Освітня галузь / Природнича / Інтегровані курси природничої галузі / Хімія 10 клас / Основні поняття хімії. Будова атома. Хімічний звʼязок / Ковалентний зв’язок. Механізми утворення ковалентного зв’язку. Теорія відштовхування електронних пар валентних оболонок (VSEPR) як метод передбачення будови молекули

Тема 1. Основні поняття хімії. Будова атома. Хімічний звʼязок

матеріал 17

Ковалентний зв’язок. Механізми утворення ковалентного зв’язку. Теорія відштовхування електронних пар валентних оболонок (VSEPR) як метод передбачення будови молекули

Матеріал

Для вчителя

Для учня

Завантажити матеріал (PDF)

Урок 17. Ковалентний зв’язок. Механізми утворення ковалентного зв’язку. Теорія відштовхування електронних пар валентних оболонок (VSEPR) як метод передбачення будови молекули

Очікувані результати навчання

виявляє самостійно або у співпраці з іншими невизначеність/протиріччя в інформації щодо ознак/будови/ властивостей об’єктів природи, умов виникнення, прояву і перебігу природних явищ [12 ПРО 1.1.1-1 П]
аналізує за наданими критеріями самостійно або у співпраці з іншими математичні/реальні/ віртуальні моделі об’єктів і явищ [12 ПРО 1.4.1-3 П]
формулює самостійно або у співпраці з іншими висновки відповідно до завдань дослідження [12 ПРО 1.5.2-2 П]
оцінює самостійно або у співпраці з іншими доказовість і вагомість аргументів у висновках дослідження [12 ПРО 1.6.2-1 П]
описує і пояснює самостійно або у співпраці з іншими природні і техногенні об’єкти, явища і процеси на основі нетекстової інформації, представленої в різних формах [12 ПРО 2.2.2-2 П]
визначає самостійно або у співпраці з іншими властивості об’єктів, істотні ознаки явищ і процесів, необхідні для розв’язання життєвої/навчальної проблеми [12 ПРО 3.1.1-2 П]
установлює та обґрунтовує самостійно або у співпраці з іншими взаємозв’язки між природними, техногенними об’єктами, закономірності явищ природи [12 ПРО 3.3.1]
добирає самостійно або у співпраці з іншими ознаки класифікації природних і техногенних об’єктів, явищ і процесів [12 ПРО 3.2.1]
установлює та обґрунтовує самостійно або у співпраці з іншими взаємозв’язки між природними, техногенними об’єктами, закономірності явищ природи [12 ПРО 3.3.1]
визначає самостійно або у співпраці з іншими аргументи/твердження, теорії, що ґрунтуються на наукових фактах і доказах [12 ПРО 4.1.1]
інтерпретує самостійно або у співпраці з іншими інформацію природничого змісту, представлену в різний спосіб [12 ПРО 2.2.2]

Мета уроку: Ознайомитися із сутністю ковалентного зв’язку та механізмами його утворення. Розглянути основи теорії VSEPR для прогнозування геометрії молекул. Навчитися застосовувати теоретичні знання на практиці, використовуючи моделювання та аналіз будови молекул.

Очікувані результати для вчителя:

учні розуміють поняття ковалентного зв’язку, його типи (полярний і неполярний).
пояснюють механізми утворення ковалентного зв’язку: за обмінним та донорно-акцепторним механізмами.
розуміють основи теорії VSEPR як засобу передбачення геометрії молекул.
навчаться розставляти електронні пари в молекулах згідно з принципами VSEPR.
визначають типи ковалентних зв’язків і будову простих молекул (H₂O, NH₃, CH₄ тощо).
пояснюють фізичні властивості речовин через тип хімічного зв’язку і просторову будову молекул.

Очікувані результати для учнівства:

Пояснює поняття ковалентного зв’язку, його природу та механізми утворення (обмінний і донорно-акцепторний механізми).
Визначає типи ковалентного зв’язку (неполярний і полярний) на основі електронегативності елементів.
Складає електронні та графічні формули сполук із ковалентним зв’язком.
Ідентифікує спільні електронні пари і неподілені електронні пари у молекулах,
Застосовує теорію VSEPR для передбачення просторової будови молекул.
Описує геометрію молекул (лінійна, кутова, трикутна, тетраедрична).
Наводить приклади сполук з ковалентним звязком та аналізує їхні властивості.

Ключові слова

ковалентний зв’язок
неполярний зв’язок
полярний звязок
обмінний механізм
донорно – акцепторний механізм
форма молекули
кут зв`язку
VSEPR

План уроку

Мотивація
Теоретичний блок
Практичний блок
Попрактикуймо самостійно
Рефлексія

1. Мотивація

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 3 хв.

Приймаємо всі відповіді, навіть, якщо вони хибні. Повернемося до них в процесі пояснення (теоретичний блок).

Деякі посібники стверджують, що способи утворення ковалентного зв’язку можна описати двома формулами: 1 + 1 = 2 та 2 + 0 = 2.

Як ви думаєте, що означає таке твердження?

2. Теоретичний блок

Дружня порада для вчителя

Тривалість до 15 хв

Частина матеріалу теоретичного блоку – повторення. Цю частину учні можуть виконати самостійно – індивідуально або в парах (групах).

Потрібно чітко визначити механізми утворення ковалентного зв`язку, на основі електронної будови. Новий матеріал опрацьовується в співпраці з учнями. Цей матеріал можна скоротити або розширити за потреби.

Ковалентний зв’язок — це хімічний зв’язок, що утворюється шляхом спільного використання електронних пар між атомами. Такий тип зв’язку характерний для неметалів.

Механізми утворення ковалентного зв’язку:

Обмінний механізм (рекомбінаційний)

Суть: кожен атом надає по одному неспареному електрону для утворення спільної електронної пари.

Приклад: утворення молекули водню H2 (ковалентний неполярний звязок)
Формула Льюїса:

(1) $\begin{equation*} \text{H}{\cdot} + {\cdot}\text{H} \longrightarrow \text{H}{:}\text{H}\end{equation*}$

Утворення молекули гідрогенхлориду HCl (ковалентний полярний зв’язок, електронна пара зміщена в бік елемента з більшою електронегативністю).

Диполь — це система з двох зарядів, що є однаковими за значенням, але протилежними за знаком.

Донорно-акцепторний механізм (координаційний)

Суть: один атом (донор) надає пару електронів, а інший (акцептор) приймає.

Приклад: утворення йона амонію:

NH₃ + H⁺ → [NH₄]⁺

Формула Льюїса:

Джерело: https://uahistory.co/pidruchniki/grygorovich-chemistry-11-class-2024-standard-level-reissue/6.php

Теорія відштовхування електронних пар валентної оболонки (VSEPR) використовується для передбачення просторової геометрії молекул. VSEPR пояснює просторову геометрію молекул, виходячи з припущення, що електронні пари навколо центрального атома відштовхуються одна від одної та займають положення, максимально віддалені одна від одної, надаючи молекулі певну форму. Центральний атом в цій теорії – це атом, який зв’язаний з двома або більше іншими атомами, в той час як кінцевий атом зв’язаний лише з одним іншим атомом. Неподілені електронні пари займають більше простору, ніж зв’язуючі, тому сильніше відштовхуються та змінюють геометрію молекули.

За допомогою VSEPR можна передбачити форму майже всіх сполук, які мають центральний атом.

Як визначити формулу молекули за VSEPR:

Складіть структуру Льюїса.
Підрахуйте зв’язки та неподілені пари навколо центрального атома.
Визначте розташування областей електронної густини (зв’язки + неподілені пари) навколо центрального атома.
Визначте молекулярну геометрію на основі отриманих положень атомів.

Основні форми молекул за теорією VSEPR

Кількість спільних пар (X)	Кількість неподілених пар (E)	Тип молекули (AXE)	Геометрія молекули	Приклад	Кут зв`язку
2	0	AX₂	Лінійна	CO₂	180°
3	0	AX₃	Тригональна планарна	BF₃	120°
2	1	AX₂E	Кутова	SO₂	~119°
4	0	AX₄	Тетраедрична	CH₄	109.5°
3	1	AX₃E	Тригональна пірамідальна	NH₃	~107°
2	2	AX₂E₂	Кутова	H₂O	~104.5°
5	0	AX₅	Тригональна біпірамідальна	PCl₅	90°, 120°
4	1	AX₄E	Гойдалка (Seesaw)	SF₄	~101.6°
3	2	AX₃E₂	Т-подібна	ClF₃	~87.5°
2	3	AX₂E₃	Лінійна	XeF₂	180°
6	0	AX₆	Октаедрична	SF₆	90°
5	1	AX₅E	Квадратна пірамідальна	BrF₅	~84.8°
4	2	AX₄E₂	Квадратна планарна	XeF₄	90°
7	0	AX₇	Пентагональна біпірамідальна	IF₇	72°, 90°

A — центральний атом, X — кількість зв’язуючих атомів, E— кількість неподільних електронних пар.

3. Практичний блок:

Дружня порада для вчителя

Тривалість 7 хв

Розгляньте форму молекул амоніаку та метану за наведеним покликанням:
https://phet.colorado.edu/sims/html/molecule-shapes/latest/molecule-shapes_all.html?locale=uk
Поясніть чому амоніак (NH₃) має пірамідальну форму, а метан (CH₄) – тетраедричну, хоча в обидвох випадках центральний атом має чотири електронні пари?

Джерело: https://www.creative-chemistry.org.uk/molecules/tetrahedral

Відповідь: Відмінність між формою молекул амоніаку (NH₃) і метану (CH₄), попри наявність чотирьох електронних пар навколо центрального атома, пояснюється різним характером цих пар.

У молекуля метану (CH₄) центральний атом – атом Карбону утворює чотири ковалентні зв’язки з атомами Гідрогену. Всі чотири пари електронів – це спільні пари, які відштовхуються одна від одної рівномірно, утворюючи тетраедричну геометрію з кутами приблизно 109,5°.

У молекулі амоніаку (NH₃) атом Нітрогену також має чотири електронні пари, але тільки три з них – спільні, а одна пара є неподілена пара. Ця неподілена пара Нітрогену займає більше простору і сильніше відштовхує спільні пари електронів. У результаті геометрія молекули стає пірамідальною (трикутна піраміда), а кути між зв’язками зменшуються до приблизно 107°.

4. Попрактикуймо самостійно

Дружня порада для вчителя

Тривалість: до 18 хв

Можна також використати простіший ресурс за покликанням:

https://phet.colorado.edu/sims/html/molecule-shapes-basics/latest/molecule-shapes-basics_all.html?locale=uk

Для моделювання можна використати як набори, так і підручний матеріал.

Складіть формули Льюїса для: BeCl₂, BF3, Н2О, CH₄, NH₃
Визначте:
- А) кількість зв`язків;
- Б) кількість неподілених пар;
- В) просторову геометрію за теорією VSEPR;
- Г) кут зв`язку (приблизний).

Для виконання завдання використайте ресурс: https://billvining.com/mmlib_sims/#gen_8_2

Результат до 2 подайте у формі таблиці.

Побудуйте моделі молекул наведених сполук.

5. Рефлексія

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 3 хв

Не підглядаючи у свої нотатки, напишіть, що найбільше запам’яталося.

На вашу думку, яка найкорисніша ідея обговорювалася на сьогоднішньому уроці?
Які зв’язки ви помітили між сьогоднішньою темою та іншими темами, які ми раніше опанували?
Що з вивченого на уроці, на вашу думку, пов’язане з тим, що ви вивчали на інших предметах?

У вільний від відпочинку час

Дружня порада для вчителя

Відео можна використати як домашнє завдання. Після перегляду відео учням потрібно коротко описати факти, які вони дізналися з відео.

Перегляньте відео про зв’язок між формою молекул та фізичними властивостями речовин (англійською).

Покликання на відео: https://www.youtube.com/watch?v=h9ubEVbOvZs

Відео

Завантажити матеріал (PDF)

Урок 17. Ковалентний зв’язок. Механізми утворення ковалентного зв’язку. Теорія відштовхування електронних пар валентних оболонок (VSEPR) як метод передбачення будови молекули

Робочий аркуш учнівства

Очікувані результати

Очікувані результати для учнівства:

Пояснює поняття ковалентного зв’язку, його природу та механізми утворення (обмінний і донорно-акцепторний механізми).
Визначає типи ковалентного зв’язку (неполярний і полярний) на основі електронегативності елементів.
Складає електронні та графічні формули сполук із ковалентним зв’язком.
Ідентифікує спільні електронні пари і неподілені електронні пари у молекулах,
Застосовує теорію VSEPR для передбачення просторової будови молекул.
Описує геометрію молекул (лінійна, кутова, трикутна, тетраедрична).
Наводить приклади сполук з ковалентним звязком та аналізує їхні властивості.

Ключові слова

ковалентний зв’язок
неполярний зв’язок
полярний звязок
обмінний механізм
донорно – акцепторний механізм
форма молекули
кут зв`язку
VSEPR

План уроку

Мотивація
Теоретичний блок
Практичний блок
Попрактикуймо самостійно
Рефлексія

1. Мотивація

Як ви думаєте, що означає таке твердження?

2. Теоретичний блок

Механізми утворення ковалентного зв’язку:

Обмінний механізм (рекомбінаційний)

Суть: кожен атом надає по одному неспареному електрону для утворення спільної електронної пари.

Приклад: утворення молекули водню H2 (ковалентний неполярний звязок)
Формула Льюїса:

(2) $\begin{equation*} \text{H}{\cdot} + {\cdot}\text{H} \longrightarrow \text{H}{:}\text{H}\end{equation*}$

Диполь — це система з двох зарядів, що є однаковими за значенням, але протилежними за знаком.

Донорно-акцепторний механізм (координаційний)

Суть: один атом (донор) надає пару електронів, а інший (акцептор) приймає.

Приклад: утворення йона амонію:

NH₃ + H⁺ → [NH₄]⁺

Формула Льюїса:

Джерело: https://uahistory.co/pidruchniki/grygorovich-chemistry-11-class-2024-standard-level-reissue/6.php

За допомогою VSEPR можна передбачити форму майже всіх сполук, які мають центральний атом.

Як визначити формулу молекули за VSEPR:

Складіть структуру Льюїса.
Підрахуйте зв’язки та неподілені пари навколо центрального атома.
Визначте розташування областей електронної густини (зв’язки + неподілені пари) навколо центрального атома.
Визначте молекулярну геометрію на основі отриманих положень атомів.

Основні форми молекул за теорією VSEPR

Кількість спільних пар (X)	Кількість неподілених пар (E)	Тип молекули (AXE)	Геометрія молекули	Приклад	Кут зв`язку
2	0	AX₂	Лінійна	CO₂	180°
3	0	AX₃	Тригональна планарна	BF₃	120°
2	1	AX₂E	Кутова	SO₂	~119°
4	0	AX₄	Тетраедрична	CH₄	109.5°
3	1	AX₃E	Тригональна пірамідальна	NH₃	~107°
2	2	AX₂E₂	Кутова	H₂O	~104.5°
5	0	AX₅	Тригональна біпірамідальна	PCl₅	90°, 120°
4	1	AX₄E	Гойдалка (Seesaw)	SF₄	~101.6°
3	2	AX₃E₂	Т-подібна	ClF₃	~87.5°
2	3	AX₂E₃	Лінійна	XeF₂	180°
6	0	AX₆	Октаедрична	SF₆	90°
5	1	AX₅E	Квадратна пірамідальна	BrF₅	~84.8°
4	2	AX₄E₂	Квадратна планарна	XeF₄	90°
7	0	AX₇	Пентагональна біпірамідальна	IF₇	72°, 90°

A — центральний атом, X — кількість зв’язуючих атомів, E— кількість неподільних електронних пар.

3. Практичний блок:

Джерело: https://www.creative-chemistry.org.uk/molecules/tetrahedral

4. Попрактикуймо самостійно

Складіть формули Льюїса для: BeCl₂, BF3, Н2О, CH₄, NH₃
Визначте:
- А) кількість зв`язків;
- Б) кількість неподілених пар;
- В) просторову геометрію за теорією VSEPR;
- Г) кут зв`язку (приблизний).

Для виконання завдання використайте ресурс: https://billvining.com/mmlib_sims/#gen_8_2

Результат до 2 подайте у формі таблиці.

Побудуйте моделі молекул наведених сполук.

5. Рефлексія

Не підглядаючи у свої нотатки, напишіть, що найбільше запам’яталося.

На вашу думку, яка найкорисніша ідея обговорювалася на сьогоднішньому уроці?
Які зв’язки ви помітили між сьогоднішньою темою та іншими темами, які ми раніше опанували?
Що з вивченого на уроці, на вашу думку, пов’язане з тим, що ви вивчали на інших предметах?

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

У вільний від відпочинку час

Перегляньте відео про зв’язок між формою молекул та фізичними властивостями речовин (англійською).

Покликання на відео: https://www.youtube.com/watch?v=h9ubEVbOvZs

Відео

Завантажити матеріал (PDF)

Ділись та обговорюй важливе