Естествознание. 11 класс. Базовый уровень
Учебник. Базовый уровень
Покупка
Новинка
ФПУ
Тематика:
Естествознание. Экология
Издательство:
Просвещение
Авторы:
Габриелян Олег Сергеевич, Остроумов Игорь Геннадьевич, Пурышева Наталья Сергеевна, Сладков Сергей Анатольевич, Сивоглазов Владислав Иванович
Год издания: 2023
Кол-во страниц: 286
Дополнительно
Вид издания:
Учебник
Уровень образования:
Среднее общее образование
ISBN: 978-5-09-103627-5
Артикул: 461378.08.99
Учебник предназначен учащимся 11 классов гуманитарного, социально-экономического, информационно-технологического профиля и является продолжением курса «Естествознание» для 10 класса тех же авторов. Учебник по новому учебному курсу «Естествознание» создан с учетом современных научных представлений, соответствует требованиям, заявленным в ФГОС, и включает разделы «Микромир», «Человек и его здоровье», «Естествознание на
службе человека». В конце каждого параграфа даны результаты его изучения, фмы рефератов, задания, позволяющие применить полученные знания. Каждая глава завершается методическими рекомендациями по проведению исследовательских работ. Учебник соответствует Федеральному государственному образовательному стандарту среднего общего образования.
Границы на картах даны на октябрь 2022 г.
Тематика:
ББК:
УДК:
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
УДК 373.167.1:5+5(075.3) ББК 20я721 Е86 Естествознание : 11-й класс : базовый уровень : учебник / О. С. Га- бриелян, И. Г. Остроумов, Н. С. Пурышева [и др.]. — 13-е изд., стер. — Москва : Просвещение, 2023. — 286, [2] с. : ил. ISBN 978-5-09-103627-5. Учебник предназначен учащимся 11 классов гуманитарного, социально-экономического, информационно-технологического профиля и является продолжением курса «Естествознание» для 10 класса тех же авторов. Учебник по новому учебному курсу «Естествознание» создан с учетом современных научных представлений, соответствует требованиям, заявленным в ФГОС, и включает разделы «Микромир», «Человек и его здоровье», «Естествознание на службе человека». В конце каждого параграфа даны результаты его изучения, темы рефератов, задания, позволяющие применить полученные знания. Каждая глава завершается методическими рекомендациями по проведению исследовательских работ. Учебник соответствует Федеральному государственному образовательному стандарту среднего общего образования. Границы на картах даны на октябрь 2022 г. УДК 373.167.1:5+5(075.3) ББК 20я721 Е86 ISBN 978-5-09-103627-5 © АО «Издательство «Просвещение», 2021 © Художественное оформление. АО «Издательство «Просвещение», 2021 Все права защищены Учебник допущен к использованию при реализации имеющих государственную аккредитацию образовательных программ начального общего, основного общего, среднего общего образования организациями, осуществляющими образовательную деятельность, в соответствии с Приказом Министерства просвещения Российской Федерации № 254 от 20.05.2020 (в редакции Приказа № 766 от 23.12.2020). З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
Микромир. Атомы. Вещества. Реакции 5 § 1. Основные сведения о строении атома. Химические элементы ПЕРВЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОБ АТОМАХ. То, что все вещества состоят из атомов, сегодня ни у кого не вызывает сомнения. Понятие «атом» пришло к нам из античных времён. Философы Древней Греции путём одних только рассуждений и умозаключений пришли к выводу, что есть предел деления материи — атом (от др.- греч. — неделимый, неразрезаемый). В V в. до н. э. Левкипп (рис. 1), а также его ученик и последователь Демокрит (рис. 2) рассуждали примерно так. «Если я буду разрезать это яблоко ножом на всё более мелкие части, то у меня будет оставаться в руках часть, которая всё ещё имеет свойства яблока. В конце концов наступит предел деления, когда последнюю частицу уже нельзя будет разделить на две части. Это и будет мельчайшая часть материи — атом. Атомы не из чего не возникают и никуда не исчезают. Поскольку материя состоит из отдельных атомов, то между ними должна быть пустота. Атомы бесчисленны, а пустота бесконечна. Поскольку материальный мир так разнообразен, то и формы и размеры атомов бесконечно разнообразны. Чувственные свойства вещей (их вкус, цвет, запах, форма) определяются формой составляющих их атомов». 1. Назовите выдающихся учёных Древней Греции, разработавших теорию, согласно которой все тела состоят из химически неделимых частиц — атомов. 2. Перечислите физические явления, доказывающие двойственную природу частиц микромира. 3. Покажите на примерах открытий в физике XIX—XX вв., как эволюционировали представления о строении атома. 4. Что называют химическим элементом? Сколько химических элементов известно в настоящее время? Рис. 1. Левкипп (V в. до н. э.) З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
Глава I Нельзя сказать, что атомистическое учение без возражений принималось представителями других философских течений, естествоиспытателями и впоследствии учёными. Особенно спорным моментом было существование пустоты между мельчайшими частицами-атомами, т. е. дискретность (прерывистость) материи. Аристотель (384—322 гг. до н. э.) и его последователи считали, что материя непрерывна и делиться может до бесконечности. Пустота по Аристотелю, неестественна, невозможна. Отсюда проистекают идеи о существовании эфира, через который происходит, в том числе и передача взаимодействия. Взгляды Аристотеля на движение позволили ему сделать предположение о том, что свет — это волны, распространяющиеся в эфире. Некоторые античные философы облекали свои идеи в поэтическую форму, отчего они легче воспринимались современниками и потомками. Гениальные мысли в сочетании с редким поэтическим талантом рождали удивительные строки, которые восхищают читателя даже по прошествии двух тысяч лет после их создания. Вчитайтесь в отрывок из поэмы Тита Лукреция Кара (99—55 гг. до н. э.) (см. рис. 2). Если не будет, затем, ничего наименьшего, Будет из бесконечных частей состоять и мельчайшее тело: У половины всегда найдётся своя половина. И для деленья нигде не окажется вовсе предела. Чем отличишь ты тогда наименьшую часть от Вселенной?.. На морском берегу, разбивающем волны, Платье сыреет всегда, а на солнце вися, оно сохнет; Видеть, однако, нельзя, как влага на нём оседает, Да и не видно того, как она исчезает от зноя. Значит, дробится вода на такие мельчайшие части, Что недоступны они совершенно для нашего глаза. Нетрудно заметить, что Кар возвращает читателя к идее Демокрита о том, что все тела состоят из мельчайших частиц (атомов). На примере развития учения о строении атома хорошо видно, что естествознанию пришлось пройти длительный путь поисков и борьбы, чтобы прийти к современному миропониманию. ДОКАЗАТЕЛЬСТВА СЛОЖНОГО СТРОЕНИЯ АТОМА. В 1886—1887 гг. немецкий физик Г. Герц (1857—1894) впервые наблюдал и дал описание Рис. 2. Демокрит (V в. до н. э.). Портрет работы А. Куапеля (1692) З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
Микромир. Атомы. Вещества. Реакции 7 явления, которое получило название фотоэффекта. Он обнаружил, что при облучении отрицательного электрода разрядника ультрафиолетовым светом разряд происходит при меньшем напряжении. Объяснил сущность обнаруженного Герцем явления А. Г. Столетов (1839—1896): кванты света выбивают из атомов металла отрицательно заряженные частицы, попадающие в окружающее пространство. А раз так, то атом делим. В 1896 г. французский физик А. Беккерель (1852—1908) изучал природу «холодного свечения» — фосфоресценции. Объектом его исследования была руда, содержащая соединения урана. В ящике письменного стола образец руды оказался на фотопластинке, завёрнутой в чёрную бумагу. Каково же было удивление учёного, когда на проявленной фотопластинке он обнаружил изображение чёткого контура кусочка руды. Учёный предположил, что атомы урана способны распадаться, испуская невидимые лучи большой проникающей способности. А раз атом может распадаться, он не является неделимым. Так было открыто явление радиоактивности. Прямые доказательства сложного строения атома появились с открытием первой элементарной частицы — электрона. Это научное открытие произошло в 1897 г. благодаря опытам английского физика Дж. Томсона (1856—1940) с газоразрядной трубкой. При создании между двумя электродами высокого напряжения (более 1500 В) катод начинал испускать поток отрицательно заряженных частиц, названных впоследствии электронами. Изготавливая катоды из различных металлов, учёный неизменно наблюдал описанное явление, что позволило ему предположить, что электроны содержатся в атомах любых металлов. Проанализируем приведённые факты. Атомы могут испускать отрицательно заряженные частицы. Так как в целом атомы не имеют электрического заряда, следовательно, помимо электронов в состав атомов входят и положительно заряженные частицы. Открытие этих частиц, названных протонами, связано с именем выдающегося английского физика Э. Резерфорда (1871—1937). Значительно позже, в 1932 г. удалось открыть третью элементарную частицу — нейтрон, хотя предположения о её существовании высказывались задолго до этого открытия. МОДЕЛИ СТРОЕНИЯ АТОМОВ. В 1904 г. в работе «О структуре атома» Дж. Томсон дал описание своей модели, получившей образное название «пудинг с изюмом» (рис. 3). В этой модели атом Рис. 3. Модель строе ния атома Дж. Томсона З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
Глава I уподоблен сферической капле («пудингу»), имеющей положительный заряд. Внутрь сферы вкраплены, как изюм в пудинге, отрицательно заряженные электроны. Электроны совершают колебательные движения, благодаря которым атом излучает электромагнитную энергию. В целом атом электронейтрален. Модель атома Дж. Томсона не была подтверждена экспериментальными фактами и осталась гипотезой. Согласно предложенной Резерфордом планетарной модели, атом состоит из небольшого, но массивного положительно заряженного ядра и лёгких электронов, которые движутся вокруг него по замкнутым орбитам (рис. 4), подобно тому как движутся планеты вокруг Солнца. Модель Резерфорда, тем не менее, не могла объяснить процессы излучения и поглощения энергии атомом, а также его устойчивость. Ведь если электроны при своём движении излучают энергию, то в конце концов они должны упасть на ядро и атом тем самым должен прекратить своё существование. Однако этого не происходит. В 1913 г. Н. Бор (1885—1962) предложил квантовую модель строения атома, основой которой послужили разработанные им постулаты: 1-й постулат — электрон движется вокруг ядра по строго определённым замкнутым стационарным орбитам в соответствии с «разрешёнными» значениями энергии E1, E2, ..., En, при этом энергия им не поглощается и не излучается; Рис. 4. Модель строе ния атома Э. Резерфорда Эрнест Резерфорд Нильс Бор Джозеф Томсон З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
Микромир. Атомы. Вещества. Реакции 9 2-й постулат — электрон переходит из одного «разрешённого» энергетического состояния в другое, что сопровождается излучением или поглощением кванта энергии. Н. Бор внёс квантовые представления в строение атома, но использовал при этом традиционные классические понятия механики, рассматривая электрон как частицу, движущуюся со строго определёнными скоростями по строго определённым траекториям. В 1932 г. независимо друг от друга российским физиком Д. Иване́нко (1904—1994) и немецким физиком В. Гейзен бе́р гом (1901—1976) была разработана протонно-нейтронная теория ядра, согласно которой ядра атомов состоят из протонов и нейтронов (рис. 5). Атом — это электронейтральная система взаимодействующих элементарных частиц, состоящая из ядра (образованного протонами и нейтронами) и электронов. Строение атомного ядра и изменения, происходящие с ним, — предмет изучения ядерной физики. Для естествознания, и в первую очередь для химии, больший интерес представляет строение электронной оболочки атома. Под электронной оболочкой атома понимают совокупность всех электронов в нём. Число электронов в атоме, как электронейтральной частице, равно числу протонов в ядре, т. е. соответствует порядковому номеру химического элемента. Важнейшей характеристикой электрона является энергия его связи с атомом. Электроны, обладающие близкими значениями энергии, образуют один электронный слой, или энергетический уровень. Наименьшей энергией обладают электроны 1-го энергетического уровня, наиболее близкого к атомному ядру. По сравнению с ними электроны последующих уровней имеют больший запас энергии. Таким образом, самой большой энергией обладают электроны внешнего уровня, которые наименее прочно связаны с яд ром атома. Электрон в атоме не имеет траектории движения, т. е. можно говорить лишь о вероят- Ядро Электрон Нуклоны Протон Нейтрон Рис. 5. Схема строения атома З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .
Глава I ности нахождения его в пространстве. Он может находиться в любой части пространства, окружающего яд ро. Совокупность различных положений электрона рассматри вают как электронное облако с определённой плотностью отрицательного заряда. Пространство вокруг атомного ядра, в котором наиболее вероятно нахождение электрона, называется орбиталью или электронным облаком. ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ. Любое атомное ядро состоит из строго определённого числа протонов. Одни атомы содержат в ядре, например, 8 протонов и, как следствие, имеют заряд ядра +8, другие атомы — 25 протонов, заряд их ядер +25. Если виртуально рассортировать все атомы в соответствии с зарядом ядра, то атомы с одинаковым числом протонов и будут представлять собой атомы одного химического элемента. Химический элемент — это совокупность атомов с одинаковым положительным зарядом ядра. Атомы с зарядом ядра +8 представляют собой атомы химического элемента кислорода, с зарядом +25 — химического элемента марганца. А теперь загляните в Периодическую систему химических элементов Д. И. Менделеева (с. 16—17, рис. 7), найдите элементы кислород и марганец.Обратите внимание на порядковые номера этих элементов. Из курса основной школы вы знаете, что положительный заряд атома равен порядковому номеру химического элемента в периодической таблице. Поскольку атом в целом не имеет заряда, число электронов в электронной оболочке совпадает с числом протонов в ядре и порядковым номером элемента. По мере накопления числа протонов и нейтронов ядро атома становится всё больше и тяжелее. После элемента с порядковым номером 90 (тория) ядра атомов уже настолько велики, что с течением времени самопроизвольно распадаются на более мелкие осколки. Это уже знакомое вам явление радиоактивности. Все химические элементы после тория радиоактивны. Атомы самых тяжёлых элементов вообще не существуют в природе, их получают искусственно слиянием ядер меньшего размера, да и вре- › › Напомним, что число энергетических уровней (электронных слоёв) в атоме соответствует номеру периода в таблице Д. И. Менделеева, в котором располагается химический элемент, — у атомов элементов 1-го периода — один уровень, 2-го периода — два, 7-го периода — семь. З © АО «Издательство «Просвещение» для коллекции ООО «ЗНАНИУМ » .