粘土から分子を作る方法。 分子 水の分子の DIY 紙モデル
多くの学童は化学が好きではなく、化学を退屈な科目だと考えています。 多くの人がこの主題を難しいと感じています。 しかし、プロセスに創造的にアプローチし、すべてを明確に示すことができれば、それを研究することは興味深く、勉強になります。
粘土から分子を彫刻するための詳細なガイドを提供します。
分子を作る前に、どのような化学式を使用するかを事前に決める必要があります。 私たちの場合、これらはエタン、エチレン、メチレンです。 必要になります：対照的な色の粘土（私たちの場合は赤と青）と緑色の粘土、マッチ（つまようじ）。
1. 赤い粘土で直径約 2 cm (炭素原子) のボールを 4 つ丸めます。 次に、青い粘土でできた直径約 1 センチメートル (水素原子) の小さなボールを 8 個転がします。
2. 赤いボールを 1 つ取り、写真のように 4 本のマッチ (または爪楊枝) をその中に差し込みます。
3. 青いボールを 4 つ取り、赤いボールに差し込まれたマッチの自由端に置きます。 その結果、天然ガスの分子が生成されます。
4. 手順 3 を繰り返し、次の化学物質の 2 つの分子を取得します。
5. エタン分子を形成するには、作られた分子がマッチで互いに接続されている必要があります。
6. 二重結合を持つ分子、エチレンを作成することもできます。 これを行うには、手順 3 で得た各分子から、青いボールが付いているマッチを 1 つ取り出し、その部分を 2 つのマッチで接続します。
7. 赤いボール 1 つと青いボール 2 つを用意し、それらを 2 つのマッチでつなぎ、青 – マッチ 2 つ – 赤 – マッチ 2 つ – 青のチェーンを作ります。 二重結合を持つ別の分子、メチレンがあります。
8. 残りのボール (赤と青 2 個) を取り出し、図に示すようにマッチで結びます。 次に、緑色の粘土から 2 つの小さなボールを転がし、それらを分子に取り付けます。 マイナスに帯電した電子を 2 つ持つ分子があります。
化学の勉強がより面白くなり、お子様も化学に興味を持つようになります。
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この作業は、職業教育を受けに来た学生たちとともに行われます。 多くの場合、彼らは化学の知識が乏しいため、その主題に興味を持ちません。 しかし、どの生徒も学びたいという欲求を持っています。 成績の悪い生徒であっても、自分で何かをすることができたときは、その科目に興味を示します。
仕事における課題は、知識のギャップを考慮して設計されています。 強力な理論的資料により、必要な概念をすぐに思い出すことができ、学生が作業を完了するのに役立ちます。 分子のモデルを構築すると、子供たちは構造式を書くのが簡単になります。 作業の実践的な部分をより早く完了するより強力な生徒には、計算タスクが与えられます。 各生徒は仕事をすることで結果を達成します。ある生徒は喜んで分子のモデルを構築することができ、他の生徒はほとんどの作業を完了し、他の生徒はすべての課題を完了し、各生徒が成績を受け取ります。
レッスンの目標:
- 独立した作業スキルを開発する。
- 有機化合物の構造理論に関する学生の知識を一般化および体系化します。
- 炭化水素の構造式を組み立てる能力を強化する。
- 国際命名法に従って命名するスキルを練習します。
- 問題を繰り返し解いて、物質中の元素の質量分率を決定します。
- 注意力と創造的な活動を発達させます。
- 論理的思考を養う。
- 責任感を養います。
実務
「有機物質の分子の模型を作る。
炭化水素の構造式を立てる。」
仕事の目標:
- 有機物質の分子の模型の作り方を学びます。
- 炭化水素の構造式を書き留め、国際命名法に従って名前を付ける方法を学びます。
理論的な資料。炭化水素は炭素原子と水素原子からなる有機物質です。 すべての有機化合物の炭素原子は 4 価です。 炭素原子は、直鎖、分枝鎖、および閉鎖を形成できます。 物質の性質は、定性的および量的な組成だけでなく、原子が互いに結合する順序にも依存します。 分子式は同じだが構造が異なる物質を異性体といいます。 接頭語は数量を示します ディ- 二、 三つ- 三つ、 テトラ- 四; シクロ- は閉店を意味します。
炭化水素の名前の接尾辞は、多重結合の存在を示します。
jp炭素原子間の単結合 (CC);
jp炭素原子間の二重結合 (C = C);
で炭素原子間の三重結合 (CC);
ジエン炭素原子間の2つの二重結合 (C = C C = C);
部首: メチル-CH 3 ; エチル-C 2 H 5 ; 塩素 -Cl; 臭素 -Br.
例。 プロパン分子のモデルを作成します。
プロパン分子 C3H8 3 つの炭素原子と 8 つの水素原子が含まれています。 炭素原子は互いに結合しています。 サフィックス – ja炭素原子間に単結合が存在することを示します。 炭素原子は 10928 分の角度で配置されています。
分子はピラミッドの形をしています。 炭素原子を黒丸、水素原子を白丸、塩素原子を緑丸として描きます。
モデルを描くときは、原子サイズの比率を観察してください。
周期表を使用してモル質量を求める
M (C 3 H 8) = 12 3 + 1 8 = 44 g/mol。
炭化水素に名前を付けるには、次のことを行う必要があります。
- 最も長いチェーンを選択してください。
- ラジカルまたは多重結合が最も近いエッジから始まる番号。
- それぞれ複数の部首が示されている場合は、部首を示します。 (名前の前の番号)。
- 最小の部首から順に部首に名前を付けます。
- 最長のチェーンに名前を付けます。
- 多重結合の位置を示します。 (名前の後の番号)。
名前で数式を作成する場合 必要：
- 鎖内の炭素原子の数を決定します。
- 多重結合の位置を決定します。 (名前の後の番号)。
- ラジカルの位置を決定します。 (名前の前の番号)。
- 根号の式を書きます。
- 最後に、水素原子の数と配置を決定します。
元素の質量分率は次の式で求められます。
どこ
– 化学元素の質量分率。
n – 化学元素の原子の数。
Ar は化学元素の相対原子量です。
Mr – 相対分子量。
問題を解決するときに使用します 計算式:
相対ガス密度 Dgあるガスの密度が別のガスの密度より何倍大きいかを示します。 D(H 2) - 水素の相対密度。 D(空気) - 空気中の相対密度。
器具: 分子の球と棒のモデルのセット、さまざまな色の粘土、マッチ、「飽和炭化水素」の表、周期表。 個別のタスク。
進捗。 オプションに従ってタスクを完了します。
オプション1。
タスクNo.1 . 分子のモデルを作成します: a) ブタン、b) シクロプロパン。 ノートに分子モデルを描きます。 これらの物質の構造式を書きなさい。 それらの分子量を求めます。
タスクその3。 作曲する 構造的な 物質の式:
a) ブテン-2、その異性体を書きます。
b) 3,3-ジメチルペンチン-1。
タスクその4。 問題解決：
タスク 1 メタン中の炭素と水素の質量分率を決定します。
問題 2. カーボンブラックはゴムの製造に使用されます。 22 g のプロパンの分解から何 g のすす (C) が得られるかを決定しますか?
オプション #2。
タスクNo.1 . 分子のモデルを作成します: a) 2-メチルプロパン、b) シクロブタン。 ノートに分子モデルを描きます。 これらの物質の構造式を書きなさい。 それらの分子量を求めます。
タスクその2。 物質に名前を付けます:
タスク No. 3 作成 構造的な 物質の式:
a) 2-メチルブテン-1、その異性体を書きます。
b) プロピン。
タスクその4。 問題解決：
タスク 1. エチレン中の炭素と水素の質量分率を決定します。
問題 2. カーボンブラックはゴムの製造に使用されます。 36 g のペンタンの分解から得られるすす (C) の質量を決定しますか?
オプション #3。
タスクNo.1 . 分子のモデルを作成する: a) 1,2-ジクロロエタン、b) メチルシクロプロパン
ノートに分子モデルを描きます。 これらの物質の構造式を書きなさい。 ジクロロエタンは空気の何倍重いですか?
タスクその2。 物質に名前を付けます:
タスクその3。 作曲する 構造的な 物質の式:
a) 2-メチルブテン-2、その異性体を書きます。
b) 3,4-ジメチルペンチン-1。
タスクその4。 問題解決：
タスク 1. 92.3% の炭素と 7.7% の水素を含む物質の分子式を求めます。 水素の相対密度は 13 です。
問題 2. 29 g のブタン (no.) の分解中に放出される水素の量はどれくらいですか?
オプション番号 4。
タスクNo.1 . 分子のモデルを作成します: a) 2,3-ジメチルブタン、b) クロロシクロプロパン。 ノートに分子モデルを描きます。 これらの物質の構造式を書きなさい。 それらの分子量を求めます。
タスクその2。 物質に名前を付けます
タスクその3。 作曲する 物質の構造式:
a) 2-メチルブタジエンテン-1,3; 異性体を書きます。
b) 4-メチルペンチン-2。
タスクその4。 問題解決：
タスク 1. 92.3% の炭素と 7.7% の水素を含む物質の分子式を求めます。 水素の相対密度は 39 です。
問題 2. プロパンからなる 72 g の自動車燃料が完全燃焼すると、どのくらいの量の二酸化炭素が放出されますか?
今日は模型作りだけでなく化学の授業も行い、粘土から分子の模型を作ります。 粘土の球は原子として表すことができ、普通のマッチやつまようじは構造的なつながりを示すのに役立ちます。 この方法は、教師が化学の新しい内容を説明するときに、親が宿題を確認して勉強するときに、そして子供自身がその主題に興味があるときに使用できます。 おそらく、ミクロオブジェクトを頭の中で視覚化するための視覚資料を作成する、これほど簡単でアクセスしやすい方法はありません。
ここでは、有機化学と無機化学の世界の代表者を例として挙げます。 それらと類推することで、他の構造を作成することができます。主なことは、この多様性をすべて理解することです。
作業用の材料：
- 2色以上の粘土。
- 教科書の分子の構造式（必要な場合）。
- マッチやつまようじ。
1. 分子が形成される球状原子をモデル化するための粘土と、それらの間の結合を表すマッチを準備します。 当然のことながら、ミクロ世界の特定のオブジェクトをより明確に想像できるように、異なる種類の原子を異なる色で表示する方が良いでしょう。
2. ボールを作るには、粘土を必要な量だけつまみ、手でこねて、手のひらで丸めて形を整えます。 有機炭化水素分子を彫刻するには、大きな赤いボール (炭素) を使用し、小さな青いボール (水素) を使用します。
3. メタン分子を形成するには、4 つのマッチを四面体の頂点の方向を向くように赤いボールに挿入します。
4. 青いボールをマッチの自由端に置きます。 天然ガス分子の準備が整いました。
5. 2 つの同一の分子を用意して、次の炭化水素の分子であるエタンがどのように得られるかを子供に説明します。
6. 1 つのマッチと 2 つの青いボールを取り外して、2 つのモデルを接続します。 イーサンは準備ができています。
7. 次に、刺激的なアクティビティを続けて、多重結合がどのように形成されるかを説明します。 2 つの青いボールを取り除き、カーボン間の結合を 2 倍にします。 同様の方法で、レッスンに必要なすべての炭化水素分子を成形できます。
8. 同じ方法は、無機世界の分子を彫刻するのに適しています。 同じ粘土ボールがあなたの計画を実現するのに役立ちます。
9. 中央の炭素原子、つまり赤いボールを取り出します。 そこに 2 つのマッチを挿入し、分子の直線形状を定義します。マッチの自由端に、この場合は酸素原子を表す 2 つの青いボールを取り付けます。 このようにして、線状構造の二酸化炭素分子が得られます。
10. 水は極性液体であり、その分子は角張った構造をしています。 それらは 1 つの酸素原子と 2 つの水素原子から構成されます。 角構造は中心原子の孤立電子対によって決まります。 2 つの緑色の点として表すこともできます。
これらは、お子様と一緒にぜひ実践していただきたい、刺激的で創造的なレッスンです。 学習プロセス中に自分で作成した視覚補助が提供されると、あらゆる年齢の生徒が化学に興味を持ち、主題をよりよく理解できるようになります。
人々は非常に長い間、物質は個々の小さな粒子から構成されていると推測してきましたが、これは約 2500 年前にギリシャの科学者デモクリトスによって述べられました。
しかし、古代に科学者が物質は個々の粒子で構成されているとしか考えていなかったとしても、20世紀初頭にはそのような粒子の存在が科学によって証明されました。 多くの物質を構成する粒子は分子1と呼ばれます。
物質の分子は、その物質の最小の粒子です。 水の最小粒子は水分子、砂糖の最小粒子は糖分子などです。
分子の大きさはどれくらいですか?
一片の砂糖を非常に小さな粒に粉砕することができ、一粒の小麦を粉砕して小麦粉にできることが知られています。 水の上に広がる油は、人間の髪の毛の厚さの 40,000 分の 1 の厚さの膜を形成します。 しかし、小麦粉一粒にも油膜の厚さにも、分子は 1 つではなく、多数含まれています。 これは、これらの物質の分子の大きさが小麦粉の粒の大きさやフィルムの厚さよりもさらに小さいことを意味します。次のような比較が可能です。リンゴが地球よりも小さいのと同じだけ、分子は平均的な大きさのリンゴよりも小さいのです。
さまざまな物質の分子のサイズは異なりますが、それらはすべて非常に小さいです。 現代の機器である電子顕微鏡により、最大の分子を観察したり写真に撮ったりすることが可能になりました（カラープレート II を参照）。 これらの写真は、分子の存在をさらに裏付けています。
分子は非常に小さいため、それぞれの体には非常に多くの分子が含まれています。 空気1cm 3 には非常に多くの分子が含まれているため、同じ数の砂粒を積み上げると、大きな工場を覆うほどの山ができます。
自然界では、すべての物体は少なくとも何らかの点で互いに異なります。 同じ顔をした人は二人としていません。 同じ木に生える葉には、まったく同じものはありません。 たとえ砂の山全体であっても、同じ砂粒は見つかりません。 ベアリング用の何百万ものボールが、同じサイズの 1 つのサンプルに基づいて工場で製造されます。しかし、加工時よりも正確にボールを測定すれば、同じボールが 2 つとして存在しないことがわかります。
同じ物質の分子は互いに異なりますか?
1. 分子とは、「小さな塊」を意味するラテン語です。
数多くの複雑な実験により、同じ物質の分子は同一であることが示されています。 それぞれの純粋な物質は、その物質に固有の同一の分子で構成されています。これは驚くべき事実です。 たとえば、ジュースや牛乳から得た水と海水を蒸留して得た水を区別することは不可能です。なぜなら、水の分子は同じであり、同じ分子で構成されている物質は他に存在しないからです。
分子は物質の非常に小さな粒子ですが、分割することもできます。 分子を構成する粒子を原子といいます。
たとえば、酸素分子は 2 つの同一の原子から構成されます。 水分子は 3 つの原子、つまり 1 つの酸素原子と 2 つの水素原子で構成されています。 図 14 は 2 つの水分子を示しています。この分子の図式表現は科学で受け入れられており、物理実験で研究される分子の特性に対応しており、分子モデルと呼ばれます。
2 つの水分子の分裂により、4 つの水素原子と 2 つの酸素原子が生成されます。 2 つの水素原子ごとに結合して水素分子が形成され、すべての酸素原子が結合します。 図 15 に模式的に示すように、酸素分子に変換されます。
原子も分割できない粒子ではなく、素粒子と呼ばれる小さな粒子から構成されています。
質問。 1.物質を構成する粒子は何と呼ばれますか? 2. 分子のサイズが小さいということはどのような観察から得られますか? 3. 分子の大きさについて何を知っていますか? 4.水分子の組成について何を知っていますか? 5. すべての水の分子が同じであることを示す実験と推論は何ですか?
エクササイズ。ご存知のように、油性液体の滴は水面に広がり、薄い膜を形成します。 なぜ油は一定の膜厚になると広がりを停止するのでしょうか?
エクササイズ。色付き粘土から 2 つの水分子のモデルを作成します。 次に、これらの分子を使用して酸素と水素の分子のモデルを作成します。
観察や実験に加えて、モデリングは自然界や化学を理解する上で重要な役割を果たします。
観察の主な目的の 1 つは、実験結果のパターンを探索することであるとすでに述べました。
ただし、一部の観察は自然界で直接行うのが不便または不可能です。 自然環境は、特別な装置、設備、オブジェクト、つまりモデル（ラテン語の弾性率から - 測定、サンプル）の助けを借りて実験室の条件で再現されます。 モデルは、オブジェクトの最も重要な機能とプロパティのみをコピーします。
たとえば、科学者は雷の自然現象を研究するために、雷雨を待つ必要はありませんでした。 雷は物理の授業や学校の研究室でシミュレートできます。 2 つの金属球には、正と負の逆の電荷を与える必要があります。 ボールが一定の距離に近づくと、ボールの間で火花が飛び散ります。これはミニチュアの稲妻です。 ボールの電荷が大きいほど、近づいたときの火花の飛び上がりが早くなり、人工雷の発生時間が長くなります。 このような稲妻は、エレクトロフォアマシンと呼ばれる特別な装置を使用して生成されます（図33）。
米。 33.
電気泳動装置
このモデルを研究することで、科学者たちは自然雷が 2 つの雷雲の間、または雲と地面の間で発生する巨大な放電であると判断することができました。 しかし、本物の科学者は、研究した各現象の実用的な応用を見つけようと努力します。 電気雷が強力であればあるほど、その温度は高くなります。 しかし、電気エネルギーの熱への変換は、たとえば金属の溶接や切断に使用できます。 これが、今日すべての学生に馴染みのある電気溶接プロセスの登場です（図 34）。
米。 34.
雷の自然現象を実験室でシミュレートできる
物理学におけるモデリングは特に広く使用されています。 この主題に関するレッスンでは、電気現象と磁気現象、物体の動きのパターン、および光学現象を研究するのに役立つさまざまなモデルに慣れることができます。
それぞれの自然科学は、実際の自然現象や物体を視覚的に想像するのに役立つ独自のモデルを使用しています。
最も有名な地理モデルは地球儀（図35、a）です。地球のミニチュア三次元画像であり、大陸と海洋、国と大陸、山と海の位置を調べることができます。 地球の表面の画像が平らな紙に適用される場合、そのようなモデルは地理地図と呼ばれます (図 35、b)。
米。 35.
最も有名な地理モデル: a - 地球儀。 b - 地図
モデルは生物学の研究で広く使用されています。 たとえば、人間の臓器のダミーなどのモデルについて言及するだけで十分です（図36）。
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生物学的モデル: - 目。 b - 脳
化学においてもモデリングは同様に重要です。 従来、化学モデルは、客観的モデルと記号的モデル、または記号的モデルの 2 つのグループに分類できます (スキーム 1)。
より明確にするために、原子、分子、結晶、化学工業プラントの主題モデルが使用されています。
おそらく、太陽系の構造に似た原子のモデルの写真を見たことがあるでしょう (図 37)。
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原子構造モデル
ボールアンドスティックモデルまたは 3 次元モデルは、化学分子のモデル化に使用されます。 それらは、個々の原子を象徴するボールから組み立てられます。 違いは、ボールとスティックのモデルでは、ボール原子が互いに一定の距離を置いて配置され、ロッドによって互いに固定されていることです。 たとえば、水分子の球と棒のモデルと 3 次元モデルを図 38 に示します。
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水の分子のモデル: a - 球と棒。 b - 体積測定
結晶のモデルは分子の球と棒のモデルに似ていますが、物質の個々の分子を表すのではなく、結晶状態にある物質の粒子の相対的な配置を示します (図 39)。
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銅クリスタルモデル
ただし、ほとんどの場合、化学者は主題モデルではなく、象徴的または象徴的なモデルを使用します。 これらは化学記号、化学式、化学反応方程式です。
次のレッスンでは、記号と式の化学言語の学習を開始します。
質問とタスク
- モデルとは何ですか? モデリング？
- 次の例を挙げてください。 a) 地理モデル。 b) 物理モデル。 c) 生物学的モデル。
- 化学ではどのようなモデルが使用されますか?
- 粘土から水分子の球と棒の 3 次元モデルを作成します。 これらの分子はどのような形をしているのでしょうか?
- 生物学の授業でアブラナ科の花を勉強したことがあれば、その花の式を書き留めてください。 この式はモデルと呼べるのでしょうか?
- 物体の移動にかかる経路と時間がわかっている場合、物体の速度を計算する方程式を書き留めます。 この方程式はモデルと呼べるのでしょうか?