Конспект урока "Строение атома углерода. Валентные состояния атома"

Конспект урока        по химии в       классе.

Тема урока: «Строение атома углерода. Валентные состояния атома углерода.»

Цели урока: актуализировать знания обучающихся об электронном строении атомов и молекул, о способах образования химических связей, углубить представление обучающихся о механизмах образования ковалентной связи;

сформировать представления о гибридизации атомных орбиталей, о состоянии атома углерода в трех валентных состояниях;

сформировать умение по химической формуле вещества определять вид гибридизации и форму молекулы, изображать строение молекул с помощью электронных облаков.

Оборудование: таблицы «Вид химической связи», «s- и p- электронные облака»; объемные модели молекул метана, этилена, ацетилена; таблицы с изображением электронного строения этих молекул; изображения или модели молекул HO, NH, BaCl и др.

Ход урока.

I. Организационный момент.

II. Актуализация знаний.

1. Взаимопроверка в парах – пересказ основных положений теории строения органических веществ; фронтальный опрос по вопросам после параграфа
2. Разбор письменных заданий у доски.

III. Изложение нового материала.

Задание классу:

- Вспомните электронное строение атома.

Ответы обучающихся.

- Положение электрона в атоме определяется:

1. Энергетическим уровнем (удаленностью от ядра), число энергетических уровней в атоме равно номеру периода, в котором находится элемент.
2. Подуровнем (формой орбитали которую при движении описывает электрон). Число подуровней в уровне равно номеру уровня.

s-орбиталь имеет форму сферы, p-орбиталь – форму гантели.

     3.   Орбиталью. В каждом подуровне существует определенное число орбиталей.

            На s-подуровне 1-орбиталь, на p – 3, на d – 5, на f – 7. Орбитали определенным образом расположены в пространстве. Например, три р-орбитали располагаются в трех взаимноперпендикулярных плоскостях .

            На одной орбитали не может быть более двух электронов. Электроны в подуровне располагаются так, чтобы занять как можно больше орбиталей.

4.Спином. Спин – особое свойство электрона, его собственный магнитный момент. Он может быть положительным или отрицательным. На одной орбитали располагаются электроны с разными спинами, что изображается так:   

Максимальное число электронов на уровне вычисляется по формуле 2n, где n – номер уровня, на последнем уровне у элементов главных подгрупп число электронов равно номеру группы.

Рассмотрим электронное строение атома углерода: 122

Графически атом углерода можно показать так:    ∙

                                                                                       ∙ С ∙

                                                                                          ∙

При сообщении атому углерода энергии электрон с 2s-подуровня может переходить на 2p-подуровень. Такое состояние атома углерода называется возбужденным, при этом углерод проявляет валентность IV.

Атомы образуют химические связи, так как стремятся завершить свой внешний энергетический уровень, как правило, до 8-ми электронов (водород до – 2).

Неспаренные электроны способны образовывать химические связи за счет образования общих электронных пар с другими атомами. Такой вид связи называется ковалентной. Если между двумя атомами образуется только одна общая электронная пара, то такая связь называется одинарной, если общих электронных пар две – двойной.

По другому вид связи можно представить как перекрывание электронных облаков:

     Н

      :

    Н∙ ∙ С ∙ ∙Н       - перекрываются s- и p – облака

      :

     Н

Н ∙ ∙ Н          - перекрываются s – облака

       ∙ ∙

H ∙ ∙ Cl:         - перекрываются s- и p – облака

       ∙ ∙

∙ ∙     ∙ ∙

   : Cl ∙ ∙ Cl :       - перекрываются р- и р-облака

∙ ∙     ∙ ∙

- Перекрывание облаков на линии соединения центров атомов называется  - σ (сигма)  связью, - связь присутствует в простых, двойных и тройных связях, но между двумя атомами такая связь только одна!

Остальные связи между двумя атомами образуются за счет бокового перекрывания  

Р - облаков. Они называются – π (пи) связями. Вторая связь в двойной связи, вторая и третья связи в тройной связи – это π - связи: СН= СН

Запись в тетрадь. Ковалентные связи, при образовании которых область перекрывания электронных облаков находится на линии, соединяющей центры ядер атомов, называется -  σ (сигма)  связью. π (пи) связями называются ковалентные связи, при образовании которых область перекрывания электронных облаков находится по обе стороны от линии, соединяющей центры ядер атомов.

Задания для самостоятельной работы:

а) покажите образование связей в молекулах  , , , ,

б) посчитайте число  и   связей(проверить правильность выполнения задания у доски)

Объяснение учителя.

- Во всех этих случаях механизм образования связи – обменный, то есть каждый атом для образования связи предоставляет свой неспаренный электрон.

Существует способ связи, когда один атом предоставляет электронную пару (донор), а другой свободную орбиталь (акцептор). Такой механизм образования химической связи называется донорно-акцепторным.

Рассмотрим пример образования молекулы угарного газа СО. Судя по степени окисления углерода (+2), в образовании связи участвуют два электрона, а значит углерод находится в невозбужденном состоянии. После обобществления неспаренных электронов у кислорода 8е, - завершенный энергетический уровень, а у углерода 6е, ему еще требуется 2е, поэтому кислород предоставляет ему свою неподеленную электронную пару (донор) на пустую орбиталь. Это обозначается стрелкой. Таким образом, в молекуле угарного газа тройная связь между атомами углерода и кислорода, причем, одна связь образована по донорно-акцепторному механизму.

Запись в тетради. Донорно-акцепторная химическая связь – это связь, образованная по донорно-акцепторному механизму:  когда один атом предоставляет неподеленную электронную пару в общее пользование - донор, а другой свободную орбиталь – акцептор.

- В молекуле метана  валентность углерода IV, значит у него 4 неспаренных электрона: 1s и 3p – электрона, следовательно, 3 связи С–Н должны быть одинаковые, образованные перекрыванием s- и p-  электронных облаков, а одна должна отличаться, так как образована перекрыванием s- и s- электронных облаков. Экспериментально доказано, что все связи в молекуле метана одинаковые, значит все электронные облака углерода стали равными. Это объясняется явлением, которое называется гибридизацией орбиталей.

Запись в тетради. Гибридизация атомных орбиталей – это смешение атомных орбиталей (электронных облаков) различного типа (например, s- и p- орбиталей), в результате которого образуются одинаковые по форме и энергии гибридные орбитали.

- Облака в молекуле располагаются таким образом, чтобы отталкивание между ними было минимальным, поэтому молекула приобретает определенную геометрическую форму.

Рассмотрим процесс гибридизации в молекуле метана. Атом углерода содержит 1 s- и 3 p- электрона на внешнем энергетическом уровне в возбужденном состоянии; все облака превращаются в гибридные – имеющие форму неправильной объемной восьмерки и располагаются в пространстве в виде тетраэдра, так как при этом отталкивание между облаками наименьшее.

Такая гибридизация называется - гибридизация (по облакам, участвующим в ней). Угол между облаками составляет , а - гибридизация называется первым валентным состоянием.

- гибридизация возможна у тех атомов углерода, которые связаны с другими атомами только простыми σ  связями.

Второе валентное состояние, или - гибридизация будет у тех атомов углерода, которые связаны с соседними атомами σ  связями и одной  связью. В этом случае на σ  связь расходуется 1p- облако, оно не вступает в гибридизацию. Три гибридных облака соединяются в форме плоского треугольника под углом - , длина связи = 0,134нм.

sp - гибридизация происходит при смешивании одной s- и одной p- орбиталей. Образуются две равноценные sp - гибридные атомные орбитали, расположенные линейно под углом  и направленным в разные стороны от ядра атома углерода. Две оставшиеся негибридизованные p- орбитали располагаются во взаимно перпендикулярных плоскостях. Такое состояние гибридизации характерно для соединений, имеющих тройную ковалентную связь.

Закрепление материала.

Задание классу.

1.    Составьте молекулярную и электронную формулы этана и этилена.

2.    Сравните геометрическое строение молекул аммиака и метана, ацетилена и этилена. В чем их сходство и различия.

IV. Постановка домашнего задания.