Iacob (cas Nitoi) Alina Geanina.pdf. [616752]

1
UNIVERSITATEA „ALEXANDRU IOAN CUZA” DIN IAȘI
FACULTATEA DE CHIMIE

LUCRARE METODICO -ȘTIINȚIFICĂ
PENTRU OBȚINEREA GRADULUI DIDACTIC I
ÎN ÎNVĂȚĂMÂNT

COORDONATOR ȘTIINȚIFIC
Lect.dr. Mirela Goanță
CANDIDAT: [anonimizat]

2015 -2017

2
UNIVERSITATEA „ALEXANDRU IOAN CUZA” DIN IAȘI
FACULTATEA DE CHIMIE

ACTIVITĂȚI DE ÎNVĂȚARE BAZATE PE
MODELE ȘI MODELARE APLICATE LA TEMA
„STRUCTURA ATOMULUI”

LUCRARE METODICO -ȘTIINȚIFICĂ PENTRU OBȚINEREA
GRADULUI DIDACTIC I ÎN ÎNVĂȚĂMÂNT

COORDONATOR ȘTIINȚIFIC :
Lect. Dr. MIRELA GOANȚĂ
CANDIDAT: [anonimizat]
2015 -2017

3

UNIVERSITATEA „ALEXANDRU IOAN CUZA” DIN IAȘI
FACULTATEA DE CHIMIE

ACTIVITĂȚI DE ÎNVĂȚARE BAZATE PE MODELE ȘI
MODELARE APLICATE LA TEMA „STRUCTURA
ATOMULUI”

2015 -2017

4

INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 6
CAPITOLUL I – ATOMUL. STRUCTURA ATOMULUI ………………………….. ………………………….. …………………… 8
I.1 Dovezi că atomul este un sistem complex ………………………….. ………………………….. …………………….. 8
I.1.1 Modele de atomi ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………… 8
I.1.2 Atomul de hidrogen în viziunea teoriei lui Bohr ………………………….. ………………………….. ……… 16
I.1.3 Numere cuantice ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 18
I.1.4 Structura atomului prin mecanica cuantică ………………………….. ………………………….. ……………. 20
I.1.5 Dualismul undă -particulă ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 21
I.1.6 Ecuația lui Schrӧdinger ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 23
I.2 Nucleul atomic ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 26
I.2.1 Particule elementare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 26
I.2.2 Structura nucleului atomic ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………. 30
I.2.3 Forțe nucleare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………….. 32
I.2.4 Echivalența masă energie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 32
I.2.5 Fracția de condensare ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 34
I.2.6 Modele nucleare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 35
CAPITOLUL II – SISTEMUL PERIODIC AL ELEMENTELOR ………………………….. ………………………….. ………….. 37
II.1 Scurt isto ric ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 37
II.2 Legea periodicității elementelor ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 39
II.3 Forme moderne ale sistemului periodic ………………………….. ………………………….. …………………….. 40
II.4 Periodicitatea proprietăților elementelor ………………………….. ………………………….. …………………… 43
II.4.1 Periodicitatea proprietăților fizice ………………………….. ………………………….. ……………………….. 43
II.4.2 Periodicitatea proprietăților chimice ………………………….. ………………………….. ……………………. 47
II.5 Învelișul de electroni al atomului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 49
II.5.1 Descoperirea electronului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 49
II.5.2 Caracteristicile electronului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 51
II.5.3 Structura învelișului electronic ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 51
II.5.4 Orbitali hidrogenoizi ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 56
II.5.5 Straturi și substraturi, ocuparea lor cu electroni ………………………….. ………………………….. ……. 59
III.1 Generalități despre modelare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………. 63
III.1.1 Caracteristicile modelului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 63

5
III.1.2 Tipuri de modele ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 64
III.2 Organizarea învățării prin modele a atomului ………………………….. ………………………….. …………….. 66
III.2.1 Ierarhizarea învățării ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 66
III.2.2 Obiective educaționale în studiul atomului și structurii acestuia ………………………….. …………. 67
III.2. 3 Modele utilizate în studiul atomului și structurii acestuia ………………………….. ………………….. 68
III.2.4 Integrarea modelelor în structuri de învățare a atomului și structurii acestuia …………………. 76
III.2.5 Comentariul contextului problematizat al activității de învățare prin modele a atomului și
structurii acestuia ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………….. 106
CAPITOLUL IV – EVALUAREA PERFORMANȚELOR ELEVILOR ÎN STUDIUL TEMEI
„ATOMUL. STRUCTURA ATOMULUI” ………………………….. ………………………….. ………………………… 108
IV.1. Locul și rolul evaluării în procesul de învățământ ………………………….. ………………………….. …….. 108
IV.2 Organizarea procesului de evaluare în cadrul temei “Atomul.Structura atomului” ………………… 114
IV.2.1 Modul în care s -a organizat și realizat procesul de evaluare ………………………….. …………….. 114
IV.2.2 Motivarea probei de evaluare ………………………….. ………………………….. ………………………….. 120
IV.2.3 Comentariul rezultatelor la sfârșitul activității ………………………….. ………………………….. ……. 124
CONCLUZII ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 125
BIBLIOGRAFIE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 129

6
INTRODUCERE

În procesul de învățământ se formează bazele personalității omului. În decursul timpului,
o dată cu instituționalizarea educației, au apărut preocupări pentru aspectele teoretice ale
procesului de învățământ care au dus la apariția unei teorii a învățământului.
În cadrul procesului de învățământ, profesorul are rol de conducător, desfășurând o
activitate complexă, de organizare și îndrumare a elevilor. Se impune ca această activitate să
fie conștientizată, respectând natura obectivelor urmărite și înțelegând transformările care se
produc în personalitatea elevilor pe parcursul activității. Chimia modernă reprezintă un
domeniu al cărui rezultat concret contribuie cu o pondere substanțială la civilizația umană.
Prin lucrarea de față, în predarea temei „Activități de învățare bazate pe modele și
modelare în cadrul temei Atomul.Structura atomului”, îmi propun ca elevii să -și însușească
unele noțiuni referitoare la ato m și structura acestuia, să -și formeze deprinderi de modelare
materială și grafică, să înțeleagă necesitatea studiului conceptului de atom și structura
acestuia.
Această lucrare, care are la bază unele aspecte teoretice referitoare la atom și structura
acestuia, descrie totodată și metode concrete prin care s -a înțeles organizarea învățării prin
modele a noțiunii de atom.
Lucrarea es te organizată în patru capitole:
Capitolul I „ Atomul. Structura atomului” cuprinde aspecte teoretice referitoare la
atom și structura acestuia.
Al doilea capitol, „Sistemul periodic al elementelor” cuprinde informații despre
sistemul periodic, inc luzând un scurt istoric ce surprinde formele acestuia de când a fost
conceput de D. Mendeleev până în prezent. De asemenea sunt prezentate noțiuni teoretice
despre învelișul electronic al atomului.
În capitolul I II „Metoda modelării în studiul atomului șis tructura acestuia” sunt
prezentate noțiuni teoretice cu privire la modelare ca metodă de învățare și totodată o

7
prezentare a formelor de organizre a învățării prin modele a atomului și structura acestuia,
pregătind în acest mod cadrul teoretico -științific necesar formulării obiectivelor informative
și operaționale, modelelor utilizate și integrarea acestora în st ructuri de învățare a temei.
Capitolul IV „Evaluarea performanțelor elevilor în studiul temei Atomul. Structura
acestuia” cuprinde generalități referitoare la rolul și locul evaluării precum și modalitățile
concrete de organizare a procesului de evaluare în cadrul temei (proba de evaluare,
rezultatele obținute, interpretarea acestora).
În încheiere se găsesc concluziile despr inse din timpul experimentului.

8
CAPITOLUL I – ATOMUL. STRUCTURA ATOMULUI

I.1 Dovezi că atomul este un sistem complex
Explicarea unor fe nomene ș i legi chimice precum legea conservării masei, legea
proporț iilor definite, legile vo lumice s-au putut face considerând atomul ca o particulă
indivizibilă si indestructibilă . Descoperirea unor fenomene fizico -chimice ulterioare cum ar fi:
descărcările electrice î n gaze,razele catodice, efectul termo si fotoelectric,transformă rile
radioactive,raze le X e tc.,nu se puteau explica acceptâ nd atomul ca parte indivizib ilă.Aceasta a
fost posibilă la sfarș itul secolului al IX-lea pe bază de dovezi experimentale. O importanță
deosebită în lă murirea structurii complexe a atomilor a avut -o descoperirea electron ilor.

I.1.1 Modele de atomi
Odată cu elucidar ea fenomenelor cum ar fi : descărcă rile electri ce prin gaze rarefiate,
existența razelor catodice și a razelor X ș i descoperirea radioactiv itații s -au emis diferite pă reri ,
ipoteze ș i teorii cu privire la structura atomului.
1) Modelul lui Thomson
Primul model atomic , elaborat in anul 1904 de că tre I.J.Thomson , considera atom ul ca
fiind format dintr -o sferă uniformă de electricitate poz itivă, în care se găsesc înglobați electroni,
astfel încât întregul ansamblu să fie neutru.
Acest model cu caracter static s-a dovedit a fi nesatisfacă tor pentru e xplicarea spectrelor
atomice și a datelor obținute din experienț ele lui E.Rutherford , el prezintă doar o importanță
istorică.
2) Modelul lui Rutherford
Bazată pe difuzia particulelor α emisă de o substanță radioactivă prin foițe metalice
subțiri, experienț a lui Rutherford a permis elaborarea modelului planetar al atomului . În
experiența sa a observat că î n calea fascicolului de particule α a fost introdusă o foiță metalică
foarte subț ire, majoritatea razelor α străbat foița metalică în linie dreaptă și numai o mică parte
sunt devia te sub un unghi mai mic sau mai mare.

9

Dispozitivul folosit de Rutherford este schematizat î n figura :

Pentru a interpreta observațiile fă cute, Rutherford a considerat că devierile produse î n
traiectoriile particulelor α (care au masa de p atru ori mai mare decât u.a.m. și care poartă două
sarcini pozitive) se datorează respingerii electrostatic e între particule le α și o concentrare de
sarci ni pozitive î n atomi. Ca ur mare , tote sarcinile pozitive asociate atomului se găsesc
concentrate în nucle u, care trebuie să fie înconjurat (la o distanță relativ mare) de un numă r de
electroni astfel ca atomul să fie neutru. Numărul de sarcini poz itive din n ucleu , denumit și număr
atomic (Z) s-a determinat din unghiul d e deviere a particulelor α ricoșate și din distanța minimă
la ca re se poate apropia o particulă de nucleu. Din datele obținute din experienț a lui Rutherford,
J. Chadwick (1912) a reușit să determine sarcina nuclear ă (Z) a unor elemente, obținând valori
apropiate față de numerele re ale (tabelul 1 ).

Element Zcalculat Zreal
Pt 77,4 78
Au 46,3 47
Ag 79,3 49
Tabelul 1 Sarcina nucleară a unor elemente după Chadwick Figura 1 Schema dispozitivului lui Rutherford

10
Prin analogie cu sistemul solar E rnest Rutherford propune modelul planetar al atomului
,model pentru care indică ș i dimensiunile: atomul cu un diametru de 0,1 -0,3 m conț ine un nucleu
central de 10-6-10-5m și de masa apropiată cu cea atomică și sarcina pozitivă (+e); în jurul
nucleului la distanțe mari de acest a gravitează electronii cu un diametru de 1,4.10-6m. La baza
modelului planetar stau concepț iile mecanicii clasice despre mișcarea corpurilor în câmpu rile de
forțe central.
Modelul planetar contravi ne legilor t ermodinamicii clasice conform cărora electronii în
mișcarea lor pe orbite , fiind accelerate continuu către centre , ar trebui să genereze radiații
electromagnetice (să emită un spectru luminos c ontinuu) ș i deci pi erzând treptat energie să
descrie o traiectorie în spirală și î n final să se prăbușească pe nucleu. Experiența arată faptul că
atomii prezintă o stabilitate foarte mare și nu emit continuu lumină , fapt ce nu a putut fi explicat
de modelul lui Rutherford.
3) Modelul lui Bohr
Combinând ide ea de bază a modelului atomic al l ui Rutherford cu teoria cuantică
postulate de M. Planck și extinsă de Albert Einstein, Niels Bohr a elaborat în anul 1913 teoria lui
asupra structurii atomului de hidrogen.
Teoria cuantică a lui Plan ck
Teoriile mai vechi, clasice , ale mișcării ș i electromagnetismului cerea u ca spectrele
emise de atomi să fie continue , adică să se emită radiaț ii lumi noase de toate lungimile de undă .
Faptele experimentale au dovedit însă contrari ul. Rezolvarea acestei dificultă ți i-a fost sugerată
lui Bohr de teoria cuantică a emisiei de lumină de că tre un corp fierbinte , elaborată de M. Pla nck
și de teoria lui A .Einstein asupra efectului fotoelectric și cuantei de lumină.
În anul 1900 M. Plan ck a arătat că absorbț ia sau emisia de energie nu sunt fenomene
continue ci se produc în salturi , în mod discontinuu. Prin urmare , analog substan ței care este
formată din particule de substanță , energia radiant ă este formată din doze elementare de e nergie
numite cuant e de energie sau fotoni.
După Planck, cantitatea de energie d e lumina (E),de lungimea de undă (λ) ,absor bită sau
emisă de un corp este proporțional ă cu frecvența (λ=c/λ) radiaț iei emise sau absorbite :

11
E=hν (1.1)
unde:
h-constanta lui Plan ck și are valoarea 6,6256∙ 10-27 erg∙s sau 6,6256∙ 10-34 J∙s
Expresia E=hν reprezintă ecuația fundamentală a teoriei cuanti ce, un corp nu poate emite
decât un număr î ntreg de cuante hν.
Efectul fotoelectric
Atunci c ând o radiație electromagnetică , de o anumită lungime de undă , cade pe
suprafaț a unu i metal, acesta emite electroni și capătă sarcina electrică pozitivă . Efectul produs
este cunoscut sub numele de efect fotoelectric și se poate urmă ri cu ajutorul unei celule
fotoelectrice . În principiu o celulă fotoelectrică (figura 2) este alcă tuită dintr -un tub de sticlă
vidat î n interi or sau umplut cu un gaz adecvat . Pe un perete interior al tubului se află depus
catodul format dint r-un strat subț ire de metal , anodul f iind format dintr -un inel din sârmă de
platină .

Interpretarea efectul ui fotoelectric a fost explicată de A lbert Einstein î n anul 1905 pe
baza teoriei anterioare a lui Planck. La ciocnirea cuantei de lum ină cu sup rafața metalului , acesta
cedează energie unui electron. O parte din această energie smulge electronul din stratul de meta l,
restul transformându -se în energie cinetică , imprimându -i electr onului o viteză .

Figura 2 Dispozitiv pentru demonstrarea efectului fotoelectric

12
Astfel:
hν=E 0 + mv²
2 (1.2)
unde:
hν-energia fotonului;
E0-energia necesară îndepărtă rii electronului din metal;
mv²
2- energia cinetică a electronului emis.
Din ecuația de mai sus se constată că , dacă frecve nța radiaț iei luminoase nu are o
valoare minimă astfel încât hν să fie mai mare decat E 0, nu are loc ef ectul fotoelectric.
Dacă frecvența minimă determinată experimental este ν 0 atunci:
hν= hν 0= mv²
2
sau mv²
2 =h(ν-ν0) (1.3)
Din cele constatate de Planck și Einstein l umina nu se absoarbe sau emite în cantități
arbitrare ci numai î n anumite cuante de energie (hν).
În cazul unui atom de hidrogen în care electronul gravitează î n jurul nucleului pe o orbită
circulară mai mare emite o cuantă de energi e, atunci electronul trebuie să treacă pe o altă orbită
mai mică corespunză toare unei valori de energie mai mică decât cea inițială cu Δhν.
Postulatele lui B ohr
Pe baza concluziilor teoriei m ecanicii cuantice, Bohr a enunț at principiile sale asupra
structurii atomului de hidrogen su b forma a două postulate.
În primul postulat al teoriei sale , Bohr consideră că atomu l de hidrogen poate exista
numai în anumite stări discrete , numite stări staț ionare.
Una dintre aceste stă ri, starea normal ă sau fundamentală reprezintă energia minimă a
atomulu i și prin urmare starea stabilă ; celelalte stări sunt stări excitate. Numă rul stărilor

13
staționare sau nivele de e nergie este determinat de condiția cuantică , conform că reia momentul
unghiular al electronu lui trebuie să fie un multiplu î ntreg de h/ 2π . Momentu l unghi ular al
electronului pe o orbită circulară de rază r este produsul dintre m omentul liniar al electronului ș i
raza orbitei :
me∙ v ∙ r (1.4)
unde:
me -masa electronului; v – viteza liniară a electronului; r -raza orbitei.
Conform primul ui postulat
me ∙ v ∙ r = n ∙ ℎ
2𝜋 sau m e ∙ v ∙ r = n∙ħ (1.5)
unde:

me ∙ v ∙ r- moment unghiul ar; n- numă r cuantic principal ș i are valorile 1,2,3….,n;
ħ=h
2π

Pentru ca un electron să poată fi reținut pe orbită , forța de atracție coulumbiană între
nucleu ș i electron : F atracț ie =e2/r2 trebuie să fie egală cu forța centrifugă , Fcentrifuga =m ev2/r (figura
3)

e²
r² = mₑv²
r (1.6)
unde:
r-raza atomului; e -sarcina electronului, respectiv sarcina nucleului;
me-masa electronului; v -viteza electronului.

14

Din relaț ia (1.6) se poa te obț ine expresia razelor orbitelor de hidrogen:
rn= n²h²
4π²mₑe² (1.7)
care, după î nlocuirea cons tantelor fundamentale devine:
rn= n20,5292 Å (1.8)
Conform relației ( 1.8) se indică ordinea orbitelor (pornind de la n ucleu). A stfel pentru
n=1 se obține r= 0,529 2 Å , valoare corespunză toare stă rii staționare a atomului.
În continuare , Bohr a calculat și energia stărilor staționare corespunză toare atomului de
hidrogen. Energia atomului de hidrogen este dată de suma energiei cinetice (E cin) și energiei
potenț iale (Epot).
Etot=Ecin+Epot= mv²
2 – e²
r (1.9)
Dar:
Figur a 3 Diagrama echilibrului forței centri fuge cu forța de atracție în atomul
de hidrogen

15
e²
r² = mₑv²
r ,
Înseamnă că: mₑ²
2 = e²
2r
și
E cin=-1
2Epot
Prin urmare :
Etot=-1
2e2/r (1.10)

Înlocuind î n expresia en ergiei totale valoarea razei per mise (r n) se obține:

En= – 2π²mₑe⁴
n²h² (1.11)
Conform relaț iei (1.11) energia atomului nu poate avea valo ri arbitrare ci numai valori permise
pentru n=1,2,3,…,n.
În cel de -al doilea postulat Bohr consideră că dacă un electron trece de pe o orbit ă n2 pe o
orbit ă n1, atunci el trece de la starea energetic ă En2 la starea energetic ă En1. Diferen ța dintre cele
doua st ări enegetice ΔE=E n2-En1 reprezint ă energia pe care atomul a primit -o (în cazul în care
n2≤n1) și este dat ă de rela ția :
ΔE=E n2-En1=hν ( 1.12)
unde:
hν – reprezintă cuanta de energie radiant
Acest postulat este cunoscut și sub denumirea de condiția frecvenței lui Bohr și exprimă
frecvenț a lumi nii emise de un atom câ nd trece de la o stare superioară de energie E n2 la o stare
inferioară En1.
Relația ( 1.12) este valabilă și în cazul absorbț iei radiației, atunci câ nd un atom trece de
la o stare de energie inferioară En1, la o stare de energie s uperioară En2.

16
Cum frecven ța ν, este dată de relaț ia :
ν=c/λ
se poate determina numărul de undă al cuantei , ν:
ν=1/λ=ν/c= ΔE/ch
sau:
ν,=2π2mce4/ch3(1/n 12-1/n 22)
Înlocuind factorul 2π2mce4/ch3, care are valoarea 109677,760 cm-1, care reprezintă
constanta lui Rydbe rg se ajunge la relaț ia lui Balmer:
ν,=R(1/n 12-1/n 22)
Având in vedere faptul că :
ν,=1/λ=ν/c
se obț ine:
ν=R(1/n 12-1/n 22)
unde : R=3,288∙ 1015s-1
I.1.2 Atomul de hidrogen î n viziunea teoriei lui Bohr

La excitarea atomului de hi drogen, electronul acestuia primește o cantitate de energie ș i
trece pe orbite superioare de energie. Revenirea electronului pe orbitele inferioare are lo c prin
eliberarea energiei primite , fiecare tranziție corespunzând unei linii de o anumită frecvență î n
spectrul de emisii. Într-un atom sunt posibile deci un numă r diferit de orbite , fiind posibile un
număr diferit de tranziții.. Î n spectru vor fi observate o serie de linii. La trec erea electronului
atomului de hi drogen de pe orbit ele exterioare pe orbite cu numă r cuantic n 2=2 se emit liniile
Hα,Hβ,Hγ,Hδ, fieca re cu o anumită lungime de undă , în funcție de tranziț ia electronului de pe
orbitele n 2=3,4,5, etc.; aceste linii constituie seria lui Palmer ( figura 4)

17

Cu câ t n2 este mai mare cu atâ t valorile λ sunt mai mici; pentru n 2=infi nit valoarea
pentru λ reprezintă limita seriei Palmer . Dacă revenirea elec tronului se face pe prima orbită n1=1
radiațiile emise au lungimi de undă foarte scurte , liniile spectrale aflându -se în domenii le seriei
Lyman (ultraviolet). Când revenirea electron ilor se face pe orbite superioare n 1=3,4,5, se obț in
linii spectrale di n seriile lui Paschen, Brackett ș i Hund. La n=infinit , electronul nu mai este legat
de n ucleu ș i nu se poate produce un spectru continuu. În mod analog rezultă și spectre de
absorbț ie.
Modelul lui Bohr –Sommerfeld
Numă rul mare de linii spectral e, atât în spectrul de emisie cât ș i cel de absorbț ie al
elementelor multielectronice nu ma i putea fi explicat prin variațiile unui singu r număr cuantic
principal, n.
În teoria sa, Bohr indică poziț iile lin iilor din spectrul hidrogenului , dar nu poate explica
structura fixă a spectrului obț inut pe cale experimental ă.
Figura 4 Spectrul de linii al atomului de hidrogen

18
Această teorie a fost dez voltată de către A.Sommerfield (1916) în sensul că mișcarea
periodică a electronului faț ă de nucleu duce l a orbi te eliptice , cu nucleul așezat î ntr-unul din
focare (figura 5)

Aspectele esențiale sunt urmă toarele:
– energia electronului es te dată de numă rul cuantic pr incipal n;
– pentru un numă r cuantic principal n , pot exista n orbite diferite în care electronul are aceeași
energie , dar care diferă prin forma lor; prima orbită este circulară , restul de n -1 orbite sunt
eliptice, cu dif erite excentricități dar cu aceeași axă mare.
– pentru caracterizarea orbitelo r eliptice, a mai fost introdus și numă rul cu antic azimutal l; pentru
aceleaș i valori a lui n ,l va avea n valori de la 1 la n.
I.1.3 Numere cuantice

Numerele cuantice sunt parametrii de stare a i electronului din orice atom, numere ce
descriu satisfacător starea unui electron într -un atom și care are următoarele semnificaț ii:
Numă rul cuantic principal , n, caracterizează nivelul energetic a l electronului definind
stratul electronului la care aparț ine; poate lua valori î ntregi pozitive: n=1,2,3,4, etc. Pe ntru valori
ale lui n=1,2,3,4,5 etc., simbolul stratului se definește K,L,M,N,O etc. În e sență numărul cua ntic
Figura 5 Orbită eliptică
P.A. – axa mare; a – semiaxa mare; b – semiaxa mică; F1, F2 –
focarele elipti ce; F₁E – raza vectoare; 𝜑 – unghiul azimutal

19
principal determină energia totală a electronului care ocup ă atât orbitalul cât ș i dimensiunea
orbitalului . Numă rul m axim de electroni de p e un strat n , este egal cu 2n2.
Numă rul cuantic secundar, l, indică substratul energetic pe care se află electronul dintr –
un strat ș i forma orbitei, orbit ă care poate fi circ ulară , pentru l=0 sau eliptică pentru l ≠0 .Pentru
o anumită valoare n , l poate lua valori cuprinse între 0 ș i n-1. Astfel, pen tru n=1,2,3,…,n,
l=0,1,2,…,n -1 și se notează cu literele s,p, d,f. Numărul cuantic secundar determină ș i valoarea
momentului cineti c orbital al electronului care ocupă orbita , iar pentru n>1 numă rul de orbite
dintr -un substrat cu numă r cuanti c l, este egal cu 2l+1, iar numărul de electroni 2(2l+1). Numărul
maxim de orbit ali și electroni din straturile K, L, M și N este dat î n tabelul 2.

Nivelul
energetic
(stratul,
perioada) Nr cuantic
principal
(n) Număr
cuantic
secundar
(l) Substrat
(orbital) Număr
cuantic
magnetic
(m) Număr de
orbital
posibili Număr de
electroni
din orbital
2(2l+1) Număr de
electroni
din strat
(2n²)
K 1 0 s 0 1 2 2
L 2 0
1 s
p 0
0,±1 1
3 2
6 8
M 3 0
1
2 s
p
d
0
0,±1
0±1, ±2 1
3
5 2
6
10 18
N 4 0
1
2
3 s
p
d
f 0
0,±1
0±1, ±2
0±1, ±2, ±3
1
3
5
7 2
6
10
14 32

Tabelul 2 Numărul maxim de orbitali și de electroni din straturile K,L, M și N
Numă rul cuantic magnetic , m, caracterizează starea electronului în câmpuri magnetice și
determină momentul mag netic al electronului care ocupă un orbital, respectiv orientarea în spațiu
al planului orbitalului ele ctronic.

20
Pentru un anumit numă r cuan tic secundar l, numă rul cuantic magnetic poate lua 2l+1
valori , permise de la -1 la +1, inclusiv 0. Spre exemplu , pentru o valoare a numărului cuantic
secundar l=3 numă rul cuantic magnetic poate lua valorile: 0,+1,+2,+3 (figura 6).
Numă rul cuantic de spin ,s , caracterizează mișcarea de rotație a electronului î n jurul
propr iei sale axe , indiferent de mișcarea sa orbitală. Poate lua două valori: ±1/2.

I.1.4 Structura atomului prin mecanica cuantică

Modelul atomic Bohr -Sommerfield a fost conceput pe baza transmisiei la scara
microcosmosului atomic a legilor mecanicii c lasice, privind mișcarea corpurilor în câmpuri de
forțe central. Acest model nu a putu t fi verificat experimental decât î n cazul calcu lului energetic
privitor la liniile spectral e. Celelalte mărimi cu care operează , ca raza orbitei, impulsul
electronilor , momentele cinetic e ale electronului sunt toate mărimi care se sustrag măsurătorilor
Figur a 6 Valorile numărului cuatic m pentru l=3

21
directe ș i au fost deduse pri n analogie cu sistemu l planetar , admițându -se ca postulate condiț iile
de cuantificare.
Neaj unsurile acestui model au fost înlă turate prin teor ia mecanicii ondulatorii extinsă de
către Br oglie (1924), Heisen berg (1927) ș i Schrӧ dinger (1926) corpusculilor atomici.

I.1.5 Dualismul undă -particul ă

Dualismul undă -corpuscul constituie principiul mecanicii cuantice. Prin analogie cu
caracterul ondulatoriu al fotonului , Louis de Broglie a postulat că și electronului în mișcare
trebuie să i se asocieze o undă și în general orice particulă elementară aflată în mișcare prezintă
și proprietăți ondulatorii. În cazul luminii , teoria cuantică reprezintă energia l uminoasă a
fotonului prin relaț ia:
E=hν (1.13)
iar în teoria relativităț ii, expresia energiei fotonului este :
E=mc2 (1.14)
Privind lumina ca o dualitate undă – corpuscul, expresiile energiei (1.13) si (1.14) devin
echivalente :
hν=mc2 (1.15)

Înlocuind
ν=𝑐
𝜆
se obț ine:
λ= ℎ
𝑚𝑐 (1.16)
Această relație leagă caracterul ondulatoriu al lumi nii de cel corpuscular. Extinzând
această analogie ș i la particulele elementare de Broglie admite că acest dualism se poate aplica ș i

22
microcosmosul ui atomic; electronul poate fi și el privit atât ca un corpuscul cât și ca o undă .
Cum electronii au masa de r epaus finite (fotonii nu au masă de repaus), viteza ele ctronului (v)
este mult m ai mică decât cea a fotonului(c) și , în consecință , expresia lungimii de undă va fi:
λ= ℎ
𝑚𝑣 (1.17)
unde:
λ-lungimea de undă a particulei de masă m ș i cu viteza ν ; h-constanta lui Planck
Din relația (1.17) se pote observa că , în cazul î n care masa particulei es te mare , λ devine
atât de mic ă încât își pierde semnificația ; atunci când masa particulei este suficient de mică, λ
devine suficientă pentru a ave a semnificație fizică .
La miș carea electronului pe orbita circular ă în jurul nucleului, se presupun e că unda
asociată lui se extinde in juru l orbitei. Lungimea circumferinței orbitei trebuie să fie un multiplu
întreg al lungimii de undă al electronului ; în caz contrar undele se încalecă ș i are loc producerea
de interferențe. Formarea undei staț ionare es te arătată î n figura 7.

Figura 7 Unda staționară care cuprinde orbita circulară

23
Așadar î n atom sunt posibile numai acele orbite electronice ale căror lungime (2π r) este
egală cu un număr întreg de lungimi de undă :
2πr =nν=nh/mν (1.18)
sau:
mνr =nh/2π (1.19)
Relația ( 1.19) reprezintă condiț ia de st abilitate a orbitelor electronice și este identică cu
postulatul lui Bohr.
I.1.6 Ecuaț ia lui Schrӧ dinger

Pentru a defini starea electronul ui în atom au fost adoptate prevederi d e probabilitate,
electronul putâ ndu-se localiza n umai cu oarecare incertitudine într -o anumită zonă din jurul
nucleului. Șansa de a întâlni electronul în jurul nucleului este maximă în zona î n care
amplitudinea undei electronice este maximă .
Caracterul ondulatoriu al mișcării electronice face posibilă scrierea unei ecuații de undă
capabilă să descrie comportarea sa în atom. Această ecuație a fost stabilită de Er win
Schrӧ dinger(1926).
Ecuația de undă a lui Schrӧ dinger electronului în spațiu cu trei dimensiuni este dată de
funcția de undă :
∂²ψ
∂x² + ∂²ψ
∂y² +∂²ψ
∂z² = – 4π²
λ²ψ (1.20)

sau:
∆2Ψ= – 4π²
λ² ψ (1.21)
unde ∆ reprez intă operatorul lui Laplace.

24
Luând în considerare ecuația lui Broglie (λ=h/mv) și faptul că energia cinetică (Ecin) a
electronului reprezintă diferența dintre energia totală (Etot) și cea potenț ială (Epot), ecuaț ia (1.21)
devine:
Δ²ψ + 8π²m
h²(Etot – Epot)ψ =0 (1.22)
Această ecuaț ie reprezintă ecuația de undă a lui Schrӧ dinger, ecu ație cu ajutorul căreia
se pot calcula stările staționare ale atomilor. Funcția de undă Ψ trebuie să fie continuă , univocă,
mărginită în tot spațiul și să fie anulată la infinit . Teoria ecuaț iilor diferențiale de ordinu l doi cu
derivat e parțiale arată că funcțiile de undă Ψ sunt soluții ale ecuaț iei lui Schr ӧdinger numai
pentru anumite valori ale energiei tota le (E); aceste valori denumite ș i valori proprii sunt
dependente de numerele cuant ice n, l și m. Valorile corespunzătoare ale funcției Ψ se numesc
funcț ii proprii, pentr u fiecare valoare a lui n se obț in n2 funcții de undă.
Valorile permise pentru energie în ecuaț ia lui Schrӧ dinger sunt echivalentul nivelelor
energet ice ale electronilor reprezentaț i prin orbitele lui Bohr , astfel că funcția de undă Ψ este
denumită și funcție de undă de orbital sau orbit al.
Sensul fizic al funcției de undă se po ate explica pe baza corespondenței între
reprezentă rile corpusculare ș i ondulatorii. Astfel , din punct de vedere corpuscular intensitatea
unui fascicul de e lectroni se poate defini ca o mărime proporțională cu den sitatea fasciculului și
respectiv cu numă rul de electroni dintr -un cm3; din punct de vede re ondulatoriu , ea este
proporț ional ă cu Ψ , mai pre cis cu modulul ei |Ψ|2.
La înmulțirea |Ψ|2 cu sarcina electronului e- și cu elementu l de volum dV se obț ine
sarcina elementului dV de volum:
e|Ψ|2dV (1.23)
Prin integrarea ecuației de mai sus , pentru întreg volumul s e obține sarcina acestuia.
Mărimea |Ψ|2dV reprezintă după M. Born probabilitatea de a gă si electronul î ntr-un anumit
element de volum dV iar |Ψ|2 – densitatea probabilităț ii, respectiv Ψ -ampli tudinea probabilității.
Conform acestei interpretă ri probabilistic e a funcției de undă poziț ia geome trică a electronului
în mișcare nu poate fi determinată cu p recizie ca în mecanica clasică ; calcularea mărimii

25
funcției de undă stabileș te doar probabilitatea de a găsi electron ul într -un anumit loc în spațiu.
Această interpretare are la bază princi piul nedetermină rii a lui W. Heisenberg (1927), conform
căruia nu se pot determina simultan poziția unui electron și viteza sau orice altă proprietate
legată de viteză ( energia s au momentul). Pentru a putea î nțelege car acterul de probabilitate a
funcție i de undă Ψ, se poate lua în considerare atomul de hidrogen al cărui unic electron se
rotește î n jurul nucleului. Electronul poate fi găsit în diferite locuri în spaț iu cu probabilitate a Ψ;
locul unde probabilitatea întâlnirii într -un anumit punct este maximă , densitatea sarcinii electrice
va fi maximă. Aș adar electronul poate fi considerat ca fiind extins î ntr-un nor de electricitate
nega tiv-nor electronic , a că rui densitate variază din loc în loc.
În stare fundamentală pentru atomul de hidrogen funcția de undă Ψ are simetrie sferică ,
probabilitatea prezenț ei electronului |Ψ|2 este aceeași pe toată supra fața unei sfere cu nucleul în
centru. Variația probabilităț ii preze nței electronului din atomul de hi drogen în funcție de
distanța față de nucleu este reprezentată î n figura 8:

Așa cum se poate observa din figura 8, probabilitatea prezenț ei electronilor în
origine (î n nucleu) are valoarea zero ; aceas ta trece printr -o valoare maximă , printr -un maxim r0
și tinde apoi către zero , când r tinde spre infinit.
Atomul de h idrogen în stare fundamentală î nconjurat de norul electronic , presupus
secționat, este reprezentat î n figura 9.

Figur a 8 Probabilitatea prezenței electronului atomului de hidrogen în
spațiu care înconjoară nucleul

26

I.2 Nucleul atomic
I.2.1 Particule elementare

Particulele elementare sunt componente ale atomului (participă la formare a lui) și până în
prezent nu se cunoaște a fi alcă tuite din particule mai mici. Acestea se caracterizează prin masă
de repaus, sarcină electrică , spin etc. Electronul este particula elementară de electricitate
negativă; se numește mai rar ș i negatron; are simbolul e- sau β-, are masa e gală cu 0,000548
u.a.m. și spin egal cu 1/2.
Fotonul considerat inițial cuanta de lumină, este o particu lă cu masa de repaus zero și se
deplasează cu o viteză egală cu viteza luminii. Protonul a fost de scoperit de E. Goldstein(1886)
în razele canal. Pentru prima dată protonul a fost obț inut de E .Rutherford (1919) la bom bardarea
nucleelor unor atomi uș ori cu particule α . În experienț ele sale, Rutherford, a id entificat
particulele astfel obținute ca nuclee de hidrogen sau protoni, reacț ia nuclea ră care se produce, (î n
cazul azotului), fiind:
147N+α → 178O+p, sau : 714 N (α,p) 17 😯
Protonul este caracterizat prin masă de repaus (1,67237×10-27kg) și prin sarcina pozitivă
(+1) respectiv spin egal cu 1/2.
Neutronul . Faptul că masele nucleelor atomice cu excepț ia hidrogenului , sunt mai mari
decât suma maselor protonilor componenți, și -a găsit explicaț ia prin descoperirea particulei
elemen tare: neutron. Acesta a fost obținut pentru prima dată de W. Bothe ș i H. Beckquerel
(1930) prin bombardarea be riliului cu particule α. Cercetă rile ulterioare intreprinse de soții Curie
Figura 9 Secțiune prin sfera norului
electronic al atomului de hidrogen

27
(1932) și J. Chadwich au demonstrat că aceste particul e au o mare putere de pătrundere, au o
masă egală cu cea a protonilor, dar nu au sarcină electrică . Aceste particule au fost numite
neutron i (n0), reacția nucleară care ilustrează formarea acestora fiind:
4 9Be+α → 6 12C +n
Neutronul se caracterizează prin masa de repaus 1,00866 u.a.m., sarcina electric ă zero și
prin moment magnetic. Ca ș i proto nii, neutronii sunt constituienț i ai nucleului atomic.
Pozitronul , reprezintă antiparticul a electronului, cu masă identică , diferind prin semnul sarcinii;
se notează prin e+,e0 sau β+. Deși existenț a acestora a fost prezisă de P.A M. Dirac, obținerea lor
a fost posibilă abia în anul 1932 de că tre C.D. Anders on (cu ajutorul camerei de ceață). Viața lor
este foarte scurtă (de ordinul 10-8s) datorită reacției care are loc î n urma ciocnirii cu electronu l:
e++e-=2γ
În anumite condiț ii la trecerea pozitronului prin apropierea unui electron, între ei pot
apărea anumite interacț iuni care conduc la un sistem asemănă tor hidrogenului, acest a nsamblu
fiind numit pozitroniu. Antiprotonul , p, este particulă stabi lă cu aceeași masă ca și protonul, cu
aceeași sarcină î n valoare absolută, dar de semn contrar. A fost obținut de că tre O. Chamberlain,
E. Segre și T.Ypsilantis (1955) în urma bombărdării unei foiț e de cupru cu protoni de energie 6,2
GeV. Antineutronul, n, descoperit de către B. Cork ș i colaboratorii, este antiparticula neutronului
și se deosebeș te de acesta prin semnul con trar momentului magnetic. Se obține în urma reacției
dintre un prot on și un antiproton:
– p+p= -n+n
Neutrino, este particula care însoțeș te emisia unui positron: p → n + e+ + ϑe
Antineutrino este particula care însoțeș te emisia unui electron:
n → p + e- + ϑe-
Ambele particule au masa de repaus zero și sunt emise în cursul transformărilor
radioactive, precum ș i printre produsele de dezintegrare a mezonilor.
Mezonii sunt particule cu sarcină pozitivă sau negativă a căror masă este intermediară
între cea a electronului și a protonulu i. Prezența acestora a fost men ționată de H. Yukawa (1935);

28
descoperiți ulterior în razele cosmice de că tre C .D. Anderson, S.J. Neddermayer și independent
J.C. Street ș i E.C. Stevenson. În laborator mezonii se obțin prin acțiunea unor radiații cu energie
ridicată asupra unor elemente, când au loc interacțiuni de schimb și combină ri ale particulelor
elementare. În funcț ie de masa lor, deosebim trei tipuri de mezoni: L,K ș i H. Mezonii L au masa
cea mai mică. Dintre aceștia cei mai importanți sunt:
a) miuonii sau mezonii au aceeași sarcină ca și pozitronul, respectiv electronul ș i masa
de repaus 207 m e; au viață foarte scurtă (2,1×10-6s) putându -se descompune conform reacț iilor:

µ+→e++νµ+νµ
µ-→e-+νµ+νµ
b) pionii s au mezonii π au sarcină pozitivă, negativă sau nulă. Mezonii cu sarcină au masa
de repaus 273 m e și o perioadă de existență scurtă (2,5×10-8s) datorită reacț iei de dezintegrare:

π+→µ++νµ
π-→µ-+νµ
Mezonii π fără sarcină au masa de 264 m e și o existență de circa 2×10-16s. Perechile
particulă -antiparticulă , electron -pozitron, neutrino -antineu trino, miuminus -miuplus formează o
grupă de particule lepton i.
Mezonii sau Kaonii, au masa intermediară î ntre cea a mezonilor K si H (circa 103me) și o
perioadă de viață de circa 10-8s. Ca ș i mezonii π au rol în interacțiunile prin forț e nucleare la
distanț e mici.
Mezonii H sau hi peronii, sunt particule cu masa cuprinsă între masa pr otonului și
deuteronului(2180 și 2600 m e) și o existență de ordinal 10-10s. Împreună cu protonul -antiprotonul
și neutronul -antineutronul formează o grupă numită barioni.
Din cele arătate mai sus , reiese că toate particulele, cu excepția fotonului prezintă o
antiparticulă , cele mai multe dintre acestea transformându -se unele î n altele. Caracteristicile
celor mai imp ortante nuclee sunt prezentate î n tabelul 4:

29
Particula Simbol Masa(in m e) Sarcina
electric ă Spin Viața medie
(s) Antiparticula
Foton γ 0 0 1 stabil γ
Leptoni
Neutrino
ν
0
0
1/2
stabil
ν
antineutrino
Neutrino
miuonic
νµ
0
0
1/2
stabil
νµ
Electron e- 1 -e 1/2 stabil e+
pozitron
Miuminus µ- 206,77±0,02 -e 1/2 (2,212+0,001)x
10-6
µ+ miu
plus
Mezoni
pi zero
π0
264,2±0,1
0
0 (2,2±0,8)x10-16 µ+ miu plus
Pi plus π+ 273,2±0,1 +e 0 (2,55±0,03)x
10-8 π-
K plus K+ 966,6±0,4 0 0 (1,224±0,013)
x10-8 K- K minus
K zero K0 974±1 0 0 K01(1,00±0,04)
x10-10
K02(6,1±1,4)
x10-8
K0
Eta ἠ0 1072±2 0 0 10-19 ἠ0
Barioni
Proton
p 1836,12±
0,02
+e
1/2 stabil p-
antiproton
Neutron n 1838,65±
0,02
0
1/2 (1,01±0,03)x103 n
antineutrino

Lambda 2182,8±0,3 0 1/2 (2,51±0,09)

30
zero Ʌ0 x10-10 Ʌ0
Sigma plus ∑+ 2327±0,4 +e 1/2 (0,81±0,6)
x10-10
∑-
Sigma
zero ∑0 2331±1 0 1/2 ˂10-14 ∑0
antisigmazero
Sigma
minus ∑- 2340,5±0,6 -e 1/2 (1,61±0,1)
x10-10 ∑+
antisigma
plus
Xi zero 2565±8 0 1/2 3×10-10
Xi minus 2580±2 -e 1/2 (1,3±0,4)
x10-10
Omega
minus Ω- 3300±30 -e 3/2 ≈10-10 Ω+
antiomega
plus

Tabelul 3 Caracteristicile unor particule elementare

I.2.2 Structura nucleului atomic

Nucl eul atomic, ca volum, reprezintă o foarte mică parte dintr -un atom (circa 10-15 din
volumul atomului), diametrul acestuia fiind de ordinul 10-12-10-13cm. Î n schimb, nucleul are o
densitate foarte mare, de ordinul 1013g/cm3 și o apreciabilă sarcină pozitivă , de circa
5x1018C/cm3.
Un prim pas în cunoașterea nucleului atomic a fost făcut de către E. Rutherford (1911),
care în experiența sa a permis ș i aprecierea volumului nucleului atomic. La puț in timp (1914) pe
baza studiilor cu ajutorul razelor X, H.G. J.Mosely a ajun s la concluzia că sarcina pozitivă a
nucleului este un multiplu întreg de sarcini elementare și este caracteristică atomului fiecă rui
element. De asemenea, din spectrele atomice de emisie din domeni ul razelor X, Moseley a
observat că o dată cu creș terea m asei atomice a elementelor luate în studiu, liniile spectral e se

31
deplasează spre lungimi de undă mai mici (frecvenț e mai mari), fapt ce i -a permis deducerea
relației de mai jos:
√ν=k(z -α)
unde: ν -frecvenț a uneia din liniile s pectrale; k -constanta de pro porționalitate pentru
toate liniile spectrale; α- constanta de proporț ionalita te pentru toate liniile din aceeaș i serie; z –
numă rul ce corespunde sarcin ilor elementare din n ucleu adică numărul atomic.
Ipoteza bazată pe natura radioactivității, că nucleul ar fi alcătuit din protoni ș i neutron i, a
căzut la descoperirea neutronului (de către Chadiwich) câ nd W.Heisenbe rg(1932) a demonstrat
că nucleul atomic este alcătuit din protoni ș i neutron i; acest e particule au mai fost numite și
nucleoni. Numă rul de neutr oni N, din nucleu este dat de diferența dintre numărul total de
nucleoni (număr de masă A), și numă rul de protoni (numă r atomic Z): N=A -Z
De exempl u nucleul atomului de:
hidrogen conț ine: 1 proton
deuteriu conține: 1 proton ș i 1 neutron
tritiu conț ine: 1 proton ș i 2 neutroni
oxigen -16 : 8 protoni ș i 8 neutroni
oxigen -17 : 8 protoni ș i 9 neutroni
oxigen-18 : 8 protoni ș i 10 neutroni
uraniu -232 :92 protoni ș i 140 neutroni
uraniu-235 : 92 protoni ș i 143 neutroni
uraniu-238 :92 protoni și 145 neutroni
Apariția în cursul transmutațiilor nucleare a pozitronilor și a altor particule dovedește că
în nucleu au loc transformă ri de particule:
neutron→ proton 1 0n→ 1 +1p + 0 -1e
proton→ neutron 1 1p→ 1 0n+ 0 +1e

32
Conform t eoriei lui Heisenberg protonul ș i neutronul sunt considerate ca stări cuantice
diferite ale uneia și aceleiaș i particule, nucleon; nucleonul cu sarcina +1 este con siderat proton,
iar nucleonul fără sarcină este considerat neutron.
I.2.3 Forț e nucleare

Faptul că nucleul atomic este alcătuit din protoni și neutroni presupune existența unor
forțe deosebit de puternice, capabile să învingă forț ele de repulsie electr ostatice dintre protoni,
care să asigure st abilitatea nucleului. Aceste forțe de atracț ie dintre nucleoni se numesc forț e
nucleare. Caracteristic acestor forțe este faptul că au o rază de acțiune foarte mică (de ordin 10-
13cm), și o putere de dou ă ori mai mare decât forț ele electrostatice. Având raza de acțiune foarte
mică, înseamnă că un anumit nucleon interacționează numai cu nucleonii vecini, pe când forț ele
coulombiene de respingere reacționează î ntre toți protonii din nucleu. Na tura acestor for țe nu
este incă bine lămurită , dar, confo rm teoriei cuantice la baza forțelor nucleare ar fi niște forț e de
schim b, adică interacț iunile dintre particule s -ar realiza prin i ntermediul altei particule. Iniț ial s-a
emis ipo teza (J.Tamm si D.I.Ivanenko) că aceste par ticule schimbate ar fi neutroni ș i protoni .
Această ipoteză a fost infirmată de H.Yukava (1935), car e a demonstrat experimental că
nucle onii se pot schimba prin absorbț ie sau emisie de mezoni π. Astfel protonii se transformă în
neutron prin abs orbție de mezoni π-, respectiv neutron în protoni prin absorbț ii de mezoni π+ și
invers, un proton trece î ntr-un neutron prin emisie de π+, iar un neutron trece î ntr-un proton prin
emisie de π-. În cazul nucleului de deuteriu procesele care au loc sunt:
π+:p1+n2↔n 1+π++n2↔n 1+p2
π-:p1+n2↔p 1+π-+p2↔n 1+p2
π0:p1+n2↔p 2+π0+n2↔p 1+n2
Forțele de legatură p -p și n -n se realizează prin absorbția sau emisia unui mezon neutru
π0.
I.2.4 Echivalența masă energie

Energia dezvoltată la combinarea nucleonilor î ntre ei pentru a forma un nucleu au energia
necesară pentru a separa nucleul în nucleonii componenți reprezintă energia de legatură a

33
nucleului. Energia de legatură este depen dentă de temperatură și este o măsură a stabilității
nucleului, cu cât aceasta este mai mare cu atâ t nucleul este mai stabil.
În comparație cu energia de legatură a atomilor î n molecul e, valoarea energiei de legatură a
nucleului este mult superioară ( de circa șase ordine de mă rime mai mare ); de exemplu că ldura
de formare a molecule i de hi drogen este de 435,43 Jxmol-1 pe câ nd energia de formare a
nucleului de deuteri u este de 215,62x107Jxmol-1. Această diferență de energie se explică ținâ nd
seama de relaț ia lui Einstein conform că reia la orice modificare de masă coresp unde o modific are
de energie (și invers):
E=∆m∙c2
unde:
c- reprezintă viteza luminii (3∙1010cm∙s-1);
∆m-reprezintă modificarea de masă
În cazul nucleu lui, se constată că masa acestuia este mai mică decât suma maselor
nucleonilor. Această diferență o reprezintă defectul de ma să și se poate calcula în u.a.m . sau
MeV; corespondența dintre u.a.m. ș i MeV est e de 931,2 MeV pentru 1 u.a.m.
De exemplu l a formarea nucleului de litiu, Li, masa particulelor este de: (3∙ 1,00727)+(4∙
1.00866)=7,05645 u.a.m. Masa nucleului =7,01601 u.a.m. Defectul de masă =0,04044 u.a.m.
Se poate calcula energia de legatură a nucleului de litiu Li ca fiind de 0,04044 u.a.m.
respecti v 37,65 MeV. Energia de legatură pentru nucleul de uraniu, U, este de 1,797∙ 103MeV
La calcularea echivalentul ui energetic se are î n vedere că 1 u.a.m. este 1/12 parte din
masa 12 C și că 12 g 12 C conțin N=6,023∙ 1023 atomi.
Așadar, 1u.a.m. =1/N ; pentru 1u.a.m. relaț ia lui Einstein E=∆mc2 devine:
E=∆mc2=1/6,023∙ 1023(2,99793 ∙1010)2=1,492 ∙10-10J=931,2MeV
În tabelul 5 se prezintă energiile de legătură pe nucleon a unor izotopi.

34
Nucleu Energia de legatură
(MeV) Nucleu Energia de legatură
( MeV)
H 1,10 Ar 8.58
He 7,06 Fe 8,77
Li 5,59 Sn 8,60
B 6,91 Cd 8.25
C 7,65 Cs 7,93
N 7,46 Ti 7,86
O 7,95 Pb 7,84
Ne 8,02 U 7,55

Tabelul 4 Energiile de legătură pe nucleoni pentru câțiva izotopi

I.2.5 Fracț ia de condensare

Fracția de condensare se foloseș te pentru caracterizarea stabilității unui nucleu și arată
abaterea masei atomi ce de numărul atomic, raportată la un singur nucleu.
f=M-A/A
Pentru elementele uș oare fracțiile de co ndensare au valori pozitive , așa cum se vede din
tabelul 6, ceea ce explică de ce nu cleele lor sunt mai instabile.
Izotop Masa atomic ă Fracț iunea de
condensare 103∙f Defectul de masă
∆m, u.a.m.
MeV
H 1,0078 +78,20 – –
Li 7,0160 +22,90 40,44 37,65
B 11,0093 +8,45 81,76 76,01
C 12,0000 0,00 98,89 91,96
N 14,0031 +2,21 112,20 104,40
O 15,9949 -3,19 136,90 127,30
F 18,9984 -0,84 158,60 147,50

35
P 30,9738 -8,45 282,10 262,30
Cl 34,9688 -8,91 320,00 297,60
Fe 55,9349 -11,6 528,20 491,20
U 238,0508 +2,13 1933,00 1797,00

Tabelul 5 Fracțiile de condensare ale unor izotopi

I.2.6 Modele nucleare

Referitor la aranjarea protonului î n nucleul atomic s -au elaborat mai multe modele, dintre
care cele mai importante sunt prezentate în cele ce urmează .
a) Modelul pică turii, elaborat de N.Bohr (1939) , compară nucleul cu o picătură de lic hid.
Datorită existenț ei forțelor nucleare care acționează la distanță scurtă, densitatea nucleelor
reprezentând media densității nucleonilor este constantă, iar volumul lor crește proporțional cu
numărul atomic A. Dacă se consideră volumul nucleului drept o sferă cu raza R atu nci:
R=r 0A
unde:
r0-factor de proporționalitate ș i este egal cu 1,4∙ 10-13cm (raza unui n ucleu)
Analogia dintre nucleu și picătura de lichid se bazează pe următoarele: volumul picăturii
crește proporțional cu numă rul particulelor constituent e, densitatea rămâne constantă, energia de
legătură a unei molecule nu depinde de mă rimea molecule i, între molecule acționează fo rțe pe o
distanță foarte scurtă (forț e Van der Waals),etc.
b) Modelul î n straturi , elaborat de Bartllet și independent de Gapon și Ivanenko(1932),
admite că în interiorul nucleului există nivele de energie ca și în inveliș ul electronic. Fiecare
nivel este ocupat de ma ximum 4 particule: doi protoni ș i doi neutroni de spin opus. Acest e nivele
nucleare sunt grupate în straturi care conțin un număr maxim de nucleoni de același fel,
corespunză tor numerelor magice ale nucleului: 2,8 ,20,28,50,82 și 126. Nucleele ale căror număr
de protoni Z și c el de neutroni N corespunde acestor numere sunt deosebit de stabile, de
exemplu: He, O, Ca , Pb, etc. De asem enea emisia de particule α de că tre elementele radioactive

36
corespunde emisiei nucleonilor strâns legați î ntr-un nivel energetic nuclear. Dovezi asupra
modelului statificat al nucleului sunt date de spectrul discontinuu al ra diatiilor α si γ, ceea ce
indică conținutul energetic diferit î n nucleu.
c) Modelul generalizat, este m odelul cel mai adecvat și reprezintă o îmbinare a
modelului picăturii, care consideră nucleul în ansamblu și modelul în straturi care ține seama de
existeța individuală ș i caracteristicile nucleonilor din nucleu.

37
CAPITOLUL II – SISTEMUL PERIODIC AL ELEMENTELOR
II.1 Scurt isto ric

O dată cu descoperire a a numeroase elemente chimice și cu adâncirea cunoștințelor
despre structura și proprietăț ile fizico -chimice ale acestora, a apărut necesitatea clasifică rii lo r.
Primele lucrări î n acest sens, atribuite lui L.I.Thenard, presupun o variantă de clasificare a
elementelor în funcți e de caracterul oxizilor acesora. Ulterior J.L.Berzelius (1891) încearcă o
departajare a elementelor după caracterul electrochimic, împățindu -le în elemente
electropozitive ș i elemente elec tronegative, iar J.B. Dumas după comportarea lor față de
hidrogen.
Pe baza asemănării unor proprietăț i fizico – chimice , J.B.Doberenier (1929) descoperă
existenț a unor triade de elemente: Li-Na-K, Ca -Sr-Ba, S -Se-Te și Cl-Br-I.
În anul 186 2 A.E .B. Chancourtois elaborează un sistem de clasificare în spirală, sistem
în care elementele sunt situate pe o curbă elicoidală în spațiu în ordinea greutăț ilor atomice.
Elementele care se aflau unele sub altele, pe generato area spiralei, aveau proprietăți
asemănă toare.
Un progres important în gă sirea unui criteriu de clasificare l -a înregistrat J.A.R.Newlands
(1865) când în urma scrierii elementelor în ordine crescă toare a maselor atomice, a observat că
acestea pot fi împărțite în șapte grupe de câte opt elemente și că la fiecare al optulea element are
loc o repetare a proprietăț ilor lor (tabelul 7). De aceea prin analogie cu cele ș apte interval e ale
scării muzicale o d efinește ca legea octavelor.

38

Tabelul 6 Octavele lui J.A.R. Newlands
Luând în considerare masele atomice și proprietățile fizico -chimice, L. Meyer, publică în
anul 1864 un tabel cu șase coloane (tabelul 8). H
Li
Be
B
C
N
O F
Na
Mg
Al
Si
P
S Cl
K
Ca
Cr
Ti
Mn
Fe Co,Ni
Cu
Zn
Y
In
As
Se Br
Rb
Sr
Ce,La
Zr
Dy,Mo
Rh,Ru Pd
Ag
Cd
U
Sn
Sb
Te I
Cs
Ba
Ta
W
Nb
Au Pt,Ir
Tl
Pb
Th
Mg
Bi
Os
Tabel ul 7 Grupele lui Meyer –
C
Si
–
Sn
Pb –
N
P
As
Sb
Bi –
O
S
Se
Te
– –
F
Cl
Br
I
– Li
Na
K
Rb
Cs
(Tl) (Be)
Mg
Ca
Sr
Ba
–

39
II.2 Legea periodicităț ii elementelor

Pornind de la concepția că proprietatea cea mai importantă a unui atom este masa lui,
D.I.Mendeleev (1869) o utilizează ca bază î n sistematizarea el ementelor chimice . Astfel aranjând
elementele în ordinea creș terii maselor atomice, a constatat c ă pentru fiecare element există ,
după un numă r oarec are de elemente, un element asemănător. Î n acest fel Mendeleev a
descoperit legea periodicităț ii elemetelor, una dintre legile cele mai generale ale naturii și bogată
în consecințe și aplicaț ii. Descoperirea acestei legi impresionează și prin aceea că descoperirea
se baza n umai pe datele asupra proprietăț ilor fizice și chimice obișnuite, atomul fiind considerat
în această perioad ă, ca particulă indivizibilă. Fără a cunoaște cauzele variației p eriodice a
proprietăț ilor elementelor , Mendeleev a formulat legea periodicității elementelor , conform
căreia proprietăț ile e lementelor chimice și ale combinaț iilor lor sunt funcți uni periodice ale
maselor lor atomice.
Pe baza legii periodicității el ementelor, Mendeleev a elaborat un sistem periodic alcătuit
din 62 de elemente ( figura 10 )

Figur a 10 Tabelul lui Mendeleev

40

Deși din tabel lipseau elementele: galiu, scandiu, germaniu , gazele rare, tecnețiu, reniu,
hafnium și cu câteva excepț ii (ceriu , praseo dium, toriu, uraniu), lantanidele ș i actinidele, meritul
deosebit al lui Mendeleev este ș i acela că î n sistematizarea elemente lor, nu s -a limitat numai la
înșirarea lor în ordinea creș terii maselor atomi ce.
Pe baza legii periodicității, a dedus existența ș i a altor elem ente necunoscute la acea
vreme ș i prin comparare cu vecinii , a prevă zut prop rietăț ile acestora. Pe acestea le -a numit : eka –
bor ( 21Sc ), eka-aluminiu ( 31Ga), eka -siliciu ( 32 Ge), eka -mangan ( 43Tc), dvi-manga ( 75Re),
eka-telur( 84Po); prefixele “eka” ș i “dvi” provin din limba sanscrită însemnâ nd primul respectiv
al doilea. Sistemul periodic elaborat , i-a oferit lui D.I.Mendeleev o metodă nouă pentru
determinarea maselor atomice, permițându -i corectarea acestora la o serie de elemente (telur,
indiu, toriu, uraniu, etc.). De asemenea , observând unele neconcordanțe indicate de proprietăț ile
fizico-chimice în așezarea lor î n siste mul periodic , D.I.Mendeleev a î nscris unele el emente mai
grele în fața altora mai uș oare: 127,6 Te înaintea 126,9 I; 58,9 Co înaintea 58,7Ni; 39,9 Ar
înaintea 39,1K; 232,13 Th înaintea 231,0 Po. Aceste inversiuni au fost ulterior confirmate pe
deplin de justeț ea lor. Prin cercetările sale efectuate î ntre anii 1913 -1914 G. Moseley, a
confirmat numere le de ordine (Z) ale locurilor î n care su nt situate diferitele elemente î n sistemul
periodic, stabilind to todată și care sunt omisiunile și elementele ce urmează a fi descoper ite.
Prin introd ucerea noțiunii de număr atomic , numărul de ordine Z își dobândește adevarata sa
semnificație și sens fizic, el corespunzâ nd cu numărul de sarcini poz itive din nucle u, eg al cu
numărul de electroni din î nveliș ul atomului neutru.
II.3 Forme moderne ale sistemului periodic

La scurt timp după publicarea sistemulu i periodic al lui D.I.Mendeleev , au fost
descoperi te o parte din elementele prevă zute de acesta. Astfel Lecoq de Boisbaudran
descoperă galiu (1875), L.F. Nilson ș i P.Th.Cleve scandium (1879) , C.Wi nkler germaniu(1888),
Rayleigh și Ramsay gazele rare, Marie și Pierre Curie polonium ș i radiu (1898) pentru ca î n anul
1914 să fie cunoscute aproape toate e lementele cu Z=1 până la Z =92. Cele patru elemente omise
din si stem (Z=43,61 ,85 si 8 7) au fost sintetizate ulterior î n perioada 1937 -1947.

41
Trebuie remarcat faptul că după anul 1900, când au fost descoperite un numă r mare de
elemente radioactive (membre ale familiilor radioac tive naturale), s-au ivit greutăți legate de
așezarea lor în sist emul periodic; acestea au fost înlă turate de descoperir ea fenomenului de
izotopie de către E. Rutherford și F. Soday (190 4).
În baza acestor descoperiri de noi elemente, N. Bohr a completat forma scurtă a
sistemului periodic emisă de D.I.Mendel eev cu grupa gazelor rare precum ș i cu celelalte
elemente noi descoperite.Acest siste m prezentat,(tabelul 4.4) constă din șapte ș iruri orizo ntale
numite perioade (1 -7) conținâ nd câte 2,8,8 ,18,18,32 elemente, perioada a șaptea fiind incompletă
și nouă coloa ne vertical e numite grupe (I -VIII și zero).
Primele șapte grupe cuprind fiecar e câte două subgrupe: principală (A) și respectiv
secundară (B). Grupa a opta ocupă un loc specia l, ea conținând nouă elemente grupate în câte trei
triade în perioadele 4,5 ș i 6 (Fe,Co,Ni,Ru,Rh,Pd,Os,Ir,Pt ).
În acest tabel, cu excepț ia elemen telor din grupa IB (Cu,Ag,Au ) ș i a unor elemente din
grupa a opta, numărul grupei indică numă rul maxim de ox idare al elementului respectiv.
Forma lungă a sistemului periodic a fost elaborat ă de A.Werner. Sub această formă (figura
11),elementele din grupele secundare sunt așezate separat și intercalate între grupele principale
IIA ș i IIIA sub forma unor serii de zece elemente (decade); lantanidele ș i actinidele sunt trecute
separat în două șiruri de câ te 14 elemente fiecare.

42

Elementele electronegative , nemetalele , se găsesc în grupele principale în dreapta și î n
partea de sus a tabelului. Proprietățile metalice se accentuează la elementele din partea stângă jos
a sistemului periodic, iar cele n emetalice la elementele din colț ul dreapta sus. Trecerea de la
metale la nemetale se face treptat, existâ nd o serie de elemente cu proprietăț i intermediare
(semimetal) situate pe diagonala B -Si-As-Te –At. Toate elementele din grupele secundare sunt
metale ș i au un c aracter electropozitiv slab.
Elementele cu numerele de ordine cuprinse între 58 -71 reprezintă lantanoidele și sunt
situate în aceeași casuț ă cu lantanul (Z=57).
Elementele cu numerele de ordine cuprinse î ntre 90 -103 reprezintă clasa actinoidelor și
se găsesc în aceeași căsuță cu actiniul (Z=8 9). Figur a 11 Tabelul periodic al elementelor

43
Elementele electropoz itive, metalele , aparținâ nd gr upelor principale sunt situate î n partea
stângă a tabelului; acestea au proprietăț i caracteristice cum ar fi: culoare, luciu metal ic,
opacitate,maleabilitate, ductibil itate, conductibilitate electrică și termică mare, etc.
II.4 Periodicitatea proprietăților elementelor

La o observație mai atentă asupra sistemului periodic al elementelor, se poate constata că
unele proprietăți ale acestora variază în mod continuu, iar altele după o anumită perioadă.
Proprietățile care depind de nucleul atomului și variază în mod continu u cu numărul atomic și
masa atomică reprezintă clasa proprietăților aperiodice.
Proprietățile elementelor, care variază după o anumită periodicitate și depinde de
structura învelișului electronic formează clasa proprietăților periodice. Periodicitatea
proprietăților elementelor se manifestă din periodicitatea proprietăților chimice sau fizice ale
acestora.
II.4.1 Periodicitatea proprietăților fizice

Toate proprietățile fizice determinate de învelișul electronic al atomilor cum sunt:
volumele și razele a tomice, razele ionice, densitatea, punctele de fierbere, conductibilitățile
termice, electrice, etc, variază periodic.
a) Raza atomică, pentru atomul izolat este mult mai deosebită decât a atomilor legați, aceasta
din urmă depinzând de tipul legăturii chimic e și ca atare se cunosc raze ionice, covalente,
Van der Waals, etc. Raza atomului izolat ( exprimată în nm) se poate evalua cu ajutorul
relației:
γ=0,053n²
Z−σ
unde: n-numărul cuantic principal al stratului exterior; Z – σ -sarcina nucleară
efectivă
În grupele principale, raza atomi că crește cu numărul atomic Z ( datorită sporirii
numărului de straturi electronice), iar în perioade scade d e la grupa I A la grupa VII A (datorită

44
creșterii sarcinii nucleare efective). Așa cum se vede din figura 1 2 cele mai mari valori ale
razelor atomice se găsesc la elementele alcaline cu electronul distinctiv ns1 urmate de elementele
alcalino -pământoase și de gazele rare; valorile cel e mai mici le prezintă elementele din grupa
oxigenului, halogenilor, precum și elementele tranziționale, la acestea din urmă raza atomică
suferind un fenomen de contracție. Gazele rare, au raze atomice mari datorită configurației
electronice stabile, car e determină o ecranare aproape totală a sarcinii nucleare. Mărirea razei
atomice influențează proprietățile fizice și chimice ale elementelor.

b) Volumul atomic are o variație periodică asemănătoare cu a razei ionice.
Reprezentarea grafică a volumului atomic în funcție de numărul atomic este arătată în figura 13
Din reprezentarea grafică se observă că cele mai mari valori le au metalele alcaline,
urmate de gazele rare, metalele alcalino -pământoase, halogenii, elementele din grupa VI A, etc.,
iar cele mai mici, elementele din grupa IV A și metalele tranzițional e. În grupă volumele atomice
cresc de jos în sus.

Figure 12 Variația periodică a razelor atomice cu numărul atomic Z

45

Figura 13 – Variația periodică a volumului atomic cu numărul atomic Z

c) Raza ionică diferă de cea atomică, fiind mai mare pentru anioni și mai mică pentru
cationi. Dacă se compară razele ionilor cu configurația de gaz rar, provenite de la elementele din
grupele principale (fig. 1 4) se constată că ele scad în perioade și cresc în grupe.
În seriil e tranziționale, cu unele excepții la elementele tranziționale d, razele ionilor în
aceeași stare de oxidare scad cu numărul atomic, fenomen deosebit de accentuat în seria
lantanidelor și cunoscut sub denumir ea de contracția lantanidelor.

Figur a 14 Variația p eriodică a razelor ionice cu numărul atomic Z

46
d) Energia de ionizare, adică energia necesară pentru a desprinde unul sau mai mulți electroni din
atomi (ion sau moleculă ), depinde de configurația electronică a elementului respectiv.
Energiile de ionizare sunt pozitive întrucât procesul are loc prin absorbție de energie; în
general acestea sunt funcție de poziția elementului în sistem.
Ele cresc în aceeași perioadă de la stâng a la dreapta, cele mai mici energii de ionizare
avându -le elementele din grupele principale I A și II A , iar cele mai mari le au halogenii și
gazele rare. Pentru aceeași grupă energia de ionizare scade cu creșterea perioadei, datorită măririi
volumului e lementelor și atragerii mai slabe a electronilor de către nucleu. În figura 15 se
reprezintă grafic variația energiilor de ionizare a unor elemente pentru procesul: X (g)-e→X+(g), în
funcție de numărul atomic.

e) Afinitatea pentru electroni, adică energia necesară pentru ca un atom să accepte un
electron cu formarea unui ion negativ este un proces exoterm. Această energie p rovine din
cuplarea spinului electronului acceptat cu spinul partenerului său de pe un orbital din atom
ocupat inițial de un singur electron. În figura 16 sunt reprezentate afinitățile (în eV) pentru
electroni în procesul : X+(g)→X-(g) pentru câteva elemen te.

Figur a 15 Energiile de ionizare ale elementelor în fumcție de numărul atomic Z

47

f) Spectrele optice ale elementelor din aceeași grupă au structură foarte asemănătoare, deoarece
depind de configurația electronică a atomilor.
g) Alte proprietăți fizice ce pot fi reprezentate ca funcții periodice ale numerelor atomice
sunt: punctele de topire și fierbere ale elementelor, structurile cristaline, susceptibilitatea
magnetică.

II.4.2 Periodicitatea proprietăților chimice

a) Caracterul electrochimic, respectiv proprietatea elementelor de a ceda sau accepta
electroni trecând în ioni variază periodic.
Caracterul electropozitiv sau capacitatea de a ceda electroni (manifestată de elementele
din grupele cu caracter metalic) c rește în grupă o dată cu creșterea masei atomice și scade în
perioadă cu numărul grupei.
X → Xn++ ne-
Figura 16 Afinitatea pentru electroni în funcție de numărul atomic Z

48
Caracterul electronegativ sau capacitatea de a accepta electroni (manifestat de elementele
din grupele cu caracter nemetalic) scade în grup ă o dată cu creșterea masei atomice și scade în
perioadă cu numărul grupei.
X + qe- → Xq-
Ca urmare, elementele cele mai puternic electropozitive se găsesc în colțul din stânga jos
al sistemului periodic, iar cele mai puternic electronegative în colțul din dreapta sus al sistemului
periodic.
Cu cât două elemente sunt mai opuse din punct de vedere al caracterului electrochimic,
cu atât tendința lor de a se combina este mai mare.
Limitarea domeniului metalelor și nemetalelor se poate considera că este făcută de
bor,siliciu,arsen,telur,astatiniu.
b) Valența elementelor, este o altă proprietate care, cu unele excepții, variază periodic. Cu
toate că inițial s -a considerat că v alența unui element este egală cu numărul grupei din care face
parte, adică crește de la 1 -8 (de exemplu elementele din grupa I A sunt monovalente cele din
grupa II A sunt divalente, etc), s -a constatat că la hidrurile elementelor din grupele V -VII A, ca și
la combinațiile acestor elemente cu metale puternic electropozitive, această regulă nu mai are
valabilitate. De asemenea, dintre metalele din grupa VIII B, numai ruteniu și osmiu formează
RuO 4 si OsO 4 adică manifestă valența opt. Tot așa cuprul și aur ul (elemente din grupa I B)
manifestă valențe superioare valenței I.
În mod curent se preferă înlocuirea noțiunii de valență cu noțiunea de stare sau număr
de oxidare. Astfel un element care se combină cu un element mai electronegativ decât el are o
stare de oxidare pozitivă, respectiv dacă se combină cu un element mai electropozitiv decât el are
o stare de oxidare negativă. De exemplu în combinația LiH, hidrogenul are starea de oxidare -1,
pe când în HCl are starea de oxidare +1.
Pe baza acestei conce pții se poate confirma următoarele:
– în combinațiile cu elementele mai electronegative decât ele, stările de oxidare maxime
ale elementelor sunt pozitive și egale cu numărul grupei (A sau B) din sistemul periodic

49
Exemplu: MnO 4-: Mn7+;CaO: Ca2+; As 2O5: As5+; Al 2O3: Al3+; SO 42-: S6+
– în combinațiile cu elementele mai electropozitive decât ele, stările de oxidare maxime a
elementelor sunt negative și egale cu diferența dintre cifra opt și numărul grupei din sistemul
periodic din care face par te elementul respectiv.
Exemplu: HCl: Cl-1(8-7=1); H 2O: O2-(8-6=2); AsH 3:As3-(8-5=3); SiH 4:Si4-(8-4=4)
c) Caracterul bazic și acid al unor compuși ai elementelor variază în funcție de caracterul
electropozitiv sau electronegativ al elementului respe ctiv. În grupele principale ale sistemului
periodic caracterul bazic al hidroxizilor crește cu creșterea electropozitivității elementului de la
care derivă; bazele cele mai tari derivă de la metalele alcaline. Analog, tăria oxiacizilor crește cu
numărul g rupei și scade de sus în jos. Caracterul acid al combinațiilor binare ale hidrogenului
,crește în perioadă cu numărul grupei și scade în grupă de sus în jos.

II.5 Învelișul de electroni al atomului
II.5.1 Descoperirea electronului

a) Razele catodice
După cum se știe, în condiții normale, aerul sau alte gaze nu conduc curentul electric.
Astfel, la aplicarea unei diferențe de potențial de circa 10000 V la doi electrozi metalici aflați la
capetele unui tub de sticlă închis în care se află aer nu se const ată trecerea curentului electric. La
micșorarea presiunii din tubul de sticlă se constată trecerea curentului electic însoțită uneori de
efecte luminoase.Astfel micșorând presiunea sub un torr în interiorul tubului apar benzi
luminoase a căror intensitate scade cu scăderea presiunii;la un vid sub 0,01 torr benzile
luminoase dispar,dar in partea opusă catodului, sticla tubului capată o fluorescență verzuie.
Fluorescența se datorează lovirii pereților tubului de către particule emise de
catod,particule care formează razele catodice și care, după demonstrațiile experimentale ale lui
J.B.(1895) și J.J.Thomson(1897) sunt incărcate negative;G.S.Stoney(1980) a numit aceste
particule electroni.

50
b) Razele pozitive sau razele canal
În anul 1886, E. Gold a observat, că dacă într -un tub de descărcări electrice se folosește
drept catod un disc perforat, la presiuni nu prea scăzute, se formeză radiații colorate care se
propagă prin orificiile catotului în direcția opusă anodului; aceste raze anodice sau raze canal
sunt formate din ioni încărcați pozitiv ai anodului și sunt deviate de un câmp magnetic în mod
invers razele catodice. S -a dedus că moleculele de gaz conținut în tub pierd electroni și formează
ioni pozitivi. Electronii sunt atrași de anod și constituie o part e din fascicolul catodic. Noii
electoni puși în libertate se îndreaptă spre anod și formează cea mai mare parte a fasciculului
catodic.
c) Efectul termoelectric
Richardson a demonstrat experimental în anul 1901 că anumite metale, aduse la
incandescență emi t particule incărcate negativ din punct de vedere electric: electroni.
d) Efectul fotoelectric
Faptul că electronul este un constituient al atomului a fost demonstrat și de efectul
fotoelectric, efect ce constă în emiterea de electroni de către unele metal e supuse acțiunii luminii
ultraviolete.
e) Descoperirea razelor X
În anul 1895 W.K.Rӧntgen a observat, că dacă în calea razelor catodice, produse într -un
tub de sticlă vidat se introduce o placă metalică, numită anticatod, aceasta emite radiații care au o
putere de pătrundere mare. Acestea pot impresiona plăci fotografice, produc fluorescența
anumitor săruri, pot ioniza gaze și nu au sarcină electrică, ele au fost numite raze X sau raze
Rӧntgen.
Razele X sunt radiații electromagnetice de aceeași natură ca și lumina, dar de lungime de
undă mai mică.
Astfel, în clasificarea radiațiilor după frecvența lor, ele sunt situate între razele
ultraviolete și radiațiile Y provenite în urma dezintegrărilor radioactive.
f) Descoperirea radioactivității
În urma descoper irii razelor X fluorescența unor minerale era presupusă a fi datorată
acestor raze. În anul 1896 H.Becquerel a observat și demonstrat că mineralele și compușii care
conțin uraniu chiar dacă nu sunt fluorescente emit radiații asemănătoare razelor X.
Propri etatea unor elemente de a emite spontan radiații a fost numită radioactivitate, iar

51
elementele respective, elemente radioactive. Radioactivitatea este un proces în care nucleele
atomice se dezintegrează spontan, iar radiația emisă nu este dependentă de f orma în care se
găsește elementul radioactiv. Dezintegrarea radioactivă este un proces spontan și nu poate fi
accelerată sau întarziată prin metodele fizice sau chimice obișnuite, în timpul dezintegrării se
eliberează energie. Fenomenele prezentate mai su s demonstrează că atomul nu are o structură
unitară, ci este format din particule mai mici.

II.5.2 Caracteristicile electronului

Folosindu -se de devierile suferite de un fascicul de electroni atât în câmp magnetic cât și
în câmp electric, Thomson a dedus viteza razelor catodice și implicit raportul între sarcina
electică și masa unui electron. Pe bază experimentală el a ajuns la co ncluzia că electronii au
sarcină negativă și sunt constituienți ai materiei.
Așadar electronul, notat cu e-, are sarcina electrică negativă, și valoarea e/m e=1,7589∙108
C∙g-1.
Sarcina electrică a electronului , la a cărei determinare o contribuție importa ntă a avut -o și
R.A.Millikan(1913), are valoarea:
e=1,602.10-19C,
sau e=4,803.10-10u.e.s
Masa electronului , dedusă din raportul e/m e, are valoarea:
me=9,108∙10-31kg
sau m e=1/1883 din masa atomului de hidrogen.
Raza electronului este de 2,8177∙10-13cm.

II.5.3 Structura î nvelișului electronic

Variaț ia per iodică a proprietăților elementelor este legată de modificările în structura
înveliș ului electronic al atomilor.

52
Elementul cu numă rul atomic Z=1, hidrogenul , are un singur electron situat în stratul
K(n=1); urmează heliul cu numă rul de ordine doi, care ar e doi electroni în stratul K și cu care se
încheie prima perioadă a sistemului (1s2).
Începâ nd cu litiul, elementu l cu numă rul atomic Z=3, se î ncepe completarea celui de -al
doilea strat electronic L, care se completează cu câte un electron pe măsură ce cre ște numărul
atomic al elementului până la neon. Toate aceste elemente, în număr de opt formează perioada a
doua a sistemului periodic (2s22p6).
În mod similar sunt alcătuite înveliș urile electronice ale elem entelor din perioada a treia ,
în sensul că la ele mentele de la sodiu până la argon se completează stratul electronic M (n=3;
3s23p6).
Completarea straturilor electronice ale elementelor din perioada a patra nu urmează în
aceeași măsur ă regularitatea observată la elementele din perioadele mai mici. La potasiu î ncepe
completarea stratului elec tronic N , completare ce se oprește la calciu. La urmă toarele elemente
de la sca ndiu la cupru, nu se completează treptat un ultim strat electronic N, care ramâ ne cu doi
electroni (sau chiar numai cu unul) , ci pe penul timul strat -M, astfel încâ t cuprul are 18 electroni
pe stratul M. La elementele de după cupru se continuă completarea stratului N, care î n caz ul
kriptonului are 8 elect roni. În perioada a cincea completarea straturilor electronice se face analog
perioadei a patra , adică de la rubidiu î ncepe completarea stratului O (n=5 ). Completarea cu
electroni se î ntrerupe de la ytriu la argint, când elementele cuprinse în același int erval își
completează stratul penultim : N; de la indiu la xenon urmeză din nou compl etarea stratului
exterior: O.
La elementele din perioadele a șasea și a șaptea distribuț ia electronilor pe nivele
energetic e se face analog, cu deosebirea că la cele 14 e lemente de după lantan se completează
stratul antipenultim, stratul N, până la 32 electr oni, după cum la elementele după actiniu, începe
comple tarea stratului O . Din cele arătate mai sus se observă că la elementele di n perioadele mari
are loc, pe lângă completarea stratului electronic exterior ș i completarea straturilor electronice
interioare. Pentru a înțelege configurația electronilor ș i completarea straturilor e lectronice a
atomilor trebuie să se țină seama de principiul de stabilitate , prin cipiul e xcluziunii a lui Pauli ș i
regula lui Hund. În figura 17 se prezintă distribuț ia electronilo r în orbitalii atomici în ordinea

53
creșterii aproximative a n ivelelor de energie . Se observă succesiunea :
1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5 s,4d,5p,6s,4f,5d,… .
Această rep rezentare are o aproximație față de realitate , existând însă și unele excepții la
așezarea electronilor în orbitali.
Comparând așezarea elementelor î n sistemul periodic cu ocuparea orbitalilor cu electroni
se constată că numărul perioadei în care se află elementul este egal cu numă rul stratului
(K,L,M,N,….) aflat î n curs de compl etare , iar numă rul atomic al elementelor este egal cu
numă rul electronilor di n atom. De asemenea , se observă că la elementel e din grupele
principale , numărul grupei este egal cu numărul de electroni aflaț i pe ultimul strat electronic .
Structura ele ctronică explică variația periodică a proprietăților elementelor î n sistem,
acestea fiind determinate de configurația electronică a elementelor, configuraț ie care după un
anumit numă r, se repetă .

54

Atomii elementelor așezate în aceeași grupă au în general , aceeași configurație
electronică în stratul exterior așa încâ t straturile electronice ale tuturor elementelor pot fi
încadrate într -un numă r mic de straturi e lectronice, pe grupe. Proprietăț ile chimice ale unui
elem ent sunt influențate în cea mai mare măsură de structura stratului electronic exterior și mai
puțin de structura stratului penultim și antepenul tim. De ceea în perioadele mici , proprietăț ile
chimice ale elementelor diferă mai mult între ele. Î n perioadel e mari , în care elementele își
completează stratul penultim , proprietățile acest ora sunt asemănătoare , iar în cele ale căror atomi

Figura 17 Distribuirea electronilor în orbitalii atomici

55
își completează stratul penultim sunt aproape identice din punct de veder e al proprietăților
chimice.
Din cele ară tate mai sus se pot d istinge trei tipuri de structuri electronice:
1. Structuri elec tronice cu electro n distinctiv î n stratul exterior în car e sunt ocupate
substraturile s ș i p din s tratul exterior, care poate conț ine 1 -8 electroni. Elementele respective
alcătuiesc opt grupe principale ale s istemului periodic cu configuraț iile electronice ns1,ns2 pentru
grupa I -II și respectiv ns2np1-ns2-np6 pentru grupele III -VIII . Configurația electronică de cea mai
mare stabilitate este cea a atomului din grupa a -VIII-a ; element ele vecine acestei grupe tind să
dobândească o asemenea configuraț ie prin cedare s au acceptare de electroni. Elementele din
grupele I -III principale manifestă tendinț a de a ceda 1 -3 electroni pentru a dobândi configuraț ia
gazului rar din perioada precedentă; așa se explică caracterul electropozitiv. Elementele din
grupele principale VII ,VI, și V au tendinț a de a accepta 1,2,3 electroni pentru a trece la
configurația stabilă a gazului rar din aceeași perioadă ; aceste elemente au caracter electronegativ.
2. Structuri ele ctronice cu electron distinctiv î n stratul penultim. Elementele care posedă
o asemenea configurație electronică alcătuiesc grupele secundare ale sistemului periodic; sunt
elemente tranziționale.
Configuraț iile electronice ale atomilor r espectivi au structura identică , (n-1)dx,ns2, adică
în ultimul strat (n) se găsesc doi electroni , iar î n penultimul strat (d) se pot afla x electroni, unde
x=1-10. Atomii elementelor tranziț ionale pot ceda electronii din stratul exterior (ns2) formând
ioni electropozitivi divalenți. În afară de a ceasta, la formarea legăturilor , mai pot interveni până
la 5 electroni din penul timul strat; așa se explică , de exemplu existenț a unor ioni Sc3+, Ti4+ etc.
Spre deosebire de el ementele din grupele principale , nu toți ionii elementelor tranziționale pot
avea configuraț ia de gaz rar.
3. Structuri electronice cu electronul dist inctiv î n antepenultimul strat. Elementele din
această categorie sunt situate î n perioadele 6 și 7 și formează grupa lantanidelor ș i actinidelor.
Aceste elemente au configurația electronică (n-2)x, (n-1)d, ns2, adică în ultimul strat (n)
se gă sesc doi electroni, î n penultimul (n -1) un electron, iar antepenulti mul s trat (f) 1 -14 electroni.
Așadar , atomii lantanidelor și actinidelor conțin două straturi periferice incomplete și un strat (
antepenultim) î n cur s de c ompletare.

56
Configuraț ia electronic ă a straturilor exterioare explică trivalenț a elementelor respective
prin cedarea a trei electroni [ns2 si (n-1)d1],precum comportarea ca ioni divalenți ( prin cedarea
celor doi electroni ns2). Acești ioni de regulă , nu au configuraț ie de gaz rar.

II.5.4 Orbitali hidrogenoizi

Analog orbitelor din modelul lui Bohr, orbitalii rezultați din calculele de mecanică
cuantică sunt caracterizați prin trei numere cuantice n, l și m, care determină energia și simetria
spațială a orbitelor și care pot avea următoarele valori:
n=1,2,………………… ∞
l=0,1,2,……………..n -l
m=0,±1,±2,……….±l
Numărul cuantic principal, determină nivelele principale de energie din atom; pentru
un număr cuantic principal există n2 orbitali, care se deosebesc între ei prin distribuția în spațiu.
Numărul cuantic azimutal, indică simetria orbitalului, valoarea lui fiind determinată de
numărul cuntic principal. Acești orbitali se notează printr -un număr și o literă ; pentru
l=0,1,2,3,4,5, orbitalii se numesc s,p,d,f,g,h .
Numărul cuantic magnetic , determină orientarea orbi talilor și ia valori de la –l la +l.

Orbitalii s
Orbitalul ocupat de electronul atomului de hidrogen în starea lui fundamentală sau
orbitalul 1s este caracterizat prin numerele cuantice: n=1 și l= 0;1. Orbitalul de tip s are o
simetrie sferică cu nucl eul în centrul acesteia (figura 1 8); densitatea electronică este o sferă cu
raza de aproximativ 0,53 Å.

57

Figura 18 Orbitalul s

Pentru numerele cuantice n = 2 și l =0 ( orbitalul 2s) ,densitatea maximă este limitată de
o sferă cu raza mai mare de 0,53Å. Regiunea de densitate maximă 2s este delimitată de regiunea
de densitate maximă 1s, concentric ei printr -o suprafață nodală tot s ferică; tot așa pentru n=3 și
l=0 densitatea electronică are trei maxime, distribuite pe trei suprafețe concentrice în care
|Ψ|2=0. Variația densitații funcției în raport cu raza orbitalului este reprezentată în figura 1 9.

Orbitalii p
Orbitalii p apar începând cu n=2, fiecare strat principal având trei orbitali p, coliniari cu axele
x,y și z. Densitatea electronică a acestora este maximă de o parte și de alta a nodului, la nucleu
acesta având valoarea zero. Forma orbitelor p este bilobară, având doar o simetrie axială față de
axele ce -I străbat, nucleul fiind situat la intersecția acestora . De aici notația cu p x,py,pz.
Orbitalii de tip p nu au suprafețe nodale ( figura 20).

Figura 19 Variația densității │ψ│² în raport cu orbitalul

58

Orbitalii d
Orbitalii d apar începând cu n=3, fiecare strat principal având cinci orbitali d cu suprafețe
limită mult mai complexe decât a orbitalilor s și p, forma acestora fiind tetralobară. Orbitalul dz2
este simetric în raport cu axa z; orbitalii d xy,dxz și d yz sunt identici dar se găsesc în planurile xy xz
și yz, orbitalul d x2- y2 este identic cu orbitalul de tip d xy numai că este rotit cu 45o in jurul axei z.
Geometria acestora este aratată în figura 21: .

Figura 20 Orbitali atomici 2p
Figura 21 Orbitali atomici d

59
Orbitalii f
Începând cu n=4 fiecare strat principal conține 7 orbitali f; sunt octolobari și au simetrii spațiale
mai complicate. Geometria acestora este indicată în figura următoare:

II.5.5 Straturi și substraturi, ocuparea lor cu electroni

Toți orbitalii cu același număr cuantic principal n, formează un strat care se notează cu
numere sau litere: K pentru n=1; L pentru n=2; M pentru n=3; N pentru n=4; etc. Setul de orbitali
cu aceleași valori pentru n și l formează un substrat; orbitalii aceluiași substrat cu energii egale,
dar simetrii diferite față de sistemul de coordonate. Pentru primele patru numere cuantice n, în
tabelul 3 se prezintă tipurile și numărul de orbitali.

Figura 22 Orbitali atomici f

60

Tabel ul 9 Tipuri de orbitali și numere cuantice

Ecuația de undă a lui Schrӧdinger este valabilă și se poate rezolva doar pentru atomul de
hidrogen; în cazul atomilor mai grei rezolvarea acesteia se poate face numai pe baza unor
aproximații matematice și rezultate experimentale care pot furniza unele date pentru metodele
semiempirice de calcul.
Astfel s -a stabilit că și la atomii mai grei, ca și la atomul de hidrogen orbitalii sunt
repartizați în straturi și sunt caracterizați prin numerele cuantice respective (n, l, m). Spre
deosebire de atomii de hidrogen, unde orbitalii cu același număr cuantic n au aceeași energie, la
atomii mai grei care au orbitali superiori ocupați cu electroni, energiile diferiților atomi, chiar și
în stare fundamentală, sunt diferite față de atomul de hidrogen.
Formularea configurației electronice a atomilor s e face indicând în mod succesiv, după
distribuția în straturile învelișului electronic, numerele cuantice n și l. De exemplu, configurația
electronică a sodiului (Z Na=11) este: 1s22s22p63s1. Aceasta înseamnă că în stratul K (n=1, l=0)
notat cu 1s2 se află doi electroni; în stratul L (n=2,l=0 si l=1) notat cu 2s22p6 există opt electroni,
iar in stratul M (n=3,l=0) notat cu 3s1 există un singur electron. Strat Numere cuantice Tipul si numarul
orbitalilor Nr. total de
orbital (n2)
K n=1;l=0 1 orbital s 1

L n=2;l=0 1 orbital s
4 l=1 3 orbitali p

M n=3; l=0 1 orbital s
9 l=1 3 orbitali p
l=2 5 orbitali d

N n=4; l=0 1 orbital s
16 l=1 3 orbitali p
l=2 5 orbitali d
l=3 7 orbitali f

61
Ocuparea straturilor cu electroni se face conform următoarelor principii:
1. Principiul stabilității. El ectronii ocupă în stare fundamentală nivelele de cea mai joasă
energie, fapt ce conferă atomului stabilitate maximă.
2. Principiul de excludere a lui Pauli. Doi electoni din același atom nu pot avea cele
patru numere cuantice identice, un orbital este car acterizat prin trei numere cuantice (n,m și l),
astfel că limitează numărul maxim de electroni de pe un strat (n) la n2.
3. Regula lui Hund . Electronii se distribuie într -un atom, astfel că numărul electronilor
cu spin antiparalel (necuplați) în orbital c u aceeași energie (cu aceleași numere cuantice n și l) să
fie cât mai mare.
De exemplu pentru atomul de oxigen configurația electronică este :

1s² 2s² 2p4

Ordinea ocupării orbitalilor cu electroni este prezentată în figura 23:

↑↓
↑↓
↑↓

↑↓ ↑
↑

62

Figura 23 Nivele energetice ale orbitalilor

63
CAPITOLUL II I – MODELE . MODELAREA ÎN STUDIUL
ATOMULUI ȘI STRUCTURII ACESTUIA
III.1 Generalități despre modelare

Modelarea reprezintă metoda care, prin intermediul unor copii materiale, denumite
modele, este capabilă să reproducă caracteristici esențiale ale obiectelor, sistemelor
obiectuale și fenomenelor originale sau să ofere inf ormații despre ele. Metoda modelării
utilizată în predarea – învățarea chimiei nu constituie o cale de contact nemijlocit cu
realitatea, deoarece modelul unui fenomen sau al unei structuri nu reprezintă fenomenul sau
structura în sine.
Modelarea are la ba ză analogia dintre model și sistemul mod elat. Prin caracteristicile
lor, atunci când reproduc elementele esențiale, modelele sunt capabile să ofere informații, să
ajute la cunoașterea unor fenomene și la rezolvarea unor probleme teoretice și practice.
Elaborarea unui model presupune eliminarea unui număr cât mai mare de aspecte
neesențiale, necaracteristice ale fenomenului studiat și evidențierea celor esențiale.
Dacă de exemplu, în cuprinsul unui desen ilustrăm structura unor atomi, înseamnă că
materiali zăm relațiile și legăturile respective dintre atomi, iar acțiunea cu elevii capătă o
formă materializată. În acest fel, ceea ce nu este accesibil în formă materială autentică devine
accesibil cu ajutorul modelului. Modelul ne apare, astfel ca o materializ are a activității
mintale sau a unor laturi ale acesteia, sau, invers, o idealizare a unei activități materializate.
Modelul este un sistem material sau logico -matematic care reproduce în esență sau
parțial originalul, cu scopul de a -i descoperi noi propr ietăți.
III.1.1 Caracteristicile modelului

Caracteristicile modelelor ca mijloc de cunoaștere a realității pot fi rezumate astfel:
 modelul este o simplificare a originalului. El desprinde numai un aspect al originalului
nereproducând originalul în vederea studierii acestuia;

64
 modelul este o reprezentare lărgită a originalului, în sensul că nu reprezintă doar o
analogie a proprietăților acestuia, ci sugerează și proprietățile necunoscute ale
originalului;
 modelul conține un element ipotetic, având toate tră săturile generate de ipoteza științifică;
 modelul conține un element de imaginație științifică, fiind un produs al activității de
sinteză.
Pentru a fi folositor un model trebuie să satisfacă următoarele necesități:
 să fie fidel;
 analogiile să fie funcționale;
 să fie simplu.
III.1.2 Tipuri de modele

Modelarea, concepută ca un proces de cunoaștere , implică mai multe tipuri de
modele, respectiv de modelare:
 modelarea similară;
 modelarea prin analogie.
Modelarea similară, se realizează prin intermediul modelelor materiale care reproduc
sistemul original, forma exterioară și structura internă a acestuia pentru a -l face accesibil
studiului.
Modelarea similară, funtamentată pe așa -numita teorie a similitudinii, își găsește
corespondența în cons trucția artificială a unor obiecte izomorfe de tipul modelelor materiale
denumite adeseori obiectuale sau substanțiale, fizice sau concrete, tehnice sau intuitive.
În învățarea chimiei se folosesc frecvent modele materiale. Acestea se folosesc în
învățarea unor noțiuni, concepte, fenomene mai greu accesibile, făcându -se într -o primă
etapă prezentarea modelului material care ușurează trecerea pe modelul ideal, dezvoltând
astfel flexibilitatea gândirii elevilor.
Modelarea prin analogie se bazează pe asem ănarea dintre model și original, care nu este
o asemănare perfectă, ci din punct de vedere esențial.

65
Modelarea prin analogie se realizează prin modele ideale sau teoretice. Modelele ideale
sunt modele formate din simboluri și semne intuitive, de aceea se mai numesc și modele
simbolice.
Din categoria modelelor iconice fac parte:
 modele grafice;
 modele matematice;
 modele logice.
Din perspectiva procesului didactic, modelarea reprezintă o metodă de învățare și
instruire cu multiple valențe:
 facilitează dezvoltarea „modalității de reprezentare simbolică a realității”;
 familiarizează elevul cu raționamentul prin analogie, înlesnește procesele de
abstractizare, generalizare și idealizare;
 antrenează elevii în tehnica observației sistematice;
 inițiază elevi i în modul de gândire specific și îi informează asupra evoluției
cunoașterii științifice;
 contribuie la crearea unei perspective sistemice asupra conținutului științific al
chimiei , famialiarizând elevii cu un număr mare de modele fundamentale și cu care
acestea se corelează în teorii;
 evidențiază modul în care cunoașterea științifică este validată, deoarece implică elevii
în evaluarea modelelor științifice prin confruntarea elementelor sale cu datele
experimentale.
Totuși există și o limitare în utilizare a modelării ca metodă didactică în predarea chimiei
și anume:
 în procesul didactic s -a realizat analogia cu un sistem, model care nu a fost perfect
asimilat de către elevi;
 modelarea s -a încheiat numai cu menționarea valențelor, nu și a limitelor modelul ui;

66
 neintegrarea cunoștințelor în sistemul cunoștințelor anterioare are ca urmare omiterea
limitelor modelului, limite datorate situației particulare pentru care este construit sau
utilizat modelul.
III.2 O rganizarea învățării prin modele a atomului
III.2.1 Ierarhizarea învățării

Învățarea conceptului de atom este în strânsă corelație cu sfera noțiunilor de materie,
corp, substanță.
În corelație cu acest cuantum de informații, locul studiului atomului se justifică în
momentul în care învățarea conțin utului referitor la aceste noțiuni poate fi realizată într -o
manieră logică și în acord cu particularitățile psihologice ale elevilor.
Din cele arătate mai sus rezultă că în ierarhia învățării logic, când modelarea este
posibilă fără efort de acumulare de noi informații, studiul noțiunii de atom se situează pe o
anumită treaptă a învățării, urmărindu -se continuitatea firească în obținerea de noi
informații, specific domeniului, lărgirea unei sfere informative obținute în învățarea
anterioară și care, prin conținutul lor, să circumscrie conceptului de atom și în același timp
formării de noi capacități intelectuale.
Pe această treaptă a învățării, când elevul este pregătit, având bagajul de informații
necesare, înțelegerea sferei conceptului de atom, acumula rea de cunoștințe tangente din
domeniul fizicii, pătrunderea în sfera de informații din contextul atomului este mult ușurată.
Ținând seama de cele de mai sus, studiul logic al atomului începe în momentul în care elevul
stăpânește noțiunea de materie, cor p, substanță și proprietățile acestora.
Deci studiul atomului urmează ierarhia învățării expusă pe scurt mai jos:
1. Introducerea noțiunii de materie, corp,substanță;
2.Introducerea conceptului de atom;
3.Structura atomului;

67
3.1. Nucleul atomului;
3.2. Învelișul de electroni al atomului;
4.Tabelul periodic al elementelor;
4.1.Relația dintre structura atomului unui element și locul ocupat de acesta în tabelul
periodic;
5. Aplicații practice.
Organizarea învățării a fost realizată în mod științific astfel încât metodologia
didactică să fie corelată cu obiectivele educaționale specific noțiunilor teoretice și practice
aplicative abordate.
Prezentarea acestor obiective educaționale trebuie să urmeze prezentării acestei
organizări metodologice.
III.2.2 Obiec tive educaționale în studiul atomului și structurii acestuia
III.2.2.1 Obiective informative

Cunoașterea:
 definiției atomului;
 structura atomului;
 alcătuirea nucleului;
 alcătuirea învelișului de electroni;
 numărului atomic Z;
 numărului de masă A;
 definirea izotopilor;
 structura învelișului de electroni;
 definirea elementului chimic;
 simbolul elementelor chimice;
 tabelului periodic al elementelor și structura acestuia;

68
 relației între structura atomului unui element și poziția acestuia în tabelul
periodic;
 caracterului metalic;
 caracterului nemetalic;
 electronegativității;
 raze atomice și ionice.
III.2.2.2 Obiective operaționale

Pe parcursul învățării noțiunilor de atom și structura acestuia elevii trebuie să
dovedească următoarele capacități:
 realizarea diferitelor modele ale atomului ;
 calcularea numărului atomic Z și a numărului de masă A;
 identificarea izotopilor;
 așezarea elementelor în tabelul periodic;
 legea periodicității care stă la baza așezării elementelor în tabelul periodic;
 realiz area configurațiilor electronice ale elementelor pe baza structurii atomului
acestora;
 cunoașterea locului ocupat de elementele chimice în tabelul periodic;
 cunoaștera caracterului metalic al elementelor și a variației acestuia în tabelul
periodic;
 cunoașterea caracterului nemetalic al elementelor și variația acestuia în tabelul
periodic;
 cunoașterea razei atomice și ionice și variația lor în tabelul periodic;
 aplicarea cunoștințelor de matematică și fizică în rezolvarea de probleme de chimie
privind atomul și structura acestuia.
III.2. 3 Modele utilizate în studiul atomului și structurii acestuia

În predarea chimiei se folosește, în mod constant, modelarea similară și modelarea prin
analogie.

69
Modelarea similară, se poate realiza cu ajutorul modelelor materiale care reproduc
întocmai originalul (forma exterioară și structura internă a acestuia).
Modelele similare pot fi:
 modele care arată orientarea valențelor în spațiu (unghiurile de valență). Din această
categorie fac parte modelele ace -bilă, introduse în practica chimică de VantʻHoff.
 modele tip schelet (modele Dreiding) care reproduc la scară unghiurile și legăturile de
valență fără a putea prezenta o imagine corectă la atomii sau grupele de atomi care nu
sunt legați direct.
 modele de volum (H.A.Stuart), reprezintă odată cu unghiurile de valență, razele
covalente și razele efective ale atomilor.
În aceste modele atomii sunt reprezentați prin segmente sferice. Pentru atomii
polivalenți, sferele prezintă două,trei sau patru tăieturi. Baza sfe rei este proporțională cu raza
de acțiune a atomului, distanța de la centrul sferei până la planul tăieturii este proporțională
cu raza covalentă, iar unghiul dintre perpendicularele din centrul sferei la planul tăieturilor
este egal cu unghiul de valență. Calotele și modelele sunt confecționate din lemn sau din
material plastic și se colorează diferit, în culori dinainte stabilite pentru fiecare element.
Pentru modelarea structurii unor substanțe cu ajutorul modelelor materiale se
consideră atomii și ionii sfere cu diferite raze, sferele fiind colorate diferit, respectându -se un
cod al culorilor: carbonul -bile de culoare neagră; oxigenul -bile de culoare roșie; azotul -bile
albastre; hidrogenul -bile albe; sulful -bile galbene; halogenii -bile verzi; metalele –bile
argintii.
Structura substanțelor ionice se modelează cu ajutorul unor sfere (care reprezintă ionii
de semn contrar), aceste sfere sunt tangente în cazul unei rețele cristaline. Astfel, analizând
modelul rețelei ionice al clorurii de sodiu, se poate def ini celula elementară ca ,,poliedrul
care, repetat pe direcția celor trei axe de coordonate, reproduce rețeaua". În același timp se
pot caracteriza rețelele ionice astfel:
 în nodurile rețelei sunt particule sferice, necompresibile, cu sarcină electrică (po zitivă
sau negativă) și cu rază bine definită;

70
 interacțiile dintre ioni sunt de natură coulombiană, care acționează în mod egal în
toate direcțiile, interacțiile care acționează în toate direcțiile, interacțiile care
acționează în toate direcțiile fac ca i onii cu un tip de sarcină să fie înconjurați de ioni
cu sarcină opusă. Acesta conduce la o așezare periodică a ionilor într -un cristal ionic.
Clorura de sodiu (NaCl) reprezintă o rețea tipic ionică, formând o rețea cubică cu fețe
centrate. Fiecare cation e ste înconjurat de 6 anioni și invers, într -o dispoziție octaedrică.
Ionii de sodiu Na+ și clorură Cl- sunt așezați alternativ, ionii Cl- ocupă colțurile unui
cub și centrul fețelor, iar cei de Na+ ocupă mijlocul muchiilor și centrul cubului, rezultând o
coordinare 6:6.
Modelul rețelei NaCl pote fi utilizat pentru a calcula volumul ionilor Cl- și a ionilor
de Na+.
Structura moleculelor poate fi reprezentată cu ajutorul diferitelor tipuri de modele, ca
de exemplu modelul material, ale cărui bile și tije po t da informații referitoare la aranjarea
atomilor în molecule (modele spațiale ale moleculelor și cristalelor).
De exemplu, în studierea tipurilor de hibridizare sp3,sp2,sp, pe care le poate adopta
atomul de carbon, modelele teoretice sunt însoțite întotdeauna de modelele materiale
construite cu bile și tije (tijele drepte reprezintă legătura de tip 𝜎 și tijele curbate reprezintă
legăturile de tip π).
Cu ajutorul acesto r modele elevii pot deduce anumite proprietăți ale substanțelor
respective legate de particularitățile lor structurale: pot realiza diferențele dintre lungimile
diferitelor tipuri de legături existente în moleculă, mărimea unghiurilor dintre legăturile
covalente.
Pentru observarea întrepătrunderii orbitalilor atomici și formarea orbitalilor
moleculari, se utilizează modele tip calotă pentru a studia structura moleculelor.
Elevii pot fi solicitați să modeleze structurile electronice ale atomilor ce formează
moleculele sau ionii poliatomici prezentați.

71
În lecțiile de chimie este necesară utilizarea modelelor cu bile și tije dar și modelele
compacte (cu calote). Rolul profesorului este acela de a îndruma elevii în trecerea de pe un
model pe altul, indicând li mitele fiecăruia.
Modelarea prin analogie are la bază asemănarea dintre model și original, care nu este
o asemănare perfectă, ci din punct de vedere esențial și se realizează prin modele ideale sau
teoretice, caracterizate prin absența formei de concretizare fizică.
Chimi a folosește ca modele teoretice, ideale, modelele simbolice: simbolurile
chimice ale elementelor; liniuțele ce indică legăturile simple, duble, triple; punctele care
simbolizează electronii; formulele moleculare și de structurale; săgețile drepte, săgețil e cu
dublu sens, săgețile curbe.
Un model simbolic este o imagine cu o semnificație total diferită de forma sa,
nemijlocit perceptibilă. Astfel simbolul "Cl" nu are nimic în comun, ca aspect, cu clorul, cu
numărul de electroni de pe ultimul strat, cu fapt ul că este un element de tip p.
Din categoria modelelor ideale (simbolice) fac parte: modelele grafice, modelele
matematice, modelele logice.
Modelele grafice se pot prezenta sub mai multe forme: desene pe hârtie, desene pe
tablă sau pe planșă, desene pe foile de retroproiector, construcții grafice pe tablă magnetică.
În chimia anorganică, modelele servesc în special pentru studierea formei cristalelor
și a rețelelor cristaline ale compușilor chimici și vor trebui să ajute elevii să înțeleagă că orice
deformare în structura cristalelor are drept consecință modificarea proprietăților fizice și
chimice ale substanțelor respective.
În studiul noțiunii de atom și structurii acestuia, s -au folosit diverse modele. Un
exemplu ar fi modelul planetar al atomului gândit de Rutherford. În tabelul de mai jos se
ilustrează un proces de modelare referitor la atom și structura acestuia.

72
Etape și demersuri didactice Exemplificare
Transferul de la original la model
 Caracterizarea originalului
Elevii sunt solicitați de profesor să
analizeze originalul, să identifice și să
selecteze trăsăturile care prezintă interes pentru
studiu și să răspundă la următoarea întrebare:
,,Ce însușiri am dori să modelăm?"

 Identificarea unui model
Selecția operației asupra trăsăturilor
originalului permite identificarea unui sistem
care poate servi ca model. Întrebarea care se
pune este: ,,Cu cine se poate asemăna
originalul?"

Concretizarea modelului
 Precizarea analogiei ,,semnificative"
dintre sistemul original sistemul model
(formularea ipotezei de analogie). În Studiul atomului presu pune identificarea
următoarelor proprietăți: masa,
volumul,neutralitatea
electrică,constituenți,tipuri de legături etc.
Atunci când obiectul studiului nu -l
constituie legătura cristalină nu vor
prezenta interes pentru studiu numărul de
valențe sau numărul nucleonilor ori
numărul electronilor.Dacă ceea ce
interesează este explicarea seriilor
spectrale, atunci va prezenta interes modul
în care este constituit atomul adică
tipul,numărul și dispunerea constituienților
în atom, stabilitatea atomului.

Experien ța lui Lenard (1903), care dovedea
că electronii puteau străbate atomii fără a fi
deviați,reprezenta dovada inconsistenței
modelului propus de Thomson. Ca urmare,
la întrebarea ,,Cu cine se poate asmăna un
atom gol pe dinăuntru?" a răspuns Nagaoka
propunân d ca model un ,,sistem solar
miniatural".

În cazul acestei analogii elementele
corespondente sunt:
Soarele -Nucleul
Planetele – Electronii

73
această etapă se caută un răspuns la
întrebarea ,,Ce elemente pot fi puse în
corespondență?"

 formularea, pe baza unei ipoteze de
analogie, a condițiilor de aplicare a
unor ecuații de transformare de la
original la model.
Existența acestei subetape este Forța de atracție – Forța de atracție de
natură
gravitațional ă electrică
Traie ctoria planetelor: -Traiectoria
electronilor:
o elipsă o elipsă
Poate că Rutherford a gândit astfel: ,,Știm
că atomul,neutru din punct de vedere
electric, este alcătuit din nucleu și electroni.
Știm că sarcina pozitivă este localizată,ceea
ce contrazice modelul Thomson. Putem
presupune că, datorită sarcinilor pe care le
posedă atomul, între nucleu(pozitiv) și
electroni(negativi) se exercită forțe
coulombiene de atracție(ca și la nivel
mcroscopic).Pentru ca atomul să emită
energie, electronii trebuie să execute
mișcări accelerate.E adevărat că acest lucru
conduce la ins tabilitatea atomului.Dar la ce
alt model ne -am putea opri?" O astfel de
prezentare a faptelor îi ajută pe elevi să
înțeleagă că, la momentul respectiv,
modelul planetar al atomului la care
Rutherford s -a oprit era, totuși, singura
alegere posibilă.

Pentru modelul atomic aceste limite sunt:
-nucleul este punctiform și fix;
-datorită raportului maselor centrul de masă
a sistemului nucleu -electron coincide cu
centrul de masă al nucleului;

74
determinată de necesitatea de a răspunde
următoarei întrebări: ,,Între limite analog ice
realizăm modelarea?"

 construirea, pe acest temei, a unui
sistem mai puțin complex.
Simplificarea vizează înlăturarea
caracteristicilor particulare, a celor care pot fi
neglijate fără a interveni asupra funcționalității
modelului.Dar nu simplificăm de dragul de a
simplifica, deci trebuie să ne punem întrebarea:
,,Este această simplificare justificată,
rațională?"

Investigația realizată asupra modelului
 identificarea unor proprietăți, altele
decât cele modelate analogie:
,, Ce ma i pot afla utilizând acest model?"
este întrebarea care trebuie neapărat pusă
elevilor, deoarece căutarea modelului este
percepută de elevi ca o finalitate(un scop în
sine).Ei uită adesea adevăratul scop al
modelării: extinderea cunoașterii realizate
asupr a sistemului original.

-mișcarea electronului în atom este
modelată în aproximație nerelativis tă;
-orbita electronului este o elipsă cu nucleul
aflat într -unul din focare;
-electronul nu este considerat punctiform
deoarece acest lucru ar atrage după sine
dificultatea energiei proprii infinite a
electronului.

Pentru modelul planetar al atomului se
poate se poate considera cel mai simplu
atom, atomul de hidrogen, iar orbita
electronului în atom se consideră circulară.
Putem presupune căcentrul de masă a
sistemului electron -nucleu este fix.

De exemplu, cercetarea realizată asupra
modelului planet ar al atomului vizează
stabilitatea orbitei electronului și,
cncomitent, calculul energiei totale a
sistemului electron -nucleu. Acest calcul se
realizează apelând la legile mecanicii
clasice.

75
Transferarea asupra originalului a
rezultatelor obținute prin investigarea
modelului.
-aplicarea,în condiții specificate, a unor relații
de transformare de la model la original.
Rezultatele obținute prin cercetarea modelului
sunt atribuite, în baza raționamentului
analogic,originalului.Deci, întrebarea care se
pune în acest este următoarea:
,,Ce noi caracteristici, transferabile
originalului, prezintă modelul în raport cu
originalul?"
-validarea rezultatelor constă în verificarea
experimentală sau logică a concordanței
rezultatelor tranferate sistemului originalși
formularea concluziilor. Întrebarea care se
pune este: ,,Sunt aceste rezultate
pertinente?"

Evaluarea activității desfășurate
Această etapă este impusă de considerații
de ordin didactic. Astfel, foarte des,
cunoștințele elevilor rămân ancorate asupra
modelului. Pentru a evita acest lucru și a
aprecia relevanța noilor cunoștințe este
necesară confruntarea lor cu cele
anterioare. Evaluarea vizează și procesul
modelării deoarece elevii trebuie inițiați și
cu privire la metodologia aplicării metodei. Pentru modelul atomic studiat cunoștințele
transferte atomu lui(sistemul original)
privesc raza orbitei electronului –care poate
avea orice valoare care nu contrazice
condiția de stabilitate, și energia – care
prezintă un spectru continuu de valori
cuprins între – ∞ și 0.

Această verificare scoate în evidență
deficiențele modelului planetar clasic:
instabilitatea atomului în timp (prin calcul
rezultă că, în urma pierderii de energie,
electronul cade pe nucleu în mai puțin de
10-12s), imposibilitatea de a explica faptul
că atomul în stare fundamentală nu emite
energ ie, imposibilitatea de a calcula
frecvențele radiației emise de atomii
excitați.

Elevii vor înțelege că puterea explicativă
a modelului planetar al atomului este extrem de
limitată. Meritul acestui model este poate și
acela de a ușura pasul spre modelul semiclasic
al lui Bohr, model care, descriind destul de
bine cazul particular al atomului de hidrogen, l –
a încurajat pe Bohr să încerce să pună bazele
teoriei cuantice a atomilor.
Tabelul 10 Ilustrarea unui proces de modelare

76

În concluzie se poate aprecia că, dacă elevii vor deprinde meșteșugul modelării, vor
înțelege mai ușor și mai profund chimia în intimitatea fenomenologiei sale și în particular
vor înțelege atomul și structura acestuia, conducând spre o învățare temeini că.
Toate aceste considerații teoretice cu privire la metoda modelării precum și
formularea obiectivelor operaționale, a organizării ierarhice a studiului atomului, alegerea și
prezentarea unor modele și modelări specifice structurii atomului este punctul de plecare în
organizarea învățării noțiunii de atom la nivel gimnazial și liceal.
Pe baza celor prezentate mai sus, s -a procedat la elaborarea unor scenarii didactice de
învățare a atomului, în contextul cărora s -a propus spre a fi verificate, următoarele ipoteze:
 modelarea este cea mai potrivită metodă pentru studiul atomului și structurii acestuia în
condițiile în care elevii sunt dirijați spre a realiza modele și spre a studia pe bază de
modele relația dintre structura și proprietățile substanțelor;
 deprinderea elevilor cu transferul unui tip de model pe un alt tip de model este calea
pentru înțelegerea corectă și aprofundarea conceptului de atom;
 utilizarea unor forme de evaluare care să testeze capacitatea elevilor de a ilustra prin
modele diferite pr oprietăți ale substanțelor asigură o verificare corectă a performanțelor
elevilor.
III.2.4 Integrarea modelelor în structuri de învățare a atomului și
structurii acestuia

,,Proiectarea didactică este procesul de anticipare a pașilor ce urmează a fi par curși în
realizarea activității didactice."
Proiectarea didactică poate fi:
 anuală;
 semestrială;
 a unității de învățare;
 a activității de învățare sau a lecției.

77
Proiectarea unității de învățare se face sistematizând informațiile într -un tabel de
forma:
Detalieri de
conținut Competențe
specifice Activități
de
învățare Resurse Modalități
de
evaluare
Obs Materiale Procedurale De timp

Exemplu de proiectare a unei unități de învățare:

78
UNITATEA DE ÎNVĂȚARE ,,STRUCTURA SUBSTANȚELOR. ATOMUL"
CLASA A VII -A
Detalieri
de conținut Competențe
specifice Activități de învățare Resurse Modalități de
evaluare Obs
Materiale Procedurale De
timp
Corpuri
electrizate.
Sarcina
electrică. 1.2
2.1
2.2
4.2
5.1
5.2 Observarea electrizării
corpurilor(experimente)
Explicarea electrizării
corpurilor
Interacțiunea corpurilor
electrizate
Caracteristicile sarcinii
electrice: tip, mărime
Simbolul și unita tea de
măsură a sarcinii electrice manual,
culegeri,rigl ,
benzi de celuloid
și PVC, fișe de
lucru. -exp. frontal
-problematizarea
-conversația euristică
-știu, vreau să știu… 1oră -examinarea
curentă
-observare
sistematică
-investigația
experimentală
-temă pentru acasă
Atomul.
Nucleul
atomic.
Numărul
atomic.
Numărul de 1.2
2.2
2.4
4.2
5.1
5.2 Definirea atomului, a nr.
atomic și a nr. de masă
Identificarea Z și A ale
diferitelor elemente
folosind sistemul periodic
al elementelor Manual
culegeri
sistemul periodic
fișe de lucru -problematizarea
-explicația
-conversația euristică
-modelarea
-algoritmizarea 1oră -examinarea
curentă orală
-observare
sistematică a
elevilor
-temă pentru acasă

79
masă. Notarea nr. atomic și a nr.
de masă prin simboluri
Relația matematică dintre
Z,A și N
Alcătuirea atomului
Caracteristicile particulelor
subatomice (p+,n0,e-)
Moment de lectură: Este
important să știi. (pag. 65) -evaluare fișe de
lucru

Element
chimic.
Simbol
chimic 1.2
2.1
2.2
2.4
4.2 Definirea elementelor
chimice.Exemplificare
Definirea simbolului
chimic
Tipuri de simboluri
chimice. Exemplificare
Moment de lectură:
Diagrama răspândirii
elementelor chimice.
(pag.69) Curiozități(pag.
69) Manual
sistemul periodic
fișe de lucru -explozia stelară
-conversația euristică
-știu.vreau să știu…
-întrebări reciproce 1oră -examinarea
curentă
-observare
sistematică
-ev. Secv.
portofoliu
Izotopi 2.2
2.4 Definirea
izotopilor.Exemplificare Manual
culegeri -problematizarea
-explicația 1oră -examinarea
curentă

80
5.1
5.2 Determinarea tipului și
numărului particulelor
subatomice pentru diferiți
izotopi
Moment de lectură:
Aplicațiile izotopilor (pag.
75) sistemul periodic
fișe de lucru -conversația euristică observare
sistematică
-evaluare fișe de
lucru
Învelișul de
electroni al
atomului 1.2
2.2
2.4
4.2 Definirea învelișului de
electroni al atomului
Forme de reprezentare a
învelișului de electroni
Structura învelișului de
electroni al primelor 20 de
elemente
Structurile stabile de dublet
și octet Manual
culegeri
sistemul periodic
fișe de lucru -problematizarea
-explicația
-modelarea
-conversația euristică 2ore -examinarea
curentă
-observare
sistematică
-evaluare fișe de
lucru
Masa
atomică.
Mol 2.2
2.4
4.2 Definirea masei atomice și
a molului de atomi
Identificarea maselor
tomice folosind S.P.
Definirea , notarea
numărului de moli (Kmoli) Manual
culegeri
sistemul periodic
fișe de lucru -problematizarea
conversația euristică
-știu, vreau să știu..
-întrebări reciproce
1oră -examinarea
curentă
-observare
sistematică
-evaluare fișe de
lucru

81
Tipuri de exprimare a
molului (g,nr.lui
Avogadro)
Moment de lectură: Ne
jucăm și învățăm ᴉ(pag. 78)
Evaluare Modele de teste
portofolii
referate 1oră -evaluare sumativă
-ev. secv.
portofolii
-evaluare referate

82
Lecția este o formă de organizare și desfășurare a activității instructiv – educative în
care se desfășoară activitatea profesorului cu elevii unei clase și care conferă sistematicitatea
și continuitatea procesului de instruire.
Lecția c aptează și reconfigurează toate componentele didactice și anume:
conținuturi, obiective/competențe, strategii și metode didactice, mijloace de învățământ,
modalități de organizare, forme de evaluare, etc.
De aceea, în continuare se vor prezenta patru pr oiecte didactice ale unor lecții mixte
, de comunicare și însușire de noi cunoștințe, în a căror secvențe de învățare se vor integra
modelele folosite în studiul atomului.

PROIECT DIDACTIC
Clasa : aVIIa
Titlul lecției : Atomul. Structura atomului
Tipul lecției : comunicare și însușire a noilor cunoștințe
Scopul lecției : de a face cunoscut elevilor definiția atomului, modelele atomice și structura
acestuia
Obiective urmărite :
La sfârșitul activității didactice elevii vor trebui să știe:
 să cunoască noțiunea de atom;
 să cunoască modelele care se folosesc pentru atom;
 să cunoască dimensiunile particulelor subatomice;
 să facă o comparație între dimensiunile unui atom și dimensiunea unui măr, a
pământului ,etc;
 să cunoască structura atomului : nucleul atomic și învelișul de electroni;
 să-și dezvolte mobilitatea gândirii și a capacității de generalizare și abstractizare;

83
 să folosească limbajul chimic, terminologia chimică î n prezentarea noțiunilor despre
atom.
Pe parcursul învățării conceptului de atom elevii trebuie să dovedească următoarele
capacități:
 indicarea tipului de sarcină electrică;
 cunoașterea definiției atomului;
 indicarea structurii atomului;
 unoașterea modele lor atomice.
Metode folosite : conversația euristică, modelarea, expunerea.
Mijloace didactice : manual, planșe,tablă, cretă.
Desfășurarea lecției:
1. Moment organizatoric
Se noteză elevii absenți, se verifică dacă este cretă și burete curat, se captea ză atenția
elevilor pentru lecție.
2. Verificarea și actualizarea conoștințelor anterioare
Se verifică noțiunea de sarcină electrică, noțiune învățată și la fizică sub forma unor
întrebări de tipul:
 Ce constați dacă treci pieptănul de mai multe ori prin păr?
 Freacă folosind un material textil, baghete confecționate din materiale diferite. Ce
observi?
Rezolvare:
Se observă că după frecare două baghete din același material se resping, iar două
baghete din materiale diferite după frecare se at rag.
3. Anunțarea lecției și a scopului acesteia

84
Se scrie titlul lecției pe tablă și se anunță scopul urmărit pe înțelesul elevilor.
4. Comunicarea de noi cunoștințe
Încă din cele mai vechi timpuri, oamenii au încercat să afle tainele materiei care ne
înconjoară.
În urmă cu 2500 de ani, filosofii greci afirmau că materia poate fi divizată în
fragmente din ce în ce mai mici, obținându -se particule indivizibile, numite atomi (în limba
greacă atomos înseamnă indivizibil).
Cu 600 de ani î.Hr. învățatul T hales din Milet a descoperit că, prin frecare, unele
corpuri capătă proprietatea de a atrage corpuri mici și ușoare. Fenomenul a fost numit
electrizare.
Prin convenție, unele particule au fost numite particule încărcate electric pozitiv, iar
altele p articule încărcate electric negativ. Corpurile încărcate cu electricitate de același semn
se resping, iar cele încărcate cu electricitate de semn contrar se atrag.
Concluzie: corpurile din natură sunt neutre din punct de vedere electric. Atomul,
component ă a materiei, este electric neutru, pentru că numărul de sarcini pozitive este egal cu
numărul de sarcini negative.
Din istoria modelelor atomice
-Savantul englez John Dalton este considerat părintele teoriei atomiste moderne.
Reluând teoria anticilor, el afirmă că toate corpurile sunt alcătuite din particule
numite atomi, pe care i -a imaginat ca sfere de mase și dimensiuni diferite.

Figura 24 Modelul
atomic al lui Dalton

85
– Fizicianul Joseph Thomson descrie atomul ca o sferă alcătuită din particule
încărcate electric pozitiv, în care sunt distribuite particule încărcate electric negativ.

– Modelul planetar al atomului (Ernest Rutherford, în 1911 și Niels Bohr, în 1913 )
imaginează atomul ca fiind asemănător sistemului solar.

Dimensiunile atomilor
Atomul este o particulă materială de dimensiuni foarte mici. El nu poate fi văzut cu
aparate optice obișnuite.
Pentru măsurarea dimensiunilor foarte mici ale atomilor se folosește unitatea de
măsură numită Angstrom(Å).
1Å=10-10m
S-a determinat că razele atomilor variază între 0,5 și 3 Å.
Atomii diferitelor substanțe se deosebesc prin dimensiuni, alcătuire și proprietăți.
Structura atomului
Figura 25 Modelul
atomic Thomson
Figura 26 Sistemul solar Figura 27 Modelul planetar
al atomului

86
Elecrizarea corpurilor dovedește că un atom este alcătuit din particule materiale
purtătoare de electricitate. Să aflăm cum sunt orânduite aceste particule în interiorul
atomului.
Se prezintă modelul atomului de hidrogen.

Atomul este alcătuit din două părți:
-nucleul -partea centrală a atomului;
-învelișul de electroni – se găsește în jurul nucleului.
Figure 28 Model ul atom ului de hidrogen

87

Figura 29 Structura atomului
5.Fixarea cunoștințelor
Se dă spre rezolvare elevilor următorul exercițiu: Calculează de câte ori este mai mare
1mm decât diametrul atomului de sulf, știind că diametrul atomului de sulf este 2Å.
Rezolvare:
Știm că 1Å=10-10m
1mm=10-3m
6. Tema pentru acasă
Alege cuvântul potrivit: Substanțele sunt formate din particule divizibile/indiviz ibile
numite atomi. Atomii tuturor substanțelor sunt/nu sunt identici. În centrul atomului se află
nucleul/învelișul de electroni .
Rezolvare:
Substanțele sunt formate din particule divizibile. Atomii tuturor substanțelor nu sunt
identici.
În centrul atomului se află nucleul

88
PROIECT DIDACTIC

Clasa : aVII -a
Titlul lecției : Învelișul de electroni al atomului
Tipul lecției : lecție mixtă (comunicare de noi cunoștințe -consolidare -evaluare)
Scopul lecției : de a face cunoscut elevilor structura învelișului de electroni al atomului
Obiective urmărite :
La sfârșitul activității didactice elevii vor trebui să știe:
 să cunoască structura atomului;
 să cunoască ce reprezintă numărul atomic Z;
 să modeleze configurația electronică pentru diferit e elemente;
 să cunoască noțiunile de dublet și octet electronic;
 să folosească terminologia și limbajul specific disciplinei;
 să aplice noțiunile învățate în rezolvarea de exerciții și probleme.
Pe parcursul învățării conceptului de înveliș electronic și structura acestuia elevii
trebuie să dovedească următoarele capacități:
 generarea de ipoteze asupra structurii învelișului de electroni;
 definirea configurației electronice;
 modelarea configurațiilor electronice pentru diferite elemente chimice;
 reguli de ocupare a straturilor cu electroni;
 ordonarea cunoștințelor dobândite în sisteme logice.
Metode didactice : conversația eu ristică, explicația, modelarea,
algoritmizarea,problematizarea,rezolvarea de exerciții.

89
Mijloace didactice : Sistemul periodic al elementelor, manual, culegere de exerciții și
probleme.
Desfășurarea lecției
1.Moment organizatoric:
Se notează absenții, se verifică dacă este cretă, dacă este tabla ștearsă, se captează
atenția elevilor pentru lecție.
2. Verificarea cunoștințelor anter ioare
Actualizarea și verificarea cunoștințelor anterioare se face purtând un dialog cu
elevii cu privire la structura atomului, la cele două numere ce caracterizează fiecare atom –
numărul de masă -A și numărul atomic -Z, masa atomică și molul de atomi și se propune
elevilor spre rezolvare următorul exercițiu:
Se dă 8035Br. Se cere felul și numărul particulelor componente ale atomului de brom.
Rezolvare:
A=80 -numărul de masă și reprezintă totalitatea nucleonilor din nucleu (protoni și
neutroni)
Z=35 -numărul atomic și reprezintă totalitatea protonilor din nucleu
Z=35→35p+=35e-
A=Z+N→N=A -Z→N=80 -35=45
Deci atomul de brom are: 45 neutroni (N);
35 protoni (p+);
35 electroni (e-).

3. Anunțarea lecției noi

90
Se anunță titlul lecției și se scrie pe tablă, se enunță scopul lecției și obiectivele
urmărite.
4. Comunicarea de noi cunoștințe
Informație : După ce am studiat nucleul, partea centrală a atomului, vrem să aflăm
din ce este alcătuită cealaltă parte a atomului și anume învelișul de electroni. Am învățat că
electronul este:
 particulă cu masă neglijabilă în raport cu masa nucleonilor;
 este încărcat cu sarcină electrică negativă;
 se notează cu e-;
 toți electronii sunt identici, fie că aparțin aceluiași atom sau unor atomi diferiți,
pentru că au aceeași masă, aceleași dimensiuni, aceeași sarcină electrică;
 numărul de electroni din învelișul electronic este ega l cu numărul de protoni din
nucleu.
Exercițiu : Pentru elementele cu Z=12 și Z=19 scrieți numărul de protoni și numărul
de electroni.
Rezolvare:
Z=12 : 12 p+
12 e-
Z=19 : 19 p+
19 e-
Informație: Forțele de atracție de natură electrică, dintre nucleul încărcat pozitiv și
electronul încărcat negativ, explică mișcarea acestuia în jurul nucleului.Totalitatea
electronilor care se deplasează cu viteză foarte mare în jurul nucleului alcătuiesc învelișul de
electroni al atomului. Plecând de la modelele atomice propuse de -a lungul timpului, ne putem
imagina electronul ca pe un satelit care se rotește în jurul unei planete.

91

Figura 30 Model atomic
Caracteristicile învelișului de electroni:
– volum mare, în comparație cu volumul nucleului;
– masă mică, electronii având masă neglijabilă;
– încărcat cu sarcini electrice negative.
Exercițiu : Folosind datele din tabelul cu caracter isticile particulelor subatomice,
comparați masa protonului cu cea a electronului.
Rezolvare :
mp+ = 1,67∙10-27 Kg
me- = 9,1∙10-3 Kg
mp+/me- = 1,67∙10-27Kg/ 9,1∙10-31 Kg = 1835 ori
Deci masa electronului este de 1835 ori mai mică față de masa protonului.
Informație : În înveliș, electronii se deplasează pe straturi situate la distanțe din ce în
ce mai mari față de nucleu. Straturile electronice conțin niveluri energetice apropiate, sunt în
număr de șapte, notate cu numere întregi și pozitive, de la 1 la 7, sau cu următoarele litere:
K,L,M,N,O,P,Q.

92

Figura 31 Structura învelișului electronic

Repartiția pe straturi electronice a celor Z electroni ai unui atom reprezintă stuctura
sau configurația electronică a atomului.
Ocuparea straturilor cu electroni respectă anumite reguli și anume:
 electronii ocupă straturile în ordine, începând cu cel mai apropiat de nucleu;
 fiecare strat conține un număr limitat electroni;
 numărul maxim de electroni de pe un strat elctronic se calculează astfel:
nr. maxim de electroni = 2n2, unde n – numărul stratului.
Exercițiu : Calculează numărul maxim de electroni de pe stratul K, L, M.
Rezolvare :
 pentru stratul K: n =1; nr.maxim de e-= 2∙12 = 2e-;
 pentru stratul L : n =2; nr. maxim de e- = 2∙22 = 8e-;
 pentru stratul M: n=3; nr, maxim de e- = 2∙32 = 18e-.
Informație : Pentru a construi un înveliș electronic, există mai multe reprezentări care
oferă modele. Ele nu reprezintă mișcarea reală a electronilor, dar cu ajutorul lor, ne putem
imagina repartizarea electronilor pe straturi. Electronii vor fi modelați cu ajutorul unor
puncte.

93

Informație : Electronii situați pe stratul cel mai îndepărtat de nucleu se numesc
electroni periferici. Stratul periferic conține întotdeauna cel mult 8 electroni, numit octet.
Excepție reprezintă stratul 1(K) care poate conține cel mult 2 electroni denumit dublet.
Dubletul și octetul reprezintă structuri electronice stabile.
Exercițiu : Dați exemple de elemente care au structură stabilă de dublet și octet.
Rezolvare :
Z=2 → K2; Heliu -He
Z=10→ K2L8; Neon -Ne.
Concluzie: Este foarte important să cunoaștem repartizarea reală aelectronilor pe straturi,
pentru a putea studia proprietățile chimice ale elementelor.
5. Întărirea retenției și asigurarea transferului
Această etapă se realizează cu ajutorul unui test de evaluare.
Probă de evaluare:
1) Se dau elementele: 11Na, 19K,13Al,20Ca. Se cere: modelați configurația electronică a
acestor a 4puncte
Figura 32 Modelul „straturilor” Figura 33 Modelul „pe niveluri”

94
2) Descoperă care este elementul chimic care are 30 de electroni conțin uți în 5
atomi. 2puncte
3) Recunoaște elementele cu următoarea structură electronică: K2L5 și K2L8M5.
2puncte
2 puncte oficiu
TOTAL: 10 puncte

6. Notarea elevilor
Se corectează proba de evaluare și se fac cunoscute elevilor rezultatele.

PROIECT DIDACTIC
Clasa : aVII -a
Titlul lecției : Valența
Tipul lecției : lecție mixtă( comunicare de noi cunoștințe -consolidare -evaluare)
Scopul lecției : de a face cunoscut elevilor ce este valența și cum se formează aceasta
Obiective urmărite :
La sfârșitul activității didactice elevii vor trebui să știe:
 să definească valența;
 să modeleze formarea acesteia;
 să cunoască ce este covalența;
 să cunoască ce este electrovalența;
 să-și dezvolte mobilitatea gândirii, a modelării, capacitatea de abstractizare și
generalizare;

95
 să cultive spiritul analitic și a puterii de sinteză;
 să folosească limbajul și terminologia specifică chimiei în prezentarea cunoștințelor
despre valență, covalență, electrovalență;
 să aplice cunoștințele dobândite în re zolvarea de exerciții și probleme.
Pe parcursul învățării conceptului de valență , elevii trebuie să dovedească
următoarele capacități:
 definirea noțiunii de valență, covalență, electrovalență ;
 generarea de ipoteze pentru formarea valenței;
 modelarea va lenței;
 identificarea claselor de compuși care se formează în urma unirii elementelor.
Metode didactice : conversația euristică, modelarea, explicația, problematizarea,
algoritmizarea , rezolvarea de exerciții și probleme.
Mijloace didactice : manual, trusa de modele structurale, tabelul periodic al elementelor,
culegere de probleme.
Desfășurarea lecției
1.Moment organizatoric –se notează absențele, se captează atenția elevilor pentu lecție.
2.Verificarea cunoștințelor anterioare
Actualizarea și verificarea cunoștințelor însușite anterior se face purtând discuții cu
elevii cu privire la structura învelișului de electroni al atomului și ocuparea straturilor
electronice cu electroni, precum și noțiunile de structuri stabile (dublet și octet ). Se propune
elevil or spre rezolvare următorul exercițiu:
Recunoașteți elementele care au următoarea configurație electronică: 1s22s22p3 și
1s22s22p63s23p3.
Rezolvare: 1s22s22p3 – grupa 15; perioada a 2 -a; este elementul azot – N;
1s22s22p63s23p3 – grupa 15; perioada a 3 -a; este elementul fosfor –P.
3. Anunțarea lecției noi și a scopului ei

96
Se anunță și se scrie pe tablă titlul lecției, se enunță scopul lecției și obiectivele
urmărite.
4. Comunicarea noilor cunoștințe
Pe tot parcursul activi tății didactice de predare -învățare a noțiunii de valență,
predarea noilor cunoștințe este urmată de consolidarea lor, consolidare care se realizează prin
rezolvarea de către elevi a unor exerciții și probleme.
Informație : Elementele chimice care se găses c sub formă de atomi liberi stabili sunt
gazele nobile. Atomii celorlalte elemente se unesc între ei pentru a se obține forme stabile.
Nucleul unui atom este ,,ocrotit " de învelișul de electroni . Prin unirea atomilor, învelișul lor
de electroni devine as emănător învelișului electronic al gazelor nobile. Electronii cei mai
îndepărtați de nucleu, numiți electroni periferici, tind să formeze un strat exterior stabil,
alcătuit din opt electroni , numit octet electronic (structură stabilă).
Capacitatea atomilo r unui element de a se uni cu alți atomi se numește valență.
Electronii periferici care contribuie la formarea legăturilor dintre atomi se numesc electroni
de valență ; ei sunt situați pe ultimul strat electronic , numit strat de valență.
Realizarea valen ței (legăturii) dintre atomii elementelor se poate face:
 prin punere în comun de electroni →molecule;
 prin cedare/acceptare de electroni → ioni.

Formarea valenței prin punere în comun de electroni
Doi atomi identici sau diferiți își pot pune în comun câte unul, doi sau trei electroni
din stratul de valență și rezultă unul, două sau trei dublete electronice de legătură
corespunzător formării legăturii covalente simple, duble sau triple.
De exemplu formarea valenței între doi atomi de hidrogen se modelează astfel:
H→1s1, deci atomul de hidrogen are un singur electron în învelișul de electroni. Pentru a -și
forma structură stabilă de dublet poate să pună în comun unelectron cu un alt atom de
hidrogen.

97
H∙ + ∙ H →H –H ↔H2
S-a pus în comun electronul de pe ult imul strat 1s1 de la ambii atomi de hidrogen
formându -se astfel legătura H−H. Legătura H−H este o legătură covalentă simplă. Astfel s -a
format molecula de hidrogen scrisă prescurtat H 2.
Exercițiu : Modelează formarea legăturii covalente simple pentru mol ecula de clor.
Formarea legăturii duble se modelează astfel: să luăm ca exemplu atomul de oxigen care are
următoarea configurație electronică:
O → 1s22s22p4
:Ö: + :Ö: → :Ö: :Ö: →O=O sau O 2–molecula de oxigen.
Exercițiu : Modelează formarea legăturii dintre un atom de carbon și un atom de oxigen.
Formarea legăturii triple se realizează atunci când doi atomi identici sau diferiți pun
în comun fiecare câte trei electroni . De exemplu atomul de azot cu următoarea configurație
electronică:
N→ 1s22s22p3
: N⋮ + ⋮N: → :N⋮⋮N: → N≡N sau N 2 – molecula de azot.
Exercițiu : Modelează formarea legăturii dintre un atom de carbon și un atom de azot.
În concluzie , în urma formării valenței (legăturii) prin punere în comun de electroni
(electronii de valență), se formează legătura covalentă care poate fi simplă, dublă sau triplă
iar compușii rezultați se numesc compuși covalenți. În compușii covalenți legătura care se
formează prin punere în comun de electroni se mai numește covalență.
Formarea valenței prin cedar e/acceptare de electroni
Informație:
Tot cu scopul de a -și forma structuri stabile elementele pot ceda electronii de valență
sau pot accepta electroni pe stratul de valență formându -se specii chimice încărcate cu sarcini
electrice pozitive sau negative numite ioni. În urma forțelor de atracț ie de natură

98
electrostatică dintre un ion pozitiv și unul negativ se formează o clasă de compuși chimici
numiți compuși ionici iar legătura se numește legătură ionică care este o legătură puternică și
pe care o veți studia mai în detaliu în anii următori.
Să luăm ca exemplu, atomul de sodiu și atomul de clor și să modelăm formarea
ionilor și apoi a legăturii ionice.
Na→1s22s22p63s1
Na∙ -1e-→Na+ -ion de sodiu (ion pozitiv)
Cl→1s22s22p63s23p5
:Cl∙ +1e-→Cl- -ion clorură (ion negativ)
Na++ Cl-→Na+Cl- – clorură de sodiu –compus ionic format prin atracția dintre ionii de
sodiu și ionii clorură.
Valența egală cu numărul electronilor cedați sau acceptați se mai numește
electrovalență.
Exercițiu : Modelați formarea legăturii dintre ionii de magneziu și ioni i sulfură.
Informație : Valoarea numerică a valenței este determinată de numărul electronilor de
valență care participă la formarea legăturii chimice dintre atomi. Valența se notează cu cifre
romane și se scrie în parte dreaptă sus a simbolului chimic. De exemplu: KI, MgII, CIV etc.
Valența unui element se poate stabili cunoscând poziția elementului în tabelul
periodic . Astfel elementele situte în grupele mari pot avea valența egală cu cifra unităților
din numărul care indică grupa. Elementele din grupele 15,16,17 pot avea și valența
calculată prin diferența între cifra 8 (octet ) și cifra unităților din numărul care indică
numărul grupei. De exemplu: pentru grupa 16, valența se calculează : 8 -6=2; EII –element
divalent.
Exercițiu : Folosind informația de mai sus precizați valența elementelor din grupa 17.
5. Întărirea retenției și asigurarea transferului

99
Probă de evaluare:
1.Cum se poate realiza valența (legătura ) dintre atomi?
1punct
2. Modelează formarea valenței dintre atomul de hidrogen și atomul de oxigen și precizați ce fel
de compus se formează. 3 puncte
3. Modeleză formarea compusului ionic Ca+2Cl2-
3 puncte
4. Folosind tabelul periodic al elementelor precizați valența elementelor din grupa 2 și 15.
2 puncte
1 punct oficiu
TOTAL: 10 puncte
6. Notarea elevilor
Se noteză elevii în urma corectării probei de evaluare.

PROIECT DIDACTIC

Clasa : aIX -a
Titlul lecției : Caracterul metalic
Tipul lecției : lecție mixtă (comunicare de noi cunoștințe –consolidare – evaluare )
Scopul lecției : de a face cunoscut elevilor caracterul metalic al elementelor chimice
Obiective urmărite :

100
La sfârșitul procesului de predare -învățare a noțiunii de caracter metalic elevii
trebuie:
 să cunoască clasificarea elementelor din punct de vedere chimic și electrochimic;
 să modeleze formarea ionilor pozitivi;
 să conoscă noțiunea de energie de ionizare;
 să cunoască cum variază caracterul metalic în tabelul periodic;
 să cunoască seria reactivității chimice a metalelor;
 să cunoască poziția metalelor în tabelul periodic;
 să proiecteze și să realizeze corect experimente în urma cărora se pune în evidență
caracterul metalic al elementelor;
 să enumere unele caracteristici specifice metalelor;
 să-și dezvolte capacitatea de generalizare și abstra ctizare a cunoștințelor;
 să folosească limbajul chimic , terminologia chimică în prezentarea informațiilor.
Pe parcursul învățării conceptului de metal și caracter metalic elevii trebuie să
dovedească următoarele capacități:
 -clasificarea elementelor chimi ce din punct de vedere chimic și electrochimic;
 cercetare caracterului electrochimic al elementelor;
 modelarea formării ionilor pozitivi
 generarea de ipoteze asupra variației caracterului electropozitiv (metalic ) în tabelul
periodic;
 proiectarea și realiz area corectă a unor experimente în urma cărora se evidențiază
caracterul metalic.
Metode didactice : conversația euristică, modelarea, problematizarea, algoritmizarea,
descoperirea dirijată, rezolvarea de exerciții și probleme.
Mijloace didactice : Sistemul periodic al elementelor, seria reactivității chimice, manual,
culegere de exerciții și probleme.
Desfășurarea lecției

101
1. Moment organizatoric
Se notează absenții, se verifică dacă tabla este ștearsă, dacă este cretă și se captează
atenția elevilor pentru lecț ie.
2. Verificarea cunoștințelor anterioare
Pentru verificarea cunoștințelor anterioare se dă elevilor spre rezolvare următorul
exercițiu:
Pentru elementul cu Z=12 modelați configurația electronică,precizați locul ocupat în
tabelul periodic, denumirea și simbolul chimic al elementului.
Rezolvare:
Pentru a modela configurația electronică a atomului unui element trebuie să facem mai
întâi structura atomului acelui element. Pentru elementul cu Z =12 structura atomului este
următoarea:
Z =12 → 12p+
12e-
Repartizăm cei 12e- pe straturi electronice astfel: 1s22s22p63s2
Pentru a indica locul elementului în tabelul periodic amintim următoarele informații:
numărul grupei este dat de numărul de electroni de pe ultimul strat iar numărul perioadei de
numărul de straturi ocupate cu electroni. Așadar elementul cu Z =12 se află în grupa 2
perioada a 3 -a. Folosind tabelul pe riodic vedem că în grupa 2 perioada a 3 -a se găsește
elementul chimic magneziu cu simbolul chimic Mg.
Rezolvarea exercițiului s -a realizat în urma discuțiilor avute cu elevii pe baza
cunoștințelor acumulate anterior.
3. Anunțarea lecție noi și a scopului ei
Se anunță și se scrie pe tablă titlul lecției noi, se enunță scopul și obiectivele urmărite pe
parcursul lecției.
4. Comunicarea de noi cunoștințe
Comunicarea de noi cunoștințe este urmată și de consolidarea acestora care se face pe tot
parcursul activități i didactice și se realizează prin rezolvarea de către elevi a unor exerciții
aplicative.

102
Informație : Atomii gazelor nobile au o tendință limitată de a se combina cu alți atomi.
Stabilitatea acestor atomi este datorată configurațiilor electronice de pe ul timul strat, numite
configurații stabile de gaz nobil. Acestea sunt dublet, pe stratul 1(1s2), configurație întâlnită
la atomul de heliu, și octet,(ns2np6) pe straturile 2,3,4,5,6, configurație întâlnită la atomii
celorlalte gaze nobile.
Atomii celorlalte elemente chimice tind să dobândească configurațiille stabile prin cedare
sau acceptare de electroni transformându -se în ioni pozitivi sau ioni negativi, proces numit
ionizare.
Aplicație : Modelați procesul de ionizare pentru atomii elementelor cu: Z = 11, Z =19.
Z=11 →1s22s22p63s1→ Na-grupa1; perioada a3 -a
Na∙-1e-→ Na+: 1s22s22p6- ion de sodiu
Z =19 →1s22s22p63s23p64s1 → K-grupa 1; perioada a4 -a
K∙ -1e-→K+ :1s22s22p63s23p6 – ion de potasiu
Cei doi atomi, de sodiu și de potasiu, pentru a -și forma structură stabilă au cedat
electronul de pe ultimul strat trecând în ioni pozitivi. Deci ionii pozitivi se formează prin
cedare de electroni.
Informație : Caracterul electropozitiv reprezintă proprietatea atomilor de a ceda electroni
și de a se transforma în ioni pozitivi. Elementele cu caracter electropozitiv au un
comportament chimic de metal.
Caracterul metalic al unui element este determinat de ușurința cu care atomii săi cedează
electroni și se transformă în ioni pozitivi.
Caracterul metalic diferă de la un me tal la altul, variază periodic și este influențat de mai
mulți factori, printre care: distanța electronilor de pe ultimul strat față de nucleu și numărul
de electroni cedați.
Aplicație : Pe baza acestor informații discutați variația caracterului metalic în tabelul
periodic al elementelor de la aplicația anterioară. Pentru a ajunge la răspunsul dorit
profesorul adresează elevilor câteva întrebări și pe baza răspunsurilor primite de la elevi va
formula concluzia finală.
Având configurațiile electronice ale at omilor de sodiu și de potasiu, precum și procesele
lor de ionizare, răspundeți la următoarele întrebări:

103
-Ce au cele două elemente în comun?
Răspuns: Cele două elemente se găsesc în aceeași grupă, deci au același număr de
electroni pe ultimul strat (1e-), electron pe care îl cedează pentru a -și forma structură stabilă
și de a se transforma în ioni pozitivi. Deci cele două elemente au caracter electropozitiv, deci
sunt metale.
-Care din cele două metale va ceda cel mai ușor electronul de pe ultimul strat ? De cine
va depinde caracterul metalic în acest caz?
Răspuns: Cele două elemente având același număr de electroni pe ultimul strat (deci
cedează același număr de electroni pentru a forma ioni pozitivi) se va pune în discuție
distanța dintre ultimul strat și nucleu. Atomul de sodiu are electronul distinctiv pe stratul 3
iar atomul de potasiu are electonul distinctiv pe stratul 4. Cel mai ușor va ceda electronul
distinctiv atomul de potasiu deoarece distanța dintre nucleu și stratul 4 este mai mare, deci
atracția dintre nucleu și stratul 4 este mai slabă.
Concluzie : Cu cât electronii distinctivi se găsesc pe un strat mai depărtat de nucleu cu
atât aceștia vor fi cedați mai ușor și elementele respective vor avea un caracter metalic mai
accentuat.
Cele două e lemente Na și K se găsesc în aceeași grupă deci discutăm variația caracterului
metalic în grupă. Pe baza celor discutate mai sus putem concluziona că în grupă, caracterul
metalic crește de sus în jos.
Na
K↓crește caracterul metalic
Vom discuta în con tinuare variația caracterului metalic în perioadă. Pentru aceasta vom
lua în discuție elementele cu Z =11 și Z =12. Parcurgem aceiași pași ca și la exercițiul
anterior, adică modelăm configurațiile electronice ale atomilor acestor elemente și procesele
de ionizare .
Z =11 →1s22s22p63s1 –Na -grupa 1; perioada a3 -a
Na∙-1e-→Na+:1s22s22p6 –ion de sodiu
Z = 12 →1s22s22p63s2- Mg grupa 2 ; perioada a3 -a
Mg:-2e-→Mg+2:1s22s22p6 –ion de magneziu
Aplicație : Care din cele două elemente va fi mai electropozitiv?

104
Observăm că cele două elemente se găsesc în aceeași perioadă, deci au electronii
distinctivi pe același strat pe care îi cedează pentru a forma ioni pozitivi. Caracterul metalic
va depinde în acest caz de numărul de electroni cedați. Cel mai ușor va ceda atomul de sodiu
având un singur electron distinctiv față de magneziu care cedează doi electroni pentru a -și
forma structură stabilă.
Concluzie : În perioadă caracterul metalic scade de la stânga la dreapta.
Na K
→ scade caracterul metalic.
Aplicați e: Cunoscând variația caracterului metalic al elementelor în tabelul periodic
precizați care element este cel mai electropozitiv.
Răspuns :Metalele sunt așezate în partea stângă a tabelului periodic, sub linia îngroșată.
Elementele cu caracter metalic accentuat sunt situate în colțul din stânga jos al tabelului
periodic. Cesiul este elementul cu caracterul electropozitiv cel mai accentuat.
Informație : Metalele sunt ordonate în sensul descrescător al caracterului metalic în seria
activității metalelor: K,Ba,Ca,Na,Mg,Al,Mn,Zn,Cr,Fe,Ni,Sn,Pb, H,Cu,Bi,Sb,Hg,Ag,Pt,Au.
Caracterul metalic influențează reactivitatea elementelor, dar și proprietățile compușilor
lor.
Aplicație : Așezați în ordine crescătoare tăria bazelor următoare: NaOH,Mg(OH) 2, și
Al(OH) 3
Al(OH) 3<Mg(OH) 2<NaOH.

5.Întărirea retenției și asigurarea transferului
Această etapă se realizează cu ajutorul unei probe de evaluare care se dă elevilor spre
rezolvare.
Probă de evaluare :
1.Completați spațiile libere:
a) Atomii metalelor……………….. electroni și se transformă în ioni…………
b) Metalele sunt elemente cu caracter…………….

105
0,5p x 2=1punct
2.Se consideră elementele: 13Al și 3Li și configurațiile electronice: 1s2(A) și 1s22s22p6(B).
a) Asociați fiecărei configurații simbolul ionului corespunzător;
b) Indicați care sunt configurațiile stabile ale celor doi ioni.
1p x 2 =2 puncte
3.Indicați elementul cel mai electropozitiv din fiecare serie .Justificați.
a) K,Rb,Cs
b) K,Mg,Al
c) Mg,Ca,Ba
1p x 3 =3 puncte
4. Așezați în ordinea crescătoare a tăriei lor următoarele baze:
a) Mg(OH) 2,Ca(OH) 2,Ba(OH) 2
b) KOH,Ca(OH) 2,Mg(OH) 2
c) KOH,RbOH,CsOH.
1p x 3 =3 puncte
1 punct din oficiu
TOTAL: 10 puncte
6.Notarea elevilor
Se corectează proba de evaluare și se fac cunoscute rezult atele elevilor.

106
III.2.5 Comentariul contextului problematizat al activității de
învățare prin modele a atomului și structurii acestuia

S-a realizat o astfel de organizare a studiului atomului în scopul asigurării premizelor
necesare îndeplinirii obiectivelor și sarcinilor propuse, punând accentul în mod deosebit pe
înlănțuirea logică a cunoștințelor și pe modelare, ce se poate realiza în studiul acestor noțiuni.
Totalitatea informațiilor, a conoștințelor învățate, trebuie să reflecte o justă capa citate
în sensul că nivelul cunoștințelor, priceperilor și deprinderilor, a sistemului de valori
interiorizate de elevi să constituie elementele de bază ale individului în progresul său.
Procesul de cunoaștere, de formare de noi capacități intelectuale, p resupune un contact
direct cu obiectele, cu fenomenele, cu realitatea concretă, o corelație permanentă cu
cunoștințele din alte domenii de activitate. Numai printr -o participare activă, creatoare, se
realizează o temeinică însușire a cunoștințelor, elevu l înțelegând scopul și importanța sa
socială.
Înțelegerea noțiunii de atom presupune o învățare permanentă, sistematică, o raportare
permanentă a materialului analizat la unele cunoștințe generale, existente, pe care am relizat –
o printr -o succesiune logică a informațiilor.
Noile informații predate și învățate, priceperile și deprinderile însușite și formate sunt
determinate de o logică internă a capitolului, astfel încât să ușureze stabilirea diverselor
corelații, atât între cunoștințelor predate în altă c lasă sau de la alte obiecte ca fizica și
matematica.
Conceperea modului de prezentare a noțiunii de atom a avut în vedere luarea în
considerare a trăsăturilor fizice și psihice ale elevilor, bagajul de cunoștințe acumulate
anterior la alte obiecte. N umai în aceste condiții elevii își formează un bagaj de cunoștințe
trainice, solide pe care le poate folosi mai departe în activitatea sa.
Studiul logic al atomului și structurii acestuia, impune o organizare și o înlănțuire
logică a cunoștințelor, plecâ nd de la simplu la complex, de la noțiuni cunoscute la noțiuni și
concepte noi, cu un grad mai mic sau mai mare de dificultate.

107
Introducerea în studiul atomului presupune nu numai o fundamentare științifică a
conceptului ci și realizrea corelației materie -corp-substanță. În momentul în care elevul
stăpânește aceste noțiuni, cunoaștera devine mai ușoară, mai rapidă, mai substanțială și poate
să le aplice cu succes în diverse situații atât teoretice cât și practice.
Formarea deprinderilor de muncă independe ntă, cultivarea spiritului de observație și
dezvoltarea capacității de investigare a realității prin realizarea diferitelor modelări, materiale
și grafice, contribuind la dezvoltarea și afirmarea personalității elevului prin incitarea
acestuia la un efort de căutare și de inițiere în raționamentul analogic.
Modelarea materială și grafică a atomului conduce atât la înțelegerea, elaborarea de
cunoștințe teoretice și aprofundarea acestor noțiuni , cât și la înțelegerea relației materie -corp
–substanță. Folosir ea permanentă și judicioasă la clasă a modelării constituie un element
important de modernizare în predarea chimiei.
Pornind de la aceste considerente, în scenariile didactice realizate în vederea învățării
conceptului de atom s -a pornit de la alegerea, prezentarea și realizarea unor modele și
modelări specifice temei.
Pe lângă modelare, algoritmizarea și problematizarea au constituit metode de abordare
a exercițiilor referitoare la atom și structura acestuia.
Modelarea materială a avut un rol important în înțelegerea conceptului de atom (partea
exterioară) și a structurii acestuia(partea internă).
Modelele figurative împreună cu alte tipuri de modele au fost introduse in diverse
sarcini și exerciții de activitate independentă în funcție de obiectivele pr opuse pentru a fi
realizate.
Prin proiectele didactice propuse, elevii au fost solicitați să realizeze diferite modelări,
pe baza cărora au ajuns la înțelegerea și aprofundarea noțiunii de atom.

108
CAPITOLUL IV – EVALUAREA PERFORMANȚELOR
ELEVIL OR ÎN STUDIUL TEMEI „ ATOMUL. STRUCTURA
ATOMULUI ”

Revoluționarea învățământului constă în modernizarea întregului proces instructiv –
educativ, a formelor, metodelor și mijloacelor de învățământ, folosind noi modalități de
evaluare a cunoștințelor elevil or.
Pentru obținerea unui randament mare este necesară perfecționarea activității de
instruire și educare, iar o condiție a ameliorării continue a procesului, o constituie evaluarea
acestuia, a rezultatelor sale, compartiment ce se situează pe același plan cu dobândirea
cunoștințelor, priceperilor și deprinderilor.
IV.1. Locul și rolul evaluării în procesul de învățământ

Aspectele procesului de învățământ legate de verificarea și aprecierea cunoștințelor
elevilor sunt încadrate în docimologie – știință care se ocupă cu studierea sistematică a
examenelor, în special a sistemelor de notare, a comportării examinatorilor și examinaților.
Docimologia nu trebuie înțeleasă numai ca știință a examinării, ea oferind și
posibilitatea de a cunoaște interesul real a l elevului pentru obiectul respectiv, suportul
motivațional al rezultatelor obținute, factorii care au contribuit la obținerea rezultatelor,
posibilitatea de a aprecia resursele unui elev și de a urmări evoluția acestuia.
În strategia învățării chimiei eva luarea are un rol foarte important, întrucât procesul
de învățământ, prin caracterul său complex și dinamic, prin capacitatea sa de perfecționare
continuă, se prezintă ca un demers de modelări succesive. Se conturează în acest fel funcția
orientativă a eva luării care se manifestă prin luarea unor măsuri de ameliorare și de
perspectivă în autoreglarea sistemului. Foarte importantă în evaluare este și realizarea
conexiunii inverse, care permite relevanța sau ineficiența metodelor și procedeelor folosite, a
experienței de învățare pe care o au elevii, respectiv pe care o oferă profesorul, cu efecte
asupra nivelului de pregătire a acestora.

109
Condiția esențială pentru ca evaluarea să -și îndeplinească funcțiile este integrarea
acesteia în acțiunea pedagogică. Evalu area nu este o noutate în procesul de învățământ. Nu
trebuie însă cofundată cu notarea – o apreciere cu caracter global, privind mai mult cantitatea
și exactitatea unor informații reproduse și mai puțin calitatea demersului intelectual realizat
de elevi.
Rezultatele obținute de elevi în activitățile didactice depind în mod variabil de
calitatea fiecărui factor implicat în proces, accentul punându -se pe componentele umane (
profesor și elev ). De asemenea, acestea depind și de funcționalitatea întregului sis tem, de
relațiile existente între componentele sale. Fiind un proces de măsurare și apreciere a
procesului instructiv – educativ, evaluarea presupune compararea rezultatelor obținute de
elevi printr -o activitate de învățare, cu un model realizabil al acest or rezultate, reprezentat de
obiectivele instructiv – educative.
Aprecierea sau formularea unor judecăți de valoare asupra datelor măsurării – ca
urmare a prelucrării datelor măsurătorilor, a comparării lor cu obiectivele urmărite și
estimarea gradului de realizare a acestor obiective –arată la ce nivel se situează rezultatele
obținute de elevi față de cele așteptate.
În acord cu viziunea teoriei pedagogice actuale, tot mai puternic dominată de puterea
definirii obiectivelor, până la nivel operațional, comp ortamentul constituie unitatea de
măsură a performanțelor școlare individuale.
Dacă în momentul proiectării acțiunii instructiv -educative comportamentul elevilor
reprezintă parte integrantă a unui obiectiv, după realizarea acțiunii devine rezultat. Astfe l,
obiectivele devin criterii pentru evaluarea rezultatelor instruirii – o evaluare riguroasă,
concretă, adecvată realității didactice. În consecință, cu cât acestea sunt mai clar și mai precis
definite, cu atăt măsurarea și evaluarea vor fi mai obiective, mai concludente. Deci, atunci
când fixăm obiectivele avem totodată și criterii de apreciere.
Evaluarea trebuie practicată în diferite momente ale procesului instructiv -educativ. La
începutul etapei de instruire – evaluarea inițială -permite aflarea nivelului de pregătire al
elevilor prin instruirea anterioară și a disponibilității acestora pentru studiul temei.

110
Evaluarea pe tot parcursil învățării –de progres sau formativă –evidențiază dificiltățile
întâmpinate de elevi la învățare. Astfel, se poate interveni imediat și eficient pentru
recuperarea neajunsurilor în realizarea unor obiective și permite profesorului să -și amelioreze
continuu demersurile de proiectare, organizare și conducere a procesului de instruire sau al
întregului proces de instruire (evaluarea finală, sumativă,cumulativă) relevă gradul de
realizare al obiectivelor specifice disciplinei, oferind repere pentru analiza modului de
realizare a programei școlare în ansamblul ei.
Importanța evaluării se vede din faptul că îi permite elevulu i să cunoască bine
rezultatele efortului său de învățare, sub aspectul calitativ, îl stimulează și îi oferă ocazii
necesare unei organizări mai eficiente a propriei activități, îl ajută să depășească momentele
critice, îi permite să progreseze în învățare. Instrumentele de măsurare pot cunoaște o
diversitate de forme cum ar fi: probe orale, probe scrise (întrebări la care se așteaptă
răspunsuri construite de elevi, fie răspunsuri la alegere pe baza celor sugerate, rezolvări de
exerciții sau probleme, comple tări de teste lacunare, tabele, ecuații chimice sau scheme
logice ),testele de cunoștințe alcătuite de cel care predă,teste diagnostice (de evidențiere a
lacunelor și greșelilor), teste de aptitudine, teste școlare standardizate,alte tipuri de
teste,probe practice.
Indiferent ce procedee de măsurare se vor utiliza, acestea vor fi elaborate cu ajutorul
unor criterii care vor permite să compare rezultatele obținute cu obiectivele propuse.
Pe baza acestor comparații vom fi în măsură să ne dăm seama dacă rezul tatele sunt
sau nu satisfăcătoare, dacă răspund așteptărilor noastre în materie de randament școlar, dacă
putem sau nu pretinde că obiectivele lecției sunt realizate, că lecția a reușit în totalitatea ei.
Judecățile de valoare se emit prin referire la crit erii dinainte stabilite.
A aprecia înseamnă a putea stabili până la ce nivel rezultatele obținute corespund
criteriilor avute în atenție.
Evaluarea instrumentelor de măsurare și apreciere respectă o anumită metodologie
care ne obligă să asigurăm câteva ca lități esențiale oricăror probe ce vor fi aplicate și anume:
să fie adecvate obiectivelor și materiei de studiat, adică să solicite răspunsuri specifice, în
deplină concordanță cu ceea ce se urmărește și se predă în cadrul lecției, cu vârsta elevilor și
cu strategiile didactice aplicate.

111
Este necesar ca probele să fie gândite atât în perspectiva faptelor, conceptelor,
principiilor și aplicațiilor pe care trebuie să le stăpânească elevii, cât și prin prisma
modalităților prin care se presupune că se manife stă stăpânirea respectivelor achiziții. Sub
raportul dificultății, o probă se consideră, de obicei, pe măsura celor cu care lucrăm, atunci
când circa 75% din aceștia reușesc să satisfacă cerințele acesteia, să fie eficace și pentru
aceasta să fie valide, adică să măsoare ceea ce au de măsurat, respectiv cunoștințele și
deprinderile care alcătuiesc conținutul lecției, să fie fidele în sensul că vor trebui să reflecte
în mod real gradul de stăpânire a cunoștințelor și deprinderilor la care se referă.
Pentru a îndeplini cele arătate mai sus, probele urmează să:
– cuprindă suficienți itemi reprezentativi pentru c onținutul învățat;
– să fie practice, adică ușor de aplicat în timpul alocat, atât pentru profesorul care
le administrează și corectează, cât și pentru elevii care le rezolvă;
– scorul prevăzut să depindă de cât știe elevul și nu de cât de repede răspunde.
Testele și probele de control se înscriu printre instrumentele des întălnite în practica
școlară, în cadrul diferitelor modalități de evaluare. Acestea aduc o contribuție importantă
atât în obținerea unei imagini clare asupra perfomanțelor obținute de elevi în învățare, cât și
asupra stadiului și dinamicii realizării obiectivelor în raport cu care se face evaluarea. Ele
realizează o modalitate de valorificare directă a obiectivelor și pun în evidență formarea la
elevi a unor capacități prin intermediul comportamentelor pe care le manifestă elevii.
Dacă se urmărește evaluarea obiectivelor frecvente ale instrui rii (evaluare de
progres ), pentru fieca re obiectiv referitor la elementele de conținut din secvența respectivă, se
formulează câte un item, care reflectă direct obiectivul învățării. Între item și obiectivul a
cărui realizare o evaluăm, trebuie să existe o concordanță perfectă și numai atunci i temul
permite determinarea gradului de realizare a obiectivului și indică în mod real dacă învățarea
s-a produs.
Criteriul atingerii obiectivului vizat de un item poate fi definit ca performanță fără
erori, aceasta indicând modul în care trebuie să reacțio neze elevul confruntat cu itemul,
pentru a dovedi că a atins obiectivul vizat. Înregistratrea numărului de elevi care au atins sau
nu nivelul prevăzut pentru obiectivul respectiv.

112
Formularea concisă, clară a itemilor asigură înțelegerea lor rapidă și fără dificultate
de către elevi. Ele trebuie formulate astfel încât să solicite un răspuns scurt, iar elevul să
consume cât mai puțin timp pentru aceasta.
Itemurile pot fi clasificate după gradul de complexitate a activităților intelectuale pe
care le efectuea ză elevii în rezolvarea lor, în următoarele categorii:
– itemuri care apelează la capacitatea elevilor de a -și însuși, a memora informații,
solicitând acestora un efort de memorare reproductiv, de redare sau de scriere a unor definiții,
clasificări după criterii date, a unor proprietăți sau reacții chimice, a unor conținuturi.
Comportamentele asociate sunt: identificarea sau recunoașterea și reproducerea unor
definiții,informații.
– itemuri care vizează capacitatea elevilor de a utiliza informațiile asimi late în situații
specifice, solicitând acestora activități intelectuale diferite, de operare cu limbajul specific
chimiei, de transferare dintr -un limbaj în altul și de la o situație la alta a reprezentărilor
abstracte, conceptelor, teoriilor, legilor, de efectuare a unor calcule stoechiometrice.
Activitățile mentale efectuate de elevi ( înțelegerea,aplicarea, analiza și sinteza )
diferă ca modalitate de manifestare. Ele pot solicita elevilor un efort de interpretare și
discernământ în scopuri variate: ide ntificarea unor cauze care determină producerea
fenomenelor chimice, stabilirea unor proprietăți comune și specifice sau opuse ale
substanțelor chimice, stabilirea unor relații reciproce între structura substanțelor și
proprietățile lor.
Dintre comportamen tele asociate acestora pot fi menționate: scrierea ecuațiilor
chimice reprezentând metode de obținere sau proprietăți chimice ale unor substanțe,
indicarea metodelor generale de obținere pentru o clasă de substanțe pe baza cunoașterii
metodelor de obținere a unei substanțe ce aparține clasei respsctive.
– itemuri care vizează utilizarea informațiilor și capacităților însușite în situații
specifice relativ noi. În acest caz activitatea mentală implică rezolvarea de probleme și
solicită elevilor un efort de i lustrare sau de identificare a aplicațiilor, prin examenul practicii,
de valorificare a datelor specifice chimiei și din activitatea zilnică. În probele de control,
itemurile care apelează la activități intelectuale simple se găsesc la început și se contin uă cu
itemurile a căror rezolvare solicită activități intelectuale complexe. Se va căuta pe cât posibil
ca în probă să se introducă un număr cât mai mic de itemuri din prima categorie, ponderea

113
itemurilor din celelalte categorii , trebuie să fie crescută, în scopul unei bune valorificări a
resurselor formative a disciplinei.
Pentru atingerea obiectivelor propuse se pot folosi următoarele tipuri de itemuri:
I. Itemuri de tipul răspunsuri deschise.
1) itemuri de completare care solicită răspunsuri scurte: completări de cuvinte,
formule chimice, definiții.
a) ecuații chimice incomplete a căror rezolvare solicită precizarea reactanților, a
produșilor de reacție care lipsesc și stabilirea coeficienților stoechiometrici.
b) propoziții reprezentând un e nunț incomplet .
c) scheme de reacție a căror rezolvare solicită scrierea ecuațiilor reacțiilor chimice
posibile prin care să se ajungă la o substanță dată.
2) itemi de formulare sau de reprezentare – întrebări a căror rezolvare solicită: redarea
unor definiții, precizarea unor condiții de reacție, felul unor reacții chimice, interpretarea
unor ecuații.
II. Itemuri de tipul răspunsuri închise
1) itemuri cu alegere duală –întrebări care propun alegerea unui răspuns din două date:
da/nu, corect/ incorect, adevărat/fals; elevul trebuie să aleagă unul dintre ele.
2) item uri de tip pereche sau împerechere – presupun realizarea unor corespondențe între
elementele unui conținut sau afirmații ce pot să reprezinte: o asociație simplă, o asociație cu
termen exclus.
3) itemuri cu alegere multiplă – în care se solicită identificarea unui răspuns dintr -o listă
mai largă, răspuns ales prin încercuire sau subliniere și care au la bază:
a) analiza unor relații tip cauză -efect;
b) analizarea unor date i ndicate sau observații descrise sau constate experimental;
c) efectuarea unor operații cantitative.
Proba de control poate conține fie itemi ale uneia din for mele indicate mai sus, fie
itemuri ale căror forme alternează în funcție de conținutul asociat obi ectivelor ce se
evaluează, al căror grad de realizare trebuie constatat și de timpul de aplicare.
În cazul în care avem de -a face cu obiective de performanță, rezultatele obținute de
elevi trebuie comparate cu criterii de performanță dinainte stabilite pe ntru fiecare probă.
În general nivelul minim de realizare a unui obiectiv se poate stabili în funcție de:

114
 numărul minim de răspunsuri corecte (opt răspunsuri corecte din douăzeci);
 procentul de reușită pentru fiecare elev;
 limite de timp;
 numărul de încer cări admise;
 erori admise.
Se poate specifica și nivelul minim de performanță pentru întreaga clasă. De exemplu,
conform unui criteriu obișnuit al proiectării instruirii, 90% dintre elevi trebuie să rezolve
90% din obiective (criteriul 90/90). Dar pot fi luate în considerație și alte proporții
90/75;75/75.
Dar nu totul poate fi evaluat imediat, nu toate rezultatele sunt ușor de sesizat și măsurat.
De exemplu, obiectivele care privesc formarea aptitudinilor pozitive (față de învățătură, de
muncă, spiri t de echipă, curiozitate intelectuală) nu se pot operaționaliza, specificându -se
prin ce comportamente ar putea să se manifeste elevii în acest sens.

IV.2 Organizarea procesului de evaluare în cadrul temei
“Atomul.Structura atomului”
IV.2.1 Modul în care s-a organizat și realizat procesul de evaluare

În experiment au fost cuprinse două clase a VII -a de la unitățile școlare la care
funcționez. La acest experiment, care s -a desfășurat în cursul anului școlar 2015 -2016, au
participat: clasa aVII -a de la Ș coala Gimnazială nr.1 sat Pungești cu un efectiv de 22 elevi și
clasa a VII -a de la Școala Gimnazială sat Hîrsova cu un efectiv de 16 elevi. Evaluarea s -a
realizat după parc urgerea unității de învățare "Structura substanțelor. Atomul."
Clasele participante la acest experiment au un nivel de pregătire apropiat.
Clasa aVII -a Școala Gimnazială nr.1 s at Pungești are un efectiv de 22 elevi și reprezintă
eșantionul experimental notat cu E e în cercetarea pedagogică , media clasei la testul inițial
aplic at la începutul anului școlar 5, 10.

115
Clasa aVII -a Școala Gimnazială sat H îrsova are un efectiv de 16 elevi și reprezintă
eșantionul de control notat cu E c în cercetarea pedagogică, media clasei obținut ă la testul
inițial aplicat la începutul anului școlar 5 ,61.
Clasele sunt omogene, având caracteristici comune: elevii învață , dar le lipsește
inițiativa, nu au curiozitate, făcând doar ce li se spune, foarte puțini punând întrebări pentru a
afla mai multe.
Pe parcursul experimentului, am prelucrat unitatea de învățare "Structura
substanțelor.Atomul", iar la sfârșitul acesteia a fost aplicat un test de evaluare. La clasa E c,
am predat lecțiile folosind metode moderne iar la clasa E e, s-au folosit metode tradiționale cu
precădere modelarea.
Proba de evaluare aplicată la sfârșitul unității de învățare are următorul scop:
a) stabilirea evoluției nivelului educațional al elevilor din eșantionul experimental
comparativ cu al acelora din eșantionul de control;
b) stabilirea modului în care au răspuns elevii din cl asa experimentală la folosirea
modelării ca metodă de învățare a noțiunii de atom și structurii acestuia.
Am aplicat următorul test la ambele clase la sfârșitul unității de învățare "Structura
substanțelor. Atomul".
Test de evaluare
" Stuctura substanțelor. Atomul "
Disciplina : Chimie
Data susținerii testului :
Conținuturi evaluate :
– Corpuri electrizate.Sarcina electrică;
– Atomul.Nucleul atomic. Numărul atomic.Numărul de masă;

116
– Element chimic. Simbol chimic;
– Izotopi;
– Învelișul de electroni al atomului;
– Masa atomică. Mol de atomi.
Competențe specifice :
C1: clasificarea particulelor elementare, elementelor, ionilor, moleculelor după unul sau mai
multe criterii;
C2: formularea ipotezelor referitoare la caracteristicile structurale ale diferiților atomi, ioni și
molecule;
C3: interpretarea observațiilor obținute din grafice, tabele, fișe de observații;
C4: folosirea terminologiei specifice chimiei în scopul denumirii elementelor și substanț elor
chimice;
C5: evaluarea factorilor de risc și recunoașterea importanței unor specii
chimice(atomi,ioni,molecule);
C6: rezolvarea de probleme de calcul numeric referitoare la masa atomică, mol de atomi.
Obiective operaționale :
Elevii trebuie să demonstr eze că sunt capabili să:
O1: să definească atomul;
O2: să cunoască structura atomului ;
O3: să cunoască caracteristicile particulelor subatomice (p+,n0,e- );
O4: să identifice Z și A pentru diferite elemente și să cunoască relația matematică dintre Z,A
și N;

117
O5: să definească izotopii ,să dea exemple, să determine tipul și numărul particulelor
subatomice pentru diferiți izotopi;
O6: să definească învelișul de electroni al atomului și să modeleze structura acetuia;
O7: să cunoască structurile stabile de dubl et și octet;
O8: să definească masa atomică și molul de atomi;
O9: să exprime molul de atomi în grame, nr. lui Avogadro.
Conținutul testului :
I. Alege răspunsul/răspunsurile corect/corecte:
1.Atomul :
a) este neutru din punct de vedere electric;
b) este alcătuit din protoni și neutroni;
c) este o particulă divizibilă și se poate observa cu ochiul liber;
d) este încărcat cu sarcină electrică pozitivă.
2. Nucleul atomic :
a) este alcătuit din electroni;
b) este alcătuit din protoni și neutroni;
c) reprezint ă partea centrală a atomului;
d) are volum mare în comparație cu volumul întregului atom.
3. Simbolul chimic reprezintă:
a) notarea prescurtată a electronului;
b) notarea prescurtată a unui element chimic;

118
c) se notează cu prima literă sau un grup de liter e din denumirea elementului;
d) se poate nota și cu litere din denumirea elementului în limba latină.
4. Învelișul de electroni:
a) este stratificat, alcătuit din șapte straturi electronice;
b) straturile electronice se notează cu literele A,B,C,D,E,F,G;
c) se notează cu cifre arabe 1,2,3,4,5,6,7;
d) numerotarea straturilor începe de lângă nucleu.
1,5puncte
II. Completează spațiile libere:
1. Izotopii reprezintă …….unui element care au același……,dar număr de neutroni……. .
2. ………………. reprezintă notarea convențională a unui element chimic cu ……. din denumirea
elementului.
3. Numărul atomic, notat cu ……, reprezintă totalitatea ……din nucleu.
4. Masa atomică reprezintă …….care arată de câte ori masa unui ….. este mai mare decât …. .
2puncte
III. 1) Modelează repartiția electronilor pe straturi pentru elementele cu Z =5,Z =10,Z
=15,Z=19.
2puncte
2) Indică configurațiile electronice scrise corect; analizează exemplele incorecte și
corectează greșelile:
a) K2L9;
b) K1L5;

119
c) K2L8M9;
d) K2L8M8.
1punct

3) Atomul unui element conține 45 neutroni și are A=80. Află numărul de protoni,
denumirea și simbolul elementului.
1punct
IV. Calculați numărul de moli de atomi de fier, conținuți într -un cub cu latura de 3cm. Se dă:
AFe=56;𝜌Fe=7800Kg/m3
1,5puncte
1punct oficiu
TOTAL: 10 puncte

Rezolvare test
I.1.a); 2.b),c); 3.b),c),d); 4.a),c),d). 0,375p x 4=1,5 puncte
II.1. Izotopii reprezintă atomii unui element care au același număr atomic Z, dar număr de
neutroni diferit .
2. Simbolul chimic reprezintă notarea convențională a unui element chimic cu litere din
denumirea elementului.
3. Numărul atomic, not at cu Z ,reprezintă totalitatea protonilor din nucleu.
4. Masa atomică reprezintă numărul care arată de câte ori masa unui atom este mai mare
decât unitatea atomică de masă .

120
0,5 p x 4= 2puncte
III.1.
Z=5 →K2L3;
Z=10 →K2L8;
Z=15 →K2L8M5;
Z=19 →K2L8M8N1.
0,25 p x 4=1punct
2.a) greșit; corect: K2L8M1;
b) greșit; corect: K2L4;
c) greșit; corect: K2L8M8N1;
d) corect.
0,25 p x 4=1punct
3.A=80; Scriem relația dintre Z și A: A= Z+N→Z=A -N→Z=80 -45=35 protoni
N=45 Z=35→E -brom cu simbolul Br.
E=?

IV. V cub=l3→V cub=(3cm)3=27cm3=0,000027m3 0,5 p
𝜌=m/V→m= 𝜌∙V =7800Kg/m3∙0,000027m3=0,2106Kg= 210,6g 0,5 p
n=m/A→n=210,6g /56g/mol=3,76. 0,5 p

IV.2.2 Motivarea probei de evaluare

Testul de evaluare prezentat mai sus a fost aplicat după parcurgerea unității de
învățare "Structura substanțelor. Atomul". Prin aplicarea acestui test s -a urmărit identificarea
capacităților elevilor de a realiza conexiuni între noțiunile teoretice acumul ate și posibilitatea

121
de punere în practică a lor, corectitudinea folosirii limbajului științific, capacitatea de a
recunoaște diferiți termeni, formularea itemilor fiind realizată astfel încât răspunsurile să nu
depindă de memo rarea mecanică a conținuturil or.
Rezultatele obținute de elevii celor două clase la testul de evaluare sunt prezentate în
următoarele tabele:

Clasa Nr.elevi
testați Rezultate obținute Media
3-3,99 4-4,99 5-5,99 6-6,99 7-7,99 8-8,99 9-10
Eșantion
experimen
tal
Ee
22
0

1
2
4
7
5
3
7,56
Procent
din
lucrări 0% 4,5% 9,1% 18,18
% 31,82
% 22,72
% 13,6%
Tabel ul 11 Rezultate teste evaluare E e

Clasa Nr.
elevi
testați Rezultate obținute
Media 3-3,99 4-4,99 5-5,99 6-6.99 7-7,99 8-8,99 9-10
Eșantion
de control
Ec
16
0
2
3
6
3
1
1
6,66
Procent
din lucrări
0%
12,5%
18,75 %
37,5%
18,75%
6,25%
6,25%
Tabel ul 12 Rezultate teste evaluare E c

122

Nr.elevi Rezultate test E e Rezultate test E c
1 6,75 6,50
2 4,50 6,25
3 5,00 6,75
4 5,40 4,50
5 7,50 5,50
6 10,00 8,75
7 6,50 6,50
8 6,75 5,50
9 7,50 6,50
10 7,50 5,50
11 6,50 7,75
12 7,25 7,50
13 7,75 7,75
14 10,00 10,00
15 7,75 4,50
16 8,25 6,75
17 9,25
18 8,50
19 8,75
20 7,75
21 8,75
22 8,50
Tabel ul 13 Rezultate test

123

Figura 34 Comparația distribuției notelor considerând numărul de elevi care au obținut note în interval de o unitate a valorii
notei

Figura 35 Comparație a distribuției notelor considerând procentul din numărul de elevi care au obținut
note cuprinse în interval de o unitate a valorii notei

124
IV.2.3 Comentariul rezultatelor la sfârșitul activității

După cum rezultă și din datele statistice, se observă un plus de calitate în formularea
răspunsurilor elevilor din clasa experimentală. Procentul elevilor care au obținut note între 9 și
10 este de 13,6% pentru clasa E e și de 6,25% pentru clasa E c. De asemenea procentul notelor de
7 și 8 este de 31,82% pentru E e și de 18,75% pentru E c. Procen tul de mediocritate este mai scăzut
la clasa E e decât la clasa E c.
În concluzie, r ezultă că majoritatea elevilor:
– și-au însușit cunoștințele referitoare la atom și structura acestuia;
– știu să transfere cunoștințele teoretice referitoare la atom la orice fel de situație;
– dau răspunsuri logice motivând fiecare activitate a lor;
– operează cu ușurință cu noțiunile însușite anterior;
– mânuiesc cu îndemânare modelele specifice atomului și structura acestuia.

125
CONCLUZII

Această temă a fost aleasă pentru acest experiment datorită importanței deosebite a
noțiunii de atom și structura acestuia (pentru a studia mai departe structura substanțelor) în
formarea gândirii ștințifice și materialist -dialectice a elevilor.
După cum s -a arătat și în int roducerea acestei lucrări, prin acest experiment s -a urmărit să
se verifice eficiența metodei modelării în studiul atomului și structura acestuia.În acest context s –
a procedat la elaborarea unor proiecte didactice de învățare a structurii atomului în care s-au
propus spre a fi verificate următoarele:
– modelarea este metoda cea mai potrivită pentru a studia atomul și structura acestuia, în
condițiile în care elevii sunt dirijați pentru a realiza modele și spre a folosi aceste modele în
studiul atomului;
– deprinderea elevilor cu transferul unui tip de model pe alt model de o altă dificultate
este calea pentru înțelegerea corectă și aprofundarea conceptului de atom;
– modelele utilizate în studiul acestei teme au fost concepute și introduse în procesul de
învățare a acestei teme, astfel încât puse în mâna elevilor să solicite acestora desfășurarea unor
activități independente, problematizate.
Modul în care au fost elaborate sarcinile de activitate independentă dovedește că
problematizarea a vizat o serie de activități: de selecție, de asociere și de cercetare. Multe din
sarcinile prevăzute a fi realizate în cadrul activităților independente au făcut apel la
algoritmizare.
Proiectarea activităților didactice a fost făcută în corelație cu anumite scopuri infor mative
și formative care rezultă din formularea obiectivelor educaționale, propuse a fi realizate în
studiul atomului și structurii acestuia.
Obiectivele propuse, atât cele informative cât și cele operaționale, au cuprins
cunoașterea:
– noțiunii de atom;

126
– structura atomului;
– structura nucleului atomic;
– numărului atomic Z;
– numărului de masă A;
– molului de atomi;
-definirea izotopilor;
– structura învelișului de electroni;
– definirea elementului chimic;
– simbolul elementelor chimice;
– stuctura tab elului periodic al elementelor;
– relației dintre structura atomului unui element și poziția lui în tabelul periodic;
– caracterului metalic;
– caracterului nemetalic;
– electronegativității;
– raze atomice și ionice;
– tipurilor de de modelări folosite în reprezentarea atomului și structurii acestuia;
– importanța studierii atomului ca factor determinant al structurii substanțelor.
Pe lângă obiectivele educaționale specifice acestei teme s -au urmărit și realizat
obiectivele generale ale chimiei:
– formarea și dezvoltarea concepției științifice despre lume și viață;
– dezvoltarea la elevi a unor scheme de acțiune și gândire necesare cunoașterii și
investigării lumii materiale;

127
– dezvoltarea spiritului științific, a capacității de transfer a cunoștințelor în contexte noi;
– cunoașterea unor noțiuni fundamentale despre atom și structura acestuia.
În procesul de predare – învățare a atomului și structura acestuia s -au folosit o gamă largă
de modele, de la modele materiale la modele grafice și figurative. Uneori m odelul a folosit ca
informație, alteori a înlocuit întrebarea sau răspunsul solicitat, iar alteori a fost mijloc de
verificare a răspunsurilor corecte.
În toate proiectele didactice prezentate, modelele au făcut apel la gândire, contribuind la
antrenarea p ermanentă, conștientă și activă a elevilor în construirea și folosirea lor.
Realizarea de către elevi a diferitelor activități, răspunsurile oferite la exercițiile propuse
în proiectele didactice cât și rezultatele obținute la probele de evaluare arată că majoritatea
elevilor:
– și-au însușit cunoștințelor referitoare la atom;
– pot lucra cu ele în contexte noi;
– pot realiza atât transferul de cunoștințe cât și transferul de pe un tip de model pe alt tip
de model de o altă complexitate.
Din această analiză se poate observa că nu toate obiectivele propuse au fost atinse la cote
maxime și aceasta din cauza interesului și posibilităților elevilor cu care s -a lucrat.Prin proiectele
propuse s -au verificat ipotezele:
– modelarea este într -adevăr metoda cea mai po trivită în studiul atomului și structura
acestuia, deoarece elevii sunt dirijați spre a realiza modele și a studia pe baza lor interrelația
dintre atom și structura substanțelor;
– pentru înțelegerea corectă și aprofundarea noțiunii de atom au fost deprin și cu transferul
unui tip de model pe alt tip de model;
– capacitatea elevilor de a demonstra prin modele structura atomului și implicit structura
substanțelor.

128
În prezenta lucrare, s -a adus o contribuție prin proiectarea activităților didactice, ținându –
se cont de posibilitățile dar și de particularitatea de vârstă a elevilor cărora li se adresează cât și
de prevederile programei școlare referitoare la tema în discuție.De asemenea o contribuție
importantă o au și probele de evaluare elaborate, obi ectivele educaționale precum și interpretarea
rezultatelor.

129
BIBLIOGRAFIE
1. S. Fătu, Metodica predării chimiei , Editura Corint, 1998;
2.D.G. Cozma, Elemente de didactica chimiei , Editura Spiru Haret, Iași 2003;
3.D.G. Cozma, A. Pui, Concepte și metode în predarea – învățarea chimiei , Editura MATRIX
ROM 2002;
4. D.G. Cozma, A.Pui, Didactica chimiei – Teorie și aplicații, Editura Performantica, 2009;
5. I.Cerghit, Metode de învățământ , Editura Didactică și P edagogică, Bucureș ti,1997;
6. S. Fătu, I. Jinga, Învățarea eficientă a conceptelor fundamentale de chimie , Editura Corint,
București,1997;
7. D.Bâclea și M. Constantinescu, Chimie – planuri de lecție , Editura Polirom, 1999;
8. Curriculum național – pentru claseleVII -XII;
9.Manualele de c himie – VII-IX în vigoare ;
10. C. Cucoș, Pedagogie , Editura Polirom Iași, 1996;
11. Ciascai Liliana, Didactica fizicii, Editura Corint, București, 2007;
12. Călțun F.O., Didactica fizicii , Editura Universității „ A.I. Cuza” Iași, 2007;
13. C.D. Nenițescu, Chimie generală , Ed. Didactică și P edagogică, București,1979;
14. Ioan Gogoașă, Chimie Anorganică , Editura EURO BIT, Timișoara, 2007;
15. Gheorghe Spacu – coordonator, Tratat de chimie anorganică , Ed. Tehnică, București,1978;
16. Gheorghe Marcu – coordonator, Chimie Anorganică , Ed. Didactică și Pedagogică, București,
1984;
17. D. Humelnicu, Introducere în chimie anorganică, Ed. Univ. „Al. I. Cuza” Iași,2002;
18. Budrugeac P., Niculescu M., Exerciții și probleme de chimie , Ed. d e Vest, Timișoara, 1993

130
Declarație de autenticitate,

Subsemnat a Iacob Alina Geanina , căsătorită Nițoi, cadru didactic la Ș coala
Gimnazială sat Hîrsova, din localitatea Hîrsova , jude ul Vaslui , înscris ă la
examenul de acordare a gradului did actic I,
seria 2015 -2017 , cunoscând dispozițiile articolului 326 Cod penal cu privire la
falsul in declarații, declar pe propria răspundere următoarele:

a) lucrarea a fost elaborată personal și îmi a parține în întregime;
b) nu am folosit alte surse decât cele menționate în bibliografie;
c) nu am pre luat texte, date sau elemente de grafică din alte lucrări sau din
alte surse fără a fi citate și fără a fi precizată sursa preluării, inclusiv în
cazul în care sursa o reprezintă alte lucrări ale subsemnatei Iacob Alina
Geanina
d) lucrarea nu a mai fost folosită în alte contexte de examen sau de concurs.

Dau prezenta declarație fiindu -mi necesară la predarea lucrării metodico –
științifice în vederea avizării de către conducătorul științific, doamna lect. dr.
Mirela Goanță.
Declarant ,
(nume, prenume)…………………………………………
( semnătura)…………………………………

Data……………