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

матеріал 19

Міжмолекулярна взаємодія. Водневий зв’язок

Матеріал

Для вчителя

Для учня

Завантажити матеріал (PDF)

Урок 19. Міжмолекулярна взаємодія. Водневий зв’язок

Очікувані результати навчання

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]
формулює самостійно або у співпраці з іншими проблему дослідження [12 ПРО 1.1.1]
планує, здійснює пошук, опрацьовує, порівнює, аналізує, оцінює самостійно або у співпраці з іншими надійність джерел і достовірність інформації для розв’язання життєвої/навчальної проблеми [12 ПРО 2.1.1]
ідентифікує, формулює та аналізує самостійно або у співпраці з іншими життєву/навчальну проблему [12 ПРО 4.2.1]
пропонує варіанти організації роботи групи: розподілення обов’язків, налагодження комунікації для розв’язання навчальної/життєвої проблеми [12 ПРО 4.4.1]
формулює самостійно або у співпраці з іншими висновки за результатами досліджень та обґрунтовує їх [12 ПРО 1.5.2]
добирає самостійно або у співпраці з іншими форми подання інформації і її перетворення [12 ПРО 2.2.1]

Мета уроку: Ознайомитися із природою міжмолекулярних взаємодій та їх роллю у фізичних і хімічних властивостях речовин. Навчитися пояснювати механізм виникнення водневого зв’язку як особливого виду міжмолекулярної взаємодії. Вміти аналізувати й порівнювати властивості речовин на основі знань про типи міжмолекулярних зв’язків.

Очікувані результати для вчителя:

Учні знають: що таке міжмолекулярна взаємодія; основні типи міжмолекулярних сил визначення водневого зв’язку та його умови виникнення.
Учні розуміють: відмінність між міжмолекулярною та внутрішньомолекулярною взаємодією; роль водневого зв’язку у властивостях речовин; значення міжмолекулярної взаємодії для біологічних систем (ДНК, білки тощо).
Учні розрізняють: речовини молекули яких , здатні утворювати водневий зв’язок;
Учні вміють: наводити приклади речовин з водневим зв’язком; пояснювати фізичні властивості речовин з урахуванням міжмолекулярних взаємодій; прогнозувати утворення водневого зв’язку на основі будови молекул.
Учні висловлюють судження: про важливість міжмолекулярної взаємодії в природних явищах та технологіях; про роль водневого зв’язку у підтриманні життя на Землі.

Очікувані результати для учнівства:

Знає: що таке міжмолекулярна взаємодія та її основні типи; визначення водневого зв’язку та механізм його утворення.
Розуміє: роль міжмолекулярних сил у фізичних властивостях речовин (температура кипіння, плавлення, розчинність тощо); значення водневого зв’язку.
Пояснює: як водневий зв’язок впливає на структуру молекул і агрегатний стан речовин; відмінність між ковалентним і водневим зв’язками.
Наводить приклади: речовин з водневим зв’язком; побутових або природних явищ, де проявляються міжмолекулярні сили
Використовує знання для: аналізу ролі водневих зв’язків у функціонуванні живих організмів.

Ключові слова

міжмолекулярна взаємодія
водневий зв’язок
диполь-дипольні взаємодії
Лондонські дисперсійні сили
електронегативність

План уроку

Мотивація
Тобі може знадобитися. Теоретична частина.
Життєва ситуація. Робота з вчителем.
Попрактикуймо самостійно
Рефлексія

1. Мотивація

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 5 хв.

Приймаються усі відповіді.

Проблемне запитання

Що спільного між вторинною структурою білка та геконом, який повзе по вертикальній стіні?

Зображення створено Chat GPT

Правильна відповідь: в обидвох випадках наявні міжмолекулярні сили притягання. У вторинній структурі білка – це водневий зв’язок. Гекон може ходити вгору і вниз по стінам і навіть по стелі. Коли крихітні волосинки, або щетинки, на лапках ящірки труться об поверхню, виникає надзвичайно велика сила зчеплення. Коли ящірка захоплює лапкою якусь поверхню, біля мільярда цих відростків, які вкривають підошви лапок, прилягають так щільно до поверхні, що з’являється можливість виникнення міжмолекулярних взаємодій (сили Ван дер Ваальса).

2. Теоретична частина

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 10 – 12 хв.

Нагадати учням, що молекули не перебувають у стані спокою, а завжди знаходяться в русі. Це важливо для розуміння концепції міжмолекулярних сил. У співпраці з учнями розглянути три типи міжмолекулярних сил: дисперсійні сили Лондона, диполь-дипольні сили та водневий зв’язок.

Контекстуалізувати важливість міжмолекулярних сил, пояснюючи їх фундаментальну роль. Розуміння міжмолекулярних сил має вирішальне значення для розробки нових ліків, розробки матеріалів із певними властивостями та вивчення екологічних явищ, таких як глобальне потепління.

Навести кілька прикладів, наприклад важливість міжмолекулярних сил у створенні ліків (оскільки вони впливають на розчинність і біодоступність), у виробництві матеріалів (оскільки вони впливають на фізичні властивості матеріалів) і навіть у кулінарії (оскільки вони впливають на консистенцію та смак їжі).

Покликання на відео про міжмолекулярні сили (українською)

https://www.youtube.com/watch?v=DseDNWVuqWU&t=101s

Відео

Дослідіть міжмолекулярні взаємодії в наведеному ресурсі:
https://teachchemistry.org/classroom-resources/intermolecular-forces-2020

Міжмолекулярні сили – це сили притягання, що виникають між молекулами і мають важливу роль у визначенні фізичних властивостей речовин. Внутрішньомолекулярні сили утримують атоми разом у молекулі, міжмолекулярні сили впливають на взаємодію молекул одна з одною.

Є три основні типи міжмолекулярних сил:

Лондонські дисперсійні сили, також відомі як сили Ван-дер-Ваальса, є найслабшими серед міжмолекулярних сил. Це слабкі сили, присутні в усіх молекулах через тимчасові диполі, які виникають, коли електрони рухаються всередині молекул.

Диполь-дипольні взаємодії: відбуваються між полярними молекулами через притягання позитивних і негативних кінців диполів молекул.

Водневий зв’язок (особливий тип сильної диполь-дипольної взаємодії ) – це взаємодія атома Гідрогену однієї молекули (або частини молекули), сполученого з дуже електронегативним атомом, із дуже електронегативним атомом іншої молекули.

Джерело: https://lab.concord.org/embeddable.html#interactives/sam/intermolecular-attractions/6-hydrogen-bonds-a-special-type-of-attraction.json

Водневий зв’язок має частково електростатичний характер, а частково — донорно-акцепторний.

Водневий зв’язок утворюється атомами Гідрогену, як правило, з атомами Оксигену, Флуору та Нітрогену. Атоми цих елементів мають велику електронегативність і невеликі розміри. У водневому зв’язку донором зазвичай є сильно електронегативний атом, такий як Оксиген, Нітроген, Флуор, який ковалентно зв’язаний з атомом Гідрогену. Акцептором Гідрогену є електронегативний атом сусідньої молекули, що містить неподілену пару, (наприклад, O, N, Cl та F). Водневий зв’язок утворюється не лише між молекулами води, а й між молекулами інших речовин. Якщо в молекулі речовини є групи -ОН або -ΝΗ2, такі молекули можуть утворювати водневі зв’язки. Молекули спиртів та карбонових кислот, у яких наявна група -ОН, утворюють водневі зв’язки між собою, а також із молекулами води. Водневий зв’язок може існувати не тільки між молекулами, а й усередині однієї молекули між різними її частинами. Водневі звязки є у білках та нуклеїнових кислотах. Завдяки утворенню водневих зв’язків стабілізується вторинна структура білків. і реалізується можливість існування молекул ДНК у вигляді подвійної спіралі.

Внутрішньомолекулярні водневі зв’язки – це зв’язки, які виникають в одній молекулі. Це відбувається, коли дві характеристичні групи молекули можуть утворювати водневі зв’язки одна з одною.

Міжмолекулярні водневі зв’язки виникають між окремими молекулами речовини.

Водневий зв’язок слабший за ковалентний. Енергія одинарного ковалентного зв’язку становить близько 250-400 кДж/моль, то енергія водневого зв’язку — 10-30 кДж/моль.

Незважаючи на це, водневі зв`язки суттєво впливають на фізичні властивості речовин. Можливістю утворення водневого зв’язку з молекулами інших речовин, які також здатні їх утворювати, пояснюється велика розчинність багатьох речовин у воді: спирту, цукру, етанової кислоти тощо. Речовини, в яких існує водневий зв’язок між молекулами, мають температуру кипіння набагато вищу, ніж речовини з молекулярними кристалічними ґратками і близькими значеннями молярної маси, але без водневих зв’язків.

Назагал, міжмолекулярні сили впливають на:

Фізичні властивості: температури кипіння та плавлення. Сильніші міжмолекулярні сили призводять до вищих температур кипіння та плавлення, тоді як слабші сили призводять до нижчих температур, необхідних для фазових змін.

Розчинність: Полярність молекул значно впливає на розчинність. Принцип «подібне розчиняється подібним» – полярні розчинники добре розчиняють полярні розчинені речовини, тоді як неполярні розчинники добре розчиняють неполярні розчинені речовини.

Біологічні функції: Міжмолекулярні сили відіграють вирішальну роль у біологічних системах. ї

3. Робота з вчителем

Дружня порада для вчителя

Тривалість до 5 хв:

Чому крихітні комахи, наприклад, водоміри, можуть вільно рухатися по поверхні води, не занурюючись у неї?

Відповідь: Комахи можуть рухатися по поверхні води завдяки явищу поверхневого натягу, яке виникає через водневі зв’язки між молекулами води. Ці зв’язки створюють «плівку» на поверхні, яку тіло легкої комахи не може прорвати. Ніжки комах також гідрофобні, що додатково запобігає зануренню.

Назвіть інші аномальні властивості води, зумовлені цією ж причиною.

Зображення створено Chat GPT

Відповідь: Висока температура кипіння порівняно з аналогічними сполуками (наприклад, H₂S).

Найбільша густина води при 4 °C, а не в твердому стані (лід легший за воду).

Велика теплоємність, що забезпечує стабільний клімат.

Здатність до капілярного підняття — вода піднімається по тонких трубках (наприклад, у рослинах).

Хороший розчинник для полярних речовин.

4. Попрактикуймо самостійно

Дружня порада для вчителя

Тривалість 20 хв:

2. Обрано короткотривалі та прості експерименти. Можна провести також дослід «Виділення ДНК з банана», але це потребує достатньої кількості часу.

Матеріали та обладнання: банан, сіль 1 чайна ложка, рідинадля миття посуду або шампунь 1 чайна ложка, гаряча вода (не вище +80 °С)120 мл, охолоджений у морозилці протягом 5 хвилин 95%-й етиловий спирт, пакет, склянка, ситечко або марля, паличка для перемішування.

Хід роботи

Розчиніть сіль у гарячій воді.

Банан покладіть у пакет і перетворіть на пюре.

Додайте до нього розчин солі, розмішайте паличкою.

Додайте рідину для миття посуду і знову розмішайте.

Через ситечко відфільтруйте суміш у склянку. Нахиліть склянку і повільно наливайте охолоджений спирт, поки він не покриє суміш товстим шаром (принаймі 2 см).

Приблизно через 10 хвилин у склянці має утворитися білувато – напівпрозора речовина – ДНК банана.

Пройдіть тест : https://le arningapps.org/watch?v=pam205t2a25

Експерименти з монетами

Експеримент 1: Краплі на монеті. Сила водневого зв’язку в дії.

Обладнання та матеріали: звичайна металева монета (1 грн, 50 коп тощо), піпетка або соломинка, вода, розчин спирту або етанової (оцтової) кислоти

Хід роботи

Покласти монету на рівну поверхню.
За допомогою піпетки по краплі додавати воду на монету.
Порахувати, скільки крапель утворюють купол перед тим, як рідина розіллється.

Повторити дослід із спиртом або етановою кислотою.

Пояснити результати експерименту.

Відповідь:

Молекули води утримуються разом завдяки водневим зв’язкам, що створює поверхневий натяг. Тому вода формує напівсферичну поверхню (купол). Молекули спирту або етанової кислоти мають слабші міжмолекулярні взаємодії, тому краплі швидше розтікаються.

Експеримент 2: Монета та крапля мила – руйнівник водневих зв’язків

Матеріали та обладнання: монета, піпетка, вода, мильний розчин (вода + рідке мило).

Хід роботи:

Нанести на монету воду, як у першому експерименті.
Після утворення купола, додати краплю мильного розчину.

Пояснити результати експерименту.

Відповідь:

Мило руйнує водневі зв’язки між молекулами води.

Поверхневий натяг зменшується і крапля розтікається. Це наочна демонстрація того, наскільки важливі водневі зв’язки для структури води.

Складіть ментальну карту до теми «Водневий зв’язок»

План (орієнтовний):

Основне поняття: Водневий зв’язок
Механізм утворення
Приклади сполук
Фізичні властивості, обумовлені наявністю водневого звязку
Типи водневого зв’язку
Значення в природі.

Відповідь:

Карту можна складати вручну або за допомогою онлайн сервісів, наприклад, https://www.canva.com/uk_ua/grafiky/intelekt-karta/ або https://monica.im/uk/tools/ai-mind-map-maker

Джерело: https://monica.im/uk/tools/ai-mind-map-maker?id=aWWO4mrhYcQR51WDJgWIh

5. Рефлексія

Дружня порада для вчителя

Тривалість 3 – 5 хв:

Оцініть враження і підсумки заняття за допомогою простої таблиці «Плюс, мінус, цікаво»:

«+» – все, що сподобалося на уроці

«–» – все, що здалося непотрібним і не цікавим«Цікаво» – що привернуло, змусило задуматися і викликало нові питання.

+
–
Цікаво

У вільний від відпочинку час

Перегляньте відео про водневий та металічний зв’язок.
https://www.youtube.com/watch?v=cbzcWB742Os

Відео

Завантажити матеріал (PDF)

Урок 19. Міжмолекулярна взаємодія. Водневий зв’язок

Робочий аркуш учнівства

Очікувані результати

Очікувані результати для учнівства:

Знає: що таке міжмолекулярна взаємодія та її основні типи; визначення водневого зв’язку та механізм його утворення.
Розуміє: роль міжмолекулярних сил у фізичних властивостях речовин (температура кипіння, плавлення, розчинність тощо); значення водневого зв’язку.
Пояснює: як водневий зв’язок впливає на структуру молекул і агрегатний стан речовин; відмінність між ковалентним і водневим зв’язками.
Наводить приклади: речовин з водневим зв’язком; побутових або природних явищ, де проявляються міжмолекулярні сили
Використовує знання для: аналізу ролі водневих зв’язків у функціонуванні живих організмів.

Ключові слова

міжмолекулярна взаємодія
водневий зв’язок
диполь-дипольні взаємодії
Лондонські дисперсійні сили
електронегативність

План уроку

Мотивація
Тобі може знадобитися. Теоретична частина.
Життєва ситуація. Робота з вчителем.
Попрактикуймо самостійно
Рефлексія

1. Мотивація

Проблемне запитання

Що спільного між вторинною структурою білка та геконом, який повзе по вертикальній стіні?

Зображення створено Chat GPT

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Теоретична частина

Покликання на відео про міжмолекулярні сили (українською)

https://www.youtube.com/watch?v=DseDNWVuqWU&t=101s

Відео

Дослідіть міжмолекулярні взаємодії в наведеному ресурсі:
https://teachchemistry.org/classroom-resources/intermolecular-forces-2020

Є три основні типи міжмолекулярних сил:

Джерело: https://lab.concord.org/embeddable.html#interactives/sam/intermolecular-attractions/6-hydrogen-bonds-a-special-type-of-attraction.json

Водневий зв’язок має частково електростатичний характер, а частково — донорно-акцепторний.

Міжмолекулярні водневі зв’язки виникають між окремими молекулами речовини.

Назагал, міжмолекулярні сили впливають на:

Біологічні функції: Міжмолекулярні сили відіграють вирішальну роль у біологічних системах. ї

3. Робота з вчителем

Чому крихітні комахи, наприклад, водоміри, можуть вільно рухатися по поверхні води, не занурюючись у неї?

Назвіть інші аномальні властивості води, зумовлені цією ж причиною.

Зображення створено Chat GPT

4. Попрактикуймо самостійно

Пройдіть тест : https://le arningapps.org/watch?v=pam205t2a25

Експерименти з монетами

Експеримент 1: Краплі на монеті. Сила водневого зв’язку в дії.

Хід роботи

Покласти монету на рівну поверхню.
За допомогою піпетки по краплі додавати воду на монету.
Порахувати, скільки крапель утворюють купол перед тим, як рідина розіллється.

Повторити дослід із спиртом або етановою кислотою.

Пояснити результати експерименту.

Експеримент 2: Монета та крапля мила – руйнівник водневих зв’язків

Матеріали та обладнання: монета, піпетка, вода, мильний розчин (вода + рідке мило).

Хід роботи:

Нанести на монету воду, як у першому експерименті.
Після утворення купола, додати краплю мильного розчину.

Пояснити результати експерименту.

Складіть ментальну карту до теми «Водневий зв’язок»

План (орієнтовний):

Основне поняття: Водневий зв’язок
Механізм утворення
Приклади сполук
Фізичні властивості, обумовлені наявністю водневого звязку
Типи водневого зв’язку
Значення в природі.

5. Рефлексія

Оцініть враження і підсумки заняття за допомогою простої таблиці «Плюс, мінус, цікаво»:

«+» – все, що сподобалося на уроці

+
–
Цікаво

У вільний від відпочинку час

Перегляньте відео про водневий та металічний зв’язок.
https://www.youtube.com/watch?v=cbzcWB742Os

Відео

Завантажити матеріал (PDF)

Ділись та обговорюй важливе