Interaktivní výuka přírodních věd na gymnáziu. s využitím ICT. Metodické materiály k rozvojovému projektu. část 4. ymnázium. Interaktivní tabule

Transkript

1 ACTIVboard Interaktivní výuka přírodních věd na gymnáziu V s využitím ICT Metodické materiály k rozvojovému projektu CTIVboard část 4. ymnázium Interaktivní tabule ukázková hodina chemie To m á š Fe l t l 2004 GY M N Á Z I U M VI N CE N CE MAKOVS KÉ H O ACTIVboard

2 gymnázium vincence makovského Aktivní tabule v hodině chemie Obsah Chemická vazba I 3 Výchozí znalosti a dovednosti 3 Opakování 3 Úvod do nového učiva 3 Výklad nového učiva 4 Procvičování 7 Shrnutí 7 nové město na moravě Vybavení našich učeben: tabule ACTIVboard projektor Hitachi receiver reproduktory videopřehrávač kamera počítač 2

3 Chemická vazba I Cílem této hodiny je seznámit žáky s teorií vzniku chemické vazby. Na konci hodiny by měli být žáci schopni: vysvětlit vznik chemické vazby sestrojit rámečkové diagramy charakterizující vazby v jednoduché molekule zapsat elektronový strukturní vzorec jednoduché molekuly krátce pojednat o násobných vazbách, délce vazby a vazebné energii Výchozí znalosti a dovednosti Probíraná látka navazuje na kapitoly o stavbě atomu. Žáci aktivně ovládají problematiku vztahující se ke struktuře elektronového obalu (vlnově mechanický model, výstavba el. obalu, orbitaly, zápis struktury el. obalu pomocí rámečkových diagramů, obecné zákonitosti v periodické tabulce prvků). Opakování V úvodu hodiny žáci krátce zopakují stavbu el. obalu (kvantová čísla, vrstvy, valenční elektrony, orbitaly, pravidla zaplňování orbitalů elektrony). Opakování probíhá formou přiřazování popisek k modelům orbitalů a doplňováním kvantových čísel do schémat. V závěru opakování žáci za pomoci periodické tabulky sestaví rámečkový diagram O, C, Cl, Be. Díky ACTIVstudiu2 pedagog v maximální míře využívá materiály z předešlých hodin (uložené tabule, knihovnu zdrojů) Úvod do nového učiva Motivační úvod je založen na zobrazení rotujících 3D modelů jednoduchých molekul pomocí programu RasTop (F 2, BeH 2, H 2 O, CO 2, CH 4, BCl 3 ). Vyvolaní studenti zvýrazní vazby mezi jednotlivými prvky v molekulách. Periodické tabulky prvků dostupné na internetu Asi nejkvalitnější PTP najdeme na adrese Zajímavá tabulka je také na stránkách pages/periodic_table.html Navštívit bychom měli dřevěnou tabulku se spoustou foto a video dokumentace na webu 3D modely jednoduchých molekul a odvozování jejich tvaru je pěkně zpracováno na adrese dupuis/banque.htm Složitější modely je například možno najít pomocí databáze na webu gymnázium vincence makovského nové město na moravě 3

4 gymnázium vincence makovského Jako další motivační krok k vysvětlení způsobu vzniku chemické vazby použije pedagog animovanou ukázku srážky dvou vodíkových atomů za vzniku molekuly vodíku. Konec animovaného schématu vzniku chemické vazby ACTIVstudio2 obsahuje knihovnu zdrojů, kterou si může každý uživatel jednoduše rozšiřovat. Na obrázku je knihovna rozšířena o několik grafických prvků použitelných ke znázorňování rámečkových diagramů atomových orbitalů. Výklad nového učiva Schéma vzniku chemické vazby pedagog postupně doplní hodnotami E D a r 0. Vysvětlí žákům závislost potenciální energie na vzdálenosti atomů. Rozebere také silové působení mezi atomy při jejich přibližování. Na příkladu molekuly H 2 se studenti sezná- nové město na moravě ACTIVstudio2: cvičení připravené z výše uvedených částí knihovny zdrojů. Žáci setavují elektronové konfigurace chemických prvků z předpřipravených orbitalových diagramů. Zjišťují, které prvky je možné setavit a které ne. Pedagog postupně doplní schéma vzniku chemické vazby 4

5 mí s jednotkami a hodnotami disociační energie a délky vazby. Několika kontrolními otázkami si pedagog ověřuje pochopení této části probíraného tématu. (Jak souvisí pevnost chemické vazby s velikostí hodnoty E D? K čemu dojde, pokud se atomy přiblíží na vzdálenost meší než r 0? Co musím udělat proto, abych chemickou vazbu rozbil? Co musím udělat, pokud chci chemickou vazbu vytvořit? Jakým způsobem mohu dodat atomům a molekulám energii?) Pedagog pokračuje ve výkladu úkolem: zapsat pod sebe pomocí rámečkových diagramů valenční elektronovou konfiguraci dvou atomů chloru. S využitím modelu a diagramu vysvětlí, jakým způsobem znázorňujeme vytvoření vazebného elektronového páru. Poukáže na rovnoměrné sdílení takto vzniklého el. páru (hovoříme o tzv. kovalentní vazbě). Pro větší názornost pedagog doplní model konturovým diagramem elektronových hustot. Slepá periodická tabulka s doplněnými prvky (s nejmenší a největší elektronegativitou). Sada PTP pro ACTIVstudio2 je k dispozici na našem webu. S pomocí PTP dále pedagog připomene energetickou výhodnost zaplnění valenční vrstvy (el. oktet, resp. konfigurace vzácného plynu). Jakým způsobem vyjadřujeme schopnost atomu poutat elektrony? K čemu bude prvek při tvorbě chemické vazby náchylný? Studenti odvodí vazebné tendence prvků elektronegativních a elekropozitivních. 3D modely molekul můžeme zobrazovat pomocí celé řady freewareových programů. Mezi nejznámější patří program RasMol a jeho různé varianty ( Velice zdařilý je program RasTop, který vychází z RasMolu a přidává řadu velice užitečných možností ( Pokud budeme chtít 3D modely vytvářet, můžeme sáhnout po aplikaci ACD/ChemSketch, která je k dispozici v omezené verzi zdarma. Jedná se o chemický pouze 2D kreslící program, který má i jednoduchý 3D optimalizátor a prohlížeč. Alternativou pro tvorbu 3D modelů může být také program ISIS/Draw ve spojení s aplikací AccuModel. Možnosti uvedených programů jsou opravdu široké (počínaje psaním vzorců přes řadu šablon vzorců až po stavbu schémat aparatur). 5 gymnázium vincence makovského nové město na moravě

6 gymnázium vincence makovského Do zobrazeného modelu žáci doplňují rámečkové diagramy a elektronové strukturní vzorce. Na základě 3D modelu vytvoří studenti rámečkové diagramy pro vazebné situace v molekulách H 2, O 2 a N 2. Společně s pedagogem doplní elektronové strukturní vzorce. Zopakují si, jaké informace nám tento typ vzorců poskytuje. Vyvolaní žáci znázorní vazebné poměry v molekulách F 2, O 2, N 2. S použitím nových poznatků studenti sestaví rámečkové diagramy molekul s vazbou jednoduchou a vazbami násobnými (dvojnou a trojnou). Pedagog vysvětlí rozdíly mezi typy těchto vazeb. Jistě není naším cílem vytlačit klasický zápis na tabuli. Situaci ohledně vazeb sigma a pí můžeme zakreslit ručně. Žáci řeší problém Kam s ním? Jakým způsobem bude umístěna druhá pí vazba? ACD/ChemSketch se vzorci připravenými pro generování 3D modelu. Žáci následně změří délky vazeb a vyvodí závěry. nové město na moravě 6 Pomocí programu ACD/ChemSketch vytvoří pedagog 3D modely ethanu, ethenu a ethinu. Následně vyvolaný žák změří vzdálenost mezi uhlíkovými atomy. Žáci odvodí závislost mezi délkou, počtem a pevností vazeb.

7 Na závěr pedagog upozorní na skutečnost, že ne všechny uvedené chemické vazby jsou kovalentní a že dalšími typy vazeb se budeme zabývat příští hodinu. Procvičování Studenti vytvoří pomocí rámečkových diagramů molekuly zobrazené na začátku hodiny (BeH 2, H 2 O, CO 2, CH 4, BCl 3 ) a za asistence pedagoga zapíší jejich elektronové strukturní vzorce. S využitím bezdrátového příslušenství ACTIVslate se střídají vždy dva studenti. Jeden pracuje u tabule a druhý přímo z lavice. Domácí úloha: Jak velká energie bude nutná k rozštěpení všech vazeb 1 g methanu (CH 4 )? Hodnota vazebné energie C-H je 414 kj/mol. Shrnutí Práce s interaktivní tabulí je výrazným oživením výuky. Pedagog má k dispozici celou řadu nových možností jak žáky zaujmout. Ve spojení s internetem můžeme čerpat z obrovského množství materiálů. V případě stavby atomu, struktury elektronového obalu a chemické vazby se jako nejatraktivnější ukázaly především 3D modely, které svou názorností přibližují probíranou problematiku. Možnosti měření vzdáleností a úhlů jsou pro žáky zajímavým potvrzením informací konstatovaných v učebnicích. Věřím, že za čas bude interaktivní tabule dostupná všem školám a výuka bez tohoto moderního prostředku se stane minulostí. Neměli bychom ovšem zapomínat na to, že možnost provést chemický experiment vlastníma rukama nebo sledovat skutečný demonstrační pokus žákům žádná tabule nenahradí! Žáci změří délku jednotlivých vazeb pomocí programu ACD/ChemSketch. Žáci samostatně pracují s modely a pomoci rámečkových diagramů znázorňují vazby v molekulách. gymnázium vincence makovského nové město na moravě 7

8 gymnázium vincence makovského Distributor pro ČR a SR: PROFIMEDIA, s.r.o., Tř. Spojenců 18, Opava, Gymnázium Vincence Makovského se sportovními třídami Leandra Čecha Nové Město na Moravě tel.: fax.: nové město na moravě Druhé vydání Rozvojový projekt MŠMT v rámci SIPVZ č. 239R2004 Internetové stránky projektu: Autor: Tomáš Feltl t.feltl@tfsoft.cz Žádná část této publikace nesmí být upravována, přidávána do jiných publikací, publikována a šířena žádným způsobem a v žádné podobě bez písemného svolení autora. Publikaci lze pouze rozmnožovat a šířit zcela zdarma a pouze v kompletní podobě. grafická 8 úprava a sazba Tomáš Feltl - TFSoft