ACTIboard Interaktivní výuka přírodních věd na gymnáziu s využitím ICT Metodické materiály k rozvojovému projektu CTIboard část 4. ymnázium Interaktivní tabule (ukázková hodina chemie) Tomáš Feltl 2004 GYMNÁZIUM INCENCE MAKOSKÉHO ACTIboard
gymnázium vincence makovského Aktivní tabule v hodině chemie CTIboard Obsah Chemická vazba I 3 ýchozí znalosti a dovednosti 3 Opakování 3 Úvod do nového učiva 3 ýklad nového učiva 4 Procvičování 7 Shrnutí 7 nové město na moravě ymn ybavení našich učeben: tabule TDS ACTIboard 78 RF projektor Hitachi CP-S318 receiver Pioneer SX-100 reproduktory Dexon SP-502 videopřehrávač kamera počítač 2
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 ýchozí 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 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. závěru opakování žáci za pomoci periodické tabulky sestaví rámečkový diagram O, C, Cl, Be. Díky ACTIstudiu2 pedagog v maximální ázium 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 ). yvolaní studenti zvýrazní vazby mezi jednotlivými prvky v molekulách. interaktivní výuka přírodních věd Periodické tabulky prvků dostupné na internetu Asi nejkvalitnější PTP najdeme na adrese www.webelements.com Zajímavá tabulka je také na stránkách www.chemsoc.org/viselements/ pages/periodic_table.html Navštívit bychom měli dřevěnou tabulku se spoustou foto a video dokumentace na webu www.theodoregray.com/periodictable 3D modely jednoduchých molekul a odvozování jejich tvaru je pěkně zpracováno na adrese www.faidherbe.org/site/cours/ dupuis/banque.htm Složitější modely je například možno najít pomocí databáze na webu www.chemfinder.com gymnázium vincence makovského nové město na moravě 3
interaktivní výuka přírodních věd 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. CTIboard Konec animovaného schématu vzniku chemické vazby ACTIstudio2 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. ýklad nového učiva Schéma vzniku chemické vazby pedagog postupně doplní hodnotami E D a r 0. ysvětlí žákům závislost potenciální energie na vzdálenosti atomů. Rozebere také silové působení mezi atomy při jejich přibližování. Na příkladu ymn molekuly H 2 se studenti sezná- nové město na moravě ACTIstudio2: 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
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 3D modely molekul můžeme zobrazovat pomocí celé řady freewareových programů. Mezi nejznámější patří program RasMol a jeho různé varianty (www.rasmol.org). elice zdařilý je program RasTop, který vychází z RasMolu a přidává řadu velice užitečných možností (www.geneinfinity.org/rastop). 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. ázium 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. 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 Slepá periodická tabulka s doplněnými prvky (s nejmenší a Studenti odvodí vazebné chemické vazby náchylný? největší elektronegativitou). tendence prvků elektronegativních a Sada PTP pro ACTIstudio2 je k dispozici na našem webu. elekropozitivních. Možnosti uvedených programů jsou opravdu široké (počínaje psaním vzorců přes řadu šablon vzorců až po stavbu schémat aparatur). gymnázium vincence makovského nové město na moravě 5
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. CTIboard yvolaní 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. ymn nové město na moravě 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. 6
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 ACTIslate se střídají vždy dva studenti. Jeden pracuje u tabule a druhý přímo z lavice. ázium 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. e spojení s internetem můžeme čerpat z obrovského množství materiálů. 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. ěřím, 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
gymnázium vincence makovského CTIboard DODAATEL AKTINÍCH TABULÍ A OSTATNÍHO YBAENÍ nové město na moravě TŘÍDA SPOJENCŮ 18 746 01 OPAA tel.: 553 759 017 fax: 553 610 595 info@profimedia-cz.cz www.profimedia-cz.cz Gymnázium incence Makovského Leandra Čecha 152 592 31 Nové Město na Moravě tel.: 566 617 243 fax.: 566 618 182 http://www.gynome.nmnm.cz Rozvojový projekt MŠMT v rámci SIPZ č. 239R2004 Internetové stránky projektu: Tomáš Feltl tomas.feltl@gym.nmnm.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