Wiązania chemiczne
jak przedstawimy wiązania chemiczne w modelach kulkowo-pręcikowych
Kulkowo-pręcikowe modele do nauczania chemii - założenia konstrukcyjne
„Atomy w molekule” i „w sieci kryształu”
opis elementu
przejdź ... »
Modele cząsteczek
modelowanie kształtów cząsteczek pierwiastków i związków chemicznych za pomocą modeli kulkowo-pręcikowych
Założenia konstrukcyjne
Elementy strukturalne modeli związków chemicznych i wybranych sieci kryształów - Instrukcja M&C Lab (dawniej strona 4)
Elementy strukturalne modeli cząsteczek oraz złożone modele cząsteczek i sieci kryształów są szczególnie cenną pomocą dydaktyczną w nauczaniu chemii, biologii czy fizyki. Modele cząsteczek mogą dostarczyć wielu cennych wiadomości w krótkim czasie i w przystępnej formie. Zależności i wnioski wyprowadzone w oparciu o badanie czy obserwację tzw. modeli pręcikowo-kulkowych przenieść można na realne cząsteczki i powiązać z właściwościami makroskopowymi odpowiednich substancji. Ich olbrzymie znaczenie dydaktyczne polega na tym, że dzięki nim uczniowie mogą sami rozwiązać wiele problemów bądź przewidzieć właściwości nieznanych im jeszcze substancji lub prognozować prawdopodobny przebieg nowych procesów chemicznych.
Celem niniejszej instrukcji jest przedstawienie podstawowych zasad budowy modeli jak też wskazanie kilku wybranych przykładów ich wykorzystania w nauczaniu
Założenia konstrukcyjne
Rys. 1.
Podstawowe parametry opisujące element strukturalny
r - promień kulki, d - długość pręcika, α - kąt walencyjny, r + dł Rcov
gdzie: Rcov - promień kowalencyjny dla wiązania pojedynczego
Założenia konstrukcyjne
Kąty pomiędzy pręcikami odzwierciedlają przestrzenny rozkład par elektronowych wokół atomu centralnego zgodnie z teorią Sidwicka - Powella (znaną pod nazwą: teoria VSEPR Gillespiego - Nyholma). W zestawach M&C Lab standardowo występują elementy obrazujące rozkład do 6 par elektronowych włącznie.
Elementem strukturalnym reprezentującym „atom w molekule” jest kulka z wystającymi pod określonymi kątami i o określonych długościach pręcikami metalowymi (w specjalnych przypadkach - pręciki polipropylenowe). Ponadto w zestawie występują elementy reprezentujące wiązania chemiczne:
- rurki polipropylenowe do reprezentowania wiązań pojedynczych, (typu s)
- rurki polietylenowe do reprezentowania wiązań wielokrotnych („bananowych” lub typu p)
- płaty orbitalowe typu p i łącznik typu p, do reprezentowania wiązań wielokrotnych.
Podstawowe założenia dotyczące wartości promienia kulki i długości pręcików przedstawiono na rysunku 1.
Należy pamiętać, że element strukturalny reprezentuje "atom (jon) w molekule", zgodnie z użytym przez L. Paulinga określeniem w odniesieniu do elektroujemności. Oznacza to, że tak możemy wyobrażać sobie rozkład przestrzenny par elektronowych powłoki walencyjnej atomu związanego. Potocznie przyjęte sformułowanie "reprezentuje atom" uznać należy jako niewłaściwe i powodujące szereg błędów interpretacyjnych, gdyż w tym znaczeniu mamy na myśli atom swobodny. Łącząc ze sobą poszczególne elementy strukturalne za pomocą łączników otrzymujemy model odzwierciedlający budowę przestrzenną molekuły, oczywiście w ramach stosowanego przybliżenia.
Tworzenie modeli cząsteczek.
W celu zbudowania modelu cząsteczki należy połączyć ze sobą za pomocą odpowiednich łączników właściwe elementy strukturalne reprezentujące „atomy (jony) w molekule”, tworząc modelową reprezentację wiązania chemicznego.
1. Do tworzenia wiązań pojedynczych lub zaznaczania obecności wiązania pomiędzy elementami reprezentującymi „atomy (jony) w molekule” w zestawach występują łączniki polipropylenowe o wybranych długościach oznaczone symbolem B-1. Umożliwiają one rotację atomów wokół wiązań pojedynczych. Łączniki te wykorzystywane są także przy budowie modeli makrocząsteczek oraz sieci kryształów.
Zasadę łączenia elementów strukturalnych w model cząsteczki przedstawiono na rysunku 2.
2. Do tworzenia wiązań wielokrotnych w ramach koncepcji wiązań zgiętych ("bananowych") służą polietylenowe łączniki o wybranych długościach oznaczone symbolem B-2.
Zasadę modelowania cząsteczki przedstawiono na rysunku 3.
Modelowanie wiązań pojedynczych
na przykładzie cząsteczki H2O, rys. 2
Modelowanie wiązań wielokrotnych
na przykładzie cząsteczki O2, rys. 3
3. Do tworzenia wiązań wielokrotnych można wykorzystać łączniki typu B-1, które reprezentują wiązanie typu s oraz parę łączników typu B-2, która obrazuje obecność wiązania p.
Zasadę modelowania przedstawiono na rysunku 4.
4. Płaty orbitalowe typu p oznaczone symbolem P-1 oraz P-2 wraz z łącznikiem P-3 umożliwiają przedstawienie idei tworzenia się wiązania chemicznego w ramach współczesnych teorii probabilistycznych. Odpowiednie elementy reprezentujące "atomy w molekule" wraz z w/w elementami wiązania chemicznego pozwalają na obrazowanie wiązań pojedynczych i wielokrotnych, jak to pokazano na rysunkach 5 i 6.
Modelowanie wiązań wielokrotnych
na przykładzie wiązania podwójnego C=C, rys. 4
Modelowanie wiązań z wykorzystaniem płatów orbitalowych
na przykładzie C-C i C=C, rys. 5 i 6
