Презентація «Ізомерія органічних сполук» з хімії для 10 класу

Попросіть учнів розглянути дві моделі й припустити, що в них однакове, а що різне. Обидві речовини мають формулу C₄H₁₀, хоча карбонові скелети відрізняються. Поки не вводьте означення ізомерів, дайте класу сформулювати запитання до прикладу. Типова помилка полягає в думці, що одна молекулярна формула завжди означає одну речовину.

Попросіть учнів пояснити, як одна молекулярна формула може відповідати різним речовинам. Бутан і ізобутан мають склад C₄H₁₀, але різну будову й різні температури кипіння: −0,5 °C та −12 °C відповідно. Це наведені в підручнику значення температур кипіння.

Окресліть три результати уроку й повертайтеся до них наприкінці. Учні мають не лише запам’ятати означення, а й уміти обґрунтувати його на прикладі формул. Поясніть, що сучасне уявлення доповнило хімічну будову просторовою та електронною.

Попросіть назвати, що показує молекулярна формула, а що можна побачити лише у структурній. Формула C₄H₁₀ указує кількість атомів Карбону й Гідрогену, але не відображає їхнього порядку сполучення. Чотиривалентність Карбону обмежує можливі структури, однак не робить їх єдиними. Типова помилка полягає в ототожненні складу молекули з її будовою.

Прочитайте означення й попросіть учнів знайти в ньому дві обов’язкові ознаки. В ізомерів мають збігатися молекулярні формули, а будова має відрізнятися. Різні властивості можуть бути наслідком відмінної будови, але не є обов’язковою ознакою означення. Типова помилка полягає в тому, що будь-які речовини з однаковим елементним складом називають ізомерами, не перевіряючи молекулярну формулу.

Попросіть учнів коротко описати інформацію, яку містить формула C₂H₆. Вона показує якісний і кількісний склад молекули, але сама по собі не показує порядок сполучення атомів. Структурна формула відображає хімічну будову. Типова помилка полягає в тому, що молекулярну формулу вважають повним описом молекули.

Зверніть увагу класу на те, що всі три моделі містять п’ять атомів Карбону й мають формулу C₅H₁₂. Попросіть порівняти карбонові скелети за наведеними скороченими структурними формулами. Це три різні варіанти будови пентану. Типова помилка полягає в повторному записі тієї самої структури, лише повернутої або намальованої інакше.

Порівняйте наведені в підручнику температури кипіння: −0,5 °C для бутану й −12 °C для ізобутану. Обидві речовини мають однакову молекулярну формулу, але різну хімічну будову й різні властивості.

Натрій ціанат і натрій фульмінат мають однаковий склад NaOCN, але атоми сполучені в різному порядку. Натрій ціанат плавиться за температури 560 °C, а натрій фульмінат вибухає від нагрівання. Цей приклад показує, що ізомерія трапляється і серед неорганічних сполук.

Олександр Бутлеров передбачив, що для складу C₄H₁₀ можливі два ізомери, і синтезував невідомий на той час ізобутан. Підручник не наводить точного року або способу синтезу, тому не додавайте їх.

Попросіть учнів розмежувати відомості про склад і хімічну будову. Молекулярна формула вказує види й кількість атомів, а структурна показує порядок їх сполучення. Структурні формули дають більше інформації про будову молекули.

Поясніть послідовність розвитку ідей: спершу враховували хімічну будову, а нові випадки ізомерії спонукали досліджувати просторове розташування атомів. Подальші дослідження підтвердили, що молекули можуть бути неплоскими. На початку XX століття розкрили електронну природу хімічних зв’язків. Типова помилка полягає в думці, що нові уявлення скасували класичну теорію, а не доповнили її.

Уточніть, що властивості залежать від складу й будови молекул. За властивостями речовини також можна робити висновки про її будову. Сучасна теорія розглядає хімічну, просторову та електронну будову разом. Типова помилка полягає в тому, що стрілку між будовою й властивостями розуміють лише в одному напрямі.

Зіставте чотири клітинки з формулюванням сучасної теорії будови органічних сполук. Склад охоплює якісний і кількісний склад, а будова включає порядок сполучення атомів, просторову форму та взаємодію електронів. Усі ці відомості разом дають повнішу характеристику речовини. Типова помилка полягає в тому, що молекулярну формулу вважають повним описом молекули.

Запропонуйте застосувати знання до метану CH₄. Учні мають зазначити, що чотири ковалентні зв’язки спрямовані в просторі під кутами 109,5°, а модель передає просторове розташування атомів. Молекулярна формула сама по собі цього не показує. Типова помилка полягає в тому, що молекулу уявляють плоскою.

Правильна відповідь: сполуки з однаковою молекулярною формулою, але різною будовою. Учні можуть помилково вирішити, що для ізомерів достатньо однакового елементного складу, не врахувавши, що має збігатися саме молекулярна формула.

Правильна відповідь: бутан та ізобутан мають однакову формулу C₄H₁₀, але різне сполучення атомів Карбону. Вони є структурними ізомерами. Типова помилка полягає в тому, що учні сприймають моделі як різні ракурси однієї структури.

Запропонуйте учням завершити коротке узагальнення: властивості речовини залежать від її складу й будови, а за властивостями можна робити висновки про будову. Попросіть сформулювати цю закономірність одним реченням, не повторюючи готових визначень.

Попросіть учнів дотримуватися чотиривалентності Карбону, коли вони малюватимуть структури пентану. Очікуються три різні скелети, кожен із формулою C₅H₁₂. У відповіді про бутан та ізобутан мають бути названі однакова формула й різна будова. Типова помилка полягає в тому, що замість структурної формули подають лише молекулярну.