|
|
Строка 1: |
Строка 1: |
| '''[[Гипермаркет знаний - первый в мире!|Гипермаркет знаний]]>>[[Химия|Химия]]>>[[Химия 10 класс|Химия 10 класс]]>> Химия: Строение атома углерода<metakeywords>химия, 10 класс, класс, урок химии, на тему, урок на тему, урок для 10 класса, Строение атома углерода</metakeywords>''' | | '''[[Гипермаркет знаний - первый в мире!|Гипермаркет знаний]]>>[[Химия|Химия]]>>[[Химия 10 класс|Химия 10 класс]]>> Химия: Строение атома углерода<metakeywords>химия, 10 класс, класс, урок химии, на тему, урок на тему, урок для 10 класса, Строение атома углерода</metakeywords>''' |
| | | |
- | В настоящее время органическую химию рассматривают как химию соединений углерода, но, отдавая дань уважения истории, по-прежнему продолжают называть ее органической химией. Поэтому так важно более подробно рассмотреть строение атома этого элемента, характер и пространственное направление образуемых им химических связей.<br><br>Атом углерода состоит из ядра, имеющего положительный заряд +6 (так как содержит шесть протонов), и электронной оболочки, на которой находятся шесть электронов, расположенных на двух энергетических уровнях (слоях):<br> | + | В настоящее время органическую [[Химия_8_класс._Полные_уроки|химию]] рассматривают как химию соединений углерода, но, отдавая дань уважения истории, по-прежнему продолжают называть ее органической химией. Поэтому так важно более подробно рассмотреть строение атома этого элемента, характер и пространственное направление образуемых им химических связей.<br><br>Атом [[Кислородные_соединения_углерода|углерода]] состоит из ядра, имеющего положительный заряд +6 (так как содержит шесть протонов), и электронной оболочки, на которой находятся шесть электронов, расположенных на двух энергетических уровнях (слоях):<br> |
| | | |
- | [[Image:aahim10-8.jpg]] | + | [[Image:Aahim10-8.jpg|химия 10 класс]] |
| | | |
| + | <br> |
| | | |
| + | Реальное строение атома углерода гораздо сложнее, чем представлено на приведенной схеме.<br><br>Дело в том, что «живущий» в пространстве вокруг ядра электрон обладает одновременно свойствами и частицы (имеет массу 1/1840 от массы протона или нейтрона), и волны (способен к огибанию препятствий — дифракции, характеризуется определенной амплитудой, длиной волны, частотой колебаний и т. д.). Нельзя точно определить положение электрона в пространстве вокруг ядра. Поэтому говорят о большей или меньшей вероятности пребывания электрона в данной области пространства. Если бы мы могли сфотографировать атом и на снимке положение электрона отражалось бы в виде точки, то при наложении огромного числа таких снимков мы получили бы картину электронного облака. Чем больше плотность этого облака, тем с большей вероятностью электрон находится в этой области. Пространство вокруг ядра, в котором заключено 90% электронного облака, называется орбиталью. Это означает, что 90% времени электрон находится в этом ограниченном пространстве. В дальнейшем мы будем понимать термины «орбиталь» и «облако» как равноценные. |
| | | |
- | Реальное строение атома углерода гораздо сложнее, чем представлено на приведенной схеме.<br><br>Дело в том, что «живущий» в пространстве вокруг ядра электрон обладает одновременно свойствами и частицы (имеет массу 1/1840 от массы протона или нейтрона), и волны (способен к огибанию препятствий — дифракции, характеризуется определенной амплитудой, длиной волны, частотой колебаний и т. д.). Нельзя точно определить положение электрона в пространстве вокруг ядра. Поэтому говорят о большей или меньшей вероятности пребывания электрона в данной области пространства. Если бы мы могли сфотографировать атом и на снимке положение электрона отражалось бы в виде точки, то при наложении огромного числа таких снимков мы получили бы картину электронного облака. Чем больше плотность этого облака, тем с большей вероятностью электрон находится в этой области. Пространство вокруг ядра, в котором заключено 90% электронного облака, называется орбиталью. Это означает, что 90% времени электрон находится в этом ограниченном пространстве. В дальнейшем мы будем понимать термины «орбиталь» и «облако» как равноценные.
| + | [[Image:Aahim10-9.jpg|химия 10 класс]] |
| | | |
- | [[Image:aahim10-9.jpg]]
| + | <br> |
| | | |
| + | Атом углерода имеет два вида орбиталей: я-орбитали сферической формы и р-орбитали в форме гантели или объемной восьмерки (рис. 2).<br><br>Эти орбитали отличаются друг от друга не только формой, но и удаленностью от ядра атома. Чем более удалена от ядра орбиталь, тем большую энергию имеет электрон на этой орбитали. Энергия электрона — важнейшая характеристика его состояния. Причем, и это очень важно, энергия электрона в атоме может принимать только определенные значения, а сам электрон может занимать орбиталь на определенном расстоянии от ядра. Эти орбитали отличаются запасом (уровнем) энергии.<br><br>Чтобы различать энергетические уровни, их нумеруют в порядке удаления от ядра. Ближайший к ядру — первый (1), затем второй (2) и т. д.<br><br>В атоме углерода первый уровень составляет одна я-орби-таль, на которой находятся два [[Состояние_электронов_в_атоме|электрона]]. Второй энергетический уровень атома углерода также содержит s-орбиталь, но большего размера, так как запас энергии электронов на ней выше, чем у электронов первого уровня, а также три р-орбитали. Это гантелеобразные орбитали одного размера, которые взаимно перпендикулярны, подобно осям координат х, у и 2 (см. рис. 2). Каждую орбиталь могут занимать два электрона, но с противоположными значениями спинов.<br><br>Спин (от англ. to spin — вращаться) — это собственный магнитный момент электрона (при введении понятия «спин» в 1925 г. предполагали, что магнитные свойства электрона как заряженной частицы вызваны его вращением вокруг собственной оси). Спин электрона появляется лишь при взаимодействии его с другими электронами и с внешним магнитным полем. Спин может иметь только два значения — положительное и отрицательное.<br><br>Чтобы представить расположение электронов в атоме, надо помнить, что каждый электрон занимает энергетически наиболее выгодное положение, при котором запас его энергии будет наименьшим. Он всегда стремится занять наиболее близкое к ядру положение и попасть на орбиталь более простой формы (например, сначала на s-, а уж потом на р-орбиталь). А если в пределах одного уровня имеется несколько одинаковых орби-талей, электроны размещаются вначале каждый на отдельной орбитали с одинаковыми спинами, а уж затем попарно, но с противоположными спинами. Соответственно электронная формула атома углерода будет иметь вид 1s<sup>2</sup>2s<sup>2</sup>2p<sup>2</sup>.<br><br>Очень часто строение электронных оболочек атомов отображают с помощью электронно-графических формул. В них каждая орбиталь обозначается одной клеткой; каждый электрон — стрелкой; направление стрелки соответствует направлению спина.<br><br>Изобразим электронно-графические формулы атомов углерода и [[Квантовые_постулаты_Бора._Модель_атома_водорода_по_Бору|водорода]]: |
| | | |
| + | [[Image:Aahim10-10.jpg|химия 10 класс]] |
| | | |
- | Атом углерода имеет два вида орбиталей: я-орбитали сферической формы и р-орбитали в форме гантели или объемной восьмерки (рис. 2).<br><br>Эти орбитали отличаются друг от друга не только формой, но и удаленностью от ядра атома. Чем более удалена от ядра орбиталь, тем большую энергию имеет электрон на этой орбитали. Энергия электрона — важнейшая характеристика его состояния. Причем, и это очень важно, энергия электрона в атоме может принимать только определенные значения, а сам электрон может занимать орбиталь на определенном расстоянии от ядра. Эти орбитали отличаются запасом (уровнем) энергии.<br><br>Чтобы различать энергетические уровни, их нумеруют в порядке удаления от ядра. Ближайший к ядру — первый (1), затем второй (2) и т. д.<br><br>В атоме углерода первый уровень составляет одна я-орби-таль, на которой находятся два электрона. Второй энергетический уровень атома углерода также содержит s-орбиталь, но большего размера, так как запас энергии электронов на ней выше, чем у электронов первого уровня, а также три р-орбитали. Это гантелеобразные орбитали одного размера, которые взаимно перпендикулярны, подобно осям координат х, у и 2 (см. рис. 2). Каждую орбиталь могут занимать два электрона, но с противоположными значениями спинов.<br><br>Спин (от англ. to spin — вращаться) — это собственный магнитный момент электрона (при введении понятия «спин» в 1925 г. предполагали, что магнитные свойства электрона как заряженной частицы вызваны его вращением вокруг собственной оси). Спин электрона появляется лишь при взаимодействии его с другими электронами и с внешним магнитным полем. Спин может иметь только два значения — положительное и отрицательное.<br><br>Чтобы представить расположение электронов в атоме, надо помнить, что каждый электрон занимает энергетически наиболее выгодное положение, при котором запас его энергии будет наименьшим. Он всегда стремится занять наиболее близкое к ядру положение и попасть на орбиталь более простой формы (например, сначала на s-, а уж потом на р-орбиталь). А если в пределах одного уровня имеется несколько одинаковых орби-талей, электроны размещаются вначале каждый на отдельной орбитали с одинаковыми спинами, а уж затем попарно, но с противоположными спинами. Соответственно электронная формула атома углерода будет иметь вид 1s<sup>2</sup>2s<sup>2</sup>2p<sup>2</sup>.<br><br>Очень часто строение электронных оболочек атомов отображают с помощью электронно-графических формул. В них каждая орбиталь обозначается одной клеткой; каждый электрон — стрелкой; направление стрелки соответствует направлению спина.<br><br>Изобразим электронно-графические формулы атомов углерода и водорода:
| + | <br> |
| | | |
- | [[Image:aahim10-10.jpg]] | + | Валентность химического элемента чаще всего определяется числом неспаренных электронов. Атом углерода, как видно из электронно-графической формулы, имеет два неспаренных электрона, поэтому с их участием могут образоваться две электронные пары, осуществляющие две ковалентные связи. Однако в органических соединениях углерод не двух-, а всегда четырехвалентен. Это можно объяснить тем, что в возбужденном (получившем дополнительную энергию) атоме происходит распаривание 2«-электронов и переход одного из них на 2р-орбиталь:<br>[[Image:Aahim10-11.jpg|химия 10 класс]] |
| | | |
| + | <br> |
| | | |
| + | Такой атом имеет четыре неспаренных электрона и может принимать участие в создании четырех ковалентных связей.<br><br>Для образования ковалентной связи необходимо, чтобы ор-биталь одного атома перекрывалась с орбиталью другого. При этом чем больше перекрывание, тем прочнее связь.<br><br>В молекуле водорода Н<sub>2</sub> образование ковалентной связи происходит за счет перекрывания s-орбиталей (рис. 3).<br><br>Расстояние между ядрами атомов водорода, или длина связи, составляет 7,4 * 10<sup>-2</sup> нм, а ее прочность — 435 кДж/моль.<br><br>Для сравнения: в молекуле фтора F<sub>2</sub> [[Ковалентная_полярная_химическая_связь._Полные_уроки|ковалентная связь]] образуется за счет перекрывания двух р-орбиталей.<br> |
| | | |
- | Валентность химического элемента чаще всего определяется числом неспаренных электронов. Атом углерода, как видно из электронно-графической формулы, имеет два неспаренных электрона, поэтому с их участием могут образоваться две электронные пары, осуществляющие две ковалентные связи. Однако в органических соединениях углерод не двух-, а всегда четырехвалентен. Это можно объяснить тем, что в возбужденном (получившем дополнительную энергию) атоме происходит распаривание 2«-электронов и переход одного из них на 2р-орбиталь:<br>[[Image:aahim10-11.jpg]]
| + | [[Image:Aahim10-12.jpg|химия 10 класс]] |
| | | |
| + | <br> |
| | | |
| + | Длина связи фтор—фтор равна 14,2 • 10<sup>-2</sup> нм, а прочность (энергия) связи — 154 кДж/моль.<br><br><br>Химические связи, образующиеся в результате перекрывания электронных орбиталей вдоль линии связи, называются а-связями (сигма-связями).<br><br>Линия связи — прямая, соединяющая ядра атомов. Для в-орбиталей возможен лишь единственный способ перекрывания — с образованием а-связей.<br><br>р-Орбитали могут перекрываться с образованием а-связей, а также могут перекрываться в двух областях, образуя ковалентную связь другого вида — за счет «бокового» перекрывания: |
| | | |
- | Такой атом имеет четыре неспаренных электрона и может принимать участие в создании четырех ковалентных связей.<br><br>Для образования ковалентной связи необходимо, чтобы ор-биталь одного атома перекрывалась с орбиталью другого. При этом чем больше перекрывание, тем прочнее связь.<br><br>В молекуле водорода Н<sub>2</sub> образование ковалентной связи происходит за счет перекрывания s-орбиталей (рис. 3).<br><br>Расстояние между ядрами атомов водорода, или длина связи, составляет 7,4 * 10<sup>-2</sup> нм, а ее прочность — 435 кДж/моль.<br><br>Для сравнения: в молекуле фтора F<sub>2</sub> ковалентная связь образуется за счет перекрывания двух р-орбиталей.<br>
| + | [[Image:Aahim10-13.jpg|химия 10 класс]] |
| | | |
- | [[Image:aahim10-12.jpg]]
| + | <br> |
| | | |
| + | Химические связи, образующиеся в результате «бокового» перекрывания электронных орбиталей вне линии связи, т. е. в двух областях, называются п-связями (пи-связями). |
| | | |
| + | <br>Рассмотренный вид связи характерен для молекул этилена С2Н4, ацетилена С2Н2. Но об этом более подробно вы узнаете из следующего параграфа.<br><br>1. Запишите электронную формулу атома углерода. Объясните смысл каждого символа в ней.<br><br>Каковы электронные формулы атомов бора, [[Бериллий,_магний_и_щелочноземельные_металлы|бериллия]] и лития?<br><br>Составьте электронно-графические формулы, соответствующие атомам этих элементов.<br> |
| | | |
- | Длина связи фтор—фтор равна 14,2 • 10<sup>-2</sup> нм, а прочность (энергия) связи — 154 кДж/моль.<br><br><br>Химические связи, образующиеся в результате перекрывания электронных орбиталей вдоль линии связи, называются а-связями (сигма-связями).<br><br>Линия связи — прямая, соединяющая ядра атомов. Для в-орбиталей возможен лишь единственный способ перекрывания — с образованием а-связей.<br><br>р-Орбитали могут перекрываться с образованием а-связей, а также могут перекрываться в двух областях, образуя ковалентную связь другого вида — за счет «бокового» перекрывания:
| + | 2. Запишите электронные формулы:<br><br>а) атома натрия и катиона Nа<sup>+</sup>;<br><br>б) атома магния и катиона Мg<sup>2+</sup>;<br><br>в) атома фтора и аниона F<sup>-</sup>;<br><br>г) атома кислорода и аниона О<sup>2-</sup>;<br><br>д) атома водорода и ионов Н<sup>+</sup> и Н<sup>-</sup>.<br><br>Составьте электронно-графические формулы распределения электронов по орбиталям в этих частицах.<br><br>3. Атому какого химического элемента соответствует электронная формула 1s<sup>2</sup>2s<sup>2</sup>2р<sup>6</sup>?<br><br>Какие катионы и анионы имеют такую же электронную формулу? Составьте электронно-графическую формулу атома и этих ионов.<br><br>4. Сравните длины связей в молекулах водорода и фтора. Чем вызвано их различие?<br><br>5. Молекулы азота и фтора двухатомны. Сравните числа и характер химических связей между атомами в них. |
| | | |
- | [[Image:aahim10-13.jpg]]
| + | <br> <sub>презентация урока [[Химия 10 класс|химии 10 класса]], практикумы [[Химия|по химии]], мультимедиа [[Гипермаркет знаний - первый в мире!|по всем предметам]]</sub> |
- | | + | |
- | | + | |
- | | + | |
- | Химические связи, образующиеся в результате «бокового» перекрывания электронных орбиталей вне линии связи, т. е. в двух областях, называются п-связями (пи-связями).
| + | |
- | | + | |
- | <br>Рассмотренный вид связи характерен для молекул этилена С2Н4, ацетилена С2Н2. Но об этом более подробно вы узнаете из следующего параграфа.<br><br>1. Запишите электронную формулу атома углерода. Объясните смысл каждого символа в ней.<br><br>Каковы электронные формулы атомов бора, бериллия и лития?<br><br>Составьте электронно-графические формулы, соответствующие атомам этих элементов.<br>
| + | |
- | | + | |
- | 2. Запишите электронные формулы:<br><br>а) атома натрия и катиона Nа<sup>+</sup>;<br><br>б) атома магния и катиона Мg<sup>2+</sup>;<br><br>в) атома фтора и аниона F<sup>-</sup>;<br><br>г) атома кислорода и аниона О<sup>2-</sup>;<br><br>д) атома водорода и ионов Н<sup>+</sup> и Н<sup>-</sup>.<br><br>Составьте электронно-графические формулы распределения электронов по орбиталям в этих частицах.<br><br>3. Атому какого химического элемента соответствует электронная формула 1s<sup>2</sup>2s<sup>2</sup>2р<sup>6</sup>?<br><br>Какие катионы и анионы имеют такую же электронную формулу? Составьте электронно-графическую формулу атома и этих ионов.<br><br>4. Сравните длины связей в молекулах водорода и фтора. Чем вызвано их различие?<br><br>5. Молекулы азота и фтора двухатомны. Сравните числа и характер химических связей между атомами в них.
| + | |
- | | + | |
- | <br> <sub>презентация урока [[Химия_10_класс|химии 10 класса]], практикумы [[Химия|по химии]], мультимедиа [[Гипермаркет_знаний_-_первый_в_мире!|по всем предметам]]</sub> | + | |
| | | |
| '''<u>Содержание урока</u>''' | | '''<u>Содержание урока</u>''' |
- | <u></u>'''[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] конспект урока ''' | + | <u></u>'''[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px|1236084776 kr.jpg]] конспект урока ''' |
- | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] опорный каркас | + | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px|1236084776 kr.jpg]] опорный каркас |
- | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] презентация урока | + | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px|1236084776 kr.jpg]] презентация урока |
- | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] акселеративные методы | + | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px|1236084776 kr.jpg]] акселеративные методы |
- | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] интерактивные технологии | + | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px|1236084776 kr.jpg]] интерактивные технологии |
| | | |
| '''<u>Практика</u>''' | | '''<u>Практика</u>''' |
- | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] задачи и упражнения | + | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px|1236084776 kr.jpg]] задачи и упражнения |
- | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] самопроверка | + | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px|1236084776 kr.jpg]] самопроверка |
- | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] практикумы, тренинги, кейсы, квесты | + | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px|1236084776 kr.jpg]] практикумы, тренинги, кейсы, квесты |
- | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] домашние задания | + | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px|1236084776 kr.jpg]] домашние задания |
- | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] дискуссионные вопросы | + | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px|1236084776 kr.jpg]] дискуссионные вопросы |
- | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] риторические вопросы от учеников | + | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px|1236084776 kr.jpg]] риторические вопросы от учеников |
- |
| + | |
| '''<u>Иллюстрации</u>''' | | '''<u>Иллюстрации</u>''' |
- | <u></u>'''[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] аудио-, видеоклипы и мультимедиа ''' | + | <u></u>'''[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px|1236084776 kr.jpg]] аудио-, видеоклипы и мультимедиа ''' |
- | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] фотографии, картинки | + | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px|1236084776 kr.jpg]] фотографии, картинки |
- | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] графики, таблицы, схемы | + | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px|1236084776 kr.jpg]] графики, таблицы, схемы |
- | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] юмор, анекдоты, приколы, комиксы | + | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px|1236084776 kr.jpg]] юмор, анекдоты, приколы, комиксы |
- | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] притчи, поговорки, кроссворды, цитаты | + | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px|1236084776 kr.jpg]] притчи, поговорки, кроссворды, цитаты |
| | | |
| '''<u>Дополнения</u>''' | | '''<u>Дополнения</u>''' |
- | <u></u>'''[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] рефераты''' | + | <u></u>'''[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px|1236084776 kr.jpg]] рефераты''' |
- | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] статьи | + | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px|1236084776 kr.jpg]] статьи |
- | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] фишки для любознательных | + | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px|1236084776 kr.jpg]] фишки для любознательных |
- | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] шпаргалки | + | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px|1236084776 kr.jpg]] шпаргалки |
- | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] учебники основные и дополнительные | + | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px|1236084776 kr.jpg]] учебники основные и дополнительные |
- | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] словарь терминов | + | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px|1236084776 kr.jpg]] словарь терминов |
- | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] прочие | + | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px|1236084776 kr.jpg]] прочие |
| '''<u></u>''' | | '''<u></u>''' |
| <u>Совершенствование учебников и уроков | | <u>Совершенствование учебников и уроков |
- | </u>'''[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] исправление ошибок в учебнике''' | + | </u>'''[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px|1236084776 kr.jpg]] исправление ошибок в учебнике''' |
- | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] обновление фрагмента в учебнике | + | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px|1236084776 kr.jpg]] обновление фрагмента в учебнике |
- | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] элементы новаторства на уроке | + | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px|1236084776 kr.jpg]] элементы новаторства на уроке |
- | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] замена устаревших знаний новыми | + | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px|1236084776 kr.jpg]] замена устаревших знаний новыми |
- | http://school.xvatit.com/index.php?title=%D0%A5%D0%B0%D1%80%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0_%D1%85%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82%D0%B0_%D0%BD%D0%B0_%D0%BE%D1%81%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B8_%D0%B5%D0%B3%D0%BE_%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F_%D0%B2_%D0%9F%D0%B5%D1%80%D0%B8%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B9_%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B5_%D0%94._%D0%98._%D0%9C%D0%B5%D0%BD%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D0%B5%D0%B2%D0%B0&action=edit
| + | |
| '''<u>Только для учителей</u>''' | | '''<u>Только для учителей</u>''' |
- | <u></u>'''[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] идеальные уроки ''' | + | <u></u>'''[[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px|1236084776 kr.jpg]] идеальные уроки ''' |
- | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] календарный план на год | + | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px|1236084776 kr.jpg]] календарный план на год |
- | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] методические рекомендации | + | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px|1236084776 kr.jpg]] методические рекомендации |
- | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] программы | + | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px|1236084776 kr.jpg]] программы |
- | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px]] обсуждения | + | [[Image:1236084776 kr.jpg|10x10px|1236084776 kr.jpg]] обсуждения |
| | | |
| | | |
Текущая версия на 04:44, 2 июля 2012
Гипермаркет знаний>>Химия>>Химия 10 класс>> Химия: Строение атома углерода
В настоящее время органическую химию рассматривают как химию соединений углерода, но, отдавая дань уважения истории, по-прежнему продолжают называть ее органической химией. Поэтому так важно более подробно рассмотреть строение атома этого элемента, характер и пространственное направление образуемых им химических связей.
Атом углерода состоит из ядра, имеющего положительный заряд +6 (так как содержит шесть протонов), и электронной оболочки, на которой находятся шесть электронов, расположенных на двух энергетических уровнях (слоях):
Реальное строение атома углерода гораздо сложнее, чем представлено на приведенной схеме.
Дело в том, что «живущий» в пространстве вокруг ядра электрон обладает одновременно свойствами и частицы (имеет массу 1/1840 от массы протона или нейтрона), и волны (способен к огибанию препятствий — дифракции, характеризуется определенной амплитудой, длиной волны, частотой колебаний и т. д.). Нельзя точно определить положение электрона в пространстве вокруг ядра. Поэтому говорят о большей или меньшей вероятности пребывания электрона в данной области пространства. Если бы мы могли сфотографировать атом и на снимке положение электрона отражалось бы в виде точки, то при наложении огромного числа таких снимков мы получили бы картину электронного облака. Чем больше плотность этого облака, тем с большей вероятностью электрон находится в этой области. Пространство вокруг ядра, в котором заключено 90% электронного облака, называется орбиталью. Это означает, что 90% времени электрон находится в этом ограниченном пространстве. В дальнейшем мы будем понимать термины «орбиталь» и «облако» как равноценные.
Атом углерода имеет два вида орбиталей: я-орбитали сферической формы и р-орбитали в форме гантели или объемной восьмерки (рис. 2).
Эти орбитали отличаются друг от друга не только формой, но и удаленностью от ядра атома. Чем более удалена от ядра орбиталь, тем большую энергию имеет электрон на этой орбитали. Энергия электрона — важнейшая характеристика его состояния. Причем, и это очень важно, энергия электрона в атоме может принимать только определенные значения, а сам электрон может занимать орбиталь на определенном расстоянии от ядра. Эти орбитали отличаются запасом (уровнем) энергии.
Чтобы различать энергетические уровни, их нумеруют в порядке удаления от ядра. Ближайший к ядру — первый (1), затем второй (2) и т. д.
В атоме углерода первый уровень составляет одна я-орби-таль, на которой находятся два электрона. Второй энергетический уровень атома углерода также содержит s-орбиталь, но большего размера, так как запас энергии электронов на ней выше, чем у электронов первого уровня, а также три р-орбитали. Это гантелеобразные орбитали одного размера, которые взаимно перпендикулярны, подобно осям координат х, у и 2 (см. рис. 2). Каждую орбиталь могут занимать два электрона, но с противоположными значениями спинов.
Спин (от англ. to spin — вращаться) — это собственный магнитный момент электрона (при введении понятия «спин» в 1925 г. предполагали, что магнитные свойства электрона как заряженной частицы вызваны его вращением вокруг собственной оси). Спин электрона появляется лишь при взаимодействии его с другими электронами и с внешним магнитным полем. Спин может иметь только два значения — положительное и отрицательное.
Чтобы представить расположение электронов в атоме, надо помнить, что каждый электрон занимает энергетически наиболее выгодное положение, при котором запас его энергии будет наименьшим. Он всегда стремится занять наиболее близкое к ядру положение и попасть на орбиталь более простой формы (например, сначала на s-, а уж потом на р-орбиталь). А если в пределах одного уровня имеется несколько одинаковых орби-талей, электроны размещаются вначале каждый на отдельной орбитали с одинаковыми спинами, а уж затем попарно, но с противоположными спинами. Соответственно электронная формула атома углерода будет иметь вид 1s22s22p2.
Очень часто строение электронных оболочек атомов отображают с помощью электронно-графических формул. В них каждая орбиталь обозначается одной клеткой; каждый электрон — стрелкой; направление стрелки соответствует направлению спина.
Изобразим электронно-графические формулы атомов углерода и водорода:
Валентность химического элемента чаще всего определяется числом неспаренных электронов. Атом углерода, как видно из электронно-графической формулы, имеет два неспаренных электрона, поэтому с их участием могут образоваться две электронные пары, осуществляющие две ковалентные связи. Однако в органических соединениях углерод не двух-, а всегда четырехвалентен. Это можно объяснить тем, что в возбужденном (получившем дополнительную энергию) атоме происходит распаривание 2«-электронов и переход одного из них на 2р-орбиталь:
Такой атом имеет четыре неспаренных электрона и может принимать участие в создании четырех ковалентных связей.
Для образования ковалентной связи необходимо, чтобы ор-биталь одного атома перекрывалась с орбиталью другого. При этом чем больше перекрывание, тем прочнее связь.
В молекуле водорода Н2 образование ковалентной связи происходит за счет перекрывания s-орбиталей (рис. 3).
Расстояние между ядрами атомов водорода, или длина связи, составляет 7,4 * 10-2 нм, а ее прочность — 435 кДж/моль.
Для сравнения: в молекуле фтора F2 ковалентная связь образуется за счет перекрывания двух р-орбиталей.
Длина связи фтор—фтор равна 14,2 • 10-2 нм, а прочность (энергия) связи — 154 кДж/моль.
Химические связи, образующиеся в результате перекрывания электронных орбиталей вдоль линии связи, называются а-связями (сигма-связями).
Линия связи — прямая, соединяющая ядра атомов. Для в-орбиталей возможен лишь единственный способ перекрывания — с образованием а-связей.
р-Орбитали могут перекрываться с образованием а-связей, а также могут перекрываться в двух областях, образуя ковалентную связь другого вида — за счет «бокового» перекрывания:
Химические связи, образующиеся в результате «бокового» перекрывания электронных орбиталей вне линии связи, т. е. в двух областях, называются п-связями (пи-связями).
Рассмотренный вид связи характерен для молекул этилена С2Н4, ацетилена С2Н2. Но об этом более подробно вы узнаете из следующего параграфа.
1. Запишите электронную формулу атома углерода. Объясните смысл каждого символа в ней.
Каковы электронные формулы атомов бора, бериллия и лития?
Составьте электронно-графические формулы, соответствующие атомам этих элементов.
2. Запишите электронные формулы:
а) атома натрия и катиона Nа+;
б) атома магния и катиона Мg2+;
в) атома фтора и аниона F-;
г) атома кислорода и аниона О2-;
д) атома водорода и ионов Н+ и Н-.
Составьте электронно-графические формулы распределения электронов по орбиталям в этих частицах.
3. Атому какого химического элемента соответствует электронная формула 1s22s22р6?
Какие катионы и анионы имеют такую же электронную формулу? Составьте электронно-графическую формулу атома и этих ионов.
4. Сравните длины связей в молекулах водорода и фтора. Чем вызвано их различие?
5. Молекулы азота и фтора двухатомны. Сравните числа и характер химических связей между атомами в них.
презентация урока химии 10 класса, практикумы по химии, мультимедиа по всем предметам
Содержание урока
конспект урока
опорный каркас
презентация урока
акселеративные методы
интерактивные технологии
Практика
задачи и упражнения
самопроверка
практикумы, тренинги, кейсы, квесты
домашние задания
дискуссионные вопросы
риторические вопросы от учеников
Иллюстрации
аудио-, видеоклипы и мультимедиа
фотографии, картинки
графики, таблицы, схемы
юмор, анекдоты, приколы, комиксы
притчи, поговорки, кроссворды, цитаты
Дополнения
рефераты
статьи
фишки для любознательных
шпаргалки
учебники основные и дополнительные
словарь терминов
прочие
Совершенствование учебников и уроков
исправление ошибок в учебнике
обновление фрагмента в учебнике
элементы новаторства на уроке
замена устаревших знаний новыми
Только для учителей
идеальные уроки
календарный план на год
методические рекомендации
программы
обсуждения
Интегрированные уроки
Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.
Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.
|