Хімічні казки

​

Казка про утворення та орієнтацію хімічних зв’язків

в органічних сполуках

      В класі присутні учні – хімічні елементи Періодичної системи Д.І.Менделєєва.

      Учитель (просить встати учня, якого звуть Карбон). Спробуй відповісти на питання: щоб ти зробив, якби зустрівся з Воднем?

Карбон. Якщо Водень захоче, я готовий утворити з ним зв’язок. Для моїх чотирьох електронів необхідні чотири атоми водню, з якими ми домовимося таким чином: я, як найголовніший, буду стояти при вершині трикутної піраміди. Три атоми Водню розташуються піді мною у вершинах трикутної основи піраміди. Я поєднаю їх з моїми вільними електронами. А четвертому атому Водню слід забратися вище. Його елетронна хмара буде перекриватися з електронною хмарою мого вільного s-електрона.

Учитель киває. Він задоволений, але за виразом його обличчя зрозуміло, що Карбон у чомусь помилився.

       Учитель. Міркуєш ти правильно, але твоя модель молекули метану – сполуки, яку можна одержати в разі взаємодії одного атома Карбону з чотирма атомами Гідрогену, буде мати трохи інший вигляд.

Ти не уявляєш, які хитрі твої електрони. Коли вони займали місця у твоїй електронній оболонці, вони були слухняними й розташовувалися на тих енергетичних рівнях, які їм слід займати. Тому в тебе три р-електрони та один s-електрон. Але коли електрони дізналися про те, що можуть з’єднатися з чужими електронами та утворити нові зв’язки, то вони забули про свої відмінності. Кожен намагається стати першим. До сварок у них не доходить, тому що всі питання вони вирішують між собою справедливо. s-електрон має меншу енергію, ніж р-електрони, але вони не кидають свого приятеля в біді. Вони збираються разом, міцно беруться за руки та вирішують: «Що маємо, те буде спільним!» І таким чином перерозподіляють енергію між собою, що з цього моменту вже не існує s- і р-електронів, а є гібридні електрони. Гібридизація знищує істотні відмінності між валентними електронами. Тепер у Карбону буде чотири валентні електрони з абсолютно однаковими електронними хмарами. Яку форму вони будуть мати? Форму деякої деформованої гантелі. При цьому ці електронні хмари будуть спрямовані до вершини правильного тетраедра, в центрі якого розташовується ядро атома Карбону.

 

        Карбон. А можна запитати вас? Чи завжди слід прагнути до утворення зв’язків з іншими елементами? Чи не можна так: деякі з можливих зв’язків залишити для з’єднання з атомами нашої родини? Ми дуже дружні й часто зчіплюємося по кілька штук разом. Тоді який-небудь атом Карбону може опинитися поміж двома, трьома чи чотирма атомами Карбону. У цьому випадку між нами утворюється по два чи три зв’язки. Як саме будуть розташовуватися наші електронні хмари в цьому випадку? Адже вони містяться не в одній площині, а, за вашими словами, спрямовані до вершин тетраедра. Одержаний подвійний зв’язок означає, що відбулося перекривання двох електронних хмар Карбону. На мою думку, це дуже складна задача.

       Учитель. Так, це доволі складна задача. Але розв’язати її можна. Дві електронні хмари перекриваються звичайно, ось так. (малює на дошці дві гантелі, які частково перекривають одна одну).Ці дві хмари містяться в одній площині, оскільки я розташувала їх у площині дошки. Насправді ж вони перекриваються в іншій площині, яка утворює певний кут з площиною дошки. А інших хмар у цій площині немає. Решта хмар перекривається в іншій площині, яка перпендикулярна кутуз площиною дошки. (Малює ще дві гантелі, що перекриваються з боків).

         Як бачите, це два різні способи перекривання хмар. А отже, і зв’язки тут будуть різних типів. У першому випадку це ϭ-зв’язок, у другому – π-зв’язок.

Між двома атомами Карбону може існувати лише один ϭ-зв’язок. Решта – один чи два – зв’язки будуть поперемінно π-зв’язками. Зрозуміло? Слід знати, що π-зв’язок значно більш стійкий, ніж  ϭ-зв’язок. π-зв’язки легко руйнуються та дають можливість новим атомам і молекулам приєднуватися до речовини, що має ці типи зв’язків. Тому про такі сполуки говорять, що вони мають ненасичений характер.

 

Казка про Етилен

​

         Колись давно в одному Хімічному королівстві у країні газів у королівстві газів жив один багатий купець. Він був дуже справедливий і розумний. І мав він сина, якого звати Етилен. Етилен був безбарвним газом, майже без запаху, погано розчинявся у воді. Купець дуже любив свого сина й хотів, щоб у хлопця була мати. І от купець оженився. Це була дуже гарна жінка, але дуже жорстока й безжалісна. Не злюбила мачуха Етилена й захотіла позбутися його. Пішла вона до чарівника за порадою. Чарівник сказав їй, що вбити Етилена він не зможе, а от змінити його йому під силу. І чарівник розповів мачусі Етилена, в який спосіб вона зможе позбутися його.

        Наступного ранку зла мачуха зробила все, як порадив їй чарівник: скип’ятила воду в казані й додала туди траву-каталізатор, яку дав їй чарівник. Потім пішла до Етилена та сказала йому та сказала йому, що хоче вирушити в подорож і взяти його із собою, але перед тим він має скупатися. Етилен послухався і пішов у лазню. Лишень вліз він у казан з водою, як страшенний біль охопив усе його тіло. Він одразу зрозумів, у чому справа, але було вже пізно, він став рідиною.

         СН2 = СН2 + Н2О  С2Н5ОН

         Злякався він, вибіг на вулицю. Але всі гази, побачивши рідину, накинулися на нього й прогнали зі своєї картини. Бідному Етилену, який не знав ні хто він, ні які має властивості, довелося піти з рідних місць. Коли він прийшов до країни рідин, то дізнався, що теперь він первинний спирт зі специфічним запахом і дуже добре розчиняється у воді. Він дуже довго звикав до свого нового стану. Із часом він звик до свого нового життя, знайшов собі друзів. Найкращим його другом був Купрум (ІІ) оксид. Одного разу вони прийшли до Аргентум оксиду. День був до того спекотний, що земля була гарячою. Не втримавши рівноваги, Етилен упав і збив з ніг Купрум (ІІ) оксида. Вони впали одне на одного. Етилен знову відчув гострий біль і зрозумів, що знову змінився. Але, як не дивно, він залишився рідиною. Коли він підвівся на ноги, то побачив, що той клаптик землі, на який вони впали, був мокрим, а на місці його друга лежала тверда речовина.

СН3–СН2–ОН + СuO → CH3–COH + Cu + H2O

        Етилен злякався та побіг до Аргентум оксиду, щоб розповісти йому про те, що сталося. Дорогою він зустрів рідину, яка сказала йому, що він оцтовий альдегід. Бути оцтовим альдегідом Етилену не сподобалося, адже специфічний запах принижував його у власних очах. Етилен побачив Аргентум оксида біля хати й розповів йому про те, що сталося. Коли Аргентум оксид дізнався про те, що він більше ніколи не побачить свого найкращого друга, він накинувся на Етилена, вони впали на землю, а в повітрі розлився запах амоніаку. І ось тут Етилен знову відчув, що починає змінюватися. Але він все ще залишався рідиною. Коли він підвівся, то побачив, що якась тверда речовина біжить від нього. Етилен зрозумів, що Аргентум оксид, який у результаті їхньої боротьби перетворився на метал.

 

        Нещасний Етилен побрів додому. Він був пригнічений не лише тим, що втратив свого друга, але й тим, що гострий запах, який він ненавидів, переслідував його з того часу, як він став рідиною. Вдома він дізнався, що тепер він  - Карбонова кислота, А саме Оцтова. Етилен не міг більше так жити. Він зібрався та пішов на пошуки щастя. Дорогою він зустрів Етанола, і далі вони пішли разом. Вони стали дуже добрими друзями. На їх шляху лежало Місто Кислот. Коли вони прийшли до міста, настали сутінки. Вони постукали у найближчу хату. У ній жила Сульфатна Кислота. Вона пустила їх переночувати. Їі дім був дуже маленьким і холодним. Тому вони лягли разом на піч і дуже швидко заснули. Але Сульфатна Кислота не загасила вогонь у печі, тому що без вогню вони померзли б. І коли піч достатньо нагрілася, сталося те, чого найбільше боявся Етилен. Він знову змінився. Він прокинувся через страшний біль і побачив, що Етанола немає, а він лежить у воді. Він все ще залишався рідиною. Але одна обставина дуже тішила його: тепер він мав приємний запах.

 

         Етилен зібрався й знову пішов на пошуки щастя. Довго він ходив чи ні, нам невідомо. Нарешті прийшов він до одного міста і найнявся до одного старого-рідини. Старий був чарівником, але Етилен цього не знав. Він вправно працював у старого цілий рік, і за його роботу старий вирішив винагородити його. Старий вирішив допомогти йому. Він покликав Етилена та свого слугу Луга і посадив їх у казан з водою. Через деякий час Етилен відчув, що починає змінюватися. А коли біль припинився, Етилен дізнався від старого, що він став Сіллю Натрію.

СН3СООС2Н5 СН3СООNa + C2H5OH

Потім старий відвів Етилена в печеру. Стіни цієї печери були різними: вони складалися з натрій оксиду, натрій гідроксиду та власне з натрію; вони були холодні й гарячі, світлі й темні. Етилен прихилився до гарячої стіни з натрій гідроксиду та через деякий час відчув, що почав розділятися та перетворюватися на газ.

       СН3СООNa + NaOH  CH4 + Na2CO3

        Етилен дуже зрадів, що знову став газом, від щирого серця подякував старому та пішов додому. Шлях був дуже довгим. Етилен втомився й ліг відпочити. Він дуже швидко заснув і не помітив, як піднялося сонце. День видався дуже спекотним. Етилен прокинувся, як це не дивно, не від страшного болю, а від присутності якогось газу. І ось тут Етилен зрозумів, що знову став собою.

      2СН4  СН2 = СН2 + 2Н2

Тепер Етилен продовжував свій шлях додому разом з новим другом Воднем. Потім Етилен повернувся додому. І батько, й син були дуже щасливими бачити одне одного. Злу мачуху вони вигнали й почали жити дуже добре. І живуть дотепер.

 

Казка про Фосфор

​

          У деякому царстві у бідної вдови Хімії народилося два сини-елементи: Фосфор Червоний та Фосфор Білий. Мати їх любила, берегла. Але вони із самого дитинства часто сварилися. Кожен доводив, що він найкращий. Білий Фосфор, випнувши груди, задерши носа, похвалявся: «Я – кристалічний, твердий, пахну часником, легко ховаюся, не розчиняюся у воді, при температурі 40 0С загоряюся, а головне – у темряві можу світити та отруїти своїх ворогів!»

          «Зате в тебе кольору немає, а я – темно-червоний, як квітка гарний, - доводив, сердячись, Червоний Фосфор. – Я розсипчастий, без неприємного запаху, у воді не люблю пропадати (розчинятися). Нехай в темряві мене не видно, зате я отруйний». Сварки братів часто доходили до бійки.

І ось одного разу, а точніше в середині ХІХ століття, великий король Менделєєв попросив зібратися всіх елементів світу, з’їхатися до нього й оселитися назавжди в його чудових палацах для того, щоб творити добро на землі.

Швидко дійшла ця звістка й до братів-близнюків. Обидва захвилювалися, засперечалися. Кожному з них хотілося скоріше поїхати з дому та стати самостійним, авторитетним і потрібним на землі, а королю потрібен був лише один із них.

         Поїхали вони до королівства й стали доводити володарю Менделєєву свою вищість.

        Король слухав їхню суперечку й нарешті вдарив посохом обо землю, суворо сказавши: «Мені набридли ваші чвари, тому наказую суперечку вашу вирішити Кисневі. Він визначить, хто з вас найважливіший і потрібніший для мене!»

Страшний суддя Кисень поважно підійшов до притихлих братів і повів їх до печі.

Білий Фосфор спалахнув при 40 0С та перетворився на Фосфор (V) Оксид, а його брат Червоний Фосфор довго тримався та все-таки також перетворився на п’ятивалентний Фосфор Оксид, тільки при 260 градусів С.

        Менделєєв дуже зрадів, щ обрати перетворилися на одну й ту саму речовину. «Брати Фосфори, - проголосив він, - ви обидва потрібні моєму королівству, але в мене не вистачає палаців, щоб оселити вас окремо. Тому будете жити в одному, який знаходиться в 5 групі, ІІІ періоді під номером 15. Живіть мирно».

Минуло понад 100 років відтоді, як помирилися брати. Вони мирно творять великі спраи на землі.

        Один працює на виробництві сірників, інший – в оборонній промисловості. А з роботи повертаються разом, кожного разу вдячно вклоняючись повелителю Менделєєву.