Dodaj do ulubionych Udostępnij materiał Wydrukuj

Podstawowymi elementami, z których składa się materia, są atomy. Większość z nich dąży do łączenia się z innymi atomami za pomocą wiązań chemicznych. W zależności od rodzaju tworzonego wiązania substancje, które z nich powstają, mogą mieć różną budowę i właściwości.

R5LIY2xN36csS1
Źródło: Dariusz Adryan, licencja: CC BY 3.0.
iLehAbknW4_d5e443

1. Jak zbudowany jest atom?

W centrum atomu znajduje się jądro atomowe, wokół którego poruszają się ujemnie naładowane cząstki – elektrony. Jądro jest zbudowane z protonów (cząstek o ładunku dodatnim) i neutronów (cząstek elektrycznie obojętnych). W atomie liczba elektronów jest równa liczbie protonów. Atomy należące do tego samego pierwiastka mają jednakową liczbę elektronów i protonów.

RC0mlVEHkS27F1
Źródło: Krzysztof Jaworski, licencja: CC BY 3.0.
iLehAbknW4_d5e476

2. Jak opisujemy atomy?

Atomy opisuje się za pomocą liczby atomowej (Z) i liczby masowej (A).

R2I5YrvO3mIeA1
Źródło: Krzysztof Jaworski, Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.
iLehAbknW4_d5e509

3. Jak są rozmieszczone elektrony w atomie?

Elektrony poruszające się w przestrzeni wokółjądrowej tworzą powłoki. Na każdej z nich może znajdować się ograniczona ich liczba.

R19GMI9DCcFW7
Ilustracja interaktywna. Po prawej stronie znajduje się prosty schemat budowy atomu: małe czerwone kółko symbolizujące jądro oraz cztery coraz jaśniejsze niebieskie pierścienie wokół niego symbolizujące powłoki elektronowe. Po lewej stronie znajdują się trzy przyciski, których kliknięcie wyświetla lub ukrywa określone informacje. Licząc od góry są to: numery powłok, symbole literowe powłok oraz maksymalne liczby elektronów w obrębie każdej powłoki.
Powłoki elektronowe w atomie
Źródło: Krzysztof Jaworski.

Rozmieszczenie elektronów na poszczególnych powłokach nazywa się konfiguracją elektronową. Można ją przedstawić na różne sposoby.

R1UzT6B0pq3JL1
Różne zapisy konfiguracji elektronowej na przykładzie atomu fosforu o liczbie atomowej równej 15

Zapełnianie powłoki wyższej w atomach następuje, gdy niższa powłoka zostanie wypełniona maksymalną liczbą elektronów. W przypadku atomów o liczbie atomowej większej niż 18 reguła ta zazwyczaj nie obowiązuje, gdyż obsadzanie czwartej powłoki następuje często, zanim powłoka trzecia wypełni się maksymalną liczbą elektronów.

iLehAbknW4_d5e554

4. Co to są elektrony walencyjne?

Elektrony najbardziej oddalone od jądra atomowego są nazywane elektronami walencyjnymi, a powłoka przez nie utworzona – powłoką walencyjną.

Konfiguracja elektronowa i liczba elektronów walencyjnych przykładowych atomów

Atomy

Konfiguracja elektronowa

Liczba elektronów walencyjnych

H1

KIndeks górny 1

1

N7

KIndeks górny 2 LIndeks górny 5

5

Si14

KIndeks górny 2 LIndeks górny 8 MIndeks górny 4

4

Ar18

KIndeks górny 2 LIndeks górny 8 MIndeks górny 8

8

iLehAbknW4_d5e587

5. Co to są izotopy?

Izotopy to atomy tego samego pierwiastka chemicznego, które mają jednakowy ładunek jądra (identyczną liczbę protonów) oraz taką samą liczbę poruszających się wokół jądra elektronów, a różnią się liczbą neutronów w jądrze atomowym.

R1Gax1SCPPuOT1
Izotopy wodoru
iLehAbknW4_d5e620

6. W jakich dziedzinach życia człowieka wykorzystujemy izotopy?

R1T7H5Nv6JkwF1
Zastosowanie izotopów
Źródło: nn. (http://commons.wikimedia.org), Akira Ohgaki (https://www.flickr.com), WikiImages (http://pixabay.com/), Nephron (http://commons.wikimedia.org), Tennessee Valley Authority (http://commons.wikimedia.org), Tumi-1983 (http://commons.wikimedia.org), Nadina Wiórkiewicz (http://commons.wikimedia.org), Bożena Karawajczyk, Tomorrow Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
iLehAbknW4_d5e652

7. Atomowa jednostka masy, masa atomowa pierwiastków

Atomowa jednostka masy, nazywana inaczej jednostką masy atomowej lub unitem [u], jest jednostką masy używaną do określania względnych mas atomów (tzw. mas atomowych).

1 unit = 0,00000000000000000000000166 g = 1,66·10-24 g

Przy obliczaniu średnich mas atomowych pierwiastków bierze się pod uwagę skład izotopowy (skład procentowy) każdego z nich:

średnia masa atomowa pierwiastka = masa izotopu1· X1% + masa izotopu2 · X2% + . . . + masa izotopun· Xn100%

gdzie:
X1-n% – procentowa zawartość izotopu.

Średnie masy atomowe pierwiastków są podane w układzie okresowym pierwiastków.

iLehAbknW4_d5e707

8. Co to jest układ okresowy pierwiastków?

Układ okresowy pierwiastków to zestawienie w tabeli wszystkich pierwiastków chemicznych, uporządkowanych według rosnącej liczby atomowej. Pionowe kolumny określa się mianem grup, a poziome wiersze – okresów. Grupy i okresy są ponumerowane.

R75xF2oehxnmg1
Aplikacja interaktywna zawierająca Układ Okresowy pierwiastków, w którym kliknięcie pola z pierwiastkiem powoduje podanie wszystkich jego podstawowych właściwości fizycznych, a także krótkiej informacji na temat zastosowania. Umożliwia ona też podświetlanie wszystkich pierwiastków z danej grupy lub okresu, a dzięki opcjom zawartym w górnej części okna wyróżnienie podziału na grupy i okresy wraz z krótkim opisem tych podziałów, wyróżnienie sortowania pierwiastków według liczb atomowych lub wyróżnienie symboli pierwiastków oraz wyróżnienie i opis grup specjalnych: Lantanowców i Aktynowców.
Źródło: Michał Szymczak, licencja: CC BY 3.0.

Pierwiastki położone po lewej stronie układu okresowego (oprócz wodoru) są metalami, na prawo zaś znajdują się niemetale.

R4sGUJXUFxDTg1
Aplikacja interaktywna zawierająca Układ Okresowy pierwiastków, w którym kliknięcie pola z pierwiastkiem powoduje podanie wszystkich jego podstawowych właściwości fizycznych, a także krótkiej informacji na temat zastosowania. Umożliwia ona też podświetlanie wszystkich pierwiastków z danej grupy lub okresu, a ponadto zawiera barwne rozróżnienie substancji metalicznych i niemetalicznych. Metale są oznaczone na niebiesko, a niemetale, których jest zdecydowana mniejszość, na zielono.
Położenie metali i niemetali w układzie okresowym

Pierwiastki należące do jednej grupy mają podobne właściwości. W okresach następuje zmiana charakteru pierwiastków od aktywnych metali (1. i 2. grupy) poprzez mniej aktywne metale i aktywne niemetale do biernych chemicznie helowców (gazów szlachetnych).

iLehAbknW4_d5e751

9. Jaka jest zależność pomiędzy budową atomu a położeniem pierwiastka chemicznego w układzie okresowym?

Liczba powłok elektronowych jest równa numerowi okresu. Numery grup 1., 2. i 13.–18. pozwalają ustalić liczbę elektronów walencyjnych.

R1AcKPAYA1WZm1
Źródło: Krzysztof Jaworski, licencja: CC BY 3.0.
iLehAbknW4_d5e785

10. Co to jest wiązanie kowalencyjne?

Wiązanie kowalencyjne (wiązanie atomowe) polega na uwspólnianiu elektronów walencyjnych przez łączące się atomy. Utworzone pary elektronowe mogą należeć w jednakowym stopniu do obu atomów. Takie wiązania kowalencyjne tworzą tylko atomy tego samego niemetalu, które mogą uwspólniać po jednym, po dwa lub trzy elektrony.

R1Oun9IpfpmTh1
Wzory cząsteczek niektórych pierwiastków
iLehAbknW4_d5e818

11. Co to jest wiązanie kowalencyjne spolaryzowane?

Wiązanie kowalencyjne spolaryzowane (atomowe spolaryzowane) jest tworzone pomiędzy atomami należącymi do różnych niemetali, które uwspólniają elektrony, a utworzona wiążąca para lub pary elektronowe są przesunięte w kierunku atomu mającego większą zdolność przyciągania elektronów.

R10SrdgPCKIr71
Wzory przykładowych związków chemicznych zbudowanych z cząsteczek o wiązaniach kowalencyjnych spolaryzowanych
iLehAbknW4_d5e851

12. Co to jest wiązanie jonowe?

Wiązanie jonowe jest to rodzaj wiązania chemicznego, które powstaje w wyniku przyciągania się jonów o przeciwnych znakach. Związki jonowe tworzą kryształy zbudowane z naprzemiennie ułożonych jonów.

RFVVBOa0JdNMd1
Najbardziej znaną solą jest chlorek sodu, o wzorze NaCl; jego kryształ zbudowany jest z kationów sodu i anionów chlorkowych
iLehAbknW4_d5e885

13. Czym różnią się substancje jonowe od kowalencyjnych?

Substancje jonowe a substancje kowalencyjne

Właściwość

Związki o budowie jonowej

Związki o budowie kowalencyjnej

budowa

kryształy, w których występują naprzemiennie ułożone jony (kationy i aniony)

cząsteczki

wzór sumaryczny

przedstawia najmniejszy zbiór powtarzających się kationów i anionów w krysztale

odzwierciedla skład cząsteczki

stan skupienia w temperaturze pokojowej

ciała stałe

ciała stałe, ciecze, gazy

temperatury topnienia i wrzenia

w większości przypadków wysokie

w większości przypadków niskie

iLehAbknW4_d5e916

14. Do czego służą indeks i współczynnik stechiometryczny?

Liczbę atomów pierwiastka w cząsteczce lub w najmniejszym zbiorze powtarzających się jonów (w związku jonowym) przedstawia się za pomocą indeksu stechiometrycznego, który umieszcza się u dołu z prawej strony symbolu pierwiastka we wzorze chemicznym substancji.
Liczbę pojedynczych atomów, cząsteczek lub najmniejszych zbiorów powtarzających się jonów opisuje się za pomocą współczynnika stechiometrycznego, liczby umieszczanej przed symbolem lub wzorem chemicznym.

R1KiSQlVB1ij61
Źródło: Krzysztof Jaworski, licencja: CC BY 3.0.
iLehAbknW4_d5e952

15. Co to jest wartościowość?

Wartościowość pierwiastka w związkach kowalencyjnych jest równa liczbie wiązań, które tworzą w cząsteczkach jego atomy z innymi atomami, natomiast w związkach jonowych jest równa ładunkowi jego jonów, z pominięciem znaków ujemnego i dodatniego.

Maksymalna wartościowość pierwiastków względem tlenu

Numer grupy

1.

2.

13.

14.

15.

16.

17.

najwyższa wartościowość w związkach z tlenem

I

II

III

IV

V

VI

VII

Maksymalna wartościowość pierwiastków względem wodoru

Numer grupy

1.

2.

13.

14.

15.

16.

17.

najwyższa wartościowość w związkach z wodorem

I

II

III

IV

III

II

I

iLehAbknW4_d5e991

Zadania

Pamiętam i rozumiem

  • Wymień 3 podstawowe cząstki tworzące atomy. Które z nich znajdują się w jądrze?

  • Wyjaśnij pojęcia: liczba atomowa, liczba masowa.

  • Wyjaśnij, co to jest konfiguracja elektronowa.

  • Dokończ zdanie: Elektrony walencyjne są to ….

  • Podaj nazwy trzech izotopów wodoru, przedstaw różnice i podobieństwa w ich budowie.

  • Wymień znane ci zastosowania izotopów.

  • Opisz wiązania chemiczne: kowalencyjne (atomowe), kowalencyjne spolaryzowane (atomowe spolaryzowane), jonowe.

  • Podaj po dwa przykłady substancji o budowie kowalencyjnej i jonowej.

  • Wyjaśnij pojęcie wartościowość.

  • Określ, ile wszystkich elektronów i elektronów walencyjnych mają atomy pierwiastka leżącego w 2. grupie i 4. okresie.

  • Atom pewnego pierwiastka ma 8 elektronów i 10 neutronów w jądrze. Przedstaw go w konwencji: EZA.

  • Zapisz konfigurację elektronową siarki. Określ liczbę elektronów walencyjnych w jej atomach.

  • Oblicz średnią masę atomową srebra, jeśli jego skład izotopowy jest następujący: Ag-107 (51,4%), Ag-109 (48,6%).

  • Oblicz rzeczywistą masę atomu sodu Na-23, wiedząc, że masa jednego unita wynosi 1,66 ·10-24 g.

  • Określ, ile powłok elektronowych występuje w atomie baru.

  • Wskaż, które ze związków występują w postaci cząsteczek: NaCl, CO2H2.

  • Za pomocą symboli i wzorów chemicznych przedstaw trzy atomy tlenu, dwie cząsteczki tlenu i cztery cząsteczki tlenku azotu(V).

  • Określ wartościowość żelaza w tlenku o wzorze: Fe2O3.

Czytam i interpretuję

  • Oceń, jak w układzie okresowym (grupach i okresach) zmieniają się promienie atomów. Możesz skorzystać z układu okresowego dołączonego do e‑podręcznika.

  • Na podstawie danych zawartych w układzie okresowym sprawdź, ile razy masa ostatniego pierwiastka w wybranej przez ciebie grupie jest większa od masy pierwszego przedstawiciela tej grupy.

  • Podziel wymienione niżej substancje w zależności od rodzaju wiązań chemicznych, jakie w nich występują (na związki o wiązaniach kowalencyjnych i jonowych). Kieruj się zasadą, że wiązanie kowalencyjne tworzą atomy niemetali, wiązanie jonowe zaś występuje w związkach tworzonych przez metale i niemetale.
    Substancje do uporządkowania: KCl, HCl, Br2, NaCl, NO, Cl2S8, KBr, H2, CaS.

  • Zapoznaj się z okolicznościami odkrycia wybranego pierwiastka. Przygotuj krótką notatkę na wzór notki prasowej w czasopiśmie popularnonaukowym, w której zawrzesz informacje dotyczące tego, kto, kiedy i w jaki sposób tego dokonał.

Rozwiązuję problemy

  • Wskaż pierwiastek, którego atomy mają identyczną liczbę elektronów co kation Na+.

  • Wśród podanych niżej substancji, wskaż te, w cząsteczkach których występuje największa i najmniejsza liczba wiążących par elektronowych.

    wodór, azot, amoniak, woda, dwutlenek węgla.

  • Uporządkuj zbiory cząsteczek według wzrastającej liczby atomów tlenu w zbiorze: trzy cząsteczki tlenku chloru(VII), cztery cząsteczki tlenku siarki(VI), dziewięć cząsteczek tlenku węgla(II), dziesięć cząsteczek wody.

  • Ile kationów sodu i ile anionów chlorkowych znajduje się w chlorku sodu o masie 585 u? Przedstaw wynik w postaci xNaCl (x – współczynnik stechiometryczny).

iLehAbknW4_d5e1104

Projekt badawczy

Projekt badawczy – substancje jonowe i kowalencyjne

Tytuł projektu

Substancje jonowe i kowalencyjne

Temat projektu

Określenie budowy prostych substancji używanych w gospodarstwie domowym

Badana hipoteza

Wykorzystywane w moim domu środki chemiczne zawierają substancje, które są w większości związkami jonowymi.
Wykorzystywane w moim domu środki chemiczne zawierają substancje, które są w większości związkami kowalencyjnymi.
Wykorzystywane w moim domu środki chemiczne zawierają substancje, które są zarówno związkami jonowymi, jak i kowalencyjnymi.

Materiały źródłowe

Internet, tablice chemiczne, poradnik fizykochemiczny

Uczeń

Co dokładnie mam zamiar zrobić, by sprawdzić, czy hipoteza jest prawdziwa?

Zrobić spis substancji będących składnikami używanych w gospodarstwie domowym przypraw, środków spożywczych, środków czystości (ocet, soda, sól spożywcza, proszek do pieczenia, odkamieniacz, odplamiacz, środek do udrażniania rur, cukier itp.).

Odczytać z etykiet główny składnik środka.

Znaleźć informacje, czy dana substancja ma budowę cząsteczkową, czy też składa się z jonów.

Porównać, których substancji jest więcej.

Co trzeba przygotować, by zweryfikować hipotezę?

Opakowania po podstawowych środkach spożywczych i czyszczących

Co będę obserwować (mierzyć)?

Porównywać budowę różnych substancji używanych w gospodarstwie domowym

Czas trwania

Kilka godzin

Wyniki

Przygotowanie prezentacji w postaci plakatu lub innej formie

Wniosek

Zgodny z otrzymanymi wynikami – dostępne w moim domu substancje to zarówno związki jonowe, jak i kowalencyjne.

Czego się nauczyłem podczas tego projektu?

iLehAbknW4_d5e1135

Test sprawdzający z działu II. Budowa wewnętrzna substancji

Test sprawdzający

Rl3A8BVIdocNa1
załącznik z dokumentem do pobrania
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.

Klucz testu

RWyPPcKfXyYKt1
załącznik z dokumentem do pobrania
Źródło: Bożena Karawajczyk, licencja: CC BY 3.0.