Тема: «Значение периодического закона для открытия радиоактивных изотопов и их применения в медицине и технике»

«…периодическому закону будущее не грозит разрушением, а только надстройки и развитие обещает».

Д.И.Менделеев

Цель урока:

Формирование целостного представления об окружающем мире на основе знаний периодического закона, знаний о явлении радиоактивности, о строении атомов, умений описывать и обобщать результаты наблюдений, умений применять полученные знания для объяснения принципов действия важнейших технических устройств.

Задачи:

1. Познавательная. Формирование познавательного интереса к изучению законов природы в сочетании естественных наук: физики, химии, географии, биологии.

2. Практическая. Использование полученных знаний для обеспечения безопасности окружающей среды и своего здоровья.

3. Развивающая. Развитие умений предвидеть возможность возникновения экологических катастроф, самостоятельности в приобретении новых знаний с использованием информационных технологий, ресурсов Интернета, развитие навыков работы в группе.

4. Воспитательная. Воспитание экологической культуры – ответственного отношения к явлениям, способным нанести вред окружающей среде и здоровью людей.

Оборудование:

Интерактивная доска с мультимедийной системой «Mimio»; презентация слайдов [8], созданная на основе лицензионных обучающих программ Химия,8 кл. – мультимедийное учебное пособие, Просвещение; Уроки физики «Кирилла и Мефодия» - ООО «Кирилл и Мефодий», 2006; Физика. Библиотека наглядных пособий. Образовательный комплекс. 7-11 классы – 1С: Школа; фирма «1С», 2004. [4, 5, 6], географическая карта мира; раздаточный материал для учащихся: периодическая система Д.И.Менделеева; упражнение – строение атомов; список вопросов для итоговой рефлексии.

Ход урока.

Урок сопровождается демонстрацией презентации, иллюстрирующей обсуждаемые этапы.

1. Вступительное слово ( слайд 1 – тема урока и эпиграф )

Учитель объявляет тема урока.

• Какие цели вы сами поставите для этого урока?

- Ученики сами формулируют цели, которые они хотят реализовать на уроке

Вступительные слова учителя: «Д.И.Менделеев не сомневался в объективности открытого им закона и твердо верил в его будущее «..периодическому закону будущее не грозит разрушением, а только надстройки и развитие обещает» - сказал ученый. Он не ошибся. Периодический закон позволил Д.И. Менделееву и другим ученым предвидеть ряд факторов и явлений, предопределяющих развитие учения о строении вещества. Знания о строении атома люди могут использовать в медицине и в технике».

2. Радиоактивность ( слайд 2 ) – закрепление знаний, полученных на предыдущих уроках.

Для рассказа о явлении радиоактивности вызывается один из учеников, а остальные могут задавать ему вопросы.

• Вспомните, какие явления свидетельствуют о сложном строении атома? (радиоактивность, электризация).

• Что такое радиоактивность?

(самопроизвольное испускание невидимых лучей, обладающих большой проникающей способностью).

• Как изучили свойства радиоактивных лучей? (ответ ученика по рисунку, спроектированному на экране)

- Для изучения свойств радиоактивных лучей Э. Резерфорд исследовал соли радия. В толстостенный свинцовый сосуд с маленьким отверстием (свинец поглощает лучи радия) было положено небольшое количество соли радия. Пучок радиоактивных лучей выходил через узкое отверстие и, проходя через электрическое поле, попадал на фотопластинку, которая затем проявлялась (рисунок).

• Что показали исследования?

-радиоактивное излучение неоднородно, состоит из

α-лучей, β-лучей и γ-лучей.

α– лучи – поток частиц с массой 4 и зарядом +2 (⁴₂Не)

β- лучи, поток частиц – электронов,

γ –лучи, подобные рентгеновским.

• Какой вывод сделал Резерфорд?

-экспериментально было обнаружено, что в результате испускания α, β и γ- лучей атомы радия распадаются с выбросом α-частицы или β – частицы. Процессы превращения атомов одних элементов в другие относится к ядерным реакциям.

• Вопрос учителя: «Что происходит при химических реакциях с точки зрения атомно- молекулярного учения?»

– происходит разрушение химических связей между атомами одних веществ и в перегруппировке атомов с образованием других веществ. Атомы при химических реакциях сохраняются.

3. Строение атома. Планетарная модель Резерфорда. - повторение и закрепление знаний ( слайд 3 )

• К акие частицы входят в состав атома?

Как распределены внутри атома«+» и «-» частицы.? (ответ ученика по рисунку, спроектированному на экране)

- в центре атома находится положительно заряженное ядро, а вокруг него с огромной скоростью вращаются электроны, имеющие отрицательный заряд. В состав ядра входят элементарные частицы: протоны, имеющие положительный заряд, равный по модулю заряду электрона, и нейтроны, не имеющие заряда, с массой примерно равной массе протона и в 1840 раз меньшей, чем у электрона.

• Какую информацию о строении атомов мы можем получить, зная периодический закон и периодическую систему химических элементов Д.И.Менделеева? Как определить заряд ядра и число электронов в атоме

- заряд ядра атома и число электронов в нем равно порядковому номеру элемента.

4. Изотопы. – повторение и закрепление знаний ( слайд 4 – 5 ) в беседе учителя с классом.

• Почему относительная атомная масса элементов не целое число?

- у элементов существуют изотопы.

• Ч то такое изотопы? (ответ ученика по рисунку, спроектированному на экране) –

- атомы одного и того же химического элемента, имеющие одинаковое число протонов в ядре, но разное число нейтронов, называют изотопами.

У изотопов одинаковые химические свойства, но разные радиоактивные свойства.

• Какие радиоактивные изотопы попали в окружающую среду в результате аварии на АЭС в Японии?

– сообщение ученика, подготовленное самостоятельно с использованием ресурсов Интернета.

Самостоятельная работа учащихся: расчет количества частиц, входящих в состав атомов радиоактивных изотопов йода ₅₃I¹³¹ и цезия ₅₅Cs¹³⁷ с последующей проверкой с помощью интерактивной доски.

Упражнение. Строение атомов ( слайд 6 – 12 )

Элементы Частицы	127 І 53	131 I 53	238 U 92	133 Cs 55	134 Cs 55	137 Cs 55
Протоны	53	53	92	55	55	55
Нейтроны	74	78	146	78	79	82
Электроны	53	53	92	55	55	55

5. Ядерные реакции радиоактивного α- и β-распада ( рассказ учителя сопровождается записями на доске)

Ядерные реакции – это изменения атомных ядер (превращения ядер одних хим. элементов в другие) при их взаимодействии с элементарными частицами или друг с другом или спонтанно.

Рассмотрим уравнения ядерных реакций некоторых радиоактивных изотопов:

α –распад

238 4 234 137 4 133

₉₂U ^α→ ₂ H + ₉₀Th ; ₅₅Cs ^α→ ₂He + ₅₃I

уран торий цезий йод

β-распад

_{234 0 234} 133 0 133

₉₀Th ^β→ _-1℮ + ₉₁Pa ; ₅₃I ^β→ _-1℮ + ₅₄ Xe

торий протактиний йод ксенон

В результате радиоактивного распада появляются атомы новых химических элементов, как правило, тоже радиоактивных.

6 . Использование радиоактивных изотопов – (слайд 13 ) – ученики перечисляют:

• На электростанциях

• В медицине

• В археологии (радиоактивные часы)

• Для производства ядерного оружия

7. Применение в технике. ( слайд 14 – 15 ) – рассказ учителя

В технике радиоактивные элементы являются ядерным топливом, которое служит источником энергии на атомных электростанциях ( рисунок "Ядерный реактор" из программы Уроки Кирилла и Мефодия»). В активной зоне находится ядерное топливо – радиоактивное вещество, содержащее уран или плутоний.

При делении 1 ядра урана, захватывающего нейтрон, появляются два осколка ₅₅Сs и ₃₇Rb , 2-3 нейтрона и выделяется много энергии: 200 МэВ, которая нагревает и превращает в пар воду, пар вращает турбину и в генераторе создается электрический ток. (Тренажер из программы «Уроки физики «Кирилла и Мефодия»)

₉₂U²³⁵ + ₀n¹ → ₅₅Cs¹⁴⁰ + ₃₇Rb⁹⁴ + 2₀n¹ + 200 МэВ

^{энергия (Q)}

8. Динамическая пауза, Гимнастика для глаз. (проводит учитель)

9. Географическое расположение месторождений урановых руд в нашей стране и атомных электростанций. (самостоятельная работа учащихся в группах)

Трем группам учащихся даются вопросы ( слайд 16 ). Для ответа на них надо воспользоваться картой мира. Представители каждой группы сообщают результаты своей работы, сопровождая ответы демонстрацией по географической карте.

• Где находятся месторождения урановых руд ?

- Россия – г. Зеленогорск. (Восточная Сибирь).

• Где находятся АЭС в нашей стране?

- на Кольском полуострове, Лен. Обл. – Сосновый бор, Смоленская АЭС, Калининская, Курская, Нововоронежская, Балаковская, Волгодонская, Белоярская.

• Где находится АЭС, о которой сейчас говорит весь мир?

- В Японии – Фукусима.

• Где не должны строится АЭС?

- не должны строить АЭС в сейсмических зонах с неустойчивым состоянием земной коры: в районах стыка литосферных плит и их расхождениях ( в горных районах и районах островных дуг – Япония – самая сейсмичная страна в мире). В России районы, относящиеся к Альпийско – Гималайскому складчатому поясу (Кавказ, Алтай, Саяны и др.) и район Тихоокеанского огненного кольца (Камчатка, Курилы, Сахалин). Кроме того, надо учитывать землетрясения небольшой силы ( до 2 баллов) могут происходить вследствие выработки горных пород и образование пустот в земной коре (Ленинградская обл., Волжский бассейн, где добывают полезные ископаемые: бокситы, сланцы, фосфориты).

9. Биологическое действие радиоактивных изотопов на живые существа (самостоятельная работа учеников с текстом учебника физики ) состоит в том, что α- , β- и γ- излучение, проходя через вещество, ионизирует его, выбивая электроны из молекул и атомов. Ионизация атомов живой ткани приводит к увеличению их химической активности. Это значит, что в клетках живой ткани происходят такие химические превращения, которых не бывает в обычных условиях. Это нарушает жизнедеятельность клеток, из которых состоит живая ткань, что отрицательно сказывается на здоровье всего организма. ( слайд 17)

9. Применение в медицине. ( слайд 18 )

Метод меченых атомов для диагностики. (Сообщение ученика, подготовленное самостоятельно с использованием дополнительных источников информации, в том числе Интернета, или рассказ учителя.)

В кровь человека вводят небольшое (безопасное для здоровья) количество определенного радиоактивного элемента, который разно­сится кровью по всему организму. Затем радиоактивное излучение этого элемента регистрируют различными способами с помощью приборов, располагаемых вблизи тела человека. В результате можно, например, получить изображение какого-либо внутреннего органа. По этому изображению можно судить о размерах и форме этого орга­на, о повышенной или пониженной концентрации изотопа в различ­ных его частях. Можно также оценить функциональное состояние (т. е. работу) внутренних органов по скорости накопления и выведе­ния ими радиоизотопа. Все эти данные позволяют поставить пра­вильный диагноз заболевания.

С помощью метода меченых атомов исследуют также различные отклонения в работе системы кровообращения, обнаруживают опухо­ли (поскольку именно в них накапливаются некоторые радиоизото­пы), изучают обмен веществ в организме. Благодаря этому методу бы­ло, например, обнаружено, что за сравнительно короткое время орга­низм человека почти полностью обновляется. Исключением является лишь железо, входящее в состав крови: оно начинает усваиваться ор­ганизмом из пищи только тогда, когда его запасы иссякают.

γ – терапия (рассказ учителя).

В медицине радиоактивные изотопы используются не только для диагностики, но и для лечения некоторых заболеваний, например раковых опухолей, базедовой болезни и др.

В связи с применением очень малых доз радиоизотопов лучевое воздействие на организм при радиационной диагностике и лечении не представляет опасности для пациентов.

Для восстановления здоровья в медицине используют радиоактивные изотопы с γ-излучением для лечения онкологических заболеваний и диагностики различных болезней. Например, щитовидной железы. При катастрофах на атомных станциях она поражается первой. Для защиты её принимают йод. Так поступали в 1986 году при аварии на Чернобыльской АЭС.

Существует наука медицинская география, которая изучает заболеваемость населения, учитывая, природные условия, местности и влияние социально-экономических факторов.

Среди заболеваний, связанных с естественной биохимической обстановкой можно назвать заболевания щитовидной железы, обусловленные недостатком йода в воде и пищевых продуктах. Профилактическое применение йодированной соли позволяет человеку поддерживать нормальное функционирование щитовидной железы. В некоторых Скандинавских странах йодированную соль добавляют в продукты детского питания и продукты питания для всего населения.

11. Выводы: ( слайд 19 )

Периодический закон Д.И.Менделеев открыл в 1869 г. к этому моменту радиевые элементы ещё неизвестны.

Радиоактивность Беккерель открыл в 1896 г. Модель строения атома была предложена Резерфордом в 1911г. А Д.И.Менделеев предсказал открытие новых элементов, и на протяжении последующих 140 лет был открыт ещё 51 элемент и многочисленные изотопы, которые нашли свое место в Периодической системе, подтверждая правильность его предвидения: «…периодическому закону будущее не грозит разрушением, а только надстройки и развитие обещает ».

12. Выставление оценок за урок. Рефлексия. – ( слайд 20 )

1. Удалось ли реализовать поставленную цель?	Да нет
2. С какими трудностями Вы столкнулись?
3. Что не получилось?
4. Каков главный результат урока для Вас лично?
5 . Каково Ваше настроение и впечатление от урока?	Интересно Скучно