Melkein samanaikaisesti kaksi tieteellistä ryhmää eri puolilta maailmaa onnistui toteuttamaan sähkömagneettisen indusoiman läpinäkyvyyden vaikutuksen yhdessä atomissa. Ainutlaatuista on, että jotkut tutkijat saavuttivat menestystä käyttämällä oikeita atomeja ja toiset käyttämällä ihmisen valmistamia analogeja.

EIT (electromagnetically Induced Transparency) -vaikutus tunnetaan ympäristön luomisesta, jossa absorptiospektrissä on hyvin kapea aukko. Tämä ilmiö on helpoimmin tallennettavissa, kun kolmitasoinen kvanttijärjestelmä (kuten alla olevassa kuvassa on esitetty) altistuu kahdelle resonanssikentälle, joiden taajuudet ovat erilaiset.

Tätä energiatasojen rakennetta, jossa on kaksi läheistä alempaa tilaa ja ylempi, joka on erotettu niistä optisen alueen kvantin energialla, kutsutaan yleensä Λ-kaavioksi.

Kaavioesitys kokeesta rubidiumatomilla ja kolmitasojärjestelmällä, jossa tilan energia kerrostuu pystysuunnassa. Kaksi alempaa tasoa on sijoitettu vaakatasoon selvyyden vuoksi. Siniset nuolet osoittavat mittaussädettä, oranssit nuolet osoittavat ohjaussädettä (kuva Martin Mucke et al.).

EIT:n olemus voidaan kuvata seuraavasti: ohjauskentän toiminta Λ-piirin yhdessä "haarassa" (siirtymä toisen ja kolmannen tason välillä) tekee järjestelmästä läpinäkyvän testikenttään (ensimmäisen - kolmannen tason siirtyminen taso), joka toimii toisessa "kädessä".

Toisin sanoen järjestelmä tulee läpinäkyväksi kahden valokentän yhdistelmälle, kun niiden taajuuksien ero osuu yhteen kahden alemman tason välisen siirtymätaajuuden kanssa.

On huomattava, että EIT-ilmiö tarjoaa mielenkiintoisia mahdollisuuksia valon etenemisen tutkimiseen. Siten absorptiospektrin notkahdusalueella väliaineen taitekerroin vaihtelee erittäin jyrkästi. Tietyissä olosuhteissa tämä voi johtaa esimerkiksi kolossaaliseen valon etenemisnopeuden laskuun väliaineessa.

Se on EIT-ilmiö, joka on taustalla tunnetuille kokeille "hidastamalla" valoa, jotka myöhemmin johtivat sellaisen viihdyttävän laitteen luomiseen kuin "sateenkaariloukku", joka esittelee jäätynyttä valoa näkyvällä taajuusalueella.

Kaavio näyttää suhteellisen läpäisykyvyn ja kontrastin (eli eron lukemissa, kun kontrollilaser käynnistetään ja sammutetaan) kokeissa, joissa on mukana eri atomimäärä (kuva Martin Mucke et al.).

Ensimmäisen tarkasteltavan työn kirjoittajat saksalaisesta Max Planck Institute for Quantum Opticsista (MPQ) valitsivat kokeen suorittamiseen rubidiumatomit 87 Rb, koska tämän metallin energiatasojen järjestäminen mahdollistaa Λ-kaavion rakentamisen.

Tutkijoiden mukaan, joiden artikkeli on julkaistu julkisesti (PDF-dokumentti), he käyttivät yhtä atomia, joka sijaitsee optisessa resonaattorissa. Kun ohjauslaser käynnistettiin, toisella (koe)laserilla arvioitu suhteellinen läpäisy oli 96 %. Säätösäteilyn sammuttamisen jälkeen arvo laski 20 %.

Mikä on varsin loogista, atomien määrän kasvaessa suurin suhteellinen läpäisykyky pieneni suhteellisesti: siten seitsemän rubidiumatomin sisällyttäminen kokeeseen antoi kertoimen vain 78%.

Samalla EIT-ilmiö kuitenkin korostui, ja seitsemän atomin tapauksessa, kun ohjauslaser sammutettiin, suhteellinen läpäisykyky putosi välittömästi 60 %.

Musta viiva osoittaa suhteellista läpäisykykyä "tyhjän" optisen resonaattorin tapauksessa, punainen viiva atomien läsnä ollessa ja sininen viiva EIT-ilmiön tapauksessa. Eri kaaviot heijastavat kokeita eri atomimäärillä (N) (kuva Martin Mucke et al.).

Toisen tutkimuksen samasta aiheesta suoritti tieteellinen ryhmä, johon kuului asiantuntijoita Japanista, Uzbekistanista, Iso-Britanniasta ja Venäjältä. Fyysikot eivät tyytyneet olemassa oleviin elementteihin, vaan loivat keinotekoisen "atomin", jossa myös EIT-vaikutusta testattiin onnistuneesti.

Liitännät sisään nanoelektroniikka, jotka on toteutettu yhdellä atomilla, eivät ole niin hauraita, miltä ne ensi silmäyksellä näyttävät. Amerikkalaisten tutkijoiden äskettäiset kokeet nanomittakaavan "silloilla" kahden makroskooppisen metallikappaleen välillä osoittavat, että sidos jäykistyy, kun "sillan" leveys pienenee yhteen atomiin. Nämä tulokset ovat yhdenmukaisia ​​sen oletuksen kanssa, että tällaisissa mittakaavassa pintavoimat.

Teknologian kehitys on vihdoin saavuttanut atomiset mittasuhteet. Laitteet, joiden komponentit ovat samaa luokkaa kuin aineen atomit, eivät ole enää tunne. Nykyään esimerkiksi elektroniikkapiirin "kytkentäjohdot" voivat olla noin 100 atomia leveät, eikä tämä ole raja. Koko ajan pienenevän koon vuoksi tutkijoiden on tehtävä uusia tutkimuksia, jotka osoittavat, kuinka koko vaikuttaa materiaalin ominaisuuksiin, erityisesti kestävyyteen ja mekaaniseen lujuuteen.

Toinen tähän suuntaan liittyvä työ julkaisi ryhmä New Yorkin osavaltion yliopistosta (USA). Heidän tulokset julkaistiin lehdessä Fyysinen arvostelu B. Tutkimuksen kohteena olivat kultakärkien ja pinnan välille muodostuneet pienet kontaktit. Kokeet ovat osoittaneet, että sellaiset yhdisteet (jotka voivat olla jopa 1 atomin ohuita) niillä on erityisiä sähköisiä ja mekaanisia ominaisuuksia.

Yleensä tutkijat käyttävät koskettimen paksuuden arvioimiseksi jännitteen tuloksena olevaan "sillaan" ja mittaavat koskettimen sähkönjohtavuuden. Aiemmat kokeet ovat osoittaneet, että tässä konfiguraatiossa, kun pinnan ja kärjen välinen etäisyys kasvaa ("sillan" pidentyessä ja leveyden pienentyessä), johtavuus laskee äkillisesti. Tämä johtuu siitä, että kontaktiatomit järjestäytyvät uudelleen niin, että kontaktiatomien lukumäärä pienenee useista sadaista yhteen. Ryhmä amerikkalaisia ​​tutkijoita asetti itselleen tehtävän tutkia tätä uudelleenjärjestelyä mekaanisesta näkökulmasta.

Tarvittavien tietojen saamiseksi tutkijat käyttivät mekaanista rasitusta kosketukseen ja muuttivat "sillan" pituutta 4 pikometrin välein (tätä varten kärki kiinnitettiin ulokkeeseen, mikä mahdollisti paitsi muutosten mittaamisen "sillan" koko, mutta myös voimassa olevat vaihtelut). Kuten tiedetään, kohdistetun mekaanisen voiman suhde pituuden muutokseen antaa parametrin, kuten jäykkyyden (tai siihen liittyvän ominaisuuden nimeltä Youngin moduuli, joka määrittää materiaalin vasteen ulkoiseen vaikutukseen geometrisista mitoista riippumatta).

Koskettimen leveyden pienentyessä atomivoimat muuttuvat siten, että jäykkyyden täytyy kasvaa. Aiemmat kokeet ovat jo tarjonneet todisteita tästä tosiasiasta; mutta niitä sovellettiin rajoitetulla asteikolla. Amerikkalaiset tutkijat havaitsivat samanlaisia ​​ilmiöitä alle 1 nm:n kosketusleveyksillä. Heidän tietojensa mukaan koskettimen kaventuessa 1 atomiin koskettimen jäykkyys osoittautuu lähes kaksi kertaa niin suureksi kuin "tavallisen" kullan jäykkyys.

Päätutkimuksen lisäksi tutkijat selittivät, miksi kahden metallikappaleen väliin muodostuneet kapeat "puristumat" voivat muuttua pintavoimien vaikutuksesta odottamattomilla tavoilla.

Jatkotyö tähän suuntaan voisi selittää kuinka esineiden erilaiset mikroskooppiset ominaisuudet yhdistyvät muodostamaan makroskooppisia ominaisuuksia.

Nanoelektroniikan yhteydet, jotka on toteutettu käyttämällä yhtä atomia, eivät ole niin hauraita kuin miltä ne ensi silmäyksellä näyttävät. Amerikkalaisten tutkijoiden äskettäiset kokeet nanomittakaavan "silloilla" kahden makroskooppisen metallikappaleen välillä osoittavat, että sidos jäykistyy, kun "sillan" leveys pienenee yhteen atomiin. Nämä tulokset ovat yhdenmukaisia ​​sen oletuksen kanssa, että pintavoimat hallitsevat näillä asteikoilla.

Teknologian kehitys on vihdoin saavuttanut atomiset mittasuhteet. Laitteet, joiden komponentit ovat samaa luokkaa kuin aineen atomit, eivät ole enää tunne. Nykyään esimerkiksi elektroniikkapiirin "kytkentäjohdot" voivat olla noin 100 atomia leveät, eikä tämä ole raja. Koko ajan pienenevän koon vuoksi tutkijoiden on tehtävä uusia tutkimuksia, jotka osoittavat, kuinka koko vaikuttaa materiaalin ominaisuuksiin, erityisesti kestävyyteen ja mekaaniseen lujuuteen.

Toinen tähän suuntaan liittyvä työ julkaisi ryhmä New Yorkin osavaltion yliopistosta (USA). Heidän tulokset julkaistiin Physical Review B -lehdessä. Tutkimus keskittyi kultakärkien ja pinnan välille muodostuneisiin pieniin kosketuksiin. Kokeet ovat osoittaneet, että tällaisilla yhdisteillä (jotka voivat olla jopa 1 atomin ohuita) on erityisiä sähköisiä ja mekaanisia ominaisuuksia.

Yleensä tutkijat käyttävät koskettimen paksuuden arvioimiseksi jännitteen tuloksena olevaan "sillaan" ja mittaavat koskettimen sähkönjohtavuuden. Aiemmat kokeet ovat osoittaneet, että tässä konfiguraatiossa, kun pinnan ja kärjen välinen etäisyys kasvaa ("sillan" pidentyessä ja leveyden pienentyessä), johtavuus laskee äkillisesti. Tämä johtuu siitä, että kontaktiatomit järjestäytyvät uudelleen niin, että kontaktiatomien lukumäärä pienenee useista sadaista yhteen. Ryhmä amerikkalaisia ​​tutkijoita asetti itselleen tehtävän tutkia tätä uudelleenjärjestelyä mekaanisesta näkökulmasta.

Tarvittavien tietojen saamiseksi tutkijat käyttivät mekaanista rasitusta kosketukseen ja muuttivat "sillan" pituutta 4 pikometrin välein (tätä varten kärki kiinnitettiin ulokkeeseen, mikä mahdollisti paitsi muutosten mittaamisen "sillan" koko, mutta myös voimassa olevat vaihtelut). Kuten tiedetään, kohdistetun mekaanisen voiman suhde pituuden muutokseen antaa parametrin, kuten jäykkyyden (tai siihen liittyvän ominaisuuden nimeltä Youngin moduuli, joka määrittää materiaalin vasteen ulkoiseen vaikutukseen geometrisista mitoista riippumatta).

Koskettimen leveyden pienentyessä atomivoimat muuttuvat siten, että jäykkyyden täytyy kasvaa. Aiemmat kokeet ovat jo tarjonneet todisteita tästä tosiasiasta; mutta niitä sovellettiin rajoitetulla asteikolla. Amerikkalaiset tutkijat havaitsivat samanlaisia ​​ilmiöitä alle 1 nm:n kosketusleveyksillä. Heidän tietojensa mukaan koskettimen kaventuessa 1 atomiin koskettimen jäykkyys osoittautuu lähes kaksi kertaa niin suureksi kuin "tavallisen" kullan jäykkyys.

Päätutkimuksen lisäksi tutkijat selittivät, miksi kahden metallikappaleen väliin muodostuneet kapeat "puristumat" voivat muuttua pintavoimien vaikutuksesta odottamattomilla tavoilla.

Jatkotyö tähän suuntaan voisi selittää kuinka esineiden erilaiset mikroskooppiset ominaisuudet yhdistyvät muodostamaan makroskooppisia ominaisuuksia.

Hapetustila

Ehdollisen maksun näkyvyydestä

Jokainen opettaja tietää, kuinka paljon kemian ensimmäinen vuosi merkitsee. Onko se ymmärrettävää, mielenkiintoista, tärkeää elämässä ja ammatin valinnassa? Paljon riippuu opettajan kyvystä vastata oppilaiden "yksinkertaisiin" kysymyksiin helposti ja visuaalisesti.

Yksi näistä kysymyksistä on: "Mistä aineiden kaavat tulevat?" – edellyttää "hapetustilan" käsitteen tuntemusta.

"Hapettumistilan" käsitteen muotoilu "yhdisteen kemiallisten alkuaineiden atomien ehdollisena varauksena, joka on laskettu sillä oletuksella, että kaikki yhdisteet (sekä ioniset että kovalenttisesti polaariset) koostuvat vain ioneista" (katso: Gabrielyan O.S. Kemia-8. M.: Bustard, 2002,
Kanssa. 61) on harvojen opiskelijoiden saatavilla, jotka ymmärtävät atomien välisten kemiallisten sidosten muodostumisen luonteen. Useimpien ihmisten on vaikea muistaa tätä määritelmää. Ja mitä varten?

Määritelmä on askel kognitiossa ja siitä tulee työväline, kun sitä ei ulkoa, vaan se muistetaan, koska se on ymmärrettävää.

Uuden aineen opiskelun alussa on tärkeää havainnollistaa selkeästi abstraktit käsitteet, joita on erityisen paljon 8. luokan kemian kurssilla.

Juuri tätä lähestymistapaa haluan ehdottaa ja muodostaa käsite "hapetustila" ennen kemiallisten sidostyyppien tutkimista ja perustana sen muodostumismekanismin ymmärtämiselle.

Kahdeksasluokkalaiset oppivat ensimmäisistä tunneista lähtien käyttämään kemiallisten alkuaineiden jaksollista taulukkoa vertailutaulukona atomien rakennekaavioiden laatimiseen ja niiden ominaisuuksien määrittämiseen valenssielektronien lukumäärän perusteella.
Kun aloitan muotoilemaan "hapetustilan" käsitettä, opetan kaksi oppituntia.
Oppitunti 1.

Miksi ei-metalliset atomit ovat

yhdistää toisiinsa?

Ollaan luovia. Miltä maailma näyttäisi, jos atomit eivät yhdistyisi, jos molekyylejä, kiteitä ja suurempia muodostumia ei olisi? Vastaus on hämmästyttävä: maailma olisi näkymätön. Fyysisten ruumiiden, elävien ja elottomien, maailmaa ei yksinkertaisesti olisi olemassa! Seuraavaksi keskustelemme siitä, yhdistyvätkö kaikki kemiallisten alkuaineiden atomit. Onko luonnossa yksittäisiä atomeja? Osoittautuu, että niitä on - nämä ovat jalokaasujen (inerttien) atomeja. Vertailemme jalokaasuatomien elektronirakennetta ja selvitämme valmiiden ja vakaiden ulkoisten energiatasojen erityispiirteet: Ilmaus "ulkoiset energiatasot ovat täydellisiä ja vakaita" tarkoittaa, että nämä tasot sisältävät maksimimäärän elektroneja (heliumatomissa on 2 Seuraavaksi keskustelemme siitä, yhdistyvätkö kaikki kemiallisten alkuaineiden atomit. Onko luonnossa yksittäisiä atomeja? Osoittautuu, että niitä on - nämä ovat jalokaasujen (inerttien) atomeja. Vertailemme jalokaasuatomien elektronirakennetta ja selvitämme valmiiden ja vakaiden ulkoisten energiatasojen erityispiirteet:).

e

, muiden jalokaasujen atomeille – 8

Atomikaavioiden avulla opiskelijat arvaavat, miksi kahden H- ja yhden O-atomin yhdistäminen molekyyliksi on hyödyllistä. Yksittäisten elektronien syrjäyttämisen seurauksena kahdesta vetyatomista happiatomin ulkoenergiatasolla on kahdeksan elektronia. Opiskelijat ehdottavat erilaisia ​​tapoja atomien keskinäiseen järjestykseen. Valitsemme symmetrisen vaihtoehdon korostaen, että luonto elää kauneuden ja harmonian lakien mukaan:

Atomien yhdistäminen johtaa niiden sähköisen neutraaliuden menettämiseen, vaikka molekyyli kokonaisuudessaan on sähköisesti neutraali:

Tuloksena oleva maksu määritellään ehdollisena, koska

se on "piilotettu" sähköisesti neutraalin molekyylin sisään.

Muotoillaan "elektronegatiivisuuden" käsite: happiatomilla on ehdollinen negatiivinen varaus -2, koska hän syrjäytti kaksi elektronia vetyatomeista itseään kohti. Tämä tarkoittaa, että happi on elektronegatiivisempi kuin vety. Kirjoitamme muistiin: Elektronegatiivisuus (EO) on atomien ominaisuus syrjäyttää valenssielektroneja muista atomeista itseään kohti.

Työskentelemme epämetallien elektronegatiivisuussarjan kanssa. Jaksollisen taulukon avulla selitämme fluorin suurimman elektronegatiivisuuden.

Yhdistämällä kaikki edellä mainitut, muotoilemme ja kirjoitamme hapetustilan määritelmän.

Hapetustila on yhdisteen atomien ehdollinen varaus, joka on yhtä suuri kuin elektronien lukumäärä, jotka ovat siirtyneet atomeihin, joilla on korkeampi elektronegatiivisuus.

Termi "hapetus" voidaan selittää myös elektronien luovutukseksi elektronegatiivisemman alkuaineen atomeille, mikä korostaa, että kun eri ei-metallien atomit yhdistyvät, tapahtuu usein vain elektronien siirtyminen elektronegatiivisempaan ei-metalliin. Siten elektronegatiivisuus on ei-metalliatomien ominaisuus, joka heijastuu nimessä "Ei-metallien elektronegatiivisuussarja".

Ranskalaisen tiedemiehen Joseph Louis Proustin vuosina 1799–1806 löytämän aineiden koostumuksen pysyvyyslain mukaan jokaisella kemiallisesti puhtaalla aineella on paikasta ja valmistustavasta riippumatta sama vakiokoostumus. Tämä tarkoittaa, että jos Marsissa on vettä, se on sama "tuhka-kaksi-o"!

Materiaalin vahvistamiseksi tarkistamme hiilidioksidikaavan "oikeuden" laatimalla kaavion CO 2 -molekyylin muodostumisesta: Atomit, joilla on eri elektronegatiivisuus, yhdistyvät: hiili (EO = 2,5) ja happi (EO = 3,5). Valenssielektronit (4 e Atomit, joilla on eri elektronegatiivisuus, yhdistyvät: hiili (EO = 2,5) ja happi (EO = 3,5). Valenssielektronit (4) hiiliatomit siirtyvät kahdeksi happiatomiksi (2 Atomit, joilla on eri elektronegatiivisuus, yhdistyvät: hiili (EO = 2,5) ja happi (EO = 3,5). Valenssielektronit (4– yhteen atomiin O ja 2

Yhdistämällä atomit täydentävät, tekevät niiden ulkoisesta energiatasosta vakaan (täydennä se arvoon 8 Atomit, joilla on eri elektronegatiivisuus, yhdistyvät: hiili (EO = 2,5) ja happi (EO = 3,5). Valenssielektronit (4). Tästä syystä kaikkien alkuaineiden atomit, paitsi jalokaasut, yhdistyvät keskenään. Jalokaasujen atomit ovat yksittäisiä, niiden kaavat kirjoitetaan alkuaineen merkillä: He, Ne, Ar jne.

Jalokaasuatomien, kuten kaikkien vapaassa tilassa olevien atomien, hapetusaste on nolla:

Tämä on ymmärrettävää, koska atomit ovat sähköisesti neutraaleja.

Yksinkertaisten aineiden molekyylien atomien hapetusaste on myös nolla:

Kun saman alkuaineen atomit liittyvät toisiinsa, elektronien siirtymistä ei tapahdu, koska niiden elektronegatiivisuus on sama.

Käytän paradoksitekniikkaa: kuinka kaksiatomisissa kaasumolekyyleissä olevat ei-metalliatomit, esimerkiksi kloori, täydentävät ulkoista energiatasoaan kahdeksaan elektroniin?

Esitetään kysymys kaavamaisesti näin: Atomit, joilla on eri elektronegatiivisuus, yhdistyvät: hiili (EO = 2,5) ja happi (EO = 3,5). Valenssielektronit (4 Valenssielektronisiirrot (

) ei tapahdu, koska Molempien klooriatomien elektronegatiivisuus on sama.

Tämä kysymys hämmentää oppilaita.

Vihjeenä ehdotetaan harkitsemaan yksinkertaisempaa esimerkkiä - kaksiatomisen vetymolekyylin muodostumista.

Opiskelijat ymmärtävät nopeasti, että koska elektronien siirtyminen on mahdotonta, atomit voivat yhdistää elektroninsa. Tällaisen prosessin kaavio on seuraava:

Valenssielektronit jaetaan, yhdistäen atomit molekyyliksi, ja molempien vetyatomien ulkoinen energiataso tulee täydelliseksi.

Ehdotan valenssielektronien kuvaamista pisteinä. Silloin yhteisen elektroniparin tulisi sijaita atomien välisellä symmetria-akselilla, koska

Kun saman kemiallisen alkuaineen atomit yhdistyvät, elektronien siirtymistä ei tapahdu.

Näin ollen vetyatomien hapetusaste molekyylissä on nolla:

Tämä luo pohjan kovalenttisten sidosten jatkotutkimukselle.

Palataan diatomisen kloorimolekyylin muodostumiseen. Yksi opiskelijoista arvaa ehdottavansa seuraavaa kaaviota klooriatomien yhdistämiseksi molekyyliksi:

Kotitehtävissä sinun täytyy pystyä siirtymään pois mallista. Joten laatiessaan kaaviota happimolekyylin muodostumisesta opiskelijoiden on kuvattava ei yksi, vaan kaksi yhteistä elektroniparia atomien välisellä symmetria-akselilla:

Kloorivetymolekyylin muodostuskaaviossa tulisi näyttää yhteisen elektroniparin siirtyminen elektronegatiivisempaan klooriatomiin:

HCl-yhdisteessä atomien hapetustilat ovat: H – +1 ja Cl – –1.

Siten hapetustilan määritelmä atomien ehdollisena varauksena molekyylissä, joka on yhtä suuri kuin elektronien lukumäärä, jotka ovat siirtyneet atomeihin, joilla on korkeampi elektronegatiivisuus, mahdollistaa paitsi tämän käsitteen selkeän ja saavutettavan muotoilun, myös sen tekemisen perusta kemiallisen sidoksen luonteen ymmärtämiselle.

Työskentelemällä periaatteella "ensin ymmärrä ja sitten muista" käyttämällä paradoksitekniikkaa ja luomalla ongelmatilanteita luokkahuoneessa, voit saada paitsi hyviä oppimistuloksia, myös saavuttaa monimutkaisimpien abstraktien käsitteiden ja määritelmien ymmärtämisen.

Oppitunti 2.
Metalliatomien yhdistäminen
ei-metallien kanssa

klo kotitehtävien tarkistaminen Kehotan opiskelijoita vertaamaan kahta versiota visuaalisesta esityksestä atomien liittämisestä molekyyliin.

Vaihtoehdot molekyylien muodostumisen kuvaamiseen

M o l e c u l a f t o r F 2

Vaihtoehto 1.

Yhden kemiallisen alkuaineen atomit yhdistetään.

Atomien elektronegatiivisuus on sama.

Valenssielektronien siirtymää ei ole.

Kuinka fluorimolekyyli F2 muodostuu, ei ole selvää.

Vaihtoehto 2.
Identtisten atomien valenssielektronien paritus

Kuvaamme fluoriatomien valenssielektroneja pisteinä:

Pariton Fluoriatomien valenssielektronit muodostivat yhteisen elektroniparin, joka on kuvattu molekyylin kaaviossa symmetria-akselilla.

Koska valenssielektronien syrjäytymistä ei tapahdu, fluoriatomien hapetusaste F2-molekyylissä on nolla.

Fluoriatomien yhdistäminen molekyyliksi yhteistä elektroniparia käyttämällä oli molempien fluoriatomien valmis kahdeksan elektronin ulkotaso.

Happimolekyylin O2 muodostumista tarkastellaan samalla tavalla.

Vaihtoehto 1.
M o l e k l u c l o f o r O 2

Atomirakennekaavioiden käyttö
Vaihtoehto 2.

Identtisten atomien valenssielektronien paritus

Vaihtoehto 1.
Kloorivetymolekyyli HCl

Atomirakennekaavioiden käyttö

Atomien yhdistämisen seurauksena HCl-molekyyliksi vetyatomi "menetti" (kaavion mukaan) valenssielektroninsa ja klooriatomi lisäsi ulkoisen energiatasonsa kahdeksaan elektroniin.

Atomirakennekaavioiden käyttö
Eri atomien valenssielektronien parittaminen

Vety- ja klooriatomien parittomat valenssielektronit muodostivat yhteisen elektroniparin, joka siirtyi elektronegatiivisempaan klooriatomiin. Tämän seurauksena atomeihin muodostui tavanomaisia ​​varauksia: vetyatomin hapetusaste on +1, klooriatomin hapetusaste -1.

Kun atomit yhdistetään molekyyliksi käyttämällä yhteistä elektroniparia, niiden ulkoiset energiatasot tulevat täydelliseksi. Vetyatomin ulkotasosta tulee kaksielektroninen, mutta se siirtyy elektronegatiivisemmalle klooriatomille, ja klooriatomin ulkotasosta tulee vakaa kahdeksanelektroninen.

Pysähdytään yksityiskohtaisemmin viimeiseen esimerkkiin - HCl-molekyylin muodostumiseen. Kumpi kaava on tarkempi ja miksi? Opiskelijat huomaavat merkittävän eron. Atomikaavioiden käyttö HCl-molekyylin muodostuksessa sisältää valenssielektronin siirtymisen vetyatomista elektronegatiivisempaan klooriatomiin.

Muistutan teitä siitä, että elektronegatiivisuus (atomien ominaisuus syrjäyttää valenssielektroneja muista atomeista) on ominaista kaikille elementeille vaihtelevassa määrin.

Opiskelijat päättelevät, että atomikaavioiden käyttö HCl:n muodostuksessa ei mahdollista elektronien siirtymistä elektronegatiivisempaan alkuaineeseen.

Valenssielektronien esittäminen pisteillä selittää tarkemmin kloorivetymolekyylin muodostumisen. Kun H- ja Cl-atomit sitoutuvat, tapahtuu vetyatomin valenssielektronin siirtymä (kaaviossa - poikkeama symmetria-akselista) elektronegatiivisempaan klooriatomiin. Tämän seurauksena molemmat atomit saavat tietyn hapetustilan. Parittomat valenssielektronit eivät vain muodostaneet yhteistä elektroniparia, joka yhdisti atomit molekyyliksi, vaan myös täydensivät molempien atomien ulkoiset energiatasot. Kaaviot F 2- ja O 2 -molekyylien muodostamiseksi atomeista ovat myös ymmärrettävämpiä, kun valenssielektroneja kuvataan pisteinä.

Noudatetaan edellisen oppitunnin esimerkkiä pääkysymyksellä "Mistä aineiden kaavat tulevat?"

Opiskelijoita pyydetään vastaamaan kysymykseen: "Miksi ruokasuolan kaava on NaCl?"

Sanotaan: natrium on alaryhmän Ia alkuaine, sillä on yksi valenssielektroni, joten se on metalli; kloori on alaryhmän VIIa alkuaine, sillä on seitsemän valenssielektronia, joten se on ei-metalli; natriumkloridissa natriumatomin valenssielektroni siirtyy klooriatomiin.

Kysyn kavereilta: onko kaikki tässä kaaviossa oikein?

Mikä on tulos natrium- ja klooriatomien yhdistämisestä NaCl-molekyylin muodostamiseksi?

Opiskelijat vastaavat: tuloksena atomien yhdistämisestä NaCl-molekyyliksi muodostui vakaa kahdeksan elektronin ulkotaso klooriatomiin ja kaksielektroninen natriumatomin ulkotaso. Paradoksi: natriumatomi ei tarvitse kahta valenssielektronia ulkoisella kolmannella energiatasolla! (Työskentelemme natriumatomin kaavion kanssa.)

Tämä tarkoittaa, että natriumatomin on "epäedullista" yhdistyä klooriatomiin, eikä NaCl-yhdistettä pitäisi olla luonnossa. Opiskelijat tietävät kuitenkin maantieteen ja biologian kursseista ruokasuolan yleisyydestä planeetalla ja sen roolista elävien organismien elämässä.

Kuinka löytää tie ulos tästä paradoksaalisesta tilanteesta?

Työskentelemme natrium- ja klooriatomien kaavioiden kanssa, ja opiskelijat arvaavat, että natriumatomin on hyödyllistä olla siirtymättä, vaan se luovuttaa valenssielektroninsa klooriatomille. Sitten natriumatomilla on valmis toinen ulkoinen – esiulkoinen – energiataso. Klooriatomilla on myös kahdeksan elektronin ulkoinen energiataso:

Tulemme siihen johtopäätökseen: on edullista, että metalliatomit, joilla on pieni määrä valenssielektroneja, luovuttavat sen sijaan, että siirtävät valenssielektroninsa ei-metalliatomeihin. Siksi metalliatomeilla ei ole elektronegatiivisuutta.

Ehdotan vieraan valenssielektronin "sieppausmerkkiä" ei-metalliatomilla - hakasulkua.

Kun valenssielektroneja esitetään pisteillä, metalli- ja ei-metalliatomien kytkentäkaavio näyttää tältä:

Kiinnitän opiskelijoiden huomion siihen, että kun valenssielektroni siirtyy metalliatomista (natrium) ei-metalliatomiin (kloori), atomit muuttuvat ioneiksi.

Ionit ovat varautuneita hiukkasia, joissa atomit muuttuvat elektronien siirron tai lisäyksen seurauksena.

1 –1
Ionivarausten ja hapetustilojen merkit ja suuruudet ovat samat, ja ero suunnittelussa on seuraava:

Na, Cl – hapetusasteille,

Na + , Cl – – ionivarauksille.

KALKKIFLUORIDI CAF MUODOSTUS 2

Kaaviossa järjestämme atomien parittomat valenssielektronit siten, että ne "näkevät" toisensa ja voivat muodostaa elektronipareja:

Kalsium- ja fluoriatomien sitoutuminen CaF 2 -yhdisteeseen on energeettisesti suotuisaa. Tämän seurauksena molempien atomien energiataso muuttuu kahdeksanelektroniseksi: fluorille se on ulompi energiataso ja kalsiumille ulompi. Kaavioesitys elektroninsiirrosta atomeissa (hyödyllinen tutkittaessa redox-reaktioita):

Korostan opiskelijoille, että aivan kuten negatiivisesti varautuneita elektroneja vetää puoleensa atomin positiivisesti varautunut ydin, vastakkaisesti varautuneita ioneja pitää yhdessä sähköstaattinen vetovoima.

Ioniyhdisteet ovat kiinteitä aineita, joilla on korkea sulamispiste. Oppilaat tietävät elämästä, että he voivat lämmittää ruokasuolaa useita tunteja turhaan.
(Kaasupolttimen liekin lämpötila (~500 °C) ei riitä sulattamaan suolaa t

pl (NaCl) = 800 °C). Tästä päätämme: varautuneiden hiukkasten (ionien) välinen sidos - ionisidos - on erittäin vahva.

Yleistetään: kun metalliatomit (M) yhdistyvät ei-metalliatomeihin (Nem), ei tapahdu siirtymää, vaan metalliatomien valenssielektronien luovutusta ei-metalliatomeille.

Tässä tapauksessa sähköisesti neutraalit atomit muuttuvat varautuneiksi hiukkasiksi - ioneiksi, joiden varaus on sama kuin luovutettujen (metallille) ja kiinnittyneiden (ei-metallille) elektronien lukumäärän kanssa.

Siten ensimmäisessä kahdesta oppitunnista muodostetaan käsite "hapetustila" ja toisessa selitetään ionisen yhdisteen muodostuminen. Uudet käsitteet toimivat hyvänä pohjana teoreettisen materiaalin jatkotutkimukselle, nimittäin: kemiallisten sidosten muodostumismekanismit, aineiden ominaisuuksien riippuvuus koostumuksesta ja rakenteesta sekä redox-reaktioiden huomioiminen.

Lopuksi haluan verrata kahta metodologista tekniikkaa: paradoksitekniikkaa ja tekniikkaa, jolla luodaan ongelmatilanteita luokkahuoneessa.

Kollegat todennäköisesti vastustavat: ongelmatilanteen luominen luokassa johtaa samaan.

On, mutta ei aina! Yleensä opettaja muotoilee ongelmallisen kysymyksen ennen uuden materiaalin opiskelua, eikä se kannusta kaikkia opiskelijoita työskentelemään. Monille jää epäselväksi, mistä tämä ongelma tuli ja miksi se tarvitsee ratkaisun. Paradoksitekniikka syntyy uuden materiaalin opiskelun yhteydessä ja se rohkaisee opiskelijoita muotoilemaan ongelman itse ja siten ymmärtämään sen esiintymisen alkuperän ja ratkaisun tarpeen.