Вивчення хiмiчних зв'язкiв i будови речовини
Тема:
Вивчення х
iмiчни
х
зв'яз
кiв
i будов
и
речовини
Тема: Природа хiмiчного зв'язку. Види хiмiчного зв'язку. Ковалентний зв'язок
Мета: Ознайомити учнiв iз природою хiмiчного зв'язку, з розмаїтiстю хiмiчних зв'язкiв i механiзмом утворення ковалентного зв'язку;
виробити вмiння складати структурнi й електроннi формули для рiзних сполук.
Обладнання Перiодична система хiмiчних елементiв Д. І. Менделєєва, таблиця та матерiали електронегативностей хiмiчних елементiв.
Базовi поняття Хiмiчний зв'язок, ковалентний зв'язок, полярний i неполярний й термiни зв’язок спiльна електронна пара, неспаренi електрони.
Тип уроку Комбiнований.
Структура уроку
I. Органiзацiйний етап.................................... 1 хв
II. Актуалiзацiя опорних знань........................ 5 хв
III. Вивчення нового матерiалу........................ 25-30 хв
1. Розвиток вчення про хiмiчний зв'язок.
3. Механiзм утворення ковалентного зв'язку.
4. Причина хiмiчної iнертностi благородних газiв.
IV. Узагальнення та систематизацiя знань..... 5-10 хв
V. Домашнє завдання..................................... 1 -2 хв
VI. Пiдбиття пiдсумкiв уроку............................. 1-2 хв
І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП
II. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ
Бесiда.
3) Якi електрони називають неспареними?
5) Яка максимальна кiлькiсть електронiв може знаходитися на зовнiшньому електронному рiвнi?
6) Як за будовою зовнiшнього електронного рiвня можна визначити валентнiсть елемента?
7) Яка величина характеризує здатнiсть атомiв вiддавати електрони?
8) Яка величина характеризує здатнiсть атомiв приймати електрони?
III. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
1. РОЗВИТОК ВЧЕННЯ ПРО ХІМІЧНИЙ ЗВ'ЯЗОК
Бесiда.
Якi сили змушують атоми з'єднуватися в молекули?
Розповiдь учителя.
У ХУІ-ХУП ст. з'явилися першi спроби пояснити хiмiчну спорiдненiсть на основi корпускулярних уявлень. Так, Р. Бойль гадав, що? рушiйною силою хiмiчних реакцiй є збiг форм частинок, що утворюють рiзнi комбiнацiї в ходi хiмiчних процесiв; при цьому частинки повиннi пiдходити одна однiй, подiбно до того, як пiдходить ключ до замка. Вважалося, що хiмiчнi процеси варто розглядати як операцiю « збирання-розбирання», тобто з'єднання або роз'єднання атомiв. У XVIII ст. на змiну механiстичним теорiям прийшли динамiчнi концепцiї взаємодiї речовин. І. Ньютон виходив iз припущення, що причиною хiмiчної спорiдненостi є сили притягання рiзної iнтенсивностi.
Початок XIX ст. завершив перiод динамiчної iнтерпретацiї сил хiмiчної спорiдненостi та вiдкрив так званий електрохiмiчний перiод. Коли взаємозв'язок мiж хiмiчними й електричними явищами став очевидним, наслiдком цього було ототожнення електричних сил iз тими, якi зумовлюють хiмiчнi процеси й утримують атоми в молекулах. Саме цей пiдхiд поклав в основу своєї знаменитої електрохiмiчної теорiї Берцелiус (популярна модель атома у виглядi електричного диполя).
Уперше поняття спорiдненостi з валентнiстю пов'язав А. Кекулє, вiдомий нiмецький хiмiк-органiк. Вiн припустив, що валентнiсть є чисельним вираженням величини спорiдненостi та числа хiмiчних зв'язкiв атома.
Хiмiчний зв'язок — це досить складне поняття. Можна сказати, що вiн утворюється за рахунок взаємодiї всiх електронiв i всiх ядер атомiв, якi входять до складу молекул. Простiше кажучи, хiмiчний зв'язок утворюється за рахунок перекривання електронних хмар рiзних атомiв i за рахунок взаємодiї неспарених електронiв цих атомiв. Для опису хiмiчного зв'язку застосовується математичний апарат квантової хiмiї.
2. ВИДИ ХІМІЧНОГО ЗВ'ЯЗКУ
Розповiдь учителя.
Іонний
Зв'язок мiж атомами елементiв
з великою рiзницею електронегативностей
|
Полярний
Зв'язок мiж однаковими атомами
|
Донорноакцепторний
Утворюється мiж атомом з неподiленою ел. парою й атомом з вiльною орбiталлю
|
Металiчний зв'язок, як випливає з назви, iснує тiльки у металах. Вiн утворений за рахунок успiльнення електронiв зовнiшнiх електронних рiвнiв атомiв металiв, у результатi чого утворюється так званий електронний газ. Завдяки iснуванню електронного газу (тобто металiчного зв'язку), усi метали мають подiбнi загальнi фiзичнi властивостi — металiчний блиск, електропровiднiсть, теплопровiднiсть, ковкiсть.
Ковалентний i донорно-акцепторний зв'язки утворенi за рахунок спiльної електронної пари.
3. МЕХАНІЗМ УТВОРЕННЯ КОВАЛЕНТНОГО ЗВ'ЯЗКУ
Бесiда.
Розповiдь учителя.
Знаючи будову електронної оболонки атомiв, можна припустити можливi валентностi елементiв, тобто можливу кiлькiсть хiмiчних: зв'язкiв, якi може утворити атом. Електрони, що беруть участь в утвореннi хiмiчного зв'язку, ще називають валентними. В утвореннi ковалентного зв'язку можуть брати участь тiльки неспаренi електрони. Спарювання електронiв (накладення електронних орбiталей рiзних атомiв) — енергетично вигiдний процес, при якому вiдбувається видiлення енергiї. Ця енергiя характеризує мiцнiсть хiмiчного зв'язку. Отже, молекула енергетично бiльш стiйка, нiж одиночний атом iз неспареним електроном. Потенцiйна енергiя молекули менша за суму енергiй утворюючих її атомiв.
Бесiда.
1) Скiльки неспарених електронiв має атом Гiдрогену?
2) Якою є валентнiсть Гiдрогену?
3) Скiльки електронiв знаходиться на зовнiшньому енергетичному рiвнi атома Оксигену?
4) Скiльки неспарених електронiв знаходиться в оболонцi атома Оксигену?
5) Якою є валентнiсть Оксигену?
Розповiдь учителя.
На основi цього можна зобразити електронно-крапковi формули Гiдрогену i Оксигену.
Існування в атомi неспарених електронiв енергетично невигiдно. Атом з неспареними електронами iснує дуже невеликий промiжок часу i намагається з'єднатися з iншим атомом, який має неспарений електрон. Неспаренi електрони двох атомiв утворюють спiльну електронну пару. Спiльна електронна пара i є ковалентним зв'язком.
Якщо атом Гiдрогену зустрiчається з iншим атомом Гiдрогену, то утвориться молекула водню.
Якщо ж атоми Оксигену зустрiнуться один з одним, то утвориться молекула кисню. Причому в цiй молекулi мiж атомами Оксигену утворяться двi спiльнi електроннi пари, тобто два хiмiчнi зв'язки.
При утвореннi хiмiчних зв'язкiв у кожного атома зовнiшнiй електронний рiвень стає цiлком заповненим за рахунок спiльних електронних пар, що одночасно належать обом атомам. Цей стан, при якому зовнiшнiй електронний рiвень атома заповнений, є енергетичне найбiльш вигiдним.
Примiтка. У класах з поглибленим вивчанням хiмiї можна розiбрати також i механiзм утворення донорно акцепторного зв'язку i водневого зв'язку.
1) Скiльки неспарених електронiв знаходиться на зовнiшнiх електронних рiвнях
благородних газiв?
2) Чи може вiдбуватися процес промотування (розпарювання електронних пар на зовнiшнiх електронних рiвнях)? (Принципово може, крiм атомiв Гелiю та Неону.)
Розповiдь учителя.
Як ми вже з'ясували, стан атома iз цiлком заповненим зовнiшнiм електронним рiвнем є найбiльш вигiдним. Отже, промотування в атомах благородних газiв може вiдбуватися тiльки iз великими витратами енергiї, i цей процес енергетичне невигiдний. Тому благороднi гази « вступають (чи вкрай важко вступають) у хiмiчнi реакцiї. На даний мо-1 мент хiмiчними методами добуто сполуки благородних газiв (ксенону! та криптону) тiльки iз найактивнiшим елементом — Флуором.
IV. УЗАГАЛЬНЕННЯ ТА СИСТЕМАТИЗАЦІЯ ЗНАНЬ
Завдання.
1) Складiть електронно-крапковi формули атомiв Натрiю, Карбону, Флуору, Кальцiю,
2) Складiть електронно-крапковi формули натрiй хлориду, натрiй] флуориду, карбон оксиду, карбон флуориду, карбон хлориду,! кальцiй флуориду, кальцiй хлориду, кальцiй сульфiду, карбонi сульфiду, сульфур флуориду, сульфур хлориду.
V. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ
1. Вивчити § 11 [1].
2. Виконати завдання 58-62 [1, с. 32].
VI. ПІДБИТТЯ ПІДСУМКІВ УРОКУ.
Тема: Види хiмiчного зв'язку. Ковалентний полярний i неполярний, iонний зв'язки
Мета: Сформувати поняття про рiзницю мiж ковалентним полярним, ковалентним неполярним та iонним зв'язками; сформувати поняття електронегативностi; розглянути подiбнiсть та вiдмiннiсть ковалентного та iонного зв'язкiв, причину їхньої вiдмiнностi.
Обладнання Перiодична система хiмiчних елементiв Д. І. Менделєєва, таблиця та матерiали електронегативностей хiмiчних елементiв.
Базовi поняття Хiмiчний зв’язок, ковалентний неполярний i полярний зв'язок, й термiни iонний зв'язок, спiльна електронна пара, електронегативнiсть, полярнiсть зв'язку.
Структура уроку
І. Органiзацiйний етап.................................... 1-2хв
ІІІ. Вивчення нового матерiалу........................ 20 хв
Подiбнiсть i вiдмiннiсть полярного й неполярного ковалентного та iонного зв'язкiв.
ІV. Узагальнення та систематизацiя знань..... 20 хв
VI. Пiдбиття пiдсумкiв уроку............................. 1 хв
І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП
Бесiда.
1) Якi типи хiмiчного зв'язку ви знаєте?
3) Чим визначається валентнiсть елемента?
4) Чому атоми прагнуть утворити хiмiчний зв'язок i об'єднатися в молекули?
6) У чому полягає причина хiмiчної iнертностi благородних газiв?
7) Що таке електронегативнiсть?
1) Напишiть електронно-крапкову формулу атома Гiдрогену i молекули водню.
2) Напишiть електронно-крапкову формулу атомiв Гiдрогену i Флуору i молекули флуороводню.
III. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
1. ПОДІБНІСТЬ І ВІДМІННІСТЬ ПОЛЯРНОГО Й НЕПОЛЯРНОГО КОВАЛЕНТНОГО ТА ІОННОГО ЗВ'ЯЗКІВ
Розповiдь учителя.
При вивченнi нового матерiалу учитель використовує електронно-крапковi формули молекул водню, флуороводню, натрiй хлориду, написанi учнями на першому етапi уроку. Учитель нагадує, що електронегативнiстпь – це здатнiсть атомiв притягати спiльну електронну пару.
Бесiда.
2) До молекули водню входять атоми одного елемента. Чи буде змiщатися спiльна електронна пара?
3)Молекула флуороводню має рiзнi атоми. Який атом має бiльшу електронегативнiсть? У бiк якого атома буде змiщатися спiльна електронна пара?
4) У натрiй хлоридi атоми є рiзними. Який атом має бiльшу електронегативнiст? У бiк якого атома буде змiщатися спiльна електронна пара?
Учитель пропонує учням надписати значення електронегативностей i елементiв у зображених на дошцi формулах i визначити зсув спiльної електронної пари.
Зсув спiльної електронної пари
Розповiдь учителя
У молекулi водню спiльна електронна пара однаково належить обом атомам Гiдрогену, оскiльки їх електронегативнiсть є однаковою i обидва атоми Гiдрогену залишаються електронейтральними.
У молекулi флуороводню рiзниця електронегативностi однакова й не дуже велике i спiльна електронна пара бiльше належить атому Флуору, нiж Гiдрогену. Унаслiдок цього в атома Флуору з'являється невеликий надлишок електронiв i з'являється невеликий негативний заряд. В атома Гiдрогену виникає нестача електронiв i з'являється невеликий позитивний заряд.
Натрiй хлорид має велику рiзницю електронегативностi i спiльна електронна пара цiлком змiщається до атома Хлору. У результатi в атома Хлору в електроннiй оболонцi з'являється електрон, заряд якого не компенсуєтеся зарядом ядра, i атом Хлору перетворюється на негативно заряджений iон. Атом Натрiю цiлком утрачає валентний електрон i стає позитивно зарядженим iоном.
Хiмiчний зв’язок
Ковалентний неполярний зв'язок — це зв'язок, утворений мiж атомами з однаковою електронегативнiстью (атомами одного елемента).
Іонний зв'язок — це зв'язок, утворений мiж атомами з великою рiзницею електронегативностей (бiльше 1,8). Іонний зв'язок можна розглядати як крайнiй випадок ковалентного полярного зв'язку. Найчастiше вiн утворюється в сполуках типових металiв з типовими неметалами.
Завдання.
1) Напишiть структурнi формули кальцiй оксиду, купрум (II) хлориду, цинк iодиду, хлоридної кислоти, хлору, сiрководню, амонiаку та визначте, якi типи зв'язку мають цi молекули.
2) Випишiть окремо сполуки з ковалентним неполярним, ковалентним полярним та iонним зв'язком: Е2, Н20, ГеС13, 02, А14С3, NН3, С02, N2, Са3Р2.
3) Як i чому змiнюється iоннiсть зв'язку в молекулах галогеновод-нiв?
4) Визначте, у якому ряду пари атомiв розташованi в порядку зростання полярностi хiмiчного зв'язку:
д) Nа—F, Н—F, F—F?
5) Визначте тип хiмiчного зв'язку в сполуках: NС13, SО3, С1F3, Вr2, N2, Н2 O, СаF2, СО2, Н2, OF2,O2.
6) Напишiть структурнi формули i визначте типи хiмiчних зв'язкiв мiж рiзними атомами в сполуках: нiтратна кислота, сульфатна кислота, кальцiй карбонат, натрiй сульфат.
Розповiдь учителя.
електронного шару i виникнення в результатi такої взаємодiї стiйкої молекули.
Можна розiбрати з учнями приклад, що показує, як змiнюється вид хiмiчного зв'язку при утвореннi рiзних сполук Флуору:
LiF BeF2 ВF3 СF4 NF3 OF2 F2
Важливо пiдкреслити, що розмежування мiж видами хiмiчного зв'язку є умовним. У природi будь-якi крайнощi завжди пов'язанi низкою перехiдних станiв. Учнi повиннi навести приклади, що доводять вiдсутнiсть рiзких меж помiж видами хiмiчного зв'язку, умовнiсть i вiдноснiсть їхньої класифiкацiї.
V. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ.
1. Вивчити §12, 13 [1].
2. Вiдповiсти на зап. 63-79 [1, с. 53].
3. Виконати завдання.
а) Магнiю та Флуору; б) Гiдрогену та Брому;
в) Карбону та Оксигену; г) Натрiю та Оксигену.
Укажiть види хiмiчного зв'язку.
2) Складiть формули сполук Гiдрогену з елементами 3-го перiоду, розташуйте їх в один горизонтальний ряд i пояснiть, як змiнюється характер зв'язку в цьому ряду злiва направо. Чому вiдбуваються цi змiни?
VI. ПІДБИТТЯ ПІДСУМКІВ УРОКУ.
ДОДАТКОВИЙ МАТЕРІАЛ ДО УРОКУ.
1. СТУПІНЬ ІОННОСТІ ЗВ'ЯЗКУ
| Рiзниця ЕН |
Ступiнь iонностi зв'язку, % |
Рiзниця ЕН |
Ступiнь iонностi зв'язку, % |
| 0 |
0 |
2,0 |
63 |
| 0,5 |
6 |
2,5 |
79 |
| 1,0 |
22 |
3 |
89 |
| 1,5 |
44 |
З цiєї таблицi випливає, що чим бiльшою є рiзниця електронегативностей, тим бiльшою є ступiнь iонностi зв'язку. Рiзниця електронегативностей, яка дорiвнює 1,7, вiдповiдає 50% му iонному характеру зв'язкiв. Хiмiчнi зв'язки з рiзницею електронегативностей, яка бiльш за 1,7, можуть вважатися iонними, а зв'язки з меншою рiзницею є ковалентними.
2. ВЛАСТИВОСТІ КОВАЛЕНТНОГО ЗВ'ЯЗКУ Важливими характеристиками ковалентного зв'язку, що впливають на властивостi речовини, є довжина, енергiя, насичуванiсть, напрямленiсть, полярнiсть, поляризованiсть зв'язку, валентний кут.
Мiж'ядерна вiдстань мiж хiмiчно зв'язаними атомами називається довжиною зв'язку. Наприклад, у молекулi Н20 вiдстань мiж ядрами атомiв Гiдрогену й Оксигену становить 0,096 нм. Кут мiж уявними прямими, що проходять крiзь ядра двох хiмiчно взаємозалежних сусiднiх атомiв, називається валентним кутом. Так, у молекулi води цей кут дорiвнює 104,5°.
Мiрою мiцностi зв'язку є енергiя зв'язку, зумовлена витратою енергiї, необхiдною для руйнування зв'язку. Наприклад, енергiя зв'язку в молекулi Н2 дорiвнює 435 кДж/моль, у молекулi Р2 159 кДж/моль, у молекулi азоту — 940 кДж/моль.
Насичуванiсть — властивiсть атомiв утворювати суворо певне число ковалентних зв'язкiв. Наприклад, у молекулi водню хiмiчний зв'язок здiйснюється парою електронiв, що мають протилежнi спiни. Приєднання третього атома до молекули Н2 виключається через те, що його спiн обов'язково збiгається зi спiном одного з двох електронiв у двохатомнiй молекулi.
Поляризовнiсть зв'язку — це здатнiсть ставати полярним або ще бiльш полярним пiд впливом зовнiшнього електричного поля чи пiд впливом iншої молекули.
| 
