Bindinger. Hvorfor vil atomer ha åtte elektroner i ytterste skall?

Bindinger Hvorfor vil atomer ha åtte elektroner i ytterste skall?

Finnes det elever som lurer på dette? To klipp fra nettet: http://forum.kvinneguiden.no/index.php?showtopic=457448 http://www.fysikk.no/fysikkforum/viewtopic.php?f=2&t=183

Er åtteregelen nyttig for elevene? Er planetmodellen et godt utgangspunkt?

Når faller brikkene på feil plass?

Når faller brikkene på feil plass? Når elevene lærer om kjemisk energi og bindinger (UiO) Elisabeth Raknes NTNU 2012

Læreboksitater:

Bindinger er grunnleggende i kjemi

Chemistry is a branch of physical science that

physical science Definisjon av «kjemi» fra engelsk Wikipedia

Canada har Exban, en gruppe på McGilluniversitetet

Sett på navn Hydrogenkjerne Elektron Karbonkjerne?

Når faller brikkene på feil plass? Når elevene lærer om kjemisk energi På ungdomstrinnet med periodesystemet, atomet og åtteregelen

Når faller brikkene på feil plass? Når elevene lærer om kjemisk energi På ungdomstrinnet med periodesystemet, atomet og åtteregelen Kjemi 1(atomet og bindinger) Kjemi II (ATP)

Når faller brikkene på feil plass? Når elevene lærer om kjemisk energi På ungdomstrinnet med periodesystemet, atomet og åtteregelen Kjemi 1(atomet og bindinger) kan rette opp Kjemi II (ATP)

Når faller brikkene på feil plass? Når elevene lærer om kjemisk energi På ungdomstrinnet med periodesystemet, atomet og åtteregelen Kjemi 1(atomet og bindinger) Kjemi II (ATP) Generell kjemi på universitetet

Hva med universitetsstudentene?

Sant eller usant: Når bindingen mellom de ytterste fosfatgruppene i ATP brytes, frigis det energi

Sant eller usant: 17,5 14 10,5 7 Ja 14 100% 3,5 Når bindingen mellom de ytterste fosfatgruppene i ATP brytes, frigis det energi 0 Ja/Nei

En flervalgsoppgave: Bildet viser et ATP-molekyl der en binding er markert med en pil. Hvilket utsagn er SANT? A) Det kreves alltid energi å bryte en binding. Det gjelder også for denne bindingen. B) Det kreves energi for å bryte de fleste bindinger, men dette er en energirik binding som avgir energi når den brytes C) Alle bindinger avgir energi når de brytes D) Det kreves energi for å bryte kovalente bindinger, men dette er en ionebinding, og de avgir energi når de brytes

7,5 6 4,5 En flervalgsoppgave: PPU kjemi fagdidaktikk n=14 3 A 46% B 1,5 0 A B C Juli Bildet viser et ATP-molekyl der en binding er markert med en pil. Hvilket utsagn er SANT? A) Det kreves alltid energi å bryte en binding. Det gjelder også for denne bindingen. B) Det kreves energi for å bryte de fleste bindinger, men dette er en energirik binding som avgir energi når den brytes C) Alle bindinger avgir energi når de brytes D) Det kreves energi for å bryte kovalente bindinger, men dette er en ionebinding, og de avgir energi når de brytes C D

37,5 En flervalgsoppgave: 1. år siving NTNU 25 A n=81 12,5 54% B 31% 0 C: 9% D: 6% A B C Juli Bildet viser et ATP-molekyl der en binding er markert med en pil. Hvilket utsagn er SANT? A) Det kreves alltid energi å bryte en binding. Det gjelder også for denne bindingen. B) Det kreves energi for å bryte de fleste bindinger, men dette er en energirik binding som avgir energi når den brytes C) Alle bindinger avgir energi når de brytes D) Det kreves energi for å bryte kovalente bindinger, men dette er en ionebinding, og de avgir energi når de brytes

Foregår det vranglære i kjemiutdanningen? - eller er lærdommen som ligger i «grunnmuren» så standhaftig?

Og vi får forklaringer som dette: Denne er nå rettet opp

Og vi får forklaringer som dette: nebygget i molekylene, omtrent som sterke, spente fjæ Denne er nå rettet opp

For ordens skyld: En elektronparbinding dannes når to atomkjerner tiltrekkes av samme elektronpar Det frigis alltid energi når en binding dannes, og det krever alltid energi å bryte en binding Det er en sammenheng mellom bindingsstyrke og -avstand: Hvis en binding er sterk, blir den også kort!

1: Bohr-modellen

II: Åtteregelen «Når grunnstoffer reagerer med hverandre, vil de alltid forsøke - om mulig - å få åtte elektroner i ytterste elektronskall rundt atomkjernen» (Aqua 1) Om magnesiumatomet: «Det vil prøve å gi fra seg begge to for at L-skallet, som har åtte elektroner, skal bli det ytterste.» (Aqua 1)

II: Åtteregelen Oktettregelen Atomer og ioner er mest stabile når det har åtte elektroner i det ytterste skallet. Dette kalles oktettregelen. De første grunnstoffene i periodesystemet er mest stabile når det har to elektroner i det ytterste skallet. Kjemi 1

II: Åtteregelen Na. [Na] + Oktettregelen Atomer og grunnstoffer er mest stabile når de har åtte elektroner i det ytterste skallet. Dette kalles oktettregelen. Kjemi 1

II: Åtteregelen Hva er bakgrunnen for den? Hvordan bidrar den til forståelse? Er den riktig? Trenger vi den?

III: Kvantekjemi/- fysikk Gir det bare forvirring? Heisenberg Pauli Schrödinger Bohr Einstein

IV: s- og p-orbitaler Hva skal vi med dette i Kjemi 1?

V: Hvorfor dannes det ikke He2 eller H3? Eller hvorfor vil ikke edelgasser reagere? På grunn av åtteregelen?

VI: Hvordan skjer egentlig hybridisering? Kan hybridorbitaler forklare noe som helst? Hybridorbitaler kommer oftest etter orbitalteorien

Om bindinger I Kan en binding dannes med bare ett elektron mellom to atomkjerner?

Om bindinger II Kan det noen ganger være mer enn to elektroner i samme orbital?

Hvorfor reagerer stoffene? Hentet fra NDLA

Hvorfor reagerer H2 og F2? Hydrogenatom Hydrogenmolekyl Fluoratom Fluo ratom Fluo ratom Fluormolekyl Hydrogenfluoridmolekyl Hydrogenfluoridmolekyl

Hvorfor reagerer stoffene? Keith S. Taber 2000

Hvorfor reagerer stoffene? Har vi en bedre modell? En som gir bedre forståelse?

Nå er det meningen at vi skal være her

Grunnprinsipper: En binding skyldes elektrostatisk tiltrekning To elektroner kan dele samme område (orbital) Det kan ikke være mer enn to elektroner i samme orbital (Pauli-prinsippet) To atomer kan dele et elektronpar (binding) Orbitalene ordnes slik at elektronparene får størst mulig avstand (Hybridisering)

Om Pauli-prinsippet En orbital har plass til to elektroner, og ikke fler! To elektroner fyller rommet totalt Beskrivelser av atomet som «nesten bare tomrom» er uheldig I en binding med bare ett elektron vil det være energetisk svært gunstig med ett til

Elektronparbindinger: (Et eksempel på tilnærming)

Hydrogen H.

Hydrogen

Hydrogen H - H.. H H

Hydrogen - H H

Hydrogen - H H Kan demonstreres med Geomag

Hydrogen - H H Elektroner er stående bølger som kan svinge i fase

Om bølger: Stående bølger kunne godt være pensum i Fysikk 1 Denne delen gir kanskje ikke mening for alle, men kan gi en god bonus for elever som har både Kjemi 1 og Fysikk 1 Resten er greit tilgjengelig også i Naturfag på ungdomstrinnet

Grunnprinsipper: En binding skyldes elektrostatisk tiltrekning To elektroner kan dele samme område (orbital) Det kan ikke være mer enn to elektroner i samme orbital (Pauli-prinsippet) To atomer kan dele et elektronpar (binding) Orbitalene ordnes slik at elektronparene får størst mulig avstand (Hybridisering)

Reaksjoner mellom hydrogen og andre grunnstoff

Beryllium og hydrogen. H. H Be. Beryllium har to elektroner i ytterste skall

Beryllium og hydrogen Resultatet blir H.. Be H

Hvilken figur forklarer dette best? Be H2 H Be H H Be H BeH2 (Finnes ikke på nett!)

H Be H BeH2

Formen på en orbital kan ligne en ballong Michael Blaber 1996http://www.mikeblaber.org/oldwine/chm1045/notes/Geometry/VSEPR/Geom02.htm

Bor og hydrogen H. H H. H. B.. Bor har tre elektroner i ytterste skall

Bor og hydrogen H.. H. Resultatet blir B. H

Hvilken figur forklarer dette best? H2 B H2 H H B H H.. H H B H H : B : H BH3 (Finnes ikke på nett!)

H B H H BH3 H.. H : B : H

Michael Blaber 1996http://www.mikeblaber.org/oldwine/chm1045/notes/Geometry/VSEPR/Geom02.htm

Karbon og hydrogen. H.. H. C.. H. H Karbon har fire elektroner i ytterste skall

Karbon og hydrogen H H... Resultatet blir C... H H

Hvilken figur forklarer dette best? å dukker disse opp, spesielt ett sted!)

Nitrogen og hydrogen H. H... N.. H. H Nitrogen har fem elektroner i ytterste skall

Nitrogen og hydrogen H... N.. H. H. Nitrogen har fem elektroner i ytterste skall

OBS! I 2. periode er det ikke plass til mer enn fire elektronpar (orbitaler)

Hvilken figur forklarer dette best? (Førstetreff på Google-bilder)

Oksygen og hydrogen.. H. H. O. : Oksygen har seks elektroner i ytterste skall

Oksygen og hydrogen.. Resultatet blir H. :. O. H

Hvilken figur forklarer dette best? Andretreff på Google-bilder «water molecule»)

Fluor og hydrogen.. H.... F : Fluor har sju elektroner i ytterste skall

Fluor og hydrogen.. H... Resultatet blir F :

Hvilken figur forklarer dette best?.. H :F:..

Hvilke figurer forklarer dette best?.. H :F:.. Forklarer elektronfordeling Bruker elektronpar Mangler «elektronbanene» Enkel å tegne

Fortsett gjerne med: Hydrogen og natrium Hydrogen og magnesium og så videre - det blir akkurat de samme figurene i neste periode

Og åtteregelen? Det er plass til bare fire elektronpar rundt et atom i 2. periode Dette er en svært vanlig elektronkonfigurasjon Regelen er ofte riktig for 2. periode

Noen eksempler fra 3. periode: Svovelsyre Fosfat

Noen eksempler fra 3. periode:

Åtteregelen er bare en regel Ikke en forklaring som gir forståelse Men hendig - for eksempel i organisk kjemi

Åtteregelen Na. [Na] + Oktettregelen Atomer og grunnstoffer er mest stabile når de har åtte elektroner i det ytterste skallet. Dette kalles oktettregelen. Kjemi 1

Spørsmål/kommentar er?

Hvorfor finnes ikke: HeH? H2Cl? NeH? NeCl? MgCl?

Hvorfor dannes ikke He2?

Hydrogen : H H Elektronene er stående bølger som svinger i fase

Hydrogen Elektronene er stående bølger som svinger i motfase

Konklusjon: Resultatet er at H2 er stabilt! : H H. - H H

2He....

He2 To elektroner bidrar til binding, og to til antibinding. Resultat: Ingen binding!

He2. :. To elektroner bidrar til binding, og to til antibinding. Resultat: Ingen binding!

Hvorfor dannes ikke He2? Fordi skallet er fullt? (OK) Fordi hvis det dannes en elektronparbinding, så vil det samtidig dannes en antibinding.

For viderekommende: Dobbeltbindinger Atomorbitaler Resonans Kovalent - polar kovalent - ionebinding - metallbinding Valensbånd og ledningsbånd i metaller og halvledere

Er åtteregelen nyttig for elevene? Er planetmodellen et godt utgangspunkt? Hvilke elever er interessert i dette? Hvorfor finnes ikke planetmodellen i moderne avanserte læreverk? Dette er spørsmål vi som norske naturfag-lærere bør diskutere!

Hvis du vil til toppen

https://www.youtube.com/watch?v=fsqrcv3c20k

Hvorfor reagerer H2 med F2? Bindingsenergi Bindingslengde kj/mol picom. HH 436 74 FF 155 128 HF

Hvorfor reagerer H2 med F2? Bindingsenergi Bindingslengde kj/mol picom. HH 436 74 FF 155 128 HF 567 92

Karbon Eller grafitt...

Hva er nyttig kunnskap for en kjemielev? Å forstå molekylgeometri Forståelse av hvordan bindinger dannes? Forståelse av forholdstall utover pugg? Forskjell i reaktivitet

Undervisning av kjemisk binding som gir økt innsikt i stoffers oppbygning og egenskaper Masteroppave av Elisabeth Raknes Brekke: Taber (2000) er kritisk til å benytte modeller som ikke er egnet til å bli utvidet på et senere utdanningstrinn. Forskning viser nemlig at det er en tidkrevende prosess å få elever til å slippe taket i de forestillingene de allerede har tilegnet seg. Taber og Coll (2002) presenterer «oktettrammeverket» som en måte å undervise kjemiske bindinger på som kan hindre videre læring hos elevene. Det er også mulig å knytte en rekke alternative oppfatninger til dette rammeverket, noe som vil bli utdypet i kapittelet om «Alternative oppfatninger knyttet til kjemiske bindinger». Elever som støtter seg til dette rammeverket benytter gjerne et antropomorfisk språk, tar utgangspunkt i nøytrale atomer for å forklare bindinger og legger vekt på oktettregelen som «grunnen» til at kjemiske bindinger dannes.

Kovalent radius til et oksygenatom:.. 2r