Kształty cząsteczek: podstawy

Zagadnienia

• Geometria molekularna
• Wiązania
• VSEPR
• Kąt między wiązaniami
• Cząsteczki

Opis

Poznaj kształty cząsteczek budując je w 3D! Dowiedz się, jak zmienia się kształt cząsteczki w miarę dodawania atomów.

PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, https://phet.colorado.edu Na licencji CC BY 4.0

W opracowaniu niniejszego poradnika wykorzystano materiały PhET: Strona źródłowa symulacji, Teacher Tips (Rouinfar, sierpień 2023)

W szablonie strony wykorzystano kod html/css: phydemo.app.

Poziom

Szkoła podstawowa, szkoła średnia

Przykładowe cele nauczania

• Zauważ, że kształt cząsteczki wynika z odpychania między atomami.
• Rozpoznaj, że wiązania nie są ustalone w miejscu, ale mogą się obracać w odpowiedzi na odpychanie.

Przykładowe materiały teoretyczne

• Co oznacza skrótowiec VSEPR? (ZPE)
• Kształt cząsteczek (Open AGH)
• Czy możemy przewidzieć kształt cząsteczki? (ZPE)
• VSEPR (Wikipedia)

Sterowanie symulacją

Ekran Model (link bezpośredni)

Na tym ekranie uczniowie mogą budować modele cząsteczek, dodając pojedyncze, podwójne lub potrójne wiązania atomowe do atomu centralnego.

Ekran Cząsteczki rzeczywiste (link bezpośredni)

Uczniowie mogą badać geometrię i kąty wiązań cząsteczek wybranych z listy rzeczywistych cząsteczek.

Opcje dostosowywania

Poniższe parametry query umożliwiają dostosowanie symulacji i można je dodać, dołączając znak '?' do adresu URL symulacji i oddzielając każdy parametr query znakiem '&'. Ogólny wzorzec adresu URL to: …html?queryParameter1&queryParameter2&queryParameter3

Na przykład, jeśli w symulacji Kształty cząsteczek: podstawy chcesz uwzględnić tylko pierwszy ekran (screens=1) i wyłączyć przesuwanie i powiększanie (supportsPanAndZoom=false), użyj: https://www.edukator.pl/tik_edukator/molecule-shapes-basics_all.html?screens=1&supportsPanAndZoom=false

Aby uruchomić to w języku polskim (locale=pl), adres URL będzie wyglądał następująco: https://www.edukator.pl/tik_edukator/molecule-shapes-basics_all.html?locale=pl&screens=1&supportsPanAndZoom=false

Wskazuje, że dostęp do tego dostosowania można uzyskać też z menu Preferencje lub Opcje... w symulacji.

Parametr query i opis	Przykładowe linki
maxConnections - ogranicza liczbę atomów (1-6), które mogą być połączone z atomem centralnym na ekranie Model, niezależnie od kolejności wiązań.	maxConnections=4
screens - określa, które ekrany są włączone do symulacji i jaka jest ich kolejność. Każdy ekran powinien być oddzielony przecinkiem. Więcej informacji można znaleźć w Centrum pomocy.	screens=2,1 screens=1
initialScreen - otwiera kartę SIM bezpośrednio na określonym ekranie, z pominięciem ekranu głównego.	initialScreen=1 initialScreen=2
locale - określa język symulacji przy użyciu kodów ISO 639-1. Dostępne wersje językowe można znaleźć na stronie symulacji w zakładce Tłumaczenia. Uwaga: działa to tylko wtedy, gdy adres URL symulacji kończy się na “_all.html”.	locale=pl (polski) locale=fr (francuski)
colorProfile - zmienia kolory symulacji dla łatwiejszej projekcji. Pole wyboru dostępne także w menu PhET w obszarze Opcje > Tryb projektora.	colorProfile=projector
allowLinks - jeśli false, wyłącza linki, które prowadzą uczniów do zewnętrznego adresu URL. Domyślnie jest true.	allowLinks=false
supportsPanAndZoom - gdy true, umożliwia przesuwanie i powiększanie symulacji za pomocą pinch-to-zoom lub elementów sterujących zoomem przeglądarki.	supportsPanAndZoom=false

Menu Preferencje

Po kliknięciu ikony menu Preferencje otworzy się okno, w którym W sekcji Wizualne możemy zaznaczyć Tryb projektora, aby ułatwić projekcję. Następuje wtedy odwrócenie kolorów, tak jak na zrzucie ekranu poniżej:

Gdy adres URL symulacji kończy się na "_all.html", dodatkowo pojawia się sekcja Lokalizacja, w której możemy dokonać wyboru języka:

Ułatwienia dostępu

Tryb pełnoekranowy

Po kliknięciu logo PhET (na dole po prawej) pojawia się okno zawierające informacje dotyczące symulacji. Możemy tu zmienić sposób jej wyświetlania.

Klikając Pełny ekran przechodzimy do trybu pełnoekranowego (powrót - klawisz escape).

Wersje offline, niewymagające połączenia z internetem

Dostępne są również wersje symulacji niewymagające połączenia z internetem.

Aplikacja PhET Desktop zawiera wszystkie symulacje HTML5 i Java, w tym ich tłumaczenia, do użytku offline w systemach Windows i macOS (dostępne po zalogowaniu tu). Symulacje HTML5 nie wymagają dodatkowego oprogramowania, natomiast do uruchamiania dowolnych symulacji Java w aplikacji komputerowej jest wymagany Java SE Development Kit 8.

Za symboliczną opłatą możemy pobrać w postaci jednej aplikacji wszystkie materiały PhET, które zostały opublikowane w html5. Telefony, tablety i Chromebooki (z systemem Android): Google Play. iPhone'y i iPady (aplikacja na iOS): App Store

Darmową wersję desktopową tej aplikacji pobierzemy bezpośrednio klikając tu - wersja _pl zawiera polską (domyślną) i angielską wersję językową i tu - wersja _all zawiera angielską (domyślną) i wszystkie inne dostępne wersje językowe lub ze strony PhET (klikając przycisk ze strzałką przy wybranej wersji językowej):

Uproszczenia modelu

• Do określenia kształtu cząsteczki dla danej liczby domen elektronowych wykorzystano model odpychania par elektronów powłoki walencyjnej - Valence Shell Electron Pair Repulsion (VSEPR).
• Korzystając z ekranu Model, uczniowie badają rolę wiązań atomowych w określaniu kształtu cząsteczki. Rolę wolnych par elektronowych można zbadać za pomocą symulacji Kształty cząsteczek.
• Na ekranie Model wyświetlane są kąty wiązań przewidywane przez podstawową geometrię przy użyciu modelu VSEPR.
• Chociaż symulacja uniemożliwia dodanie więcej niż sześciu domen elektronowych do centralnego atomu, możliwe jest uzyskanie liczb koordynacyjnych większych niż sześć.
• Na ekranie Model uczniowie mogą budować niefizyczne struktury. Ponieważ celem symulacji jest wspieranie uczniów w zrozumieniu prawidłowości w geometrii molekuł, budowanie niefizycznych struktur jest dopuszczalne w zakresie, w jakim wspierane są cele edukacyjne.
• Więcej informacji dotyczących założeń modelu można uzyskać tu (en)

Sugestie dotyczące wykorzystania

Wskazówki dotyczące wszystkich symulacji zawarte są w informacjach ogólnych.

Więcej porad dotyczących korzystania z symulacji z uczniami można znaleźć na stronach PhET w sekcji Wskazówki dotyczące korzystania z PhET.

Przykładowe polecenia

• Ile różnych kształtów cząsteczek można utworzyć za pomocą symulacji?
• Zbuduj cząsteczkę o geometrii piramidy trygonalnej.
• Czy istnieją przypadki, w których atomy są tak samo oddalone od siebie, ale kąty między atomami nie są takie same? Jakie to kształty i dlaczego tak się dzieje?

Zobacz wszystkie opublikowane na stronach PhET aktywności dla Kształty cząsteczek: podstawy tutaj (dostęp do materiałów wymaga zalogowania).