電子軌域 Shells and Orbitals

原子是很奧妙的創造, 也有精密的數學跟科學的結構…今天我們就來認識一下原子裡面其中一個很重要的角色: 電子 Electron!

Electron orbital 又稱為軌域, 維基百科的解釋可在此更多了解

這次我們最主要是認識電子層, 主要有四種詭域,  s, p, d and f.

S = Spherical

P = Principle

D= Diffuse

F=Fundamental

這些軌域怎麼運作呢?

看這張圖….

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我們用Pipe Cleaner 讓孩子摺出這些軌域看看…

S

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P: they are found in group of 3

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所以疊起來就會是這樣

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D: they are found in group of 5 組合起來

F: they are found in group of 7 太難了…..我們就沒有做, 你可以試試看唷

 

這個影片用很簡單的方法讓我們知道軌域是甚麼…

但因為如果要用畫的把這些軌域S, p d f 畫出來確實會有困難, 所以科學家基本上還是用Bohr Model 的圖示會相對簡單許多。像這樣

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了解這些軌域之後, 我們做了一個小小的活動幫助我們了解electron clouds 裡的s and p 在原子裡面是如何排列。

 

這些活動都在這本書裡面 (可以在此購買 The Elements PDF版本)

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步驟

  1. 學生要先知道此元素的Atomic number, 來決定此元素會有幾個電子。
  2. 把串珠排好, s 先排滿, 再排 p, 小圈先排滿, 再往外排

 

No.1 Hydrogen

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No.2 Helium

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No.3 Lithium

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No.4 Berillium

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No.5 Boron

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No.6 Carbon

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No.7 Nitrogen

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No.8 Oxygen

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這樣我們可以很清楚的看到S 軌域跟p軌域的電子如何組成….但科學家也發現一個更方便來辨識軌域的寫法,像這樣….

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用寫的比用畫得更快! 科學家真的是講求效率的人啊~~~~~我們作了以下的練習。

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今天的元素主角是氧 Oxygen! 氧有甚麼特性, 如何與我們生活息息相關呢?

我們看了以下的影片

 

Notebooking

我們用的書籍如下

哥哥的筆記

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弟弟的筆記

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我們也在Timeline Book紀錄化學演變跟發現的過程, 才發現原來早在西元前400多年就已經有先人開始原子論的概念了耶! 怎麼這麼厲害?!! 沒有任何的儀器之下, 真的讓我們驚嘆古人的智慧啊…..而且有趣的是, 我們也發現尼希米時代跟周朝還有原子論都在同一個時期發生的唷!

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這樣的學習串連了個科目, 把歷史跟科學都拼湊成一幅美麗的圖畫, 開啟我們的眼睛看見上帝的故事慢慢在人類史裡展開……………….

Parts of an Atom

我們這周要來一起認識原子….這微小的東西到底是甚麼呢? 以下是我們學習原子的資源跟歷程唷!

書籍

Christian Kids Explore Series (Chemistry): 我先讀了課程給孩子們聽, 一個單元的內容都很短, 因為這教材主要是寫給國小與國中階段的學生, 所以不難懂而且容易消化每一個概念。大約花了5分多鐘就可以唸完了….

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我最喜歡的部分就是每個新詞彙的定義都寫得很清楚簡單。讀完了, 孩子們似懂非懂…我們進入到影片解說, 有圖解跟動畫就比較能把剛剛讀過的原子構造做個比較具體的了解。

Videos

 

 

Hands-On Activity

我讓孩子們親手做出不同元素的原子…

我們用的材料很簡單

  1. Pipe cleaners
  2. Beads 不同顏色的串珠 (或者你也可以用黏土搓成小球)
  3. Small container 小盒子

 

我們從最簡單的開始…原子的基本構造就是 Nucleus (原子核), Protons (質子), Neutrons(中子) and Electrons (電子)。

Hydrogen 氫 的原子序數是 1, 就表示它有1個質子。

小盒子代表原子核, 裡面就裝一個串珠代表質子, (注意最常見的氮沒有中子唷, 原因是因為中子可以可以維持原子的穩定度, 如果質子彼此太過擁擠靠近,它們會彼此排斥。但因為氫只有一個質子, 所以不需要中子維持穩定度…但是氫也是可以有中子的..這會講到Isotope 同位素)

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孩子們按照元素表來排出這些元素的原子

 

氦 Helium (2 protons, 2 neutrons, 2 electrons)

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鋰 Lithium ( 3 protons, 4 neutrons and 3 electrons)

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鈹 Beryllium (4 protons, 5 neutrons and 4 electron)

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氮 Nitrogen (7 protons, 7 neutrons and 7 electrons)

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氧 Oxygen (8 protons, 8 neutrons and 8 electrons)

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氟 Fluorine

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氖 Neon (10 protons, 10 neutrons and 10 electrons)

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钠 Sodium (11 protons, 12 neutrons and 11 elctrons)

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雙寶也跟著在旁邊自己亂排著玩…..(兩個三歲娃, 不要吵我就很開心了! 呵呵, 但是可以跟著哥哥們一起同樂算是順利的過程! 只是…為什麼有一個戴牛仔帽, 一個戴墨鏡? 我拍完之後才發現有兩個奇裝異服的學生! 哈哈!)

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Notebooking

認識了原子的構造, 他們把學習到了知識用筆記跟畫的方式記錄下來….

 

Parts of an Atom and Key terms

 

我們一周認識一個元素, 今天的主角是氮…我們看了以下的影片還有書籍

 

Books

 

Notebooking

哥哥的 (7th grade)

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弟弟的 (3rd grade)

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Science Experiment

我們會用一個化學小實驗算是今天課程的結尾…目的是讓孩子們了解用科學的方式探索上帝的奇妙, 引發學習的動機。我們今天做了 Secret Message的實驗!

材料

  1. Milk 牛奶
  2. Baking Soda 小蘇打粉
  3. Lemon Juice 檸檬汁
  4. Container 容器
  5. Paintbrush 畫筆刷
  6. 紙跟鉛筆

以前一戰的時候, 軍情就是用檸檬汁寫下秘密訊息在傳達的。我們每個人選了一個材料來寫, 我們想要測試哪一個材料比較有效…

哥哥選檸檬汁

弟弟選牛奶

我跟雙寶選了小蘇打粉

大家都各自做了假設…然後再透過實驗看看自己的假設是否成立

方法都一樣, 就是用筆刷沾下選好的材料, 在白紙上寫下自己的秘密訊息..待乾了以後再用鉛筆塗黑就可以看到寫甚麼了唷!

結果…

檸檬汁的

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牛奶的(我們發現牛奶的方式用鉛筆塗黑效果不好-如下圖Chemistry_200209_0001

但是如果是用鉛筆的碳粉..再用手去塗黑, 就很明顯了。可以看這影片就知道 (這是他們兄弟小時候當時我們也做過同樣的實驗, 現在回顧好窩心啊..真可愛!)

小蘇打粉的

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家裡的生活用品就可以拿來做各式各樣的實驗…真的很好玩唷!

 

Element, Compound and Mixture

有沒有想過用樂高來認識化學組成的構造? 我們上回學了甚麼是化學, 以及生活裡面到處都可見的產品, 今天我們要來認識甚麼是元素, 化合物, 混和物。

我家孩子一聽到要拿一堆樂高來學習, 馬上大的小的一起把各種顏色的樂高積木找出來!

首先準備好樂高

四個碗

 

Element 定義: The purest form of matter

我們用兩個同顏色的樂高放在碗裡面代表

每一個樂高代表一個原子。所以這碗裡面有幾個元素, 幾個原子呢?

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Bingo~~~~一種元素, 兩個原子。

Compound 化合物 定義= two or more elements that are chemically bonded.

我們用兩種不同顏色的樂高結合起來。

因為這兩種元素已產生化學的連結, 他們可以變成一種新的物質…

舉例: H2O 水, 就是兩各氫原子+一個養原子

孩子用樂高作的水分子

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NaCl 鹽巴 = Sodium + Chlorine

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CO 2 = 1 Carbon atom + 2 Oxygen atoms.

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Mixture 混合物= two or more elements that are physically mixed.

我們就把各種不同的樂高組合放在碗裡

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接著我們看了這幾個影片

 

Activity/Experiment:

實驗的部分, 我把家裡的各種廚房用品拿出來…讓孩子們分辨哪些是化合物, 哪些是混合物

他們會去看成分, 再回到剛剛的定義來區別這兩種的差異

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這是他們的結論

醬油: 混合物

鹽巴: 化合物

水: 化合物

糖: 化合物

醋: 混合物

油: 混合物

 

那…..你覺得小蘇打粉是哪一種呢?

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檸檬酸?

生活裡面真的隨處拿跟看都跟化學有關係….孩子們眼睛頓時發亮, 原來化學就在廚房廁所都用的到, 到處都需要。

後來他們開始玩起來了……..弟弟說想要創造自己的混合物…..他加了水跟油, 鹽巴, 咖啡, 醋, 最後還把我的麻油也加進去….是…也還滿香的啦! 只是…大概沒有人敢喝下去。

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但我看他整個對學習的熱情是點燃的….特別是在他發現油跟水不能混合的時候, 他大叫一聲” 媽媽, 你們! 這些油都變成一圈一圈的浮在水上!”

最後鹽還慢慢結晶….他真的超high! 三歲的雙寶雖然看不懂, 但也乖乖地(難得啊) 在一旁跟哥哥一起”實驗”…(媽媽好怕翻倒啊) …一直說Compound Compound! 當然他們是不懂甚麼是Compound, 但是可以四個孩子從13 歲~3歲一起享受在科學的發現與驚奇裡面, 這樣就夠了!

Notebooking

我們今天的元素是Helium

這幾個影片很不錯唷….特別是最後那個, 吸進氮氣整個聲音變超卡通, 笑昏我們全家了!

哥哥的筆記

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我們也將剛剛樂高的混合物, 化合物做一個整理, 讓孩子看這些圖去數幾個原子, 分子, 是化合物還是混合物。

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弟弟的

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我從來不知道化學這麼的好玩!!! 老少咸宜啊~~~~

下周我們要學原子的構造唷! 一起跟我們來經歷上帝創造的奧秘吧!

 

 

 

 

What is Chemistry

在跟孩子討論這學期科學要進行甚麼主題, 我們決定鑽入化學的世界裡面囉! 化學其實跟我們的生活息息相關, 日常生活用品都脫離不了化學的元素, 就連我們人, 動植物都是元素構成的….

我在網路上找的很多相關的教材, 看了很多評比…最後我選了這套 Christian Kids Explore Series。

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他有很多不同的科學主題, Earth Science, Chemistry, Physics and Biology. 這套也是很多Homeschooling 家庭推薦的以神為中心的科學理念跟真理來看世界, 探討科學。跟我們古典教育非常的雷同, 裡面的內容每一課都很簡短, 而且都只專注在一個小主題, 也都已經該單元的科學詞彙的定義都列在頁數的旁邊, 讓我們很容易了解詞彙的定義也方便我們製作自己的索引 Glossary.

而且每一課都有非常簡單的實驗, 讓我們在家也可以輕鬆愉快的實驗沒有負擔!在我看來, 因為裡面的內容會比較適合國小至國中階段的孩子, 高中以上這套可能會稍微淺了一些, 像化學這套就沒有帶入偏數學的化學方程式, 只是略略說明。我家目前7, 3年級就很適合…讓國中小學甚至我的雙寶都可以一起同樂一起學習。

 

以下是我們的化學學習內容

 

Lesson 1: What is Chemistry

我們學到了Chemistry的定義, 還有生活中哪些地方都跟Chemistry 有關…..

給大家看一下書的內頁。Chemistry_200209_0050

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我超喜歡定義在旁邊清楚地列出!

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我有幾本工具書配合這套教材使用…

  1. It’s Elementary 這本簡單字體也大, 適合化學初階的人..因為裡面也把化學的歷史過程, 誰發現哪個元素, 何時發現的, 怎麼開始都飆得很清楚, 我每周會指派要孩子們閱讀的頁數, 一周大約 3-4 頁, 很容易消化。51X+mWhkLPL._SX390_BO1,204,203,200_

 

2. The Elements Book: 這本專門將化學元素表裡面每一個Element 被人類如何使用, 特性, 歷         史都呈現的非常清楚。        每一週孩子會學一個元素, 他們會用畫的, 把這個元素可以使用在         哪些科技, 哪些生活用品表達出來。51tmSyAJ8DL._SX258_BO1,204,203,200_

3. The Elements by Theodore Gray這本也是把化學元素表裡面的元素都列出來…這本超美超讚! 但因為字體比較小, 會比較適合國高中以上的。

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我們一開始上課會先花10分鐘跟孩子一起Go Over Lesson 1的內容, Again…我們讀這本Christian Kids Explore Chemistry。

影片

看完影片, 我們做了一個小活動…(也是按照書上的)

把家裡的生活用品或食品拿幾樣出來, 讓學生觀察並寫下裡面的成分

 

表單是書裡面的:哥哥寫的

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弟弟寫的

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也可以讓學生們比較這些食品的成分有哪些相似處哪些不同處….

 

這可以培養觀察關注, 讓我們更注意飲食或清潔液的成分並了解他們~化學果真是科學的中心啊!

 

最後, 學生們還必須用畫跟筆記的方式把Hydrogen 氫的性質, 用途記錄下來。

像這樣(我們用的是這本書 The Element Book by DK)

51tmSyAJ8DL._SX258_BO1,204,203,200_

哥哥的

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弟弟的

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這樣學化學, 是不是有趣多了呢?

 

 

 

 

 

Uranus 天王星

天王星是從太陽系由內向外的第七顆行星,其體積在太陽系排名第三…以下是我們的學習資源

書籍

 

影片

National Geographic

 

有注意到Uranus 運轉的方向嗎? 是上下轉的耶…….大家可以去研究一下為什麼原因造成他這樣轉唷!

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Saturn 土星

Saturn 土星是太陽星系第二大的行星….與木星同屬氣體巨星 Gas Giant….以下是我們學土星的資源

書籍

影片

 

Crash Course 的東西有點難度….大家可以放慢速度看字幕試試看…我個人認為高中可能會比較適合..但看孩子的接受度!

 

Notebooking

7th Grade

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筆記的內容就是孩子Research 的總結…集合閱讀, 影片的學習…跟討論 (跟我討論), 把他知道地整理出來。小一點的孩子(像我老二), 他基本上是抄寫為主…透過抄寫書本內容跟畫畫消化所學!

我發現這樣的學習方式效果很好唷! 因為不論任何一種科目都會用到Research Skills…國中階段我希望他 (Gabriel) 這方面可以更進步。

 

 

Jupiter 木星

火星接下來的星球就是Jupiter 木星啦! 它可是星球裡面最大的Gas Giant Planets! 它到底有多大呢? 1300 個地球可以塞進木星裡面唷….天啊……..我有限的腦袋很難想像有這~~~~麼~~~~~大~~~!

我們一如往常….閱讀相關書籍, 影片跟作筆記學習

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影片

我們最愛的Mr.DeMaios 又來啦

 

National Geographic

 

孩子的筆記

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我很喜歡他每次都會把太陽跟星球之間運轉的關係畫出來…還有星球的自轉~~~

近照

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弟弟的…

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Have fun exploring God’s amazing universe!