Fundament chemii organicznej i nieorganicznej
Dlaczego dział „Wiązania chemiczne” jest jednym z najważniejszych na maturze?
Dla wielu maturzystów dział Wiązania chemiczne wydaje się stosunkowo prosty. W końcu większość uczniów już wcześniej spotkała się z pojęciami wiązania jonowego czy kowalencyjnego. Bardzo często prowadzi to jednak do złudnego przekonania, że wystarczy przypomnieć sobie kilka definicji i można przejść do kolejnych tematów.
Po blisko dwudziestu latach przygotowywania uczniów do matury z chemii wiem, że właśnie tutaj pojawiają się jedne z największych problemów.
Nie dlatego, że materiał jest szczególnie trudny.
Problem polega na tym, że bardzo często zagadnienia związane z wiązaniami chemicznymi są omawiane powierzchownie. Uczniowie zapamiętują definicje, ale nie rozumieją mechanizmów stojących za powstawaniem wiązań oraz ich wpływu na właściwości substancji.
Konsekwencje takich braków są widoczne praktycznie przez cały okres przygotowań do matury.
Wiązania chemiczne wykorzystujemy później między innymi podczas nauki:
- chemii organicznej,
- właściwości związków organicznych,
- reaktywności cząsteczek,
- oddziaływań międzycząsteczkowych,
- rozpuszczalności,
- właściwości fizycznych substancji,
- elektrochemii.
Im lepiej zrozumiesz ten dział, tym łatwiejsza stanie się dalsza nauka chemii.
Dlatego podczas Kursu Maturalnego Premium z chemii poświęcam temu działowi znacznie więcej czasu niż wynikałoby to wyłącznie z liczby punktów zapisanych w podstawie programowej.
Co dokładnie wymaga CKE?
Pierwsza część działu obejmuje cztery bardzo ważne wymagania szczegółowe. Każde z nich stanowi fundament kolejnych zagadnień chemii rozszerzonej.
1. Rodzaje wiązań chemicznych – znacznie więcej niż definicje
Uczeń określa rodzaj wiązania: jonowe, kowalencyjne (w tym koordynacyjne), metaliczne; na podstawie elektroujemności według Paulinga określa polaryzację wiązania kowalencyjnego.
To moim zdaniem jeden z najważniejszych punktów całego działu.
Dlaczego?
Ponieważ wiedza dotycząca rodzajów wiązań chemicznych wykorzystywana jest praktycznie przez cały okres nauki chemii rozszerzonej.
Szczególnie mocno wraca podczas chemii organicznej.
To właśnie tam umiejętność rozpoznawania rodzaju wiązania oraz jego polarności pozwala zrozumieć przebieg ogromnej liczby reakcji.
Niestety bardzo często uczniowie uczą się jedynie prostego podziału:
- wiązanie jonowe,
- kowalencyjne,
- metaliczne.
Na tym nauka się kończy.
Podczas Kursu Maturalnego Premium pokazuję znacznie więcej.
Wyjaśniam, dlaczego wiązanie powstaje, od czego zależy jego charakter oraz jak zmiana elektroujemności wpływa na właściwości cząsteczki.
Dzięki temu uczniowie nie zapamiętują kolejnych definicji.
Rozumieją mechanizmy.
To później bardzo procentuje podczas nauki chemii organicznej.
Kurs Maturalny Premium stanowi jednocześnie fundament Intensywnego Kursu Maturalnego #ĆMA. Oznacza to, że wiedzę poznaną podczas Kursu Premium rozwijamy następnie na #ĆMA poprzez rozwiązywanie licznych zadań maturalnych wymagających rozpoznawania rodzaju wiązań oraz przewidywania ich wpływu na właściwości substancji.
Jeżeli natomiast przygotowujesz się samodzielnie, podczas Warsztatów Maturalnych możesz sprawdzić, czy rzeczywiście rozumiesz zależności pomiędzy rodzajem wiązania a zachowaniem substancji. Warsztaty mają charakter praktyczny – analizujemy zadania, wskazuję błędy i pomagam je wyeliminować.
2. Wzory elektronowe – prosty temat, który regularnie sprawia problemy
Uczeń pisze wzory elektronowe typowych cząsteczek związków kowalencyjnych i jonów złożonych, z uwzględnieniem wolnych par elektronowych.
To jedno z tych zagadnień, które wydają się bardzo proste.
A mimo to regularnie sprawiają problemy podczas matury.
Z mojego doświadczenia wynika, że przyczyną nie jest poziom trudności materiału.
Najczęściej problemem okazuje się zbyt mała liczba ćwiczeń połączona z niezbyt dokładnym omówieniem tego zagadnienia podczas nauki szkolnej.
Uczeń zapisuje kilka wzorów elektronowych.
Temat zostaje uznany za zakończony.
Kilka miesięcy później okazuje się, że zapisanie poprawnego wzoru Lewisa z uwzględnieniem wolnych par elektronowych sprawia trudność.
Podczas Kursu Maturalnego Premium rozwiązuję z uczniami bardzo dużą liczbę przykładów. Pokazuję sposób analizowania liczby elektronów walencyjnych, rozmieszczania wolnych par oraz tworzenia poprawnych wzorów elektronowych.
Dzięki temu uczniowie przestają zgadywać.
Zaczynają korzystać z prostego, logicznego schematu.
Po opanowaniu teorii podczas Kursu Premium przechodzimy do Intensywnego Kursu Maturalnego #ĆMA, gdzie wzory elektronowe pojawiają się jako element bardziej rozbudowanych zadań egzaminacyjnych.
Warsztaty Maturalne pozwalają natomiast sprawdzić, czy umiejętność ta została odpowiednio utrwalona.
3. Hybrydyzacja orbitali – niepotrzebnie owiana złą sławą
Uczeń wyjaśnia tworzenie orbitali zhybrydyzowanych zgodnie z modelem hybrydyzacji, opisuje ich wzajemne ułożenie w przestrzeni.
Samo słowo hybrydyzacja potrafi skutecznie przestraszyć wielu uczniów.
Moim zdaniem zupełnie niepotrzebnie.
To zagadnienie jest znacznie prostsze, niż mogłoby się wydawać.
Problem polega na tym, że bardzo często przedstawiane jest wyłącznie w formie schematów do zapamiętania.
Podczas Kursu Maturalnego Premium pokazuję przede wszystkim sens hybrydyzacji.
Wyjaśniam, dlaczego atom “przebudowuje” swoje orbitale oraz jaki wpływ ma to na budowę przestrzenną cząsteczki.
Korzystam z licznych modeli przestrzennych oraz wizualizacji.
Dzięki temu uczniowie nie uczą się kolejnych symboli.
Rozumieją geometrię cząsteczek.
4. Hybrydyzacja i geometria cząsteczek – największy problem to brak wizualizacji
Uczeń rozpoznaje typ hybrydyzacji (sp, sp², sp³) orbitali walencyjnych atomu centralnego w cząsteczkach związków nieorganicznych i organicznych; przewiduje budowę przestrzenną drobin metodą VSEPR; określa kształt drobin (struktura digonalna, trygonalna, tetraedryczna, piramidalna, V-kształtna).
To punkt, który od lat uważam za jeden z najsłabiej realizowanych podczas nauki szkolnej.
Nie dlatego, że jest wyjątkowo trudny.
Największym problemem jest brak odpowiedniej wizualizacji.
W efekcie uczniowie próbują zapamiętać:
- sp,
- sp²,
- sp³,
- VSEPR,
- geometrię cząsteczek.
Na pamięć.
Takie podejście bardzo szybko prowadzi do problemów podczas bardziej rozbudowanych zadań.
Podczas Kursu Maturalnego Premium ogromny nacisk kładę na wizualizację.
Pokazuję modele przestrzenne.
Animacje.
Schematy.
Dzięki temu uczniowie zaczynają widzieć cząsteczki w przestrzeni.
Nie muszą już zapamiętywać kolejnych tabel.
Po zrozumieniu teorii podczas Kursu Premium przechodzimy do Intensywnego Kursu Maturalnego #ĆMA, gdzie rozwiązujemy dużą liczbę zadań wymagających rozpoznawania hybrydyzacji oraz przewidywania budowy przestrzennej cząsteczek.
Jeżeli natomiast przygotowujesz się samodzielnie, Warsztaty Maturalne pozwolą Ci sprawdzić, czy rzeczywiście potrafisz wykorzystać tę wiedzę podczas rozwiązywania arkuszy maturalnych.
Najczęstsze błędy maturzystów
Podczas przygotowań do matury najczęściej obserwuję, że uczniowie:
- utożsamiają rodzaj wiązania wyłącznie z różnicą elektroujemności,
- nie potrafią poprawnie zapisywać wzorów elektronowych,
- zapominają o wolnych parach elektronowych,
- uczą się hybrydyzacji na pamięć,
- nie rozumieją geometrii przestrzennej cząsteczek,
- mają trudności z wykorzystaniem metody VSEPR,
- nie potrafią połączyć budowy cząsteczki z jej późniejszymi właściwościami.
Dlatego podczas moich zajęć nie uczę gotowych schematów. Pokazuję zależności, dzięki którym uczniowie zaczynają rozumieć budowę cząsteczek i potrafią wykorzystać tę wiedzę podczas rozwiązywania zadań maturalnych.
Dlaczego druga część tego działu sprawia maturzystom tyle problemów?
Pierwsza część działu poświęcona była rodzajom wiązań chemicznych, wzorom elektronowym oraz budowie przestrzennej cząsteczek. To właśnie ta wiedza stanowi fundament kolejnych zagadnień zapisanych w podstawie programowej.
Niestety bardzo często uczniowie próbują uczyć się kolejnych punktów oddzielnie, nie dostrzegając zależności pomiędzy nimi. W efekcie pojawiają się problemy z rozpoznawaniem oddziaływań międzycząsteczkowych, właściwości substancji czy rodzajów kryształów.
Z mojego doświadczenia wynika, że przyczyną nie jest poziom trudności materiału.
Największym problemem jest brak odpowiedniej wizualizacji oraz pokazania zależności przyczynowo-skutkowych. Jeżeli uczeń dobrze rozumie rodzaje wiązań, budowę przestrzenną cząsteczek oraz ich polarność, kolejne zagadnienia stają się bardzo intuicyjne.
Przejdźmy więc do drugiej części tego działu podstawy programowej.
5. Wiązania σ i π – podstawa zrozumienia chemii organicznej
Uczeń określa typ wiązania (σ i π) w cząsteczkach związków nieorganicznych i organicznych.
Na pierwszy rzut oka może wydawać się, że jest to niewielki fragment materiału.
W praktyce jego znaczenie jest znacznie większe.
To właśnie wiązania σ oraz π są jednym z fundamentów chemii organicznej. Bez ich zrozumienia trudno wyjaśnić budowę wiązań wielokrotnych, reaktywność alkenów i alkinów czy przebieg wielu reakcji organicznych.
Niestety w szkołach bardzo często temat ten sprowadza się do krótkiej informacji, że wiązanie pojedyncze to wiązanie σ, natomiast w wiązaniach podwójnych i potrójnych występują również wiązania π.
Uczeń zapamiętuje tę informację, ale nie rozumie, dlaczego właśnie tak jest.
Podczas Kursu Maturalnego Premium pokazuję, w jaki sposób nakładają się orbitale atomowe oraz dlaczego powstają dwa różne typy wiązań. Dzięki odpowiednim wizualizacjom uczniowie bardzo szybko zaczynają rozumieć budowę wiązań wielokrotnych.
Kurs Maturalny Premium stanowi jednocześnie fundament Intensywnego Kursu Maturalnego #ĆMA. Dlatego po dokładnym omówieniu teorii rozwiązujemy na #ĆMA liczne zadania wymagające rozpoznawania wiązań σ i π zarówno w związkach nieorganicznych, jak i organicznych.
Jeżeli natomiast przygotowujesz się samodzielnie, podczas Warsztatów Maturalnych sprawdzę, czy rzeczywiście potrafisz wykorzystać tę wiedzę podczas rozwiązywania zadań maturalnych.
6. Oddziaływania międzycząsteczkowe – bez ich zrozumienia trudno wyjaśnić właściwości substancji
Uczeń opisuje i przewiduje wpływ rodzaju wiązania (jonowe, kowalencyjne, metaliczne), oddziaływań międzycząsteczkowych (siły van der Waalsa, wiązania wodorowe) oraz kształtu drobin na właściwości fizyczne substancji nieorganicznych i organicznych; wskazuje te cząsteczki i fragmenty cząsteczek, które są polarne, oraz te, które są niepolarne.
To zdecydowanie jeden z najbardziej rozbudowanych punktów całego działu.
I jednocześnie jeden z tych, z którymi maturzyści mają największe problemy.
Dlaczego?
Ponieważ wszystkie wcześniejsze zagadnienia łączą się właśnie tutaj.
Jeżeli uczeń nie rozumie rodzaju wiązań, geometrii cząsteczek czy polarności, bardzo trudno będzie mu poprawnie przewidzieć właściwości substancji.
Dlatego podczas Kursu Maturalnego Premium nie uczę tego zagadnienia jako kolejnej listy definicji.
Pokazuję ciąg zależności.
Najpierw analizujemy budowę atomu.
Następnie rodzaj wiązania.
Później geometrię cząsteczki.
Kolejnym krokiem jest określenie jej polarności.
Dopiero wtedy przechodzimy do oddziaływań międzycząsteczkowych oraz właściwości fizycznych.
Dzięki temu uczniowie nie zapamiętują, które substancje tworzą wiązania wodorowe.
Potrafią samodzielnie to wywnioskować.
Nie uczą się na pamięć, dlaczego jedne substancje mają wysoką temperaturę wrzenia, a inne niską.
Rozumieją mechanizm.
To właśnie takiego sposobu myślenia oczekuje później CKE.
Na Intensywnym Kursie Maturalnym #ĆMA rozwijamy tę wiedzę poprzez analizę zadań wymagających jednoczesnego wykorzystania kilku poznanych wcześniej zagadnień.
Warsztaty Maturalne pozwalają natomiast sprawdzić, czy uczeń rzeczywiście potrafi samodzielnie wyciągać takie wnioski.
7. Kryształy – jeden z najbardziej intuicyjnych działów, który niepotrzebnie sprawia trudności
Uczeń porównuje właściwości fizyczne substancji tworzących kryształy jonowe, kowalencyjne, molekularne oraz metaliczne.
To zagadnienie od lat zaskakuje mnie najbardziej.
Moim zdaniem jest jednym z najprostszych i najbardziej logicznych fragmentów całego działu.
A jednocześnie właśnie rozpoznawanie rodzajów kryształów uczniowie bardzo często wskazują jako jeden z największych problemów.
Przyczyna jest zazwyczaj ta sama.
Brak dokładnego wyjaśnienia.
Uczeń otrzymuje tabelę.
Zapamiętuje:
- przewodnictwo,
- temperaturę topnienia,
- twardość,
- rozpuszczalność.
I próbuje nauczyć się wszystkiego na pamięć.
Podczas Kursu Maturalnego Premium pokazuję, że właściwości kryształów wynikają bezpośrednio z rodzaju wiązań oraz oddziaływań pomiędzy cząstkami.
Dzięki temu nie trzeba zapamiętywać czterech oddzielnych tabel.
Wystarczy zrozumieć budowę danego kryształu.
To zagadnienie bardzo szybko staje się intuicyjne.
Po omówieniu teorii podczas Kursu Premium przechodzimy do Intensywnego Kursu Maturalnego #ĆMA, gdzie rozwiązujemy liczne zadania porównujące właściwości różnych rodzajów kryształów.
Na Warsztatach Maturalnych sprawdzam natomiast, czy uczeń rzeczywiście potrafi samodzielnie rozpoznać rodzaj kryształu na podstawie jego właściwości.
8. Alotropia – niewielki fragment materiału, który warto dobrze zrozumieć
Uczeń wyjaśnia pojęcie alotropii pierwiastków; na podstawie znajomości budowy diamentu, grafitu, grafenu i fulerenów tłumaczy ich właściwości i zastosowania.
To jeden z krótszych punktów podstawy programowej.
Nie oznacza to jednak, że można go całkowicie pominąć.
Na szczęście jest to zagadnienie stosunkowo łatwe.
Jeżeli dobrze rozumiesz rodzaje wiązań chemicznych, budowę przestrzenną cząsteczek oraz właściwości kryształów, opanowanie alotropii staje się bardzo proste.
Podczas Kursu Maturalnego Premium pokazuję budowę diamentu, grafitu, grafenu oraz fulerenów i wspólnie analizujemy, dlaczego różnią się one właściwościami, mimo że zbudowane są z atomów tego samego pierwiastka.
Po takim omówieniu uczniowie zazwyczaj nie mają problemów z zapamiętaniem ich właściwości oraz zastosowań.
Na Intensywnym Kursie Maturalnym #ĆMA utrwalamy tę wiedzę poprzez zadania egzaminacyjne, natomiast podczas Warsztatów Maturalnych sprawdzam, czy materiał został właściwie zrozumiany.
Najczęstsze błędy maturzystów
Podczas przygotowań do matury z chemii najczęściej obserwuję, że uczniowie:
- nie potrafią powiązać budowy cząsteczki z jej właściwościami,
- mają trudności z określaniem polarności cząsteczek,
- uczą się oddziaływań międzycząsteczkowych na pamięć,
- nie rozumieją wpływu budowy substancji na temperaturę topnienia i wrzenia,
- próbują zapamiętać właściwości kryształów zamiast wyprowadzać je z ich budowy,
Właśnie dlatego podczas moich zajęć pokazuję przede wszystkim zależności. Dzięki temu chemia staje się logicznym systemem, a nie listą definicji do zapamiętania.
Podsumowanie
Druga część działu Wiązania chemiczne. Oddziaływania międzycząsteczkowe pokazuje, jak ogromne znaczenie ma zrozumienie pierwszych zagadnień omawianych podczas nauki chemii rozszerzonej. To właśnie wiedza o rodzajach wiązań, geometrii cząsteczek i polarności pozwala później wyjaśniać właściwości substancji, rozpoznawać rodzaje kryształów oraz analizować zadania wymagające wyciągania wniosków.
Dlatego podczas Kursu Maturalnego Premium dokładnie tłumaczę wszystkie mechanizmy i zależności, korzystając z licznych wizualizacji oraz przykładów. Intensywny Kurs Maturalny #ĆMA, którego fundamentem jest Kurs Premium, pozwala następnie przećwiczyć te zagadnienia na dużej liczbie zadań maturalnych. Jeżeli natomiast przygotowujesz się samodzielnie lub korzystasz z innych materiałów, Warsztaty Maturalne umożliwią Ci sprawdzenie stopnia zrozumienia materiału, wykrycie ewentualnych braków oraz ich skuteczne uzupełnienie.
Dobre zrozumienie wiązań chemicznych i oddziaływań międzycząsteczkowych procentuje praktycznie przez cały okres przygotowań do matury z chemii. To jeden z tych działów, do którego będziesz wracać wielokrotnie podczas nauki chemii nieorganicznej i organicznej, dlatego warto poświęcić mu odpowiednio dużo uwagi już na początku przygotowań.
