Урок 16. Загальні положення про хімічний зв’язок. Електронегативність
Очікувані результати навчання
формулює самостійно або у співпраці з іншими проблему дослідження [12 ПРО 1.1.1]
добирає самостійно або у співпраці з іншими методи відповідно до мети і гіпотези дослідження [12 ПРО 1.3.1]
здійснює самостійно або у співпраці з іншими дослідження, фіксує результати [12 ПРО 1.4.2]
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]
інтерпретує самостійно або у співпраці з іншими інформацію природничого змісту, представлену в різний спосіб формах [12 ПРО 2.2.2]
порівнює, аналізує самостійно або у співпраці з іншими природні і техногенні об’єкти, явища і процеси на основі наукових методів пізнання та законів природи [12 ПРО 3.1.1]
визначає самостійно або у співпраці з іншими аргументи/твердження, теорії, що ґрунтуються на наукових фактах і доказах [12 ПРО 4.1.1]
ідентифікує, формулює та аналізує самостійно або у співпраці з іншими життєву/навчальну проблему [12 ПРО 4.2.1]
застосовує самостійно або у співпраці з іншими наукове знання і власний досвід для розв’язання життєвої/ навчальної проблеми [12 ПРО 4.3.2]
Мета уроку: Ознайомитися із поняттям хімічного зв’язку, його видами. Визначити роль електронегативності в утворенні хімічного зв’язку. Навчитися аналізувати та порівнювати характеристик різних видів зв’язку.
Очікувані результати для вчителя:
Учні усвідомлюють зв’язок між електронною будовою атомів та їх здатністю утворювати хімічні зв’язки, поняття електронегативності та її значення у визначенні типу хімічного зв’язку.
Учні вміють: визначати тип хімічного зв’язку в сполуках на основі значень електронегативності елементів, складати електронні формули молекул з урахуванням механізму утворення зв’язків.
Учні формулюють: визначення хімічного зв’язку та електронегативності, закономірності зміни електронегативності у періодах і групах Періодичної системи
Очікувані результати для учнівства:
Пояснює, що таке хімічний зв’язок та механізм його утворення
Визначає поняття електронегативності та її роль у формуванні хімічних зв’язків
Знає закономірності зміни електронегативності у періодах та групах Періодичної системи
Знає основні типи хімічного зв’язку
Визначає тип хімічного зв’язку: ковалентний (неполярний, полярний), йонний на основі значень електронегативності елементів
Аналізує вплив електронегативності атомів на полярність ковалентного зв’язку
Виконує розрахунки різниці електронегативностей для передбачення типу зв’язку
Ключові слова
електронегативність
ковалентний зв’язок
полярний ковалентний зв’язок
неполярний ковалентний зв’язок
йонний зв’язок
План уроку
Мотивація
Теоретичний блок
2.1 Природа хімічного зв`язку. Типи хімічних зв`язків.
2.2. Електронегативність. Вплив електронегативності на тип зв`язку.
Практичне завдання
Завдання для самостійного виконання
Рефлексія
1. Мотивація
Дружня порада для вчителя
Тривалість: 5 хв.
Приймаються усі відповіді учнів, їх можна фіксувати. Учитель може підказати або коригувати відповіді.
Хімік Лайнус Полінг зазначав, що : «Ковалентний зв’язок є основою структури органічних сполук, які є основою життя». Вивчення різних типів зв`язків потрібне не лише для роботи в класі чи лабораторії, але стосується до повсякденного життя та навколишнього середовища. Згадайте приклади речовин з різними типами зв`язків: ковалентним, йонним, металічним, водневим та опишіть їх значення в природі, використання в техніці, медицині, тощо.
Приклади очікуваних відповідей.
Ковалентний зв’язок є одним із основних типів хімічних зв’язків, які зустрічаються в природі, і має широкий спектр практичного застосування, від утворення простих молекул, таких як вода, до хімії ДНК. Має фундаментальне значення для розуміння хімії їжі, ліків, матеріалів, які ми використовуємо, охорони навколишнього середовища.Йонний зв’язок відіграє вирішальну роль у багатьох практичних застосуваннях у різних сферах: Промислові процеси: багато промислових процесів покладаються на використання йонних сполук як каталізаторів, електролітів і сировини. Наприклад, гідроксид натрію (NaOH) є ключовим інгредієнтом у виробництві мила, миючих засобів і паперу. Електроніка: йонні сполуки, такі як літій-іонні батареї, є важливими компонентами електронних пристроїв, таких як смартфони, ноутбуки та електромобілі. Ці батареї використовують рух іонів літію між електродами для зберігання та вивільнення енергії. Фармацевтика: йонний зв’язок бере участь у складанні багатьох фармацевтичних препаратів, де іонні взаємодії між молекулами ліків і біологічними рецепторами відіграють вирішальну роль у ефективності та стабільності ліків. Сільське господарство: йонні сполуки, такі як нітрат амонію, зазвичай використовуються як добрива для забезпечення рослин основними поживними речовинами. Йони, що виділяються з цих сполук у ґрунтовому розчині, легко поглинаються корінням рослин, сприяючи здоровому росту.
Водневий зв’язок має важливе значення, наприклад, він з’єднує подвійну спіраль ДНК (носія генетичної інформації), а також відповідає за формування вторинної і третинної структури білків.
Застосування сполук з металічним зв`язком , базується на таких властивостях металів як електропровідність, теплопровідність, ковкість, пластичність.
2. Тобі може знадобитися
Дружня порада для вчителя
Ви можете доповнювати чи змінювати теоретичний блок.
Хімічний зв’язок — це взаємодія атомів, що зумовлює стійкість багатоатомних частинок (молекул, йонів, кристалів).
Електронну теорію хімічного зв’язку запропонував 1916 року американський хімік Джилберт Льюїс.
Умови виникнення хімічного зв’язку
Хімічний зв’язок — зв’язок, утворений на основі взаємодії між частинками речовини (атомами, молекулами, йонами), унаслідок чого утворюються хімічно стійкі молекули або кристали. Умови виникнення хімічного зв’язку випливають з уявлень про будову електронних оболонок атомів. Льюїс дійшов висновку, що електронні оболонки атомів інертних елементів відзначаються особливою стійкістю, чим і пояснюється їх хімічна інертність. Атоми всіх інших елементів під час утворення хімічного зв’язку прагнуть змінити електронну оболонку до конфігурації найближчого інертного елемента, віддаючи або приєднуючи електрони. Тільки в такому випадку утворюються стійкі молекули.Оскільки атоми всіх інертних елементів (крім Гелію) містять на зовнішньому рівні по вісім електронів, то прагнення до конфігурації інертного елемента називають правилом октету Льюїса (від латин. окто — вісім).Процес утворення хімічних сполук (простих і складних речовин) полягає в завершенні атомами зовнішніх енергетичних рівнів. Валентними називають електрони зовнішніх енергетичних рівнів.
1) Два або більше атомів утворюють спільні електронні пари (речовини молекулярної будови); 1897 року після відкриття електрона англійським фізиком Дж. Томсоном було висловлене припущення, що хімічні зв’язки мають електронну природу й утворюються завдяки зміщенню або перенесенню електронів від одного атома до іншого.
2) Атоми з малою кількістю електронів на зовнішньому енергетичному рівні (металічні елементи) віддають їх, а атоми з великою кількістю електронів (неметалічні елементи) — приєднують. Унаслідок такого переміщення електронів утворюються заряджені частинки — йони.
У неорганічних та органічних речовинах виникають різні види хімічного зв’язку: ковалентний (неполярний та полярний), йонний, металічний, водневий.
Йонний зв’язок — хімічний зв’язок між йонами, що утворюється на основі електростатичних сил притягання.
Йонний зв’язок утворюється між атомами елементів, електронегативності яких значно відрізняються, тобто між атомами металічних і неметалічних елементів.
Ковалентний зв’язок — зв’язок на основі спільних електронних пар.
Ковалентний зв’язок утворюється в сполуках, які містять атоми неметалічних елементів.
Хімічний зв’язок, що утворюється між атомами елементів з однаковою електронегативністю, називають ковалентним неполярним зв’язком.
Хімічний зв’язок, що утворюється між атомами елементів, електронегативність яких незначно відрізняється, називають ковалентним полярним зв’язком.
Під час утворення ковалентного полярного зв’язку відбувається зміщення електронної пари до більш електронегативного елемента. Більш електронегативний атом матиме частковий негативний заряд (дельта негативний, δ – )
Менш електронегативний атом матиме частковий позитивний заряд (дельта-позитивний, δ + )
Диполь — система з двох зарядів, однакових за значенням, але протилежних за знаком
Металічний зв’язок —це зв’язок, який існує у металах та їх сплавах між позитивними йонами та валентними електронами, що є спільними для всіх йонів.
Водневий зв’язок — це електростатична взаємодія в молекулах або між ними за участю атомів Гідрогену.
На практиці тип зв’язку залежить від різниці в електронегативності між атомами. Якщо різниця невелика, зв’язки можна описати як ковалентні. У міру збільшення різниці електронегативності відбувається поступовий перехід від полярного ковалентного до повністю йонного зв’язку.
На сьогодні для визначення електронегативності атомів існує багато різних методів, результати яких досить добре узгоджуються один з одним. Найбільш часто використовуваним методом розрахунку є той, що спочатку був запропонований Лайнусом Полінгом. Це дає безрозмірну величину , яку зазвичай називають шкалою Полінга ( χ – Chi), у відносній шкалі від від Флуору (найбільш електронегативний = 3,98) до Францію (найменший електронегативний = 0,79) ( Гідроген = 2,20).
Були розроблені альтернативні шкали електронегативності на основі різних термохімічних вимірювань або розрахунків (Р. Маллікен, 1934; Л. Олпред, Є. Рохоу, 1958; Р. Сандерсон, 1983; Р.Пірсон, 1985; Л. Аллен, Д. Манн, Т. Лі Мік, 1989, 2000).
Строго кажучи, елементу не можна приписати постійну електронегативність. Електронегативність атома залежить від багатьох факторів. Останнім часом дедалі частіше для характеристики електронегативності використовують так звану орбітальну електронегативність, що залежить від типу атомної орбіталі, що бере участь в утворенні зв’язку, і від її електронної заселеності, тобто від того, зайнята атомна орбіталь неподіленою електронної парою, має неспарені електрони або є вакантною. Але, незважаючи на деякі труднощі в інтерпретації і визначенні електронегативності, вона завжди залишається необхідною для якісного опису і прогнозування природи хімічного зв`язку.
Можливо, найпростішим визначенням електронегативності є визначення Ліланда К. Аллена, який припустив, що вона пов’язана із середньою енергією валентних електронів у атомі.
Енергії одного електрона можна визначити безпосередньо зі спектроскопічних даних , тому електронегативність, обчислену цим методом, іноді називають спектроскопічною електронегативністю . Необхідні дані доступні майже для всіх елементів, і цей метод дозволяє оцінити електронегативність для елементів, які не можна визначити обробити іншими методами, наприклад Францій , який має електронегативність Аллена 0,67. За цією шкалою неон має найвищу електронегативність серед усіх елементів, за ним йдуть Флуор, Гелій та Оксиген.
Загалом, чим більша різниця в електронегативності між двома атомами, тим більш полярний зв’язок утворюється.
Різниці в значеннях електронегативності Полінга можна використовувати для прогнозування того, чи є зв’язок ковалентним чи йонним .
Атоми різних хімічних елементів мають різну електронегативність, отже, по-різному притягують спільну електронну пару. Ґрунтуючись на цьому, можна визначити, є ковалентний зв’язок полярним чи неполярним, або передбачити можливість утворення йонного зв’язку.
Ви можете використовувати шкалу Полінга, щоб визначити, полярний
Джерело: Хімія. Профільний рівень. 11 клас. Григорович О. В. Автор: Григорович О. В. Видавництво: «Ранок». Рік видання: 2024. Різниця в електронегативності
3. Практичне завдання. Життєва ситуація
Дружня порада для вчителя
Тривалість: до 5 хв.
Два неспарені р-електрони атома Оксигену, які перебувають на різних орбіталях, утворюють з s-слсктронами двох атомів Гідрогену два ковалентні зв’язки: Оскільки атом Оксигену більш електронегативний, ніж атоми Гідрогену, що з ним сполучені, то спільні електронні пари зміщуються до атома Оксигену. Зв’язки О—Н є полярними, тобто на атомі Оксигену зосереджується негативний заряд, а на кожному із двох атомів Гідрогену — позитивний. Ці заряди позначають δ- (дельта мінус), δ+ (дельта плюс): Таку молекулу називають полярною, умовно її можна розглядати як диполь.
Струмінь води відхиляється, якщо піднести до нього наелектризовану кульку або пластикову лінійку чи ручку (вказані предмети слід енергійно потерти вовняною тканиною або об волосся). Чому так відбувається?
Відповідь:
Полярність молекули води впливає на її властивості. Зокрема, молекули води притягуються одна до одної внаслідок електростатичного притягання атомів Н і О різних молекул:
Під час тертя кулька (ручка) стає електростатично зарядженою та притягує протилежно заряджені кінці молекул (диполів) води.
4. Попрактикуймо самостійно
А) Розташуйте хімічні елементи за збільшенням електронегативностей їхніх атомів: S, O, Se, P
Б) Позначте рядок, в якому хімічні елементи розташовано за зменшенням електронегативності їх атомів:
a) I, Br, F
b) P, N, As
c) Cl, S, P
В) Розташуйте формули речовин за збільшенням полярності хімічного зв`язку в їхніх молекулах: H2O,HF, AsH3, CH4
Відповідь:
А) P, Se, S, O
Б) c) Cl, S, P
В) CH4, AsH3, H2O, HF
Чим більша різниця електронегативностей елементів, тим полярніший зв’язок.
Виконайте завдання за наведеним покликанням. Оберіть пару елементів, визначте та оберіть тип зв`язку (ковалентний або йонний), визначте кількість вихідних атомів, які утворять сполуку. Перевірте правильність вашої відповіді. Зверніть увагу на механізм утворення зв`язку.
Дружня порада для вчителя
У цьому завдання учні мають можливість працювати з комбінаціями атомів – однакових або різних (для прикладу: О2, NCl3, KCl). Їхнє завдання: визначити тип зв’язку та кількість атомів, необхідних для утворення кожного. Симуляція візуально показує перехід електронів під час утворення йонної сполуки та утворення спільних електронних пар при утворення сполуки з ковалентним типом зв`язку.
Два елементи Х та Y утворюють бінарну сполуку XY. Відомо, що електронегативність елемента X становить 0,98, а елемента Y – 3,16. Які це елементи? Який тип зв`язку в утвореній ними сполуці? (Використайте таблицю електронегативностей Полінга).
Відповідь:
X – Li
Y – Cl
ΔЕН = 3,16 – 0,98 = 2,18
LiCl – йонний зв’язок
Рефлексія: 3 – 2 – 1
! 3 факти, які ви дізналися на уроці;
! 2 питання, які у вас виникли під час уроку або вас зацікавили?
! 1 взаємозв’язок з реальним життям, який ви встановили.
У вільний від відпочинку час
Дружня порада для вчителя
Відео від академії Хана про електронегативність та природу хімічного зв`язку.
Урок 16. Загальні положення про хімічний зв’язок. Електронегативність
Робочий аркуш учнівства
Очікувані результати
Мета уроку: Ознайомитися із поняттям хімічного зв’язку, його видами. Визначити роль електронегативності в утворенні хімічного зв’язку. Навчитися аналізувати та порівнювати характеристик різних видів зв’язку.
Очікувані результати для учнівства:
Пояснює, що таке хімічний зв’язок та механізм його утворення
Визначає поняття електронегативності та її роль у формуванні хімічних зв’язків
Знає закономірності зміни електронегативності у періодах та групах Періодичної системи
Знає основні типи хімічного зв’язку
Визначає тип хімічного зв’язку: ковалентний (неполярний, полярний), йонний на основі значень електронегативності елементів
Аналізує вплив електронегативності атомів на полярність ковалентного зв’язку
Виконує розрахунки різниці електронегативностей для передбачення типу зв’язку
Ключові слова
електронегативність
ковалентний зв’язок
полярний ковалентний зв’язок
неполярний ковалентний зв’язок
йонний зв’язок
План уроку
Мотивація
Теоретичний блок
2.1 Природа хімічного зв`язку. Типи хімічних зв`язків.
2.2. Електронегативність. Вплив електронегативності на тип зв`язку.
Практичне завдання
Завдання для самостійного виконання
Рефлексія
1. Мотивація
Хімік Лайнус Полінг зазначав, що : «Ковалентний зв’язок є основою структури органічних сполук, які є основою життя». Вивчення різних типів зв`язків потрібне не лише для роботи в класі чи лабораторії, але стосується до повсякденного життя та навколишнього середовища. Згадайте приклади речовин з різними типами зв`язків: ковалентним, йонним, металічним, водневим та опишіть їх значення в природі, використання в техніці, медицині, тощо.
Хімічний зв’язок — це взаємодія атомів, що зумовлює стійкість багатоатомних частинок (молекул, йонів, кристалів).
Електронну теорію хімічного зв’язку запропонував 1916 року американський хімік Джилберт Льюїс.
Умови виникнення хімічного зв’язку
Хімічний зв’язок — зв’язок, утворений на основі взаємодії між частинками речовини (атомами, молекулами, йонами), унаслідок чого утворюються хімічно стійкі молекули або кристали. Умови виникнення хімічного зв’язку випливають з уявлень про будову електронних оболонок атомів. Льюїс дійшов висновку, що електронні оболонки атомів інертних елементів відзначаються особливою стійкістю, чим і пояснюється їх хімічна інертність. Атоми всіх інших елементів під час утворення хімічного зв’язку прагнуть змінити електронну оболонку до конфігурації найближчого інертного елемента, віддаючи або приєднуючи електрони. Тільки в такому випадку утворюються стійкі молекули.Оскільки атоми всіх інертних елементів (крім Гелію) містять на зовнішньому рівні по вісім електронів, то прагнення до конфігурації інертного елемента називають правилом октету Льюїса (від латин. окто — вісім).Процес утворення хімічних сполук (простих і складних речовин) полягає в завершенні атомами зовнішніх енергетичних рівнів. Валентними називають електрони зовнішніх енергетичних рівнів.
1) Два або більше атомів утворюють спільні електронні пари (речовини молекулярної будови); 1897 року після відкриття електрона англійським фізиком Дж. Томсоном було висловлене припущення, що хімічні зв’язки мають електронну природу й утворюються завдяки зміщенню або перенесенню електронів від одного атома до іншого.
2) Атоми з малою кількістю електронів на зовнішньому енергетичному рівні (металічні елементи) віддають їх, а атоми з великою кількістю електронів (неметалічні елементи) — приєднують. Унаслідок такого переміщення електронів утворюються заряджені частинки — йони.
У неорганічних та органічних речовинах виникають різні види хімічного зв’язку: ковалентний (неполярний та полярний), йонний, металічний, водневий.
Йонний зв’язок — хімічний зв’язок між йонами, що утворюється на основі електростатичних сил притягання.
Йонний зв’язок утворюється між атомами елементів, електронегативності яких значно відрізняються, тобто між атомами металічних і неметалічних елементів.
Ковалентний зв’язок — зв’язок на основі спільних електронних пар.
Ковалентний зв’язок утворюється в сполуках, які містять атоми неметалічних елементів.
Хімічний зв’язок, що утворюється між атомами елементів з однаковою електронегативністю, називають ковалентним неполярним зв’язком.
Хімічний зв’язок, що утворюється між атомами елементів, електронегативність яких незначно відрізняється, називають ковалентним полярним зв’язком.
Під час утворення ковалентного полярного зв’язку відбувається зміщення електронної пари до більш електронегативного елемента. Більш електронегативний атом матиме частковий негативний заряд (дельта негативний, δ – )
Менш електронегативний атом матиме частковий позитивний заряд (дельта-позитивний, δ + )
Диполь — система з двох зарядів, однакових за значенням, але протилежних за знаком
Металічний зв’язок —це зв’язок, який існує у металах та їх сплавах між позитивними йонами та валентними електронами, що є спільними для всіх йонів.
Водневий зв’язок — це електростатична взаємодія в молекулах або між ними за участю атомів Гідрогену.
На практиці тип зв’язку залежить від різниці в електронегативності між атомами. Якщо різниця невелика, зв’язки можна описати як ковалентні. У міру збільшення різниці електронегативності відбувається поступовий перехід від полярного ковалентного до повністю йонного зв’язку.
На сьогодні для визначення електронегативності атомів існує багато різних методів, результати яких досить добре узгоджуються один з одним. Найбільш часто використовуваним методом розрахунку є той, що спочатку був запропонований Лайнусом Полінгом. Це дає безрозмірну величину , яку зазвичай називають шкалою Полінга ( χ – Chi), у відносній шкалі від від Флуору (найбільш електронегативний = 3,98) до Францію (найменший електронегативний = 0,79) ( Гідроген = 2,20).
Були розроблені альтернативні шкали електронегативності на основі різних термохімічних вимірювань або розрахунків (Р. Маллікен, 1934; Л. Олпред, Є. Рохоу, 1958; Р. Сандерсон, 1983; Р.Пірсон, 1985; Л. Аллен, Д. Манн, Т. Лі Мік, 1989, 2000).
Строго кажучи, елементу не можна приписати постійну електронегативність. Електронегативність атома залежить від багатьох факторів. Останнім часом дедалі частіше для характеристики електронегативності використовують так звану орбітальну електронегативність, що залежить від типу атомної орбіталі, що бере участь в утворенні зв’язку, і від її електронної заселеності, тобто від того, зайнята атомна орбіталь неподіленою електронної парою, має неспарені електрони або є вакантною. Але, незважаючи на деякі труднощі в інтерпретації і визначенні електронегативності, вона завжди залишається необхідною для якісного опису і прогнозування природи хімічного зв`язку.
Можливо, найпростішим визначенням електронегативності є визначення Ліланда К. Аллена, який припустив, що вона пов’язана із середньою енергією валентних електронів у атомі.
Енергії одного електрона можна визначити безпосередньо зі спектроскопічних даних , тому електронегативність, обчислену цим методом, іноді називають спектроскопічною електронегативністю . Необхідні дані доступні майже для всіх елементів, і цей метод дозволяє оцінити електронегативність для елементів, які не можна визначити обробити іншими методами, наприклад Францій , який має електронегативність Аллена 0,67. За цією шкалою неон має найвищу електронегативність серед усіх елементів, за ним йдуть Флуор, Гелій та Оксиген.
Загалом, чим більша різниця в електронегативності між двома атомами, тим більш полярний зв’язок утворюється.
Різниці в значеннях електронегативності Полінга можна використовувати для прогнозування того, чи є зв’язок ковалентним чи йонним .
Атоми різних хімічних елементів мають різну електронегативність, отже, по-різному притягують спільну електронну пару. Ґрунтуючись на цьому, можна визначити, є ковалентний зв’язок полярним чи неполярним, або передбачити можливість утворення йонного зв’язку.
Ви можете використовувати шкалу Полінга, щоб визначити, полярний
Джерело: Хімія. Профільний рівень. 11 клас. Григорович О. В. Автор: Григорович О. В. Видавництво: «Ранок». Рік видання: 2024. Різниця в електронегативності
3. Практичне завдання. Життєва ситуація
Струмінь води відхиляється, якщо піднести до нього наелектризовану кульку або пластикову лінійку чи ручку (вказані предмети слід енергійно потерти вовняною тканиною або об волосся). Чому так відбувається?
Виконайте завдання за наведеним покликанням. Оберіть пару елементів, визначте та оберіть тип зв`язку (ковалентний або йонний), визначте кількість вихідних атомів, які утворять сполуку. Перевірте правильність вашої відповіді. Зверніть увагу на механізм утворення зв`язку.
Два елементи Х та Y утворюють бінарну сполуку XY. Відомо, що електронегативність елемента X становить 0,98, а елемента Y – 3,16. Які це елементи? Який тип зв`язку в утвореній ними сполуці? (Використайте таблицю електронегативностей Полінга).
Рефлексія: 3 – 2 – 1
! 3 факти, які ви дізналися на уроці;
! 2 питання, які у вас виникли під час уроку або вас зацікавили?
! 1 взаємозв’язок з реальним життям, який ви встановили.
Ділись та обговорюй важливе