Molecule din plastilină și scobitori în chimie. Molecule

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

  1. Ce este un model? modelare?
  2. Dați exemple de: a) modele geografice; b) modele fizice; c) modele biologice.
  3. Ce modele sunt folosite în chimie?
  4. Faceți modele tridimensionale de molecule de apă din plastilină. Ce formă au aceste molecule?
  5. Scrieți formula pentru floarea cruciferă dacă ați studiat această familie de plante la ora de biologie. Această formulă poate fi numită model?
  6. 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?

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 realizează un rezultat 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;
  • cultivați simțul responsabilității.

Munca practica

„Realizarea modelelor de molecule de substanțe organice.
Elaborarea formulelor structurale ale hidrocarburilor.”

Scopul lucrării:

  1. Învață să faci modele de molecule de substanțe organice.
  2. Învață să notezi formulele structurale ale hidrocarburilor și să le denumești 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:

  1. Alegeți cel mai lung lanț.
  2. Număr care începe de la marginea de care radicalul sau legătura multiplă este cea mai apropiată.
  3. Indicați radicalul dacă sunt indicați mai mulți radicali fiecare. (Numărul înaintea numelui).
  4. Numiți radicalul, începând cu cel mai mic radical.
  5. Numiți cel mai lung lanț.
  6. Indicați poziția obligațiunii multiple. (Număr după nume).

La alcătuirea formulelor după nume necesar:

  1. Determinați numărul de atomi de carbon din lanț.
  2. Determinați poziția legăturii multiple. (Număr după nume).
  3. Determinați poziția radicalilor. (Numărul înaintea numelui).
  4. Scrieți formulele radicalilor.
  5. 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 elementului 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?

Oamenii au ghicit de foarte mult timp că substanțele constau din particule minuscule individuale, acest lucru a fost declarat acum aproximativ 2500 de ani de savantul grec Democrit.

Dar dacă în antichitate oamenii de știință presupuneau doar că substanțele constau din particule individuale, atunci la începutul secolului al XX-lea existența unor astfel de particule a fost dovedită de știință. Particulele care alcătuiesc multe substanțe se numesc molecule 1.

O moleculă a unei substanțe este cea mai mică particulă a acelei substanțe. Cea mai mică particulă de apă este o moleculă de apă, cea mai mică particulă de zahăr este o moleculă de zahăr etc.

Care sunt dimensiunile moleculelor?

Se știe că o bucată de zahăr poate fi zdrobită în boabe foarte mici, iar un bob de grâu poate fi măcinat în făină. Uleiul, răspândit peste apă, formează o peliculă a cărei grosime este de 40.000 de ori mai mică decât grosimea unui păr uman. Dar atât un bob de făină, cât și grosimea unei pelicule de ulei conțin nu una, ci multe molecule. Aceasta înseamnă că dimensiunea moleculelor acestor substanțe este chiar mai mică decât dimensiunea unui bob de făină și grosimea peliculei. Se poate face următoarea comparație: o moleculă este de același număr de ori mai mică decât un măr de mărime medie cu cât mărul este mai mic decât globul.

Moleculele diferitelor substanțe diferă ca mărime, dar toate sunt foarte mici. Instrumentele moderne - microscoapele electronice - au făcut posibilă vizualizarea și fotografiarea celei mai mari molecule (vezi placa color II). Aceste fotografii sunt o confirmare suplimentară a existenței moleculelor.

Deoarece moleculele sunt foarte mici, fiecare corp conține un număr mare de ele. 1 cm 3 de aer contine un asemenea numar de molecule incat daca adunati acelasi numar de boabe de nisip, veti obtine un munte care va acoperi o fabrica mare.

În natură, toate corpurile diferă unele de altele cel puțin într-un fel. Nu există doi oameni să aibă aceleași fețe. Dintre frunzele care cresc pe același copac, nu există două care sunt exact la fel. Nici măcar într-o grămadă de nisip nu vom găsi granule identice de nisip. Milioane de bile pentru rulmenți sunt fabricate în fabrică conform unui singur eșantion, de aceeași dimensiune. Dar dacă măsurați bilele mai precis decât s-a făcut în timpul procesării, puteți fi sigur că nu există două identice printre ele.

Moleculele aceleiași substanțe diferă unele de altele?

1. Moleculă este un cuvânt latin care înseamnă „masă mică”.

Numeroase și complexe experimente au arătat că moleculele aceleiași substanțe sunt identice. Fiecare substanță pură constă din molecule identice unice pentru ea. Acesta este un fapt uimitor. Este imposibil, de exemplu, să distingem apa obținută din suc sau lapte de apa obținută prin distilarea apei de mare, deoarece moleculele de apă sunt aceleași și nicio altă substanță nu este formată din aceleași molecule.

Deși moleculele sunt particule foarte mici de materie, ele sunt și divizibile. Particulele care alcătuiesc moleculele se numesc atomi.

De exemplu, o moleculă de oxigen este formată din doi atomi identici. O moleculă de apă este formată din trei atomi - un atom de oxigen și doi atomi de hidrogen. Figura 14 prezintă două molecule de apă. Această reprezentare schematică a moleculelor este acceptată în știință, corespunde proprietăților moleculelor studiate în experimente fizice și se numește model de molecule.

Fisiunea a două molecule de apă produce patru atomi de hidrogen și doi atomi de oxigen. Fiecare doi atomi de hidrogen se combină pentru a forma o moleculă de hidrogen și fiecare atom de oxigen într-o moleculă de oxigen, așa cum se arată schematic în Figura 15.

De asemenea, atomii nu sunt particule indivizibile; ei sunt formați din particule mai mici numite particule elementare.

Întrebări. 1. Cum se numesc particulele care alcătuiesc substanțele? 2. Din ce observații rezultă că dimensiunile moleculelor sunt mici? 3. Ce știi despre dimensiunile moleculelor? 4. Ce știi despre compoziția moleculei de apă? 5. Ce experimente și raționament arată că toate moleculele de apă sunt la fel?

Exercițiu. După cum știți, picăturile unui lichid uleios se răspândesc pe suprafața apei, formând o peliculă subțire. De ce uleiul încetează să se răspândească la o anumită grosime a peliculei?

Exercițiu. Faceți modele a două molecule de apă din plastilină colorată. Apoi utilizați aceste molecule pentru a realiza modele de molecule de oxigen și hidrogen.