Název: Halogeny I Autor: Mgr. Štěpán Mička Název školy: Gymnázium Jana Nerudy, škola hl. města Prahy Předmět, mezipředmětové vztahy: chemie, fyzika, biologie Ročník: 3. Tématický celek: Systematická anorganická chemie Halogeny Stručná anotace: Uspořádání pracovního listu umožňuje jeho částečné využití během běžné vyučovací hodiny (zejména Video 1 příprava chloru), nebo jako námět na laboratorní práci Časová dotace: Samotná laboratorní práce je časově nenáročná, koncipovaná na 1 vyučovací hodinu v laboratoři. Žáci pracující ve skupinách po 2 až 3 na základě experimentu navrhnou teoretické vysvětlení. Tento výukový materiál byl vytvořen v rámci projektu Přírodní vědy prakticky a v souvislostech inovace výuky přírodovědných předmětů na Gymnáziu Jana Nerudy (číslo projektu CZ.2.17/3.1.00/36047) financovaného z Operačního programu Praha - Adaptabilita.
Pomůcky (seznam potřebného materiálu) Je nutné mít k dispozici dostatečné množství plastových nádobek a podložních sklíček. Teorie Viz pracovní list Postup práce Postup práce je nenáročný, ale je vhodné mít k dispozici digestoř nebo velmi dobře větrat. Výsledky Reakcí kyseliny sírové a fluoridu vápenatého vzniká kyselina fluorovodíková a síran vápenatý. CaF 2 + H 2 SO 4 2 HF + CaSO 4 Kyselina fluorovodíková převádí sklo (oxid křemičitý) na velmi těkavý fluorid křemičitý (b.v 4 C), v případě nadbytku vzniká [SiF 6 ] 2-. SiO 2 + 4 HF SiF 4 + 2 H 2 O Z tohoto důvodu bude obrazec vyleptán do skla. Síla halogenvodíkových kyselin nezávisí, jak by se dalo předpokládat, na rozdílu elektronegativit. Podle rozdílu elektronegativit by nejsilnější kyselinou měla být kyselina fluorovodíková. Ve skutečnosti síla halogenvodíkových kyselin stoupá v řadě HF< HCl<HBr<HI. Příčinou toho jevu je fakt, že vysoký rozdíl elektronegativit v konečném důsledku příspěvkem iontovosti zvýší pevnost vazby a sníží schopnost odštěpit vodíkový kation. HF má nejvyšší teplotu varu, jelikož tvoří velmi pevné vodíkové můstky. Ostatní halogeny tvoří můstky mnohem slabší nebo vůbec, tedy jejich teploty varu odpovídají hmotnosti molekuly. Diskuze V rámci diskuze žáci představí své teoretické vysvětlení experimentů ostatním skupinám a pokusí se svůj názor obhájit, popř. vyvrátit názory ostatních. Učitel funguje jako moderátor a udržuje diskuzi v rozumných mezích, vysvětluje chyby diskutujících a pomáhá při tvorbě argumentů. Diskuze může probíhat rovnou během laboratorních prací, nebo až po domácí přípravě. Při druhé možnosti je ale pravděpodobné, že si studenti najdou odborné vysvětlení na internetu a diskuze ztratí na významu.
Další aplikace, možnosti, rozšíření, zajímavosti, Skupina halogenů poskytuje nepřeberné množství možností. Tuto laboratorní práci je možné rozšířit od vyčíslení redoxní reakce přípravy chloru z Videa 1. 2 KMnO 4 + 16 HCl 2 MnCl 2 + 2 KCl + 5 Cl 2 + 8 H2O nebo navržení teoretické přípravy dalších halogenů. Videodokumentace Video 1: Příprava chlóru Zdroje: MIČKA, Z., LUKEŠ, I.: Anorganická chemie I Teoretická část. 2. vydání, Praha: Karolinum, 2003. LUKEŠ I., MIČKA, Z.: Anorganická chemie II Systematická část, 2. vydání, Praha: Karolinum, 1999.
Pracovní list pro žáka Halogeny I halogenvodíkové kyseliny Laboratorní práce číslo:. Jméno Teorie Třída Datum Halogeny neboli halové prvky odnepaměti zasahují do života každého člověka. Fluor, žlutozelený plyn, má nejvyšší hodnotu elektronegativity vůbec. Z tohoto důvodu je mimořádně reaktivní, a proto bývá vyráběn rovnou na místě jeho spotřeby (např. výroba teflonu chemicky odolného materiálu). Chlor, světle zelený plyn viz Video 1, se v první světové válce používal jako bojový plyn a dnes patří k základním průmyslovým činidlům. Bróm, hnědá kapalina, je velmi toxický a reaktivní prvek. Jód, fialová krystalická látka, je základní biogenní prvek, který je např. obsažen v hormonech štítné žlázy thyroxinu a trijodthyroninu, které regulují celou řadu biologických procesů. Od všech halogenů existují odpovídající halogenvodíkové kyseliny. První z nich, kyselina fluorovodíková, bude připravena v rámci laboratorní práce. Chemikálie Kyselina sírová (50 %), pevný fluorid sodný nebo fluorid vápenatý. Pomůcky Umělohmotná nádobka, podložní sklíčko, vosková svíčka, zápalky, kopista Postup práce Podložní sklíčko pokapejte voskem tak, aby se vytvořila co nejrovnoměrnější vrstva. Poté do voskové vrstvy kopistou vyryjte nějaký obrazec (vosk musí být odstraněn až na sklo). Ideálně by měl být obrazec tvořen tenkými čárami. Poté do umělohmotné nádobky umístěte 5 g fluoridu vápenatého a přidejte 10 ml roztoku kyseliny sírové. Nádobku přikryjte sklíčkem s obrázkem tak, aby obrázek směřoval přímo dolů do nádobky. Nechte minimálně 20 minut reagovat v digestoři a poté sklíčko omyjte vodou a odstraňte zbytek voskové vrstvy. Pozorujte. Navržené teoretické vysvětlení experimentů: Na základě pozorování se pokuste navrhnout teoretické vysvětlení (chemické reakce) pro průběh experimentů.
Na základě molekulové struktury navrhněte pořadí halogenvodíkových kyselin dle jejich síly (tzn. schopnosti odštěpit vodíkový kation H + ). (nápověda: uvědomte si význam elektronegativity) Na základě molekulové struktury navrhněte relativní hodnoty teplot varu jednotlivých halogenvodíků. (nápověda: uvědomte si význam vodíkových můstků)