10
класс
Урок № 4
Тема урока: Валентные
состояния атома углерода.
Цели
и задачи урока:
ü Образовательные: сформировать у учащихся понятие
о гибридизации орбиталей;
рассмотреть три возможных состояния атомов
углерода на примере метана, этилена, ацетилена;
ü Развивающие: продолжить формирование умений записи
электронно-графических формул; формировать у учащихся образное мышление;
развивать у учащихся умение сравнивать, анализировать и применять
информацию из других областей знаний, развивать коммуникативные способности,
умение предъявлять результаты групповой деятельности.
ü Воспитательные:
способствовать воспитанию у учащихся активной жизненной позиции.
ü Здоровьесберегающие
технологии:
следить за осанкой учащихся; проводить упражнения для снятия напряжения глаз;
проветривание помещения.
Оборудование:
ИКТ
Ход урока:
I.
Организационный
момент.
II.
Проверка
знаний:
1.
Что называют орбиталью?
2.
Что такое спин электрона?
3.
Что называют сигма- и пи- связями?
4.
Проверка изомеров из д/з.
III. Основная часть.
1. Атомы углерода, входящие в состав органических
соединений, могут находиться в трёх валентных состояниях.
Первое
валентное состояние атома углерода рассмотрим
на примере молекулы метана СН4.
При
образовании молекулы метана СН4 атом углерода из основного
состояния переходит в возбуждённое, в котором имеет четыре неспаренных
электрона: один s-
и три р-электрона.
Эти электроны участвуют в образовании четырёх s-связей
с четырьмя атомами водорода. При этом следует ожидать, что три связи С—Н,
образованные за счёт спаривания трёх р-электронов
атомов углерода с тремя s-электронами
трёх атомов водорода (s—р),
должны бы отличаться от четвёртой (s—s)
связи прочностью, длиной, направлением. Расчёт электронной плотности в молекуле
метана показывает, что все связи в его молекуле равноценны и направлены к
вершинам тетраэдра. Это объясняется тем, что при образовании молекулы метана
ковалентные связи возникают за счёт взаимодействия не «чистых», а так
называемых гибридных, т.
е. усреднённых по форме и размерам (а следовательно, и по энергии), орбиталей.
Число
гибридных орбиталей равно числу исходных орбиталей. По сравнению с ними
гибридные орбитали более вытянуты в пространстве, что обеспечивает их более
полное перекрывание с орбиталями соседних атомов.
В
молекуле метана и в других алканах, а также во всех органических молекулах по
месту одинарной связи атомы углерода будут находиться в состоянии sр3-гибридизации,
т. е. у атомов углерода гибридизации подверглись орбитали
одного s-
и трёх р-электронов и образовались четыре одинаковые гибридные орбитали.
В
результате перекрывания четырёх гибридных sр3-орбиталей
атома углерода и s-орбиталей четырёх атомов водорода образуется
тетраэдрическая молекула метана с четырьмя одинаковыми а-связями,
расположенными под углом 109°28' (рис. 4). Если в молекуле метана заменить один
атом водорода на группу СН3, то получится молекула этана СН3—СН3.
Атом
углерода, при котором находятся три атома водорода и один атом углерода,
называют первичным.
В
молекуле этана существует одинарная (её иногда называют ординарной, обычной)
неполярная углерод-углеродная связь, длина которой равна 0,154 нм.
В
молекуле пропана СН3—СН2—СН3 при
центральном атоме углерода находятся два атома водорода и два атома углерода.
Такой атом называют вторичным.
Атом
углерода, связанный с тремя углеродными атомами, называется третичным.
Углерод,
при котором находятся четыре соседних атома углерода, называется
четвертичным.
2.
Второе валентное состояние атома углерода рассмотрим
на примере молекулы этилена С2Н4. В ней между атомами
углерода двойная связь, которая отражается в
структурной формуле двумя одинаковыми чёрточками:
Связи,
отражённые этими чёрточками, ковалентные, но разные по способу перекрывания:
одна из них σ,
другая — π.
В
молекуле этилена каждый атом углерода соединён не с четырьмя, а с тремя другими
атомами (с одним атомом углерода и двумя атомами водорода), поэтому в
гибридизацию вступают только три электронные орбитали: одна s и
две р,
т. е. происходит sр2-гибридизация.
Оси трёх гибридных орбиталей располагаются в одной плоскости под
углом 120° по отношению друг к другу. Орбитали каждого атома углерода
перекрываются с s-орбиталями
двух атомов водорода и с одной такой же sр2-гибридной
орбиталью соседнего атома углерода и образуют
три σ-связи
под углом 120°. Следовательно, молекула этилена будет иметь плоскостное
строение. Две р-орбитали
атомов углерода, которые не участвуют в гибридизации, будут перекрываться в
двух областях, перпендикулярных плоскости молекулы («боковое» перекрывание), и
образуют π-связь (рис. 5).
Однако
«боковое» перекрывание р-орбиталей происходит в меньшей степени,
чем р-орбиталей
по линии связи, и, кроме этого, оно образуется на большем удалении от ядер
связывающихся атомов. Поэтому π-связь
менее прочна, чем σ-связь.
И тем не менее под воздействием π-связи
атомы углерода ещё более сближаются друг с другом: в молекуле этана С2Н6 расстояние
между ядрами атомов углерода (длина связи) составляет 0,154 нм, а в молекулах
этилена С2Н4 — 0,133 нм.
3.
Третье валентное состояние атома углерода рассмотрим
на примере молекулы ацетилена С2Н2, в которой образуется
тройная связь СН≡СН: одна σ-связь и две π-связи.
Молекула ацетилена имеет линейное строение, так как в ней каждый атом углерода
соединён σ-связями только с двумя другими атомами — атомом углерода
и атомом водорода, при этом происходит sp-гибридизация,
в которой участвуют лишь две орбитали — одна s и
одна р.
Две гибридные орбитали ориентируются друг относительно друга под
углом 180° и образуют две σ-связи:
с s-орбиталью
атома водорода и с sp-гибридной
орбиталью соседнего атома углерода. Не вступившие в ибридизацию две р-орбитали
при боковом перекрывании с подобными орбиталями второго атома углерода образуют
две π-связи,
расположенные во взаимно перпендикулярных плоскостях (рис. 6).
Появление
третьей связи обусловливает дальнейшее сближение атомов углерода — расстояние
между
ядрами
атомов (длина С≡С связи) в молекуле ацетилена равно 0,12 нм.
IV. Закрепление: упр. 2 стр.
Порядок соединения атомов в молекулах отражают структурные
формулы. Определите тип гибридизации каждого атома углерода в молекуле
бутадиена-1,2, если его структурная формула:
V. Д/з § 4, записи в тетради, упр. 3,4 стр.25
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.