Урок
Цель работы:
- изучить строение молекул веществ с ковалентной связью(N2,О2, алмаз) и их визуализация через модели
Ожидаемые результаты:
После проведения работы ученики могут:
- формировать навыки работы в команде
- уметь анализировать и обобщать полученную информацию
- самостоятельно делать логические выводы
Руководство для учителя:
- Задание выполняется в группах по 2 человека
- Прежде чем приступить к лабораторным работам, ознакомьтесь с правилами безопасности, пройдя по ссылке:
- Жұмыс парағын жүктеп алу үшін сілтемеге өтіңіз:
Теоретическая часть
Что такое ковалентная связь?
Ковалентная связь — это химическая связь, которая образуется между атомами за счёт общих электронных пар. Она чаще всего возникает между неметаллами.
Как образуется ковалентная связь?
- Обменный механизм — каждый атом даёт по одному электрону для общей пары.
Пример: молекула кислорода (O₂), азота (N₂), метана (CH₄).
Донорно-акцепторный механизм — один атом предоставляет электронную пару полностью, другой — принимает.
Пример: ион аммония (NH₄⁺).
Какие бывают ковалентные связи?
- Одинарная связь — 1 общая пара электронов (например, H–H).
- Двойная связь — 2 общие пары электронов (например, O=O).
- Тройная связь — 3 общие пары электронов (например, N≡N).
Чем больше связей — тем прочнее молекула и тем меньше расстояние между атомами.
Какие бывают виды гибридизации?
Гибридизация — это перераспределение орбиталей атома для образования устойчивых связей.
- sp – линейная форма молекулы, образуется из комбинации одной s- и одной p-орбитали. Атом имеет две гибридные орбитали на 180° друг от друга. (например, CO₂)
- sp² – трёхгранная плоская (тригoнальная), формируется из одной s- и двух p-орбиталей. Угол между орбиталями ~120°. (например, C₂H₄)
- sp³ – тетраэдрическая форма, включает одну s- и три p-орбитали. Угол примерно 109,5°. (например, CH₄, алмаз)
Как связаны строение и свойства вещества?
Строение молекулы напрямую влияет на её свойства:
- Вещества с двойной и тройной связью обычно более реакционноспособны.
- Прочные ковалентные решётки, как в алмазе (sp³-гибридизация), придают веществу твёрдость и высокую температуру плавления.
- Простые молекулы, как O₂ и N₂, находятся в газообразном состоянии при обычных условиях, потому что между молекулами слабые силы притяжения.
Практическая часть
Шаг 1. Чтобы сделать модели молекул азота, кислорода и алмаза, понадобятся: пластилин (трёх разных цветов) и зубочистки.
Шаг 2. Молекула азота (N₂): слепите два шарика одного цвета и соедините их тремя зубочистками — это тройная ковалентная связь.
Шаг 3. Молекула кислорода (O₂): слепите два шарика другого цвета и соедините их двумя зубочистками — двойная ковалентная связь.
Шаг 4. Алмаз — это кристаллическая решётка из атомов углерода, в которой каждый атом соединён с четырьмя другими, образуя тетраэдр. Слепите 14 одинаковых шариков из пластилина для атомов углерода.
Шаг 5. Сделайте первый тетраэдр. Один шарик (углерод) соедините с четырьмя другими шариками с разных сторон — это четыре валентные связи.
Шаг 6. Сформируйте третий тетраэдр, оставив верхний и два боковых атома — тоже для соединения с другими частями решётки.
Сделайте второй тетраэдр по такому же принципу, но оставьте верхнюю зубочистку без соединения (без шарика). Это нужно, чтобы позже объединить тетраэдры в единую структуру.
Шаг 7. Последний тетраэдр сделайте без верхнего и одного бокового атома.
Шаг 8. Соедините три тетраэдра между собой, как показано на фото.
Шаг 9. Первый тетраэдр соединяем сверху. У вас получится фрагмент зеркальной кристаллической решётки: с какой бы стороны вы ни посмотрели, структура будет выглядеть одинаково.
Важно: Алмаз состоит из множества таких тетраэдров, соединённых между собой прочными ковалентными связями. Именно эта структура придаёт алмазу его уникальные свойства — твёрдость и прочность.
Теперь попробуйте собрать 3D версию этих же молекул онлайн через платформу Molview.
Шаг 1. Перейдите на сайт MolView.org. Закройте всплывающее окно, нажав «Close Pop-up», и удалите пример модели, которая появится по умолчанию.
Шаг 2. Постройте молекулу азота (N₂).
Выберите элемент N (азот) в списке химических элементов справа. Затем слева выберите тип связи — тройную.
Шаг 3. Увеличьте масштаб изображения, нажав на иконку лупы. Нажмите кнопку «2D to 3D», чтобы преобразовать модель в трёхмерное пространство. Чтобы осмотреть молекулу с разных сторон, нажимайте и удерживайте левую кнопку мыши, двигая курсором.
Шаг 4. Постройте молекулу кислорода (O₂). Выберите элемент O (кислород) и тип связи — двойную.
Шаг 5. Переключитесь в 3D-режим и изучите молекулу в пространстве.
Шаг 6. Теперь попробуйте построить фрагмент кристаллической решётки алмаза. Выберите элемент углерод (C) и расположите атомы так, чтобы получился тетраэдр (один атом в центре, четыре по углам).
Шаг 7. Соедините тетраэдр с тремя другими аналогичными тетраэдрами, имитируя кристаллическую решётку.
Шаг 8. Помните, что каждый атом углерода образует четыре ковалентные связи, поэтому соедините каждый атом с четырьмя соседними.
Шаг 9. Переведите модель в 3D-режим.
Поворачивайте молекулу в разные стороны, чтобы рассмотреть её структуру.
Вы увидите, что решётка алмаза симметрична — она выглядит одинаково с любой стороны.
Заключение
В ходе лабораторной работы учащиеся:
- изучили механизмы образования ковалентных связей;
- смоделировали молекулы азота и кислорода с двойной и тройной связями;
- собрали фрагмент решётки алмаза;
- использовали MolView для создания 3D-моделей.
Моделирование помогает понять строение молекул, типы ковалентных связей и их влияние на свойства веществ.