Temat: Kwasy karboksylowe – budowa

Adresat

Uczeń szkoły podstawowej (klasy 7. i 8.)

Podstawa programowa:

Szkoła podstawowa. Chemia.

IX. Pochodne węglowodorów. Uczeń:

4) podaje przykłady kwasów organicznych występujących w przyrodzie (np. kwas mrówkowy, szczawiowy, cytrynowy) i wymienia ich zastosowania; rysuje wzory półstrukturalne (grupowe) i strukturalne kwasów monokarboksylowych o łańcuchach prostych zawierających do pięciu atomów węgla w cząsteczce oraz podaje ich nazwy zwyczajowe i systematyczne.

Ogólny cel kształcenia

Uczeń tworzy szereg homologiczny kwasów monokarboksylowych o łańcuchach prostych, zawierających do pięciu atomów węgla w cząsteczce, oraz podaje ich nazwy zwyczajowe i systematyczne.

Kompetencje kluczowe

• porozumiewanie się w językach obcych;

• kompetencje informatyczne;

• umiejętność uczenia się.

Kryteria sukcesu
Uczeń nauczy się:

• konstruować modele cząsteczek kwasów karboksylowych;

• zapisywać wzory sumaryczne i strukturalne prostych kwasów karboksylowych;

• tworzyć nazwy kwasów karboksylowych.

Metody/techniki kształcenia

• aktywizujące

  • dyskusja.

• podające

  • pogadanka.

• eksponujące

  • film.

• 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.

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.

3. BHP – przed przystąpieniem do eksperymentów uczniowie zapoznają się z kartami charakterystyk substancji, które będą używane na lekcji. Nauczyciel wskazuje na konieczność zachowania ostrożności w pracy z nimi.

Faza realizacyjna

1. Nauczyciel wprowadza uczniów w zagadnienie kwasów karboksylowych, odwołując się do procesu fermentacji octowej, która zachodzi podczas kwaśnienia napojów alkoholowych, np. piwa – trwa dyskusja. Naprowadza uczniów na przykłady znanych im z codzienności kwasów, np. szczawiowy, cytrynowy, mlekowy. Następnie zapisuje równanie reakcji fermentacji octowej na tablicy, tłumaczy jej mechanizm.

2. Nauczyciel omawia występowanie kwasu mrówkowego. Rozdaje uczniom modele kulkowe i prosi, by wykonali polecenie 2 z abstraktu (praca w parach). Prezentuje – dla sprawdzenia poprawności wykonania polecenia przez uczniów – film z abstraktu „Modelowanie cząsteczki kwasu mrówkowego” oraz wzory kwasu mrówkowego: sumaryczny, grupowy, strukturalny.

3. Po wprowadzeniu uczniów w tematykę kwasów karboksylowych poprzez omówienie budowy kwasu octowego i mrówkowego nauczyciel podaje wzór ogólny na szereg homologiczny kwasów karboksylowych. Prosi chętnych o podejście do tablicy i zapisanie na niej szeregu homologicznego kwasów karboksylowych od 1 do 5 atomów węgla w cząsteczce kwasu (zapis wzoru sumarycznego, grupowego i strukturalnego oraz nazwy systematycznej i zwyczajowej).

4. Nauczyciel wyświetla na tablicy „Wzory kwasu szczawiowego i mlekowego”, korzystając z zasobu w abstrakcie.

5. W celu utrwalenia wiadomości i umiejętności nauczyciel prosi uczniów o wykonanie ćwiczeń interaktywnych w abstrakcie.

Faza podsumowująca

1. Nauczyciel odtwarza nagranie abstraktu. Co jakiś czas zatrzymuje je, prosząc uczniów, by opowiedzieli własnymi słowami to, co przed chwilą usłyszeli. W ten sposób uczniowie utrwalają informacje poznane w czasie lekcji oraz ćwiczą słuchanie ze zrozumieniem.

2. Nauczyciel prosi chętnego ucznia o podsumowanie lekcji z jego punktu widzenia. Pyta pozostałych uczniów, czy chcieliby coś dodać do wypowiedzi kolegi na temat wiedzy i umiejętności opanowanych na lekcji.

Praca domowa

1. Wykonaj polecenie nr 3.1.

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

Pojęcia

Teksty i nagrania

Carboxylic acids – structure

When wine goes bad, ethyl alcohol is converted into ethanoic acid. This reaction takes place in presence of oxygen and enzymes produced by acetic bacteria. This process is called acetic fermentation.

Chemical equation – denoted with words:

$\text{ etanol }+\text{ oxygen }\stackrel{\text{ enzymes }}{⟶}\text{ ethanoic acid }+\text{ water }$

Chemical equation – molecular equation:

${\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_5\mathrm{OH}+{\mathrm{O}}_2\stackrel{\text{ enzymes }}{⟶}{\mathrm{CH}}_3\mathrm{COOH}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

The following can be concluded from the chemical equation:
In presence of oxygen and enzymes ethyl alcohol undergoes a chemical reaction the products of which are ethanoic acid and water.

Ethanoic acid consists of the same number of carbon atoms as ethane. This substance is classified as ethane derivative as their composition is similar. That is why its systematic name is ethanoic acid.

In the ethanoic acid molecule carbon atoms are linked together with a single bond. One oxygen atom forms a double bond with a carbon atom. The second oxygen atom forms one bond with a hydrogen atom and the other one with a carbon atom. The remaining hydrogen atoms are fixed with carbon with a single bonds.

Molecular formula of ethanoic acid allows us to name the types and number of individual atoms. But we will not be able to find out how are these atoms bonded in the molecule. It is the structural formula that gives information about the number of bonds between individual atoms.

Methanoic acid is present in venom of ants which use it to destroy parasites. The same acid is produced for example by bees and nettle – a well known plant that stings. When we touch a nettle we will immediately feel burning and pricking and, develop itchy blisters on our skin. This is because on the leaves there are present small plant hairs (trichomes) which inject the irritant formic acid under the skin.

Methanoic acid is believed to be a derivative of methane. It contains one carbon atom in a molecule.

Carboxylic acids are hydrocarbon derivatives in which hydrogen atom (or atoms) is (are) substituted with a functional carboxyl group $\text{–}\text{C}\text{O}\text{O}\text{H}$. Carboxylic acids are classified according to the number of carbon atoms into lower ones – with smaller number of carbon atoms, and higher ones – with several carbon atoms in a molecule. Methanoic and ethanoic acids are lower acids.

$\text{–}\text{C}\text{O}\text{O}\text{H}$ – a group typical of carboxylic acids is bonded with a hydrocarbon group. A group of atoms bonded with a hydrocarbon chain will be called a functional group.
Thus $\text{–}\text{C}\text{O}\text{O}\text{H}$ group is a functional group of organic acids.

Organic acids with a carboxyl group are called carboxylic acids.
Like hydrocarbons, organic acids with one carboxyl group in a molecule form a homologous series. The systematic names of carboxylic acids consist of two parts. In order to create the systematic name, the name of alkane with the same number of carbon atoms in a molecule to the word „acid”, adding the ending -oic; for example methanoic acid, ethanoic acid. It should be noted that common names are usually used in practice. Common names are associated with the occurrence of acids. Formic (methanoic) acid is found in ant venom, butyric (butanoic) acid – in rancid butter, and lactic acid – in some dairy products.

Table 1. shows acids listed according to the number of carbon atoms in a molecule. Each subsequent molecule differs from the previous one in $\text{–}\text{C}{\text{H}}_{\text{2}}\text{–}$ group. This series is called a homologous series of carboxylic acids.

Table 1. Names and formulas of selected carboxylic acids.

If the carboxylic acid is an alkane derivative and contains one carboxyl, its generalized formula is as follows:

${{\text{C}}_{\text{n}}\text{H}}_{\text{2n+1}}\text{C}\text{O}\text{O}\text{H}$

The general formula of monocarboxylic acids derived from alkanes.

Organic acids make contain several carboxyl groups in their molecules (for example oxalic acid) and other functional groups such as a hydroxyl group (for example lactic acid).

• Ethanoic acid is one of the products of acetic fermentation. Diluted alcoholic beverages undergo this process.

• Carboxyl group $\text{–C}\text{O}\text{O}\text{H}$ is a functional group of carboxylic acids.

• Carbxylic acids are hydrocarbon derivatives which contain at least one carboxyl group.

• Methanoic and ethanoic acids classified as lower carboxylic acids.