas 9,098 7Rb rubid 85,8 Be beryl 9,0 Mg magnez,05 0Ca wapń 0,078 8Sr stront 87, Sc skand,95 9Y itr 88,90 0

2 ,98 Chemia Zakres rozszerzony Elementy powtórzeniowe Rozwiązania Nowej Ery Miniatury układu okresowego oraz lekcja powtórzeniowa Budowa atomu a położenie pierwiastka chemicznego w układzie okresowym ćwiczą umiejętność korzystania z tablicy Mendelejewa oraz szybkiego wyszukiwania w niej informacji. 5 Budowa atomu. Układ okresowy Budowa układu okresowego Używany obecnie układ okresowy to zmodyfikowana wersja tablicy okres Mendelejewa. Znalazły się w nim nieznane temu naukowcowi gazy szlachetne oraz nowo odkryte pierwiastki chemiczne, często wytworzone sztucznie. Poziome szeregi układu okresowego to okresy. Atomy pierwiastków chemicznych, znajdujących się w tym samym okresie mają taką samą liczbę powłok elektronowych. W układzie okresowym jest 7 okresów (ponumerowanych od do 7). grupa Pionowe kolumny układu okresowego to grupy. Atomy pierwiastków chemicznych, należących do danej grupy mają identyczną konfigurację zewnętrznych powłok elektronowych. Układ okresowy składa się z 8 grup (numeruje się je od do 8). Zatem układ okresowy jest zbudowany z 7 okresów i 8 grup. Grupy. i. oraz od. do 8. są nazywane grupami głównymi układu okresowego (rys..). Grupę 8. tworzą pierwiastki gazowe o całkowicie zapełnionej ostatniej powłoce elektronowej. Pierwiastki te nie wykazują reaktywności chemicznej są bierne chemicznie. Z tego powodu nazywa się je gazami szlachetnymi. Pierwiastki chemiczne grup głównych zajmują skrajne części tablicy Mendelejewa. W części środkowej układu okresowego znajdują się pierwiastki chemiczne tzw. grup przejściowych (pobocznych), nazywane również metalami przejściowymi. Osobno umieszczono pierwiastki chemiczne o liczbach atomowych Z od 58 (cer Ce) do 7 (lutet Lu), tzw. lantanowce, oraz od 90 (tor Th) do 0 (lorens Lr), tzw. aktynowce. H Li Be B C N O F metale przejściowe lantanowce aktynowce Rys. 9. Nazwy grup głównych pochodzą od nazwy pierwszego pierwiastka chemicznego w grupie:. litowce,. berylowce,. borowce,. węglowce, 5. azotowce,. tlenowce, 7. fl uorowce, 8. helowce. He SYNTEZA ANALZA wersja B nazywane także blokami energetycznymi. i s, p, d, f tworzą pierwiastki chemiczne zwiększanie się liczby powłok elektronowych 5 7 s s s s s 5s s 7s s zwiększanie się liczby elektronów walencyjnych d d 5d d (n )d 5 7 s atomy bloku s n) mają tylko jedną podpowłokę (orbital) s, zapełnioną jednym (s ) lub dwoma (s ) elektronami. p atomy bloku p n) mają dwie podpowłoki: całkowicie zapełnioną podpowłokę s (s do sześciu elektronów (od p do p ). Atomy grupy 8., kończące kolejne okresy układu, mają całkowicie zapełnione obie podpowłoki (s p ). d atomy bloku d n) mają jedną podpowłokę s zapełnioną jednym (s ) lub dwoma (s ) elektronami. Kolejne elektrony uzupełniają wewnętrzną (n ) podpowłokę d, która może zawierać od jednego do dziesięciu elektronów (od d do d 0 ). f atomy bloku f, gdy zapełnione są powłoki zewnętrzne, mają wewnętrzną (n ) podpowłokę f, która może zawierać od jednego do czternastu elektronów (od f do f ). 5f f (n )f p p p 5p p 8 s s p s p s p s p s p 5 s p budowę jego atomów, ponieważ: Liczba Nazwa pierwiastka chemicznego: argon Symbol chemiczny: Ar nformacje Nazwa pierwiastka chemicznego Symbol chemiczny Hel Tlen Potas Żelazo He O atomowa (Z) 8 9 protonów (p + ) 8 9 elektronów (e ) 8 9 Numer okresu Liczba powłok elektronowych Numer grupy 8 8 Liczba elektronów walencyjnych energetyczny s p Konfi guracja elektronowa s s s p s s p s p s s s p s p s d Skrócony zapis konfi guracji elektronowej Konfi guracja elektronów walencyjnych Budowa atomu Liczba atomowa Z: 8 Liczba protonów: 8 Liczba elektronów: 8 Numer okresu: Liczba powłok elektronowych: Numer grupy: 8 Liczba elektronów walencyjnych: 8 0 = 8 energetyczny: p Konfiguracja elektronowa: 8 Ar: s s p s p Zapis skrócony konfiguracji elektronowej: [Ne] s p Konfiguracja elektronów walencyjnych: s p K s 8Ar s [He] s p [Ar] s [Ar] s d s s p s s * W tworzeniu wiązań chemicznych przez atom pierwiastka chemicznego bloku d mogą brać udział, oprócz elektronów zewnętrznej podpowłoki s, także elektrony wewnętrznej podpowłoki d. 8 argon Fe * d Podręcznik To jest chemia, zakres rozszerzony, cz.., s. 5, 0 05 Okazuje się jednak, że w ostatnich latach nawet odszukanie w układzie okresowym najbardziej podstawowych informacji sprawiało maturzystom znaczne trudności. Zgodnie z nową podstawą programową uczeń po zakończonym pełnym kursie chemii, obejmującym gimnazjum oraz szkołę ponadgimnazjalną (zakresy podstawowy i rozszerzony), powinien biegle korzystać z informacji zawartych w układzie okresowym. Dostrzeganie zależności pomiędzy budową substancji a jej właściwościami fizycznymi i chemicznymi zostało zaliczone do głównych celów kształcenia. Oprócz tego sformułowano wymagania szczegółowe dotyczące znajomości treści związanych z układem okresowym pierwiastków chemicznych. Stanowią one dopełnienie informacji poznanych przez uczniów w gimnazjum: odczytywanie wartości elektroujemności i określanie na jej podstawie typów wiązań chemicznych, które może tworzyć dany pierwiastek w związkach chemicznych obliczanie mas molowych związków chemicznych na podstawie mas atomowych opisywanie podobieństwa we właściwościach pierwiastków chemicznych w grupach układu okresowego i zmienności właściwości w okresach analizowanie i porównywanie właściwości fi zycznych i chemicznych metali grup. i. zapisywanie równań reakcji otrzymywania tlenków o liczbach atomowych od Z = do Z = 0 oraz określanie ich charakteru chemicznego opisywanie typowych właściwości chemicznych wodorków grupy 7., HO H Wodór s,008 0,07,0 LiO 50 Li Lit Na Sód,5 BeO 899 Be Beryl [He]s [He]s,9 0,5 9,0,85 0,9 NaO, MgO 9 78 Mg Magnez [Ne]s [Ne]s,99 0,97,05,7 0,9 KO,0 CaO K 9 Potas 0 Ca Wapń [Ar]s [Ar]s 9,098 0,8 0,078,55 zapisywanie konfi guracji elektronowych atomów o liczbach atomowych od Z = do Z = i jonów o podanym ładunku z uwzględnieniem rozmieszczenia elektronów na podpowłokach (zapisy konfi guracji: pełne, skrócone oraz schematy klatkowe) określanie przynależności do bloków konfi guracyjnych: s, p i d układu okresowego na podstawie konfi guracji elektronów walencyjnych, ScO,5 TiO TiO Sc Skand 59 TiO Ti Tytan,,, V [Ar]ds [Ar]ds,95,99 7,87,50 przewidywanie typowych stopni utlenienia na podstawie konfi guracji elektronowej ich atomów

3 Najważniejsze zagadnienia na infografikach Grafi czne przedstawienie najbardziej istotnych treści ułatwia ich zapamiętanie i utrwalenie. Atrakcyjne fotografi e umożliwiają łatwiejsze przyswojenie informacji.

4 Pytania dotyczące najważniejszych zagadnień są pomocne w usystematyzowaniu wiedzy. Przedstawione w nowy sposób wiadomości rozbudzają zainteresowanie uczniów. Podręcznik To jest chemia, zakres rozszerzony, cz.., s

5 Warto podkreślić, że uczeń na pewno będzie chętnie posługiwał się układem okresowym, jeśli nauczyciel pokaże mu jego przydatność w rozwiązywaniu różnorodnych problemów, często sprawiających wrażenie niezwykle skomplikowanych. Okaże się wtedy, że wystarczy zrozumieć zasady budowy układu okresowego, umieć powiązać je z budową atomu, aby rozwiązywać zadania maturalne bez uczenia się na pamięć trudnych wzorów. Podczas rozwiązywania tego typu zadań należy zatem podkreślać znaczenie i użyteczność tablicy Mendelejewa. Zadania maturalne powiązane z układem okresowym dotyczą bardzo różnorodnych tematów, takich jak: budowa atomu, izotopy, typy wiązań chemicznych oraz właściwości wybranych i ich związków. Oto kilka przykładów zadań, w których znajomość zależności między położeniem pierwiastka chemicznego w układzie okresowym a jego właściwościami jest konieczna do przedstawienia poprawnego rozwiązania. Przykład. Źródło: CKE 0 (PR), zad.. Zadanie. ( pkt) Pewien pierwiastek X tworzy anion prosty o konfiguracji elektronowej atomu argonu. W stanie podstawowym w pow oce walencyjnej atomu pierwiastka X dwa orbitale p maj niesparowane elektrony. Napisz symbol pierwiastka X oraz podaj konfiguracj elektronow pow oki walencyjnej atomu tego pierwiastka. Symbol pierwiastka X:... Konfiguracja elektronowa pow oki walencyjnej:... Komentarz: Znając konfi gurację atomową gazów szlachetnych, uczeń może dodatkowo wskazać numer okresu, w którym znajduje się pierwiastek chemiczny X. Przynależność do określonego bloku energetycznego wiąże się również z położeniem pierwiastka chemicznego w układzie okresowym. Na jej podstawie można wskazać konfi gurację elektronów walencyjnych. Przykład. Źródło: CKE 00 (PR), zad.. Zadanie. ( pkt) Atomy pierwiastka X tworz jony X +, których konfiguracj elektronow mo na zapisa : s s p s p d 0 Uzupe nij poni sz tabel, wpisuj c symbol pierwiastka X, dane dotycz ce jego po o enia w uk adzie okresowym oraz symbol bloku konfiguracyjnego (energetycznego) s, p lub d, do którego nale y pierwiastek X. Symbol pierwiastka Numer okresu Numer grupy Symbol bloku Komentarz: Niektóre pierwiastki chemiczne, w zależności od położenia w układzie okresowym, wykazują tendencję do tworzenia anionów lub kationów. Jeśli maturzysta przyswoił tę wiedzę, bez problemu wskaże numery grup, w których może znajdować się dany pierwiastek chemiczny. Dzięki tym informacjom możliwe jest zidentyfi kowanie pierwiastka chemicznego X. Na podstawie podanej konfi guracji jonu prostego można przewidzieć konfi gurację atomu, a co za tym idzie określić położenie pierwiastka chemicznego w układzie okresowym.

6 Przykład. Źródło: Podręcznik To jest chemia, zakres rozszerzony, cz.. Tlenek cezu ma wzór sumaryczny Cs O. Napisz wzór elektronowy (kropkowy) tlenku cezu. Określ typ występującego w nim wiązania chemicznego oraz charakter chemiczny tego tlenku. Wzór elektronowy (kropkowy): Typ wiązania chemicznego: Charakter chemiczny:. Komentarz: Zadanie sprawdza umiejętność przewidywania właściwości tlenku pierwiastka chemicznego na podstawie jego położenia w układzie okresowym. Znajomość właściwości związków cezu nie jest wymagana na egzaminie maturalnym z chemii w zakresie rozszerzonym, jednak maturzysta powinien umieć je przewidzieć, nie zaś odtwarzać jako zapamiętane defi nicje. Zdobycie przez ucznia umiejętności wyszukiwania informacji o pierwiastku chemicznym na podstawie jego położenia w układzie okresowym, jest nie tylko konieczne do rozwiązywania zadań z arkuszy maturalnych, ale przede wszystkim ułatwia naukę chemii. Dlatego, przygotowując ucznia do matury, warto stosować różnorodne metody i środki dydaktyczne, które uatrakcyjnią pracę z układem okresowym. Sprawdzone rozwiązanie stanowią karty pracy, które mogą być stosowane zarówno do indywidualnej pracy ucznia na lekcji, jak i do zespołowego rozwiązywania problemów wspólnie z nauczycielem. Karta pracy Budowa atomu, układ okresowy, wiązania chemiczne do pobrania na stronie internetowej: pg/chemia.html dr Elżbieta Megiel współautor materiałów przygotowujących do egzaminu maturalnego z chemii, egzaminator OKE, nauczyciel akademicki UW 5