Elementy mechaniki kwantowej w ujęciu jakościowym
1. Cele lekcji
a) Wiadomości Uczeń zna:• treść zasady nieoznaczoności Heisenberga i zakazu Pauliego,
• pojęcia: orbital, stan kwantowy, poziom i podpoziom energetyczny, powłoka i podpowłoka, spin,
• maksymalną liczbę elektronów w podpowłokach s, p, d, f,
• kształty obszarów orbitalnych s i p,
• sens fizyczny liczb kwantowych, opisujących elektron.
b) Umiejętności Uczeń potrafi:
• wyjaśnić zależności pomiędzy liczbami kwantowymi,
• obliczać liczbę elektronów w powłoce i w danej podpowłoce,
• podać liczby kwantowe, opisujące elektrony określonego poziomu i podpoziomu energetycznego,
• obliczyć maksymalną liczbę stanów kwantowych w określonym poziomie energetycznym,
• opisać stan elektronu w atomie za pomocą liczb kwantowych,
• określić pozostałe liczby kwantowe związane z główną liczbą kwantową n = 1,2,3,
• wyjaśnić, czym są stany kwantowe elektronów w atomie.
2. Metoda i forma pracy
Wykład, dobieranka, pogadanka. praca z całym zespołem, praca w grupach.
3. Środki dydaktyczne
Foliogramy, karty pracy.
4. Przebieg lekcji
a) Faza przygotowawcza
Powtórzenie znanych uczniom pojęć z zakresu budowy atomu.
b) Faza realizacyjna
Podanie tematu lekcji. Wprowadzenie podstawowych pojęć z zakresu mechaniki kwantowej.
Charakterystyka poszczególnych liczb kwantowych w formie wykładu wspomaganego foliogramami.
Podanie zakazu Pauliego.
c) Faza podsumowująca
Podsumowanie wiadomości z zakresu liczb kwantowych stosowanych do opisu elektronu. Praca uczniów w czterech grupach. Grupa I zajmuje się główną liczbą kwantową, grupa II – poboczną liczbą kwantową, III – magnetyczną liczbą kwantową, IV- magnetyczną spinową liczbą kwantową. Zadaniem zespołów uczniowskich jest uzupełnienie tabelki, poprzez dobranie odpowiedniego określenia (załącznik 1). Omówienie pracy uczniów. Ćwiczenia indywidualne w opisywaniu stanu elektronu za pomocą liczb kwantowych (załącznik 2).
5. Bibliografia
1. Kupis B., Zewald W., Chemia. Matura 2005, część pierwsza, Wydawnictwo Szkolne OMEGA, Kraków 2004.
2. Litwin M., Styka– Wlazło Sz., Szymońska J., Chemia organiczna Kształcenie ogólne w zakresie podstawowym. Podręcznik dla liceum ogólnokształcącego, liceum profilowanego i technikum, Wydawnictwo Nowa Era, Warszawa 2003
6. Załączniki
a) Karta pracy ucznia załącznik 1
Z podanych określeń wybierzcie te, które charakteryzują „waszą” liczbę kwantową i wpiszcie je do określonego miejsca w tabeli.
SYMBOL MOŻLIWE
WARTOŚCI
WIELKOŚĆ KWANTOWANA
ZNACZENIE PRAKTYCZNE
Określenia:
Oznaczenie – n Oznaczenie - l
Oznaczenie – m Oznaczenie – ms
Możliwe wartości: 1, 2, 3, .... Możliwe wartości: 0, 1, 2, 3, .... (n-1) Możliwe wartości: od –l do l Możliwe wartości: +1/2 lub –1/2
Kwantuje energię. Kwantuje orbitalny moment pędu elektronu.
Kwantuje rzut spinowego momentu pędu na wyróżniony kierunek w przestrzeni.
Kwantuje rzut orbitalnego momentu pędu na wyróżniony zewnętrznym polem kierunek w przestrzeni.
Decyduje o całkowitej wartości energii elektronu, liczbie powłok i rozmiarach konturu orbitalu.
Określa liczbę podpowłok w powłoce, decyduje o kształcie konturu orbitalu.
Określa liczbę poziomów orbitalnych w danej podpowłoce i decyduje o orientacji przestrzennej konturu orbitalu.
Określa liczbę stanów stacjonarnych w poziomie orbitalnym.
Załącznik 2 Zadanie 1
Określ liczbę stanów kwantowych w podpowłoce p powłoki L.
Zadanie 2
Podaj symbole podpowłok, w których elektrony opisane są za pomocą podanych niżej wartości liczb kwantowych n i l.
a) n = 2, l = 1 b) n = 1, l = 0 c) n = 4, l = 2 Zadanie 3
Opisz za pomocą głównej i orbitalnej liczby kwantowej elektrony znajdujące się w następujących podpowłokach:
a) 3s b) 4p c) 3d Zadanie 4
Opisz za pomocą liczb kwantowych elektrony powłoki walencyjnej atomu glinu.
b) Zadanie domowe
Uzupełnij wartości liczb kwantowych dla elektronów powłoki M.
liczby kwantowe
n l m ms
3 0 -1/2 stan kwantowy
+1/2 poziom
orbitalny
podpoziom s podpowłoka 3s
3 1 -1
3 1
3 1 1
podpoziom p podpowłoka 3p
3 -2
3 -1
3 0
3 1
3
podpoziom d podpowłoka 3d
POZIOM ENERGETY
CZNY
POWŁ OKA M
7. Czas trwania lekcji
45 minut
8. Uwagi do scenariusza
Zastosowana w proponowanym scenariuszu metoda wykładu daje uczniom możliwość nabycia umiejętności samodzielnego sporządzenia notatek, która może okazać się pomocna na dalszym etapie ich kształcenia.
