Все в мире состоит из атомов. Но откуда они взялись, и из чего состоят сами? Сегодня отвечаем на эти простые и фундаментальные вопросы. Ведь многие люди, живущие на планете, говорят, что не понимают строения атомов, из которых сами и состоят.

Естественно, уважаемый читатель понимает, что в данной статье мы стараемся изложить все на максимально простом и интересном уровне, поэтому не «грузим» научными терминами. Тем, кто хочет изучить вопрос на более профессиональном уровне, советуем читать специализированную литературу. Тем не менее, сведения данной статьи могут сослужить хорошую службу в учебе и просто сделать Вас более эрудированными.

Атом – это частица вещества микроскопических размеров и массы, наименьшая часть химического элемента, которая является носителем его свойств. Иными словами, это мельчайшая частица того или иного вещества, которая может вступать в химические реакции.

История открытия и строение

Понятия атома было известно еще в Древней Греции. Атомизм – физическая теория, которая гласит, что все материальные предметы состоят из неделимых частиц. Наряду с Древней Грецией, идеи атомизма параллельно развивался еще и в Древней Индии.

Не известно, рассказали тогдашним философам об атомах инопланетяне, или они додумались сами, но экспериментально подтвердить данную теорию химики смогли много позже – только в семнадцатом веке, когда Европа выплыла из пучины инквизиции и средневековья.

Долгое время господствующим представлением о строении атома было представление о нем как о неделимой частице. То, что атом все-таки можно разделить, выяснилось только в начале двадцатого века. Резерфорд, благодаря своему знаменитому опыту с отклонением альфа-частиц, узнал, что атом состоит из ядра, вокруг которого вращаются электроны. Была принята планетарная модель атома, в соответствии с которой электроны вращаются вокруг ядра, как планеты нашей Солнечной системы вокруг звезды.


Современные представления о строении атома продвинулись далеко. Ядро атома, в свою очередь, состоит субатомных частиц, или нуклонов – протонов и нейтронов. Именно нуклоны составляют основную массу атома. При этом протоны и нейтроны также не являются неделимыми частицами, и состоят из фундаментальных частиц - кварков.

Ядро атома имеет положительный электрический заряд, а электроны, вращающиеся по орбите – отрицательный. Таким образом, атом электрически нейтрален.

Ниже приведем элементарную схему строения атома углерода.


Свойства атомов

Масса

Массу атомов принято измерять в атомных единицах массы – а.е.м. Атомная единица массы представляет собой массу 1/12 части свободно покоящегося атома углерода, находящегося в основном состоянии.

В химии для измерения массы атомов используется понятие "моль" . 1 моль – это такое количество вещества, в котором содержится число атомов, равное числу Авогадро.

Размер

Размеры атомов чрезвычайно малы. Так, самый маленький атом – это атом Гелия, его радиус – 32 пикометра. Самый большой атом – атом цезия, имеющий радиус 225 пикометров. Приставка пико означает десять в минус двенадцатой степени! То есть, если 32 метра уменьшить в тысячу миллиардов раз, мы получим размер радиус атома гелия.

При этом, масштабы вещей таковы, что, по сути, атом на 99% состоит из пустоты. Ядро и электроны занимают крайне малую часть его объема. Для наглядности, рассмотрим такой пример. Если представить атом в виде олимпийского стадиона в Пекине (а можно и не в Пекине, просто представьте себе большой стадион), то ядро этого атома будет представлять собой вишенку, находящуюся в центре поля. Орбиты электронов при этом находились бы где-то на уровне верхних трибун, а вишня весила бы 30 миллионов тонн. Впечатляет, не так ли?


Откуда взялись атомы?

Как известно, сейчас различные атомы сгруппированы в таблицу Менделеева. В ней насчитывается 118 (а если с предсказанными, но еще не открытыми элементами - 126) элементов, не считая изотопов. Но так было далеко не всегда.

В самом начале формирования Вселенной никаких атомов не было и подавно, существовали лишь элементарные частицы, под воздействием огромных температур взаимодействующие между собой. Как сказал бы поэт, это был настоящий апофеоз частиц. В первые три минуты существования Вселенной, из-за понижения температуры и совпадения еще целой кучи факторов, запустился процесс первичного нуклеосинтеза, когда из элементарных частиц появились первые элементы: водород, гелий, литий и дейтерий (тяжелый водород). Именно из этих элементов образовались первые звезды, в недрах которых проходили термоядерные реакции, в результате которых водород и гелий «сгорали», образуя более тяжелые элементы. Если звезда была достаточно большой, то свою жизнь она заканчивала так называемым взрывом «сверхновой», в результате которого атомы выбрасывались в окружающее пространство. Так и получилась вся таблица Менделеева.


Так что, можно сказать, что все атомы, из которых мы состоим, когда-то были частью древних звезд.

Почему ядро атома не распадается?

В физике существует четыре типа фундаментальных взаимодействий между частицами и телами, которые они составляют. Это сильное, слабое, электромагнитное и гравитационное взаимодействия.

Именно благодаря сильному взаимодействию, которое проявляется в масштабах атомных ядер и отвечает за притяжение между нуклонами, атом и является таким «крепким орешком».

Не так давно люди поняли, что при расщеплении ядер атомов высвобождается огромная энергия. Деление тяжелых атомных ядер является источником энергии в ядерных реакторах и ядерном оружии.


Итак, друзья, познакомив Вас со структурой и основами строения атома, нам остается только напомнить о том, что готовы в любой момент прийти Вам на помощь. Не важно, нужно Вам выполнить диплом по ядерной физике, или самую маленькую контрольную – ситуации бывают разные, но выход есть из любого положения. Подумайте о масштабах Вселенной, закажите работу в Zaochnik и помните – нет поводов для беспокойства.

Первая попытка создания модели атома принадлежит Дж. Томсону (1903 г.). Он считал, что атом представляет собой электронейтральную систему шарообразной формы радиусом примерно равным 1010 м. Положительный заряд атома равномерно распределен по всему объему шара, а отрицательно заряженные электроны находятся 2

В магнитном поле поток радиоактивного излучения распадается на 3 составляющих: альфа- лучи, бета-лучи и гамма-лучи. Явление радиоактивности свидетельствовало о сложном строении атома. 3

Первые прямые эксперименты по исследованию внутренней структуры атомов были выполнены Э. Резерфордом и его сотрудниками Э. Марсденом и Х. Гейгером в 1909– 1911 годах. Резерфорд предложил применить зондирование атома с помощью αчастиц, которые возникают при радиоактивном распаде радия и некоторых других элементов. 4

Эрне ст Ре зерфорд (Ernest Rutherford; 1871 - 1937, Спринг Грув) - британский физик и новозеландского происхождения. Создал планетарную модель атома. Лауреат Нобелевской премии по химии 1908 г. Открыл альфа- и бета-излучение и множество изотопов. Открыл и объяснил радиоактивное превращение химических элементов, создал теорию радиоактивного распада, Доказал, что расщепил атом азота, обнаружил протон. альфа-частица - ядро гелия. Первым открыл образование новых химических элементов при распаде тяжелых химических радиоактивных элементов. Уточнил на 30 % отношение заряда к массе электрона. 12 учеников Резерфорда стали лауреатами Нобелевской премии по физике и химии. 5

Масса α-частиц приблизительно в 7300 раз больше массы электрона, а положительный заряд равен удвоенному элементарному заряду. В своих опытах Резерфорд использовал α-частицы с кинетической энергией около 5 Мэ. В (скорость таких частиц очень велика – порядка 107 м/с, но она все же значительно меньше скорости света). α-частицы – это 6

Пучок aльфа-частиц пропускался через тонкую золотую фольгу. Золото было выбрано как очень пластичный материал, из которого можно получить фольгу толщиной практически в один атомный слой. Некоторые альфа-частицы проходили сквозь фольгу, образуя на экране размытое пятно, а следы от других альфа-частиц были зафиксированы на боковых 7

8

Опыты Резерфорда и его сотрудников привели к выводу, что в центре атома находится плотное положительно заряженное ядро, диаметр которого не превышает 10– 14– 10– 15 м. Это ядро занимает только 10– 12 часть полного объема атома, но содержит весь положительный заряд и не менее 99, 95 % его массы. Веществу, составляющему ядро атома, следовало приписать плотность порядка ρ ≈ 1015 г/см 3. Заряд ядра должен быть равен суммарному заряду всех электронов, 9

Следующий шаг в развитии представлений об устройстве атома сделал в 1913 году датский физик Н. Бор. Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний) гласит: атомная система может находится только в особых стационарных или квантовых состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия En. В стационарных состояниях атом не 11

Второй постулат Бора (правило частот) формулируется следующим образом: при переходе атома из одного стационарного состояния с энергией En в другое стационарное состояние с энергией Em излучается или поглощается квант, энергия которого равна h – разности энергий постоянная стационарных состояний: Планка, равная 6. 626 10 -34 Дж с 12

Третий постулат (Правило квантования). Бор предположил, что из всех возможных орбит электрона осуществляются только те для которых момент импульса равен целому кратному постоянной планка h, деленной на 2π: Число n – называется квантовым числом. главным 13

n принимает значения от 1 до ∞. Чем меньше n, тем больше энергия взаимодействия электрона с ядром. При n = 1 атом водорода находится в основном состоянии, при n > 1 – в возбужденном. В многоэлектронных атомах электроны с одинаковыми значениями n образуют слой или оболочку, обозначаемый буквами K, L, M, N, O, P и Q. Буква K соответствует первому уровню, L – второму и т. д. 14

Нильс Хе нрик Дави д Бор (Niels Henrik David Bohr 1885 - 1962 , Копенгаген) - датский физик-теоретик и общественный деятель, один из создателей современной физики. Лауреат нобелевской премии по физике (1922) Бор известен как создатель активный участник разработки основ квантовой первой квантовой теории механики. Также он внёс значительный вклад в атома и развитие теории атомного ядра и ядерных реакций, процессов взаимодействия элементарных частиц со средой. 15

Применим полуклассический подход Бора к описанию движения электрона в поле ядра с зарядом Ze. При Z=1 такая система соответствует атому водорода. Произведение массы электрона на его центростремительное ускорение должно равняться силе Кулона, действующей на электрон: 16

Радиус может принимать только дискретные значения. Внутренняя энергия атома складывается из энергии взаимодействия электрона с ядром и кинетической электрона: Кинетическую энергию находим следующим образом: 17

При переходе атома водорода (Z=1) из состояния n в состояние m излучается квант Частота испущенного свет равна: 19

В 1923 году французский физик Л. де Бройль выдвинул гипотезу об универсальности корпускулярно-волнового дуализма: не только фотоны, но и электроны и любые другие частицы материи наряду с корпускулярными обладают также и волновыми свойствами. Согласно де Бройлю, с каждым микрообъектом связаны, с одной стороны, корпускулярные характеристики – энергия E и импульс p, а с другой стороны, 22

Луи де Бройль (1892 -1987) - французский физик-теоретик, один из основоположников квантовой механики, лауреат Нобелевской премии по физике за 1929 год. Ему принадлежит гипотеза о свойствах материальных частиц, положившая волновых начало развитию волновой механики. Он предложил оригинальную интерпретацию квантовой механики, развивал релятивистскую теорию частиц, занимался вопросами радиофизики, классической и квантовой теориями поля, и других разделов физики.

Любой частице, обладающей импульсом, сопоставлялся волновой процесс с длиной волны λ = h / p. Для частиц, имеющих массу, 25

Электрону, движущемуся со скоростью 1000000 м/с = 106 м/с, соответствует волна де Бройля 10 -9 м Пылинке массой 1 мг = 10 -6 кг, движущейся со скоростью 1 м/с. соответствует волна де Бройля 10 -28 м

Подтверждением квантовой природы света является эффект Комптона. В 1923 году американский физик Артур Комптон наблюдал рассеяние рентгеновских волн с длиной волны легкими веществами (парафин). 27

Первое экспериментальное подтверждение гипотезы де Бройля было получено в 1927 году американскими физиками К. Девиссоном и Л. Джермером. Они обнаружили, что пучок электронов, рассеивающийся на кристалле никеля, дает отчетливую дифракционную картину, подобную той, которая возникает при рассеянии на кристалле коротковолнового рентгеновского излучения. В этих экспериментах кристалл играл роль естественной дифракционной решетки. По положению дифракционных максимумов была определена длина волны электронного 28

29

В 1928 году английский физик Дж. Томсон получил новое подтверждение гипотезы де Бройля. Томсон наблюдал дифракционную картину, возникающую при прохождении пучка электронов через тонкую поликристаллическую фольгу из золота. На фотопластинке отчетливо наблюдались концентрические светлые и темные кольца, радиусы которых изменялись с изменением скорости 30

Микрочастица – это образование особого рода: частица+волна. Все это привело к необходимости построения непротиворечивой теории, объясняющей процессы, происходящие в микромире. За короткий период с июня 1925 го года и по июнь 1926 -го года, были опубликованы сразу три оригинальных и независимо сделанных варианта полной квантовой теории. Первая – матричная квантовая механика – Вернером Гейзенбергом (1901 -76). Вторая – волновая механика – Эрвином Шредингером (1887 -1961). Третья – квантовая алгебра – Паулем Дираком (1902 - 1984). 31

Состояние микрочастицы описывается в квантовой механике волновой функцией Ψ. Она является функцией координат и времени и может быть найдена путем решения уравнения: Это уравнение было установлено Шредингером в 1926 г. И называется общим уравнением Шредингера. i – мнимая единица, m – масса частицы, - оператор Лапласа, U – потенциальная 32

Физический смысл Ψ функции состоит в следующем: квадрат модуля Ψ определяет вероятность d. P того, что частица будет обнаружена в пределах объема d. V: Волновые функции должны всегда быть нормированы таким образом, чтобы: 34

Волновые функции, получаемые из решений уравнения Шредингера должны удовлетворять следующим условиям: 1) однозначность; 2) конечность; 3) непрерывность. Эти условия должны выполняться во всей области изменения переменных x, y, z. Они являются следствием того факта, что волновая функция по своему физическому смыслу 35

Уровни энергии, волновые функции, распределен ие плотности вероятности по координате х Энергия Волновые функции Плотность вероятности 36

Соотношения неопределенностей, установлены В. Гейзенбергом. Первое из них ограничивает точности одновременного измерения координат и соответствующих проекций импульса частицы. Для проекции, например на ось Х оно выглядит следующим образом: Второе соотношение устанавливает неопределенность измерения энергии, ΔЕ, за данный промежуток времени Δt: 37

Многоэлектронные атомы В многоэлектронных атомах электроны с одинаковыми значениями n (n – главное квантовое число)образуют слой или оболочку, обозначаемый буквами K, L, M, N, O, P и Q. Буква K соответствует первому уровню, L – второму и т. д. 38

39

Орбитальное (азимутальное) квантовое число - в квантовой физике квантовое число ℓ, определяющее форму электронного облака. Определяет подуровень энергетического уровня, задаваемого главным квантовым числом n и может принимать значения. l = 0, 1, 2, …; n-1 40

Кроме числовых ℓ имеет буквенные обозначения. Электроны с одинаковым значением ℓ образуют подуровень. Квантовое число ℓ определяет квантование орбитального момента количества движения электрона в сферически симметричном кулоновском поле ядра. ℓ = 0 1 2 3 4 … ℓ = s p d f g … 41

42

Орбитальное квантовое число Магнитное квантовое число ℓ Число орбиталей с данным значением l 2ℓ + 1 0 (s) 0 1 1 (p) – 1, 0, +1 3 2 (d) 3 (f) – 2, – 1, 0, +1, +2 – 3, – 2, – 1, 0, 5 7 43

44

1907) - русский химик, педагог, разносторонний ученый. Оставил свыше 500 печатных трудов, среди которых классические "Основы химии" - первое стройное изложение неорганической химии. Автор фундаментальных исследований по химии, химической технологии, физике, метеорологии, воздухоплаванию, сельскому 6 марта 1869 хозяйству, народному просвещению и года на заседании Русского физикохимического общества профессор Н. А. Меншуткин др. прочитал доклад Менделеева "Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сродстве". Это была самая первая формулировка всемирно известного Периодического закона, окончательная редакция которого вышла в 1869 -1870 годах и является одним из фундаментальных 45

Периодическая система химических элементов (таблица Менделеева) - классификация химических элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона, установленного русским химиком Д. И. Менделеевым в 1869 году. В современном варианте системы предполагается сведение элементов в двумерную таблицу, в которой каждый столбец (группа) определяет основные физико -химические свойства, а строки представляют 46 собой периоды, в определённой мере

47

Контрольные вопросы 1. Модели атома 2. Опыт Резерфорда по строению атома 3. Постулаты Бора 4. Квантовые числа 5. Волна де Бройля и ее корпускулярные и волновые характеристики 6. Стационарное уравнение Шредингера

Тема: Программа и ее структура

Цели урока:

    Обучающие :

    • познакомить учащихся с общими характеристиками языков программирования, с программной средой Pascal ABC, со структурой программы на языке Паскаль;

      сформировать у учащихся первичные знания по применению изученного материала.

    Развивающие :

    • учить анализировать, обобщать и систематизировать;

      обогащать словарный запас учащихся.

    Воспитательные :

    • развивать информационную культуру учащихся, способность к самостоятельной и коллективной деятельности, рефлексию.

Тип урока: урок изучения и первичного закрепления новых знаний.

Оборудование: мультимедийный проектор, компьютеры с установленной средой программирования Pascal ABC, настроенная локальная сеть, конспект для учащегося.

План урока:

1. Организационный момент. Актуализация знаний.
2. Объяснение материала.
2.1. Языки программирования, их назначение, особенности.
2.2. Знакомство с программной средой Pascal ABC.
2.3. Знакомство со структурой программы на языке Паскаль.
2.4. Разбор простейшей программы «вывода».
3. Закрепление полученных умений и навыков.
4. Подведение итогов урока.

ХОД УРОКА

1. Оргмомент. Подготовка к изучению нового материала 2 .

Коротко, фронтально повторяем ранее изученный материал по теме «Алгоритмизация». Вопросы для актуализации знаний:

    Алгоритм. Свойства алгоритмов.

    Способы записи алгоритмов.

    Базовые структуры алгоритмов.

Ожидаемые результаты: (демонстрируются при положительных результатах на экране слайды 1 и 2 ) 3

2. Объяснение нового материала 4

2.1 Языки программирования, их назначение, особенности

Языки программирования предназначены для создания программ, которые могут быть исполнены ЭВМ или другими автоматическими устройствами, например, станками с числовым программным управлением. ( , слайд 5)
Исходя из этого, можно сказать, что эти языки формальны, то есть они используют специальную систему команд, имеют свой алфавит и свои правила написания (синтаксис).
Существует достаточно большое количество различных языков программирования. Все они созданы так, что их команды понимает то устройство (в данном случае - ЭВМ), на которое они рассчитаны.
Языки программирования можно разделить на две группы – языки высокого уровня и языки низкого уровня (машинные).
К языкам низкого уровня относится язык Ассемблер, в котором программа пишется в основном на уровне машинных кодов.
Языки высокого уровня позволяют писать программу с помощью условных обозначений, близких к языку человека.
Все языки высокого уровня условно можно разделить на две группы – алгоритмические языки (процедурные) и логические (непроцедурные, объектно-ориентированные).
Алгоритмические – предполагают реализацию алгоритма в виде последовательности операций с данными. При этом программы имеют жесткую структуру, определенную форму записи. ( , слайд 6)
К первой группе языков относятся такие языки, как БЕЙСИК, ПАСКАЛЬ, ФОРТРАН, АЛГОЛ, СИ и другие.
Вторые – описывают отношения между объектами и величинами, но при этом явно не указывают, какие именно операции нужно провести и в какой последовательности. К этим языкам относится, в частности, язык ПРОЛОГ. ( , слайд 7)
Кроме того, языки можно разделить еще и по их назначению.
Так, например, языки, перечисленные выше, можно назвать языками общего пользования, универсальными. Эти языки могут быть использованы как профессиональными программистами, так и начинающими (учениками, студентами и т.д.). Посредством этих языков можно решать как задачи вычислительного характера, так и работать с графикой, звуком, работать с текстом.
Мы и будем изучать такие языки, в частности язык ПАСКАЛЬ.
Алгоритмические языки общего назначения различаются своими возможностями, то есть тем кругом задач, которые с помощью них можно решить, и по типу преобразования алгоритма в команды, понятные ЭВМ.
Все дело в том, что программа, написанная на языке программирования, это в большинстве случаев текст.
А ЭВМ, как вы уже знаете (используем то, что учащиеся уже знают принцип работы ЭВМ), работает на двоичных кодах. Следовательно, алгоритм, введенный в ЭВМ на каком-либо языке программирования, должен быть преобразован в специальные коды. Для этого в состав языка программирования входит специальная программа – транслятор, которая и выполняет эту задачу.

Трансляторы можно разделить на две группы по их работе – компиляторы и интерпретаторы. ( , слайд 8)
Языки программирования, имеющие в своем составе интерпретатор , чаще всего являются строчно-ориентированными языками, то есть команды записываются в строке, каждая из которых имеет свой номер. Выполнение программы происходит в последовательности номеров строк. Таким языком является, в частности, БЕЙСИК (Стандартный)
Интерпретатор читает строку программы, транслирует ее в коды ЭВМ и немедленно выполняет, затем переходит к следующей. При обнаружении ошибок специальный отладчик сообщает об ошибке, исполнение программы останавливается.

Компилятор действует иначе. Он сначала просматривает всю программу, отмечает все ошибки и только после того, как все ошибки исправлены, – компилирует программу, то есть в памяти создает программу в машинных кодах и после этого ее исполняет.
Большинство языков имеют в своем составе компилятор, так как они работают быстрее. К языкам такого уровня относятся ПАСКАЛЬ, СИ, Q-BASIC и многие другие.

2.2 Знакомство с программной средой Pascal ABC

Теперь переходим к изучению языка – ПАСКАЛЬ. Точнее, учебной системы программирования Pascal ABC (автор – С.С.Михалкович).
Система Pascal ABC предназначена для обучения программированию на языке Паскаль и ориентирована на школьников и студентов младших курсов. Система Pascal ABC основана на языке Delphi Pascal.

(Запуск программы на демонстрационном экране).

После загрузки системы на экране появляется рабочий стол системы. Его вид может несколько различаться у разных версий, но в целом он типичен. В верхней части экрана расположено главное меню, в нижней – окно вывода. 5

Интерфейс программы очень удобен и прост. Программа открывается в своем окне аналогичном стандартным окнам ОС Windows с такими же элементами окна 6 .
Для запуска команды выполнения файлов используем инструмент.

Файлы имеют расширение .pas 7

2.3 Знакомство со структурой программы на языке Паскаль

Основные понятия 8

( , слайд 1)

Как и любой алгоритм, являющийся последовательностью инструкций, программа на языке Паскаль состоит из команд (операторов), записанных в определенном порядке и формате.
Команды позволяют получать, сохранять и обрабатывать данные различных типов (например, целые числа, символы, строки символов, т.д.).
Кроме команд в записи программы участвуют еще так называемые "служебные слова", организующие структуру программы.
Вам уже известно, что основное назначение компьютера – облегчить человеку работу с большими объемами информации, поэтому подавляющее большинство программ построено по одному, довольно простому принципу: ( , слайд 2)
Все эти действия реализуются через имеющиеся в языках программирования команды, алгоритмические структуры и структуры данных.

Основная структура программы

Правила языка Паскаль предусматривают единую для всех программ форму основной структуры ( , слайд 3):

Program <Имя программы> ;
<Раздел описаний> ; Begin
<Тело программы> ; End.

Здесь слова Program, Begin и End являются служебными. Правильное и уместное употребление этих слов является обязательным.
Угловые скобки в формате указывают на то, что вместо них при реальном программировании должно быть подставлено конкретное значение. Сама запись программы в принципе может производиться вообще в одну стоку. Однако, такая запись неудобна для чтения, недостаточно наглядна, поэтому я рекомендую придерживаться приведенной структуры, а в «теле» программы – по одному оператору в строке.
Имя программы выбирается самостоятельно разработчиком в соответствии с правилами построения идентификаторов.
Все объекты (переменные, константы метки, функции, процедуры и т.д.), не являющиеся зарезервированными в Паскале, которые вы используете в программе, должны быть описаны. Это производится для того, чтобы компьютер перед выполнением программы зарезервировал память под соответствующие объекты и поставил в соответствие им идентификаторы. Раздел описаний может состоять из пяти подразделов:

    Описание меток (Label)

    Описание типов (Type).

    Описание констант (Const).

    Описание переменных (Var).

    Описание процедур и функций (Procedure, Function).

При отсутствии таких объектов, соответствующий подраздел может быть опущен.

Алфавит языка

Основу любого языка составляет алфавит, то есть конечный, фиксированный набор символов, используемых для составления текстов на данном языке (в нашем случае – программ). ( , слайд 4)

Итак, алфавит языка Паскаль составляют:

    буквы латинского алфавита; (Вопрос: Сколько букв? Ответ: 26)

    арабские цифры; (Вопрос: Сколько цифр? Ответ: 10)

    специальные знаки. (Вопрос: Кто подскажет? Ответ: .,;:<> и т.д.)

Использование символов первой группы чаще всего вопросов не вызывает, но свои тонкости здесь имеются.
– Во-первых, это употребление заглавных и строчных букв. Большинство существующих трансляторов не различают буквы разных регистров. Таким образом, записи "progRaM" и "PROGram" будем считать идентичными.
– Во-вторых, некоторые символы латиницы и кириллицы совпадают по начертанию. Нельзя ли вместо буквы "К" латинской написать "K" русскую? (Ожидаемый ответ: в программе на ЭВМ – ни в коем случае. На вид они может быть и похожи, но уж коды-то у них совершенно разные, а компьютер, как вам известно, оперирует внутри себя не буквами, а их числовыми кодами). ( , слайд 5)
По поводу привычных арабских цифр сказать можно только то, что с их помощью записываются не только числа. Цифры могут использоваться в качестве обыкновенных символов.

Сложнее всего обстоит дело со специальными знаками, поэтому их придется разобрать подробно:

Конец программы, разделение целой и дробной частей вещественного числа (десятичная точка), разделение полей в переменной типа Record;
, разделение элементов списков;
.. указание диапазона;
: используется в составе оператора присваивания:=, а также для указания формата вывода в операторе Writeln;
; отделяет один раздел программы от другого, разделяет операторы;
" используется для ограничения строковых констант;
- + * / () арифметические знаки;
< > знаки отношений;
= используется в составе оператора присваивания, в разделах описаний констант и типов, используется как знак отношения (равно);
^ используется для именования динамических переменных;
{} ограничение комментариев в программе;
заключают в себе индексы элементов массивов;
_ символ подчеркивания используется также как любая буква, например, в идентификаторах – вместо пробела.

В процессе изучения языка мы познакомимся с этими знаками.
Возникает вопрос, а как же быть с русскими буквами и другими знаками, имеющимися на клавиатуре? Некоторые версии Паскаля допускают их использование в программе, но стандарт языка этого не подразумевает. Поэтому включать эти символы в программу можно только в качестве строковых констант или внутри комментария, то есть там, где транслятор при компиляции их игнорирует.

Идентификаторы

Имена операторов, переменных, констант, типов величин, имя самой программы назначаются разработчиком и называются в Паскале идентификаторами. Существуют правила, которым должны отвечать все идентификаторы:

    идентификатор должен быть уникальным, то есть одним и тем же именем разные объекты не могут быть названы;

    идентификатор имеет ограничение по длине (зависит от конкретной реализации языка на компьютере);

    идентификатор может состоять только из символов латинского алфавита, цифр и знака подчеркивания ("_");

    идентификатор не может начинаться с цифры.

Например, можно записать имя программы ( , слайд 6): Iwanow_Petr_10a, но нельзя: 10а-Иванов Петр (допущены три ошибки: имя начинается цифрой, использовано тире и слова разделены пробелом).
Нельзя использовать как идентификаторы слова, предназначенные для обозначения операторов программы, но можно программу оставить без заголовка.
Понятие переменной и типы данных рассмотрим на следующих уроках.

Раздел операторов

Это основной раздел программы – выполнение программы сводится к выполнению раздела операторов, т.е. к выполнению последовательности операторов, заключенных в
операторные скобки begin….. end .

Оператор вывода ( , слайд 7)

Для вывода информации в Паскале используется оператор:

Write (b1, b2, b3,…, bn);
выводится на экран значения переменных b1, b2, b3,…, bn Writeln (b1, b2, b3,…, bn);
выводится на экран значения переменных b1, b2, b3,…, bn и после этого осуществляется переход на новую строку
Writeln ;
переход на новую строку Write (‘значения переменных’, b1, b2, b3,…, bn);
выводится на экран сообщение «значения переменных», затем соответствующие значения переменных b1, b2, b3,…, bn и после этого осуществляется переход на новую строку

2.4 и 3 пункты – «Проба пера»

Посмотрим первую программу вывода на экран строковой графики.

Задача. Вывести на экран текст в заданном формате ( , слайд 8):

Вася

пошел

погулять

Ранее заготовленная программа показывается на демонстрационном экране и экране мониторов учащихся. Учащиеся самостоятельно открывают Pascal ABC, открывают файл , запускают на выполнение. Производится разбор программы при помощи учащихся 9 .

Затем предлагаем учащимся выполнить упражнение на основе готовой программы ( , слайд 9):

1. Напишите программу, которая печатает ваше имя в рамочке из звездочек. Пример:

Pascal – язык...? ( ответ: высокого уровня ).

Он является алгоритмическим или логическим языком? (Ответ: алгоритмическим ).

Чем характеризуются алгоритмические языки? (Ответ: алгоритмы имеют жесткую структуру, определенная форма записи в виде последовательности операций с данными ).

Pascal в своем составе имеет интерпретатор или компилятор? Напоминаю: интерпретатор – выполнение программы построчное; компилятор – просматривает сразу всю программу. (Ответ: компилятор ).

С какой средой программирования мы работаем? (Ответ: Pascal ABC ).

Алфавит языка Паскаль составляют..? (Ответ: буквы латинского алфавита, арабские цифры, специальные знаки ).

Домашнее задание:

– выучить конспект для учащегося;
– составить программу для одной из задач № 1, 2, 3 (на выбор, все три на дополнительную оценку).

Задачи:

1. Вывести на экран символьный рисунок

2. Написать программу, которая рисует пингвина.

3. Написать программу, которая выводит следующий рисунок (Рис. 8).

4. Подведение итогов урока

Учителем дается общая оценка урока. Выставляются оценки ученикам, которые особенно активно проявили себя на уроке. Оцениваются успешно выполненные задания для самостоятельного решения.

Состав атома.

Атом состоит из атомного ядра и электронной оболочки .

Ядро атома состоит из протонов (p + ) и нейтронов (n 0). У большинства атомов водорода ядро состоит из одного протона.

Число протонов N (p + ) равно заряду ядра (Z ) и порядковому номеру элемента в естественном ряду элементов (и в периодической системе элементов).

N (p +) = Z

Сумма числа нейтронов N (n 0), обозначаемого просто буквой N , и числа протонов Z называется массовым числом и обозначается буквой А .

A = Z + N

Электронная оболочка атома состоит из движущихся вокруг ядра электронов (е -).

Число электронов N (e -) в электронной оболочке нейтрального атома равно числу протонов Z в его ядре.

Масса протона примерно равна массе нейтрона и в 1840 раз больше массы электрона, поэтому масса атома практически равна массе ядра.

Форма атома - сферическая. Радиус ядра примерно в 100000 раз меньше радиуса атома.

Химический элемент - вид атомов (совокупность атомов) с одинаковым зарядом ядра (с одинаковым числом протонов в ядре).

Изотоп - совокупность атомов одного элемента с одинаковым числом нейтронов в ядре (или вид атомов с одинаковым числом протонов и одинаковым числом нейтронов в ядре).

Разные изотопы отличаются друг от друга числом нейтронов в ядрах их атомов.

Обозначение отдельного атома или изотопа: (Э - символ элемента), например: .


Строение электронной оболочки атома

Атомная орбиталь - состояние электрона в атоме. Условное обозначение орбитали - . Каждой орбитали соответствует электронное облако.

Орбитали реальных атомов в основном (невозбужденном) состоянии бывают четырех типов: s , p , d и f .

Электронное облако - часть пространства, в которой электрон можно обнаружить с вероятностью 90 (или более) процентов.

Примечание : иногда понятия "атомная орбиталь" и "электронное облако" не различают, называя и то, и другое "атомной орбиталью".

Электронная оболочка атома слоистая. Электронный слой образован электронными облаками одинакового размера. Орбитали одного слоя образуют электронный ("энергетический") уровень , их энергии одинаковы у атома водорода, но различаются у других атомов.

Однотипные орбитали одного уровня группируются в электронные (энергетические) подуровни:
s -подуровень (состоит из одной s -орбитали), условное обозначение - .
p -подуровень (состоит из трех p
d -подуровень (состоит из пяти d -орбиталей), условное обозначение - .
f -подуровень (состоит из семи f -орбиталей), условное обозначение - .

Энергии орбиталей одного подуровня одинаковы.

При обозначении подуровней к символу подуровня добавляется номер слоя (электронного уровня), например: 2s , 3p , 5d означает s -подуровень второго уровня, p -подуровень третьего уровня, d -подуровень пятого уровня.

Общее число подуровней на одном уровне равно номеру уровня n . Общее число орбиталей на одном уровне равно n 2 . Соответственно этому, общее число облаков в одном слое равно также n 2 .

Обозначения: - свободная орбиталь (без электронов), - орбиталь с неспаренным электроном, - орбиталь с электронной парой (с двумя электронами).

Порядок заполнения электронами орбиталей атома определяется тремя законами природы (формулировки даны упрощенно):

1. Принцип наименьшей энергии - электроны заполняют орбитали в порядке возрастания энергии орбиталей.

2. Принцип Паули - на одной орбитали не может быть больше двух электронов.

3. Правило Хунда - в пределах подуровня электроны сначала заполняют свободные орбитали (по одному), и лишь после этого образуют электронные пары.

Общее число электронов на электронном уровне (или в электронном слое) равно 2n 2 .

Распределение подуровней по энергиям выражается рядом (в прядке увеличения энергии):

1s , 2s , 2p , 3s , 3p , 4s , 3d , 4p , 5s , 4d , 5p , 6s , 4f , 5d , 6p , 7s , 5f , 6d , 7p ...

Наглядно эта последовательность выражается энергетической диаграммой:

Распределение электронов атома по уровням, подуровням и орбиталям (электронная конфигурация атома) может быть изображена в виде электронной формулы, энергетической диаграммы или, упрощенно, в виде схемы электронных слоев ("электронная схема").

Примеры электронного строения атомов:

Валентные электроны - электроны атома, которые могут принимать участие в образовании химических связей. У любого атома это все внешние электроны плюс те предвнешние электроны, энергия которых больше, чем у внешних. Например: у атома Ca внешние электроны - 4s 2 , они же и валентные; у атома Fe внешние электроны - 4s 2 , но у него есть 3d 6 , следовательно у атома железа 8 валентных электронов. Валентная электронная формула атома кальция - 4s 2 , а атома железа - 4s 2 3d 6 .

Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева
(естественная система химических элементов)

Периодический закон химических элементов (современная формулировка): свойства химических элементов, а также простых и сложных веществ, ими образуемых, находятся в периодической зависимости от значения заряда из атомных ядер.

Периодическая система - графическое выражение периодического закона.

Естественный ряд химических элементов - ряд химических элементов, выстроенных по возрастанию числа протонов в ядрах их атомов, или, что то же самое, по возрастанию зарядов ядер этих атомов. Порядковый номер элемента в этом ряду равен числу протонов в ядре любого атома этого элемента.

Таблица химических элементов строится путем "разрезания" естественного ряда химических элементов на периоды (горизонтальные строки таблицы) и объединения в группы (вертикальные столбцы таблицы) элементов, со сходным электронным строением атомов.

В зависимости от способа объединения элементов в группы таблица может быть длиннопериодной (в группы собраны элементы с одинаковым числом и типом валентных электронов) и короткопериодной (в группы собраны элементы с одинаковым числом валентных электронов).

Группы короткопериодной таблицы делятся на подгруппы (главные и побочные ), совпадающие с группами длиннопериодной таблицы.

У всех атомов элементов одного периода одинаковое число электронных слоев, равное номеру периода.

Число элементов в периодах: 2, 8, 8, 18, 18, 32, 32. Большинство элементов восьмого периода получены искусственно, последние элементы этого периода еще не синтезированы. Все периоды, кроме первого начинаются с элемента, образующего щелочной металл (Li, Na, K и т. д.), а заканчиваются элементом, образующим благородный газ (He, Ne, Ar, Kr и т. д.).

В короткопериодной таблице - восемь групп, каждая из которых делится на две подгруппы (главную и побочную), в длиннопериодной таблице - шестнадцать групп, которые нумеруются римскими цифрами с буквами А или В, например: IA, IIIB, VIA, VIIB. Группа IA длиннопериодной таблицы соответствует главной подгруппе первой группы короткопериодной таблицы; группа VIIB - побочной подгруппе седьмой группы: остальные - аналогично.

Характеристики химических элементов закономерно изменяются в группах и периодах.

В периодах (с увеличением порядкового номера)

  • увеличивается заряд ядра,
  • увеличивается число внешних электронов,
  • уменьшается радиус атомов,
  • увеличивается прочность связи электронов с ядром (энергия ионизации),
  • увеличивается электроотрицательность,
  • усиливаются окислительные свойства простых веществ ("неметалличность"),
  • ослабевают восстановительные свойства простых веществ ("металличность"),
  • ослабевает основный характер гидроксидов и соответствующих оксидов,
  • возрастает кислотный характер гидроксидов и соответствующих оксидов.

В группах (с увеличением порядкового номера)

  • увеличивается заряд ядра,
  • увеличивается радиус атомов (только в А-группах),
  • уменьшается прочность связи электронов с ядром (энергия ионизации; только в А-группах),
  • уменьшается электроотрицательность (только в А-группах),
  • ослабевают окислительные свойства простых веществ ("неметалличность"; только в А-группах),
  • усиливаются восстановительные свойства простых веществ ("металличность"; только в А-группах),
  • возрастает основный характер гидроксидов и соответствующих оксидов (только в А-группах),
  • ослабевает кислотный характер гидроксидов и соответствующих оксидов (только в А-группах),
  • снижается устойчивость водородных соединений (повышается их восстановительная активность; только в А-группах).

Задачи и тесты по теме "Тема 9. "Строение атома. Периодический закон и периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева (ПСХЭ)"."

  • Периодический закон - Периодический закон и строение атомов 8–9 класс
    Вы должны знать: законы заполнения орбиталей электронами (принцип наименьшей энергии, принцип Паули, правило Хунда), структуру периодической системы элементов.

    Вы должны уметь: определять состав атома по положению элемента в периодической системе, и, наоборот, находить элемент в периодической системе, зная его состав; изображать схему строения, электронную конфигурацию атома, иона, и, наоборот, определять по схеме и электронной конфигурации положение химического элемента в ПСХЭ; давать характеристику элемента и образуемых им веществ по его положению в ПСХЭ; определять изменения радиуса атомов, свойств химических элементов и образуемых ими веществ в пределах одного периода и одной главной подгруппы периодической системы.

    Пример 1. Определите количество орбиталей на третьем электронном уровне. Какие это орбитали?
    Для определения количества орбиталей воспользуемся формулой N орбиталей = n 2 , где n - номер уровня. N орбиталей = 3 2 = 9. Одна 3s -, три 3p - и пять 3d -орбиталей.

    Пример 2. Определите, у атома какого элемента электронная формула 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 .
    Для того, чтобы определить, кокой это элемент, надо выяснить его порядковый номер, который равен суммарному числу электронов атома. В данном случае: 2 + 2 + 6 + 2 + 1 = 13. Это алюминий.

    Убедившись, что все необходимое усвоено, переходите к выполнению заданий. Желаем успехов.


    Рекомендованная литература:
    • О. С. Габриелян и др. Химия 11 кл. М., Дрофа, 2002;
    • Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фельдман. Химия 11 кл. М., Просвещение, 2001.

Документальные учебные фильмы. Серия «Физика».

Атом (от греческого atomos - неделимый) - одноядерная, неделимая химическим путем частица химического элемента, носитель свойства вещества. Вещества состоят из атомов. Сам атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженного электронного облака. В целом атом электронейтрален. Размер атома полностью определяется размером его электронного облака, поскольку размер ядра ничтожно мал по сравнению с размером электронного облака. Ядро состоит из Z положительно заряженных протонов (заряд протона соответствует +1 в условных единицах) и N нейтронов, которые не несут на себе заряда (протоны и нейтроны называют нуклонами). Таким образом, заряд ядра определятся только количеством протонов и равен порядковому номеру элемента в таблице Менделеева. Положительный заряд ядра компенсируется отрицательно заряженными электронами (заряд электрона -1 в условных единицах), которые формируют электронное облако. Количество электронов равно количеству протонов. Массы протонов и нейтронов равны (соответственно 1 и 1 а.е.м.).

Масса атома определяется массой его ядра, поскольку масса электрона примерно в 1850 раз меньше массы протона и нейтрона и в расчетах редко учитывается. Количество нейтронов можно узнать по разности между массой атома и количеством протонов (N=A-Z). Вид атомов какого-либо химического элемента с ядром, состоящим из строго определённого числа протонов (Z) и нейтронов (N) называется нуклидом.

Перед изучением свойств электрона и правил формирования электронных уровней, необходимо затронуть историю формирования представлений о строении атома. Мы не будем рассматривать полную историю становления атомарного строения, а остановимся лишь на самых актуальных и наиболее "верных" представлениях, способных наиболее наглядно показать как располагаются электроны в атоме. Первыми наличие атомов как элементарных составляющих вещества, предположили еще древнегреческие философы. После чего история строения атома прошла сложный путь и разные представления, такие как неделимость атома, Томсоновская модель атома и другие. Наиболее близкой оказалась модель атома, предложенная Эрнестом Резерфордом в 1911 году. Он сравнил атом с солнечной системой, где в роли солнца выступало ядро атома, а электроны двигались вокруг него подобно планетам. Размещение электронов на стационарных орбитах было очень важным шагом в понимании строения атома. Однако такая планетарная модель строения атома шла в противоречие с классической механикой. Дело в том, что при движении электрона по орбите он должен был терять потенциальную энергию и в конце концов "упасть" на ядро и атом должен был прекратить свое существование. Такой парадокс был устранен введением постулатов Нильсом Бором. Согласно этим постулатам электрон двигался по стационарным орбитам вокруг ядра и при нормальных условиях не поглощал и не испускал энергию. Постулаты показывают, что для описания атома законы классической механики не подходят. Такая модель атома называется моделью Бора-Резерфорда. Продолжением планетарного строения атома является квантово-механическая модель атома, согласно которой мы и будем рассматривать электрон.

Электрон является квазичастицей проявляя корпускулярно-волновой дуализм. Он одновременно является и частицей (корпускула) и волной. К свойствам частицы можно отнести массу электрона и его заряд, а к волновым свойствам - способность к дифракции и интерференции. Связь между волновыми и корпускулярными свойствами электрона отражены в уравнении де Бройля.