Kształty cząsteczek

Zagadnienia

• VSEPR
• Wolne pary
• Wiązania
• Kąt między wiązaniami
• Cząsteczki
• Geometria molekularna
• Geometria elektronowa

Opis

Poznaj kształty cząsteczek budując je w 3D! W jaki sposób zmienia się kształt cząsteczek o różnej liczbie wiązań i par elektronowych? Sprawdź, dodając pojedyncze, podwójne lub potrójne wiązania i wolne pary do centralnego atomu. Następnie porównaj model VSEPR z rzeczywistymi cząsteczkami!

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 (Hanson i Rouinfar, czerwiec 2023)

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

Poziom

Szkoła podstawowa, szkoła średnia

Przykładowe cele nauczania

• Zauważ, że geometria cząsteczki wynika z odpychania między grupami elektronów.
• Dostrzegaj różnicę między geometrią elektronową a molekularną.
• Nazwij geometrię cząsteczki i geometrię elektronową dla cząsteczek z maksymalnie sześcioma grupami elektronowymi otaczającymi centralny atom.
• Porównaj przewidywania kątów wiązań z modelu opartego na VSEPR z rzeczywistymi cząsteczkami.
• Opisz jak wolne pary wpływają na kąty wiązań w rzeczywistych cząsteczkach.

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 lub wolne pary elektronów do atomu centralnego.

Ekran Cząsteczki rzeczywiste (link bezpośredni)

Porównanie kształtu i kątów wiązań w rzeczywistych cząsteczkach z wartościami przewidywanymi przy użyciu teorii VSEPR.

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 symulację Kształty cząsteczek chcesz uruchomić z białym tłem (colorProfile=projector), z domyślnie otwartym drugim ekranem (initialScreen=2), użyj: https://www.edukator.pl/tik_edukator/molecule-shapes_all.html?colorProfile=projector&initialScreen=2

Aby uruchomić to w języku polskim (locale=pl), adres URL będzie wyglądał następująco: https://www.edukator.pl/tik_edukator/molecule-shapes_all.html?locale=pl&colorProfile=projector&initialScreen=2

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
showOuterLonePairs - wyświetla wolne pary na zewnętrznych atomach.	showOuterLonePairs
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=3
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.	colorProfile=projector
allowLinks - jeśli false, wyłącza linki, które prowadzą uczniów do zewnętrznego adresu URL. Domyślnie jest true.	allowLinks=false
supportsPanAndZoom - gdy false, uniemożliwia przesuwanie i powiększanie symulacji za pomocą pinch-to-zoom lub elementów sterujących zoomem przeglądarki. Domyślnie jest true.	supportsPanAndZoom=false

Menu Preferencje

Po kliknięciu ikony menu Preferencje otworzy się okno, w którym możemy zaznaczyć żądane opcje:

• W sekcji Symulacja można zaznaczyć pokazywanie zewnętrznych wolnych par elektronowych.





• 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).
• Na ekranie Model wyświetlane są kąty wiązań przewidywane przez podstawową geometrię przy użyciu modelu VSEPR. Ten ekran ma na celu zapewnienie podstawowej wiedzy na temat geometrii elektronów i cząsteczek.
• 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 i elektronów, 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

• Istnieją przypadki, w których atomy są maksymalnie oddalone od siebie, ale kąty między atomami nie są takie same. Jakie to kształty i dlaczego tak się dzieje?
• Wyjaśnij, dlaczego kąt wiązania w cząsteczce wody wynosi 104,5°, a nie 109,5°, jak pokazano w widoku modelu.
• Wyjaśnij, dlaczego kąty wiązań w niektórych faktycznie istniejących cząsteczkach nie odpowiadają kątom wiązań przewidywanych przez teorię VSEPR - na przykład H₂O, SO₂, ClF₃, NH₃, SF₄, BrF₅.
• Zbuduj cząsteczkę o oktaedrycznej geometrii elektronowej i kwadratowej płaskiej geometrii cząsteczki.
• Opisz różnicę między geometrią elektronową a geometrią cząsteczkową.
• Wyjaśnij, dlaczego niektóre cząsteczki mają inną geometrię elektronową niż geometrię cząsteczkową.

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