Иондық байланыс механизмі

Coulomb’s Law by PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, licensed under CC-BY-4.0 (https://phet.colorado.edu)

Жобаның атауы: Иондық байланыс механизмі

Бұл виртуалды зертхана келесі тақырыптар бойынша химия сабақтарында пайдалануға арналған:

  • 10 сынып. ІІІ тарау. «Иондық байланыс»

Мақсаттар:

  • Зарядтардың белгілері электростатикалық күшке қалай әсер ететінін түсіну
  • Заряд мөлшері мен электростатикалық күш арасындағы байланысты зерттеу
  • Қашықтықтың электростатикалық күшке әсерін зерттеу.

Теориялық бөлім

Иондық байланыстар – қарама-қарсы зарядты иондар арасындағы электростатикалық тартылысқа негізделген химиялық байланыстың бір түрі.

Иондар – бұл атомдар немесе атомдар тобы, электрондарды беру немесе қабылдау нәтижесінде олар оң (катиондар) немесе теріс (аниондар) зарядқа ие болады.

Иондар кристалдық торлар құрайды, мұнда әрбір ион қарама-қарсы зарядты иондармен қоршалған.

Бұл байланыстар негізінде Кулон заңы жатыр, ол  екі заряд арасындағы электростатикалық өзара әрекеттесу күшін сипаттайды:

  • Күш зарядтардың көбейтіндісіне тура пропорционал: Иондардың зарядтары неғұрлым үлкен болса, байланыс соғұрлым күшті болады.
  • Күш зарядтар арасындағы қашықтықтың квадратына кері пропорционал: Иондар бір-біріне неғұрлым жақын болса, байланыс соғұрлым күшті болады.
  • Кулон заңы кристалдық тордың тұрақтылығын анықтайды.

Иондық байланыстың түзілу механизмін кәдімгі ас тұзы, натрий мен хлор арасындағы реакция мысалында қарастыруға болады. Сілтілік металдың атомы электронды оңай жоғалтады, ал галоген атомы оны қабылдайды. Нәтижесінде натрий катионы мен хлорид анионы пайда болады. Олардың арасындағы электростатикалық тартылыс күші арқылы қосылыс түзіледі.

Иондық қосылыстардың қасиеттері:

  • Иондар арасындағы күшті электростатикалық күштердің әсерінен олар қатты және сынғыш келеді.
  • Жоғары балқу және қайнау температуралары: иондар арасындағы байланыстарды үзу үшін көп энергия қажет.
  • Полярлы еріткіштерде жақсы ериді: иондарды су молекулалары тартады, бұл қосылыстың иондарға диссоциациялануына әкеледі.
  • Балқыма мен ерітіндідегі электр өткізгіштік: иондар зарядты тасымалдау арқылы еркін қозғала алады.

Тәжірибелік бөлім

play-rounded-fill
03:00

Иондық байланыс механизмі

Бұл жұмыста «Coulomb’s Law» PhET симуляциясын қолдану арқылы зарядталған бөлшектер арасындағы заряд, қашықтық және тартылыс немесе итерілу күші арасындағы байланысты зерттейтін боламыз.

  1. Симуляцияны іске қосыңыз. Экранда екі режим пайда болады: Macro scale және Atomic scale. Macro scale режимінде тәжірибелер жүргізіп көрейік. 

2. Зарядтардың шамаларын, олардың орналасуын өзгерту және пайда болатын күштерді бақылау арқылы интерфейсті зерттеңіз. Зерттеуді аяқтағаннан кейін қалпына келтіру түймесін басыңыз.

№1 виртуалды тәжірибе: Зарядтардың белгілері мен күші

3.  Charge 1 зарядын -8 мкКл, ал Charge 2  +8 мкКл орнатыңыз.  Зарядтар арасындағы (q1,q2) өзара әрекеттесу күшін (Force) бақылаңыз . Не байқадыңыз? Стрелка бағыты туралы не айта аласыз?

4. Charge 1 +8 мкКл-ға өзгертіңіз. Енді не өзгерді? Стрелка бағыты өзгерді ме?

Тұжырым: Қарама-қарсы зарядтар тартылады, ал бірдей зарядтар тебіледі.

№2 виртуалды тәжірибе: Зарядтың шамасы мен күші

5. Charge 1 зарядын 0 мкКл орнатыңыз. Күш көрсеткіші қандай?

6. Charge 1 зарядының шамасын бір уақытта 1 мкКл-ға (теріс) біртіндеп арттырыңыз. Әрбір өзгеріс кезінде күшті бақылаңыз.

7.6-қадамды қайталаңыз, бірақ Charge 1 зарядын (оң) +10 мкКл дейін көбейтіңіз. Күшті бақылаңыз.

Тұжырым: Зарядтың шамасы неғұрлым көп болса, электростатикалық күш соғұрлым күшті болады (тартылу күші де, итеру күші де).

№3 виртуалды тәжірибе: Қашықтық және күш

8. Charge 1 зарядын -8 мкКл, ал Charge 2— +8 мкКл орнатыңыз.

9. Екі заряд арасын 1 см-ге жақындатыңыз. Электростатикалық күштің өзгеруін бақылаңыз.

10. Енді біртіндеп алыстатыңыз (бір уақытта 1 см). Әрбір қозғалыс кезіндегі күшті бақылаңыз.

Тұжырым: Зарядтар бір-біріне жақындаған кезде олардың арасындағы электростатикалық күш артады, ал алыстаған сайын азаяды.

Қорытынды

Бұл тәжірибе зарядтар мөлшері, олардың арасындағы қашықтық және пайда болатын электростатикалық күш арасындағы байланысты көрсетеді. Қарама-қарсы белгілердің зарядтары тартады, ал бірдей зарядтар тебеді. Күш зарядтардың шамасына тура пропорционал және олардың арасындағы қашықтыққа кері пропорционал.

 Терминдер сөздігі

  • Кулон заңы — Кулон заңы
  • Charge 1 — Заряд 1
  • Charge 2 — Заряд 2
  • Force on q1 by q2 — q2-ден q1-ге әсер ететін күш
  • Force on q2 by q1 — q1-ден q2-ге әсер ететін күш
  • Force values — Күштің мәндері
  • Scientific notation — Ғылыми белгі, өте үлкен немесе өте аз сандарды жазу тәсілі