Temat: Wiązania jonowe – powstawanie i rodzaje

Adresat

Uczeń szkoły podstawowej (klasy 7. i 8.)

Podstawa programowa

Szkoła podstawowa. Chemia.

II. Wewnętrzna budowa materii. Uczeń:

9) opisuje funkcję elektronów zewnętrznej powłoki w łączeniu się atomów; stosuje pojęcie elektroujemności do określania rodzaju wiązań (kowalencyjne, jonowe) w podanych substancjach;
11) stosuje pojęcie jonu (kation i anion) i opisuje, jak powstają jony; określa ładunek jonów metali (np. Na, Mg, Al) oraz niemetali (np. O, Cl, S); opisuje powstawanie jonowych (np. NaCl, MgO).

Ogólny cel kształcenia

Uczeń wyjaśnia istotę powstawania jonów z atomów

Kompetencje kluczowe

• porozumiewanie się w językach obcych;

• kompetencje informatyczne;

• umiejętność uczenia się.

Kryteria sukcesu
Uczeń nauczy się:

• wyjaśniać pojęcia jonu, kationu i anionu;

• wyjaśniać mechanizm powstawania jonów na przykładach: Na, Mg, Al, Cl, S;

• zapisywać konfigurację elektronową jonów na przykładach: Na, Mg, Al, Cl, S;

• wyjaśniać rolę elektronów walencyjnych w powstawaniu jonów.

Metody/techniki kształcenia

• aktywizujące

  • dyskusja;

  • śniegowa kula.

• programowane

  • z użyciem komputera;

  • z użyciem e‑podręcznika.

• praktyczne

  • ćwiczeń przedmiotowych.

Formy pracy

• praca indywidualna;

• praca w parach;

• praca w grupach;

• praca całego zespołu klasowego.

Środki dydaktyczne

• e‑podręcznik;

• zeszyt i kredki lub pisaki;

• tablica interaktywna, tablety/komputery;

• metodnik lub kartki zielone, żółte i czerwone;

• układ okresowy pierwiastków.

Przebieg lekcji

Faza wstępna

1. Nauczyciel rozdaje uczniom metodniki lub kartki w trzech kolorach: zielonym, żółtym i czerwonym do zastosowania w pracy techniką świateł drogowych. Przedstawia cele lekcji sformułowane w języku ucznia na prezentacji multimedialnej oraz omawia kryteria sukcesu (może przesłać uczniom cele lekcji i kryteria sukcesu pocztą elektroniczną lub zamieścić je np. na Facebooku, dzięki czemu uczniowie będą mogli prowadzić ich portfolio).

2. Prowadzący wspólnie z uczniami ustala – na podstawie wcześniej zaprezentowanych celów lekcji – co będzie jej tematem, po czym zapisuje go na tablicy interaktywnej/tablicy kredowej. Uczniowie przepisują temat do zeszytu.

Faza realizacyjna

1. Nauczyciel prosi uczniów o przypomnienie wiadomości na temat mechanizmu powstawania wiązania kowalencyjnego niespolaryzowanego i spolaryzowanego. Chętni/wybrani uczniowie udzielają odpowiedzi, pozostali uczniowie i nauczyciel w razie potrzeby uzupełniają je.

2. Nauczyciel tłumaczy pojęcie elektroujemności. Korzystając z układu okresowego pierwiastków, wyjaśnia, które pierwiastki mają najmniejszą, a które największą elektroujemność. Wskazuje, jak określa się rodzaj wiązania chemicznego na podstawie elektroujemności.

3. Nauczyciel wyświetla na tablicy multimedialnej „Schemat powstawania jonu z atomu” z abstraktu. Prosi, by uczniowie własnymi słowami wyjaśnili, na czym polega opisywany proces i zdefiniowali pojęcie jonu. Informuje, że uczniowie będą pracować metodą śniegowej kuli. Najpierw w parach opracowują zagadnienie. Następnie łączą się w czwórki, porównują swoje opracowania, weryfikują je i ustalają wspólne stanowisko. W kolejnych krokach uczniowie łączą się w liczniejsze grupy i postępują według wcześniejszego schematu, aż do utworzenia wspólnej definicji. W razie potrzeby nauczyciel uzupełnia informacje.

4. Prowadzący zajęcia wyświetla na tablicy multimedialnej schemat „Rodzaje jonów” z abstraktu. Prosi uczniów, by odliczyli do 2. Informuje, że zadaniem „jedynek” jest przygotowanie informacji, kiedy powstaje kation i atomy których pierwiastków je tworzą, a zadaniem „dwójek” – kiedy powstaje anion i atomy których pierwiastków je tworzą. Uczniowie wykonują zadanie. Następnie nauczyciel prosi, by uczniowie podzielili się wzajemnie wiedzą. Po wymianie informacji nauczyciel wybiera losowo kilka „jedynek” i prosi o przedstawienie informacji przekazanych przez „dwójki” i odwrotnie. W razie potrzeby udziela wyjaśnień.

5. Nauczyciel prosi, aby „ jedynki” i „dwójki” utworzyły grupy. Zadaniem jedynek jest opracowanie zagadnienia „Jak powstaje jon sodu?”, a zadaniem „dwójek” – „Jak powstaje jon chloru?”. Nauczyciel prosi, by uczniowie przygotowując swoje opracowania zwrócili uwagę na promienie atomów i jonów (kationów/anionów). Po upływie wyznaczonego czasu przedstawiciele grup omawiają zagadnienia, posługując się schematami z abstraktu.

6. Prowadzący zajęcia wyświetla na tablicy multimedialnej prezentację „Powstawanie jonów”. Uczniowie objaśniają równania przedstawione na planszach, a swoje spostrzeżenia notują w formularzu zamieszczonym w abstrakcie.

7. Nauczyciel wyjaśnia uczniom na przykładzie jonu magnezu i glinu, jakie wartości ładunków mogą mieć jony. Zapisuje konfigurację elektronową dla atomu i dla jonu.

8. Pod koniec lekcji nauczyciel prosi uczniów o wykonanie ćwiczeń interaktywnych – praca indywidualna.

Faza podsumowująca

1. Nauczyciel prosi uczniów o rozwinięcie zdań:

   • Dziś nauczyłem się…

   • Zrozumiałem, że…

   • Zaskoczyło mnie…

   • Dowiedziałem się…

   W celu przeprowadzenia podsumowania może posłużyć się tablicą interaktywną w abstrakcie lub polecić uczniom pracę z nią

Praca domowa

1. Odsłuchaj w domu nagrania abstraktu. Zwróć uwagę na wymowę, akcent i intonację. Naucz się prawidłowo wymawiać poznane na lekcji słówka.

2. Wyobraź sobie, że masz okazję przeprowadzić wywiad z naukowcem - specjalistą w dziedzinie, której dotyczyła dzisiejsza lekcja. Jakie pytania chciałbyś mu zadać? Zapisz je.

W tej lekcji zostaną użyte m.in. następujące pojęcia oraz nagrania

Pojęcia

Teksty i nagrania

Ionic bonds - formation and types

Most of the chemical elements do not occur in nature in the free state, but form chemical compounds with other elements. Only few simple substances exist in the form of individual atoms. These include noble gases, i.e. chemical elements belonging to the 18th group of the periodic table (helium). Their relatively stable electron configuration is a model for other elements. During the formation of typical chemical bonds atoms of the elements strive to obtain an electron configuration of the closest noble gas in the periodic system. This is done in a variety of ways. Elemental atoms can share electrons. They can also give them to other atoms of the elements or take them from atoms. As a result of these processes, ions arise from atoms.

Ions with a positive charge are called cations, while those with a negative charge – anions. The sodium ion, which was created by electron donation of sodium atom, is a cation. In turn, the chlorine atom, which accepted the electron, becomes an anion.

Atoms of metals (especially those belonging to the 1st and 2nd group of the periodic table) form cations. The atoms of some nonmetals may form anions as a result of electrons acceptation.

As a result of the electron transfer from the sodium atom, an ion is formed. As you remember, in every atom the positive charge of the nucleus is equal to the negative charge of the electron cloud (the number of protons is equal to the number of electrons) and the atom is electrically neutral. Note that in the sodium ion the number of protons and electrons are not identical: there are 11 protons in the atomic nucleus and 10 electrons in the space around the nucleus. Thus, 1 proton is not „balanced” by the electron. Therefore, the whole ion has a charge of a proton (equal to the elementary positive charge). The sodium ion is said to be positive. This ion is described by the „+” sign next to the symbol of the chemical element: ${\mathrm{Na}}^{+}$.

The diagram below shows the changes in the electron configuration of the sodium atom during the formation of the ion.

The mechanism of formation of a positive sodium ion can be written using the Lewis structures or only the symbol of the chemical element:

$\text{Na·}\stackrel{\text{ electron donation }}{\to }{\text{Na}}^{\text{+}}$

$\text{Na}\stackrel{}{\to }{\text{Na}}^{\text{+}}\text{+ }{\text{e}}^{-}$

The process of sodium ion formation can also be presented using the electron configurations of the atom and its ion:

$\text{Na [2, 8, 1] }\stackrel{\text{electron donation}}{\to }{\text{Na}}^{\text{+}}\text{[2, 8]}$

The sodium atom has 11 electrons. One of them is placed on the last shell. After its release, the sodium atom has 10 electrons and an electron configuration of the noble gas closest it in the periodic table – neon. Thanks to this, he gains a permanent configuration.

As a result of the electron being accepted by the chlorine atom, an ion is formed. Due to the presence of an additional electron, this ion is charged with a negative charge (equal to the elementary negative charge). This ion is described by the “–” sign next to the symbol of the chemical element: ${\text{Cl}}^{-}$

The process of this ion formation can be described by the equations:

$\text{Cl }\stackrel{\text{electron accepting}}{\to }{\text{ Cl}}^{-}$

$\text{Cl + }{\text{e}}^{-}\text{ → }{\text{Cl}}^{-}$

$\text{Cl [2, 8, 7] }\stackrel{\text{electron accepting}}{\to }{\text{ Cl}}^{-}\text{[2, 8, 8]}$

The diagram below shows the changes in the electron configuration of the chlorine atom during the formation of the ion.

As you remember, the chlorine atom in the molecules ${\text{Cl}}_{\text{2}}$ or $\text{HCl}$, to achieve an stable electron configuration, shares a single electron with a different atom. However, in the presence of a sodium atom, it behaves differently - it receives an electron from it to its outer shell. The number of its electrons is then increased by 1 and the atom gains the electron configuration proper to argon, which in the periodic table is located just after the chlorine.

Atoms can donate and accept more than 1 electron.

In the magnesium atom ($\text{Z=12}$) there are 12 protons and the same number of electrons. When interacting with other atoms, the atom $\text{Mg}$ can „get rid of” 2 electrons forming its external electron shell. In the formed ion the number of electrons decreases and there is an excess of positive charges (12 p) in relation to the negative ones (10${\text{e}}^{-}$). Therefore, the magnesium ion is a cation and its charge is equal to two elementary positive charges. Such cations are said to be dications and are recorded as follows:${\text{Mg}}^{\text{2+}}$.

The process of magnesium ions formation can be described by the equation:

$\text{Mg → }{\text{Mg}}^{\text{2+}}\text{+ 2}{\text{e}}^{-}$

Changes in the electron configurations of the atom and magnesium cation are as follows:

$\text{Mg [2, 8, 2] }\stackrel{\text{donation of 2 electrons}}{\to }{\text{ Mg}}^{\text{2+}}\text{[2, 8]}$

Note that the magnesium cation has been recognized as a permanent neon electron configuration ($\text{Z = 10}$).

The sulfur atom forms a dianion.

The aluminum atom forms aluminum ions of the formula ${\text{Al}}^{\text{3+}}$. The number ‘3+’ means that the formed ion is a cation that was formed after the aluminum atom donated 3 electrons. The formation of aluminum ion can be described by the following equation:

$\text{Al → }{\text{Al}}^{\text{3+}}\text{+ 3}{\text{e}}^{-}$

After taking into account the electron configuration, it has the form:

$\text{Al [2, 8, 3] }\stackrel{\text{donation of 3 electrons}}{\to }{\text{ Al}}^{\text{3+}}\text{[2, 8]}$

The electron configuration in the aluminum cation is the same as in the neon atom ($\text{Z = 10}$).

• Ions are formed from atoms that have donated or accepted at least 1 electron.

• Ions having positive charge are cations; arise from atoms after donation at least 1 electron.

• Negatively charged ions are anions; arise from atoms that have accepted at least 1 electron.

• Cations are mainly formed from metal atoms, and anions – among others from the atoms of some non‑metals.