Тема: Метан. Молекулярна, електронна і структурна формули метану, поширення у природі.

Тема: Метан. Молекулярна, електронна і структурна формули метану, поширення у природі.

Мета: познайомити учнів з найпростішим представником органічних речовин – метаном; розглянути будову молекули метану, його молекулярну, структурну і електронну формулу; розкрити поняття «гібридизація електронних орбіталей», з’ясувати який тип гібридизації мають атом Карбону в молекулі метану; поглибити знання про фізичні властивості метану та про поширення метану в природі.

Обладнання: мультимедійна презентація до уроку, кулестержнева модель  молекули метану, таблиця «Типи гібридизації»

Тип уроку: вивчення нового матеріалу

Хід уроку

І. Актуалізація опорних знань.

Перевірка домашнього завдання:  Написати можливі структурні формули для речовини С₅Н₁₂.

Гра з кубиком , «Так чи ні»

(Вчитель по черзі кидає кубик учням. Учень, піймавши кубик, дає відповідь «так» чи «ні», коментує, в разі необхідності дає вірну відповідь.

1.Органічна хімія – це хімія сполук Карбону (так).

2.Карбон в органічних сполуках завжди чотиривалентний (так).

    3.На зовнішньому енергетичному рівні атома Карбону міститься 6  електронів (ні).

    4.В основному стані в атомі Карбону  4 неспарені електрони (ні).

    5.В  збудженому стані в атомі Карбону  2 неспарені електрони (ні).

    6.Атоми Карбону  здатні утворювати як йонні, так і ковалентні сильно полярні   зв’язки (ні).

    7.Атоми Карбону здатні утворювати між собою міцні ковалентні зв’язки і з’єднуватися в довгі ланцюжки або цикли (так).

 8.Основні положення теорії хімічної будови органічних речовин сформулював  Д.І. Менделєєв (ні).

 9. Хімічна будова -  це послідовність з’єднання атомів відповідно до їхньої валентності в молекулі (так).

 10. Властивості речовин залежать тільки від того, атоми яких елементів і в якій кількості утворюють молекулу (ні).

 11.Структурні формули – це такі формули, в яких символи хімічних елементів сполучаються рисочками, кількість яких дорівнює валентності елемента в сполуці  (так).

 12.Ізомери – це речовини,що мають однаковий склад, але різну будову (так).

 13. Ізомери – це речовини, що мають однакові властивості (ні).

 14. Структурні формули бувають розгорнуті та скорочені (так).

 15. До складу вуглеводнів входять С, Н, О та іноді інші елементи (ні).

ІІ. Мотивація навчальної діяльності

Ми почали знайомство з органічними речовинами.  На сьогоднішньому уроці пропоную вам познайомитися з найпростішою органічною речовиною. Цю речовину в побуті називають болотним газом або руддниковим газом. 98% цієї речовини входить до складу природного газу.  Молекулярна формула цієї речовини – СН₄,  ахімічна назва – метан.

Мета уроку: розглянути метан як найпростішу органічну речовину. Познайомитися з будовою молекули метану, типом гібридизації електронних орбіталей атома Карбону. Навчитися писати молекулярну, структурну, електронну формули  молекули. Описати фізичні властивості метану та поглибити знання про поширення метану в природі.

План уроку:

1. Будова молекули метану.
2. Фізичні властивості метану.
3. Поширення метану в природі.

ІІІ. Вивчення нового матеріалу

1. Будова молекули метану.

1. Молекулярна формула метану: СН₄. Тобто до складу молекули входить 1 атом Карбону і 4 атома Гідрогеную.

 Напишіть структурну формулу метану:       

  Н

             | Вчитель демонструє кулестержневу  модель метану.

     Н―С ―Н

             |

            Н

2. Яку будову має  атом Карбону у збудженому стані?

 2S¹     2P³

₊₆С^*1S²2S¹2P³    

На зовнішньому шарі знаходиться 4 електрона: 1S – електрон та 3 Р – електрона. S електрони рухаються по кулеподібній орбіталі, а Р – електрони – по гантелеподібній орбіталі.

 S – орбіталь    та    3                                 Р- орбіталі

Отже валентність Карбону ІV.  Дійсно атом Карбону  в молекулі метану утворює 4 ковалентні полярні зв’зки з атомами Гідрогену. На моделі видно, що всі 4 зв’язки рівноцінні.  Виникає питання: яким чином 1S-електрон і 3 Р-електрони утворюють рівноцінні зв’язки атомами Гідрогену?

Справа в тому, що електрони зовнішнього енергетичного рівня атома Карбону гібридизуються.

Гібридизація – вирівнювання різних орбіталей  одного атома за формою та енергією.

Оскільки гібридизується 1S і 3Р електронні орбіталі,  тому говорять, що в атом Карбону перебуває у стані SР³ – гібридизації. Утворюється 4 гібридні орбіталі.

1S + 3 Р   →   4

3. Як розташовуються ці орбіталі в просторі?

Оскільки електрони мають негативний заряд, то орбіталі відштовхуються. Найдалі  один від одного вони стають тоді, коли кут між осями гібридних  орбіталей становить  109°28'

                           109°28'

4. Як  утворюється молекула  метану?

4 атома Гідрогену мають по 1 електрону. Це S електрони з  кулястою хмарою. Електронні хмари Карбону перекриваються з електронними хмарами Гідрогену. Утворюються ковалентні полярні зв’язки. Молекула має форму тетраедра. (демонстрація молекули)

СН₄ молекулярна формула метану

      електронна формула метану

   Н

             | 

     Н―С ―Н структурна формула метану

             |

            Н

Структурна формула відображає послідовність з’єднання атомів у молекулі, але не відображає їх розміщення в просторі (це площинні схеми молекул)

Реальну будову (розміщення атомів у тривимірному просторі) передають кулестержневі або маштабні моделі молекули. (ст. 127 мал 75, 76 Н.М.Буринська)

2. Фізичні властивості метану. 

1. Газ
2. Безбарвний
3. Без запаху
4. Легший за повітря (Мr(СН₄) = 16, Мr(пов) = 29)
5. Майже не розчиняється у воді, але розчиняється в органічних розчинниках.
6. t_пл = -182,5°С, t_кип = -161,5°С

3. Поширення метану в природі.

Бесіда

1. Метан входить до складу природного газу (98%),  є важливим компонентом попутного нафтового газу.
2. Чимало метану в складі копального газу міститься у кам'яно-вугільних  шахтах , тому його називають рудниковим газом. Вибухи суміші метану з киснем повітря (1:10) часто спричиняють масову загибель шахтарів.

Цікаво! У 19 столітті в сольовій копальні «Камера Спалена», що в горі Величка (Польща), були робітники, яких називали «грішниками, що каються». Вони надягали мокрий одяг з каптурами і повзали шахтами. Тримаючи в руці довгі ціпки, на кінці яких жевріли смолоскипи. У такий  спосіб вони випалювали метан під стелею, не дозволяючи його концентрації сягнути критичної межі.

3. Чимало метану утворюється внаслідок анаеробного бродіння рослинних решток у болотах (тому його  називають болотний газ), річковому мулі, під час перетравлювання їжі великою рогатою худобою. Біогаз – продукт переробки фекалій і сміття – також переважно складається з метану.

Цікаво! Болотний газ хімічними методами вперше дослідив у 1776р. італійський природодослідник Алессандро Вольта і встановив його відмінність від водню. Також це природне джерело метану вивчали Бертолле, Дальтон, Берцеліус тощо. Болотний газ у неглибокій замуленій водоймі збирали в такий спосіб. Товстостінну склянку або пляшку занурювали у воду, аби вона заповнилася рідиною, потім повертали її догори дном, вставляли лійку і збирали метан, розпушуючи дно  за допомогою ціпка. Коли в склянці збирався газ, її закорковували під водою й після цього виймали на поверхню.

4. Трапляється метан і у Всесвіті. Його виявлено в атмосфері планет Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун. Величезні озера рідкого метану є на поверхні Титана, найбільшого з природних супутників Сатурна.
5. Величезні обсяги метану надходять в атмосферу з рисових полів, боліт, тваринних ферм тощо. Науковці стверджують, що це не лише сприяє глобальному потеплінню, а й виснажує озоновий шар планети.

ІV. Узагальнення й систематизація знань.

Розв’яжи   задачі:

1. Обчислити відносну густину метану за повітрям.

Дано:  М (СН₄) 16

           СН₄  D_повСН₄ =   =               =  0,55

 М _пов 29

D_повСН₄

2. Обчислити масу 5л метану.

Дано:  mV m V

V (СН₄) = 5 л υ =            ;   υ =            ;           =

 MV_m M    V_m

m(СН₄) - ? 

 M ∙ V

                               m  =   V_m

16 ∙ 5

 m (CH₄) =    = 3, 57 г

 22,4

3. Обчислити масові частки Карбону і Гідрогену в молекулі  метану.

Дано: Аr (C) 12

СН₄ W(C) =   =                 = 0,75  або 75%

 Mr (CH₄) 16

W(C) – ?

W (H) - ?

 W (H) = 100% - 75% = 25%

Домашнє завдання:

Додаток

Завдання на визначенні однієї правильної відповіді:

1.  ЗНО 2011р.

Якою літерою позначено вторинний атом Карбону в структурній формулі речовини?                                          

Г

  Б

   СН₃

    СН₃

 СН₂  С

Н₃С   СН  СН₃

  СН₃

 А  В  

А

Б

В

Г