Astăzi vom desfășura o lecție nu numai de modelare, ci și de chimie și vom realiza modele de molecule din plastilină. Bilele de plastilină pot fi reprezentate ca atomi, iar chibriturile obișnuite sau scobitorii vor ajuta la arătarea conexiunilor structurale. Această metodă poate fi folosită de profesori atunci când explică materiale noi în chimie, de părinți când verifică și studiază temele și de copiii înșiși care sunt interesați de subiect. Probabil că nu există o modalitate mai ușoară și mai accesibilă de a crea material vizual pentru vizualizarea mentală a micro-obiectelor.
Iată ca exemple reprezentanți din lumea chimiei organice și anorganice. Prin analogie cu ele, se pot face și alte structuri, principalul lucru este să înțelegem toată această diversitate.
Materiale pentru lucru:
- plastilină din două sau mai multe culori;
- formulele structurale ale moleculelor din manual (dacă este necesar);
- chibrituri sau scobitori.
1. Pregătiți plastilină pentru modelarea atomilor sferici din care se vor forma molecule, precum și potriviri pentru a reprezenta legăturile dintre ei. Desigur, este mai bine să arătați atomi de diferite tipuri într-o culoare diferită, astfel încât să fie mai clar să vă imaginați un obiect specific al microlumii.
2. Pentru a face bile, prindeți numărul necesar de porții de plastilină, frământați în mâini și rulați în forme în palme. Pentru a sculpta molecule de hidrocarburi organice, puteți folosi bile roșii mai mari - acestea vor fi carbon și bile albastre mai mici - hidrogen.
3. Pentru a forma o moleculă de metan, introduceți patru chibrituri în bila roșie, astfel încât acestea să îndrepte spre vârfurile tetraedrului.
4. Pune bile albastre pe capetele libere ale meciurilor. Molecula de gaz natural este gata.
5. Pregătește două molecule identice pentru a-i explica copilului tău cum poate fi obținută molecula următoarei hidrocarburi, etanul.
6. Conectați cele două modele îndepărtând un chibrit și două bile albastre. Ethan este gata.
7. Apoi, continuați activitatea interesantă și explicați cum se formează o legătură multiplă. Scoateți cele două bile albastre și dublați legătura dintre carboni. În mod similar, puteți modela toate moleculele de hidrocarburi necesare lecției.
8. Aceeași metodă este potrivită pentru sculptarea moleculelor lumii anorganice. Aceleași bile de plastilină vă vor ajuta să vă realizați planurile.
9. Luați atomul de carbon central - bila roșie. Introduceți două chibrituri în el, definind forma liniară a moleculei; atașați două bile albastre, care în acest caz reprezintă atomi de oxigen, la capetele libere ale chibriturilor. Astfel, avem o moleculă de dioxid de carbon cu structură liniară.
10. Apa este un lichid polar, iar moleculele sale sunt formațiuni unghiulare. Ele constau dintr-un atom de oxigen și doi atomi de hidrogen. Structura unghiulară este determinată de perechea singură de electroni de pe atomul central. Poate fi reprezentat și ca două puncte verzi.
Acestea sunt genul de lecții creative interesante pe care cu siguranță ar trebui să le practicați cu copiii dvs. Elevii de orice vârstă vor deveni interesați de chimie și vor înțelege mai bine subiectul dacă, pe parcursul procesului de învățare, li se oferă un ajutor vizual realizat de ei înșiși.
Pe lângă observație și experiment, modelarea joacă un rol important în înțelegerea lumii naturale și a chimiei.
Am spus deja că unul dintre scopurile principale ale observației este căutarea de modele în rezultatele experimentelor.
Cu toate acestea, unele observații sunt incomod sau imposibil de realizat direct în natură. Mediul natural este recreat în condiții de laborator cu ajutorul unor dispozitive speciale, instalații, obiecte, adică modele (din latinescul modulus - măsură, probă). Modelele copiază numai cele mai importante caracteristici și proprietăți ale unui obiect.
De exemplu, pentru a studia fenomenul natural al fulgerului, oamenii de știință nu au fost nevoiți să aștepte o furtună. Fulgerul poate fi simulat la ora de fizică și în laboratorul școlii. Două bile metalice trebuie să primească sarcini electrice opuse: pozitivă și negativă. Când bilele se apropie de o anumită distanță, o scânteie sare între ele - acesta este un fulger în miniatură. Cu cât încărcarea bilelor este mai mare, cu atât scânteia sare mai devreme la apropiere, cu atât fulgerul artificial este mai lung. Un astfel de fulger este produs folosind un dispozitiv special numit mașină electrofor (Fig. 33).
Orez. 33.
Aparat de electrofor
Studierea modelului a permis oamenilor de știință să stabilească că fulgerul natural este o descărcare electrică gigantică între doi nori de tunete sau între nori și sol. Cu toate acestea, un adevărat om de știință se străduiește să găsească aplicație practică pentru fiecare fenomen studiat. Cu cât fulgerul electric este mai puternic, cu atât temperatura acestuia este mai mare. Dar conversia energiei electrice în căldură poate fi folosită, de exemplu, pentru sudarea și tăierea metalelor. Așa a apărut procesul de sudare electrică, familiar oricărui student de astăzi (Fig. 34).
Orez. 34.
Fenomenul natural al fulgerului poate fi simulat în laborator
Modelarea în fizică este utilizată în special pe scară largă. În lecțiile pe acest subiect, vă veți familiariza cu o varietate de modele care vă vor ajuta să studiați fenomenele electrice și magnetice, modelele de mișcare a corpurilor și fenomenele optice.
Fiecare știință naturală folosește propriile modele care ajută la imaginarea vizuală a unui fenomen sau obiect natural real.
Cel mai faimos model geografic este globul (Fig. 35, a) - o imagine tridimensională în miniatură a planetei noastre, cu care puteți studia locația continentelor și oceanelor, țărilor și continentelor, munților și mărilor. Dacă o imagine a suprafeței pământului este aplicată pe o foaie plată de hârtie, atunci un astfel de model se numește hartă geografică (Fig. 35, b).
Orez. 35.
Cele mai cunoscute modele geografice: a - glob; b - harta
Modelele sunt utilizate pe scară largă în studiul biologiei. Este suficient să menționăm, de exemplu, modele - manechine de organe umane etc. (Fig. 36).
Orez. 36.
Modele biologice: a - ochi; b - creierul
Modelarea nu este mai puțin importantă în chimie. În mod convențional, modelele chimice pot fi împărțite în două grupe: obiective și simbolice, sau simbolice (Schema 1).
Pentru o mai mare claritate sunt folosite modele subiect de atomi, molecule, cristale, instalații industriale chimice.
Probabil ați văzut o imagine a unui model de atom care seamănă cu structura sistemului solar (Fig. 37).
Orez. 37.
Modelul structurii atomice
Pentru modelarea moleculelor chimice se folosesc modele cu bile și baston sau tridimensionale. Ele sunt asamblate din bile care simbolizează atomi individuali. Diferența constă în faptul că, în modelele cu bile și baston, atomii de bile sunt situați la o anumită distanță unul de celălalt și sunt fixați unul de celălalt prin tije. De exemplu, modelele tridimensionale ale moleculelor de apă sunt prezentate în Figura 38.
Orez. 38.
Modele ale unei molecule de apă: a - bile-și-tijă; b - volumetric
Modelele de cristale seamănă cu modelele de molecule cu bile și baston, cu toate acestea, ele nu descriu molecule individuale ale unei substanțe, ci arată aranjarea relativă a particulelor unei substanțe în stare cristalină (Fig. 39).
Orez. 39.
Model din cristal de cupru
Cu toate acestea, cel mai adesea chimiștii folosesc modele iconice, sau simbolice, mai degrabă decât modele subiective. Acestea sunt simboluri chimice, formule chimice, ecuații ale reacțiilor chimice.
Veți începe să învățați limbajul chimic al semnelor și formulelor în următoarea lecție.
Întrebări și sarcini
- Ce este un model? modelare?
- Dați exemple de: a) modele geografice; b) modele fizice; c) modele biologice.
- Ce modele sunt folosite în chimie?
- Faceți modele tridimensionale de molecule de apă din plastilină. Ce formă au aceste molecule?
- Scrieți formula pentru floarea cruciferă dacă ați studiat această familie de plante la ora de biologie. Această formulă poate fi numită model?
- Scrieți o ecuație pentru a calcula viteza unui corp dacă sunt cunoscute calea și timpul necesar corpului pentru a parcurge. Această ecuație poate fi numită model?
Alegeți un tip de bomboane. Pentru a face fire laterale de zahăr și grupuri de fosfat, utilizați benzi goale de lemn dulce negru și roșu. Pentru bazele azotate, folosiți urși gumași în patru culori diferite.
- Orice bomboană ai folosi, ar trebui să fie suficient de moale pentru a fi străpunsă cu o scobitoare.
- Dacă aveți la îndemână marshmallows colorați, acestea sunt o alternativă excelentă la urșișoarele de gumă.
Pregătiți restul de materiale. Luați sfoara și scobitorii pe care le folosiți pentru a crea modelul. Coarda va trebui tăiată în bucăți de aproximativ 30 de centimetri lungime, dar le puteți face mai lungi sau mai scurte - în funcție de lungimea modelului ADN pe care îl alegeți.
- Pentru a crea o spirală dublă, utilizați două bucăți de sfoară care au aceeași lungime.
- Asigurați-vă că aveți cel puțin 10-12 scobitori, deși este posibil să aveți nevoie de puțin mai mult sau mai puțin - din nou în funcție de mărimea modelului dvs.
Tăiați lemnul dulce. Veți agăța lemnul dulce, alternându-i culoarea, lungimea bucăților trebuie să fie de 2,5 centimetri.
Sortați urșii de gumă în perechi.În catena de ADN, citozina și guanina (C și G), precum și timina și adenina (T și A), sunt situate în perechi. Alegeți patru ursuleți de gumă colorate diferite pentru a reprezenta diferite baze azotate.
- Nu contează în ce secvență se află perechea C-G sau G-C, principalul lucru este că perechea conține exact aceste baze.
- Nu combinați cu culori nepotrivite. De exemplu, nu puteți combina T-G sau A-C.
- Alegerea culorilor poate fi complet arbitrară, depinde complet de preferințele personale.
Atârnă lemnul dulce. Luați două bucăți de sfoară și legați fiecare în partea de jos pentru a preveni alunecarea lemnului dulce. Apoi, înșiră bucăți de lemn dulce de culori alternative pe sfoară prin golurile centrale.
- Cele două culori de lemn dulce simbolizează zahărul și fosfatul, care formează firele dublei helix.
- Alegeți o culoare pentru a fi zahăr, ursuleții voștri se vor atașa de acea culoare de lemn dulce.
- Asigurați-vă că bucățile de lemn dulce sunt în aceeași ordine pe ambele fire. Dacă le puneți una lângă alta, culorile de pe ambele fire ar trebui să se potrivească.
- Faceți un alt nod la ambele capete ale frânghiei imediat după ce ați terminat de înșirat lemnul dulce.
Atașați ursuleții de gumă folosind scobitori. După ce ați împerecheat toți urșii, creând grupurile C-G și T-A, folosiți o scobitoare și atașați câte un urs din fiecare grup la ambele capete ale scobitorilor.
- Împingeți ursuleții de gumă pe scobitoare, astfel încât cel puțin jumătate de inch din partea ascuțită a scobitorii să iasă în afară.
- S-ar putea să ajungi cu mai multe perechi decât altele. Numărul de perechi din ADN-ul real determină diferențele și modificările genelor pe care le formează.
Această activitate se desfășoară cu studenții care au venit să urmeze învățământul profesional. De foarte multe ori cunoștințele lor de chimie sunt slabe, așa că nu sunt interesați de subiect. Dar fiecare elev are dorința de a învăța. Chiar și un elev cu performanțe slabe manifestă interes pentru o materie atunci când reușește să facă ceva pe cont propriu.
Sarcinile din lucrare sunt concepute ținând cont de lacunele în cunoștințe. Materialul teoretic puternic vă permite să vă amintiți rapid conceptele necesare, ceea ce îi ajută pe elevi să finalizeze lucrarea. După ce au construit modele de molecule, este mai ușor pentru copii să scrie formule structurale. Pentru studenții mai puternici care termină partea practică a lucrării mai repede, se oferă sarcini de calcul. Fiecare elev atinge un rezultat atunci când lucrează: unii reușesc să construiască modele de molecule, pe care le fac cu plăcere, alții duc la bun sfârșit majoritatea lucrărilor, alții duc la îndeplinire toate sarcinile, iar fiecare elev primește o notă.
Obiectivele lecției:
- dezvoltarea abilităților de muncă independentă;
- generalizarea și sistematizarea cunoștințelor studenților despre teoria structurii compușilor organici;
- consolidarea capacității de a compune formule structurale ale hidrocarburilor;
- exersează abilitățile de numire conform nomenclaturii internaționale;
- repeta rezolvarea problemelor pentru a determina fracția de masă a unui element dintr-o substanță;
- dezvoltarea atenției și a activității creative;
- dezvoltarea gândirii logice;
- cultivă simțul responsabilității.
Munca practica
„Realizarea modelelor de molecule de substanțe organice.
Elaborarea formulelor structurale ale hidrocarburilor.”
Scopul lucrării:
- Învață să faci modele de molecule de substanțe organice.
- Învață să notezi formulele structurale ale hidrocarburilor și să le numești conform nomenclaturii internaționale.
Material teoretic. Hidrocarburile sunt substanțe organice formate din atomi de carbon și hidrogen. Atomul de carbon din toți compușii organici este tetravalent. Atomii de carbon pot forma lanțuri drepte, ramificate și închise. Proprietățile substanțelor depind nu numai de compoziția calitativă și cantitativă, ci și de ordinea în care atomii sunt legați între ei. Substanțele care au aceeași formulă moleculară, dar structuri diferite se numesc izomeri. Prefixele indică cantitatea di- Două, Trei- Trei, tetra- patru; ciclo- înseamnă închis.
Sufixele din numele hidrocarburilor indică prezența unei legături multiple:
ro legătură simplă între atomi de carbon (C C);
ro legătură dublă între atomii de carbon (C = C);
în triplă legătură între atomii de carbon (C C);
diene două legături duble între atomi de carbon (C = C C = C);
Radicali: metil-CH3; etil -C2H5; clor -Cl; brom -Br.
Exemplu. Faceți un model al unei molecule de propan.
Moleculă de propan C3H8 conține trei atomi de carbon și opt atomi de hidrogen. Atomii de carbon sunt legați între ei. Sufix – ro indică prezența unei singure legături între atomii de carbon. Atomii de carbon sunt situati la un unghi de 10928 minute.
Molecula are forma unei piramide. Desenați atomii de carbon ca cercuri negre, atomii de hidrogen ca cercuri albe și atomii de clor ca cercuri verzi.
Când desenați modele, observați raportul dintre dimensiunile atomice.
Aflați masa molară folosind tabelul periodic
M (C3H8) = 123 + 18 = 44 g/mol.
Pentru a numi o hidrocarbură trebuie să:
- Alegeți cel mai lung lanț.
- Număr care începe de la marginea de care radicalul sau legătura multiplă este cea mai apropiată.
- Indicați radicalul dacă sunt indicați mai mulți radicali fiecare. (Numărul înaintea numelui).
- Numiți radicalul, începând cu cel mai mic radical.
- Numiți cel mai lung lanț.
- Indicați poziția obligațiunii multiple. (Număr după nume).
La alcătuirea formulelor după nume necesar:
- Determinați numărul de atomi de carbon din lanț.
- Determinați poziția legăturii multiple. (Număr după nume).
- Determinați poziția radicalilor. (Numărul înaintea numelui).
- Scrieți formulele radicalilor.
- În cele din urmă, determinați numărul și aranjamentul atomilor de hidrogen.
Fracția de masă a unui element este determinată de formula:
Unde
– fracția de masă a unui element chimic;
n – numărul de atomi ai unui element chimic;
Ar este masa atomică relativă a unui element chimic;
Mr – greutate moleculară relativă.
Când rezolvați o problemă, utilizați formule de calcul:
Densitatea relativă a gazului Dg arată de câte ori densitatea unui gaz este mai mare decât densitatea altui gaz. D(H 2) - densitatea relativă a hidrogenului. D(aer) - densitate relativă în aer.
Echipament: Un set de modele de molecule cu bile și bețișoare, plastilină de diferite culori, chibrituri, tabel „Hidrocarburi saturate”, tabel periodic. Sarcini individuale.
Progres. Finalizarea sarcinilor conform opțiunilor.
Opțiunea 1.
Sarcina nr. 1 . Realizați modele de molecule: a) butan, b) ciclopropan. Desenați modele moleculare în caiet. Scrieți formulele structurale ale acestor substanțe. Găsiți greutățile moleculare ale acestora.
Sarcina nr. 3. Compune structural formule de substante:
a) buten-2, scrieți izomerul său;
b) 3,3 - dimetilpentină-1.
Sarcina nr. 4. Rezolva probleme:
Sarcina 1 Determinați fracția de masă a carbonului și hidrogenului din metan.
Problema 2. Negrul de fum este folosit pentru a produce cauciuc. Determinați câte g de funingine (C) se pot obține din descompunerea a 22 g de propan?
Opțiunea #2.
Sarcina nr. 1 . Realizați modele de molecule: a) 2-metilpropan, b) ciclobutan. Desenați modele moleculare în caiet. Scrieți formulele structurale ale acestor substanțe. Găsiți greutățile moleculare ale acestora.
Sarcina nr. 2. Denumiți substanțele:
Sarcina nr. 3 Compune structural formule de substante:
a) 2-metilbuten-1, scrieți izomerul său;
b) propin.
Sarcina nr. 4. Rezolva probleme:
Sarcina 1. Determinați fracția de masă de carbon și hidrogen din etilenă.
Problema 2. Negrul de fum este folosit pentru a produce cauciuc. Să se determine masa de funingine (C) care se poate obține din descompunerea a 36 g de pentan?
Opțiunea #3.
Sarcina nr. 1 . Realizați modele de molecule: a) 1,2-dicloretan, b) metilciclopropan
Desenați modele moleculare în caiet. Scrieți formulele structurale ale acestor substanțe. De câte ori este dicloroetanul mai greu decât aerul?
Sarcina nr. 2. Denumiți substanțele:
Sarcina nr. 3. Compune structural formule de substante:
a) 2-metilbuten-2, scrieți izomerul său;
b) 3,4-dimetilpentină-1.
Sarcina nr. 4. Rezolva probleme:
Sarcina 1. Găsiți formula moleculară a unei substanțe care conține 92,3% carbon și 7,7% hidrogen. Densitatea relativă pentru hidrogen este 13.
Problema 2. Ce volum de hidrogen va fi eliberat în timpul descompunerii a 29 g de butan (n.o.)?
Opțiunea numărul 4.
Sarcina nr. 1 . Realizați modele de molecule: a) 2,3-dimetilbutan, b) clorociclopropan. Desenați modele moleculare în caiet. Scrieți formulele structurale ale acestor substanțe. Găsiți greutățile moleculare ale acestora.
Sarcina nr. 2. Numiți substanțele
Sarcina nr. 3. Compune formulele structurale ale substantelor:
a) 2-metilbutadienen-1,3; scrie izomerul.
b) 4-metilpentină-2.
Sarcina nr. 4. Rezolva probleme:
Sarcina 1. Găsiți formula moleculară a unei substanțe care conține 92,3% carbon și 7,7% hidrogen. Densitatea relativă pentru hidrogen este 39.
Problema 2. Ce volum de dioxid de carbon va fi eliberat în timpul arderii complete a 72 g de combustibil pentru automobile constând din propan?