תכנון והדפסת מבנה מרחבי למולקולת

שם הפעילות: תכנון והדפסת מבנה מרחבי למולקולת

שמות היוצרים: מוחמד עליאן ׁ ומוחמד סלמאן

תיאור קצר:

בפעילות זו התלמידים ייצפו בסרטון על מבנה ועקרונות הקשר הקוולנטי, ויעבדו עם היישומון " Tinkercad עזרת דף הנחיות

התלמידים יבנו, יציירו ויתארו במילים מולקולות עם קשרים שונים, וכן יכירו משפחות של תרכובות פחמן.

בנושא של המבנה המרחבי של המולקולות, יש קושי אצל התלמדים להבין איך נוצרת המולקולה שיש לה ארבה קשרים

נושא : הקשרים והמבנה המרחבי של המולקולות / כימיה

שכבת גיל :י - יא

רמת קושי : בינוני

משך הפעילות : שני שיעורים

מיומנויות נדרשות: ידיעת החומר בצורה טובה , ידיעת צורות וסוגי הקשרים

זמן הדפסה :בין השיעורים

ציוד נדרש: מדפסת תלת מימד, מחשבים עם חיבור לאינטרנט, חשבון כיתתי לתוכנת טינקרקד ,

מבוא ליחידת הלימוד :

צורה מרחבית של מולקולה עקב קשר קוולנטי נקבעת על פי הנטייה של זוגות האלקטרונים ל"שמור מרחק" מקסימאלי ניתן בגלל שלשניהם מטען חשמלי שלילי (על פי כלל האוטובוס - כל אלקטרון יעדיף לשבת "לבד" כל עוד הוא יכול). סביב כל אטום במולקולה הנוצרת (למעט מקרים בהם מעורבים מימן והליום) קיימים 4 אורביטלים (על פי מהנה לואיס). כל אורביטל כזה יכול להיות "בלעדי" לאטום מסוים במולקולה או לחילופין משותף בקשר קוולנטי. כתוצאה מכך, נוצרים "מבנים" במרחב; מבנים אלו מושפעים ונקבעים על פי כוחות הדחייה והמשיכה בין האלקטרונים.

להלן מספר דוגמאות אופייניות:

מבנה קווי: שני אטומים המחוברים ביניהם על ידי קשר קוולנטי בודד, לדוגמא: F-F. אפשרות נוספת היא אטום הקשור לשני אטומים נוספים מצדדיו (חשוב- על האטום המרכזי אין אלקטרונים חופשים), לדוגמא O=C=O.

מבנה משולש מישורי: מבנה זה קיים כאשר אטום "מרכזי" מצוי בקשר עם שלושה אטומים אחרים (גם במקרה זה אין על האטום המרכזי אלקטרונים חופשיים), לדוגמא: BH3

מבנה זוויתי/כפוף: מבנה זה נוצר כאשר אטום "מרכזי" קשור לשני אטומים אך עדיין יש לו זוג אלקטרונים חופשיים. במצב כזה, האטומים במבנה אומנם יוצרים צורה מישורית, אך זוגות האלקטרונים מפוזרים במרחב בצורת טטראדר (ארבעון, Tetrahedron או במיליפ פשוטות פירמידה משוכללת). הזווית בין האטומים היא חדה מכיוון שכוח הדחייה של זוגות האלטרונים גדול יותר משל הקשר הקוולנטי, לדוגמא: H2O

מבנה פירמידה: מבנה זה נוצר כאשר אטום "מרכזי" קשור לשלושה אטומים אך עדיין יש לו זוג אלקטרונים חופשיים. במבנה מרחבי כזה הזווית בין כל שני קשרים קבועה, אך הזווית בין זוג האלקטרונים 'השייך' לאטום גדולה מעט מהזווית בין כל שני קשרים, לדוגמא: NH3

מבנה טטראדר: מבנה זה (פירמידה משוכללת) נוצרת כאשר יש אטום "מרכזי" הקשור לארבעה אטומים, לדוגמא : CH4

דוגמאות

מטרות לימודיות :

1- לבנות מולקולות שונות.

2- להבין את המושג 'יכולת קישור' של אטומים שונים.

3- להסביר במילים מבנה של מולקולה ומספר מולקולות.

4- להכיר מבנה ושימושים של משפחות של תרכובות פחמן.

5- קביעת הזוויות במולקולה

מיומנויות נוספות

הבניית ידע, ניתוח נתונים, הסקת מסקנות, חיפוש מידע

הרחבות אפשריות : חדר מחשבים

לפני הפרוייקט - הכנות המורה

מיומנויות נדרשות בטינקרקד:

שינוי גדלים,שליחה להדפסה , עריכה, שמירה ,קיבוץ צורות והחסרת צורות ויצירת צורות חדשות

מהלך היחידה :

התלמדים מתחלקים לקבוצות , כל קבוצה תבחר מולקולה מהדף שחולק להם, וידעו ויקבעו מספר הקשרים ואת הצורה המרחבית שלה ואחר כך יתכננו אותה בתוכנת טינקרקד וישלחו אותה להדפסה ובסוף נאסוף את כל הצורות ונדביק אותם על לוח קאפא .

תמונה של הפעילות מ Tinkercad

שלבי הדפסה :

למוקולות שמופיעות בתמונה נוסיף לכדורים תומכים כדי שנצליח להדפיס אותם וגם לקשרים (גשר)

וכל דוגמה תודפס באופן שלם, ואחרי ההדפסה נסיר את כל התומכים בעזרת סכין .

ולגבי התמונה הזות , נדפיס כל כדור כחול עם הקשר (גשר) בצורה נפרדת עם הוספת תומכים והכדור האדום בנפרד עם הוספת תומכים , ואחרי ההדפסה נסיר את כל התומכים בעזרת סכין יפני ובסוף נחבר בין כל החלקים בעזרת דבק חם.