Страница 202 - гдз по химии 8 класс учебник Рудзитис, Фельдман

1. Охарактеризуйте научное и практическое значение Периодического закона.

Периодический закон, открытый Д. И. Менделеевым в 1869 году, является одним из фундаментальных законов естествознания. Его современная формулировка гласит: свойства химических элементов, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от величины заряда ядер их атомов. Значение этого закона огромно как для науки, так и для практики.

Научное значение

Научное значение Периодического закона заключается в следующем. Во-первых, он впервые установил естественную взаимосвязь между всеми химическими элементами, объединив разрозненные сведения в единую, стройную и целостную систему. Это позволило химии перейти от описательного этапа к прогностическому. Во-вторых, закон продемонстрировал огромную предсказательную силу. Д. И. Менделеев на основе своей системы предсказал существование и с поразительной точностью описал свойства нескольких еще не открытых на тот момент элементов (экаалюминия-галлия, экабора-скандия, экасилиция-германия). Их последующее открытие стало триумфом закона и убедило научный мир в его истинности. В-третьих, закон позволил исправить и уточнить неверные значения атомных масс и валентностей некоторых элементов (например, бериллия, индия, урана, церия). В-четвертых, Периодический закон послужил фундаментом для развития теории строения атома. Физический смысл периодичности был раскрыт позже, когда было установлено, что свойства элементов определяются строением электронных оболочек их атомов, которое периодически повторяется.

Ответ: Научное значение Периодического закона состоит в систематизации химических элементов, предсказании открытия новых элементов и их свойств, исправлении неточных научных данных и в том, что он послужил основой для развития теории строения атома.

Практическое значение

Практическое значение закона не менее велико и проявляется во многих сферах. Во-первых, Периодическая система является незаменимым инструментом для научного поиска и целенаправленного создания новых материалов с заранее заданными свойствами. Зная положение элемента, можно прогнозировать характеристики его соединений, что используется при разработке новых сплавов, полупроводников, катализаторов, керамики, лекарственных препаратов. Во-вторых, закон лежит в основе современной химической технологии. Он позволяет прогнозировать возможность и характер протекания реакций, оптимизировать промышленные процессы синтеза важнейших веществ, таких как аммиак, серная кислота, минеральные удобрения. В-третьих, закон имеет ключевое значение для металлургии, помогая научно обосновывать способы получения чистых металлов из руд и создания сплавов с требуемыми эксплуатационными качествами. В-четвертых, он является теоретической базой для ядерной физики и химии, в частности, для синтеза искусственных трансурановых элементов.

Ответ: Практическое значение Периодического закона заключается в его использовании как основы для целенаправленного создания новых материалов с заданными свойствами, для развития химической промышленности, металлургии, ядерной физики и других отраслей науки и техники.

2. На основе теории строения атомов объясните сущность явления периодичности в изменении свойств элементов.

Сущность явления периодичности в изменении свойств химических элементов объясняется современной теорией строения атома. Согласно этой теории, свойства элементов определяются строением электронных оболочек их атомов, в первую очередь — строением внешнего электронного слоя.

Современная формулировка Периодического закона гласит: свойства химических элементов, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от величины заряда ядер их атомов.

Ключевые положения, объясняющие эту зависимость:

1. Заряд ядра атома. Порядковый номер элемента в Периодической системе численно равен заряду ядра его атома (количеству протонов в ядре). В нейтральном атоме число электронов равно числу протонов, то есть также равно порядковому номеру. Таким образом, с увеличением порядкового номера последовательно увеличивается заряд ядра и общее число электронов в атоме.
2. Строение электронных оболочек. Электроны в атоме располагаются на определенных энергетических уровнях (электронных слоях). Номер периода в Периодической системе соответствует числу энергетических уровней, на которых находятся электроны в атоме данного элемента.
3. Периодическое повторение. По мере увеличения заряда ядра происходит последовательное заполнение электронами энергетических уровней и подуровней. Каждый новый период начинается с появления электрона на новом, более высоком энергетическом уровне. Когда внешний энергетический уровень заполняется до определенной, устойчивой конфигурации (как у благородных газов), он становится завершенным. У следующего элемента электрон появляется уже на новом внешнем уровне, и процесс заполнения начинается заново. Именно это и приводит к периодичности: через определенное число элементов строение внешнего электронного слоя повторяется.
4. Валентные электроны и химические свойства. Химические свойства элемента определяются его способностью отдавать, принимать или обобществлять электроны при образовании химических связей. Эту способность в основном определяют электроны внешнего энергетического уровня, называемые валентными. Элементы, имеющие одинаковое число валентных электронов и сходное строение внешнего электронного слоя, обладают схожими химическими свойствами. Они располагаются в одной группе Периодической системы.

Пример:

• Все щелочные металлы (Li, Na, K и т.д.) находятся в I группе. Их атомы имеют на внешнем уровне по одному электрону (конфигурация ns¹). Поэтому все они являются сильными восстановителями, легко отдают этот электрон, образуя ионы с зарядом +1, и проявляют сходные металлические свойства.
• Все галогены (F, Cl, Br и т.д.) находятся в VIIА (17-й) группе. Их атомы имеют на внешнем уровне по семь электронов (конфигурация ns²np⁵). Им не хватает одного электрона до завершения внешнего слоя, поэтому все они являются сильными окислителями, легко принимают один электрон, образуя ионы с зарядом -1, и проявляют сходные неметаллические свойства.

Таким образом, периодическое изменение свойств элементов — это прямое следствие периодического повторения строения внешних электронных оболочек их атомов по мере последовательного увеличения заряда ядра.

Ответ: Явление периодичности в изменении свойств элементов заключается в том, что по мере роста заряда атомных ядер происходит периодическое повторение электронной конфигурации внешнего энергетического слоя атомов. Поскольку именно строение внешнего электронного слоя определяет основные химические свойства элемента, то эти свойства также периодически повторяются.

3. Подготовьте компьютерную презентацию по теме «Использование радиоактивных изотопов в медицине».

Решение

Слайд 1: Титульный лист

Тема: Использование радиоактивных изотопов в медицине

(Здесь может быть указано имя автора и название учебного заведения)

Ответ: Титульный слайд задает тему презентации.

Слайд 2: Введение: Что такое радиоактивные изотопы?

Изотопы — это разновидности атомов одного и того же химического элемента, имеющие одинаковое число протонов в ядре, но разное число нейтронов. Некоторые изотопы являются нестабильными и подвержены самопроизвольному превращению в другие ядра, которое сопровождается испусканием ионизирующего излучения. Такие изотопы называются радиоактивными или радионуклидами.

• Основные виды излучения: альфа-частицы ($\alpha$), бета-частицы ($\beta$) и гамма-кванты ($\gamma$).
• Ключевая характеристика: Период полураспада ($T_{1/2}$) — время, за которое распадается половина исходного количества радиоактивных ядер. В медицине используются изотопы с относительно коротким периодом полураспада, чтобы минимизировать дозу облучения для пациента.

Ответ: Радиоактивные изотопы — это нестабильные атомы, которые распадаются с испусканием излучения, что позволяет их обнаруживать и использовать в медицинских целях.

Слайд 3: Основные направления использования в медицине

Применение радиоактивных изотопов в медицине, или ядерная медицина, охватывает три основные области:

• Диагностика: Получение изображений органов и тканей, а также изучение их функции с помощью введения в организм радиофармпрепаратов (РФП). Основные методы: сцинтиграфия, ОФЭКТ, ПЭТ.
• Терапия (лечение): Целенаправленное разрушение патологических клеток (в первую очередь, раковых) с помощью ионизирующего излучения.
• Стерилизация: Обработка медицинских инструментов, материалов и лекарств гамма-излучением для уничтожения всех форм микроорганизмов.

Ответ: Радиоактивные изотопы применяются в медицине для диагностики заболеваний, их лечения (терапии) и для стерилизации оборудования.

Слайд 4: Радионуклидная диагностика: Метод меченых атомов

Суть метода заключается во введении в организм пациента небольшого количества радиофармпрепарата (РФП). РФП состоит из двух частей:

1. Радиоактивный изотоп (метка): служит источником излучения, которое можно зарегистрировать извне (например, технеций-99m, йод-131).
2. Векторная молекула (транспортёр): химическое соединение, которое избирательно накапливается в определённом органе или ткани (например, пертехнетат для щитовидной железы, фосфаты для костной ткани).

С помощью специальных детекторов (гамма-камер) отслеживается распределение РФП в теле, что позволяет судить о форме, размере и функциональном состоянии исследуемого органа. Например, йод-131 ($^{131}I$) активно поглощается щитовидной железой, и по интенсивности его накопления можно диагностировать гипо- или гипертиреоз.

Ответ: Метод меченых атомов позволяет "подсвечивать" нужные органы и ткани с помощью радиофармпрепаратов для оценки их работы и выявления патологий.

Слайд 5: Методы визуализации: ОФЭКТ и ПЭТ

Это усовершенствованные методы радионуклидной диагностики, позволяющие получать трехмерные изображения.

• ОФЭКТ (Однофотонная эмиссионная компьютерная томография): Использует изотопы, испускающие гамма-кванты (например, технеций-99m, $^{99m}Tc$). Детекторы вращаются вокруг пациента, регистрируя излучение под разными углами. Компьютер реконструирует послойные (томографические) изображения. Применяется для диагностики заболеваний сердца (перфузия миокарда), мозга (кровоток), костей (метастазы).
• ПЭТ (Позитронно-эмиссионная томография): Использует изотопы, испускающие позитроны (например, фтор-18, $^{18}F$). Позитрон, столкнувшись с электроном в тканях, аннигилирует с образованием двух гамма-квантов, разлетающихся в противоположных направлениях: $e^+ + e^- \rightarrow 2\gamma$. ПЭТ-сканер регистрирует именно эти парные события, что позволяет с высокой точностью локализовать источник излучения. Наиболее часто ПЭТ применяется в онкологии с РФП фтордезоксиглюкозой ($^{18}F-FDG$) для выявления опухолей и метастазов, так как раковые клетки потребляют глюкозу гораздо активнее здоровых.

Ответ: ОФЭКТ и ПЭТ — это томографические методы, которые создают 3D-карту распределения радиофармпрепарата в организме, предоставляя ценную информацию о функции органов и наличии патологических процессов, особенно в онкологии.

Слайд 6: Лучевая терапия (Радиотерапия)

Цель лучевой терапии — уничтожение злокачественных опухолей путем их облучения ионизирующим излучением, которое повреждает ДНК раковых клеток и приводит к их гибели. Существуют разные подходы:

• Внешняя (дистанционная) лучевая терапия: Источник излучения находится на расстоянии от пациента. Исторически для этого использовали установки с кобальтом-60 ($^{60}Co$), но сегодня чаще применяют медицинские линейные ускорители, генерирующие излучение без радиоактивного источника.
• Брахитерапия (контактная лучевая терапия): Микроскопический источник излучения (в виде зерен, игл, капсул) вводится непосредственно в опухоль или вблизи нее. Это позволяет подвести к опухоли максимальную дозу, минимизируя облучение здоровых тканей. Используются изотопы иридий-192 ($^{192}Ir$), йод-125 ($^{125}I$), палладий-103 ($^{103}Pd$).
• Системная радионуклидная терапия: Пациенту вводится РФП, который целенаправленно накапливается в опухолевых клетках по всему организму и разрушает их изнутри. Классический пример — лечение рака щитовидной железы и его метастазов радиоактивным йодом-131 ($^{131}I$).

Ответ: Лучевая терапия использует ионизирующее излучение радиоактивных изотопов для уничтожения раковых клеток как снаружи (дистанционно), так и изнутри (брахитерапия, системная терапия).

Слайд 7: Радиационная стерилизация

Гамма-излучение, чаще всего от изотопа кобальт-60 ($^{60}Co$), обладает высокой проникающей способностью и бактерицидным действием. Это свойство используется для стерилизации медицинских изделий.

Преимущества метода:

• Высокая эффективность: Гарантированное уничтожение бактерий, вирусов, грибков и их спор.
• Обработка в конечной упаковке: Излучение проникает через герметичную упаковку, что исключает риск повторного заражения.
• "Холодная" стерилизация: Процесс не требует высокой температуры, что позволяет обрабатывать изделия из термочувствительных материалов (пластик, резина).

Этим методом стерилизуют одноразовые шприцы, катетеры, хирургические перчатки, перевязочные материалы, имплантаты и многое другое.

Ответ: Гамма-излучение от изотопа кобальт-60 используется для надежной и "холодной" стерилизации широкого спектра медицинских изделий, особенно одноразовых.

Слайд 8: Безопасность и риски

Использование радиоактивности в медицине сопряжено с радиационными рисками как для пациентов, так и для персонала. Для их минимизации соблюдаются строгие правила:

• Принцип ALARA (As Low As Reasonably Achievable): Доза облучения должна быть настолько низкой, насколько это разумно достижимо для получения необходимой диагностической информации или терапевтического эффекта.
• Оптимизация процедур:
  • Использование изотопов с коротким периодом полураспада (напр., технеций-99m, $T_{1/2} = 6$ часов), чтобы они быстро выводились из организма.
  • Подбор минимально необходимой активности РФП.
• Радиационная защита персонала: Использование трех основных принципов — защита временем (минимизация времени нахождения у источника), расстоянием (увеличение дистанции до источника) и экранированием (использование защитных материалов, например, свинца).
• Управление отходами: Безопасный сбор, хранение (до распада короткоживущих изотопов) и утилизация радиоактивных отходов.

Ключевой аспект — соотношение пользы и риска. Облучение при медицинских процедурах оправдано только тогда, когда потенциальная польза для здоровья пациента значительно превышает гипотетический вред.

Ответ: Несмотря на риски, связанные с радиацией, строгие протоколы безопасности, принцип ALARA и постоянная оптимизация методик делают применение радиоизотопов в медицине безопасным и эффективным при условии превышения пользы над риском.

Слайд 9: Заключение

Радиоактивные изотопы стали неотъемлемой частью современной медицины. Они произвели революцию в диагностике и лечении целого ряда заболеваний, в первую очередь в онкологии, кардиологии и эндокринологии.

• Они позволяют не только увидеть структуру органа, но и оценить его функцию, что недоступно многим другим методам визуализации.
• Они дают возможность целенаправленно уничтожать опухолевые клетки, сохраняя здоровые ткани.
• Они обеспечивают высокий уровень стерильности медицинских изделий.

Развитие ядерной медицины продолжается. Ученые работают над созданием новых, еще более специфичных радиофармпрепаратов и совершенствованием оборудования, что открывает путь к персонализированной медицине, где диагностика и лечение подбираются индивидуально для каждого пациента.

Ответ: Использование радиоактивных изотопов — это высокотехнологичная и динамично развивающаяся область медицины, которая значительно расширила возможности диагностики и терапии, повысив качество и продолжительность жизни многих пациентов.

Слайд 10: Спасибо за внимание!

Готов ответить на ваши вопросы.

Ответ: Завершающий слайд для подведения итогов и общения с аудиторией.

Используя Интернет и дополнительную литературу, подготовьте компьютерную презентацию по теме «Жизнь и деятельность Д. И. Менделеева».

Ниже представлен подробный план-конспект для подготовки компьютерной презентации на тему «Жизнь и деятельность Д. И. Менделеева». Каждый пункт представляет собой идею для отдельного слайда.

Слайд 1: Титульный слайд

Жизнь и деятельность
Дмитрия Ивановича Менделеева
(Здесь можно указать имя автора презентации)

Слайд 2: Введение: Гений русской науки

Дмитрий Иванович Менделеев (1834–1907) — великий русский учёный-энциклопедист: химик, физик, метролог, экономист, технолог, геолог, педагог и воздухоплаватель. Его научное наследие огромно, но главным и наиболее известным его открытием стал Периодический закон химических элементов — один из фундаментальных законов мироздания.

Слайд 3: Ранние годы и образование

Родился 8 февраля 1834 года в Тобольске, был последним, семнадцатым ребёнком в семье. Его отец был директором Тобольской гимназии. После окончания гимназии мать приложила все усилия, чтобы дать талантливому сыну высшее образование. В 1850 году он поступил в Главный педагогический институт в Санкт-Петербурге, который окончил в 1855 году с золотой медалью.

Слайд 4: Начало научного пути

После института недолго работал учителем в Симферополе и Одессе. В 1856 году защитил магистерскую диссертацию и стал преподавать в Петербургском университете. В 1859–1861 годах находился в научной командировке в Гейдельберге (Германия), где работал в собственной лаборатории и общался с ведущими европейскими химиками.

Слайд 5: Открытие Периодического закона (1869)

Работая над учебником «Основы химии», Менделеев столкнулся с проблемой систематизации химических элементов. 1 марта 1869 года он завершил работу над таблицей «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве». Легенда о том, что таблица приснилась ему во сне, — это красивый миф. На самом деле открытие стало результатом многолетней и кропотливой работы.

Слайд 6: Значение Периодической таблицы

Периодический закон и его графическое выражение (таблица) стали величайшим достижением химии XIX века. Они позволили:

• Впервые систематизировать все известные химические элементы.
• Предсказать существование и свойства нескольких ещё не открытых элементов: галлия (открыт в 1875 г.), скандия (открыт в 1879 г.) и германия (открыт в 1886 г.).
• Исправить атомные массы некоторых уже известных элементов (например, бериллия, урана).

Слайд 7: Учёный-энциклопедист: за гранью химии

Интересы Менделеева были чрезвычайно широки:

• Физика: исследовал свойства газов, вывел уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона).
• Метрология: как управляющий Главной палаты мер и весов, создал точную систему стандартизации в России.
• Экономика: разработал таможенный тариф для защиты отечественной промышленности.
• Нефтяная промышленность: предложил теорию неорганического происхождения нефти и выступал за её рациональную переработку.
• Воздухоплавание: в 1887 году в одиночку совершил полёт на воздушном шаре для наблюдения солнечного затмения.

Слайд 8: Миф о «менделеевской» водке

Распространено заблуждение, что Менделеев установил стандарт крепости водки в 40%. Это неверно. Его докторская диссертация «О соединении спирта с водою» (1865 г.) посвящена изучению физических свойств спиртовых растворов (плотности, сжатия) и не имеет отношения к производству водки. Стандарт в 40 градусов был введён правительством Российской империи ещё в 1843 году для удобства расчёта налогов.

Слайд 9: Общественная и педагогическая деятельность

Дмитрий Иванович был выдающимся педагогом, профессором Петербургского университета. Он был одним из основателей Русского химического общества. Активно выступал за доступность высшего образования, в том числе для женщин. В 1890 году покинул университет в знак протеста против притеснения студенческих прав.

Слайд 10: Наследие и признание

Менделеев был членом более 90 академий наук и научных обществ мира, но так и не был избран в Российскую императорскую академию наук. В его честь названы:

• 101-й химический элемент — Менделевий (Md).
• Подводный хребет в Северном Ледовитом океане и кратер на Луне.
• Множество учебных заведений, научных центров и премий.

Слайд 11: Заключение

Дмитрий Менделеев — титан мысли, чьи труды оказали огромное влияние на развитие науки, промышленности и образования не только в России, но и во всём мире. Его жизнь — пример беззаветного служения науке и отечеству. Его знаменитая цитата: «Наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука немыслима без меры».

Слайд 12: Источники информации

Для создания презентации можно использовать материалы из энциклопедий, научно-популярных книг, сайтов музеев (например, Музей-архив Д. И. Менделеева в СПбГУ) и образовательных порталов.

Ответ:

Выше представлен развёрнутый материал для создания компьютерной презентации на тему «Жизнь и деятельность Д. И. Менделеева», структурированный по слайдам.