Hvorfor vil atomer ha åtte elektroner i ytterste skall?

Presentasjon om: "Hvorfor vil atomer ha åtte elektroner i ytterste skall?"— Utskrift av presentasjonen:

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

2 Finnes det elever som lurer på dette?
To klipp fra nettet:

3

4 «Står en del i boka om oktettregelen….
For meg høres dette veldig rart ut….. Håper noen kan hjelpe meg med dette!»

5

6 Ok - takk for svar, selv om det egentlig ikke gjorde meg så mye klokere…Men da vet jeg ihvertfall at det er noe som gjør at man fyller opp med åtte alltid…….. Helt håpløst, er så mange ting som jeg ikke skjønner noenting av, fordi de skal forenkle ting så voldsomt at det ikke henger på greip lengre!…»

7

8 NB - jeg har skrevet litt feil og misvisende i innleggene over, du kan si at SKALLET er det som gir hovedkvantetallet osv foran orbitalbokstaven: 1s, 2s, 2p osv. Orbitaler er altså…….. Man forklarer slik man har blitt forklart selv!

9

10 «Tror ikke du skal bry deg så mye om dette,
det spiller ingen rolle for det nivået av kjemi du er på nå….. Du gjør det bare vanskelig for deg selv ved å prøve å forstå mer enn det som er pensum….»

11

12 «Oi, her var det kommet mange svar! Takk!…
Siden jeg er over gjennomsnittet interessert, ser jeg med en gang en del logiske feil i det vi lærer, og blir veldig frustrert….

13

14 «Naturfaglæreren min sa det var på samme måte med
elektronene rundt kjernen som planeter rundt solen. Jeg tror dette er et greit bilde å bruke. Men hvordan skallene kommer inn i bildet vet jeg ikke. Skulle likt å visst hvorfor det er begrenset hvor mange elektroner man kan ha i hvert skall. Er det noen begrensning på antall planeter?»

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

16 Når faller brikkene på feil plass?
- når i kjemistudiet

17 Når faller brikkene på feil plass?
Når elevene lærer om kjemisk energi og bindinger Er du en flink elev, så får du med deg mye fra ungdomstrinnet. Og læreren er ofte en faglig autoritet Elisabeth Raknes NTNU 2012 (UiO)

18 Læreboksitater: Er det fordi læreverkforfatterne tror dette er riktig? Ser sånn ut!

19 Canada har Exban, en gruppe på McGill- universitetet

20 Sett på navn Hydrogenkjerne Elektron Karbonkjerne ?
Ofte står det elektronbane, men om det ikke står, så kan det framstå slik likevel. Karbonkjerne ?

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

22 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)

23 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)

24 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 Mitt inntrykk er at studentene som kommer ut fra universitetet i stor grad har beholdt modellene fra grunnskolen - og vil undervise dem videre.

25 Hva med universitets-studentene?

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

27 Sant eller usant: Ja 14 100% Når bindingen mellom de ytterste fosfatgruppene i ATP brytes, frigis det energi

28 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

29 PPU kjemi fagdidaktikk
En flervalgsoppgave: PPU kjemi fagdidaktikk n=14 A 46% B C D 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

30 En flervalgsoppgave: 1. år siving NTNU n=81 A 54% B 31% C: 9% D: 6%
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

31 En av parallellsesjonene i Realfagkonferansen 2015 (27. april)
Hvordan virker ATP? En av parallellsesjonene i Realfagkonferansen 2015 (27. april)

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

33 Og vi får forklaringer som dette:
Gikk inn på nettet for å se hva elevene finner der - de som er spesielt interessert Denne er nå rettet opp

34 Og vi får forklaringer som dette:
Det er derfor store spenninger innebygget i molekylene, omtrent som sterke, spente fjærer som holdes sammenpresset. Gikk inn på nettet for å se hva elevene finner der - de som er spesielt interessert Denne er nå rettet opp

35 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!

36 Tema:

37 1: Bohr-modellen

38 II: Åtteregelen «Når grunnstoffer reagerer med hverandre,
vil de alltid forsøke - om mulig - å få åtte elektroner i ytterste elektronskall rundt atomkjernen» (Aqua 1) Det må være bedre å si at magnesiumet «prøver å holde på» elektronene, men at det finnes andre atomer som tiltrekker seg elektroner sterkere. De greier ofte å ta de to ytterste, men ikke fler. 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)

39 II: Åtteregelen Oktettregelen
Det må være bedre å si at magnesiumet «prøver å holde på» elektronene, men at det finnes andre atomer som tiltrekker seg elektroner sterkere. De greier ofte å ta de to ytterste, men ikke fler. Oktettregelen Atomer og ioner er mest stabile når det har åtte elektroner i det ytterste skallet. Dette kalles oktettregelen. De første grunnstoffene i periode- systemet er mest stabile når det har to elektroner i det ytterste skallet. Kjemi 1

40 II: Åtteregelen Oktettregelen
Na . [Na]+ Det må være bedre å si at magnesiumet «prøver å holde på» elektronene, men at det finnes andre atomer som tiltrekker seg elektroner sterkere. De greier ofte å ta de to ytterste, men ikke fler. Oktettregelen Atomer og grunnstoffer er mest stabile når de har åtte elektroner i det ytterste skallet. Dette kalles oktettregelen. Kjemi 1

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

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

43 Hva skal vi med dette i Kjemi 1?
IV: s- og p-orbitaler Gjelder enkeltatomer og ikke bindinger. Bør komme senere. Hva skal vi med dette i Kjemi 1?

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

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

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

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

48 Hvorfor reagerer stoffene?
Hentet fra NDLA

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

50 Hvorfor reagerer stoffene?
Keith S. Taber 2000

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

52 Nå er det meningen at vi skal være her

53 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)

54 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

55 Elektronparbindinger: (Et eksempel på tilnærming)

56 Hydrogen . H Velger det enkleste eksempelet

57 Hydrogen

58 Hydrogen . . . . - H H H H

59 Hydrogen - H H

60 Hydrogen - H H Kan demonstreres med Geomag

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

62 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

63

64 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)

65 Reaksjoner mellom hydrogen og andre grunnstoff

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

67 Beryllium og hydrogen . . . . Resultatet blir H Be H

68 Hvilken figur forklarer dette best?
BeH2 (Finnes ikke på nett!)

69 H H Be BeH2

70 Formen på en orbital kan ligne en ballong
Michael Blaber 1996http://

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

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

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

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

75 Michael Blaber 1996http://

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

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

78 Hvilken figur forklarer dette best?
(Nå dukker disse opp, spesielt ett sted!)

79

80 Michael Blaber 1996http://

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

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

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

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

85 Michael Blaber 1996http://

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

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

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

89

90 Michael Blaber 1996http://

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

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

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

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

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

96 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

97 Noen eksempler fra 3. periode:
Svovelsyre Fosfat

98 Noen eksempler fra 3. periode:

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

100 Åtteregelen Oktettregelen
Na . [Na]+ Det må være bedre å si at magnesiumet «prøver å holde på» elektronene, men at det finnes andre atomer som tiltrekker seg elektroner sterkere. De greier ofte å ta de to ytterste, men ikke fler. Oktettregelen Atomer og grunnstoffer er mest stabile når de har åtte elektroner i det ytterste skallet. Dette kalles oktettregelen. Kjemi 1

101 Spørsmål/kommentarer?

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

103 Hvorfor dannes ikke He2?

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

105 Hydrogen Elektronene er stående bølger som svinger i motfase

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

107 He . .

108 2He . . . .

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

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

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

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

113 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!

114 Hvis du vil til toppen…

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

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

117 Karbon Eller grafitt...

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

119

120

121

122 Masteroppave av Elisabeth Raknes Brekke:
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.

123 Kovalent radius til et oksygenatom:
. . 2r

124