Transcript כאשר אטום פוגש אטום..

‫הקשר הכימי‬
‫(ברמת מורה)‬
‫שילוב הוראת נושא חומרים (כימיה) בכיתה ט'‬
‫מלכה יאיון‬
‫המרכז הרצי‬
‫למורי הכימיה‬
‫קורס מורים מובילים לכימיה בכיתה ט'‬
‫מספר האטומים בכדור הארץ קבוע‬
‫(‪)99%‬‬
‫הקשרים בינהם משתנים!‬
‫מה אומר לכם המושג "קשר כימי"?‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫איך הייתם מסבירים?‬
‫אילו מושגים הייתם צריכים כדי להסביר?‬
‫אילו דוגמאות עולות לכם בראש?‬
‫על איזו אנלוגיה אתם חושבים?‬
‫קשרי מימן‬
‫קשר יוני‬
‫גם אני‬
‫מושך‪..‬‬
‫אני‬
‫מושך‪..‬‬
‫קשר שיתופי (קוולנטי)‬
‫‪e- e-‬‬
‫קשרי ואן‬
‫דר ואלס‬
‫כימיה בין‪...‬אנשים?‬
‫כולם קשרים כימיים!!!‬
‫אטום פוגש אטום‪ :‬רצף ההרצאה‬
‫• יהיה קשר? לא יהיה קשר?‬
‫מאפיינים של כל קשר‬
‫• איזה קשר? ‪...‬מי בקשר?‬
‫רצף‪ :‬קשר קוולנטי‪-‬קשר קוולנטי קוטבי‪-‬קשר יוני‬
‫מתכתי?‬
‫• "על קשר מיוחד" (אם יהיה זמן)‬
‫‪F-F‬‬
‫אטום פוגש אטום‪:‬‬
‫יהיה קשר שיתופי או לא יהיה קשר?‬
‫זו השאלה!‬
‫ירידה באנרגיה‬
‫איזון כוחות‬
‫שי‬
‫תוף‬
‫למורים בלבד!!‬
‫כאשר אטום פוגש אטום‪..‬‬
‫‪‬במרחק גדול מאוד בין האטומים (אינסוף)‬
‫‪‬במרחק גדול מאורך הקשר‬
‫כוחות משיכה‪:‬‬
‫בין אלקטרונים של אטום אחד‬
‫לגרעין של האטום אחר‬
‫כוחות המשיכה והדחייה זניחים‬
‫סך כוחות המשיכה גדול מסך כוחות הדחייה‬
‫כוחות דחייה‪:‬‬
‫א‪ .‬בין אלקטרונים של שני האטומים‬
‫ב‪ .‬בין הגרעינים של שני האטומים‬
‫כאשר אטום פוגש אטום‪..‬‬
‫‪‬במרחק גדול מאוד בין האטומים (אינסוף)‬
‫‪‬במרחק גדול מאורך הקשר‬
‫‪‬במרחק השווה לאורך הקשר‬
‫כוחות המשיכה והדחייה זניחים‬
‫סך כוחות המשיכה גדול מסך כוחות הדחייה‬
‫סך כוחות הדחייה משתווה לסך כוחות המשיכה‬
‫זוהי נקודת האיזון‬
‫כאשר אטום פוגש אטום‪..‬‬
‫‪‬במרחק גדול מאוד בין האטומים (אינסוף)‬
‫‪‬במרחק גדול מאורך הקשר‬
‫‪‬במרחק השווה לאורך הקשר‬
‫‪‬במרחק קטן מאורך הקשר‬
‫כוחות המשיכה והדחייה זניחים‬
‫סך כוחות המשיכה גדול מסך כוחות הדחייה‬
‫סך כוחות הדחייה משתווה לסך כוחות המשיכה‬
‫זוהי נקודת האיזון‬
‫גוברים כוחות הדחייה על כוחות המשיכה‬
‫אטום פוגש אטום‬
‫יהיה קשר או לא יהיה קשר?זו השאלה!‬
‫מרחק בין האטומים‬
‫כוחות משיכה‬
‫גדול מאוד‬
‫כוחות דחייה‬
‫זניחים‬
‫גדול‬
‫>‬
‫שווה לאורך הקשר‬
‫=‬
‫קטן מאורך הקשר‬
‫<‬
‫איזון כוחות‬
‫=‬
‫קשר‬
‫‪http://phet.colorado.edu/en/simulations/translated/iw‬‬
‫נוצר קשר אם יש רווח אנרגטי‪,‬‬
‫נוצר קשר אם המולקולה יציבה יותר מאטומים הבודדים‬
‫יציבות‬
‫אנרגיה‬
‫נבהיר באמצעות‬
‫אנלוגיה‬
‫להשקיעזוגות‬
‫שני‬
‫נתונים‬
‫צריך‬
‫להפריד‬
‫אנרגיה כדי‬
‫מגנטים‪:‬‬
‫אותם‬
‫בין איזה זוג מגנטים‬
‫פועלים‬
‫כוחות חזקים יותר?‬
‫משתחררת אנרגיה!‬
‫אנלוגיה לקשר‬
‫התאמה בין האנלוגיה לקשר‬
‫הפריט באנלוגיה‬
‫שני מגנטים‬
‫משיכה בין מגנטים (צפון דרום)‬
‫המושג הכימי‬
‫שני גרעיני אטומים‬
‫זוג אלקטרוני קשר‬
‫משיכה חשמלית של זוג האלקטרונים על ידי‬
‫שני הגרעינים‬
‫אינטראקציה זניחה במרחק גדול בין המגנטים אינטראקציה זניחה במרחק גדול בין‬
‫האטומים‬
‫משיכה גדלה ככל שהמרחק בין המגנטים קטן משיכה גדלה ככל שהמרחק בין הגרעינים קטן‬
‫אין‬
‫דחיה גדלה ככל שהמרחק בין הגרעינים קטן‬
‫מאורך הקשר‬
‫אין‬
‫שיתוף‬
‫המגנטים הצמודים נשארים ביחד ולא זזים‬
‫יציבות‬
‫דרושה אנרגיה כדי להרחיק אותם זה מזה‬
‫ונפלטת אנרגיה כאשר הם נצמדים‬
‫אנרגיה‬
‫אטום פוגש אטום‬
‫יהיה קשר שיתופי או לא יהיה קשר?‬
‫זו השאלה!‬
‫מרחק בין האטומים‬
‫יציבות‬
‫גדול מאוד‬
‫שווה לאורך הקשר‬
‫מינימאלית‬
‫אנרגיה‬
‫יציבות המערכת‬
‫אנרגיה של המערכת‬
‫גבוהה‬
‫נמוכה‬
‫מינימאלית‬
‫גבוהה‬
‫אנלוגית "הקפיץ" לקשר השיתופי‬
‫אנרגיה‬
‫פעולה‬
‫נדרשת‬
‫להרחיק‬
‫השקעת אנרגיה‬
‫לקרב‬
‫השקעת אנרגיה‬
‫להניח‬
‫‪-‬‬
‫מצב יציב‬
‫אנרגיה‬
‫יציבות נמוכה ‪=a d‬אנרגיה גבוהה‬
‫יציבות גדולה ‪=c‬מינימום אנרגיה‬
‫אטום פוגש אטום‪:‬‬
‫יהיה קשר שיתופי או לא יהיה קשר?‬
‫זו השאלה!‬
‫ירידה באנרגיה‬
‫איזון כוחות‬
‫שי‬
‫תוף‬
‫מהמודל החלקיקי למודל הענן האלקטרוני‬
‫(אורביטל)‬
‫פתרון מתמטי של משואת שרדינגר‬
‫גרעין‬
‫‪http://www.youtube.com/watch?v=sMt5Dcex0kg&feature=plc‬‬
‫‪p&list=PL395F5266BC351BFC‬‬
‫אורביטל = מייצג את המרחב בו יש סיכוי גבוה למצוא אלקטרונים‬
‫קשר קוולנטי‪-‬ענן אלקטרוני‬
‫(אורביטל) משותף‬
‫אלקטרון‬
‫גרעין‬
‫יצירת הקשר הקוולנטי‬
‫חפיפה של אורביטלים‬
‫הקשר כיווני‬
‫אורביטל ≠ רמת אנרגיה‬
‫האלקטרונים ערכיים מאכלסים את הרמה‬
‫בעלת האנרגיה הגבוהה ביותר‬
‫מודל כדורי‬
‫טוב‪/‬לא טוב‬
‫אורביטלים לא‬
‫כדוריים‬
http://www.youtube.com/watch?v=K-jNgq16jEY&feature=fvwrel
‫זוכרים?‪...‬למורים בלבד!!‬
‫כל אורביטל‬
‫יכול לאכלס ‪ 2‬אלקטרונים מקסימום‬
‫אלקטרון מאכלס קודם אורביטל ריק‬
‫אורביטל מלא יציב יותר‬
‫‪O‬‬
‫‪Cl‬‬
‫בכל אורביטל ‪:‬‬
‫‪ 2‬אלקטרונים מקסימום‬
‫אלקטרון מאכלס קודם אורביטל ריק‬
‫אורביטל מלא יציב יותר‬
‫‪O‬‬
‫‪Ar‬‬
‫‪H‬‬
‫‪N‬‬
‫‪Cl‬‬
‫קשר קוולנטי יחיד‬
‫כלור‬
‫‪Cl2‬‬
‫‪Cl Cl‬‬
‫‪Cl Cl‬‬
‫‪Cl Cl‬‬
‫‪Ar‬‬
‫בדרך כלל יצירת הקשר מובילה לקבלת אורביטלים מלאים יציבים יותר‬
‫רמת אנרגיה מלאה בדומה לגזים האצילים‬
‫(אבל לא תמיד)‬
‫ייצוג אלקטרוני על פי לואיס‬
‫‪Cl Cl‬‬
‫זוג אלקטרונים קושר‬
‫(אורביטל מולקולרי)‬
‫זוגות אלקטרונים לא קושרים‬
‫‪Cl Cl‬‬
‫אוקטט‬
‫‪Cl Cl‬‬
‫אוקטט‬
Cl Cl
‫מה דעתכם על‬
?‫האנימציה‬
© http://web.neo.edu/rjones/Pages/1014new/Lecture/chemistry/chapter_9/pages/chemical_bonds.html
‫‪Cl Cl‬‬
‫קשר קוולנטי יחיד‬
‫(אורביטל מולקולרי אחד)‬
‫‪Cl Cl‬‬
‫מסמנים קשר יחיד בקו‬
‫קשרים כפולים ומשולשים‬
‫חמצן‬
‫‪O2‬‬
‫‪O O‬‬
‫‪O O‬‬
‫‪O‬‬
‫‪O‬‬
‫חנקן‬
‫‪N2‬‬
‫‪N N‬‬
‫‪N N‬‬
‫‪N‬‬
‫‪N‬‬
‫אטום פוגש אטום ‪..‬‬
‫גם‬
‫אני‬
‫מושך‬
‫‪..e‬‬
‫אני‬
‫מושך‬
‫‪e‬‬
‫‪e-e-‬‬
‫אני מושך‬
‫קצת יותר‬
‫חזק‪..‬‬
‫אני מושך‪,‬‬
‫אבל חלש‬
‫יחסית‬
‫אלייך‬
‫‪δ+ e-e- δ-‬‬
‫איך יודעים מי מושך חזק אלקטרונים?‬
‫אלקטרושליליות‪ :‬מדד כמותי לנטייה של‬
‫אטום למשוך אליו אלקטרונים‬
‫אלקטרושליליות גדלה‬
‫• אלקטרושליליות גדלה לאורך שורה (משמאל לימין) כי ‪.....‬‬
‫• אלקטרושליליות גדלה לאורך טור (מלמטה למעלה) כי ‪....‬‬
‫קשר קוולנטי קוטבי וקשר טהור (לא קוטבי)‬
‫אלקטרושליליות‬
‫קשר‬
‫שווה וגדולה‬
‫קוולנטי טהור‬
‫שונה‬
‫קוולנטי קוטבי‬
‫שונה מאוד‬
‫יוני‬
© General Chemistry: Principles, Patterns, and Applications,
v. 1.0
!‫תהליך‬
‫ לא‬,‫= מצב‬
by Bruce Averill and Patricia Eldredge
‫איזון כוחות‬
http://catalog.flatworldknowledge.com/bookhub/4309?e=averill_1.0-ch08_s09
‫הקשר‬
‫אנרגיה מינימלית‬
‫יציבות גדולה‬
‫שיתוף\אי שיתוף‬
http://personal.strath.ac.uk/martin.grant/year2/ph253/scholar/Electronegativity.swf
‫אטום פוגש אטום‪..‬שיתוף\מעבר‬
‫קשר קוולנטי טהור‪/‬קוטבי‪/‬יוני‬
‫אפלט על קוטביות הקשר ומולקולות‬
‫‪http://www.uhu.es/quimiorg/covalente4.html‬‬
‫©‬
‫קבוצה ‪ :5‬סוגי קשרים‪-‬רצף‬
‫א‪ -‬חברו מטלה למורים שמטרתה לבסס את ‪:‬‬
‫א‪ -‬את המושג אלקטרושליליות‬
‫ב‪ -‬את הקשר בין אלקטרושליליות האטומים הקשורים לבין אופי‬
‫הקשר (קוולנטי טהור‪ ,‬קוולנטי קוטבי ויוני)‬
‫ג‪ -‬את המאפיינים של הקשרים השונים מבחינת המטען החלקי‬
‫והסיכוי למצוא את אלקטרוני הקשר‪.‬‬
‫היעזרו ביישומון שמוצג בקישורים הבאים‪:‬‬
‫‪http://stwww.weizmann.ac.il/chemcenter/Page.asp?id=234‬‬
‫‪http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/chp02/02020.html‬‬
‫כך נוצרות הרבה מאד שותפויות‬
‫ומקבלים את מיליוני חומרים‬
‫‪H N H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪NH3 + H+  NH4+‬‬
‫קשר קואורדינטיבי= קשר קוולנטי‬
‫כשרק אחד מהאטומים‬
‫תורם את הזוג המשותף‬
‫‪H+‬‬
‫‪H N H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪NH3‬‬
‫‪NH4+‬‬
‫אי ציות לכלל האוקטט‬
‫‪BF3‬‬
‫‪XeF2‬‬
‫‪SF4‬‬
‫אטומי הקשר יקבעו את סוג הקשר‬
‫כלל אצבע‪ :‬אלמתכות? אלמתכת עם מתכת? מתכת?‬
‫זה לא‬
‫שחור ולבן‬
‫אלא רצף‬
‫אטומים של אלמתכת ‪-‬א"ש שווה ‪ -‬קשר קוולנטי טהור‬
‫אטומים של אלמתכת ‪-‬א"ש שונה ‪ -‬קשר קוולנטי קוטבי‬
‫אטומים של אלמתכת ומתכת‪ -‬א"ש שונה מאוד‪ -‬קשר יוני‬
‫כלל אצבע‪:‬‬
‫גם‬
‫אני‬
‫מושך‬
‫‪..‬‬
‫אני‬
‫מושך‪.‬‬
‫‪.‬‬
‫‪e-e-‬‬
‫אני מושך‪,‬‬
‫אבל חלש‬
‫יחסית‬
‫אלייך‬
‫אני מושך‬
‫קצת יותר‬
‫חזק‪..‬‬
‫‪δ+ e-e- δ-‬‬
‫אני מושך‬
‫חזק‪..‬‬
‫_‬
‫‪e-e-‬‬
‫אני מושך‬
‫חלש‪..‬‬
‫‪+‬‬
‫אטומים של אלמתכת‬
‫אטומים של אלמתכת‬
‫קשר קוולנטי‬
‫ומתכת‬
‫קשר יוני‬
‫אטומים של אלמתכת בעלי אלקטרושליליות שונה‬
‫קשר קוולנטי קוטבי‬
‫שני מקרים קיצוניים‬
‫לרוב מדובר בקשרים שהם קצת קובלנטיים קצת יוניים‬
‫‪+Na‬‬
‫יש יונים רבים!!‬
‫הקשר הקוולנטי כיווני הקשר היוני לא‬
‫‪-Cl‬‬
‫‪+Na‬‬
‫‪-Cl‬‬
‫‪+Na‬‬
‫אטום פוגש אטום‪:‬‬
‫יהיה קשר או לא יהיה קשר?‬
‫זו השאלה!‬
‫ירידה באנרגיה‬
‫איזון כוחות‬
‫שי‬
‫תוף‬
‫מודל מבנה המתכת‬
‫יוני מתכת חיוביים‬
‫‪--‬‬
‫‪-‬‬
‫‪+Li‬‬
‫‪+Li‬‬
‫‪+Li‬‬
‫‪+Li‬‬
‫‪+Li‬‬
‫‪+Li‬‬
‫‪+Li‬‬
‫‪+Li‬‬
‫‪+Li‬‬
‫‪+Li‬‬
‫‪+Li‬‬
‫‪+Li‬‬
‫‪+Li‬‬
‫‪+Li‬‬
‫‪+Li‬‬
‫‪+Li‬‬
‫‪+Li‬‬
‫‪+Li‬‬
‫‪+Li‬‬
‫‪+Li‬‬
‫‪+Li‬‬
‫‪+Li‬‬
‫‪+Li‬‬
‫‪+Li‬‬
‫‪+Li‬‬
‫‪+Li‬‬
‫‪+Li‬‬
‫‪+Li‬‬
‫‪+Li‬‬
‫‪+Li‬‬
‫‪+Li‬‬
‫‪+Li‬‬
‫‪+Li‬‬
‫‪+Li‬‬
‫‪+Li‬‬
‫‪+Li‬‬
‫‬‫‪-‬‬
‫‬‫‪-‬‬
‫‪-‬‬
‫‬‫‬‫‬‫‪-‬‬
‫ ‪-‬‬‫‬‫‪- -‬‬
‫המשיכה בין אלקטרוני ערכיות לגרעין נמוכה יחסית –‬
‫הם עוברים מאטום לאטום לכן מכנים אותם‬
‫“ים של אלקטרונים”‬
‫ברמה החלקיקית‬
‫הקשר פשוט יותר‪ -‬הכל הדדי!‬