Тема:
Вивчення хімічнихзв'язківі будовиречовини
9 клас
Тема: Природахімічного зв'язку. Види хімічного зв'язку. Ковалентний зв'язок
Мета: Ознайомитиучнів із природою хімічного зв'язку, з розмаїтістю хімічних зв'язків імеханізмом утворення ковалентного зв'язку;
виробитивміння складати структурні й електронні формули для різних сполук.
Обладнання Періодичнасистема хімічних елементів Д. І. Менделєєва, таблиця та матеріали електронегативностейхімічних елементів.
Базовіпоняття Хімічний зв'язок, ковалентний зв'язок, полярний і неполярний й терміни зв’язокспільна електронна пара, неспарені електрони.
Тип уроку Комбінований.
Структурауроку
I. Організаційнийетап....................................1 хв
II. Актуалізаціяопорних знань........................5 хв
III. Вивченнянового матеріалу........................25-30 хв
1. Розвитоквчення про хімічний зв'язок.
2. Видихімічного зв'язку.
3. Механізмутворення ковалентного зв'язку.
4. Причинахімічної інертності благородних газів.
IV. Узагальненнята систематизація знань.....5-10 хв
V. Домашнєзавдання… 1 -2 хв
VI. Підбиттяпідсумків уроку.............................1-2 хв
ХІД УРОКУ
І.ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП
II.АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ
Бесіда.
1) 3 якихчастинок складається атом?
2) Який зарядмає електрон?
3) Якіелектрони називають неспареними?
4) Щоназивають електронною парою?
5) Якамаксимальна кількість електронів може знаходитися на зовнішньому електронному рівні?
6) Як забудовою зовнішнього електронного рівня можна визначити валентність елемента?
7) Якавеличина характеризує здатність атомів віддавати електрони?
8) Якавеличина характеризує здатність атомів приймати електрони?
III. ВИВЧЕННЯНОВОГО МАТЕРІАЛУ
1. РОЗВИТОКВЧЕННЯ ПРО ХІМІЧНИЙ ЗВ'ЯЗОК
Бесіда.
Які силизмушують атоми з'єднуватися в молекули?
Розповідьучителя.
У ХУІ-ХУП ст.з'явилися перші спроби пояснити хімічну спорідненість на основі корпускулярнихуявлень. Так, Р. Бойль гадав, що? рушійною силою хімічних реакцій є збіг формчастинок, що утворюють | різні комбінації в ході хімічних процесів; при цьомучастинки повинні підходити одна одній, подібно до того, як підходить ключ дозамка. Вважалося, що хімічні процеси варто розглядати як операцію « збирання-розбирання»,тобто з'єднання або роз'єднання атомів. У XVIII ст. на зміну механістичнимтеоріям прийшли динамічні концепції взаємодії речовин. І. Ньютон виходив ізприпущення, що причиною хімічної спорідненості є сили притягання різноїінтенсивності.
Початок XIXст. завершив період динамічної інтерпретації сил хімічної спорідненості тавідкрив так званий електрохімічний період. Коли взаємозв'язок між хімічними йелектричними явищами став очевидним, наслідком цього було ототожненняелектричних сил із тими, які зумовлюють хімічні процеси й утримують атоми вмолекулах. Саме цей підхід поклав в основу своєї знаменитої електрохімічноїтеорії Берцеліус (популярна модель атома у вигляді електричного диполя).
Упершепоняття спорідненості з валентністю пов'язав А. Кекулє, відомий німецькийхімік-органік. Він припустив, що валентність є чисельним вираженням величиниспорідненості та числа хімічних зв'язків атома.
Вчення прохімічний зв'язок — це одна з центральних проблем хімії, розв'язання якоїрозвивалося від уявлень про «петельки» й «крючечки» в атомів до знань проелектростатичну природу хімічного зв'язку. Хімічний зв'язок — це досить складнепоняття. Можна сказати, що він утворюється за рахунок взаємодії всіх електроніві всіх ядер атомів, які входять до складу молекул. Простіше кажучи, хімічнийзв'язок утворюється за рахунок перекривання електронних хмар різних атомів і зарахунок взаємодії неспарених електронів цих атомів. Для опису хімічного зв'язкузастосовується математичний апарат квантової хімії.
2. ВИДИХІМІЧНОГО ЗВ'ЯЗКУ
Розповідьучителя.
Сучасна наукаділить хімічний зв'язок на кілька типів.ХІМІЧНИЙ ЗВ'ЯЗОК Ковалентний
Металічний
Існує у всіх металах
Іонний
Зв'язок між атомами елементів
з великою різницею електронегативностей
Полярний
Зв'язок між однаковими атомами
Донорноакцепторний
Утворюється між атомом з неподіленою ел. парою й атомом з вільною орбіталлю
Неполярний
Зв'язок між атомами різних елементів з невеликою різницею електронегативностей
Металічнийзв'язок, як випливає з назви, існує тільки у металах. Він утворений за рахунокуспільнення електронів зовнішніх електронних рівнів атомів металів, урезультаті чого утворюється так званий електронний газ. Завдяки існуваннюелектронного газу (тобто металічного зв'язку), усі метали мають подібнізагальні фізичні властивості — металічний блиск, електропровідність,теплопровідність, ковкість.
Ковалентний ідонорно-акцепторний зв'язки утворені за рахунок спільної електронної пари.
3. МЕХАНІЗМУТВОРЕННЯ КОВАЛЕНТНОГО ЗВ'ЯЗКУ
Бесіда.
1. Якіелектрони можуть брати участь в утворенні ковалентного хімічного зв'язку? (Електронизовнішніх енергетичних рівнів.)
2. Чомуелектрони внутрішніх енергетичних рівнів не беруть участі в утворенні хімічногозв'язку?
Розповідьучителя.
Знаючи будовуелектронної оболонки атомів, можна припустити | можливі валентності елементів,тобто можливу кількість хімічних: зв'язків, які може утворити атом. Електрони,що беруть участь в утворенні хімічного зв'язку, ще називають валентними. Вутворенні ковалентного зв'язку можуть брати участь тільки неспарені електрони. Спарюванняелектронів (накладення електронних орбіталей різних атомів) — енергетичновигідний процес, при якому відбувається виділення енергії. Ця енергіяхарактеризує міцність хімічного зв'язку. Отже, молекула енергетично більшстійка, ніж одиночний атом із неспареним електроном. Потенційна енергіямолекули менша за суму енергій утворюючих її атомів.
Бесіда.
1) Скількинеспарених електронів має атом Гідрогену?
2) Якою євалентність Гідрогену?
3) Скількиелектронів знаходиться на зовнішньому енергетичному рівні атома Оксигену?
4) Скільки неспаренихелектронів знаходиться в оболонці атома Оксигену?
5) Якою євалентність Оксигену?
Розповідьучителя.
На основіцього можна зобразити електронно-крапкові формули Гідрогену і Оксигену.
Існування ватомі неспарених електронів енергетично невигідно. Атом з неспаренимиелектронами існує дуже невеликий проміжок часу і намагається з'єднатися з іншиматомом, який має неспарений електрон. Неспарені електрони двох атомів утворюютьспільну електронну пару. Спільна електронна пара і є ковалентним зв'язком.
Якщо атомГідрогену зустрічається з іншим атомом Гідрогену, то утвориться молекула водню.
Якщо ж вінзустрічається з атомом Оксигену, то утвориться молекула води.
Якщо ж атомиОксигену зустрінуться один з одним, то утвориться молекула кисню. Причому в ціймолекулі між атомами Оксигену утворяться дві спільні електронні пари, тобто двахімічні зв'язки.
При утворенніхімічних зв'язків у кожного атома зовнішній електронний рівень стає цілкомзаповненим за рахунок спільних електронних пар, що одночасно належать обоматомам. Цей стан, при якому зовнішній електронний рівень атома заповнений, єенергетичне найбільш вигідним.
Примітка. Укласах з поглибленим вивчанням хімії можна розібрати також і механізм утвореннядонорно акцепторного зв'язку і водневого зв'язку.
4. ПРИЧИНАХІМІЧНОЇ ІНЕРТНОСТІ БЛАГОРОДНИХ ГАЗІВ.
Бесіда.
1) Скількинеспарених електронів знаходиться на зовнішніх електронних рівнях
благороднихгазів?
2) Чи можевідбуватися процес промотування (розпарювання електронних пар на зовнішніх електроннихрівнях)? (Принципово може, крім атомів Гелію та Неону.)
Розповідьучителя.
Як ми вжез'ясували, стан атома із цілком заповненим зовнішнім електронним рівнем єнайбільш вигідним. Отже, промотування в атомах благородних газів можевідбуватися тільки із великими витратами енергії, і цей процес енергетичненевигідний. Тому благородні гази « вступають (чи вкрай важко вступають) ухімічні реакції. На даний мо-1 мент хімічними методами добуто сполукиблагородних газів (ксенону! та криптону) тільки із найактивнішим елементом —Флуором.
IV.УЗАГАЛЬНЕННЯ ТА СИСТЕМАТИЗАЦІЯ ЗНАНЬ
Завдання.
1) Складітьелектронно-крапкові формули атомів Натрію, Карбону, Флуору, Кальцію,
Сульфуру,Хлору. Визначте валентності цих елементів.
2) Складітьелектронно-крапкові формули натрій хлориду, натрій] флуориду, карбон оксиду,карбон флуориду, карбон хлориду,! кальцій флуориду, кальцій хлориду, кальційсульфіду, карбоні сульфіду, сульфур флуориду, сульфур хлориду.
V. ДОМАШНЄЗАВДАННЯ
1. Вивчити §11 [1].
2. Виконатизавдання 58-62 [1, с. 32].
VI. ПІДБИТТЯПІДСУМКІВ УРОКУ.
Тема: Видихімічного зв'язку. Ковалентний полярний і неполярний, іонний зв'язки
Мета: Сформуватипоняття про різницю між ковалентним полярним, ковалентним неполярним та іоннимзв'язками; сформувати поняття електронегативності; розглянути подібність тавідмінність ковалентного та іонного зв'язків, причину їхньої відмінності.
Обладнання Періодичнасистема хімічних елементів Д. І. Менделєєва, таблиця та матеріали електронегативностейхімічних елементів.
Базовіпоняття Хімічний зв’язок, ковалентний неполярний і полярний зв'язок, й терміни іоннийзв'язок, спільна електронна пара, електронегативність, полярність зв'язку.
Тип уроку Комбінований.
Структурауроку
І. Організаційнийетап....................................1-2хв
ІІ. Актуалізаціяопорних знань........................8-9 хв
ІІІ. Вивченнянового матеріалу........................20 хв
Подібність івідмінність полярного й неполярного ковалентного та іонного зв'язків.
ІV. Узагальненнята систематизація знань.....20 хв
V. Домашнєзавдання… З хв
VI. Підбиттяпідсумків уроку.............................1 хв
ХІД УРОКУ
І.ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП
II.АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ
Бесіда.
1) Які типихімічного зв'язку ви знаєте?
2) У якихречовинах існує металічний зв'язок?
3) Чимвизначається валентність елемента?
4) Чому атомипрагнуть утворити хімічний зв'язок і об'єднатися в молекули?
5) Щоназивається ковалентним зв'язком?
6) У чомуполягає причина хімічної інертності благородних газів?
7) Що такеелектронегативність?
Індивідуальнезавдання.
Під часбесіди до дошки викликаються кілька учнів для виконання завдань.
1) Напишітьелектронно-крапкову формулу атома Гідрогену і молекули водню.
2) Напишітьелектронно-крапкову формулу атомів Гідрогену і Флуору і молекули флуороводню.
3) Напишітьелектронно-крапкову формулу атомів Натрію і Хлору і молекули натрій хлориду.
III. ВИВЧЕННЯНОВОГО МАТЕРІАЛУ
1. ПОДІБНІСТЬІ ВІДМІННІСТЬ ПОЛЯРНОГО Й НЕПОЛЯРНОГО КОВАЛЕНТНОГО ТА ІОННОГО ЗВ'ЯЗКІВ
Розповідьучителя.
При вивченні новогоматеріалу учитель використовує електронно-крапкові формули молекул водню,флуороводню, натрій хлориду, написані учнями на першому етапі уроку. Учительнагадує, що електронегативністпь – це здатність атомів притягати спільнуелектронну пару.
Бесіда.
1) Чи будутьрозрізнятися хімічні зв'язки в залежності від того, утворені вони однаковими чирізними атомами?
2) Домолекули водню входять атоми одного елемента. Чи буде зміщатися спільна електроннапара?
3)Молекулафлуороводню має різні атоми. Який атом має більшу електронегативність? У бікякого атома буде зміщатися спільна електронна пара?
4) У натрійхлориді атоми є різними. Який атом має більшу електронегативніст? У бік якогоатома буде зміщатися спільна електронна пара?
Учительпропонує учням надписати значення електронегативностей і елементів у зображенихна дошці формулах і визначити зсув спільної електронної пари.
Електронегативність
Зсув спільноїелектронної пари
Розповідь учителя
У молекуліводню спільна електронна пара однаково належить обом атомам Гідрогену, оскількиїх електронегативність є однаковою і обидва атоми Гідрогену залишаютьсяелектронейтральними.
У молекуліфлуороводню різниця електронегативності однакова й не дуже велике і спільнаелектронна пара більше належить атому Флуору, ніж Гідрогену. Унаслідок цього ватома Флуору з'являється невеликий надлишок електронів і з'являється невеликийнегативний заряд. В атома Гідрогену виникає нестача електронів і з'являєтьсяневеликий позитивний заряд.
Натрій хлоридмає велику різницю електронегативності і спільна електронна пара цілком зміщаєтьсядо атома Хлору. У результаті в атома Хлору в електронній оболонці з'являєтьсяелектрон, заряд якого не компенсуєтеся зарядом ядра, і атом Хлоруперетворюється на негативно заряджений іон. Атом Натрію цілком утрачаєвалентний електрон і стає позитивно зарядженим іоном.
Хімічнийзв’язок
Ковалентнийнеполярний зв'язок — це зв'язок, утворений між атомами з однаковоюелектронегативністью (атомами одного елемента).
Ковалентнийполярний зв'язок — це зв'язок, утворений між атомами з невеликою різницеюелектронегативностей (не більше 1,8).
Іоннийзв'язок — це зв'язок, утворений між атомами з великою різницеюелектронегативностей (більше 1,8). Іонний зв'язок можна розглядати як крайнійвипадок ковалентного полярного зв'язку. Найчастіше він утворюється в сполукахтипових металів з типовими неметалами.
IV.УЗАГАЛЬНЕННЯ ТА СИСТЕМАТИЗАЦІЯ ЗНАНЬ
Завдання.
1) Напишітьструктурні формули кальцій оксиду, купрум (II) хлориду, цинк іодиду, хлоридноїкислоти, хлору, сірководню, амоніаку та визначте, які типи зв'язку мають ці молекули.
2) Випишітьокремо сполуки з ковалентним неполярним, ковалентним полярним та іоннимзв'язком: Е2, Н20, ГеС13, 02, А14С3, NН3, С02, N2, Са3Р2.
3) Як і чомузмінюється іонність зв'язку в молекулах галогеновод-нів?
4) Визначте,у якому ряду пари атомів розташовані в порядку зростання полярності хімічногозв'язку:
а) F—F, Н—F,Nа—F, б) F—F, Nа—F, Н—F,
в) Nа—F, F—F,Н—F, г) Н—F, Nа—F, F—F,
д) Nа—F, Н—F,F—F?
5) Визначтетип хімічного зв'язку в сполуках: NС13, SО3, С1F3, Вr2, N2, Н2 O, СаF2, СО2, Н2,OF2,O2.
6) Напишітьструктурні формули і визначте типи хімічних зв'язків між різними атомами всполуках: нітратна кислота, сульфатна кислота, кальцій карбонат, натрійсульфат.
Розповідьучителя.
При узагальненнізнань про види хімічного зв'язку особливу увагу варто звернути на найважливішухарактеристику всіх видів зв'язку — спосіб утворення зв'язку за рахуноквзаємодії електронів зовнішнього електронного шару і виникнення в результатітакої взаємодії стійкої молекули.
Можнарозібрати з учнями приклад, що показує, як змінюється вид хімічного зв'язку приутворенні різних сполук Флуору:
LiF BeF2 ВF3 СF4NF3 OF2 F2
Важливопідкреслити, що розмежування між видами хімічного зв'язку є умовним. У природібудь-які крайнощі завжди пов'язані низкою перехідних станів. Учні повиннінавести приклади, що доводять відсутність різких меж поміж видами хімічногозв'язку, умовність і відносність їхньої класифікації.
V. ДОМАШНЄЗАВДАННЯ.
1. Вивчити§12, 13 [1].
2. Відповістина зап. 63-79 [1, с. 53].
3. Виконатизавдання.
1) Складітьелектронно-крапкові формули сполук:
а) Магнію таФлуору; б) Гідрогену та Брому;
в) Карбону таОксигену; г) Натрію та Оксигену.
Укажіть видихімічного зв'язку.
2) Складітьформули сполук Гідрогену з елементами 3-го періоду, розташуйте їх в одингоризонтальний ряд і поясніть, як змінюється характер зв'язку в цьому рядузліва направо. Чому відбуваються ці зміни?
VI. ПІДБИТТЯПІДСУМКІВ УРОКУ.
ДОДАТКОВИЙМАТЕРІАЛ ДО УРОКУ.
1. СТУПІНЬІОННОСТІ ЗВ'ЯЗКУ
Різницяелектронегативностей використовується як міра іонності хімічного зв'язку.Різниця електронегативностей атомів пов'язана зі ступенем іонності зв'язку втакий спосіб:Різниця ЕН Ступінь іонності зв'язку, % Різниця ЕН Ступінь іонності зв'язку, % 2,0 63 0,5 6 2,5 79 1,0 22 3 89 1,5 44
З цієїтаблиці випливає, що чим більшою є різниця електронегативностей, тим більшою єступінь іонності зв'язку. Різниця електронегативностей, яка дорівнює 1,7,відповідає 50% му іонному характеру зв'язків. Хімічні зв'язки з різницеюелектронегативностей, яка більш за 1,7, можуть вважатися іонними, а зв'язки зменшою різницею є ковалентними.
2.ВЛАСТИВОСТІ КОВАЛЕНТНОГО ЗВ'ЯЗКУ Важливими характеристиками ковалентногозв'язку, що впливають на властивості речовини, є довжина, енергія,насичуваність, напрямленість, полярність, поляризованість зв'язку, валентнийкут.
Між'ядернавідстань між хімічно зв'язаними атомами називається довжиною зв'язку.Наприклад, у молекулі Н20 відстань між ядрами атомів Гідрогену й Оксигенустановить 0,096 нм. Кут між уявними прямими, що проходять крізь ядра двоххімічно взаємозалежних сусідніх атомів, називається валентним кутом. Так, умолекулі води цей кут дорівнює 104,5°.
Міроюміцності зв'язку є енергія зв'язку, зумовлена витратою енергії, необхідною дляруйнування зв'язку. Наприклад, енергія зв'язку в молекулі Н2 дорівнює 435кДж/моль, у молекулі Р2 159 кДж/моль, у молекулі азоту — 940 кДж/моль.
Насичуваність— властивість атомів утворювати суворо певне число ковалентних зв'язків. Наприклад,у молекулі водню хімічний зв'язок здійснюється парою електронів, що маютьпротилежні спіни. Приєднання третього атома до молекули Н2 виключається черезте, що його спін обов'язково збігається зі спіном одного з двох електронів удвохатомній молекулі.
Напрямленість— характеризує властивість ковалентного зв'язку утворюватись суворо у певномунапрямку: за напрямком орбіталей, що беруть участь в утворенні цього зв'язку.
Поляризовністьзв'язку — це здатність ставати полярним або ще більш полярним під впливомзовнішнього електричного поля чи під впливом іншої молекули.