CC BY
15
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №07/2017 ISSN 2410-6070_
УДК 378.14
М.Ф.Каримов
к.ф.-м.н,, доцент кафедры физики, Бирский филиал БашГУ г. Бирск, Российская Федерация Н.А.Никонова студент факультета химии и биологии г. Бирск, Российская Федерация
ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ СЕМЕЙСТВ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ СТАРШЕКЛАССНИКАМИ СРЕДНЕЙ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ШКОЛЫ
Аннотация
Выделены элементы дидактики и методики преподавания на занятиях по химии в средней общеобразовательной школе свойств электронных семейств химических элементов.
Ключевые слова Химический элемент, электронное строение, электронные семейства
Дидактика современной химии, преподаваемой в средней общеобразовательной школе, основана на теории электронного строения вещества. В этой связи учителям неорганической и органической химии необходимо посредством соответствующего обучения достичь у учащихся прочных знаний по структуре и функциям электронных семейств s-элементов, p-элементов, d-элементов, f-элементов, основанных на достижениях квантовой механики.
Начальные сведения по квантовой механике и квантовой химии учащиеся старших классов средней общеобразовательной школы получают при изучении курсов физики и химии [1].
Учителя физики и химии объясняют учащимся, что основным уравнением квантовой механики и квантовой химии является уравнение Эрвина Шредингера (1887-1961) для микрочастиц, установленное им 1926 году [2].
Анализируя вместе с учителем решения дифференциального уравнения Шредингера, старшеклассники выделяют s-, p-, d- и f- состояния электронов атомов вещества.
Субъекты школьного учебного познания химической действительности выделяют в зависимости от того, какой энергетический подуровень в атоме заполняется электронами, все химические элементы подразделяются на четыре типа - электронные семейства: 1) s-элементы, если электроны занимают s-подуровень внешнего энергетического уровня атома. К s-элементам относятся первые два элемента каждого периода системы химических элементов Д.И.Менделеева (1834-1907) [3]; 2) p-элементы с электронами, занимающими p-подуровень внешнего энергетического уровня атома. К p-элементам относятся последние шесть элементов каждого периода таблицы химических элементов Д.И.Менделеева; 3) d-элементы, у которых заполняются электронами d-подуровень второго снаружи энергетического уровня атома, а на внешнем энергетическом уровне находится один или два электрона; 4) f-элементы с заполняющимися электронами f-подуровня третьего снаружи энергетического уровня атома с остающимися на внешнем уровне двумя электронами.
При выполнении домашнего задания старшеклассники определяют, что в периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева имеется четырнадцать s- элементов, тридцать p-элементов, тридцать восемь d-элементов, двадцать восемь f-элементов.
После освоения представленных выше учебных материалов у большинства учащихся возникает познавательный вопрос относительно обозначения энергетических уровней и семейства химических элементов.
Учитель химии выделяет, что обозначения здесь соответствующие: s- (sharp — резкая), р- (principal — главная), d- (diffuse — диффузная) и f- (fundamental — базовая), принятые научным сообществом еще в
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №07/2017 ISSN 2410-6070_
девятнадцатом веке в спектроскопии вещества [4].
Решение основного дифференциального уравнения квантовой механики - уравнения Э.Шредингера позволяет выделить сферическую форму s-орбитали электрона атома, гантелевидную форму р-орбитали, форму двух гантелей, перекрещивающихся в двух узловых взаимно перпендикулярных плоскостях для d-орбитали.
В распределении электронов по атомным орбиталям, происходящим согласно принципу наименьшей энергии и законам квантовой механики, следует учителю химии вместе со старшеклассниками заметить ряд отклонений от линейного порядка в виде 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 5d ~ 4f < 6p < 7s < 6d ~ 5f < 7p. Как видно из выделенной последовательности, семейство d-элементов, включающее переходные элементы с большими практическими приложениями [5], имеет особенность заполнения электронами 3d-подуровня второго снаружи энергетического уровня после занятия электронами атома 4s-подуровня.
Анализ и обобщение приведенного выше краткого материала позволяют сформулировать вывод о том, что основанное на началах и законах квантовой механики изучение электронных семейств химических элементов старшеклассниками средней общеобразовательной школы способствует сближению сфер учебного и научного познания действительности у учащейся молодежи. Список использованной литературы:
1. Каримов М.Ф. Состояние и задачи совершенствования химического и естественно-математического образования молодежи // Башкирский химический журнал. - 2009. - Т.16. - № 1. - С. 26 - 29.
2. Каримов М.Ф. Начала электронной теории химической связи и их научное и дидактическое значения // Башкирский химический журнал. - 2010. - Т. 17. - № 4. - С.88 - 92.
3. Каримов М.Ф. Компьютерная база данных химических элементов согласно периодической системе Д.И.Менделеева // Башкирский химический журнал. - 2007. - Т.14. - № 4. - С. 57 - 61.
4. Каримов М.Ф. Развитие и освоение спектрального анализа вещества в нефтегазовом деле // Электронный научный журнал Нефтегазовое дело. - 2006. - № 1. - С.54.
5. Каримов М.Ф., Кандаурова Г.С. Влияние магнитной предыстории на доменную структуру аморфных пленок Gd-Co различного состава // Физика металлов и металловедение. - 1981. - Вып.3. - С. 663 - 666.
© Каримов М.Ф., Никонова Н.А., 2017
УДК 378.14
М.Ф.Каримов
к.ф.-м.н,, доцент кафедры физики, Бирский филиал БашГУ г. Бирск, Российская Федерация Т.В.Семенова студент факультета химии и биологии г. Бирск, Российская Федерация
ИЗУЧЕНИЕ НАЧАЛ КВАНТОВОЙ ХИМИИ В СРЕДНЕЙ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ШКОЛЕ
Аннотация
Спроектирован и реализован учебный процесс изучения старшеклассниками начал квантовой химии для повышения уровня обучения учащихся неорганической и органической химии.
Ключевые слова Квантовая механика, квантовые числа, спин, ковалентная связь.
