Занятие № 13 Молекулы. Модели молекул. Химические формулы.

Кейс

На уроке природоведения пятиклассники изучали вещества и Анна Ивановна – учитель, сказала, что вещества бывают простые и сложные. Однако объяснить, как отличить одни вещества от других она не успела, потому что прозвенел звонок. Но домашнее задание нужно было выполнять. Необходимо было определить: какие из перечисленных веществ относятся к простым, а какие к сложным: вода, цинк, мел, кислород, озон, бертолетова соль, фуллерен, углекислый газ, карбин, фосфин, алмаз.

Тогда Вася решил, что Интернет ему поможет. Действительно, поискав нужную информацию по данной теме, Вася нашел стихотворение:

Если наши атомы
Разновидности одной,
Все тогда понятно,
Класс веществ – простой.
Куча разных атомов
В формуле. Возможно.
Отнесем мы вещество
К группировке сложных.

Как ему может помочь это стихотворение в выполнении домашнего задания Вася так и не понял и позвонил однокласснику Виталику. После общения с одноклассником Вася снова оказался у компьютера и через пять минут домашнее задание было выполнено.

Вопросы:

1. Что посоветовал поискать в сети Интернет Васе Виталик?

2. Сформулируйте определение «простого» и «сложного вещества».

Сейчас химикам известно более 50 млн. веществ. А мы говорили, что элементов-кубиков LEGO всего около 100. И как в LEGO существуют правила соединения элементов, так и химические вещества составляются из атомов строго определенным образом. Есть вещества, которые состоят из атомов одного вида. Их называют простыми. К простым веществам относятся металлы – железо, медь, алюминий, серебро, золото. В воздухе содержатся простые вещества – газы кислород и азот. 

Но большинство известных нам веществ являются сложными веществами, т.е. они состоят из атомов нескольких химических элементов - сахар, вода, углекислый газ, поваренная соль, уксус. Эти вещества можно разложить, т.е. из более сложных получить более простые. Если сахар сильно нагреть без доступа воздуха, он превратится в уголь и воду. Но при нагревании до любых температур в отсутствии других веществ мы не сможем разложить уголь. Уголь – простое вещество и состоит только из атомов одного вида – атомов углерода. При очень сильном нагревании вода способна разложиться на два простых вещества - газы водород и кислород. А вот водород и кислород разложить на более простые нельзя никакими химическими превращениями. 

Но как химикам обозначать вещества – ведь на разных языках они называются по-разному – вода по-английски, по-корейски и по-китайски будет звучать совсем по-разному. И химики придумали свой язык. Как в русском языке из букв составляются слоги, так и в химическом языке из символов химических элементов составляются химические слова – формулы. Например, в поваренной соли содержатся атомы двух видов: на один атом натрия приходится один атом хлора. И на языке химиков химическое слово, обозначающее поваренную соль, будет записано как NaCl. Человек, знающий химию, по формуле вещества может многое сказать про его как физические, так и химические свойства.

В составе многих сложных веществ на один атом одного вида приходится несколько атомов другого вида. Для упрощения записи справа внизу от символа элемента используются цифры, показывающие количество атомов. Например, вода, в которой атомов водорода в два раза больше, чем атомов кислорода, обозначается не ННО, а Н₂О.

Может показаться, что для обозначения простых веществ достаточно использовать просто символы элементов. Так во многих случаях и делают. Простое вещество железо имеет формулу Fe, медь – Cu, неон Ne и т.д. Но, это справедливо не всегда. Оказалось, что атомы кислорода могут соединяться в разные молекулы. Если в молекулу соединится два атома кислорода - О₂, то получится знакомый всем газ кислород, которым мы дышим. Без цвета, без запаха и жизненно необходимый нам. Вы все ощущали запах в воздухе после грозы. Это запах озона – простого вещества, содержащего три атома кислорода – O₃, с совершенно другими свойствами. Это синий газ с резким запахом, в больших количествах крайне ядовитый. Но содержание его в воздухе после грозы крайне мало, так что вам не нужно бояться, что он как-то сможет вам повредить. Как ни странно, такой опасный газ тоже может быть полезным. На расстоянии 12 км от поверхности земли начинается озоновый слой, который не пропускает к нам опасное для жизни ультрафиолетовое излучение Солнца.

Все вещества состоят из устойчивых групп атомов, имеющих постоянный состав. Такая группа атомов называется молекулой. Из молекул могут состоять и простые, и сложные вещества.

Химическая формула вещества отражает состав его молекул. Например, молекула оксида серы состоит из одного атома серы и двух атомов кислорода, формула – SО₂.

Напишите химические формулы:

газа азота - простого вещества, содержащегося в воздухе, в состав молекулы которого входят два атома элемента азота ________________;

угарного газа – очень ядовитого сложного вещества, молекула которого состоит из одного атома углерода и одного атома кислорода ___________________;

углекислого газа, из которого состоят «пузырьки» в газированной воде. Его молекула содержит один атом углерода и два атома кислорода __________;

воды, у которой молекула состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода _____________;

пероксида водорода, дезинфицирующего средства. Его молекула состоит из двух атомов водорода и двух атомов кислорода _____________;

уксусной кислоты, приправы, которую добавляют в маринованные блюда и в майонезы. Ее молекула содержит два атома углерода, четыре атома водорода и два атома кислорода _______________;

всем известного сахара. Его молекула состоит из двенадцати атомов углерода, двадцати двух атомов водорода и одиннадцати атомов кислорода ______.

Как видите, из одних и тех же атомов могут состоять совершенно разные вещества. И ядовитый угарный газ, и безвредный углекислый состоят из атомов углерода и кислорода. И вода, и гибельный для микроорганизмов пероксид водорода содержат водород и кислород. Жидкая, кислая, остро пахнущая уксусная кислота и твердый сладкий сахар тоже состоят из атомов одних и тех же элементов: углерода, водорода и кислорода. Различны лишь количества атомов, которые входят в состав молекул этих веществ.

А чем отличается молекула от смеси атомов? Можно ли просто смешать атомы углерода, водорода и кислорода и получить сахар? Нет, так сделать не получится. Если мы смешаем три вида разных блоков LEGO, то сам по себе из них дом не получится, а если и получится, то вовсе не то, что мы бы хотели построить. Ведь блоки LEGO «не знают» что мы хотим построить, их надо соединить между собой по определенным правилам. Та же ситуация и для атомов – чтобы получилась нужная молекула – атомы нужно соединить, причем в строго определенном порядке и по своим правилам. Возвращаясь к вопросу о различиях молекулы и смеси атомов - в молекуле атомы связаны друг с другом, и смесь всегда можно разделить, а если разделить атомы в молекуле, то получится молекула другого вещества, с другими химическими и физическими свойствами. Причем связываются атомы всегда по своим правилам - для химических слов есть своя грамматика. Например, к углероду можно присоединить один атом кислорода и получится угарный газ CO, или два, чтобы получился углекислый газ CO₂. Но присоединить шесть атомов – CO₆ – невозможно в принципе. Почему так получается? Атомы действительно очень похожи на блоки конструктора LEGO. У каждого атома есть возможность образовывать только определенное количество связей. Например, у атома водорода есть только одна связь, а кислород всегда образует две. Углерод обычно образует четыре связи, азот – три. Поэтому молекула CO₆ невозможна. Чтобы она получилась, углерод должен иметь двенадцать связей, а у него их всего четыре. Тогда может ли существовать CO₄? Тоже нет, потому что в молекуле не должно быть «лишних» связей, поэтому один атом углерода с четырьмя связями может присоединить только два атома кислорода, с двумя связями каждый, и между атомом углерода и каждым кислородом будет по две связи.  

Практическая работа № 9 «Моделирование химических формул».

Соберите из спичек (или зубочисток) и пластилина модели следующих веществ: кислород O₂, азот N₂, вода H₂O, аммиак NH₃, метан CH₄, этан С₂Н₆, этилен C₂H₄, ацетилен C₂H₂. 

Атомы изображайте в виде шариков, атомы разных элементов обозначайте разными цветами. Связи между атомами делайте в виде спичек.

Не забудьте, что атом H образует только одну связь, О – 2 связи, N - 3 связи, а С - 4 связи.

Не забудьте, что атом H образует только одну связь, О – 2 связи, N - 3 связи, а С- 4 связи.