Takmer súčasne sa dvom vedeckým skupinám z rôznych častí sveta podarilo realizovať efekt elektromagneticky indukovanej priehľadnosti v jedinom atóme. Jedinečné je, že niektorí vedci dosiahli úspech pomocou skutočných atómov a iní pomocou umelých analógov.

EIT EIT (elektromagneticky indukovaná transparentnosť) je známy tým, že vytvára prostredie s veľmi úzkou medzerou v absorpčnom spektre. Tento jav sa najľahšie zaznamená, keď je trojúrovňový kvantový systém (ako je ten na obrázku nižšie) vystavený dvom rezonančným poliam, ktorých frekvencie sú rôzne.

Táto štruktúra energetických hladín, keď existujú dva blízke spodné stavy a jeden horný, oddelený od nich energiou kvanta optického rozsahu, sa zvyčajne nazýva Λ-schéma.

Schematické znázornenie experimentu s atómom rubídia a trojúrovňovým systémom, kde je energia stavu ukladaná vo vertikálnom smere. Dve spodné úrovne sú kvôli prehľadnosti horizontálne rozmiestnené. Modré šípky ukazujú merací lúč, oranžové šípky označujú kontrolný lúč (ilustrácia Martin Mucke et al.).

Podstatu EIT možno opísať nasledovne: pôsobenie riadiaceho poľa v jednom „ramene“ Λ-obvodu (prechod medzi druhou a treťou úrovňou) robí systém transparentným pre testovacie pole (prechod prvej – tretej úrovne). úrovni) pôsobiaceho v druhom „ramene“.

Inými slovami, systém sa stáva transparentným pre kombináciu dvoch svetelných polí, keď sa rozdiel v ich frekvenciách zhoduje s frekvenciou prechodu medzi dvoma nižšími úrovňami.

Treba poznamenať, že efekt EIT poskytuje zaujímavé príležitosti na štúdium šírenia svetla. V zóne poklesu absorpčného spektra teda médium vykazuje veľmi strmú zmenu indexu lomu. Za určitých podmienok to môže viesť napríklad ku kolosálnemu zníženiu skupinovej rýchlosti šírenia svetla v médiu.

Práve EIT efekt je základom známych experimentov so „spomalením“ svetla, ktoré následne vyústili do vytvorenia takého zábavného zariadenia, akým je „dúhová pasca“, ktorá demonštruje zamrznuté svetlo vo viditeľnom frekvenčnom rozsahu.

Graf ukazuje relatívnu priepustnosť a kontrast (tj rozdiel v odčítaní pri zapnutí a vypnutí riadiaceho lasera) v experimentoch zahŕňajúcich rôzne počty atómov (ilustrácia od Martina Muckeho a kol.).

Autori prvej skúmanej práce z Nemeckého inštitútu Maxa Plancka pre kvantovú optiku (MPQ) zvolili na uskutočnenie experimentu atómy rubídia 87 Rb, pretože organizácia energetických hladín tohto kovu umožňuje zostaviť Λ-schému.

Podľa vedcov, ktorých článok je zverejnený vo verejnej doméne (dokument PDF), použili jeden atóm umiestnený v optickom rezonátore. Keď bol kontrolný laser zapnutý, relatívna priepustnosť odhadnutá pomocou iného (skúšobného) lasera bola 96 %. Po vypnutí riadiaceho žiarenia sa hodnota znížila o 20 %.

Čo je celkom logické, s nárastom počtu atómov úmerne klesala aj maximálna relatívna priepustnosť: teda zahrnutie siedmich atómov rubídia do experimentu poskytlo koeficient len ​​78 %.

Zároveň sa však zvýraznil efekt EIT a v prípade siedmich atómov pri vypnutí riadiaceho lasera okamžite klesla relatívna priepustnosť o 60 %.

Čierna čiara znázorňuje relatívnu priepustnosť v prípade „prázdneho“ optického rezonátora, červená čiara v prítomnosti atómov a modrá čiara v prípade efektu EIT. Rôzne grafy odrážajú experimenty s rôznym počtom atómov (N) (ilustrácia od Martina Muckeho a kol.).

Druhá štúdia na rovnakú tému bola vykonaná vedeckou skupinou, ktorá zahŕňala špecialistov z Japonska, Uzbekistanu, Veľkej Británie a Ruska. Fyzici, ktorí sa neuspokojili s existujúcimi prvkami, vytvorili umelý „atóm“, v ktorom bol tiež úspešne testovaný efekt EIT.

Pripojenia v nanoelektronika, realizované pomocou jedného atómu, nie sú také krehké, ako by sa na prvý pohľad mohlo zdať. Nedávne experimenty amerických vedcov s nanometrovými „mostmi“ medzi dvoma makroskopickými kovovými telesami ukazujú, že väzba sa stáva tuhá, keď sa šírka „mostu“ zmenší na jeden atóm. Tieto výsledky sú v súlade s predpokladom, že v takýchto mierkach povrchové sily.

Vývoj technológie konečne dosiahol atómové rozmery. Zariadenia s komponentmi, ktorých rozmery sú rovnakého rádu ako atómy hmoty, už nie sú senzáciou. Dnes môžu mať napríklad „spojovacie vodiče“ v elektronickom obvode šírku asi 100 atómov, a to nie je limit. Kvôli neustále sa zmenšujúcej veľkosti musia vedci vykonať nový výskum, ktorý ukáže, ako veľkosť ovplyvňuje vlastnosti materiálu, najmä odolnosť a mechanickú pevnosť.

Ďalšiu prácu v tomto smere zverejnila skupina zo Štátnej univerzity v New Yorku (USA). Ich výsledky boli publikované v časopise Fyzický prehľad B. Predmetom výskumu boli drobné kontakty vytvorené medzi zlatými hrotmi a povrchom. Experimenty ukázali, že takéto zlúčeniny (ktoré môžu byť tenké ako 1 atóm) majú špecifické elektrické a mechanické vlastnosti.

Na posúdenie hrúbky kontaktu vedci zvyčajne aplikujú napätie na výsledný „most“ a merajú elektrickú vodivosť kontaktu. Predchádzajúce experimenty ukázali, že v tejto konfigurácii, keď sa vzdialenosť medzi povrchom a hrotom zväčšuje (ako sa „most“ predlžuje a zmenšuje na šírku), vodivosť prudko klesá. Je to preto, že kontaktné atómy sa preusporiadajú, takže počet kontaktných atómov sa zníži z niekoľkých stoviek na jeden. Tím amerických vedcov si dal za úlohu študovať toto preskupenie z mechanického hľadiska.

Na získanie potrebných údajov vedci aplikovali mechanické namáhanie kontaktu a menili dĺžku „mostu“ v krokoch po 4 pikometroch (na tento účel bol hrot pripevnený ku konzole, čo umožnilo merať nielen zmeny v veľkosť „mostu“, ale aj rozdiely v sile). Ako je známe, pomer aplikovanej mechanickej sily k zmene dĺžky dáva parameter, ako je tuhosť (alebo súvisiaca charakteristika nazývaná Youngov modul, ktorá určuje mieru odozvy materiálu na vonkajší vplyv bez ohľadu na geometrické rozmery).

So znižovaním kontaktnej šírky sa atómové sily menia takým spôsobom, že sa musí zvyšovať tuhosť. Predchádzajúce experimenty už pre túto skutočnosť poskytli určité dôkazy; ale boli použiteľné v obmedzenom rozsahu mierok. Americkí vedci pozorovali podobné javy pri kontaktných šírkach menších ako 1 nm. Podľa ich údajov, keď je kontakt zúžený na 1 atóm, je tuhosť kontaktu takmer dvakrát vyššia ako tuhosť „obyčajného“ zlata.

Vedci popri hlavnom výskume vysvetlili, prečo sa úzke „zúženia“ vytvorené medzi dvoma kovovými telesami môžu deformovať neočakávaným spôsobom pod vplyvom povrchových síl.

Ďalšia práca v tomto smere by mohla vysvetliť, ako sa rôzne mikroskopické vlastnosti objektov spájajú a vytvárajú makroskopické vlastnosti.

Spojenia v nanoelektronike realizované pomocou jedného atómu nie sú také krehké, ako by sa na prvý pohľad mohlo zdať. Nedávne experimenty amerických vedcov s nanometrovými „mostmi“ medzi dvoma makroskopickými kovovými telesami ukazujú, že väzba sa stáva tuhá, keď sa šírka „mostu“ zmenší na jeden atóm. Tieto výsledky sú v súlade s predpokladom, že v týchto mierkach dominujú povrchové sily.

Vývoj technológie konečne dosiahol atómové rozmery. Zariadenia s komponentmi, ktorých rozmery sú rovnakého rádu ako atómy hmoty, už nie sú senzáciou. Dnes môžu mať napríklad „spojovacie vodiče“ v elektronickom obvode šírku asi 100 atómov, a to nie je limit. Kvôli neustále sa zmenšujúcej veľkosti musia vedci vykonať nový výskum, ktorý ukáže, ako veľkosť ovplyvňuje vlastnosti materiálu, najmä odolnosť a mechanickú pevnosť.

Ďalšiu prácu v tomto smere zverejnila skupina zo Štátnej univerzity v New Yorku (USA). Ich výsledky boli publikované v časopise Physical Review B. Štúdia sa zamerala na drobné kontakty vytvorené medzi zlatými hrotmi a povrchom. Experimenty ukázali, že takéto zlúčeniny (ktoré môžu byť tenké ako 1 atóm) majú špecifické elektrické a mechanické vlastnosti.

Na posúdenie hrúbky kontaktu vedci zvyčajne aplikujú napätie na výsledný „most“ a merajú elektrickú vodivosť kontaktu. Predchádzajúce experimenty ukázali, že v tejto konfigurácii, keď sa vzdialenosť medzi povrchom a hrotom zväčšuje (ako sa „most“ predlžuje a zmenšuje na šírku), vodivosť prudko klesá. Je to preto, že kontaktné atómy sa preusporiadajú, takže počet kontaktných atómov sa zníži z niekoľkých stoviek na jeden. Tím amerických vedcov si dal za úlohu študovať toto preskupenie z mechanického hľadiska.

Na získanie potrebných údajov vedci aplikovali mechanické namáhanie kontaktu a menili dĺžku „mostu“ v krokoch po 4 pikometroch (na tento účel bol hrot pripevnený ku konzole, čo umožnilo merať nielen zmeny v veľkosť „mostu“, ale aj rozdiely v sile). Ako je známe, pomer aplikovanej mechanickej sily k zmene dĺžky dáva parameter, ako je tuhosť (alebo súvisiaca charakteristika nazývaná Youngov modul, ktorá určuje mieru odozvy materiálu na vonkajší vplyv bez ohľadu na geometrické rozmery).

So znižovaním kontaktnej šírky sa atómové sily menia takým spôsobom, že sa musí zvyšovať tuhosť. Predchádzajúce experimenty už pre túto skutočnosť poskytli určité dôkazy; ale boli použiteľné v obmedzenom rozsahu mierok. Americkí vedci pozorovali podobné javy pri kontaktných šírkach menších ako 1 nm. Podľa ich údajov, keď je kontakt zúžený na 1 atóm, je tuhosť kontaktu takmer dvakrát vyššia ako tuhosť „obyčajného“ zlata.

Vedci popri hlavnom výskume vysvetlili, prečo sa úzke „zúženia“ vytvorené medzi dvoma kovovými telesami môžu deformovať neočakávaným spôsobom pod vplyvom povrchových síl.

Ďalšia práca v tomto smere by mohla vysvetliť, ako sa rôzne mikroskopické vlastnosti objektov spájajú a vytvárajú makroskopické vlastnosti.

Oxidačný stav

O viditeľnosti podmieneného poplatku

Každý učiteľ vie, koľko znamená prvý ročník chémie. Bude to zrozumiteľné, zaujímavé, dôležité v živote a pri výbere povolania? Veľa závisí od schopnosti učiteľa odpovedať na „jednoduché“ otázky študentov prístupným a názorným spôsobom.

Jednou z týchto otázok je: "Odkiaľ pochádzajú vzorce látok?" – vyžaduje znalosť pojmu „oxidačný stav“.

Formulácia pojmu „oxidačný stav“ ako „podmienený náboj atómov chemických prvkov v zlúčenine, vypočítaný na základe predpokladu, že všetky zlúčeniny (iónové aj kovalentne polárne) pozostávajú iba z iónov“ (pozri: Gabrielyan O.S. Chémia-8. M.: Drop, 2002,
s. 61) je prístupný len málo študentom, ktorí chápu podstatu tvorby chemických väzieb medzi atómami. Pre väčšinu ľudí je ťažké zapamätať si túto definíciu. a za čo?

Definícia je krokom v poznaní a stáva sa nástrojom pre prácu, keď sa nezapamätáva, ale pamätá, pretože je zrozumiteľná.

Na začiatku štúdia nového predmetu je dôležité názorne znázorniť abstraktné pojmy, ktorých je v kurze chémie v 8. ročníku obzvlášť veľa.

Toto je presne ten prístup, ktorý chcem navrhnúť, a vytvoriť koncept „oxidačného stavu“ pred štúdiom typov chemických väzieb a ako základ pre pochopenie mechanizmu jeho vzniku.

Od prvých hodín sa žiaci ôsmeho ročníka učia používať periodickú tabuľku chemických prvkov ako referenčnú tabuľku na zostavovanie diagramov štruktúry atómov a určovanie ich vlastností na základe počtu valenčných elektrónov.
Keď začínam formulovať pojem „oxidačný stav“, učím dve lekcie.
Lekcia 1.

Prečo sú nekovové atómy

spojiť sa navzájom?

Poďme kreatívne. Ako by vyzeral svet, keby sa atómy nespájali, keby neexistovali molekuly, kryštály a väčšie útvary? Odpoveď je úžasná: svet by bol neviditeľný. Svet fyzických tiel, živých i neživých, by jednoducho neexistoval! Ďalej diskutujeme o tom, či sa všetky atómy chemických prvkov kombinujú. Existujú v prírode jednotlivé atómy? Ukazuje sa, že existujú – sú to atómy vzácnych (inertných) plynov. Porovnávame elektrónovú štruktúru atómov vzácnych plynov a zisťujeme zvláštnosť dokončených a stabilných vonkajších energetických hladín: Výraz „hladiny vonkajšej energie sú úplné a stabilné“ znamená, že tieto hladiny obsahujú maximálny počet elektrónov (atóm hélia má 2 Ďalej diskutujeme o tom, či sa všetky atómy chemických prvkov kombinujú. Existujú v prírode jednotlivé atómy? Ukazuje sa, že existujú – sú to atómy vzácnych (inertných) plynov. Porovnávame elektrónovú štruktúru atómov vzácnych plynov a zisťujeme zvláštnosť dokončených a stabilných vonkajších energetických hladín:).

e

, pre atómy iných vzácnych plynov – 8

Pomocou atómových diagramov študenti hádajú, prečo je výhodné spojiť dva atómy H a jeden atóm O do molekuly. V dôsledku vytesnenia jednotlivých elektrónov z dvoch atómov vodíka má atóm kyslíka na svojej vonkajšej energetickej úrovni osem elektrónov. Študenti navrhujú rôzne spôsoby vzájomného usporiadania atómov. Vyberáme symetrickú možnosť, pričom zdôrazňujeme, že príroda žije podľa zákonov krásy a harmónie:

Spojenie atómov vedie k strate ich elektrickej neutrality, hoci molekula ako celok je elektricky neutrálna:

Výsledný náboj je definovaný ako podmienený, pretože

je „skrytá“ vo vnútri elektricky neutrálnej molekuly.

Sformulujme pojem „elektronegativita“: atóm kyslíka má podmienený záporný náboj –2, pretože vytlačil dva elektróny z atómov vodíka smerom k sebe. To znamená, že kyslík je viac elektronegatívny ako vodík. Zapisujeme si: Elektronegativita (EO) je vlastnosť atómov vytesňovať valenčné elektróny z iných atómov smerom k sebe.

Pracujeme s elektronegatívnym radom nekovov. Pomocou periodickej tabuľky vysvetľujeme najvyššiu elektronegativitu fluóru.

Kombináciou všetkého vyššie uvedeného sformulujeme a zapíšeme definíciu oxidačného stavu.

Oxidačný stav je podmienený náboj atómov v zlúčenine, ktorý sa rovná počtu elektrónov vytesnených do atómov s vyššou elektronegativitou.

Pojem „oxidácia“ možno vysvetliť aj ako darovanie elektrónov atómom elektronegatívnejšieho prvku, pričom sa zdôrazňuje, že keď sa spoja atómy rôznych nekovov, často dochádza len k posunu elektrónov k elektronegatívnejšiemu nekovu. Elektronegativita je teda vlastnosťou nekovových atómov, čo sa odráža v názve „Elektronegativita Rad nekovov“.

Podľa zákona o stálosti zloženia látok, ktorý objavil francúzsky vedec Joseph Louis Proust v rokoch 1799–1806, má každá chemicky čistá látka bez ohľadu na miesto a spôsob výroby rovnaké stále zloženie. To znamená, že ak je na Marse voda, bude to rovnaké „popol-dva-o“!

Na konsolidáciu materiálu skontrolujeme „správnosť“ vzorca oxidu uhličitého zostavením diagramu tvorby molekuly CO2: Atómy s rôznou elektronegativitou sa spájajú: uhlík (EO = 2,5) a kyslík (EO = 3,5). Valenčné elektróny (4 e Atómy s rôznou elektronegativitou sa spájajú: uhlík (EO = 2,5) a kyslík (EO = 3,5). Valenčné elektróny (4) atómy uhlíka sú posunuté na dva atómy kyslíka (2 Atómy s rôznou elektronegativitou sa spájajú: uhlík (EO = 2,5) a kyslík (EO = 3,5). Valenčné elektróny (4– na jeden atóm O a 2

Spojením sa atómy skompletizujú, stabilizujú ich vonkajšiu energetickú hladinu (doplniť na 8 Atómy s rôznou elektronegativitou sa spájajú: uhlík (EO = 2,5) a kyslík (EO = 3,5). Valenčné elektróny (4). To je dôvod, prečo sa atómy všetkých prvkov, okrem vzácnych plynov, navzájom spájajú. Atómy vzácnych plynov sú jednotlivé, ich vzorce sú napísané znakom chemického prvku: He, Ne, Ar atď.

Oxidačný stav atómov vzácneho plynu, rovnako ako všetkých atómov vo voľnom stave, je nula:

Je to pochopiteľné, pretože atómy sú elektricky neutrálne.

Oxidačný stav atómov v molekulách jednoduchých látok je tiež nulový:

Keď sa atómy toho istého prvku spoja, nedochádza k vytesňovaniu elektrónov, pretože ich elektronegativita je rovnaká.

Používam techniku ​​paradoxu: ako nekovové atómy v dvojatómových molekulách plynu, napríklad chlóru, dopĺňajú svoju vonkajšiu energetickú hladinu na osem elektrónov?

Schematicky predstavme otázku takto: Atómy s rôznou elektronegativitou sa spájajú: uhlík (EO = 2,5) a kyslík (EO = 3,5). Valenčné elektróny (4 posuny valenčných elektrónov (

) sa nestane, pretože Elektronegativita oboch atómov chlóru je rovnaká.

Táto otázka študentov mätie.

Ako náznak sa navrhuje zvážiť jednoduchší príklad - vytvorenie dvojatómovej molekuly vodíka.

Študenti rýchlo zistia, že keďže vytesnenie elektrónov je nemožné, atómy môžu svoje elektróny spojiť. Schéma takéhoto procesu je nasledovná:

Valenčné elektróny sa zdieľajú, spájajú atómy do molekuly a vonkajšia energetická hladina oboch atómov vodíka sa skompletizuje.

Navrhujem znázorniť valenčné elektróny ako bodky. Potom by mal byť spoločný pár elektrónov umiestnený na osi symetrie medzi atómami, pretože

Keď sa atómy toho istého chemického prvku spoja, nedochádza k vytesňovaniu elektrónov.

V dôsledku toho je oxidačný stav atómov vodíka v molekule nulový:

To položí základ pre ďalšie štúdium kovalentných väzieb.

Vráťme sa k tvorbe dvojatómovej molekuly chlóru. Jeden zo študentov hádal navrhnúť nasledujúcu schému na spojenie atómov chlóru do molekuly:

V domácej úlohe sa musíte vedieť vzdialiť od šablóny. Pri zostavovaní diagramu tvorby molekuly kyslíka teda študenti musia znázorniť nie jeden, ale dva spoločné páry elektrónov na osi symetrie medzi atómami:

V diagrame tvorby molekuly chlorovodíka by sa malo ukázať premiestnenie spoločného páru elektrónov na elektronegatívny atóm chlóru:

V zlúčenine HCl sú oxidačné stavy atómov: H – +1 a Cl – –1.

Definícia oxidačného stavu ako podmieneného náboja atómov v molekule, ktorý sa rovná počtu elektrónov premiestnených do atómov s vyššou elektronegativitou, teda umožňuje nielen jasne a prístupne formulovať tento pojem, ale aj ho základ pre pochopenie podstaty chemickej väzby.

Pri práci na princípe „najskôr pochop a potom si zapamätaj“ pomocou techniky paradoxu a vytvárania problémových situácií v triede môžete dosiahnuť nielen dobré výsledky učenia, ale aj dosiahnuť pochopenie aj tých najzložitejších abstraktných pojmov a definícií.

Lekcia 2.
Zlučovanie atómov kovov
s nekovmi

O kontrola domácich úloh Vyzývam študentov, aby porovnali dve verzie vizuálneho znázornenia spojenia atómov do molekuly.

Možnosti zobrazenia tvorby molekúl

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

Možnosť 1.

Atómy jedného chemického prvku sú spojené.

Elektronegativita atómov je rovnaká.

Nedochádza k vytesňovaniu valenčných elektrónov.

Ako vzniká molekula fluóru F2, nie je jasné.

Možnosť 2.
Párovanie valenčných elektrónov rovnakých atómov

Znázorňujeme valenčné elektróny atómov fluóru ako bodky:

Nespárované Valenčné elektróny atómov fluóru tvorili spoločný elektrónový pár, znázornený v diagrame molekuly na osi symetrie.

Keďže nedochádza k vytesňovaniu valenčných elektrónov, oxidačný stav atómov fluóru v molekule F2 je nulový.

Výsledkom spojenia atómov fluóru do molekuly pomocou spoločného páru elektrónov bola dokončená vonkajšia osemelektrónová hladina oboch atómov fluóru.

Podobným spôsobom sa uvažuje aj o tvorbe molekuly kyslíka O2.

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

Použitie diagramov atómovej štruktúry
Možnosť 2.

Párovanie valenčných elektrónov rovnakých atómov

Možnosť 1.
Molekuly chlorovodíka HCl

Použitie diagramov atómovej štruktúry

V dôsledku spojenia atómov do molekuly HCl atóm vodíka „stratil“ (podľa diagramu) svoj valenčný elektrón a atóm chlóru pridal svoju vonkajšiu energetickú hladinu ôsmim elektrónom.

Použitie diagramov atómovej štruktúry
Párovanie valenčných elektrónov rôznych atómov

Nespárované valenčné elektróny atómov vodíka a chlóru tvorili spoločný pár elektrónov, posunutý k viac elektronegatívnemu atómu chlóru. V dôsledku toho sa na atómoch vytvorili konvenčné náboje: oxidačný stav atómu vodíka je +1, oxidačný stav atómu chlóru je -1.

Keď sa atómy spoja do molekuly pomocou spoločného páru elektrónov, ich vonkajšia energetická hladina sa skompletizuje. Vonkajšia úroveň atómu vodíka sa stáva dvojelektrónovou, ale posunutá k viac elektronegatívnemu atómu chlóru a vonkajšia úroveň atómu chlóru sa stáva stabilným osemelektrónovým.

Zastavme sa podrobnejšie pri poslednom príklade - vzniku molekuly HCl. Ktorá schéma je presnejšia a prečo? Študenti si všimnú výrazný rozdiel. Použitie atómových diagramov pri tvorbe molekuly HCl zahŕňa premiestnenie valenčného elektrónu z atómu vodíka k viac elektronegatívnemu atómu chlóru.

Dovoľte mi pripomenúť, že elektronegativita (vlastnosť atómov vytesňovať valenčné elektróny z iných atómov) je v rôznej miere vlastná všetkým prvkom.

Študenti dospeli k záveru, že použitie atómových diagramov na tvorbu HCl neumožňuje ukázať posun elektrónov k viac elektronegatívnemu prvku.

Znázornenie valenčných elektrónov bodkami presnejšie vysvetľuje vznik molekuly chlorovodíka. Pri väzbe atómov H a Cl dochádza k posunu (v diagrame - odchýlka od osi symetrie) valenčného elektrónu atómu vodíka k elektronegatívnejšiemu atómu chlóru. V dôsledku toho oba atómy získajú určitý oxidačný stav. Nespárované valenčné elektróny nielenže tvorili spoločný pár elektrónov, ktoré spájali atómy do molekuly, ale dopĺňali aj vonkajšie energetické hladiny oboch atómov. Schémy tvorby molekúl F2 a O2 z atómov sú tiež zrozumiteľnejšie, keď sú valenčné elektróny znázornené ako bodky.

Podľa príkladu z predchádzajúcej lekcie s hlavnou otázkou „Odkiaľ pochádzajú vzorce látok?

Študenti majú odpovedať na otázku: Prečo má kuchynská soľ vzorec NaCl?

Povedzme: sodík je prvkom podskupiny Ia, má jeden valenčný elektrón, teda je to kov; chlór je prvkom podskupiny VIIa, má sedem valenčných elektrónov, preto je to nekov; v chloride sodnom bude valenčný elektrón atómu sodíka posunutý k atómu chlóru.

Pýtam sa chlapcov: je všetko v tomto diagrame správne?

Aký je výsledok spojenia atómov sodíka a chlóru za vzniku molekuly NaCl?

Žiaci odpovedajú: výsledkom spájania atómov do molekuly NaCl bolo vytvorenie stabilnej osemelektrónovej vonkajšej hladiny atómu chlóru a dvojelektrónovej vonkajšej hladiny atómu sodíka. Paradox: atóm sodíka nepotrebuje dva valenčné elektróny na vonkajšej tretej energetickej úrovni! (Pracujeme s diagramom atómu sodíka.)

To znamená, že pre atóm sodíka je „nepriaznivé“ spojiť sa s atómom chlóru a zlúčenina NaCl by v prírode nemala existovať. Študenti však z kurzov geografie a biológie vedia o rozšírenosti kuchynskej soli na planéte a jej úlohe v živote živých organizmov.

Ako nájsť východisko z tejto paradoxnej situácie?

Pracujeme s diagramami atómov sodíka a chlóru a žiaci hádajú, že pre atóm sodíka je prospešné neposunúť sa, ale odovzdať svoj valenčný elektrón atómu chlóru. Potom bude mať atóm sodíka dokončenú druhú vonkajšiu – predvonkajšiu – energetickú hladinu. Atóm chlóru bude mať tiež osemelektrónovú vonkajšiu energetickú úroveň:

Dospeli sme k záveru: pre atómy kovov s malým počtom valenčných elektrónov je výhodné skôr darovať, ako presúvať svoje valenčné elektróny na nekovové atómy. Preto atómy kovov nemajú elektronegativitu.

Navrhujem zaviesť „znak záchytu“ cudzieho valenčného elektrónu atómom nekovu – hranatú zátvorku.

Keď sú valenčné elektróny znázornené bodkami, schéma spojenia kovových a nekovových atómov bude vyzerať takto:

Upozorňujem študentov na skutočnosť, že pri prechode valenčného elektrónu z atómu kovu (sodíka) na atóm nekovu (chlór) sa atómy menia na ióny.

Ióny sú nabité častice, na ktoré sa premieňajú atómy v dôsledku prenosu alebo pridávania elektrónov.

1 –1
Znaky a veľkosti iónových nábojov a oxidačných stavov sú rovnaké a rozdiel v dizajne je nasledujúci:

Na, Cl – pre oxidačné stavy,

Na +, Cl – – pre iónové náboje.

TVORBA VÁPENNÉHO FLUORIDU CaF 2

V diagrame usporiadame nepárové valenčné elektróny atómov tak, aby sa navzájom „videli“ a mohli vytvárať elektrónové páry:

Väzba atómov vápnika a fluóru na zlúčeninu CaF2 je energeticky priaznivá. V dôsledku toho sa energetická hladina oboch atómov stáva osemelektrónovou: pre fluór je to vonkajšia energetická hladina a pre vápnik vonkajšia. Schematické znázornenie prenosu elektrónov v atómoch (užitočné pri štúdiu redoxných reakcií):

Upozorňujem študentov, že rovnako ako sú záporne nabité elektróny priťahované ku kladne nabitému jadru atómu, opačne nabité ióny sú držané pohromade silou elektrostatickej príťažlivosti.

Iónové zlúčeniny sú pevné látky s vysokou teplotou topenia. Žiaci zo života vedia, že kuchynskú soľ dokážu zohrievať aj niekoľko hodín bezvýsledne.
(Teplota plameňa plynového horáka (~500 °C) nestačí na roztopenie soli t

pl (NaCI) = 800 °C). Z toho vyvodíme záver: väzba medzi nabitými časticami (iónmi) - iónová väzba - je veľmi silná.

Zovšeobecňme: keď sa atómy kovu (M) spoja s atómami nekovov (Nem), nedochádza k vytesňovaniu, ale k darovaniu valenčných elektrónov atómami kovu nekovovým atómom.

V tomto prípade sa elektricky neutrálne atómy menia na nabité častice - ióny, ktorých náboj sa zhoduje s počtom darovaných elektrónov (pre kov) a pripojených (pre nekov).

V prvej z dvoch lekcií sa teda tvorí pojem „oxidačný stav“ a v druhej sa vysvetľuje tvorba iónovej zlúčeniny. Nové pojmy poslúžia ako dobrý základ pre ďalšie štúdium teoretického materiálu, a to: mechanizmov tvorby chemickej väzby, závislosti vlastností látok od ich zloženia a štruktúry a úvahy o redoxných reakciách.

Na záver chcem porovnať dve metodologické techniky: techniku ​​paradoxu a techniku ​​vytvárania problémových situácií v triede.

Kolegovia budú pravdepodobne namietať: vytvorenie problematickej situácie na hodine vedie k tomu istému.

Má, ale nie vždy! Problematická otázka je spravidla formulovaná učiteľom pred štúdiom nového materiálu a nestimuluje všetkých študentov k práci. Mnohým zostáva nejasné, odkiaľ sa tento problém vzal a prečo vlastne potrebuje riešenie. Technika paradoxu je vytvorená v priebehu štúdia nového materiálu a povzbudzuje študentov, aby sami formulovali problém, a teda pochopili pôvod jeho výskytu a potrebu riešenia.