هذا الدرس مخصص لطلاب العلوم والرياضيات في الصف العاشر.
أهداف الدرس:
يبين اعتماد هندسة الجزيئات على نوع تهجين المدارات الإلكترونية، وخواص المواد على هندسة الجزيئات.
معدات: جهاز كمبيوتر، جهاز عرض الوسائط المتعددة، شاشة، عرض إلكتروني. نماذج الكرة والعصا لجزيئات الميثان والبنتان والجرافيت والماس والإيثيلين والأسيتيلين، ونماذج الجزيئات المصنوعة من البالونات، ونماذج هندسية لرباعي السطوح والهرم الثلاثي. جدول توضيحي "التعديلات المتآصلة للكربون"، صور فوتوغرافية تصور الجزيئات والبلورات، تقارير الطلاب، صورة L. Pauling.
خطة الدرس
ثالثا.
sp 3 __ تهجين؛
sp 2 __ تهجين؛
س – التهجين.
مهمة الدرس: تكرار تهجين المدارات الإلكترونية لذرة الكربون، خواص الروابط الكيميائية. يقوم طالب واحد بإعداد عرض تقديمي إلكتروني بعنوان "حياة وعمل L. Pauling".
تصميم اللوحة
تقدم الدرس
I. اللحظة التنظيمية . الشريحة رقم 1.
ثانيا. مناقشة الواجبات المنزلية (6 دقائق). الشريحة رقم 2، صيغ المواد الموجودة على السبورة.
ما خصائص الروابط التساهمية التي درسناها في الدرس الأخير؟ (الطول، E، القوة، التشبع)
ما هو طول السند وعلى ماذا يعتمد؟ (اعتمادا على الحجم الذري وتعدد الروابط)
ما هي طاقة الربط وعلى ماذا تعتمد؟ (كمية الطاقة اللازمة لكسر الرابطة؛ تعتمد على قوة الرابطة)
ما هي قوة الرابطة وعلى ماذا تعتمد؟ (اعتمادًا على نوع الاتصال -؟، أو؟، وأي السحب تتداخل - هجينة أم غير هجينة)
كيف ترتبط خصائص الرابطة التساهمية؟ (كلما زاد الطول قلت القوة والطاقة)
كيف يتغير طول الرابطة في جزيئات هاليد الهيدروجين (انظر على السبورة - العمود الأول) ولماذا؟ (يزيد بسبب زيادة حجم الذرة)
أي من الاتصالات المعطاة (على السبورة) هي الأقوى؟ (HF)
عندما تذوب هاليدات الهيدروجين في الماء، تتشكل الأحماض. أي من هذه الأحماض سيكون الأقوى ولماذا؟ (HJ، لأن الحموضة هي القدرة على إعطاء H + ، HJ لديه أضعف اتصال)
أي حمض سيكون الأضعف؟ (HF – حمض الهيدروفلوريك، يذيب الزجاج)
مدرس:
تعتمد خصائص المادة على حجم الذرات التي تشكلها.
كيف تتغير قوة الرابطة في سلسلة الهيدروكربونات (انظر على اللوحة - العمود الثاني) وعلى ماذا تعتمد؟ (من الأعلى إلى الأسفل، تزداد قوة الرابطة مع زيادة التعدد وتناقص الطول)
وكيف يؤثر ذلك على خصائص هذه المواد؟ (بالنسبة للألكانات التي تحتوي على روابط سيجما فقط، تكون تفاعلات الاستبدال مميزة، وبالنسبة للألكينات التي تحتوي على روابط سيجما وباي - تفاعلات إضافة، وبالنسبة للألكينات - تفاعلات إضافة وتفاعلات استبدال ذرات الهيدروجين في الرابطة الثلاثية)
باستخدام مثال جزيئات المواد البسيطة الكلور والأكسجين والنيتروجين (انظر العمود الثالث على السبورة)، اشرح كيف يؤثر تركيب جزيئاتها على خصائصها. (الكلور لا يتواجد في صورة حرة - رابطة أحادية، الأكسجين في الهواء 21% - رابطة مزدوجة، النيتروجين في الهواء 78%، مادة خاملة - رابطة ثلاثية)
مدرس
: تعتمد خواص المواد العضوية وغير العضوية على تعدد الروابط.
كيف يؤثر تشبع الروابط على خواص المواد (انظر على السبورة - العمود الرابع) (لا يحتوي الميثان على روابط غير مشبعة، والأمونيا والماء لهما روابط غير مشبعة، وبالتالي فهما ثنائيات القطب).
مدرس
ب: تعتمد خواص المواد على خواص الرابطة التساهمية.
ثانيا. تعلم موضوع جديد
الملحق رقم 1 )تأثير قوانين الطبيعة والسمات الهيكلية للجزيئات على نظام وجمال العالم المحيط
الشرائح رقم 3-20
جوهر تهجين المدارات الإلكترونية وآليتها.
محادثة. ما هو التهجين وما الذي يسبقه وما الذي يساهم فيه ولماذا هناك زيادة في الطاقة؟ ما أنواع تهجين ذرة الكربون التي تعلمناها في الصف العاشر؟
عرض آلية التهجين.
الشرائح رقم 21-24
خاتمة. يستخدم مفهوم التهجين لشرح هندسة الجزيئات. أثناء التهجين، توجد السحب الهجينة في الفضاء بحيث تكون طاقة تفاعلها في حدها الأدنى. العوامل المحددة في هندسة الجزيء هي الروابط.
الشريحة رقم 24
من تاريخ القضية. بولينج إل هو كيميائي عظيم في القرن العشرين، وإنجازاته في دراسة ووصف هياكل الجزيئات.
عرض تقديمي "حياة وعمل L. Pauling" (الواجب المنزلي)
خاتمة . يجب أن نكون فخورين بأن لدينا كيميائيين رائعين ومشهورين عالميًا. هؤلاء هم M. V. Lomonosov - عالم موسوعي، D. I. Mendeleev - مبتكر القانون الدوري، A. P. Borodin - الكيميائي والملحن، A. M. Butlerov - مبتكر نظرية بنية المركبات العضوية، S. V. Lebedev - مبتكر المطاط الاصطناعي الأول في روسيا وغيرهم الذي قدم مساهمة كبيرة في تطوير العلوم الكيميائية. ولكن يجب علينا أيضًا أن نكن احترامًا كبيرًا للعلماء من البلدان الأخرى، ومن بينهم لينوس بولينج، وهو عالم مشهور عالميًا، ويجب أن يعرفه كل شخص متعلم.
هندسة جزيئات المواد العضوية وغير العضوية، والتي تحددها:
sp 3 __ تهجين؛
sp 2 __ تهجين؛
س – التهجين.
محادثة ارشادية. باستخدام مثال بنية جزيئات المواد العضوية (الهيدروكربونات) والمواد غير العضوية (مركبات السيليكون والنيتروجين والأكسجين والبورون والبريليوم؛ التعديلات المتآصلة للكربون)، يوضح المعلم عالمية مفهوم "التهجين" و اعتماد هندسة الجزيئات على التهجين، وخصائص المواد على هندسة الجزيئات. خلال المحادثة، يتعرف الطلاب على هندسة جزيئات المواد غير العضوية وتأثير أزواج الإلكترونات المنفردة على خصائصها.
الشرائح رقم 25-36.
الدمج
محادثة. تعميم المعرفة حول الموضوع. ملء الجدول.
الشريحة رقم 37.
محادثة أمامية حول القضايا.
الشرائح رقم 38-41.
تلخيص الدرس
عالم الجزيئات جميل ومذهل. تعتمد خصائص المواد على السمات الهيكلية للجزيئات. وربما في يوم من الأيام، عند النظر إلى تساقط الثلوج أو نمط الثلج على الزجاج، أو الماس على يدك، سوف تتذكر هذا الدرس، مدرستنا وتفهم أننا نحن المعلمين فعلنا كل شيء لغرس مشاعر الجمال في نفوسكم. وأريدك حقًا أن تحافظ على هذه المشاعر وتنقلها إلى أطفالك. بالنسبة لنا نحن المعلمين، ستكون هذه أفضل مكافأة
الشريحة رقم 42.
رابعا. العمل في المنزل : §3.3 إدخالات دفتر الملاحظات
الملحق رقم 1
3. دراسة موضوع جديد.
لا يزال يتعين علينا النظر في خاصية أخرى للرابطة التساهمية - الاتجاهية. هذه الخاصية للرابطة التساهمية هي التي تحدد هندسة الجزيء، أي. موقع روابط سيجما في الفضاء لشرح اتجاه الروابط التساهمية في الجزيئات متعددة الذرات، تم استخدام نموذج التهجين المداري الإلكتروني الذي اقترحه ل. بولينج في عام 1931.
موضوع الدرس : تهجين المدارات الإلكترونية. هندسة الجزيئات .
أهداف الدرس:
يكشف عن الطبيعة العالمية لعملية التهجين للمواد العضوية وغير العضوية المعقدة والتعديلات المتآصلة للكربون.
يبين اعتماد هندسة الجزيئات على نوع تهجين المدارات الإلكترونية، وخواص المواد على هندسة الجزيئات.
لفت انتباه الطلاب إلى تأثير القوانين الأساسية للطبيعة والسمات الهيكلية للجزيئات على النظام الحالي والجمال في العالم.
خطة الدرس:
sp 3 __ التهجين؛
sp 2 __ التهجين؛
sp- التهجين.
جوهر تهجين المدارات الإلكترونية وآليتها.
من تاريخ القضية. بولينج إل هو كيميائي عظيم في القرن العشرين، وإنجازاته في دراسة ووصف هياكل الجزيئات.
هندسة جزيئات المواد العضوية وغير العضوية، والتي تحددها:
مقدمة للموضوع : قبل أن نبدأ بدراسة السؤال الأول من الخطة، أود أن ألفت الانتباه إلى نص الدرس: "إن اختزال الكثيرين في واحد هو المبدأ الأساسي للجمال." هذا تصريح للفيلسوف اليوناني العظيم وعالم الرياضيات فيثاغورس. ما معنى هذا التعبير؟ إن العالم جميل ومذهل، وقد تشكل نتيجة العمل المشترك للعديد من قوانين الطبيعة الأساسية، مثل قانون حفظ الكتلة والطاقة، وقانون الحد الأدنى من الطاقة، وقانون الجاذبية العالمية، وقانون الانتقاء الطبيعي وقوانين التماثل وقوانين أخرى(الشريحة رقم 4).عندما نرى مظهر التناظر في أجسام الطبيعة الحية، فإننا نختبر بشكل لا إرادي شعورًا بالرضا عن النظام العالمي الذي يسود الطبيعة.(الشرائح رقم 4-6).وحتى ما ينتجونه له هيكل منتظم معين(الشريحة رقم 7).
وأصداف أبسط الكائنات الحية جميلة ليس فقط من حيث الجمال، ولكن هذا نتيجة لقوانين الجاذبية وقوانين الانتقاء الطبيعي - وهي تكيفات مع الموائل المائية(الشريحة رقم 8).حتى الكائنات الحية الهائلة مثل الفيروسات، وهي شكل انتقالي بين الحياة والموت، لها انتظام خاص في البنية، ومن خلال دراسة هذه الميزات، يمكنك إيجاد طرق لمكافحتها(الشريحة رقم 9).وفي الأجسام ذات الطبيعة غير الحية، في البلورات، نرى نظامًا صارمًا في بنيتها(الشريحة رقم 10-12).ولكن وراء هذا النظام هناك نظام أعمق -الترتيب في الجزيئات والذرات، التي تتكون بها هذه الأجسام. على الأرجح، لن يكون هيكل رقاقات الثلج مثاليًا إذا لم يكن لجزيء الماء تماثل معين(الشريحة رقم 13)،ولن ترتبط بروابط هيدروجينية في بلورات الجليد على شكل سداسي(الشريحة رقم 14).والخصائص الخارقة للطبيعة لن تنسب إلى الماس (الشريحة رقم 15)،ولم يكن المحاربون القدماء ليضعوه بالقرب من قلوبهم، ولم يكن من الممكن أن يكون أصلب مادة طبيعية لو لم يكن لذرات الكربون التي تكونها انتظام مذهل في الترتيب في الفضاء. نرى النظام والجمال في مجموعة واسعة من الجزيئات:(الشريحة رقم 16)وفي جزيء الكلوروفيل، الذي بدونه لا يمكن إجراء عملية مهمة مثل عملية التمثيل الضوئي،(الشريحة رقم 17)وفي جزيء البروتين، الذي يعتمد تركيبه الثانوي على مبدأ التكامل ويدعمه روابط هيدروجينية.(الشريحة رقم 18)وأيضًا في جزيء حمض دهني، يتم تحديد عدم قابليته للذوبان بواسطة جذري الهيدروكربون الكبير(الشريحة رقم 19)وفي جزيء الحمض النووي - حامل المعلومات الوراثية حول بنية الخلية، وفي جزيء الهيموجلوبين الذي يؤدي وظيفة الجهاز التنفسي في العديد من الكائنات الحية.
وهكذا يمكننا أن نستنتج:(الشريحة رقم 20)يعتمد كل النظام والجمال في العالم على السمات الهيكلية للجزيئات وعلى هندستها. في عالم الجزيئات المذهل والرائع هذا أدعوكم
الخيار 1
ج 2 ح 4 ، الفصل 4 ، ج 3 ح 6 ;
ج 2 ح 4 ، بي سي إل 3 ، ج 6 ح 6 ;
ب.ح. 3 ، الفصل 4 ، بيكل 2 ;
ن.ح. 3 ، سيه 4 ، ح 2 يا.
BeCl 2 ;
قبل الميلاد 3 ;
ج(الجرافيت)؛
ج (الماس).
ج (كاربين)؛
ج 2 ح 2 ;
ج (الماس)؛
ج 2 ح 4 .
ج 2 ح 2 ;
قبل الميلاد 3 ;
الفصل 4 ;
ن.ح. 3 .
0.134 نانومتر؛
0.154 نانومتر؛
0.120 نانومتر؛
0.140 نانومتر.
س؛
sp 2 د؛
sp 2 ;
sp 3 .
sp 2
أي جزيء من المادة له صيغة خطية؟
توجد مدارات الإلكترون بزاوية 109°28' في الجزيء
الجزيء له شكل مثلث مسطح
طول رابطة CC واحدة في الألكانات هو
أنيون الفوسفات لديه هيكل رباعي السطوح. ما نوع التهجين الذي يميز الذرة المركزية للأنيون؟
"تهجين مدارات الإلكترون والهندسة الجزيئية"
الخيار 2
حدد صيغ المركبات التي لها اتجاه مماثل بسببsp 3 -تهجين المدارات الإلكترونية:
ج 2 ح 4 ، الفصل 4 ، ج 3 ح 6 ;
ج 2 ح 4 ، بي سي إل 3 ، ج 6 ح 6 ;
ب.ح. 3 ، الفصل 4 ، بيكل 2 ;
ن.ح. 3 ، سيه 4 ، ح 2 يا.
BeCl 2 ;
قبل الميلاد 3 ;
ج(الجرافيت)؛
ج (الماس).
ما هو جزيء المادة الذي له صيغة رباعية السطوح؟
تقع مدارات الإلكترون بزاوية 180 درجة في الجزيء
ج (كاربين)؛
ج 2 ح 2 ;
ج (الماس)؛
ج 2 ح 4 .
الجزيء له شكل خطي
ج 2 ح 2 ;
قبل الميلاد 3 ;
الفصل 4 ;
ن.ح. 3 .
طول رابطة CC واحدة في جزيء البنزين هو
0.134 نانومتر؛
0.154 نانومتر؛
0.120 نانومتر؛
0.140 نانومتر.
أنيون النترات له شكل مثلث مسطح. ما نوع التهجين الذي يميز الذرة المركزية للأنيون؟
س؛
sp 2 د؛
sp 2 ;
sp 3 .
إنشاء المراسلات بين صيغ المواد وأنواع تهجين ذرتها المركزية.
موضوع الدرس: تهجين المدارات الإلكترونية وهندسة الجزيئات. أهداف الدرس: 1. الكشف عن الطبيعة العالمية لمفهوم "التهجين المداري" ليس فقط للمواد العضوية وغير العضوية المعقدة، ولكن أيضًا للتعديلات المتآصلة للكربون. 2. إظهار اعتماد التركيب المكاني للمواد على نوع وتهجين المدارات الإلكترونية لذرات العناصر الكيميائية المكونة لهذه المواد.
مراحل الدرس: 1. تحديث معلومات الطلاب حول موضوع "تهجين مدارات ذرة الكربون": - تعريف التهجين؛ - أنواع التهجين باستخدام مثال جزيئات الميثان والإيثيلين والأسيتيلين. 2. تحديد هدف الدرس وتنفيذه دليل على أن التهجين مفهوم عالمي، لا ينطبق على المواد العضوية فحسب، بل على المواد العضوية أيضًا. 3. الواجبات المنزلية.
خصائص الرابطة التساهمية: التشبع (الذي تحدده قدرات التكافؤ للذرات)، الاتجاهية (يحدد البنية المكانية للجزيئات، اعتمادًا على الشكل والاتجاه في الفضاء الذي تكون فيه السحب الإلكترونية عندما تتداخل). أمثلة: تكوين رابطة S-P-Sigma في جزيء HF. يكون إلكترون S لذرة الهيدروجين كرويًا، والإلكترون p غير المقترن لذرة الفلور على شكل دمبل. تتداخل هذه السحب الإلكترونية على طول الخط الذي يصل بين نواة ذرات الهيدروجين والفلور، لتشكل رابطة تساهمية. يحتوي جزيء فلوريد الهيدروجين على بنية خطية:
هندسة جزيئات المواد غير العضوية. SP 3 - تهجين الإلكترونات الخارجية للذرة المركزية باستخدام مثال جزيء رابع كلوريد الكربون CCl 4 C* 2S 1 2P 3 زاوية الرابطة الهيكل - رباعي السطوح
تهجين SP 3 باستخدام مثال جزيء الأمونيا. NH 3 N 2S 2 2P 3 زاوية الرابطة إن وجود زوج إلكترون واحد غير مرتبط في قمة رباعي الاسطح يغير البنية الهندسية للجزيء إلى هرم ثلاثي.
SP 2 - التهجين باستخدام مثال جزيئات المواد غير العضوية: BCl 3 - كلوريد البورون B* 2S 1 2P 2 التكوين الهندسي - المثلث المسطح SO 2 - ثاني أكسيد الكبريت S* 3S 2 3P 3 3D 1 التركيب الزاوي، الإلكترونات المشاركة في التكوين من رابطة باي لا تخضع للتهجين.
الاستنتاجات: كل نوع من أنواع التهجين يتوافق مع شكل هندسي معين للجزيء، تحدده روابط سيجما، والتي تخلق هيكلًا صلبًا للجزيء. يتطلب التهجين إنفاق الطاقة (الإثارة)، والتي سيتم استردادها في تكوين روابط كيميائية، وبالتالي يجب أن يكون هناك تداخل أكثر اكتمالاً مع مدارات ذرة أخرى عند تكوين الرابطة. يمكن للمدارات الذرية التي تتوافق مع مستويات الطاقة القريبة أن تشارك في التهجين: s وp لطبقة خارجية واحدة وd للطبقة الخارجية وما قبل الخارجية. ويحدث التهجين المستقر في الذرات لفترات قصيرة، أي. ويجب أن تتمتع المدارات بكثافة إلكترونات عالية؛ وعندما تبتعد عن النواة، فإنها تصبح منتشرة.
تم تصميم هذا الدرس لطلاب الفيزياء والرياضيات في الصف الحادي عشر الذين يدرسون الكيمياء وفقًا لبرنامج O.S Gabrielyan. بحسب الكتاب المدرسي "الكيمياء. الصف الحادي عشر"، المؤلفون أو إس غابرييليان وآخرون، دار النشر "دروفا"، 2006.
يكمن تنوع هذا التطور في حقيقة أنه يمكن استخدامه بنجاح من قبل المعلمين الذين يعملون وفقًا لبرامج مؤلفين آخرين في التعليم العام والفصول المتخصصة.
يتضمن العمل المقدم: خريطة تكنولوجية لدرس الكيمياء في الصف الحادي عشر مع التطبيقات والعرض التقديمي الإلكتروني. يتم تحديد أصالة العمل من خلال الإدخالات التفاعلية في العرض التقديمي، واستخدام المعلومات من الإنترنت، وفي نفس الوقت الاستقلال عن الإنترنت أثناء الدرس. الرسوم التوضيحية المضمنة من مصادر مختلفة، ودمجها وطريقة عرضها تجعل من الممكن التنفيذ الكامل للروابط متعددة التخصصات في الدرس، وتشكيل نظرة علمية للعالم، وتنمية حب الجمال لدى الطلاب.
يمكن استخدام التطوير كمساعدة تعليمية. وهو مصمم لمساعدة معلم الكيمياء المبتدئ، وكذلك المعلم على إدخال تكنولوجيا المعلومات في تدريس الكيمياء.
أهداف الدرس:
- يكشف عن الطبيعة العالمية لعملية التهجين للمواد العضوية وغير العضوية المعقدة والتعديلات المتآصلة للكربون.
- يبين اعتماد هندسة الجزيئات على نوع تهجين المدارات الإلكترونية، وخواص المواد على هندسة الجزيئات.
- لفت انتباه الطلاب إلى تأثير القوانين الأساسية للطبيعة والسمات الهيكلية للجزيئات على النظام الحالي والجمال في العالم.
المعدات: جهاز كمبيوتر، جهاز عرض متعدد الوسائط، شاشة، عرض إلكتروني. نماذج الكرة والعصا لجزيئات الميثان والبنتان والجرافيت والماس والإيثيلين والأسيتيلين، ونماذج الجزيئات المصنوعة من البالونات، ونماذج هندسية لرباعي السطوح والهرم الثلاثي. جدول توضيحي "التعديلات المتآصلة للكربون"، صور فوتوغرافية تصور الجزيئات والبلورات، تقارير الطلاب، صورة L. Pauling.
خطة الدرس
I. جوهر تهجين مدارات الإلكترون وآليته.
ثانيا. من تاريخ القضية. بولينج إل هو كيميائي عظيم في القرن العشرين، وإنجازاته في دراسة ووصف هياكل الجزيئات.
ثالثا. هندسة جزيئات المواد العضوية وغير العضوية، والتي تحددها:
- س 3 __ التهجين؛
- س 2 __ التهجين؛
- س – التهجين.
مهمة الدرس: تكرار تهجين المدارات الإلكترونية لذرة الكربون، خواص الروابط الكيميائية. يقوم طالب واحد بإعداد عرض تقديمي إلكتروني بعنوان "حياة وعمل L. Pauling".
تصميم اللوحة
تقدم الدرسI. اللحظة التنظيمية. الشريحة رقم 1.
ثانيا. محادثة حول الواجب المنزلي (6 دقائق). الشريحة رقم 2، صيغ المواد الموجودة على السبورة.
- ما خصائص الروابط التساهمية التي درسناها في الدرس الأخير؟ (الطول، E، القوة، التشبع)
- ما هو طول السند وعلى ماذا يعتمد؟ (اعتمادا على الحجم الذري وتعدد الروابط)
- ما هي طاقة الربط وعلى ماذا تعتمد؟ (كمية الطاقة اللازمة لكسر الرابطة؛ تعتمد على قوة الرابطة)
- ما هي قوة الرابطة وعلى ماذا تعتمد؟ (اعتمادًا على نوع الاتصال -؟، أو؟، وأي السحب تتداخل - هجينة أم غير هجينة)
- كيف ترتبط خصائص الرابطة التساهمية؟ (كلما زاد الطول قلت القوة والطاقة)
- كيف يتغير طول الرابطة في جزيئات هاليد الهيدروجين (انظر على السبورة - العمود الأول) ولماذا؟ (يزيد بسبب زيادة حجم الذرة)
- أي من الاتصالات المعطاة (على السبورة) هي الأقوى؟ (HF)
- عندما تذوب هاليدات الهيدروجين في الماء، تتشكل الأحماض. أي من هذه الأحماض سيكون الأقوى ولماذا؟ (HJ، لأن الحموضة هي القدرة على التخلي عن H +، أضعف اتصال في HJ)
- أي حمض سيكون الأضعف؟ (HF – حمض الهيدروفلوريك، يذيب الزجاج)
مدرس:تعتمد خصائص المادة على حجم الذرات التي تشكلها. - كيف تتغير قوة الرابطة في سلسلة الهيدروكربونات (انظر على اللوحة - العمود الثاني) وعلى ماذا تعتمد؟ (من الأعلى إلى الأسفل، تزداد قوة الرابطة مع زيادة التعدد وتناقص الطول)
- وكيف يؤثر ذلك على خصائص هذه المواد؟ (تتميز الألكانات التي تحتوي على روابط α فقط بتفاعلات الاستبدال، وتتميز الألكينات التي تحتوي على روابط α بتفاعلات إضافة، وبالنسبة للألكينات، تكون تفاعلات الإضافة وتفاعلات استبدال ذرات الهيدروجين في الرابطة الثلاثية نموذجية)
- باستخدام مثال جزيئات المواد البسيطة الكلور والأكسجين والنيتروجين (انظر العمود الثالث على السبورة)، اشرح كيف يؤثر تركيب جزيئاتها على خصائصها. (الكلور لا يتواجد في صورة حرة - رابطة أحادية، الأكسجين في الهواء 21% - رابطة مزدوجة، النيتروجين في الهواء 78%، مادة خاملة - رابطة ثلاثية)
مدرس: تعتمد خواص المواد العضوية وغير العضوية على تعدد الروابط. - كيف يؤثر تشبع الروابط على خواص المواد (انظر على السبورة - العمود الرابع) (لا يحتوي الميثان على روابط غير مشبعة، والأمونيا والماء لهما روابط غير مشبعة، وبالتالي فهما ثنائيات القطب).
مدرسب: تعتمد خواص المواد على خواص الرابطة التساهمية.
ثانيا. تعلم موضوع جديد
| رقم الصنف. | مرحلة التخطيط | تصرفات المعلم | تصرفات الطلاب | تعليقات |
| المقدمة (انظر الملحق رقم 1) | تأثير قوانين الطبيعة والسمات الهيكلية للجزيئات على نظام وجمال العالم المحيط | الشرائح رقم 3-20 | ||
| جوهر تهجين المدارات الإلكترونية وآليتها. | محادثة.ما هو التهجين وما الذي يسبقه وما الذي يساهم فيه ولماذا هناك زيادة في الطاقة؟ ما أنواع تهجين ذرة الكربون التي تعلمناها في الصف العاشر؟ عرض آلية التهجين. |
الشرائح رقم 21-24 | ||
| خاتمة.يستخدم مفهوم التهجين لشرح هندسة الجزيئات. أثناء التهجين، توجد السحب الهجينة في الفضاء بحيث تكون طاقة تفاعلها في حدها الأدنى. العوامل المحددة في هندسة الجزيء هي الروابط. | الشريحة رقم 24 | |||
| من تاريخ القضية. بولينج إل هو كيميائي عظيم في القرن العشرين، وإنجازاته في دراسة ووصف هياكل الجزيئات. | عرض تقديمي "حياة وعمل L. Pauling" (الواجب المنزلي) | الملحق 4 | ||
| خاتمة. يجب أن نكون فخورين بأننا نعيش في روسيا، حيث عاش وعمل الكيميائيون المشهورون عالميًا. هؤلاء هم M. V. Lomonosov - عالم موسوعي، D. I. Mendeleev - مبتكر القانون الدوري، A. P. Borodin - الكيميائي والملحن، A. M. Butlerov - مبتكر نظرية بنية المركبات العضوية، S. V. Lebedev - مبتكر المطاط الاصطناعي الأول في روسيا وغيرهم الذي قدم مساهمة كبيرة في تطوير العلوم الكيميائية. ولكن يجب علينا أيضًا أن نكن احترامًا كبيرًا للعلماء من البلدان الأخرى، ومن بينهم لينوس بولينج، وهو عالم مشهور عالميًا، ويجب أن يعرفه كل شخص متعلم. | ||||
هندسة جزيئات المواد العضوية وغير العضوية، والتي تحددها:
|
محادثة ارشادية.باستخدام مثال بنية جزيئات المواد العضوية (الهيدروكربونات) والمواد غير العضوية (مركبات السيليكون والنيتروجين والأكسجين والبورون والبريليوم؛ التعديلات المتآصلة للكربون)، يوضح المعلم عالمية مفهوم "التهجين" و اعتماد هندسة الجزيئات على التهجين، وخصائص المواد على هندسة الجزيئات. خلال المحادثة، يتعرف الطلاب على هندسة جزيئات المواد غير العضوية وتأثير أزواج الإلكترونات المنفردة على خصائصها. | الشرائح رقم 25-36. | ||
| الدمج | محادثة.تعميم المعرفة حول الموضوع. ملء الجدول. | الشريحة رقم 37. | ||
| محادثة أمامية حول القضايا. | الشرائح رقم 38-41. | |||
| 8. | تلخيص الدرس | عالم الجزيئات جميل ومذهل. تعتمد خصائص المواد على السمات الهيكلية للجزيئات. وربما في يوم من الأيام، عند النظر إلى تساقط الثلوج أو نمط الثلج على الزجاج، أو الماس على يدك، سوف تتذكر هذا الدرس، مدرستنا وتفهم أننا نحن المعلمين فعلنا كل شيء لغرس مشاعر الجمال في نفوسكم. وأريدك حقًا أن تحافظ على هذه المشاعر وتنقلها إلى أطفالك. بالنسبة لنا نحن المعلمين، ستكون هذه أفضل مكافأة | الشريحة رقم 42. | |
رابعا. الواجب المنزلي: §7، ملاحظات في دفاتر الملاحظات، الاستعداد للاختبار (انظر.
استمرار. شاهد البداية في № 15, 16/2004
الدرس 5. التهجين
المدارات الذرية للكربون
تتشكل الرابطة الكيميائية التساهمية باستخدام أزواج الإلكترونات المشتركة مثل:
تكوين رابطة كيميائية، أي. فقط الإلكترونات غير المتزاوجة يمكنها إنشاء زوج إلكترون مشترك مع إلكترون "أجنبي" من ذرة أخرى. عند كتابة الصيغ الإلكترونية، توجد الإلكترونات غير المتزاوجة واحدًا تلو الآخر في الخلية المدارية.
المدار الذريهي دالة تصف كثافة السحابة الإلكترونية عند كل نقطة في الفضاء حول النواة الذرية. السحابة الإلكترونية هي منطقة من الفضاء يمكن اكتشاف الإلكترون فيها باحتمالية عالية.
لمواءمة التركيب الإلكتروني لذرة الكربون وتكافؤ هذا العنصر، يتم استخدام مفاهيم حول إثارة ذرة الكربون. في الحالة الطبيعية (غير المثارة)، تحتوي ذرة الكربون على ذرتين غير متزاوجتين 2 ر 2 إلكترون. في حالة الإثارة (عند امتصاص الطاقة) واحد من 2 سيمكن أن يتحرر 2 إلكترون ر-المداري. ثم تظهر أربعة إلكترونات مفردة في ذرة الكربون:
لنتذكر أنه في الصيغة الإلكترونية للذرة (على سبيل المثال، للكربون 6 C – 1 س 2 2س 2 2ص 2) الأرقام الكبيرة الموجودة أمام الحروف - 1، 2 - تشير إلى رقم مستوى الطاقة. حروف سو رتشير إلى شكل السحابة الإلكترونية (المدارية)، وتشير الأرقام الموجودة على اليمين فوق الحروف إلى عدد الإلكترونات في مدار معين. الجميع س- المدارات الكروية:
في مستوى الطاقة الثاني ما عدا 2 س- هناك ثلاث مدارات 2 ر-المدارات. هؤلاء 2 ر- المدارات لها شكل إهليلجي، يشبه الدمبل، وموجهة في الفضاء بزاوية 90 درجة لبعضها البعض. 2 ر-المدارات تشير إلى 2 ص س, 2السنة التحضيريةو 2 ص ضوفقاً للمحاور التي تقع عليها هذه المدارات.
عندما تتشكل الروابط الكيميائية، تكتسب مدارات الإلكترون نفس الشكل. وهكذا، في الهيدروكربونات المشبعة واحد س-المداري وثلاثة ر- مدارات ذرة الكربون لتكوين أربع مدارات متماثلة ( هجينة ) sp 3-المدارات:
هذا - sp 3- التهجين.
تهجين- محاذاة (خلط) المدارات الذرية ( سو ر) مع تكوين مدارات ذرية جديدة تسمى المدارات الهجينة.
المدارات الهجينة لها شكل غير متماثل، ممدود نحو الذرة المرفقة. تتنافر السحب الإلكترونية مع بعضها البعض وتقع في الفضاء بعيدًا عن بعضها البعض قدر الإمكان. في هذه الحالة، محاور الأربعة sp 3-المدارات الهجينةتبين أنها موجهة نحو رؤوس رباعي الاسطح (الهرم الثلاثي العادي).
وعليه فإن الزوايا الواقعة بين هذه المدارات هي رباعية السطوح، وتساوي 109°28".
يمكن أن تتداخل رؤوس مدارات الإلكترون مع مدارات الذرات الأخرى. إذا تداخلت السحب الإلكترونية على طول الخط الذي يصل بين مراكز الذرات، تسمى هذه الرابطة التساهمية سيجما () - اتصال. على سبيل المثال، في جزيء الإيثان C2H6، يتم تكوين رابطة كيميائية بين ذرتين من الكربون عن طريق تداخل مدارين هجينين. هذا اتصال. وبالإضافة إلى ذلك، فإن كل ذرات من ذرات الكربون مع ثلاثها sp 3-تتداخل المدارات مع س- مدارات مكونة من ثلاث ذرات هيدروجين مكونة ثلاث روابط.
في المجمل، هناك ثلاث حالات تكافؤ مع أنواع مختلفة من التهجين ممكنة لذرة الكربون. يستثني sp 3- وجود التهجين sp 2 و sp-تهجين.
sp 2 -تهجين- خلط واحد س- و اثنان ر-المدارات. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل ثلاثة الهجينة sp 2-المدارات. هؤلاء sp 2- المدارات تقع في نفس المستوى (مع المحاور X, في) وموجهة إلى رؤوس المثلث بزاوية بين المدارات 120 درجة. غير مهجن
ر-المدار عمودي على مستوى الهجين الثلاثة sp 2-المدارات (موجهة على طول المحور ض). النصف العلوي ر-المدارات تقع فوق المستوى، والنصف السفلي يقع تحت المستوى.
يكتب sp 2- يحدث تهجين الكربون في المركبات ذات الرابطة المزدوجة: C=C، C=O، C=N. علاوة على ذلك، فإن واحدة فقط من الروابط بين ذرتين (على سبيل المثال، C=C) يمكن أن تكون رابطة -. (يتم توجيه مدارات الترابط الأخرى للذرة في اتجاهين متعاكسين). وتتكون الرابطة الثانية نتيجة تداخل غير هجين ر-المدارات على جانبي الخط الذي يربط نوى الذرة.
رابطة تساهمية تتكون من التداخل الجانبي ر- تسمى مدارات ذرات الكربون المجاورة بي () - اتصال.
تعليم
|
نظرًا لقلة التداخل المداري، فإن الرابطة أقل قوة من الرابطة.
sp-تهجين- هذا هو الاختلاط (محاذاة الشكل والطاقة) لواحد س-و واحد
ر- المدارات لتكوين هجينين sp-المدارات. sp- تقع المدارات على نفس الخط (بزاوية 180 درجة) وموجهة في اتجاهين متعاكسين من نواة ذرة الكربون. اثنين
ر- تبقى المدارات غير مهجنة. يتم وضعها بشكل متعامد بشكل متبادل
اتجاهات الاتصالات. على الصورة sp-تظهر المدارات على طول المحور ذ، والثاني غير المهجن
ر-المدارات – على طول المحاور Xو ض.
تتكون الرابطة الثلاثية الكربونية الكربونية CC من رابطة مكونة من التداخل
sp- المدارات الهجينة والروابط الثنائية.
يوضح الجدول 4 العلاقة بين معلمات ذرة الكربون مثل عدد المجموعات المرتبطة ونوع التهجين وأنواع الروابط الكيميائية المتكونة.
الجدول 4
روابط الكربون التساهمية
| عدد المجموعات متعلق ب مع الكربون |
يكتب تهجين |
أنواع مشاركة الروابط الكيميائية |
أمثلة على الصيغ المركبة |
|---|---|---|---|
| 4 | sp 3 | أربعة - اتصالات | |
| 3 | sp 2 | ثلاثة - اتصالات و واحد - اتصال |
|
| 2 | sp | اثنان - اتصالات واثنين - اتصالات |
ح-CC-H |
تمارين.
1. ما هي إلكترونات الذرات (على سبيل المثال، الكربون أو النيتروجين) التي تسمى غير زوجية؟
2. ماذا يعني مفهوم "أزواج الإلكترونات المشتركة" في المركبات ذات الرابطة التساهمية (على سبيل المثال، CH 4 أوح 2 س )?
3. ما هي الحالات الإلكترونية للذرات (على سبيل المثال، C أون ) تسمى الأساسية، والتي متحمس؟
4. ماذا تعني الأرقام والحروف في الصيغة الإلكترونية للذرة (على سبيل المثال، C أون )?
5. ما هو المدار الذري؟ ما عدد المدارات الموجودة في مستوى الطاقة الثاني للذرة C؟ وكيف تختلف؟
6. كيف تختلف المدارات الهجينة عن المدارات الأصلية التي تشكلت منها؟
7. ما هي أنواع التهجين المعروفة لذرة الكربون ومما تتكون؟
8. ارسم صورة للترتيب المكاني للمدارات لإحدى الحالات الإلكترونية لذرة الكربون.
9. ما تسمى الروابط الكيميائية و ماذا؟ تحديد-و-اتصالات في اتصالات:
10. بالنسبة لذرات الكربون في المركبات أدناه، وضح: أ) نوع التهجين؛ ب) أنواع روابطها الكيميائية. ج) زوايا الرابطة.
إجابات التمارين للموضوع 1
الدرس 5
1. تسمى الإلكترونات الموجودة واحدة تلو الأخرى في المدار الإلكترونات غير الزوجية. على سبيل المثال، في صيغة حيود الإلكترون لذرة الكربون المثارة هناك أربعة إلكترونات غير متزاوجة، وذرة النيتروجين لديها ثلاثة:
2. يسمى إلكترونين يشاركان في تكوين رابطة كيميائية واحدة زوج الإلكترون المشترك. عادة، قبل تكوين الرابطة الكيميائية، ينتمي أحد الإلكترونات في هذا الزوج إلى ذرة واحدة، وينتمي الإلكترون الآخر إلى ذرة أخرى:
3. الحالة الإلكترونية للذرة، والتي يُراعى فيها ترتيب ملء مدارات الإلكترون: 1 س 2 , 2س 2 , 2ص 2 , 3س 2 , 3ص 2 , 4س 2 , 3د 2 , 4ص 2، وما إلى ذلك، تسمى الشرط الأساسي. في حالة حماسيحتل أحد إلكترونات التكافؤ في الذرة مدارًا حرًا ذو طاقة أعلى؛ ويصاحب هذا الانتقال فصل الإلكترونات المقترنة. تخطيطيا هو مكتوب مثل هذا:
بينما في الحالة الأرضية لا يوجد سوى اثنين من إلكترونات التكافؤ غير المتزاوجة، في الحالة المثارة هناك أربعة إلكترونات من هذا القبيل.
5.
المدار الذري هو دالة تصف كثافة السحابة الإلكترونية عند كل نقطة في الفضاء حول نواة ذرة معينة. في مستوى الطاقة الثاني لذرة الكربون هناك أربعة مدارات - 2 س, 2ص س, 2السنة التحضيرية,
2ص ض. تختلف هذه المدارات:
أ) شكل السحابة الإلكترونية ( س- كرة، ر- الدمبل)؛
ب) ر- للمدارات اتجاهات مختلفة في الفضاء - على طول محاور متعامدة بشكل متبادل س, ذو ض، تم تعيينهم ص س, السنة التحضيرية,
ص ض.
6.
تختلف المدارات الهجينة عن المدارات الأصلية (غير الهجينة) في الشكل والطاقة. على سبيل المثال، س-المداري – شكل الكرة، ر- الشكل المتماثل ثمانية، sp- المدار الهجين – الشكل الثامن غير المتماثل.
اختلافات الطاقة: ه(س) < ه(sp) < ه(ر). هكذا، sp-المداري – مدار متوسط الشكل والطاقة، يتم الحصول عليه عن طريق خلط الأصل س-
و ص-المدارات.
7. بالنسبة لذرة الكربون، هناك ثلاثة أنواع من التهجين معروفة: sp 3 , sp 2 و sp (راجع نص الدرس 5).
9.
-الرابطة - رابطة تساهمية تتكون من تداخل المدارات وجهاً لوجه على طول الخط الذي يصل بين مراكز الذرات.
- السندات - رابطة تساهمية تتكون من التداخل الجانبي ر-المدارات الموجودة على جانبي الخط الواصل بين مراكز الذرات.
-الروابط تظهر بالخطين الثاني والثالث بين الذرات المتصلة.
سيساعدك هذا الدرس في الحصول على فكرة عن موضوع "هندسة الجزيئات. مفهوم نظرية التهجين." سيتم الكشف عن الطبيعة العالمية لعملية التهجين للمواد العضوية وغير العضوية المعقدة والتعديلات المتآصلة للكربون. سوف تتعرف على اعتماد هندسة الجزيئات على نوع تهجين المدارات الإلكترونية وخصائص المواد على هندسة الجزيئات.
الموضوع: مقدمة في الكيمياء العضوية
الدرس: هندسة الجزيئات. مفهوم نظرية التهجين
باستخدام مثال الجزيئات ذات الروابط الفردية
المستوى الخارجي ذرة الكربون في حالة الأرض (غير متحمس).الموصوفة بالصيغة 2s 2 2p 2 أو الرسم التخطيطي:
|
2 س |
يحتوي هذا المبنى على المتطلبات الأساسية الفريدة تناظر- لأربعة إلكترونات هناك 4 أوربيتالات فقط. في منتصف القرن التاسع عشر، افترض العالم الألماني فريدريش كيكولي بحق أن تكافؤ الكربون في المركبات العضوية يساوي أربعة.
ومن وجهة نظر التركيب الإلكتروني للذرة، يمكن تفسير ذلك على النحو التالي:
"يقفز" إلكترون واحد من المدار 2s إلى المدار 2p، وتنتقل ذرة الكربون إلى ما يسمى بالحالة المثارة:
حالة الذرة المثارةالكربون 2s 1 2p 3:
|
2 س |
يسمح لذرة الكربون بتكوين 4 روابط تساهمية من خلال آلية التبادل.
يتم تصوير المدارات p الثلاثة تقليديًا على شكل "دمبل" متعامدة بشكل متبادل مع بعضها البعض، ويكون المدار s على شكل كرة. يجب أن تكون الروابط الثلاثة التي تشكلها إلكترونات p بزاوية 90 درجة مع بعضها البعض، وهي أطول بكثير من الرابطة التي يشكلها إلكترون s. لكن الميثان CH 4 هو رباعي السطوح متماثل.
في عام 1874، قبل سنوات عديدة من إمكانية التحديد المباشر لبنية الجزيئات، اقترح جاكوب هنريك فانت هوف (1852-1911)، بينما كان طالبًا في جامعة أوترخت، أن ذرة الكربون في المركبات لها بنية رباعية السطوح. هيكل جزيء الميثان CH4 عبارة عن رباعي وجوه منتظم مع ذرة كربون في المركز. زوايا الرابطة لسندات H-C-H هي 109°28'.
شرح مبسط: جميع مدارات المستوى الخارجي للكربون مصطفة في الطاقة والشكل، والاختلاط، أي. "التهجين"، وتشكيل مدارات هجينة متطابقة. انظر الشكل. 1.
أرز. 1. التهجين هو خلط السحب الإلكترونية أثناء تكوين الروابط الكيميائية
خلط تلك-المدارات و ثلاثة ص-المدارات تعطي أربعة س 3- مدارات هجينة ممدودة عند زوايا رباعي الأسطح مع ذرة C في المركز. الكربون الموجود في الميثان في حالة تهجين sp3. أرز. 2.
أرز. 2. هيكل الميثان
هيكل الأمونيا
وبنفس الطريقة، يتم تهجين المدارات الأربعة لذرة النيتروجين جزيء الأمونيا NH3: تحتوي ذرة النيتروجين على 5 إلكترونات في غلافها الخارجي. لذلك، يحتوي مدار sp 3 واحد على زوج وحيد من الإلكترونات، بينما تحتوي المدارات الثلاثة الأخرى على أزواج إلكترونات من روابط N-H. تقع جميع أزواج الإلكترونات الأربعة في زوايا رباعي السطوح المشوه (السحابة الإلكترونية للزوج الوحيد أكبر من سحابة الزوج المترابط). أرز. 3
أرز. 3. هيكل الأمونيا
هيكل الماء
تحتوي ذرة الأكسجين على 6 إلكترونات في غلافها الخارجي. لذلك، يحتوي مداران sp3 على أزواج وحيدة من الإلكترونات، ويحتوي المداران المتبقيان على أزواج إلكترونية من روابط OH. الجزيء له بنية زاويّة. أرز. 4.
أرز. 4. هيكل الماء
عند تحليل بنية الجزيئات بهذه الطريقة، من المهم عدم الخلط بين هندسة ترتيب أزواج الإلكترونات في الفضاء وهندسة الروابط الكيميائية. نرى أنه في الأمونيا والماء لا تشارك جميع أزواج الإلكترون في تكوين الروابط الكيميائية.
تأخذ هندسة الجزيئات أو الروابط الكيميائية في الاعتبار ترتيب الذرات في الفضاء، دون وصف ترتيب أزواج الإلكترونات المنفردة. تحاول السحب الإلكترونية للمدارات الهجينة دفع نفسها بعيدًا عن بعضها البعض قدر الإمكان. إذا كان هناك أربع غيوم، فسوف يتفرقون إلى زوايا رباعي السطوح، وثلاثة - سيكونون في الطائرة بزاوية 120 درجة.
هيكل الجزيءفرنك بلجيكي 3
هناك 3 إلكترونات في المستوى الخارجي لذرة البورون. عندما تتشكل الروابط، يدخل البورون، مثل الكربون، في حالة مثارة. يتم تهجين مدارات s واثنتين p، التي تحتوي على إلكترونات، لتكوين ثلاثة مدارات هجينة متطابقة sp 2، تقع في زوايا مثلث متساوي الأضلاع مع ذرة البورون في المركز. أرز. 5
أرز. 5. هيكل فلوريد البورون
خاتمة: الهندسة الجزيئية تأخذ بعين الاعتبار ترتيب الذرات في الفضاء دون وصف ترتيب أزواج الإلكترونات المنفردة. وبالتالي، فإن هيكل جزيء الماء، الذي يتكون من ثلاث ذرات، ليس رباعي السطوح، ولكن الزاوي.
تلخيص الدرس
لقد اكتسبت فكرة عن موضوع "هندسة الجزيئات. مفهوم نظرية التهجين." تم الكشف عن الطبيعة العالمية لعملية التهجين للمواد العضوية وغير العضوية المعقدة والتعديلات المتآصلة للكربون. لقد تعلمت عن اعتماد هندسة الجزيئات على نوع تهجين المدارات الإلكترونية وخصائص المواد على هندسة الجزيئات.
فهرس
1. رودزيتيس ج. كيمياء. أساسيات الكيمياء العامة. الصف العاشر: كتاب مدرسي لمؤسسات التعليم العام: المستوى الأساسي / G. E. Rudzitis، F.G. فيلدمان. - الطبعة الرابعة عشرة. - م: التربية، 2012.
2. الكيمياء. الصف 10. المستوى الشخصي: أكاديمي. للتعليم العام المؤسسات/ ف.ف. إرمين، إن.إي. كوزمينكو، ف. لونين وآخرون - م: بوستارد، 2008. - 463 ص.
3. الكيمياء. الصف 11. المستوى الشخصي: أكاديمي. للتعليم العام المؤسسات/ ف.ف. إرمين، إن.إي. كوزمينكو، ف. لونين وآخرون - م: بوستارد، 2010. - 462 ص.
4. خومشينكو جي.بي.، خومشينكو آي.جي. مجموعة من المشاكل في الكيمياء للمقبلين على الجامعات. - الطبعة الرابعة. - م: ريا "الموجة الجديدة": الناشر أوميرينكوف، 2012. - 278 ص.
العمل في المنزل
1. الأرقام 1-3 (ص 22) رودزيتيس ج. ، فيلدمان إف جي الكيمياء: الكيمياء العضوية. الصف العاشر: كتاب مدرسي لمؤسسات التعليم العام: المستوى الأساسي / G. E. Rudzitis، F.G. فيلدمان. - الطبعة الرابعة عشرة. - م: التربية، 2012.
2. لماذا، مع وجود نفس النوع من التهجين (أيهما؟)، يكون لجزيئات الميثان والأمونيا هياكل مكانية مختلفة؟
3. كيف تختلف الحالة الأساسية لذرة الكربون عن الحالة المثارة؟