Презентація «Кристалічний і аморфний стани твердих речовин» з хімії для 11 класу

Привітайте клас і наголосіть, що сьогодні розберемо, чому цукор і кухонна сіль це кристали, а скло і бурштин ні. Урок спирається на § 9 і § 10 підручника та на знання про типи хімічного зв'язку з § 5–8. Наприкінці уроку буде мінітест, тож просіть учнів конспектувати ключові ознаки двох станів.

Загадка веде до скла й кварцу, але тему не називайте. Підказка 1: аморфна речовина за внутрішньою будовою нагадує рідину, тільки не тече. Підказка 2: з часом силіцій(IV) оксид у складі скла кристалізується, тому старі склянки лопаються від окропу. Підказка 3: кварц це природна форма силіцій(IV) оксиду, гірський кришталь. Підведіть клас до теми: речовини бувають кристалічні й аморфні. Типова помилка: учні називають тему «скло», а не стан речовини.

Озвучте три цілі уроку простими словами: навчимося розпізнавати два стани твердих речовин, назвемо чотири типи кристалічних ґраток і з'ясуємо, звідки в металів електропровідність, а в скла відсутність чіткої температури плавлення. Скажіть, що всі приклади беремо з підручника й повсякденного життя. Це орієнтир, до якого повернетеся на підсумку.

Проговоріть із учнями критерії успіху: після уроку кожен має вміти за описом віднести речовину до кристалічної чи аморфної й обґрунтувати відповідь. Запропонуйте учням поставити собі плюс навпроти кожного пункту наприкінці уроку. Це допоможе їм бачити власний прогрес, а вам провести рефлексію.

Головна теза уроку: за внутрішньою будовою і фізичними властивостями тверді речовини поділяють на аморфні та кристалічні. На схемі порівняйте лід, де молекули води орієнтовані чітко й утворюють правильні геометричні фігури, як у кварцу, зі склом, де частинки розташовані безладно. Типова помилка: учні плутають зовнішню форму тіла з внутрішньою будовою, підкресліть, що йдеться саме про розташування частинок.

Розберіть кожну ознаку: порядок частинок дає ґратку, чіткий порядок дає одну певну температуру плавлення. Якщо кристалічну речовину зруйнувати, кожен шматочок зберігає хоча б частково форму початкового кристала. Попросіть учнів назвати вдома речовини з цими ознаками. Типова помилка: вважати, що всі кристалічні речовини прозорі, як кварц.

Ключове порівняння: аморфні речовини за будовою нагадують рідини, тільки не можуть текти. За нагрівання вони поступово розм'якшуються й нарешті стають рідкими, їм можна надати будь-якої форми. При руйнуванні утворюються уламки неправильної форми з нерівною поверхнею сколу. Типова помилка: учні вважають бурштин мінералом-кристалом, виправте: це аморфна речовина.

Пройдіть таблицею рядок за рядком і просіть учнів пояснювати кожне відмінність через розташування частинок. Наголосіть, що обидві речовини тверді, але поводяться з нагріванням зовсім по-різному. Типова помилка: учні кажуть, що скло взагалі не плавиться, виправте: воно плавиться, але в діапазоні температур.

Це завдання 122 з підручника. Очікувана відповідь: кухонна сіль і сухий лід кристалічні, вони мають ґратку і певну температуру плавлення. Скло, віск, парафін, поліетилен і тверде мило аморфні або мають аморфні ділянки, вони не мають чіткої температури плавлення і перед плавленням розм'якшуються. Обговорення: просіть на кожну відповідь назвати ознаку, за якою її зроблено.

Класифікація ґраток іде за природою частинок у вузлах і силами взаємодії між ними. Молекулярні ґратки утримуються міжмолекулярними силами, атомні — ковалентними зв'язками, йонні — електростатичним притяганням різнойменних йонів, металічні — притяганням катіонів до «електронного газу». Типова помилка: учні зараховують усі речовини Карбону до молекулярних ґраток, нагадайте про алмаз і графіт з атомними ґратками.

Швидко проговоріть формули, які зустрінуться на наступних слайдах, і попросіть учнів назвати тип ґратки для кожної речовини. Натрій хлорид має йонну ґратку, силіцій(IV) оксид утворює атомні ґратки в кварцу, Карбон в алмазі й графіті має атомні ґратки, а лід складається з молекул води. Типова помилка: учні записують SiO₂ як молекулу, наголосіть, що в кварцу це формула складу атомної ґратки.

Нагадайте матеріал § 8: у металах катіони упаковані щільно, а вільні електрони пересуваються між ними. Саме вільні електрони дають електропровідність і теплопровідність, а можливість шарів катіонів зісковзувати дає пластичність. Металічні структури утворюють і деякі сполуки, наприклад нітриди Титану та Хрому. Типова помилка: учні забувають, що кристал у цілому нейтральний, бо заряди катіонів і електронів компенсуються.

У йонних ґратках між різнойменно зарядженими йонами діють сили електростатичної взаємодії, тому речовини тверді й тугоплавкі. Водночас вони крихкі: незначний зсув наближає однойменно заряджені йони, і вони відштовхуються, утворюючи тріщини. До йонних ґраток належать солі, зокрема NaCl, KBr, NaI, NH₄NO₃, (NH₄)₂SO₄, а також деякі оксиди, наприклад CaO. Типова помилка: учні називають йонні ґратки найміцнішими, а вони міцніші за молекулярні, але слабші за атомні.

У атомних ґратках вузли займають атоми, сполучені ковалентними зв'язками. Такі ґратки мають алмаз, графіт, силіцій і силіцій(IV) оксид. Важливий висновок з підручника: ґратки алмазу й графіту утворені одними атомами Карбону, але розміщення атомів різне, тому властивості речовин різні. Типова помилка: учні вважають, що однаковий склад означає однакові властивості.

Очікувана відповідь: за швидкого охолодження розплавленого цукру частинки не встигають зайняти правильні місця, тому цукор застигає в аморфному стані. Саме з такого цукру роблять льодяники й карамельки. Обговорення: запитайте, що буде з аморфним цукром за довгого часу, він поступово кристалізується. Типова помилка: учні думають, що цукор «не встигає розплавитися повністю», а йдеться про те, що частинки не встигають упорядкуватися.

Наголосіть, що перехід іде в обидва боки: звичайне скло аморфне, але силіцій(IV) оксид у його складі з часом кристалізується, тому старі склянки лопаються від окропу. Аморфні речовини утворюються при швидкому охолодженні розплавів або конденсації газу. Згодом аморфні речовини кристалізуються, але при кімнатній температурі це тривалий процес. Типова помилка: думати, що аморфний стан незворотний.

Це центральна думка § 9: для аморфних речовин порядок у розташуванні частинок зберігається лише на відстані однієї-двох структурних частинок, а в кристалічних характерний для всього об'єму монокристала. Пов'яжіть із завданням 127 про дальній і ближній порядок: у кристалів дальній порядок, в аморфних лише ближній. Типова помилка: учні вважають аморфні речовини повністю безладними, а в них є узгодженість сусідніх частинок.

Правильна відповідь А. Твердий стан мають і кристалічні, і аморфні речовини, розм'якшення і довільна форма характерні для аморфних. Типова помилка: учні обирають Б, бо вважають твердість головною ознакою кристала, наголосіть, що твердими бувають обидва стани.

Правильна відповідь Б. Звичайне скло аморфне, але з часом силіцій(IV) оксид у його складі набуває кристалічної форми, і це змінює поведінку скла при нагріванні. Типова помилка: учні шукають причину в механічному зношенні, а йдеться про внутрішню перебудову структури.

Попросіть учнів ще раз оцінити себе за очікуваними результатами з початку уроку. Ключове для контрольної: за властивістю визначати тип ґратки й стан речовини. Наголосіть, що наступний § 10 розширює зв'язок будови і фізичних властивостей, і сьогоднішній матеріал це основа для нього.

Розпишіть завдання: 122 потребує класифікації речовин з обґрунтуванням, 126 просить пояснити, які особливості молекул бурштину, бітумів і вищих алканів зумовлюють їхній аморфний стан. Нагадайте, що відповідь на 126 варто шукати в довжині й формі молекул. Творчий варіант: знайти вдома три предмети з аморфних речовин.