روش تدریس : روش کاوشگری                                                               کتاب شیمی دوم،فصل دوم،صفحات 53-51    

مفاهیم : شعاع اتمی،عوامل مؤثر بر شعاع اتمی

کلید واژه ها : شعاع اتمی،بار مؤثر هسته،اثر پوششی الکترونهای درونی

شیوۀ اجرا : انجام آزمایش ،اجرای حرکات نمایشی،پرسش های هدفمنداز مشاهدات دانش آموزان ، مرتبط ساختن پاسخ ها با کلید واژه های درس

وسایل مورد نیاز : چراغ الکلی ، فلزات سدیم و پتاسیم – پیپت – آبفشان –

گچ وتابلو – کاغذ هایی با عنوان الکترون و پروتون

هدفهای کلی :

1-      دانش آموزان مفهوم شعاع اتمی را بفمند .

2-      اثر عوامل مختلف بر شعاع اتمی را یاد بگیرند .

هدفهای رفتاری:

      ۱-دانش آموزان تعریف مناسبی از شعاع اتمی را بیان کنند.  

            2- عوامل موثر بر شعاع اتمی عناصر در یک گروه یا تناوب را بشناسد.

3-      اثر این عوامل را بر تغییرشعاع اتمی عناصر ، توضیح دهند.

4-      دانش آموزان پدیده اثر پوششی الکترونهای درونی را تجزیه و تحلیل کنند.

5-      بار مؤثر هسته را توضیح دهند .

6-      تغییرات شعاع اتمی در یک دوره را با توجه به شناخت اثر پوششی الکترونهای درونی شرح دهند.

7-      تغییرات شعاع اتمی در یک گروه را با توجه به افزایش لایه های الکترونی و اثر پوششی الکترونهای درونی توضیح دهند .

مراحل انجام کار :                                                      زمان : یک جلسه آموزشی 90 دقیقه

ü        سلام واحوالپرسی ,حضوروغیاب , برقراری ارتباط عاطفی                                                 5دقیقه    

ü        پرسش ازدرس قبل و رفع اشکالات دانش آموزان                                                              10 دقیقه

ü        ارزشیابی ورودی و مرحلۀ پیش آزمون                                                                                  10 دقیقه

برای آماده سازی دانش آموزان و مرور دانسته های ذهنی آنها و ایجاد ارتباط بین معلومات دانش آموزان و درس جدید ، این پرسشها مطرح می شود ( لازم به ذکر است که در این روش تدریس ، دانش آموزان به مرورمی آموزند که از بیان هر پرسشی در کلاس ، معلم بدنبال نتیجه گیری پاسخها و ایجاد ارتباط بین دانسته های دانش آموز و موضوع درس جدید می باشد . پس با تأمل و نظم خامی به پرسشها گوش کرده و پاسخ می دهند . اجرای این روش از ابتدای سال که درسها آسان تر می باشد  دانش آموزان را بصورت فعال در کلاس و امر تدریس سهیم کرده و دانش آموزان عادت می کنندبه پرسشها به دقت فکر کرده و در صورت داشتن جوابی مناسب دست بالا کرده و پاسخ دهند . تا پرسش و پاسخ ها هدفند بوده و نظم کلاس دچار اختلال نگردد. )

1-       چگونگی تغییر خواص فلزی و نافلزی در یک ردیف راتوضیح کنید ؟

2-      خواص عناصر فلزی در هر گروه از بالا به پایین چگونه تغییر می کرد ؟

3-      مهمترین و برجسته ترین ویژگی فلزات چه بود ؟

4-      پس در یک گروه فلزی میل به از دست دادن الکترونهایشان ( مهمترین ویژگی فلزات ) افزایش می یابد ؟

5-       چگونه یک فلز می تواند راحتتر الکترونهای لایه آخرش را از دست دهد؟

6-       هر چه فلز راحتتر الکترونش را از دست دهد به نظرشما واکنش پذیر تراست؟  

7-      ویژگی نافلزات چیست ؟ ودر یک گروه چگونه تغییر می کند ؟

8-      چرا در گروه هالوژن ها ، از بالا به پایین واکنش پذیری کاهش می یابد؟

9-      خواص فلزی و نافلزی عناصر یک ردیف چگونه تغییر می کرد ؟

10-  بنابراین می توان نتیجه گرفت از دست دادن و یا گرفتن الکترون در یک ردیف جدول تناوبی باعث تغییرخواص فلزی ونا فلزی میشود؟

11-  پس عواملی در یک گروه یا یک تناوب بر از دست دادن یا گرفتن الکترون که ویژگی اصلی فلزات و نافلزات است تأثیر گذار می باشند ؟ بیاییداین عوامل را شناسایی کنیم تا درک ما از فلز ونافلز کامل تر شود.

ü        ایجاد انگیزه و حس کاوشگری با انجام آزمایش                                                                      10دقیقه

دو چراغ الکلی را از قبل آماده و مقدار بسیار کوچکی از فلزات سدیم و پتاسیم درون فتیلۀ آن جاسازی کرده ایم .حال روبروی دانش آموزان در کلاس شیمی (جایی  شبیه به آزمایشگاه ) روبروی دانش آموزان ایستاده ایم به آنها چراغ های الکلی را نشان داده و ادعا می کنیم با استفاده از آب و شعبده بازی می خواهیم ، آتش روشن کنیم . به چراغ الکلی حاوی پتاسیم با پیپت چند قطره آب اضافه می کنیم بلافاصله واکنش شدیدی انجام شده و از شدت انفجار ایجاد شده ، فتیله روشن می شود . نگاه متعجب دانش آموزان به چراغ الکلی سپس به معلم خواهد بود حال به بچه ها می گوییم جالب بود ، پس برایتان این عمل را تکرار می کنم . به چراغ حاوی سدیم چند قطره آب اضافه می کنم واکنش به آن شدت انجام نمی شود اما جرقه ای زده شده و معمولاً به کندی چراغ روشن می شود و در مواردی که مقدار سدیم کمتر باشد فقط علائمی از روشن شدن فتیله حاصل می شود به دانش آمزان می گوئیم قدرت شعبده بازی من رو به اتمام است . چون من شعبده باز ماهری نیستم و نیاز به تمرین و ممارست دارم و بچه ها خواهند خندید اما مطمئناً این حرفها را نخواهند پذیرفت. چون من یک معلم شیمی می باشم و حتماً با کمک علمم این کار را انجام داده ام ،وطبق جلسه های آموزشی قبل میدانندبامشاهده این آزمایش و نتایج آن بامفهوم جدیدی از شیمی آشنا می شوند. پرسش ها به ذهن دانش آموزان سرازیر می شود . حالم علم پیش دستی کرده و سئوالات خودراآغاز می کند . ابتدا سئوالات آسان, سپس علمی تر می شود.              

ü        جستجو و کاوش با طرح سئوالات هدفمند                                                                          3 دقیقه

1-      مشاهدات خودرا ازانجام این آزمایش در ذهن مرور کنید؟

2-      آیا کار انجام شده واقعاً شعبده بازی بود ؟

3-      آیا آب واقعامی تواند باعث روشن شدن آتش شود ؟

4-      روشن شدن آتش چگونه امکان پذیر است؟

5-      مثلث آتش را در ذهن خود مجسم کنید؟

6-      مواد سوختنی واکسیژن قابل مشاهده است پس انرژی لازم از کجا تامین شد؟

مطمئن باشید تعدادی از دانش آموزان زیرک خواهند گفت واکنشی بین آب و فتیله انجام شده که آنقدر شدت داشته که با گرمای آزاد شدۀ آن ، انرژی لازم جهت روشن شدن فتیله فراهم شده است .

  7- با توجه به شناخت شما از عناصرچه عناصری با آب آنقدر شدید واکنش   می دهند که نتیجه آن می تواند انرژی لازم     جهت ایجاد شعله را فراهم کند؟

دانش آموزان به یاد فلزات قلیایی و واکنش پذیری شدید آنها می افتند . حال همه دانش آموزان از ترفند شما آگاه  می شوند . در فتیله عنصر قلیایی قرار داشت که با افزودن آب و شدت واکنش ، فتیله روشن شد .

8- چرا چراغ دوم به راحتی اولی روشن نشداگربدانید دو نوع فلز متفاوت  در فتیله ها قرار داشت ؟

9- در کدام فتیله فلز فعال تر قرار داشت ؟

                 10- اگر بدانید هر دو فلز مربوط به یک گروه بودند ؟ کدامیک در جدول

                        درمکان  پایین تر قرار دارد ؟

  11- چرا فلزات یک گروه هر چه پایین تر باشند واکنش پذیرند ؟

  12- چرا راحتتر الکترون از دست می دهند ؟

دانش آموزان به لایه های الکترونی اشاره کرده و خواهند گفت هر چه لایه ها از هسته دورتر باشد جاذبه بین هسته و الکترون کمتر پس راحتتر الکترون از دست می دهند . پس آنچه  باعث واکنش پذیرتر شدن فلزات از بالا به پایین جدول می شود فاصلۀ الکترون لایه آخر تا هسته می باشد . از آنجاییکه خواص عناصر به آرایش الکترونی لایه آخرشان بستگی دارد پس فاصلۀ این الکترونها تا هسته نیز بر خواص عناصر تأثیر گذار خواهد بود در فلزات هر چه این فاصله بیش تر باشد ، فلز راحتتر الکترون از دست داده پس واکنش پذیری آن بیشتر یا به اصطلاح خواص فلزی در آن بیشتر است و در نافلزات هر چه این فاصله کمتر باشد یعنی فاصلۀ بین هستۀ اتم و لایه آخر الکترونی کمتر باشد جذب الکترونها بهتر انجام شده پس واکنش پذیری نا فلزات بیشتر خواهد بود . حال که فاصلۀ الکترونهای لایه آخر تا هسته تا این اندازه با اهمیت بوده و روی خواص عناصر تاثیر گذار می باشد بهتر است تعریف مناسبی برای این فاصله و چگونگی اندازه گیری این فاصله رامورد بررسی قرار دهیم. از آنجا که مدارهای الکترونی برای سادگی بررسی اتم در مقاطع قبل از دانشگاه بصورت دایره ای یا کروی تجسم می شود بنابر این بهترین نام برای این فاصله شعاع اتمی می باشد.  روش های اندازه گیری شعاع اتمی در جلسۀ بعدی بطور کامل بررسی و تدریس می شود در این جلسه باید بیشتر با مفهوم شعاع اتمی و عواملی که می تواند شعاع اتمی را تغییر دهد ، بحث خواهیم کرد .

در محوطۀ جلوی کلاس دایره های هم مرکز با شعاعهای 1و2و5/2و3 متر رسم می -کنیم حال دانش آموزان با نام پروتون در دایرۀ وسطی که روی آن با گچ هسته نوشته شده است می ایستند و دانش آموزان دیگر که روی مقنعه آنها کاغذ الکترون نصب شده است روی اولین مدار الکترونی قرار می گیرند. پروتونها با بار مثبت ، الکترونهای مدار اول راکه بار منفی دارند توسط دستهایشان جذب می کنند.به ترتیب الکترونها وپروتونهاافزایش می یابند. یک پروتون به هسته و یک الکترون به مدارها اضافه می شود.حال دو پروتون درون هسته و دو الکترون روی مدار اول قرار دارد.هریک ازالکترونها توسط دو پروتون هسته(هر دودانش آموز با دو دستشان)جذب میشوند.پس بواسطه جاذبه بیشتر فاصله بین آنها کمتر میشود.از دانش آموزان  می پرسیم:

افزایش الکترون وپروتون بدون افزایش لایه ,در یک گروه یا در یک ردیف از جدول تناوبی رخ می دهد

بنابر این افزایش الکترون وپروتون( بدون افزایش لایه) در یک ردیف از جدول باعث کاهش شعاع اتمی عناصر می شود.

حال سومین الکترون وپروتون وارد می شوند. البته الکترون سوم در مدار اول جایی ندارد پس باید در مدار دوم قرار گیرد بنابراین فاصلۀ آن از هسته دورتر می شود پس شعاع اتمی با افزایش لایه افزایش می یابد از دانش آموزان می پرسیم:

افزایش لایه ها در یک گروه یا در یک ردیف از جدول تناوبی رخ می دهد ؟

بنابراین در یک گروه از بالا به پایین با افزایش لایه ها ، شعاع اتمی افزایش می یابد . یعنی فاصلۀ الکترون لایه آخر تا هسته افزایش می یابد بنابراین خواص فلزی یعنی از دست دادن الکترون در یک گروه از بالا به پایین افزایش می یابد .

حال دانش آموزان پروتون و الکترون با اتصال دستهایشان جاذبه ایجاد می- کنند . مسلماً بارهای مثبت یا همان پروتونها می خواهند الکترونهای مدارها را جذب کنند اما حضور لایه اول الکترونی و الکترونهایشان  مانع از اتصال مناسب پروتون سوم ( دانش آموز سوم درون هسته ) با الکترون سوم می شوند. در واقع لایه الکترونی  داخلی مانع از جذب مناسب پروتونهای هسته و الکترونهای لایه آخر می شود یعنی لایه اول و الکترونهایش مانند یک حجاب یا پوشش برای جذب الکترونهای لایه دوم مزاحمت ایجاد می کند .

دانش آموزان به وضوح مشاهده می کنند که پروتونها و الکترونهای اول و دوم بخوبی همدیگر را جذب می کنند و هر پروتون می توانست با دو دستش هر دو الکترون لایه اول را جذب کند یعنی هر الکترون توسط جاذبه دو پروتون جذب می شد اما وقتی تعداد لایه ها افزایش یافت پروتونهای درون هسته نمی- توانستند براحتی الکترون لایه دوم را جذب کننددر واقع به الکترون لایه دوم جاذبه هر سه پروتون نمی رسید و نمی توان ادعا کرد این الکترون توسط سه پروتون هسته جذب می شودو مقداری از جاذبه و قدرت پروتون ها توسط لایه اول و حضور الکترونهایش کاهش می یابد.  حال فرض می کنیم ظرفیت لایه دوم و هشت الکترون آن پر شده است ( لایه دوم توسط هشت دانش آموز پر می شود ) الکترون بعدی باید در لایه بعدی قرار گیرد یعنی الکترون نهم در لایه سوم الکترونی قرار می گیرد . حال از نه دانش آموز پروتونی می خواهیم سعی در جذب الکترونهای مدارها کنند مسلماً جذب الکترون لایه سوم سختتر خواهد بود البته چوبی به دست دانش آموران داده تابتوانند  باالکترون لایه سوم نیز ارتباط برقرار کنند, مسلماً حضور دانش آموزان الکترونی لایه اول و دوم مزاحمت زیادی برای جذب الکترون لایه سوم توسط هسته ایجاد خواهندکرد..و این الکترون تحت جاذبۀ واقعی 9 پروتون قرار نخواهد گرفت و جاذبۀ کمتری بر روی این الکترون حس خواهد شد .

از دانش آموزان می پرسیم:

علت کم شدن جاذبۀ هسته بر روی این الکترون چیست ؟

تاثیر این کاهش جاذبه چه خواهد بود؟

آیا قبول دارید آزادی عمل و قدرت مانور الکترون بیشتر خواه شد؟

آیا می توان با اطمینان گفت که افزایش شعاع اتمی در یک گروه نه تنها به علت افزایش لایه های الکترونی است بلکه به علت کاهش جاذبۀ هسته بر روی الکترونهای لایه آخر نیز است؟

آیادر یک تناوب با توجه به ثابت بودن لایه ها ی اصلی با افزایش پروتون و الکترون جاذبه بیشتری ازپروتونها توسط الکترونها حس می شود؟

این عامل باعث ایجاد چه تغییری در یک تناوب خواهد شد؟

می توانیم یکبار دیگر دانش آموزان الکترونی لایه دوم را به ترتیب وارد کنیم ، الکترونها در مدار دوم افزایش یافته باالتبع پروتونهای هسته نیز به همان تعداد افزایش می یابند لایه ثابت است و فقط جاذبه بین الکترون و پروتونها افزایش می یابد این امر باعث کشیده شدن دانش آموزان الکترونی به سمت هسته می شود و نا خودآگاه فاصله دانش آموزان از هم کاهش می یابد پس در یک ردیف با ثابت ماندن لایه هاوافزایش پروتون و الکترونو جاذبۀ بین آنها شعاع اتمی از چب به راست  کاهش می یابد .

ü        مرحله توسعه و تعمیق                                                                                                                       10 دقیقه

از دانش آموزان می خواهیم صفحات 51 تا 53 کتاب درسی را با دقت خوانده و کلید واژه های درس را پیدا کنند. حال کلید واژه های صحیح را روی تابلو می نویسیم .

 شعاع اتمی – اثر پوششی الکترونهای درونی – با مؤثر هسته

از دانش آموزان می خواهیم بین این مفاهیم و مشاهدات خود ارتباط برقرار کنند و سپس با استفاده از  مشاهدات وپاسخهای دانش آموزان برای هر یک از کلید واژه ها تعریف مناسبی پیدا کرده و آن را روی تابلو جلو کلید واژه  می نویسیم .

ü        ارزشیابی   پایانی                                                                                                                        10 دقیقه

از فراگیران یاهمان دانش آموزان می خواهیم:

1-   روند تغییر شعاع اتمی عناصر را با کمک مفاهیم ارائه شده ، در یک گروه مورد بررسی قرار دهند ؟

2-   روند تغییر بار مؤثر هسته در یک گروه از بالا به پایین را توضیح دهند؟

3-   روند تغییر بار مؤثر هسته در یک ردیف جدول تناوبی را بیان کنند ؟

4-   روند تغییر خواص فلزی و نافلزی را در یک تناوب با توجه به روند تغییرات شعاع آنهاتوضیح دهند ؟

5-   روند تغییر خواص فلزی و واکنش پذیری در یک گروه فلزی را شرح دهند؟

6-   علت کاهش خواص نافلزی در یک گروه نافلزی از بالا به پایین را شرح دهند ؟

ü        جمع بندی مطالب و ارئه تکلیف                                                                                      5دقیقه

از دانش آموزان می خواهیم از کتاب کار چند سئوال کاربردی و فرا دانش مربوط به درس را پاسخ داده و همچنین پیش بینی کنند:

²      با توجه به تغییر شعاع اتمی در یک ردیف و تناوب وویژگی اصلی فلزات و نافلزات( گرفتن وازدست دادن الکترون) کدامیک از فلزات ونافلزات بهترمی توانند به آنیون و کاتیون خود تبدیل شوند.

²      بهترین  ترکیبات یونی را چه گروهها می سازند.

²      با توجه به تشکیل پیوند کووالانسی بین دو نافلز واختلاف شعاع اتمی آنها ,آیا به یک اندازه الکترونهای, اشتراکی را جذب خواهندکرد؟

²      کدام نافلز تمایلش برای جذب این الکترونها بیشتر خواهد بود؟

                                                                           خسته نباشید.خدا نگهدار