Sesuai dengan prinsip dasar bahwa materi selalu cenderung menempati keadaan yang paling menguntungkan secara energetik, atom-atom individu memiliki kecenderungan yang kurang lebih jelas untuk membuat senyawa atom. Perbedaan energi dari masing-masing atom EA dan atom dalam senyawa padatan, khususnya dalam kristal, EK disebut energi ikat EB. Energi ikat EB \u003d EA-EK ini sama dengan energi yang digunakan untuk melepaskan atom individu dari senyawanya. Itu tergantung pada jenis ikatan yang sesuai, yang dengannya koneksi atom dibuat.
Gaya yang memastikan adhesi kristal adalah gaya tarik antara elektron bermuatan negatif dan inti atom bermuatan positif. Gaya atraktif ini terbentuk dari kecenderungan atom untuk mencapai kejenuhan status kuantum di kulit terluar yang sesuai, yaitu. terima konfigurasi gas inert. Pada shell ke-2, ke-3, ke-4, ini terjadi dalam kasus status-s dan p yang terisi penuh (s2 dan p6), yaitu ketika kulit terluar yang sesuai ini ditempati oleh delapan elektron.
Gaya tarik-menarik ditentang oleh gaya tolak antara muatan inti yang sama dan antar elektron. Dari keseimbangan gaya tarikan dan gaya tolak, jarak antara atom dalam senyawa kristalin dibuat, ditentukan oleh status kuantum elektron terluar dan jenis koneksi (Gbr. 5.6.1). Untuk jarak r0, gaya tarik dan tolakan dikompensasikan (disamakan). Senyawa kristal berada dalam kesetimbangan.

Dengan demikian, dapat dipahami bahwa struktur kulit elektron terluar mengarah pada berbagai jenis ikatan antar atom. Jenis ikatan menentukan sifat karakteristik suatu senyawa atom. Jika di sini perlu untuk memberi perhatian terbesar pada ikatan logam, maka untuk memahami struktur dan sifat padatan, jenis lain juga harus dipertimbangkan. Bergantung pada nilai energi ikatan, jenis berikut ini dibedakan (Gbr.5.6.2):
1. Hubungan Van der Waals (lihat Gambar 5.6.2, a).
Jenis ikatan ini ditemukan dalam gas inert padat dan kristal molekuler. Ini memiliki energi ikat yang sangat rendah. Karena gas-gas lembam memiliki keadaan kuantum penuh (terisi) di kulit terluar, kecenderungan atom-atom tersebut untuk bersatu menjadi senyawa kuat dapat dijelaskan dengan fakta bahwa distribusi muatan tidak simetris secara sferis, tetapi memiliki momen dipol. Kutub positif dan negatif menyebabkan koneksi lemah (kohesi) padatan ini, yang mengkristal dengan kemasan atom-bola yang paling padat.
2. Ikatan logam (lihat Gbr.5.6.2, b).
Logam memiliki kulit elektron terluar yang terisi relatif tipis. Elektron terluar atom dilepaskan dan bukan lagi milik atom tertentu. Dalam beberapa logam, seperti Fe dan B, status kuantum yang tidak terisi penuh mendorong ikatan pada kulit elektron bagian dalam yang dekat. Kerangka ionik logam "mengapung" dalam gas elektron, yang bertindak sebagai "penggandeng". Berkat elektron yang bergerak bebas, konduktivitas listrik yang baik tercipta. Karena semua atom dalam logam menempati posisi ekuivalen, di bawah aksi gaya eksternal, atom dapat bergeser relatif satu sama lain, dan mereka selalu menemukan tempat ekuivalen di lingkungan tersebut. Ini dapat menjelaskan keuletan logam yang baik. Pada saat yang sama, sifat ikatan menimbulkan kecenderungan logam untuk mengemas atom-bola terpadat.
3. Ikatan homeopolar (kovalen) (lihat Gambar 5.6.2, c).
Di sini kita berbicara tentang ikatan valensi... Dengan bantuan gaya valensi terarah, atom homogen dihubungkan. Dalam hal ini, energi ikat relatif tinggi. Dalam memperjuangkan kulit terluar yang terisi, atom-atom bergabung sehingga elektron yang hilang diganti sedemikian rupa sehingga dua atau lebih elektron secara bersamaan menjadi bagian dari dua atau lebih atom. Klorin dengan tujuh elektron, misalnya, memiliki keadaan energi kosong di kulit terluarnya. Karena kombinasi dua atom klor, kedua elektron ini terbagi sehingga dalam molekul Cl2 terdapat kulit yang terisi penuh untuk setiap atom. Karena itu, energi dalam molekul dari suatu atom berkurang.
Jika dua elektron untuk penggantian lengkap keadaan energi tidak ada di kulit terluar, maka ikatan kovalen tiga atom stabil, misalnya, pada antimon Sb3. Karbon tidak memiliki empat elektron di kulit terluarnya, sehingga atom karbon berbagi elektron yang hilang dengan empat tetangga terdekatnya. Dengan demikian, konfigurasi lima atom pada intan stabil. Jumlah tetangga terdekat, mis. bilangan koordinasi dihitung dengan cara ini dari 8-N, dengan N adalah jumlah elektron di kulit terluar. Jadi, ikatan kovalen hanya mungkin untuk elemen dengan N ≤ 4. Untuk N ≥ 4, jumlah elektron untuk jenis adhesi ini tidak mencukupi. Kristal dengan ikatan kovalen sangat keras (berlian) dan ditemukan di bentuk murni konduktivitas sangat rendah.
4. Ikatan heteropolar (ionik) (lihat Gambar 5.6.2, d).

Koneksi semacam ini sangat energik. Dengan jenis ini, unsur-unsur dengan kulit elektron terluar yang hampir terisi penuh dihubungkan dengan unsur-unsur yang kulit terluarnya hampir kosong. Untuk membentuk kulit tertutup, satu unsur melepaskan elektron, unsur lain menerimanya.
Jadi, kristal NaCl terbentuk karena Na mendonasikan elektronnya di kulit terluar, dan Cl, yang tidak memiliki elektron, menerimanya. Oleh karena itu, Na + dengan muatan positif berlebih menjadi kation, Cl- dengan muatan negatif menjadi anion. Komunikasi melalui interaksi elektrostatis dari ion bermuatan berlawanan. Dalam kristal ionik, ion diatur sedemikian rupa sehingga tarikan Coulomb dengan muatan yang berbeda lebih kuat daripada tolakan Coulomb dari ion identik. Struktur kristal karakteristik untuk kristal ionik adalah struktur natrium klorida dan sesium klorida. Karena ikatan harus diputuskan selama deformasi, kristal-kristal ini, seperti kristal kovalen, bersifat keras dan rapuh. Tubuh padat dengan ikatan ionik memiliki konduktivitas elektrolitik.
Dalam logam, bersama dengan adhesi logam, ada juga ionik dan ikatan kovalen... Jenis ikatan ini ditemukan terutama dalam fase intermetalik. Selain itu, jenis komunikasi ini dalam banyak kasus tidak ditemukan dalam keadaan murni, tetapi dalam bentuk campuran. Intermetalik; fase, berbeda dengan fase logam murni, sangat keras, rapuh, dan mempertahankan sifat kekuatannya hingga suhu tinggi. Dengan demikian, fasa intermetalik cocok untuk membuat logam keras, tahan aus dan tahan panas.
Karbida adalah bentuk penting dari fase intermetalik.
Selain jenis komunikasi yang dipertimbangkan, orang juga harus menyebutkan komunikasi jembatan hidrogen. Ikatan ini terutama bersifat ionik. Atom hidrogen kehilangan elektronnya dan, ketika diendapkan, menciptakan jembatan antara atom yang sangat negatif, seperti F, N dan O.

§1. Bagaimana elektron membentuk ikatan kovalen

Molekul terdiri dari atom yang dihubungkan bersama.
Tapi sebagai terhubung - terhubung, dilem, dirantai? Dan siapakah tukang kunci, tukang kayu, atau pandai besi yang menghubungkan atom bersama?
Anda sudah tahu bahwa pada zaman kuno dianggap bahwa atom dihubungkan dengan kait. Tidak jauh dari sini ke tombol-tombol dengan loop.
Bercanda, kita harus mengakui bahwa pertanyaannya sebenarnya sulit: bagaimanapun juga, kulit setiap atom yang terhubung untuk membentuk molekul terdiri dari elektron, bermuatan dengan tanda yang sama, oleh karena itu, ketika mencoba mendekatkan awan elektron, tolakan yang kuat pasti akan terjadi.
Tapi atom semuanya sama menghubung! Dan - dengan bantuan elektron-elektron itu, tampaknya hanya akan menentang koneksinya.

Beginilah kelanjutannya ...
Ingatlah bahwa kita menyatakan elektron dalam atom secara berbeda - dengan panah mengarah ke atas dan panah mengarah ke bawah:

Dan ↓

dan terletak di antara inti dua atom. Kedua inti atom yang bermuatan positif akan tertarik ke pasangan elektron negatif, dan karenanya ke satu sama lain:

Beginilah cara molekul diatom paling sederhana dibentuk dari dua atom terpisah. Misalnya, dari keduanya atom hidrogen H. ternyata molekul H 2:

Tidak ada yang tersisa: untuk memahami mengapa tiba-tiba dibutuhkan dua elektron untuk bersatu dalam sebuah pasangan?

Para filsuf Yunani kuno memiliki jawaban pasti untuk pertanyaan ini. Mereka percaya bahwa peristiwa di dunia atom diatur, seperti pada manusia, oleh dua perasaan - cinta dan permusuhan.
Ini berarti sikap saling menolak permusuhan, dan hubungan dua atom adalah persahabatan, cinta dan pada akhirnya pernikahan yang bahagia.

Saat ini, pengertian yang naif tentang zaman kuno harus didukung oleh penjelasan fisik dan material. Tapi jangan berasumsi bahwa dua elektron - dua anak panah - BERKELANJUT satu sama lain dengan bulunya? Intinya sangat berbeda!

Setiap elektron, selain muatan listrik, memiliki momen magnet dan berperilaku seperti mikroskopis magnet... Dua elektron dengan panah berarah berlawanan dua seperti itu mikromagnet dengan kutub yang berlawanan. Jadi mereka tertarik satu sama lain:

Dengan satu atau lain cara, sepasang elektron terbentuk. Tetapi agar ini terjadi, atom-atom perlu saling mendekat, dan awan elektronnya tumpang tindih sebagian. Ahli kimia menyebut situasi ini dalam "ekonomi" atom orbital atom yang tumpang tindih.

Mari kita ambil contoh yang sama tentang pembentukan molekul hidrogen dari atom. Dua orbital bola (sferis), dua awan elektron tumpang tindih dan masuk satu sama lain, seperti ini:

Pada kasus ini, ikatan kovalen.

Kovalen adalah ikatan kimia yang dibentuk oleh sepasang elektron.

Jika kita menerjemahkan gambar kita ke dalam bahasa sel kuantum, maka akan terlihat seperti ini:

Kimiawan mengatakan bahwa ikatan kimia dalam kasus ini dibentuk oleh bertukar(jika tidak - dengan "ekuivalen") mekanisme".

Molekul hidrogen yang sama persis dapat dibentuk dengan cara yang berbeda, jika mereka berinteraksi satu sama lain kation hidrogen H. + (tidak memiliki satu elektron, tetapi hanya kosong orbital atom) dan anion hidrogen H. -, yang memiliki sepasang elektron:

H + + H - \u003d H 2

Pada diagram energi, terlihat seperti ini.

Kimia adalah ilmu yang menakjubkan dan membingungkan. Untuk beberapa alasan, ini terkait dengan eksperimen cerah, tabung reaksi multi-warna, awan uap tebal. Tetapi hanya sedikit orang yang berpikir tentang dari mana "keajaiban" ini berasal. Faktanya, tidak ada reaksi yang terjadi tanpa pembentukan senyawa di antara atom reaktan. Selain itu, "jumper" ini terkadang ditemukan dalam elemen sederhana. Mereka mempengaruhi kemampuan zat untuk bereaksi dan menjelaskan beberapa sifat fisiknya.

Apa jenisnya ikatan kimia dan bagaimana pengaruhnya terhadap koneksi?

Teori

Anda harus memulai dengan yang paling sederhana. Ikatan kimia adalah interaksi di mana atom suatu zat bergabung membentuk zat yang lebih kompleks. Salah jika percaya bahwa ini hanya karakteristik senyawa seperti garam, asam, dan basa - bahkan zat sederhana, yang molekulnya terdiri dari dua atom, memiliki "jembatan" ini, jika secara konvensional dapat disebut ikatan. Ngomong-ngomong, penting untuk diingat bahwa hanya atom dengan muatan berbeda yang dapat bersatu (ini adalah dasar fisika: partikel bermuatan sama menolak, dan yang berlawanan menarik), sehingga dalam zat kompleks akan selalu ada kation (ion bermuatan positif) dan anion (partikel negatif), dan senyawa itu sendiri akan selalu netral.

Sekarang mari kita coba mencari tahu bagaimana pembentukan ikatan kimia terjadi.

Mekanisme pembentukan

Zat apa pun memiliki sejumlah elektron yang didistribusikan di atas lapisan energi. Yang paling rentan adalah lapisan luar, yang biasanya mengandung partikel-partikel ini dalam jumlah terkecil. Anda dapat mengetahui jumlahnya dengan melihat nomor golongan (garis dengan angka dari satu sampai delapan di bagian atas tabel periodik), di mana unsur kimianya berada, dan jumlah lapisan energi sama dengan jumlah periode (dari satu sampai tujuh, garis vertikal di sebelah kiri unsur).

Idealnya, ada delapan elektron pada lapisan energi terluar. Jika jumlahnya tidak cukup, atom akan mencoba menariknya dari partikel lain. Dalam proses pemilihan elektron yang diperlukan untuk melengkapi lapisan energi eksternal itulah ikatan kimia zat terbentuk. Jumlahnya dapat bervariasi dan bergantung pada jumlah valensi, atau partikel yang tidak berpasangan (untuk mengetahui berapa banyak yang ada dalam atom, Anda perlu menyusun rumus elektroniknya). Jumlah elektron tanpa pasangan akan sama dengan jumlah ikatan yang terbentuk.

Sedikit lebih banyak tentang tipe

Jenis ikatan kimia yang terbentuk selama reaksi atau hanya dalam molekul suatu zat sepenuhnya bergantung pada unsur itu sendiri. Ada tiga jenis "jembatan" antara atom: ionik, logam, dan kovalen. Yang terakhir, pada gilirannya, dibagi menjadi kutub dan non-kutub.

Untuk memahami jenis ikatan atom apa yang dihubungkan, semacam aturan digunakan: jika unsur-unsur berada di bagian kanan dan kiri tabel (yaitu, mereka adalah logam dan non-logam, misalnya NaCl), maka koneksi mereka adalah contoh yang sangat baik dari ikatan ionik. Dua bentuk non-logam (HCl), dan dua atom dari satu zat, bergabung menjadi satu molekul, membentuk kovalen non-polar (Cl 2, O 2). Jenis ikatan kimia di atas tidak cocok untuk zat yang terdiri dari logam - hanya ada

Interaksi kovalen

Seperti disebutkan sebelumnya, jenis ikatan kimia memiliki efek yang pasti pada zat. Jadi, misalnya, "jembatan" kovalen sangat tidak stabil, karena itu koneksi dengannya mudah rusak oleh pengaruh eksternal sekecil apa pun, misalnya, pemanasan. Benar, ini hanya berlaku zat molekuler... Hal yang sama memiliki struktur nonmolekuler, praktis tidak bisa dihancurkan (contoh ideal adalah kristal berlian - senyawa atom karbon).

Mari kita kembali ke polar dan non-polar, dengan non-polar semuanya sederhana - elektron, di mana "jembatan" terbentuk, berada pada jarak yang sama dari atom. Tetapi dalam kasus kedua, mereka digeser ke salah satu elemen. Pemenang "tarikan" adalah zat yang elektronegativitasnya (kemampuan menarik elektron) lebih tinggi. Ini ditentukan berdasarkan tabel khusus, dan semakin besar perbedaan nilai ini untuk dua elemen, semakin polar hubungan di antara keduanya. Benar, satu-satunya hal yang berguna bagi pengetahuan tentang keelektronegatifan unsur adalah definisi kation (muatan positif adalah zat yang nilainya akan lebih kecil) dan anion (partikel negatif dengan kemampuan yang lebih baik untuk menarik elektron).

Ikatan ionik

Tidak semua jenis ikatan kimia cocok untuk menggabungkan logam dan non-logam. Seperti disebutkan di atas, jika perbedaan keelektronegatifan unsur-unsurnya sangat besar (dan inilah yang terjadi jika unsur-unsur tersebut terletak di bagian yang berlawanan dari tabel), di antara mereka akan terbentuk ikatan ionik... Dalam hal ini, elektron valensi berpindah dari atom dengan keelektronegatifan lebih rendah ke atom yang lebih tinggi, membentuk anion dan kation. Contoh ikatan yang paling mencolok adalah senyawa halogen dan logam, misalnya AlCl 2 atau HF.

Ikatan logam

Lebih mudah lagi dengan logam. Jenis ikatan kimia di atas asing bagi mereka, karena mereka memiliki ikatannya sendiri. Ini dapat menghubungkan kedua atom dari satu zat (Li 2) dan berbeda (AlCr 2), dalam kasus terakhir, paduan terbentuk. Jika berbicara tentang properti fisik, kemudian logam menggabungkan plastisitas dan kekuatan, yaitu, logam tidak runtuh sedikit pun benturan, tetapi hanya mengubah bentuknya.

Ikatan antarmolekul

Omong-omong, ikatan kimia dalam molekul juga ada. Mereka disebut antarmolekul. Jenis yang paling umum adalah ikatan hidrogendi mana atom hidrogen meminjam elektron dari unsur dengan elektronegativitas tinggi (dari molekul air, misalnya).

Perhatian, hanya HARI INI!

Status oksidasi

Tentang visibilitas biaya bersyarat

Setiap guru tahu seberapa besar arti tahun pertama belajar kimia. Apakah dapat dimengerti, menarik, penting dalam hidup dan dalam memilih suatu profesi? Banyak hal bergantung pada kemampuan guru untuk memberikan jawaban yang dapat diakses dan jelas untuk pertanyaan “sederhana” siswa.

Salah satu pertanyaannya adalah: "Dari mana asal rumus zat?" - membutuhkan pengetahuan tentang konsep "bilangan oksidasi".

Perumusan konsep "bilangan oksidasi" sebagai "muatan kondisional atom unsur kimia dalam suatu senyawa, dihitung berdasarkan asumsi bahwa semua senyawa (baik ionik maupun polar kovalen) hanya terdiri dari ion" (lihat: Gabrielyan O.S.Kimia-8. M .: Bustard, 2002,
dari. 61) tersedia bagi beberapa siswa yang memahami sifat pembentukan ikatan kimia antar atom. Definisi ini sulit bagi kebanyakan orang untuk diingat, ia perlu dijejali. Dan untuk apa?

Definisi adalah suatu langkah dalam kognisi dan menjadi alat untuk bekerja jika tidak dihafal, tetapi diingat, karena dapat dimengerti.

Pada awal studi mata pelajaran baru, penting untuk mengilustrasikan secara visual konsep-konsep abstrak, yang jumlahnya sangat banyak dalam kursus kimia di kelas 8. Pendekatan inilah yang ingin saya usulkan, dan untuk membentuk konsep "bilangan oksidasi" sebelum mempelajari varietas ikatan kimia dan sebagai dasar untuk memahami mekanisme pembentukannya.

Dari pelajaran pertama, siswa kelas delapan belajar menerapkan sistem periodik unsur kimia sebagai tabel referensi untuk menyusun diagram struktur atom dan menentukan sifat-sifatnya dengan jumlah elektron valensi. Saat saya mulai mengembangkan konsep "keadaan oksidasi", saya mengajarkan dua pelajaran.

Pelajaran 1.
Mengapa atom non-logam
terhubung satu sama lain?

Mari bermimpi. Seperti apa dunia ini jika atom tidak bergabung bersama, tidak akan ada molekul, kristal, dan formasi yang lebih besar? Jawabannya mengejutkan: dunia tidak akan terlihat. Dunia tubuh fisik, hidup dan mati, tidak akan ada!

Selanjutnya, kita membahas apakah semua atom unsur kimia bergabung. Apakah ada atom tunggal di alam? Ternyata ada - ini adalah atom gas mulia (lembam). Membandingkan struktur elektronik atom gas mulia, kita menemukan keunikan tingkat energi eksternal yang stabil dan lengkap:

Ungkapan "tingkat energi eksternal selesai dan stabil" berarti bahwa tingkat ini mengandung jumlah elektron maksimum (untuk atom helium - 2 e, atom dari gas mulia lainnya - 8 e).

Bagaimana menjelaskan stabilitas tingkat delapan elektron eksternal? Ada delapan golongan unsur dalam tabel periodik, yang berarti jumlah elektron valensi maksimum adalah delapan. Atom gas mulia bersifat tunggal karena memiliki jumlah elektron maksimum pada tingkat energi luarnya. Mereka tidak membentuk molekul seperti Cl 2 dan P 4, juga tidak kisi kristalseperti grafit dan berlian. Maka dapat diasumsikan bahwa atom dari unsur kimia yang tersisa cenderung menerima kulit gas mulia - delapan elektron pada tingkat energi luar - yang saling berhubungan.

Mari kita periksa asumsi ini dengan contoh pembentukan molekul air (rumus H 2 O diketahui oleh siswa, serta fakta bahwa air adalah zat utama planet dan kehidupan). Mengapa rumus air H 2 O?

Dengan menggunakan diagram atom, siswa mencari tahu mengapa bermanfaat untuk menggabungkan dua atom H dan satu atom O menjadi molekul. Akibat perpindahan elektron tunggal dari dua atom hidrogen, delapan elektron ditempatkan pada atom oksigen pada tingkat energi terluar. Siswa menyarankan cara yang berbeda susunan atom yang saling menguntungkan. Kami memilih opsi simetris, menekankan bahwa alam hidup sesuai dengan hukum keindahan dan harmoni:

Kombinasi atom menyebabkan hilangnya elektroneutralitasnya, meskipun molekul secara keseluruhan netral secara elektrik:

Muatan yang dihasilkan didefinisikan sebagai bersyarat, karena ia "tersembunyi" di dalam molekul yang secara elektrik netral.

Kami membentuk konsep "keelektronegatifan": atom oksigen memiliki muatan negatif bersyarat sebesar –2, karena dia memindahkan dua elektron dari atom hidrogen ke arahnya. Ini berarti oksigen lebih elektronegatif daripada hidrogen.

Kami menulis: elektronegativitas (EO) - sifat atom untuk memindahkan elektron valensi dari atom lain ke dirinya sendiri. Kami bekerja dengan sejumlah elektronegativitas non-logam. Dengan menggunakan sistem periodik, kami menjelaskan elektronegativitas terbesar dari fluor.

Menggabungkan semua hal di atas, kami merumuskan dan menuliskan definisi bilangan oksidasi.

Bilangan oksidasi adalah muatan kondisional atom dalam suatu senyawa, sama dengan jumlah elektron yang dipindahkan ke atom dengan keelektronegatifan lebih besar.

Istilah "oksidasi" juga dapat dijelaskan sebagai kembalinya elektron ke atom dari unsur yang lebih elektronegatif, menekankan bahwa ketika atom-atom dari bukan logam yang berbeda digabungkan, hanya pergeseran elektron ke bukan logam yang lebih elektronegatif sering terjadi. Jadi, elektronegativitas adalah sifat atom non-logam, yang tercermin dalam judul "Deret keelektronegatifan non-logam".

Menurut hukum keteguhan komposisi zat, ditemukan oleh ilmuwan Prancis Joseph Louis Proust pada tahun 1799-1806, setiap zat murni secara kimiawi, terlepas dari lokasi dan metode produksinya, memiliki komposisi konstan yang sama. Artinya jika ada air di Mars, maka akan menjadi "ash-two-o" yang sama!

Sebagai konsolidasi bahan, kami memeriksa "ketepatan" rumus karbon dioksida, menyusun skema pembentukan molekul CO 2:

Atom dengan elektronegativitas berbeda terhubung: karbon (EO \u003d 2,5) dan oksigen (EO \u003d 3,5). Elektron valensi (4 e) dari atom karbon dipindahkan ke dua atom oksigen (2 e - ke satu atom O dan 2 e- ke atom lain O). Oleh karena itu, bilangan oksidasi karbon adalah +4 dan bilangan oksidasi oksigen adalah -2.

Menghubungkan, atom-atom selesai, membuat tingkat energi eksternalnya stabil (melengkapinya hingga 8 e). Itulah sebabnya atom dari semua elemen, kecuali gas mulia, bergabung satu sama lain. Atom gas mulia itu tunggal, rumusnya ditulis dengan tanda unsur kimia: Not, Ne, Ar, dll.

Bilangan oksidasi atom gas mulia, seperti semua atom dalam keadaan bebas, adalah nol:

Ini bisa dimengerti, karena atom secara elektrik netral.

Bilangan oksidasi atom dalam molekul zat sederhana juga nol:

Ketika atom dari satu unsur terhubung, tidak terjadi perpindahan elektron, karena keelektronegatifannya sama.

Saya menggunakan paradoks: bagaimana atom bukan logam dalam molekul gas diatomik, misalnya klorin, melengkapi tingkat energi eksternalnya menjadi delapan elektron? Mari merepresentasikan pertanyaan secara skematis sebagai berikut:

Perpindahan elektron valensi ( e) tidak terjadi, karena keelektronegatifan kedua atom klor sama.

Pertanyaan ini membingungkan siswa.

Sebagai petunjuk, diusulkan untuk mempertimbangkan contoh yang lebih sederhana - pembentukan molekul hidrogen diatomik.

Siswa dengan cepat mengetahui bahwa karena perpindahan elektron tidak mungkin dilakukan, atom dapat menggabungkan elektronnya. Skema proses tersebut adalah sebagai berikut:

Elektron valensi menjadi umum, menghubungkan atom-atom menjadi molekul, sedangkan tingkat energi terluar kedua atom hidrogen menjadi lengkap.

Saya mengusulkan untuk menggambarkan elektron valensi dengan titik. Maka pasangan elektron yang sama harus ditempatkan pada sumbu simetri antara atom, karena ketika atom dari satu unsur kimia bergabung, perpindahan elektron tidak terjadi. Oleh karena itu, bilangan oksidasi atom hidrogen dalam sebuah molekul adalah nol:

Ini meletakkan dasar untuk studi lebih lanjut tentang ikatan kovalen.

Kami kembali ke pembentukan molekul klorin diatomik. Beberapa siswa menebak untuk menyarankan skema berikut untuk menggabungkan atom klorin menjadi molekul:

Saya menarik perhatian para siswa bahwa hanya elektron valensi yang tidak berpasangan yang membentuk pasangan elektron yang biasa yang menghubungkan atom klor ke dalam molekul.

Jadi siswa dapat membuat penemuannya, kegembiraan yang tidak hanya dikenang untuk waktu yang lama, tetapi juga mengembangkan kreativitas, kepribadian secara keseluruhan.

Di rumah, siswa menerima tugas: untuk menggambarkan skema pembentukan pasangan elektron bersama dalam molekul fluor F 2, hidrogen klorida HCl, oksigen O 2 dan menentukan bilangan oksidasi atom di dalamnya.

Dalam pekerjaan rumah, Anda harus bisa menjauh dari template. Jadi, saat membuat skema untuk pembentukan molekul oksigen, siswa perlu menggambarkan bukan hanya satu, tetapi dua pasang elektron yang sama pada sumbu simetri antar atom:

Dalam skema pembentukan molekul hidrogen klorida, perpindahan pasangan elektron yang sama ke atom klor yang lebih elektronegatif harus ditunjukkan:

Dalam senyawa HCl, bilangan oksidasi atom adalah: Н - +1 dan Cl - –1.

Jadi, definisi bilangan oksidasi sebagai muatan kondisional atom dalam sebuah molekul, sama dengan jumlah elektron yang dipindahkan ke atom dengan keelektronegatifan lebih besar, memungkinkan tidak hanya untuk merumuskan konsep ini dengan jelas dan mudah, tetapi juga menjadikannya dasar untuk memahami sifat ikatan kimia.

Bekerja sesuai dengan prinsip "pertama untuk memahami, dan kemudian mengingat", menerapkan teknik paradoks dan menciptakan situasi masalah di kelas, Anda tidak hanya bisa mendapatkan hasil belajar yang baik, tetapi juga mencapai pemahaman bahkan konsep dan definisi abstrak yang paling kompleks.

Pelajaran 2.
Menghubungkan atom logam
dengan non-logam

Kapan memeriksa pekerjaan rumah Saya mengajak siswa untuk membandingkan dua versi representasi visual dari kombinasi atom menjadi sebuah molekul.

Opsi Gambar Formasi Molekuler

M olecu l setelah F 2

Pilihan 1.

Atom dari satu unsur kimia terhubung.

Keelektronegatifan atom adalah sama.

Tidak ada perpindahan elektron valensi.

Bagaimana molekul fluor F 2 terbentuk masih belum jelas.

Pilihan 2.
Memasangkan elektron valensi dari atom identik

Kami menggambarkan elektron valensi atom fluor dengan titik:

Tidak disandingkan elektron valensi atom fluor membentuk pasangan elektron yang sama, digambarkan dalam diagram molekul pada sumbu simetri. Karena tidak ada perpindahan elektron valensi, bilangan oksidasi atom fluor dalam molekul F 2 adalah nol.

Hasil dari penggabungan atom fluor menjadi molekul menggunakan pasangan elektron yang sama adalah tingkat delapan elektron terluar dari kedua atom fluor.

Pembentukan molekul oksigen O 2 dipertimbangkan dengan cara yang serupa.

M olecu l dan l o r o d o 2

Pilihan 1.
Menggunakan diagram atom

Pilihan 2.
Memasangkan elektron valensi dari atom identik

M o l e cu l al chlo r tentang g o d o d HCl

Pilihan 1.
Menggunakan diagram atom

Atom klorin yang lebih elektronegatif memindahkan satu elektron valensi dari atom hidrogen. Pada atom, timbul muatan bersyarat: bilangan oksidasi atom hidrogen adalah +1, bilangan oksidasi atom klor adalah -1.

Sebagai hasil dari kombinasi atom ke dalam molekul HCl, atom hidrogen "kehilangan" (menurut skema) elektron valensinya, dan atom klorin memperpanjang tingkat energi eksternalnya menjadi delapan elektron.

Pilihan 2.
Pasangan elektron valensi atom yang berbeda

Elektron valensi tak berpasangan dari atom hidrogen dan klor membentuk pasangan elektron yang sama, bergeser ke arah atom klor yang lebih elektronegatif. Akibatnya, muatan kondisional terbentuk pada atom: bilangan oksidasi atom hidrogen adalah +1, bilangan oksidasi atom klor adalah -1.

Ketika atom digabungkan menjadi molekul dengan bantuan pasangan elektron yang sama, tingkat energi luarnya menjadi lengkap. Untuk atom hidrogen, tingkat terluar menjadi dua elektron, tetapi bergeser ke arah atom klor yang lebih elektronegatif, dan untuk atom klor, tingkat delapan elektron yang stabil.

Mari kita bahas lebih detail pada contoh terakhir - pembentukan molekul HCl. Skema mana yang lebih akurat dan mengapa? Siswa melihat perbedaan yang signifikan. Penggunaan skema atom dalam pembentukan molekul HCl melibatkan perpindahan elektron valensi dari atom hidrogen ke atom klor yang lebih elektronegatif.

Izinkan saya mengingatkan Anda bahwa keelektronegatifan (sifat atom yang memindahkan elektron valensi dari atom lain ke arah dirinya) melekat pada semua unsur dengan derajat yang bervariasi.

Siswa sampai pada kesimpulan bahwa penggunaan diagram atom dalam pembentukan HCl tidak memungkinkan untuk menunjukkan perpindahan elektron ke unsur yang lebih elektronegatif. Representasi titik-titik dari elektron valensi lebih akurat menjelaskan pembentukan molekul hidrogen klorida. Ketika atom H dan Cl terikat, elektron valensi dari atom hidrogen bergeser (dalam diagram - deviasi dari sumbu simetri) ke atom klor yang lebih elektronegatif. Akibatnya, kedua atom memperoleh bilangan oksidasi tertentu. Elektron valensi tidak berpasangan tidak hanya membentuk pasangan elektron bersama yang menghubungkan atom menjadi molekul, tetapi juga melengkapi tingkat energi terluar kedua atom. Skema pembentukan molekul F 2 dan O 2 dari atom juga lebih dapat dipahami jika elektron valensi digambarkan dengan titik.

Mengikuti contoh pelajaran sebelumnya dengan pertanyaan utamanya "Dari mana asal rumus zat?" siswa diminta untuk menjawab pertanyaan: "Mengapa garam meja memiliki rumus NaCl?"

KLORIDANATRIUM NaCl

Siswa membuat diagram berikut:

Kita katakan: natrium adalah unsur subkelompok Ia, ia memiliki satu elektron valensi, oleh karena itu, ia adalah logam; klorin adalah salah satu unsur dari subkelompok VIIa, memiliki tujuh elektron valensi, oleh karena itu, klorin adalah non-logam; pada natrium klorida, elektron valensi atom natrium akan condong ke arah atom klor.

Saya bertanya kepada teman-teman: apakah semua dalam skema ini benar? Apa hasil penggabungan atom natrium dan klorin untuk membentuk molekul NaCl?

Siswa menjawab: hasil dari kombinasi atom menjadi molekul NaCl adalah pembentukan tingkat terluar delapan elektron yang stabil dari atom klor dan tingkat terluar dua elektron dari atom natrium. Paradoksnya: dua elektron valensi pada tingkat energi ketiga eksternal tidak membutuhkan atom natrium! (Kami bekerja dengan diagram atom natrium.)

Ini berarti bahwa "tidak menguntungkan" bagi atom natrium untuk bergabung dengan atom klor, dan senyawa NaCl seharusnya tidak ada di alam. Namun, siswa mengetahui dari kursus geografi dan biologi tentang prevalensi garam meja di planet ini dan perannya dalam kehidupan organisme hidup.

Bagaimana menemukan jalan keluar dari situasi paradoks ini?

Kami bekerja dengan diagram atom natrium dan klorin, dan para siswa menebak bahwa akan bermanfaat bagi atom natrium untuk tidak bergeser, tetapi memberikan elektron valensinya ke atom klor. Kemudian atom natrium akan menyelesaikan tingkat energi luar - pra-eksternal - kedua. Untuk atom klor, tingkat energi terluar juga akan menjadi delapan elektron:

Kita sampai pada kesimpulan: adalah menguntungkan bagi atom logam yang memiliki sejumlah kecil elektron valensi untuk menyumbang, dan tidak menggeser elektron valensinya menjadi atom non-logam. Akibatnya, atom logam tidak memiliki keelektronegatifan.

Saya mengusulkan untuk memperkenalkan "tanda penangkapan" elektron valensi asing dengan atom bukan logam - tanda kurung siku.

Saat menggambarkan elektron valensi dengan titik, diagram koneksi atom logam dan non-logam akan terlihat seperti ini:

Saya menarik perhatian siswa bahwa ketika elektron valensi ditransfer dari atom logam (natrium) ke atom bukan logam (klorin), atom diubah menjadi ion.

Ion adalah partikel bermuatan yang mengubah atom sebagai hasil dari transfer atau keterikatan elektron.

Tanda dan nilai muatan ion dan bilangan oksidasi sama, dan perbedaan desainnya adalah sebagai berikut:

1 –1
Na, Cl - untuk bilangan oksidasi,

Na +, Cl - - untuk muatan ion.

C u a l c a l c a f 2

Kalsium adalah unsur subkelompok IIa, ia memiliki dua elektron valensi, ini adalah logam. Atom kalsium menyumbangkan elektron valensinya ke atom fluor - non-logam, unsur paling elektronegatif.

Dalam skema tersebut, kami mengatur elektron valensi tak berpasangan dari atom sehingga mereka "melihat" satu sama lain dan dapat membentuk pasangan elektronik:

Pengikatan atom kalsium dan fluor untuk membentuk CaF 2 secara energetik menguntungkan. Akibatnya, tingkat energi kedua atom menjadi delapan elektron: untuk fluor, ini adalah tingkat energi eksternal, dan untuk kalsium, ini adalah tingkat energi pra-eksternal. Representasi skematis dari transfer elektron dalam atom (berguna dalam studi reaksi redoks):

Saya menarik perhatian siswa bahwa, seperti tarikan elektron bermuatan negatif ke inti atom yang bermuatan positif, ion bermuatan berlawanan ditahan oleh gaya tarikan elektrostatis.

Senyawa ionik adalah padatan dengan titik leleh tinggi. Siswa tahu dari kehidupan: dimungkinkan untuk menyalakan garam meja selama beberapa jam tetapi tidak berhasil. Suhu nyala kompor gas (~ 500 ° C) tidak cukup untuk melelehkan garam
(t pl (NaCl) \u003d 800 ° C). Dari sini kita menyimpulkan: ikatan antara partikel bermuatan (ion) - ikatan ion - sangat kuat.

Untuk meringkas: ketika atom-atom logam (M) digabungkan dengan atom non-logam (He), tidak ada perpindahan, tetapi kembalinya elektron valensi oleh atom-atom logam ke atom-atom non-logam.

Dalam hal ini, atom netral secara elektrik berubah menjadi partikel bermuatan - ion, yang muatannya bertepatan dengan jumlah elektron yang disumbangkan (untuk logam) dan terikat (untuk non-logam).

Jadi, pada pelajaran pertama dari dua pelajaran, konsep "bilangan oksidasi" terbentuk, dan di pelajaran kedua, dijelaskan pembentukan senyawa ionik. Konsep baru tersebut akan menjadi dasar yang baik untuk studi lebih lanjut dari materi teoritis, yaitu: mekanisme pembentukan ikatan kimia, ketergantungan sifat-sifat zat pada komposisi dan strukturnya, dan pertimbangan reaksi redoks.

Sebagai kesimpulan, saya ingin membandingkan dua teknik metodologis: penerimaan paradoks dan teknik menciptakan situasi masalah dalam pelajaran.

Situasi paradoks dibuat secara logis selama mempelajari materi baru. Nilai tambah utamanya adalah emosi yang kuat, kejutan siswa. Kejutan adalah pendorong yang kuat untuk berpikir secara umum. Ini "menyalakan" perhatian tidak disengaja, mengaktifkan pemikiran, membuat Anda mengeksplorasi dan menemukan cara untuk menyelesaikan masalah.

Rekan kerja mungkin akan keberatan: menciptakan situasi bermasalah di kelas mengarah ke hal yang sama. Itu memimpin, tetapi tidak selalu! Biasanya, pertanyaan bermasalah dirumuskan oleh guru sebelum mempelajari materi baru dan tidak mendorong semua siswa untuk bekerja. Banyak orang yang tidak mengerti darimana masalah ini berasal dan mengapa sebenarnya perlu solusi. Penerimaan sebuah paradoks dibuat dalam proses mempelajari materi baru, mendorong siswa untuk merumuskan masalah itu sendiri, dan oleh karena itu, untuk memahami asal mula terjadinya dan kebutuhan akan solusi.

Saya berani mengatakan bahwa paradoks adalah cara paling sukses untuk merevitalisasi siswa di kelas, mengembangkan keterampilan penelitian dan kreativitas mereka.