Тема. Строение атома. Химическая связь

1. Актуальность. Химия является центральной фундаментальной наукой, так как в любой отрасли деятельности, связанной с какими-либо проявлениями материального мира, неизбежно приходится сталкиваться со свойствами различных веществ – их прочностью, токсичностью, способностью взаимодействовать с другими веществами.

Разработка современной модели атома и предсказание на ее основе свойств индивидуальных атомов – очень важное достижение квантовой механики. Однако в земных условиях редко встречаются изолированные атомы. Окружающие нас тела неживой и живой природы состоят из разнообразных молекул. Важным достижением является также объяснение природы химической связи между атомами, молекулами и ионами, ее длины, прочности, ориентации, поляризуемости.

Понимание причин патологических процессов в организме, разработка методов профилактики заболеваний невозможны без глубокого, на молекулярном уровне, рассмотрения явлений, происходящих в различных органах и тканях.

2. Учебные цели:научиться

- составлять электронные конфигурации и электронно-графические формулы атомов и ионов;

- прогнозировать физические свойства и реакционную способность химических соединений в зависимости от положения в периодической системе;

- определять тип химической связи, характеризовать ее прочность, длину, полярность;

- пользоваться справочной литературой.

Материалы для самоподготовки к усвоению данной темы

3.1. Вопросы для самоподготовки:

1) Основные положения квантовой механики.

2) Понятия: атомная орбиталь, квантовые числа.

3) Электронная структура атомов. Принцип наименьшей энергии (правило Клечковского), правило Гунда, принцип Паули (принцип запрета).

4) Структура периодической таблицы химических элементов.

5) Периодический характер изменения свойств атомов элементов: радиус атомов и ионов, энергия ионизации, энергия сродства к электрону.

6) Типы химических связей: ковалентная (полярная, неполярная, донорно-акцепторная), ионная, водородная, металлическая.

7) Электроотрицательность. Степень окисления.

8) Основы метода валентных связей (МВС).

9) Механизм образования ковалентной связи. Свойства ковалентной связи.

4. Вид занятия:практическое занятие.

5. Продолжительность занятия: 2 академических часа.

6. Оснащение:

6.1. Дидактический материал: периодическая таблица химических элементов Д.И.Менделеева, таблица значений электроотрицательностей элементов по Полингу, справочник физико-химических величин.

6.2. ТСО: калькуляторы.

Содержание занятия

Контроль исходного уровня знаний и умений

Типовой тест входного контроля

1. Электронная конфигурация 1s²2s²3s²3p⁶ соответствует иону

1) Cl^- ; 2) O^-2 ; 3) N^-3; 4) F^-.

2. Энергия отрыва электрона от атома элемента с образованием катиона - это

1) энергия ионизации;

2) энергия сродства к электрону;

3) электроотрицательность абсолютная;

4) электроотрицательность относительная;

3. В молекуле СН₃СН₂ОН наиболее полярной является связь

1) С-Н; 2) С-С; 3) С-О; 4) О-Н.

Узловые вопросы, необходимые для усвоения темы занятия

1) Основные положения квантовой механики.

2) Понятия: атомная орбиталь, квантовые числа.

3) Электронная структура атомов. Принцип наименьшей энергии (правило Клечковского), правило Гунда, принцип Паули (принцип запрета).

4) Структура периодической таблицы химических элементов.

5) Периодический характер изменения свойств атомов элементов: радиус атомов и ионов, энергия ионизации, энергия сродства к электрону.

6) Типы химических связей: ковалентная (полярная, неполярная, донорно-акцепторная), ионная, водородная, металлическая.

7) Электроотрицательность. Степень окисления.

8) Основы метода валентных связей (МВС).

9) Механизм образования ковалентной связи. Свойства ковалентной связи.

Самостоятельная работа студентов

Типовые задачи

1. Составьте электронную конфигурацию:

а) атомов элементов с зарядом ядра: 8, 15, 23, 53, 82;

б) ионов: Mn²⁺, Cu²⁺, S^2-.

2. Определите, сколько вакантных 3d-орбиталей имеют возбужденные атомы: а) Cl; б) V; в) Mn, составив графические схемы заполнения электронами валентных орбиталей этих атомов.

3. Определите, сколько неспаренных электронов содержат невозбужденные атомы: а) бора; б) серы; в) хрома; г)ртути.

4. Составьте электронно-графические схемы ионов Fe²⁺ и Fe³⁺. Чем объяснить более глубокую устойчивость электронной конфигурации иона Fe³⁺?

5. Укажите порядковый номер элемента, у которого:

а) заканчивается заполнение электронами 4d-подуровня;

б) начинается заполнение электронами 4р-подуровня.

6. Определите, как изменится прочность и полярность связи Н-Э в ряду Н₂О – H₂S - H₂Se – H₂Te. Укажите причины этих изменений.

7. Вычислите разность относительных электроотрицательностей атомов для связей Н-О и О-Э в соединениях Э(ОН)₂, где Э – Mg, Ca и Sr, и определите:

а) какая из связей Н-О или Э-О характеризуется в каждой молекуле большей степенью ионности;

б) каков характер диссоциации этих молекул в водном растворе?

8. Сероводород при обычной температуре – газ, а вода – жидкость. Чем объяснить это различие в свойствах?

9. Определите степень окисления элементов в следующих соединениях: KMnO₄, NaH₂PO₄, F₂O, H₂O₂, H₂SiF₆, FeS₂, Fe₃O₄, Na₂S₂O₃, C₆H₅CH₃, CH₃COOH, N₂H₂, Cr₂(SO₄)₃, CO(NH₂)₂, K₃[Fe(CN)₆], CH₂Cl₂. Назовите вещества. Укажите, к какому классу соединений относится каждое вещество.