Аллотропией называют способность атомов одного элемента формировать разные типы простых веществ. Так образуются соединения, отличные друг от друга.
Аллотропные модификации являются стабильными. В условиях постоянного давления при определенной температуре эти вещества могут переходить одни в другие.
Аллотропные модификации могут образовываться из молекул, имеющих разное количество атомов. Например, элемент Кислород образует озон (О3) и собственно вещество кислород (О2).
Аллотропные модификации могут быть имеющими разное К таким соединениям можно отнести, например, алмаз и графит. Указанные вещества - аллотропные модификации углерода. Этот химический элемент может образовывать пять гексагональный и кубический алмаз, графит, карбин (в двух формах).
Гексагональный алмаз обнаружен в метеоритах и получен в лабораторных условиях при продолжительном нагревании под воздействием очень высокого давления.
Алмаз, как известно, является самым твердым из всех веществ, существующих в природе. Применяется он при бурении горных пород и резке стекла. Алмаз представляет собой бесцветное прозрачное которое обладает высокой светопреломляемостью. Кристаллы алмазов имеют кубическую гранецентрированную решетку. Половина атомов кристалла располагается в центрах граней и вершинах одного куба, а остальная половина атомов - в центрах граней и вершинах другого куба, который смещен относительно первого по направлению пространственной диагонали. Атомы формируют тетраэдрическую трехмерную сетку, в которой они имеют
Из всех простых веществ только в алмазе присутствует максимальное количество атомов, которые располагаются очень плотно. Поэтому соединение является очень прочным и твердым. Прочные связи в углеродных тетраэдрах обеспечивают высокую химическую стойкость. На алмаз может воздействовать только фтор или кислород при температуре восемьсот градусов.
Без доступа воздуха при сильном нагреве алмаз превращается в графит. Это вещество представлено кристаллами темно-серого имеет слабый металлический блеск. На ощупь вещество маслянистое. Графит устойчив к нагреванию, обладает сравнительно высокой тепло- и электропроводностью. Вещество применяют при изготовлении карандашей.
Карбин получают синтетическим путем. Это твердое вещество черного цвета со стеклянным блеском. Без доступа воздуха при нагревании карбин превращается в графит.
Существует еще одна форма углерода - аморфный неупорядоченную структуру получают при нагревании углеродосодержащих соединений. Большие залежи угля обнаруживаются в природных условиях. При этом вещество имеет несколько сортов. Уголь может быть представлен в виде сажи, костяного угля или кокса.
Как уже было указано, аллотропные модификации одного элемента характеризуются разной межатомной структурой. Кроме того, они наделены различными химическими и физическими свойствами.
Сера является еще одним элементом, способным к аллотропии. Это вещество применяется человеком с давних времен. Существуют разные аллотропные модификации серы. Наиболее популярной является ромбическая. Она представлена твердым веществом желтого цвета. Ромбическая сера не смачивается водой (плавает на поверхности). Это свойство применяется при добыче вещества. Ромбическая сера растворима в органических растворителях. Вещество обладает плохой электро- и теплопроводностью.
Кроме этого, существует пластическая и моноклинная сера. Первая представляет собой коричневую аморфную (похожую на резину) массу. Она образуется, если в холодную воду вылить расплавленную серу. Моноклинная представлена в виде темно-желтых игл. Под влиянием комнатной (или приближенной к ней) температуре обе эти модификации переходят в ромбическую серу.
Способность химического элемента существовать в виде двух или нескольких простых веществ, отличающихся лишь числом атомов в молекуле, либо строением. Углерод
Признаки | Алмаз (С) | Графит (С) |
Состав молекулы | атомы углерода | атомы углерода |
Прозрачный | Серо-чёрное вещество, с металлическим блеском, жирное на ощупь |
|
Агрегатное состояние | Очень твёрдый | |
Теплопроводность и электропроводность | Не проводит тепло и электричество | Проводит тепло и электричество |
Тип кристаллической решётки |
Аллотропия углерода обусловлена различным расположением атомов в кристаллической решётке
Алмаз и графит-атомная кристаллическая решётка, Фулерен-молекулярная (С 60)
Кислород существует в виде двух аллотропных модификаций –O 2 и О 3
Вещество, формула которого O2, встречается в атмосфере, гидросфере, земной коре и живых организмах. Около 20% атмосферы образовано двухатомными молекулами кислорода. В стратосфере на высоте примерно 12–50 км от земной поверхности находится слой, получивший название «озоновый экран». Его состав отражает формула O3. Озон защищает нашу планету, интенсивно поглощая опасные лучи красного и ультрафиолетового спектра Солнца.
Сравнение кислорода и озона
Признаки | Кислород | Озон |
Состав молекулы | 2 атома кислорода | 3 атома кислорода |
Строение | ||
Агрегатное состояние и цвет | Бесцветный прозрачный газ либо бледно-голубая жидкость | Голубой газ, жидкость синего цвета, темно-фиолетовое твердое вещество |
Отсутствует | Острый, напоминающий о грозе, свежескошенном сене |
|
Температура плавления (°С) | ||
Точка кипения (°С) | ||
Плотность (г/л) | ||
Растворимость в воде | Мало растворяется | Лучше, чем у кислорода |
Химическая активность | При обычных условиях стабилен | Легко разлагается с образованием кислорода |
Тип кристаллической решётки | Молекулярная | Молекулярная |
Аллотропия кислорода и озона обусловлена различным числом кислорода в молекулах веществ.
Аллотропия кислорода
Кислород О 2 | Озон О 3 |
Физические свойства |
|
Кислород - один из самых часто встречающихся элементов в природе, в атмосфере на его долю приходится 21%. Он поддерживает жизнь на планете и делает возможным горение. Самый распространенный элемент на Земле, является компонентом большинства горных пород и минералов. Более 60% массы человеческого тела приходится на кислород. Бесцветный, не обладающий запахом газ - кислород, плохо растворим в воде и немного тяжелее воздуха. При охлаждении до -183С кислород становится прозрачной голубоватой жидкостью с плотностью, превышающей плотность воды. | Озон О 3 находится в стратосфере на высоте 25-50 километров, образуя озоновый слой. Озон образуется при разложении кислорода под воздействием ультрафиолетовых солнечных лучей, а также при атмосферных разрядах. Свое название он получил благодаря сильному запаху (от греческого слова ozon– душистый). Это бледно-голубой нестабильный газ. Легко растворяется в воде, обладает бактерицидными свойствами и используется для дезинфекции воды и воздуха. В больших количествах озон опасен. Благодаря своей способности поглощать ультрафиолетовые лучи, озон защищает живые организмы – людей, животных и растения – от опасного УФ-излучения Солнца. |
Аллатропия фосфора
Признаки | Красный фосфор(Р) | Белый фосфор(Р 4) |
Состав вещества | атомы фосфора | Молекулы фосфора |
Кирпично-красный | Желтовато-воскообразное вещество |
|
Без запаха | Запах чеснока |
|
Растворимость | Растворяется в воде и сероуглероде | Не растворяется в воде, хорошо растворяется в сероуглероде |
Влияние на организм | Не ядовит | Ядовитое вещество |
Свечение в темноте | Не светится | Светится |
Химическая активность | Менее химически активен, горит при поджигании | Более химически активен, самовоспламеняется на воздухе |
Тип кристаллической решётки | Молекулярная |
Аллотропия фосфора обусловлена различной кристаллической решёткой
Аллатропия серы
Признаки | Сера ромбическая(S8) | Сера пластическая (S) |
Состав вещества | Молекулы Серы | Атомы серы |
Тёмно-коричневый |
||
Без запаха | Без запаха |
|
Агрегатное состояние | Тянется как резина |
|
Температура плавления | Легкоплавкая, +112,8 0 С. | Плавится хуже, +444,6 0 С |
Тип кристаллической решётки | Молекулярная |
Аллотропия серы обусловлена различной кристаллической решёткой
ромбическая , моноклинная и пластическая .
Аллотропия (от др.-греч. αλλος «другой», τροπος «поворот, свойство») существование одного и того же химического элемента в виде двух и более простых веществ, различных по строению и свойствам: так называемых аллотропических модификаций или аллотропических форм.
Сера имеет три аллотропных модификации Ромбическа я Ромбическа я Пластическая Моноклинная При комнатной температуре устойчива ромбическая сера. При нагревании она плавится, превращаясь в желтую легкоподвижную жидкость, при дальнейшем нагревании жидкость загустевает, так как в ней образуются длинные полимерные цепочки. При медленном охлаждении расплава образуются темно- желтые игольчатые кристаллы моноклинной серы, а если вылить расплавленную серу в холодную воду, получится пластическая сера – резиноподобная структура, состоящая из полимерных цепочек. Пластическая и моноклинная сера неустойчивы и самопроизвольно превращаются в ромбическую.
Ромбическая модификация серы Молекула S 8 имеет форму короны, длины всех связей – S – S – равны 0,206 нм и углы близки к тетраэдрическим 108°. В ромбической сере наименьший элементарный объем имеет форму прямоугольного параллелепипеда. Ромбическая сера - жёлтого цвета. Кристалл ромбической серы
Моноклинная модификация серы Моноклинная сера плавится при 119, 3 С. Расплавленная сера состоит главным образом из циклических молекул S8 и представляет собой подвижную желтую жидкость. При нагревании расплава до температур выше 160 С циклы S8 размыкаются, образуя длинные многоатомные цепи, расплав постепенно теряет текучесть и меняет цвет: из желтого становится темно-коричневым. При температурах выше 187 С цепи разрываются и укорачиваются, вязкость расплавленной серы уменьшается. Моноклиническая сера- бледно-жёлтого цвета.
Пластическая модификация серы Если расплавленную серу вылить в холодную воду, образуется похожая на резину коричневая масса. Это третья аллотропная модификация серы - пластическая сера. Она состоит из нерегулярно расположенных зигзагообразных цепочек S n, где n достигает нескольких тысяч. Она неустойчива и через некоторое время станет хрупкой, приобретёт жёлтый цвет, т.е. постепенно будет превращаться в ромбическую.
Конспект урока по теме: «Сера. Аллотропия серы. Свойства и применение»,
9 класс. УМК Г.Е. Рудзитис и Ф.Г. Фельдман.
Учитель химии Муниципального казенного общеобразовательного учреждения «Средняя общеобразовательная школа №85 имени Героя Советского Союза Н.Д. Пахотищева г. Тайшета» Никитюк Любовь Федоровна.
Цель урока: рассмотреть строение атома серы на основании положения в таблице Менделеева, физические и химические свойства, аллотропию и применение серы.
Задачи урока:
Образовательные:
Рассмотреть строение атома серы, на основании ее положения в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева, аллотропные модификации серы.
Изучить физические и химические свойства серы, ее окислительно-восстановительную двойственность, нахождение в природе, области применения.
Продолжить формирование умений учащихся работать с периодической системой химических элементов Д.И. Менделеева.
Совершенствовать умения составлять уравнения химических реакций, проводить эксперимент.
Развивающие:
Развивать память и внимание учащихся.
Формировать положительную мотивацию на изучение предмета.
Учить применять имеющиеся знания в новой ситуации.
Воспитательные:
Формировать коммуникативные умения через работу учащихся в парах.
Показать значимость химических знаний для современного человека.
Продолжить формирование таких качеств личности как ответственное отношение к порученному делу, умение оценивать результаты своего труда.
Понятийный аппарат: самородная сера, сульфидная, сульфатная, аллотропия, демеркуризация.
Оборудование: ПСХЭ, компьютер, коллекция «Минералы», компьютерная презентация в программе Power Point ; сера; спиртовка; спички; держатель; штатив с пробирками, вода.
Для лабораторных опытов учащихся: коллекция «Минералы», образец серы, вода в стаканчике, стеклянная палочка.
Тип урока: комбинированный. Урок изучения нового материала.
Формы организации учебной деятельности:
Самостоятельная работа с текстом учебника;
Фронтальная;
Работа в парах;
Лабораторная работа,
Сообщения учащихся.
Методы и методические приемы:
Частично-поисковый.
Словесный (эвристическая беседа);
Наглядный;
Выполнение лабораторного опыта;
Заслушивание сообщений;
Практические (демонстрационный – химический эксперимент, лабораторный опыт)
Выполнение физкультминутки.
Педагогические приемы:
Учебно-организационные (определение цели и задачи урока, создание благоприятных условий деятельности);
Учебно-информационные (беседа, постановка проблемы, ее обсуждение, работа с учебником, наблюдение);
Учебно-интеллектуальные (восприятие, осмысление, запоминание информации, решение проблемных задач, мотивация деятельности).
Ход урока
Этапы урока, время
Формы взаимодействия
Методы и приемы
Деятельность учителя
Планируемая деятельность ученика
Слайд №
Организационный момент
1 мин.
Фронтальная
Беседа
Приветствую учащихся, спрашиваю о наличие всех в классе, настраиваю на урок.
Приветствуют учителя.
Актуализация знаний
5 мин.
Фронтальная
Создание проблемной ситуации
Ребята, отгадайте загадку.
Вещество золотистого цвета:
Виноград опыляют им летом.
Можно видеть такую картину:
Каучук превращает в резину.
«Сера» - тема нашего урока.
Какие вопросы мы должны рассмотреть сегодня на уроке?
Заслушивают и отгадывают загадку. Это сера.
Записывают тему в тетрадь.
Приводят план работы над темой:
Положение серы в периодической таблице
Строение атома
Нахождение в природе
Физические свойства
Химические свойства
Применение
Значение для человека
Слайд №1
Изучение нового материала
20-23 мин.
Фронтальная
Беседа
Выдвижение проблемы
Практический метод
Предлагаю рассмотреть положение серы в периодической системе.
Задание: составьте схемы строения атома серы, электронную и графическую формулу. Определите степени окисления серы.
Вопрос: как вы считаете, в каком виде находится сера в природе?
Сера относится к группе «халькогенов», что переводится как «рождающие руды».
Выполните Лабораторный опыт № 4 «Ознакомление с образцами серы и ее природных соединений» (учебник с. 43).
Задание: рассмотрите образец серы. Определите агрегатное состояние, цвет серы. Испытайте растворимость серы в воде.
Работа с периодической таблицей
Ученик у доски составляет схему строения атома, электронную и графическую формулы,
Определяют степени окисления серы.
Ответ: в свободном виде и в виде химических соединений.
Учащиеся выполняют ЛО № 4, затем проводят проверку.
Работа в тетради: сера кристаллическое вещество, желтого цвета, нерастворимое в воде. Ток и тепло не проводит.
Слайд №3
Фронтальная
Самостоятельная работа с учебником
Индивидуальная работа
Выдвижение проблемы
Демонстрационный опыт: превращение кристаллической серы в пластическую.
Физкультминутка
Словесный
Индивидуальная работа
Сообщение учащихся
Беседа:
Что называется, аллотропией?
Какие виды аллотропии характерны для серы?
(Рассмотрите рисунок «Аллотропия серы» и стр. 29 учебника)
Нагреваю серу и выливаю в холодную воду.
Вопрос. О какой модификации серы идет речь в стихотворении:
У какой серы есть корона,
Но нет ни подданных, ни трона.
Корону сера надевает, когда устойчивой бывает.
Приглашаю всех провести физкультминутку.
Химические свойства серы.
Вопросы:
Какими свойствами окислительными или восстановительными обладает сера?
(ответ найти в учебнике на стр.30)
Задание : закончить уравнения реакций:
S + H 2 =
S + Na =
S + Fe =
S + Hg =
S + O 2 =
S + F 2 =
Вопрос: что называют демеркуризацией?
Несколько учащихся получают задание по карточке: осуществить превращение по схеме:
H 2 S→S→Al 2 S 3 →Al(OH) 3
Нам осталось рассмотреть вопрос о применении серы.
Таким образом, в процессе урока мы рассмотрели свойства серы. Обратимся к теме урока, на все ли вопросы мы нашли с вами ответ?
Ответ: аллотропия – это явление существования простых веществ, образованных одним и тем же химическим элементом.
Аллотропные модификации серы – кристаллическая и пластическая сера.
Записывают свойства аллотропных модификаций в тетрадь.
Учащиеся выполняют упражнения под видеоролик.
Учащиеся высказывают свои предположения.
В реакциях с кислородом сера – восстановитель. Проявляет степень окисления +4 и +6.
В реакциях с водородом и металлами сера окислитель. Проявляет степень окисления -2.
Учащиеся пишут реакции:
S + H 2 = H 2 S
S + 2Na = Na 2 S
S + Fe = FeS
S + Hg = HgS
S + O 2 =SO 2
S + 3 F 2 = SF 6
Ответ: Очистка помещений и предметов от загрязнений металлической ртутью и источников ртутных паров называется демеркуризацией.
Задания выполняют у доски и на местах.
Рассказ учащегося о биологической роли и применении серы:
В древности серу применяли для изготовления красок, косметики и пороха. В современном мире сера имеет широчайшее применение. Без нее невозможна жизнь в прямом смысле слова. Сера входит в состав органических веществ – белков, из которых состоит все живое. Очень скромно применение серы можно представить в виде схемы (слайд №9)
Примерные ответы учащихся:
Мы рассмотрели свойства серы: физические и химические
Выяснили, где встречается сера в природе
Рассмотрели аллотропию серы
Рассмотрели применение серы
Слайд №4
Слайд №5
Слайд №6
Слайд №7
и №8
Слайд №9
Первичное закрепление знаний
5 мин.
Групповая (парная)
Самостоятельная работа
Взаимопроверка в паре
Задание: выберите верные утверждения
(вопросы задания напечатаны на листочках)
1.Строение атома серы:
а) + 15)2)8)5
б) + 17)2)8)7
в) + 16)2)8)6
г) + 18)2)8)8
2. Для атома серы наиболее характерны степени окисления:
а) -2; +2; +4; +6
б) -2; +4; +5; +6
в) -2; +1; +3; +6
г) -2; +2; +4; +5
3. Какой модификации не существует:
а) ромбической
б) тетраэдрической
в) моноклинной
г) пластической
4. Сера не растворяется в:
а) ацетоне
б) воде
в) сероуглероде
г) толуоле
5. При комнатной температуре сера реагирует с металлом:
а) железом
б) цинком
в) алюминием
г) ртутью
Выполняют тест
Осуществляют процедуру само - и взаимооценки собственной учебной деятельности и своих товарищей на уроке
по ключу:
1 – в
2 – а
3 – б
4 – б
5 – г
Слайд №10
Рефлексия
3 мин.
Фронтальная работа
Предлагаю учащимся выбрать незаконченное предложение на экране и продолжить его.
(слайд № 11)
Заканчивают предложение, выказывая свое отношение к уроку, теме.
Слайд №11
Домашнее задание, комментирование оценок за урок
3 мин.
Фронтальная
1.1. Историческая справка
Сера – одно из немногих веществ, которое было известно с древнейших времен, её использовали первые химики. Одна из причин известности серы – распространенность самородной серы в странах древнейших цивилизаций. Её разрабатывали греки и римляне, производство серы значительно увеличилось после изобретения пороха.
1.2. Место серы в Периодической системе химических элементов Менделеева
Сера расположена в 16 группе Периодической системы химических элементов Менделеева.
На внешнем энергетическом уровне атома серы содержится 6 электронов, которые имеют электронную конфигурацию 3s 2 3p 4 . В соединениях с металлами сера проявляет отрицательную степень окисления элементов -2, в соединениях с кислородом и другими активными неметаллами – положительные +2, +4, +6. Сера – типичный неметалл, в зависимости от типа превращения может быть окислителем и восстановителем.
1.3. Распространенность в природе
Сера довольно широко распространена в природе. Её содержание в земной коре составляет 0,0048 %.Значительная часть серы встречается в самородном состоянии.
Также сера встречается в форме сульфидов: пирит, халькопирит и сульфатов: гипс, целестин и барит.
Много соединений серы содержится в нефти (тиофен C 4 H 4 S, органические сульфиды) и нефтяных газах (сероводород).
1.4. Аллотропные модификации серы
Существование аллотропных модификаций серы связано с её способностью образовывать устойчивые гомоцепи – S – S –. Устойчивость цепей объясняется тем, что связи – S – S – оказываются прочнее, чем связь в молекуле S 2 . Гомоцепи серы имеют зигзагообразную форму, поскольку в их образовании принимают участие электроны взаимно перпендикулярных р-орбиталей.
Существует три аллотропные модификации серы: ромбическая, моноклинная и пластическая. Ромбическая и моноклинная модификации построены из циклических молекул S 8 , размещенных по узлам ромбической и моноклинной решеток.
Молекула S 8 имеет форму короны, длины всех связей – S – S – равны 0,206 нм и углы близки к тетраэдрическим 108°.
В ромбической сере наименьший элементарный объем имеет форму прямоугольного параллелепипеда, а в случае моноклинной серы элементарный объем выделяется в виде скошенного параллелепипеда.
Кристалл ромбической серы Кристалл моноклинной серы
Пластическая
модификация серы образована спиральными
цепями из атомов серы с левой и правой
осями вращения. Эти цепочки скручены и
вытянуты в одном направлении.
При комнатной температуре устойчива ромбическая сера. При нагревании она плавится, превращаясь в желтую легкоподвижную жидкость, при дальнейшем нагревании жидкость загустевает, так как в ней образуются длинные полимерные цепочки. При медленном охлаждении расплава образуются темно-желтые игольчатые кристаллы моноклинной серы, а если вылить расплавленную серу в холодную воду, получится пластическая сера – резиноподобная структура, состоящая из полимерных цепочек. Пластическая и моноклинная сера неустойчивы и самопроизвольно превращаются в ромбическую.
1.5. Физические свойства серы
Сера представляет собой твердое хрупкое вещество желтого цвета, в воде практически нерастворима, не смачивается водой и плавает на её поверхности. Хорошо растворяется в сероуглероде и других органических растворителях, плохо проводит тепло и электрический ток. При плавлении сера образует легкоподвижную жидкость желтого цвета, которая при 160°С темнеет, её вязкость повышается, и при 200°С сера становится темно-коричневой и вязкой, как смола. Это объясняется разрушением кольцевых молекул и образованием полимерных цепей. Дальнейшее нагревание ведет к разрыву цепей, и жидкая сера снова становится более подвижной. Пары серы имеют цвет от оранжево-желтого до соломенно-желтого цвета. Пар состоит из молекул состава S 8 , S 6 , S 4 , S 2 . При температуре выше 150 °С молекула S 2 диссоциирует на атомы.
Физические свойства аллотропных модификаций серы приведены в таблице:
|
Свойство |
Ромбическая сера |
Моноклинная сера |
Пластическая сера |
|
