Hidrocarburi Saturate. Experimentul de Laborator

CUPRINS

Introducere

Capitolul I. Alcani.

I.1. Nomenclatura.

I.2. Structura și proprietățile caracteristice.

I.3. Surse naturale și procedee industriale.

I.4. Metode de sinteză a hidrocarburilor saturate.

I.4.1.Reacții în care se formează legături C-H.

I.4.2. Reacții în care se formează legături C-C.

I.5. Caracteristici spectrale. Spectre I.R.

I.6. Proprietăți chimice.

I.6.1. Reacții cu mecanism homolitic.

I.6.1.1. Descompunerea termică.

I.6.1.2. Reacția de substituție.

I.6.1.3. Reacția de oxidare.

I.6.2. Reacții cu mecanism heterolitic.

I.6.2.1. Reacția de izomerizare.

I.6.2.2. Reacția de alchilare. Chimizarea metanului.

Capitolul II. Cicloalcani.

II.1. Clasificare și nomenclatură.

II.2. Metode de sinteză ale cicloalcanilor.

II.2.1. Din compuși dihalogenați și sodiu.

II.2.2. Condensarea compușilor dihalogenați cu ester malonic.

II.2.3. Ciclizarea intramoleculară a esterilor acizilor dicarboxilici.

II.2.4. Ciclizarea intramoleculară a nitrililor acizilor dicarboxilici.

II.2.5. Distilarea uscată a sărurilor de calciu și bariu ale acizilor dicarboxilici.

II.2.6. Metode speciale.

II.3. Caracteristici spectrale.

II.4. Proprietăți chimice și stabilitatea cicloalcanilor.

II.5. Stereochimia cicloalcanilor.

II.5.1 Teoria tensiunii în cicluri.

II.5.2. Stabilitatea termodinamică a cicloalcanilor.

II.5.3. Conformația cicloalcanilor.

II.5.3.1. Conformațiile ciclohexanului și a derivaților mono și disubstituiți.

II.5.3.2. Conformația ciclopentanului.

II.5.3.3. Conformația ciclobutanului.

II.5.3.4. Conformația ciclopropanului.

II.5.3.5. Conformația ciclurilor medii (C7-C12) și a ciclurilor mari( peste C12).

II.6. Compuși carbociclici naturali.

II.7. Aplicații.

Capitolul III. Aspecte metodice.

III.1. Definirea competențelor instructiv-educative.

III.2. Metode de învățământ.

III.2.1 Metode tradiționale.

III.2.1.1 Expunerea.

III.2.1.2 Conversația.

III.2.1.3. Demonstrația.

III.2.1.4. Modelarea.

III.2.1.5. Algoritmizarea.

III.2.1.6. Problematizarea.

III.2.1.7. Descoperirea.

III.2.1.8. Rezolvarea de exerciții și probleme.

III.2.1.9.Studiul cu manualul.

III.2.2. Metode moderne

III.2.2.1. Metoda Cubului

III.2.2.2. Mozaicul ( Jigsaw)

III.2.2.3. Metoda Pălăriilor gânditoare

III.2.2.4. Floarea de nufăr

III.2.2.5. Explozia stelară( Starbursting)

III.2.2.6. Ciorchinele

III.2.2.7. Brainstormingul

III.2.2.8. Sinelg( Știu,Vreau să știu, Am învățat)

III.2.2.9. Tehnica Acvariului( Fishbowl)

III.2.2.10. Turul galeriei

III.2.2.11. Organizatorul grafic ( Harta conceptuală)

III.2.2.12. Portofoliul

III.2.2.13 Instruirea asistată de calculator

III.3. Experimentul de laborator – metodă activă de învățare și evaluare.

III.3.1. Aplicații.

Capitolul IV. Proiecte didactice.

IV.1. Proiect lecție comunicare de noi cunoștințe ,,Alcani-izomerie și structură”;

IV.2.Proiect lecție mixtă ,, Alcani- proprietăți chimice”;

IV.3.Proiect lecție recapitulare și consolidare ,, Alcani”;

IV.4.Proiect lecție rezolvări de probleme ,, Alcani”.

Concluzii.

Bibliografie.

INTRODUCERE

,,Chimistul se poate bucura tot atât de mult de o experiență frumoasă…ca și sculptorul în fața lucrării executate” ( Costin D. Nenițescu)

Fiind o știință experimentală , chimia se bazează pe procesul teoretic și își găsește aplicarea în practică în lucrările de laborator , având la bază experimentul ca metodă de investigație științifică, cât și ca metodă de învățare și evaluare. Chimia fără experiment nu poate fi predată , învățată și evaluată.

În ansamblul științelor moderne, chimia este o știință foarte importantă prin nenumăratele și valoroasele sale aplicații în viața cotidiană.

Chimia a fost inclusă în programa de învățământ întrucât contribuie la formarea unui orizont larg de cultură generală și de specialitate la elevi.

Chimia, ca obiect de învățământ, se deosebește de ,, chimia-știință” nu numai prin gradul de aprofundare al tratării, ci și prin faptul că, în procesul de învățare, elevul „redescoperă” fenomene deja cunoscute de știință.

Chimia, ca obiect de învățământ, condensează cunoștințele de bază ale chimiei, ca știință, le prelucrează didactic și le face accesibile elevilor; ea nu-și propune să-i specializeze pe elevi drept chimiști ci, alături de celelalte obiecte de studiu, urmărește formarea personalității acestora.

Chimia studiază fenomenele generale ale naturii, conținând un ansamblu sistematizat de adevăruri științifice structurate pe domenii: chimie anorganică, organică, chimie fizică, analitică și tehnologică.

Chimia, ca știință, urmărește stabilirea adevărurilor științifice specifice și aplicabilitatea acestora, fără a se preocupa de modul în care descoperirile sale pot fi transmise prin procesul de învățământ. Chimia, fiind o știință experimentală, educația normală a chimistului și implicit a profesorului de chimie de pretutindeni trebuie să comporte și o lungă și serioasă practică de laborator .Plecând de la ideea că la baza studiului chimiei stă experimentul am ales ca temă a lucrării metodico – științifice, de obținere a gradului didactic I- ,, Hidrocarburi saturate. Experimentul de laborator”.

Lucrarea este structurată pe patru capitole: Capitolul I. Alcani;

Capitolul II. Cicloalcani;

Capitolul III. Aspecte metodice

Capitolul IV. Proiecte didactice

Am optat pentru această temă datorită importanței pe care o reprezintă experimentul de laborator atât în practică cât și în metodică.

În realizarea și conceperea lucrării am fost îndrumată de coordonatorul științific, profesor doctor Ionel Mangalagiu.

,, Omul este apă, dar și cărbune. Când cărbunele se cristalizează, devine diamant. Menirea lui este deci de a străluci.”(H. Coandă)

Capitolul I. Alcani

I.1.Nomenclatura

Alcanii sunt combinații aciclice saturate care corespund formulei CnH2n+2. Fiind combinații ale hidrogenului cu atomi de carbon hibridizați sp3 se mai numesc și hidrocarburi saturate (denumire mai veche : parafine). Primii patru termeni sunt :

CH4………………………………………………..metan, de la grecescul „lemn și vin”

CH3CH3………………………………………….etan, de la grecescul „a arde”

CH3CH2CH3……………………………………propan, de la grecescul „grăsime”

CH3CH2CH2CH3……………………………..butan, de la latinescul „unt”

Pentru compușii care au mai mult de patru atomi de carbon în catenă, denumirea se bazează pe cuvântul grecesc al numărului de atomi de carboni, la care se adaugă sufixul an. Combinațiile care diferă numai prin grupări CH2, se consideră că formează o serie omoloagă.

CH4…………………………………………………………..metan

CH3CH3…………………………………………………….etan

CH3CH2CH3……………………………………………..propan

CH3CH2CH2CH3……………………………………….butan

CH3CH2CH2CH2CH3…………………………………pentan

CH3CH2CH2CH2CH2CH3…………………………..hexan

CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3…………………….heptan

CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3………………octan

CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3………..nonan

CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3….decan

Alcanii cu catenă liniară se numesc normali (n-pentan, n-hexan), iar cei cu catenă ramificată se numesc izoalcani (izobutan).

Pentru alcanul C4H10 sunt posibile două construcții diferite (izomeri de catenă):

CH3CH2CH2CH3 sau sau

n-butan izobutan (2-metilpropan)

Numărul izomerilor de catenă crește foarte repede cu numărul de atomi de carbon din moleculă (Tabelul 1).

Tabelul 1. Numărul de izomeri ai alcanilor

Un atom de carbon legat de un singur atom de carbon se numește primar, cel legat de doi atomi, secundar, de trei-terțiar și de patru –cuaternar.

primar secundar terțiar cuaternar

Numele radicalilor monovalenți proveniți din alcani, se formează înlocuind terminația an a hidrocarburii cu il.

De exemplu:

Radicalii bivalenți provin din alcani prin pierderea a doi atomi de hidrogen, au nume ce se termină în en, când cei doi hidrogeni lipsesc de la doi atomi de carbon învecinați sau iliden când valențele libere sunt la același atom de carbon.

De exemplu:

Numele radicalilor trivalenți se termină în in ca de exemplu: metin.

La denumirea alcanilor se aplică regulile de nomenclatură stabilite de Uniunea Internațională de Chimie Pură și Aplicată (IUPAC).

La alcanii ramificați denumirea se face respectând următoarele reguli:

se stabilește cea mai lungă catenă de atomi de carbon;

pozițiile substituenților pe catena principală se indică prin cifre arabe, repectând regula numerelor celor mai mici;

substituenții se menționează în ordine alfabetică indiferent de prefix.

Alături de denumirile sistematice se folosesc și o serie de denumiri uzuale:

alcanii cu o grupă metil la atomul al doilea de carbon se denumesc folosind prefixul izo;

pentru alcanii cu două grupe metil la atomul al doilea de carbon se denumesc folosind prefixul neo.

Aceste reguli nu recomandă însă utilizarea denumirii izo la alcanii cu mai mult de șase atomi de carbon în moleculă:

Exemple:

Hidrocarbura C5H12 are trei izomeri de constituție, care pot fi denumiți astfel:

I.2.Structură și proprietăți caracteristice

În alcani atomul de carbon se găsește într-o stare de hibridizare sp3 și formează numai legături covalente simple σ.

Primul reprezentant din clasa hidrocarburilor saturate, metanul este format dintr-un singur atom de carbon hibridizat sp3, unit cu patru atomi de hidrogen prin legături σC-H (sp3-s).

Termenii superiori conțin și legături covalente σC-C sp3-sp3 pe lângă legături σC-H.

Lungimea legăturilor C-H este de 0,119nm în metan și între 0,10-0,11 nm la celelalte hidrocarburi. Lungimea unei legături C-C este de 0,154 nm. Atomii de carbon adoptă o configurație tetraedrică, toate unghiurile de valență fiind de 109o28′ (cu mici abateri la alcanii superiori).

Energiile de disociere variază în funcție de natura atomilor de hidrogen și carbon care formează legătura:

energia de disociere (Kcal/mol)

Legătura este cu atât mai slabă (se scindează mai ușor) cu cât energiile de disociere ale legăturilor au o valoare mai mică.

Figura 1.Stabilitatea relativă a radicalilor liberi.

Legăturile C-C sunt nepolare datorită simetriei structurale a alcanilor, iar legăturile C-H sunt foarte puțin polare (C∂–H∂+ ,μ~0,3D), datorită diferenței mici de electronegativitate dintre atomii de carbon și hidrogen. Din această cauză, alcanii indiferent de structura lor au dipol momentul μ egal cu zero, prin compensare, datorită configurației tetraedrice a atomilor de carbon.

Mobilitatea electronilor legăturilor C−H și C−C este foarte mică, datoriă faptului că ele sunt legături σ între atomi cu rază covalentă mică, și ca urmare sunt foarte puțin polarizabili.

Reactivitatea alcanilor este determinată deci de polaritatea și polarizabilitatea foarte redusă a legăturilor C −H.

Scindarea acestor legături (C−H și C−C) se poate realiza aproape numai homolitic, conducând la formarea de radicali liberi. Scindările heterolitice ale legăturilor C−H au loc mult mai rar la alcani, și numai atunci când sunt determinate de acțiunea unor acizi foarte tari care pot extrage un ion de hidrură dint-o legătură C−H, formând un carbocation:

(CH3)3C−H + HF + SbF5 → (CH3)3C+ + SbF 6- + H2

„acid magic” (Olah, 1972)

Începând cu etanul, alcanii pot prezenta o infinitate de conformații ca urmare a rotației libere în jurul legăturilor σC-C. În cazul etanului se disting două conformații extreme : cea aclipsată-de energie maximă și cea intercalată-de energie minimă.

În cazul n-butanului, rotația în jurul legăturilor C2−C3 determină apariția a două conformații intercalate distincte și a două conformații eclipsate distincte.

O catenă liniară a unui alcan normal are forma unui lanț în „zig-zag” (conformație anti) în care toate legăturile C−C și C−H sunt intercalate.

În afară de izomerii de conformație, alcanii mai pot prezenta și izomeri de configurație, atunci când pot fi chirali. Așa de exemplu 3-metil hexanul conține un atom de carbon asimetric și poate avea doi enantiomeri.

I.3. Surse naturale și procedee industriale

Hidrocarburile naturale reprezintă componentele principale ale gazelor naturale și ale petrolului. Gazele naturale pot fi gaze de sondă și gaze naturale formate din metan. În unele zăcăminte metanul se găsește aproape pur (96%), în altele este amestecat cu hidrocarburile inferioare C2 – C4 din care se separă prin distilare fracționată.

Hidrocarburi prin prelucrarea petrolului

Petrolul brut (țițeiul) este un amestec complex de hidrocarburi saturate și aromatice, alături de cantități mici (sub 1%) de compuși cu oxigen, sulf și azot. În petrol nu se găsesc hidrocarburi nesaturate. Principalele metode de prelucrare a petrolului sunt: distilarea la presiune normală (distilarea primară) și diferitele procedee de cracare.

Prin distilarea primară a țițeiului se obțin mai multe fracțiuni pe anumite intervale de temperatură și cu compoziții diferite: capul de distilare, benzinele, petrolul lampant, motorina, păcura.

Benzina, petrolul lampant și motorina sunt carburanți pentru motoarele cu ardere internă.

Pentru a obține cantități mari de benzină și de fracțiuni inferioare (C2-C5) valoroase ca materii prime, se folosesc mijloace pentru transformarea fracțiunilor mai grele de petrol (petrol lampant, motorină etc.) în benzină. Pentru aceasta se aplică mai multe procedee cum ar fi : cracarea termică sau cracarea catalitică.

Cracarea termică constă în încălzirea hidrocarburilor la temperaturi de 500-600° , rezultând și cantități mare de gaze (metan și alchene C2-C4). Pentru obținerea unei benzine saturate, fără alchene (folosită drept carburant) benzina de cracare se hidrogenează în prezență de catalizatori pe bază de molibden depus pe oxid de aluminiu (hidrocracare).

Cracarea catalitică constă în trecerea fracțiunilor grele de motorină în stare de vapori peste catalizatori formați din silicați de aluminiu naturali sau sintetici, aflați sub formă de pulberi

(pat fluidizat) la temperaturi relativ joase. Se formează fracțiuni (C2-C5) și hidrocarburi aromatice.

B. Hidrocarburi prin prelucrarea cărbunilor

Cărbunii au fost folosiți ca materie primă în unele procedee industriale pentru obținerea de carburanți de sinteză. Procedeele tehnice au la bază două reacții importante ale carbonului:

Hidrogenarea directă;

Transformarea în oxid de carbon și hidrogenarea acestuia.

Sinteza directă din elemente (Berthlot) se realizează trecând un curent de hidrogen prin arcul electric între doi electrozi de cărbune și rezultă cantități mici de metan. Dacă se folosește un catalizator de fer sau nichel la 300°C se formează 97% metan. La temperaturi mai ridicate, echilibrul se deplasează invers.

În procedeul Bergius de obținere a benzinei sitetice se utilizează ca materie primă cărbunii fosili. Hidrogenarea se efectuează la 450-470°C și 200-300 at, folosind un amestec de oxalat de staniu, molibdat de amoniu și sulfat feros.

2. A doua cale de a obține hidrocarburi saturate plecând de la cărbune are la baza hidrogenarea oxidului de carbon.

Prin trecerea unui amestec de monoxid de carbon și hidrogen peste catalizator de nichel la 250-300°C se formează aproape cantitativ, metan (Sabatier-Senderens).

Pe această reacție se bazează procedeul Fischer-Trepsch de preparare a benzinelor sintetice folosind catalizatori de oxid de fer sau cobalt în prezența de hidroxizi alcalini.

1.4. Metode de sinteză a hidrocarburilor saturate

Metodele de sinteză a hidrocarburilor saturate implică reacții în care se pot forma legături C-H sau C-C. Aceste reacții pot fi grupate astfel:

1.4.1. Reacții în care se formează legături C-H.

Hidrogenarea catalitică a hidrocarburilor nesaturate;

Reducerea compușilor halogenați;

Hidroliza carburilor metalice;

Reacții care au intermediari compuși organo-metalici;

Reducerea alcoolilor sau a derivaților lor funcționali;

Reducerea compușilor carbonilici.

1.4.2. Reacții în care se formează legături C-C.

Reacția compușilor halogenați cu metalele (Wurtz, 1855)

Sinteza anodică (H. Kolbe 1849)

Din compuși halogenați și compuși organo-cuprici (E. J. Corey, 1967).

1.4.1. Reacții în care se formează legături C-H

1. O metodă generală de obținere a alcanilor, constă în hidrogenarea alchenelor cu hidrogen molecular, în prezență de catalizator.

2. Reducerea compușilor halogenați.

De exemplu:

3. Hidroliza carburilor metalice

Carburile de aluminiu și beriliu, reacționează cu apa și formează metan. Atomul de carbon din aceste carburi este conținut bub formă de ioni C4-, instabili în prezența apei.

4. Reacții care au intermediari compuși organo-metalici

Compușii organo-metalici au legătura C-metal puternic polarizată. Metalul are polaritate pozitivă, iar restul organic are polaritate negativă; se comportă ca reactanți electrofili (cu un anion al carbonului).

compus organo- metalic alcan

Compușii organo-magnezieni de forma RMgX, numiți și reactivi Grignard, au aplicații foarte importante în sinteza organică. Acești compuși au fost descoperiți de Victor Grignard pentru care a primit premiul Nobel în anul 1912. Se obțin din compuși halogenați și magneziu în eter etilic anhidru, solvent în care ei se dizolvă pe măsură ce se formează.

5. Reducerea alcoolilor sau a derivaților lor funcționali

Alcoolii nu pot fi transformați în alcani direct. Grupa hidroxil este transformată în derivat halogenat sau într-un ester sulfonic, care poate fi apoi redus cu diferiți agenți. De exemplu:

Prin tratarea unui alcool cu clorura acidului p-toluensulfonic (clorura de tosil) se obține tosilatul de alchil care se poate reduce la alcanul corespunzător.

6. Reducerea compușilor carbonilici

Reducerea grupei –CO- în grupa –CH2- poate fi realizată astfel:

– Zn(Hg)HCl, la fierbere- metoda Clemmensen;

– H2N-NH2 * H2O (hidrat de hidrazină) + NaOH, 150°, metoda Kijner-Wolf

-transformarea compusului carbonilic în alcool, deshidratarea la alchenă și apoi reducerea catalitică.

1.4.2. Reacții în care se formează legături C-C

Reacția compușilor halogenați cu metalele (Würtz, 1855)

Reacția compușilor halogenați cu sodiu metalic este limitată la sinteze de hidrocarburi formate din resturi identice.

Mecanismul reacției presupune formarea intermediară a unui compus organo-metalic care reacționează cu a doua moleculă de derivat halogenat.

Sinteza anodică (H. Kolbe, 1843) constă în electroliza sărurilor de sodiu ale acizilor organici în soluție apoasă.

Din compuși halogenați și compuși organici ai cuprului (E. J. Corey, 1967).

R- alchil primar, secundar, terțiar, cicloalchil; R´ – alchil primar, secundar, cicloalchil.

Pentru a realiza legătura C-C între doi radicali diferiți se utilizează complexul alchil-litiu-alchil-cupru numit reactiv Corey, format după următoarele etape:

De exemplu sinteza 2-metil-butanului (izopentan) se poate realiza astfel:

Una din realizările cele mai utile pentru sinteza organică este eleborarea de către E. J. Corey (1960) a metodei de analiză retrosintetică. Această meodă presupune împărțirea moleculei „țintă” (deci produsul final) în elemente mai simple care pot fi sintetizate mai ușor.

Analiza retrosintetică a constituit un pas esențial pentru sinteza asistată de calculator a moleculelor organice complexe.

Pe baza unor programe de calcul ce conțin proprietățile și metodele de sinteză cele mai diverse, și aplicând metoda de analiză retrosintetică E. J. Corey (premiul Nobel, 1990) și colaboratorii săi au încredințat unor calculatoare sarcina de a selecta căile de sinteză a unor compuși cu structură foarte complexă.

Sinteza asistată de calculator datorată lui Elias James Corey dă o nouă dimensiune sintezei organice, comparată deseori cu o creație artistică.

I.5. Caracteristici spectrale. Spectre I.R.

În spectrele IR ale alcanilor apar benzi de absorbție caracteristice, legăturilor C-C , care pot fi vibrații de valență (ν) sau vibrații de deformare (δ) simetrice și asimetrice.

Ele apar sub forma unor vibrații de grup caracteristice, redate mai jos (absorbții în cm-1).

Spectre R.M.N. Semnalele protonilor din alcani apar între 0,8-1,7 δ(ppm). Ca de exemplu:

I.6. Proprietăți chimice

Reactivitatea chimică a alcanilor este determinată de polaritatea și polarizabilitatea redusă a legăturilor C-C și C-H. Numele vechi de parafine (parum affinis- puțin înrudit) cu semnificația de puțin reactiv, dat de chimia clasică, exprimă redusa reactivitate a acestor compuși. Alcanii sunt inerți numai față de reactivi ionici, de exemplu : baze, acizi minerali și agenți oxidanți în soluție apoasă. Ei pot da relativ ușor reacții cu atomi și radicali liberi și suferă transformări considerabile sub acțiunea catalizatorilor electrofili.

Reacțiile hidrocarburilor saturate pot fi grupate în funcție de modul cum se scindează legăturile covalente C-C și C-H astfel:

1.6.1.Reacții cu mecanism homolitic (au ca intermediari atomi și radicali liberi).

1.6.1.1. Descompunerea termică.

1.6.1.2. Reacții de substituție.

1.6.1.3. Reacții de oxidare.

1.6.2. Reacții cu mecanism heterolitic.

1.6.2.1. Reacția de izomerizare.

1.6.2.2. Reacția de alchilare

I.6.1.1. Descompunerea termică a alcanilor

Comparativ cu alte clase de combinații organice, alcanii sunt compuși cu mare stabilitate termică.

La temperaturi de peste 400°C au loc reacții radicalice foarte complicate; descompunerea termică poate fi o sursă de noi hidrocarburi și ea stă la baza unor importante procedee tehnice.

În funcție de temperatură, reacțiile pot fi :

-de cracare (sub 650°C)

-de piroliză (peste 650°C) când au loc dehidrogenări frecvente și reacții de cicloadiție.

Metanul are o comportare deosebită de a celorlalte hidrocarburi, datorită faptului că are un singur atom de carbon în moleculă.

În absența catalizatorilor, metanul este stabil până la 900°C. Metanul se descompune în prezența catalitică a Ni sau Fe cu formare de cărbune și hidrogen. Reacția este endotermă și echilibrul este deplasat spre produși la temperaturi mai ridicate.

Peste 1200°C are loc transformarea metanului în acetilenă.

Alcanii cu doi sau mai mulți atomi de carbon în moleculă încep să se descompună la temperaturi mai joase (400-600°). Principalele reacții primare sunt: scindarea unei legături C-C cu formarea unui alcan și a unei alchene (reacția de cracare propriu-zisă) și dehidrogenarea.

Descompunerea termică a hidrocarburilor este o reacție cu mecanism homolitic având ca intermediari atomi și radicali liberi. Se disting două reacții elementare: reacția de inițiere

în care se formează radicali liberi și reacția de stabilizare a radicalilor liberi formați în reacția inițială.

Reacția de inițiere este endotermă și necesită energie mare pentru disocierea legăturilor. Hidrocarburile saturate nu absorb lumina vizibilă sau ultravioletă, de aceea inițierea unei reacții radicalice nu are loc fotochimic la alcani, ci termic. Reacțiile de stabilizare a radicalilor liberi pot fi de recombinare sau de disproporționare. Produșii acestor procese primare pot suferi în continuare reacții de dimerizare, dehidrogenare, precum și reacții de cicloadiție a dienelor și alchenelor formate prin cracare și piroliză.

La temperaturi mai înalte (700-1000°) apar în cursul pirolizei ca produși, principale hidrocarburi aromatice ca benzen, toluen, xilen precum și hidrocarburi aromatice condensate ca naftalen, antracen, fenantren, fluoren. Produsul final al acestui proces de condensare este cocsul de piroliză cu o structură asemănătoare cu a grafitului dar neregulată.

I.6.1.2. Reacții de substituție

Halogenarea

Sulfoclorurarea

Sulfoxidarea

Nitrarea, nitrozarea și oximarea

Reacția de inserție a metilenului

Reacția de halogenare a alcanilor

Sau

Reacția de halogenare a alcanilor decurge după un mecanism de substituție radicalică înlănțuită. Halogenarea poate avea loc cu Cl2, Br2 în prezență de lumină, sau la temperatură mai mare de 100°C (la întuneric) în prezență de promotori. Clorurarea se poate realiza și cu clorură de sulfuril în prezența peroxizilor, la temperaturi de 40-60°C.

Ordinea reactivității halogenilor este F>Cl>Br>I.

Fluorul este foarte reactiv, reacția fiind exotermă, au loc arderi în fluor, iar fluorurarea se poate realiza în atmosferă de gaz inert.

Mecanismul de reacție. Halogenarea directă a hidrocarburilor saturate, este o reacție cu mecanism homolitic înlănțuit care decurge în trei etape:

Etapa 1. Reacția de inițiere:

Etapa 2. Reacția de propagare : are două reacții elementare (reacție exotermă):

a. extragere de hidrogen

b. extragere de clor

Etapa 3. Reacția de întrerupere (exotermă)

De exemplu clorurarea metanului este greu de oprit la stadiul de produs monosubstituit; se obțin amestecuri de produși:

Pentru analiza mecanismului halogenării alcanilor, vom lua în discuție, următoarele caracteristici ale acestei reacții:

Aspecte energetice

Reactivitatea relativă: orientarea și selectivitatea;

Stereochimia reacției de substituție radicalică (halogenarea).

Aspecte energetice ale reacției

Reacția de inițiere este endotermă și necesită o anumită energie pentru formarea atomilor liberi de halogen.Astfel, energia de disociere a halogenilor (în kcal/mol) este:

F2 37

Cl2 58

Br2 46

I2 36

Ordinea reactivității radicalilor liberi la halogen este : F Cl Br I. Fluorul este foarte reactiv, iar radicalul de iod este voluminos și puțin reactiv.

În inițierea fotochimică, clorul absoarbe o cuantă de lumină din regiunea vizibilă a spectrului (λmax=493nm), a cărei energie de aproximativ 60-70kcal/mol corespunde energiei de disociere a moleculei de clor. Radicalii liberi de Cl. șiBr. formați în reacția de inițiere declanșează un număr extrem de mare de reacții elementare de propagare, astfel că reacția de inițiere intervine cu o pondere mică în efectul termic global și poate fi neglijată. Căldura de reacție este determinată de reacțiile de propagare.

Vom analiza aspectele energetice pentru cele două reacții elementare ale reacției de propagare și apoi selectivitatea reacției de bromurare față de clorurarea la alcani.

Reacția de propagare, la fluorurare este puternic exotermă; reacția este explozivă.

Reacția decurge altfel pentru iod; se observă că reacția (a) de extragere a hidrogenului este endotermă, iodul fiind puțin reactiv.

Clorul și bromul sunt intermediari între fluor și iod, reacția de bromurare fiind selectivă. Variația energiei în aceste două reacții este redată în figura 2.

Fig. 2. Diagrama variației energiei în cursul halogenării directe a metanului la clorurare și bromurare.

B. Reactivitatea relativă: orientarea și selectivitatea

Reactivitatea relativă a atomilor de hidrogen față de atomii de halogen depinde numai de tipul legăturii C-H. Reactivitatea relativă a legăturii C-H crește în ordinea:

Reactivitatea relativă a halogenilor descrește în ordinea F>Cl>Br (iodul nu reacționează). Bromul mai puțin reactiv substituie atomii de hidrogen mai reactivi, fiind mai selectiv. Clorul reacționează cu toți atomii de hidrogen conducând la amestecuri de izomeri, fiind mai reactiv și mai puțin selectiv.

Reactivitatea relativă a atomilor de halogen în reacția de halogenare directă (t= 25°C, hν).

Hidrocarburi Reactant

Br2 Cl2

RCH2-H 1 1

R2CH-H 82 3,9

R3C-H 1600 5,0

Reactivitatea relativă, orientarea și selectivitatea substituției în reacția de halogenare a hidrocarburilor saturate este determinată de reacția elementară a fazei de propagare (a), în care atomul de halogen extrage un atom de hidrogen din hidrocarbură și formează radicalul liber.

Pentru CH4 când X= Cl2, Br2

Reacția de propagare: (a)

Scriind reacția (a) la modul general pentru hidrocarbura de tipul R-H se remarcă următoarele:

-Clorul fiind foarte reactiv, starea de tranziție se stabilește timpuriu, el reacționează neselectiv cu atomii de hidrogen și formează amestecuri de produși (influența naturii radicalului este mai redusă), reacția este puțin selectivă.

– Bromul este mai puțin reactiv, și energiile de activare sunt mult mai mari. La bromurare, starea de tranziție se stabilește târziu, hidrocarbura capătă un puternic caracter de radical liber și efectul de stabilizare a radicalului devine dominant și determină selectivitatea pronunțată a acestei reacții.

Figura 3. Starea de tranziție timpurie și târzie la halogenarea homolitică

În reacția metanului cu brom, acesta este de 2500 ori mai puțin reactiv decât clorul; raportul vitezelor relative prezintă diferențe mari.

Bromurare-primar: sec: terț: 1: 82: 1600

Clorurare-primar: sec: terț: 1: 3,9 :5,0

Reactivitatea relativă se determină empiric din raportul între procentul de izomeri observați experimental și cel prevăzut pe bază de calcul statistic. Clorurarea alcanilor cu mai mult de trei atomi de carbon, conduce de obicei la un amestec de produși monoclorurați, izomeri a căror compoziție depinde de reactivitatea relativă a legăturilor C-H în procesul de clorurare.

Calculul compoziției produșilor de reacție la clorurarea 2-metil-butanului la temperatura de 300° se face astfel:

Reactivitatea totală

( 9 x 1 ) + ( 3,3 x 2 ) + ( 4,4 x 1 ) = 20

A% = ( 6 X 1 ) / 20 x 100 = 30%……………………………………..33,5%

B% = ( 3 x 1 ) / 20 x 100 = 15,6%……………………………………16,5%

C% = ( 2 x 3,3 ) / 20 x 100 = 32%…………………………………….28%

D% = ( 1 x 4,4 ) / 20 x 100 = 22%…………………………………….22%

Calculat Experimental

C. Stereochimia reacției de substituție homolitică pentru halogenarea alcanilor este determinată de a doua reacție elementară a etapei de propagare (b) care constă în reacția radicalului liber intermediar, cu molecula de halogen.

Datorită configurației plane a radicalilor liberi, orbitalul p al radicalului poate reacționa cu molecula de halogen, cu probabilitatea egală la unu sau la celălalt lob al său.

Fenomenul nu poate fi observat la metan sau la propan deoarece rezultă molecule achirale. Prin clorurarea n-butanului rezultă 1-clorobutan moleculă achirală și 2-clorobutan moleculă chirală.

Un atom de carbon care are doi substituenți identici și doi substituenți diferiți este prochiral, deoarece prin modificarea unuia dintre substituenții identici, el devine chiral. Atomii de hidrogen care prin substituție conduc la enantiomeri se numesc enantiotopici.

Este cazul n-butanului la care atomii de carbon secundari sunt prochirali, iar atomii de hidrogen atașați acestui atom de carbon sunt enantiotopici.

a. Prin clorurarea n-butanului, unul dintre produși este 2-clorobutanul (moleculă chirală); se obțin cei doi enantiomeri în părți egale, din reacție rezultă deci un racemic.

a)

b)

Dacă se compară halogenarea homolitică a alcanilor cu substituția nucleofilă unimoleculară (SN1) unde apar intermediari carbocationici, în ambele cazuri, plecând de la un compus optic activ, are loc racemizarea.

Reacția de clorurare se poate realiza și cu clorură de sulfuril.

Mecanismul reacției este următorul:

Inițierea:

Propagarea:

Întreruperea:

Sulfoclorurarea alcanilor

Sau

În tehnică este mult folosită reacția de sulfoclorurare, prin acțiunea comună a (SO2 + Cl2) asupra parafinelor superioare (Red, 1933) (C12-C20) .

Reacția are un mecanism înlănțuit. (M.S. Kharasch, 1939)

Din sulfoclorurile preparate pe această cale din alcanii superiori (ce conțin grupa sulfonică repartizată la întâmplare în catenă) se obțin prin hidroliză acizi sulfonici numiți mersoli. Sărurile lor de sodiu (mersolați) servesc în mari cantități ca agenți de udare și înmuiere pentru textile.

Sulfoxidarea alcanilor

Un procedeu de sulfonare directă, de mare importanță tehnică constă în reacția alcanilor în fază lichidă, la temperatura de 20-30°, cu (SO2 + O2) în prezența luminii ultraviolete și a promotorilor. Reacția are un mecanism radicalic înlănțuit.

Inițierea:

Propagarea:

Întreruperea:

Nitrarea hidrocarburilor saturate

Hidrocarburile saturate pot fi nitrate direct în condiții de reacție homolitice. Agentul de nitrare este hipoazotida, NO2, provenită din acidul azotic. Reacția este sensibilă la promotori (O2, Cl2, Br2) care inițiază reacția de formare de radicali liberi. Mecanismul nu este înlănțuit (A.J.Titov, 1946). Etapele pot fi formulate astfel:

Se formează amestecuri de produși:

Alcanii se pot transforma sub acțiunea clorurii de nitrozil în nitrizoalcani, care în condiții adecvate suferă transpoziția la oxime (se folosesc în industria poliamidelor).

Reacția de inserție a metilenului pa catena unui alcan

La tratarea unui alcan cu diazometan termic sau fotochimic se pune în libertate carbena [:CH2] și se formează un alcan superior (omologul lui).

Carbena este foarte reactivă și reacția este neselectivă, ea introducându-se atât la legătura C-H primar cât și la terțiar și secundar.

Mecanismul reacției poate fi următorul:

Oxidarea alcanilor

Arderea hidrocarburilor (combustia)

În prezență de oxigen sau aer la temperatură înaltă, toate hidrocarburile sunt oxidate până la CO2 + H2O .

Arderea hidrocarburilor este o reacție de mare importanță practică, deoarece se folosesc drept combustibili; ea este însoțită de o degajare mare de energie sub formî de căldură numită căldură de ardere sau de combustie (ΔHc).

Căldurile de ardere servesc la evaluarea energiei moleculelor

Autooxidarea hidrocarburilor

Hidrocarburile saturate reacționează cu oxigenul numai la cald, în prezență de promotori. Hidroperoxizii primari și secundari sunt nestabili și se descompun în alcooli, aldehide, cetone sau acizi carboxilici.

Pot fi izolați numai hidroperoxizii terțiari. Mecanismul autooxidării hidrocarburilor este homolitic înlănțuit. Promotorul reacției este HBr, ușor oxidabil care poate crea atomi liberi de brom și radicali HOO-.

Inițierea:

Propagarea:

Reacțiile de întrerupere sunt reacții normale de dimerizare sau de recombinare a doi radicali.

Oxidări parțiale

– Obținerea negrului de fum :

– Oxidarea la gazul de sinteză care este folosit la fabricarea metanolului, alcoolilor superiori, a benzinelor sintetice.

Oxidarea catalitică a metanului

Oxidarea alcanilor superiori (C20-C30)

Oxidarea alcanilor superiori se face suflând aer în parafină topită, la temperatura de 80-120°, în prezența unor catalizatori, săruri de mangan, când se formează acizi grași.

Oxidarea enzimatică a alcanilor (C2-C8) poate conduce la alcooli.

Amonoxidarea este procedeul tehnic de obținere a acidului cianhidric (Andrusov, 1927).

I.6.2. Reacții cu mecanism heterolitic

Reacțiile ionice sunt destul de rare la alcani, datorită polarității mici a legăturilor C-H și C-C. În anumite condiții, sub acțiunea unor reactanți electrofili duri pot avea loc și scindări heterolitice ale acestor legături obținându-se produși de substituție electrofilă. Prin tratarea alcanilor cu acizi tari (superacizi) ca de exemplu amestecul de HF-SbF5; FSO3H-SbF6; BF3-HF poate avea loc reacția de substituție electrofilă.

Aceștia au proprietatea ca fiind acizi mult mai puternici, decât acizii anorganici (H2SO4 de ex. )generează cu ușurință carbocationi chiar și din alcani (puși în evidență prin spectre

RMN), G.H.Olah (1972) a reușit să observe și chiar să determine structura unor specii cationice cum ar fi ionul metoniu +CH5 cel mai simplu reprezentant al unui cation organic pentacoordinat.

Mecanismul acestor reacții de substituție electrofilă decurge prin atacul reactanților electrofili duri asupra legăturilor covalente σ C-H sau C-C cu formarea intermediară a unor carbocationi „neclasici” numiți și ioni de carboniu, în care atomul de carbon este pentacoordinat, are trei legături σ obișnuite și o legătură tricentrică. Ionii clasici ai carbonului (tricoordinat) carbocationii se numesc și ioni de carbeniu. Deci pot fi :

ioni clasici de carbeniu (carbocationi, de exemplu : C+H3)

ioni neclasici de carboniu (de exemplu, C+H5-metoniu).

I.6.2.1. Izomerizarea alcanilor

Izomerizarea acestor hidrocarburi, are loc sub influența catalitică a clorurii de aluminiu, în prezența urmelor de apă sau a alchenelor drept cocatalizatori (C.D. Nenițescu, M. Avram). Se formează un amestec de hidrocarburi izomere a cărui compoziție este determinată de stabilitatea termodinamică a izomerilor.

Hidrocarburile saturate se pot izomeriza și prin trecerea lor în stare de vapori peste catalizatorii formați din silicați de aluminiu naturali sau sintetici.

Mecanism de reacție. Izomerizarea hidrocarburilor saturate este o reacție cu mecanism ionic înlănțuit.

Etapa inițială:

Etapa inițială constă în formarea unui carbocation prin expulzarea unui ion de hidrură din alcan. Acizii Lewis (AlCl3, BF3) nu catalizează reacția în stare pură, uscată, ci numai în prezența urmelor de apă sau alchene (cocatalizator).

Etapa de propagare: mecanism prin ioni clasici

Această etapă constă în stabilizarea carbocationului format (sec-butil) într-unul mai stabil, printr-o reacție de transpoziție a carbocationilor prin două tipuri de procese:

-migrare 1,2 de ion de hidrură;

– migrare 1,2 de anioni metil.

În reacțiile în care intervin astfel de migrări se admite că nu apar liberi carbocationi primari. Trecerea unui carbocation secundar într-un carbocation primar nu este un proces favorabil din punct de vedere energetic, carbocationii primari sunt mult mai bogați în energie decât cei secundari.

Etapa de propagare: mecanism prin ioni neclasici

Transferul de ioni de hidrură sau de grupă metil are loc în acest caz într-un ion cu energie mai joasă , în care sarcina este difuzată între cei trei atom care iau parte la transpoziție. Acești ioni se numesc ioni neclasici (denumire mai veche de ioni carboniu), pentru a fi deosebiți de carbocationii care se mai numesc ioni clasici sau ioni de carbeniu (carbocationi), (J.D. Roberts, 1951; G.A. Olah, 1972) .

Mecanismul izomerizării prin ioni neclasici (în care carbonul este tetra sau penta-coordinat) este următorul:

Reacția de întrerupere. Carbocationul se stabilizează prin reacția cu o moleculă de n-butan, rezultă izobutan și se reface carbocationul inișial care continuă lanțul de transformări.

Toate etapele izomerizării sunt reversibile iar compoziția amestecului final este determinată de stabilitatea termodinamică a celor două componente.

Carbocationul se poate stabiliza și prin eliminarea unui proton de la un atom de carbon vecin, obținându-se alchene. Reacția este reversibilă; alchenele pot fixa un proton fomând din nou același carbocation.

I.6.2.2. Reacția de alchilare

În procesul de alchilare izoalcanii reacționează cu alchenele în prezența catalizatorilor acizi și formează alcani ramificați, utilizați la obținerea de benzine cu cifră octanică mare.

Izoalcanii necesari în reacția de alchilare sunt furnizați în procesul de izomerizare, iar alchenele de procesul de cracare catalitică. Produșii de reacție sunt amestecuri de alcani ramificați.

Reacția are un mecanism ionic înlănțuit:

Cifra octanică este o valoare convențională care caracterizează rezistența le detonație a unui combustibil pentru metodele cu aprindere prin scânteie. Detonația se datorează oxidării hidrocarburilor cu formare de peroxizi, iar tendința de detonație depinde de natura și mărimea moleculelor din benzină. Cifra octanică (C.O.) este definită ca procentul de 2,2,4-trimetilpentan

(izooctan) dintr-un amestec sintetic format din izooctan (C.O.=100) și n-heptan (C.O.=0) care

prezintă aceeași viteză de ardere, într-un motor cu explozie ca și combustibil de caracterizat.

Izooctanul formează prin termoliză radical terțiar (mai puțin reactiv) și unul primar (mai reactiv); n-heptanul formează numai radicali primari care fiind foarte reactivi, arderea va avea loc cu viteză mare și produce în motoare autoaprinderea (fenomenul detonației). Deci, creșterea lanțului parafinelor mărește tendința de detonație și scade calitatea benzinei.

Pentru ajustarea combustibililor la cifra octanică dorită, se adaugă tetraetil-plumb, care generează în condițiile arderii plumb, ce captează și inactivează radicalii HO- sau HOO-.

Chimizarea metanului

Capitolul II. Cicloalcani

II.1. Clasificare și nomenclatură

Cicloalcanii sau cicloparafinele sunt hidrocarburi ciclice saturate cu formula generală CnH2n+2, izomere cu alchenele. Hidrocarburile ciclice saturate alifatice, se mai numesc hidrocarburi aliciclice (de la aliphatic cyclic).

Cicloalcanii se denumesc prin adăugarea prefixului ciclo la numele alcanului cu același număr de atomi de carbon. În mod curent cicloalcanii se reprezintă printr-un poligon ( la fiecare colț al poligonului, se află un atom de carbon saturat cu hidrogen).

Datorită particularităților structurale și a comportării chimice diferite, cicloalcanii se împart în funcție de mărimea ciclului în cicloalcani:

cu inele mici (C3-C4);

cu inele normale obișnuite (C5-C7);

cu inele medii (C8-C12);

cu inele mari sau macrocicluri (peste C12).

Poziția substituenților este specificată cu indici, iar la cicloalcanii cu două inele izolate, ciclul cel mai mic se consideră substituentul ciclului mai mare.

Cicloalcanii disubstituiți pot prezenta izomeri de constituție precum și stereoizomeri..

O importantă clasă de compuși naturali derivați ai ciclohexanului sunt terpenoidele. În natură se găsesc și derivați ai cicloalcanilor cu inele mari („Muscona, Cibetona”) precum și numeroși compuși cu inele cicloalcanice condensate (steroidele).

(cetone ale ciclurilor mari cu C15 și C17 care se găsesc în unele secreții animale).

Compușii bi- și policiclici se pot clasifica astfel:

Spirani: compuși în care două sau mai multe cicluri sunt unite printr-un singur atom;

Cu inele condensate (în poziția 1,2);

Compuși bi- sau policiclici cu punte.

Denumirea compușilor spiranici se formează adăugând prefixul spiro la numele alcanului cu același număr de atomi de carbon; indicând în paranteză pătrată numărul de atomi de carbon din cele două punți:

Nomenclatura specială pentru compușii biciclici cu punte se bazează pe următorul principiu: se înscrie în paranteze pătrate, între cuvântul biciclo și numele hidrocarburii saturate respective, numărul atomilor de carbon ai fiecăruia din punțile prin care sunt legați cei doi atomi de carbon considerați „capete de punte”.

Izomerii bicicloheptanului se pot denumi astfel:

Biciclo-[4.1.0.]-heptan

Biciclo-[3.2.0]-heptan

Biciclo-[2.2.1]-heptan

Biciclo-[3.1.1]-heptan

Exemple de sisteme biciclice condensate ]n poziția 1,2

Configurațiile decalinei

Decalina poate prezenta doi izomeri numiți cis și trans decalina, care pot fi separați prin distilare fracționată. În ambii izomeri, inelele ciclohexanice au conformația scaun (Hassel, 1946). În trans-decalina, joncțiunea dintre inele are loc prin legături ecuatoriale și cei doi atomi de H din pozițiile angulare, au conformații axiale. În cis decalina, joncțiunea se face printr-o legătură axială și una ecuatorială și cei doi atomi de H din pozițiile angulare au conformații a, e.

Hidrocarburi bi- și policiclice

Adamantanul (C10H16) și diamantanul (C14H20) sunt două hidrocarburi policiclice saturate, cu molecule compuse numai din cicluri condensate de șase atomi de carbon, cu conformația scaun.

Adamantanul a fost izolat din petrol (S. Landa, 1933).

În 1967 profesorul Ecroth a elaborat așa numita diagramă Schegel pentru reprezentarea compușilor policiclici în proiecție plană.

II.2. Metode de sinteză ale cicloalcanilor

Cele mai multe metode de preparare ale cicloalcanilor se bazează pe reacția de ciclizare a unui compus aciclic funcționalizat. Se obțin rezultatele cele mai bune la sinteza ciclurilor de 2 și 5 atomi de carbon. Metode de sinteză ale cicloalcanilor sunt:

2.2.1. Din compuși dihalogenați și sodiu (Würtz);

2.2.2. Condensarea compușilor dihalogenați cu ester malonic (W.H. Perkin);

2.2.3.Ciclizarea intramoleculară a esterilor acizilor dicarboxilici (Condensarea Diekmann, 1894);

2.2.4. Ciclizarea intramoleculară a nitrililor acizilor dicarboxilici (Thorp-Ziegler);

2.2.5. Distilarea uscată a sărurilor de calciu și bariu ale acizilor dicarboxilici (Wislicenus);

2.2.6. Metode speciale.

II.2.1. Derivații dihalogenați reacționează cu sodiu intramolecular, (reacții de tip Würtz) și se obțin rezultate bune numai în cazul ciclurilor de 5 și 6 atomi de carbon. Procedezl nu se aplică la sinteza ciclobutanului (randament 7%), nici la cicluri mai mari de 7 atomi.

Se poate obține ciclopropanul cu randamente bune prin reacția 1,3-diciclopropanului cu zinc (procedeul Gustavson).

Metoda se aplică și pentru obținerea compușilor spiranici și biciclici.

II.2.2. Condensarea compușilor dihalogenați cu esterul malonic în prezență de alcani (Perkin, 1883), poate duce la sinteza de cicluri cu cel mult 7 atomi de carbon.

Esterul malonic în prezența etoxidului de sodiu formează derivatul sodat (carbanion stabilizat prin conjugare izovalentă), care reacționează cu compuși dihalogenați printr-o reacție SN2, în trepte.

Pentru înlocuirea grupei carboxil cu hidrogen, cea mai comodă cale constă în înlocuirea grupei carboxil cu brom (reacția Hunsdiek) și înlocuirea bromului cu hidrogen prin reducere cu LiAlH4 .

Sinteza Perkin constituie una din metodele principale pentru sinteza inelelor mici (C3-C4).

II.2.3. Ciclizarea intramoleculară a esterilor acizilor dicarboxilici (Dieckmann, 1894)

Esterii acizilor dicarboxilici participă la reacția de condensare intramoleculară de tip Claisen, în prezență de alcoxizi alcalini sau sodiu metalic și formează β-cetoesteri ciclici.

Hidroliza esterului este însoțită de o decarboxilare și se formează cetone, care pot fi reduse prin metodele prezentate la alcani.

În această reacție de condensare se obțin randamente maxime la ciclurile de 5 și 6 termeni.

Astfel, pentru: n = 4 se obține ciclopentan

n = 5 se obține ciclohexan

Aplicând metoda ultra diluțiilor (K. Ziegler, 1933) se pot obține prin acest procedeu și cicluri mari (12-20 atomi) cu randamente de cca 80 %, (lucrând cu concentrații mici ale reactanților).

II.2.4. Ciclizarea intramoleculară a nitrililor acizilor dicarboxilici- reacția Thorp Ziegler

Reacția are loc în prezența bazelor, cu obținerea intermediară a imino-nitrililor, și în final rezultând cetone.

II.2.5. Distilarea uscată a sărurilor de calciu sau bariu ale acizilor dicarboxilici (Wislicenus,1883)

Sărurile de calciu sau bariu ale acizilor dicarboxilici, la distilare uscată, formează cetone ciclice cu un atom de carbon mai puțin. Randamente maxime se obțin de la acidul adipic (n = 4) și pimelic (n = 5). Cetonele obținute se transformă în hidrocarburi, fie prin reducere Clemmensen (Zn + HCl), fie prin reducere parțială la alcool, urmată de deshidratare la cicloalchenă și hidrogenarea acesteia:

2.2.6. Metode speciale

a.Un proces specific pentru prepararea ciclohexanului și a derivaților lui, este hidrogenarea catalitică a hidrocarburilor aromatice mononucleare.

În mod asemănător, prin hidrogenarea naftalenului se obține decalina.

b. Reacții de dehidrogenare.

c. Reacții de izomerizare.

Se pot obține derivați ai cicloalcanilor folosind complexul Corey și o halogenură de alchil.

e. Reacțiile de cicloadiție reprezintă un grup de metode folosite la sinteza unor cicluri definite. În cicloadiții sunt cuprinse reacțile fără eliminare; ele se clasifică după numărul atomilor cu care participă fiecare reactant la formarea ciclului.

Tipuri de cicloadiții:

Cicloadițiile [2 + 1] ,constau în adiția unei carbene sau a unui carbenoid la o alchenă.

Diazoderivații alifatici dau prin descompunere fotochimică sau în prezență de săruri de cupru, carbene [:CH2] (intermediari foarte reactivi).

Un alt agent de ciclopropanare este reactivul Simmons-Smith (1958)-iodura de metilen în prezență de cuplu Zn-Ag în soluție eterică. Transferul grupei metilen, are loc în acest caz printr-un intermediar organo-metalic numit carbenoid (ICH2Zn). Mecanismul acestei reacții este concentrat, prin stare de tranziție.

Acidul crizantemic (derivat al acidului ciclopropancarboxilic) este componenta acidă a unor esteri naturali din florile de piretru și are proprietăți insecticide.

Se obține sintetic din 2,5-dimetil-2,4-hexadienă și ester diazoacetic (cicloadiție 2+1).

Derivații ciclobutanului se formează în reacțiile de cicloadiție [2+2] ale alchenelor. Dimerizările de acest tip se realizează sub acțiunea luminii. Fluoroalchenele reacționează deosebit de ușor chiar cu alchene simple:

Reacțiile de cicloadiție [4+2] se numesc sinteze dien (reacția Diels-Alder).

2.3. Caracteristici spectrale

Spectrul I.R. conține vibrații de valență simetrice și asimetrice ale grupelor CH2.

Spectrul R.M.N. Poziția semnalelor grupelor CH2 din cicloalcan variază cu mărimea ciclului.

2.4. Proprietățile chimice și stabilitatea cicloalcanilor

O caracteristică a cicloalcanilor constă în faptul că proprietățile lor chimice nu sunt asemănătoare de-a lungul seriei omoloage ca la alcani, ci prezintă unele proprietăți caracteristice în funcție de mărimea ciclului.

a. Reacții specifice ciclurilor mici:

Ciclopropanul dă reacții de adiție cu deschiderea ciclului; acestea sunt favorizate termodinamic de energie mare a legăturilor C-C din ciclu, energie care se pune în libertate odată cu scindarea acestuia.

Se cunosc puține reacții ale ciclurilor mici care să nu ducă la deschiderea ciclurilor. Ciclopropanul dă reacții de substituție radicalică cu clor, în condiții blânde și conduce la un amestec de produși cu randament mic.

Alchilciclopropanul poate fi oxidat cu ozon adsorbit pe silicagel, în poziția α, fără deschiderea ciclului.

Ciclobutanul este mai puțin reactiv decât ciclopropanul. Nu reacționează prin deschidere de ciclu cu halogenii, nici cu hidracizii.

Reacții specifice ciclurilor normale (C5, C6, C7).

Cicloalcanii cu cicluri mari dau reacții asemănătoare cu cele ale alcanilor.

– Reacții radicalice

-Reacții ionice:

Izomerizarea cicloalcanilor în prezența acizilor Lewis este o reacție similară cu cea a alcanilor normali și ramificați. Reacțiile au loc cu mărire sau micșorare de ciclu și decurg prin transpoziția carbocationilor formați în urma extragerii unui ion de hidrură din molecula unui cicloalcan, sub acțiunea unui acid tare. În aceste condiții se stabileăte un echilibru între diverși izomeri, reacție care poate fi utilizată pentru caracterizarea stabilității lor, așa cum se observă în exemplele prezentate mai jos (C.D. Nenițescu și I. Cantumari, 1933):

Din poziția acestor echilibre rezultă stabilitatea termodinamică mai mică a ciclurilor mici și medii, față de echilibrele de 5 și 6 atomi.

– Ciclurile de 5 și 6 atomi de carbon se formează mult mai ușor decăt ciclurile mai mici sau mai mari.

Singurii cicloalcani identificați în petrol sunt derivați ai ciclopentanului și ciclohexanului.

Ciclurile medii (C8-C12) dau reacții de transanulare anormale, iar ciclurile mari (>C12) au stabilitate chimică remarcabilă.

II.5. Stereochimia cicloalcanilor

Spre deosebire de hidrocarbuile saturate aciclice care manifestă o varietate uniformă a proprietăților fizice și chimice în serie omoloagă, cicloalcanii au proprietăți diferite în funcție de mărimea ciclului.

Stabilitatea și reactivitatea ciclurilor se analizează luând în discuție următoarele:

Teoria tensiunii în cicluri (A. Baeyer);

Stabiltatea termodinamică a ciclurilor;

Conformația ciclurilor.

II.5.1. Teoria tensiunii în cicluri (A. Baeyer, 1885)

Prima încercare de explicare a structurii ciclurilor a lui A. Baeyer, pleacă de la ipoteza că toate ciclurile au o structură plană și deci unghiurile dintre valențele atomilor de carbon se modifică față de valoarea lor normală din alcani de 109°28’. Acest fapt creează o tensiune angulară (tensiunea Baeyer) manifestată prin creșterea conținutului de energie și deci destabilizarea structurii moleculare.

Devierea unghiurilor de valență de la valoarea normală pentru hidrocarburile aciclice (presupuse plane) se poate calcula cu ajutorul relației în care α este valoarea

în care α este valoarea unghiului din figura geometrică pe care o reprezintă ciclul. În ciclopropan, de exemplu, (α=60°) fiecare valență a atomului de carbon este deviată cu 24°44’. Conform unui calcul similar, în celelalte cicluri presupuse plane, devierile valențelor carbonului sunt:

Tabelul 2. Devierea unghiului de valență de la valoarea normală pentru hidrocarburile aliciclice

În această concepție inițială a unor cicluri considerate plane, ciclohexanul și inelele mai mari, ar fi tensionate în sens opus celor din ciclurile mici. Experimental, se constată însă că ciclurile de 5 și 6 termeni sunt cele mai stabile, stabilitatea lor putând fi comparată cu a alcanilor. Dintre ciclurile medii cel mai tensionat este ciclodecanul. Teoria tensiunii ciclurilor explică bine comportarea ciclurilor mici până la C5, nu și a ciclurilor obișnuite și mari. În realitate, conformația plană rigidă prevăzută de teoria clasică a lui Baeyer, nu o prezintă decât ciclopropanul.

Aplicarea limitată a teoriei tensiunii a fost argumentată de stabilitatea termodinamică a ciclurilor și de analiza conformațională a acestora.

II.5.2. Stabilitatea termodinamică a cicloalcanilor

Căldura de ardere este o măsură experimentală a stabilității termodinamice a unui compus organic. În seria omoloagă a alcanilor normali, căldurile de ardere (ΔHC) cresc în mod uniform cu creșterea numărului de atomi de carbon din moleculă.

În cazul cicloalcanilor, căldurile de ardere nu prezintă o variație uniformă în funcție de numărul de atomi de carbon ci ele depind de mărimea ciclului. Astfel, dacă se iau în considerare numai cicloalcanii simpli, se poate compara stabilitatea lor termodinamică, dacă se

calculează căldura de ardere corespunzătoare unei grupe CH2 din alcanii normali este de 157,4 kcal/mol. Valorile căldurii de ardere pentru o grupă CH2 din cicloalcani și diferența față de căldura de ardere a unei grupe CH2 dintr-un n-alcan sunt redate de tabelul 3.

reprezintă energia excedentară pentru o grupă CH2 din cicloalcanul respectiv și constituie o măsură a tensiunii din ciclu.

Tabelul 3. călduri de ardere pentru o grupă CH2 în serie omoloagă a cicloalcanilor (CH2)n.

Urmărind aceste date, se constată că o grupă CH2 din ciclopropan sau din ciclobutan este mai bogată în energie decât aceeași grupă din ciclohexan, cu 9,2 respectiv 6,5 Kcal/mol. Căldura de ardere pentru o grupă CH2 din ciclohexan are o valoare foarte apropiată de căldura de ardere a grupei CH2 din alcani, de unde rezultă stabilitatea ciclohexanulu și absența tensiunii în ciclu. Se remarcă o energie excedentară la inelele medii C8-C12, apoi energia pe grupă CH2 devine iarăși egală cu cea din alcani.

II.5.3. Conformația cicloalcanilor

Pentru a explica lipsa de tensiune a ciclohexanului, H. Sachae (1890) și E. Mohr (1918) fac presupunerea confirmată ulterior că ciclurile de 6 și mai mulți atomi de carbon nu au structuri plane, ci au structuri spațiale lipsite de tensiuni angulare. Atenția deosebită acordată problemelor

referitoare la analiza conformațională a ciclohexanului se datorește faptului că importante clase de compuși naturali ca glucidele, steroidele și terpenoidele conțin cicluri saturate hexaatomice.

II.5.3.1. Conformațiile ciclohexanului și a derivaților mono- și disubstituiți

A. Conformația ciclohexanului. Având în vedere faptul că atomii de carbon din ciclohexan tind să-și mențină configurația tetraedrică cu unghiul dintre legături de 109°28’, sunt posibile pentru acesta două forme izomere:

Izomeri de conformație ai ciclohexanului

În general, stabilitatea și conformația ciclurilor poate fi influențată de următoarele tensiuni:

– Tensiunea angulară sau Baeyer (devierea de la unghiul tetraedric normal);

– Tensiunea de torsiune (Pitzer), deci, devierea de la conformația intercalată;

– Tensiuni sterice datorate forțelor de repulsie și atracție dintre atomii nelegați: interacții 1,3-diaxiale; tensiune van der Waals; interacții dipol-dipol.

Ținând cont de acești factori putem caracteriza cei doi conformeri ai ciclohexanului astfel:

a. Conformația scaun:

– Este lipsită de tensiune angulară (unghiurile între valențe sunt normale ca și la alcani-109°5´).

– Molecula este lipsită de tensiuni torsionale (Pitzer) deoarece toate grupele CH2 se află în aranjări intercalate și deci nu apar repulsii sterice între atomi.

– Din studiul spectrelor I.R. , Raman, R.M.N., și a difracției electronilor s-a stabilit că la temperatura camerei, ciclohexanul este conformațional unitar, se află exclusiv în conformație scaun (O. Hassel, 1941), care este forma cea mai săracă în energie și deci cea mai stabilă.

– Conformerul scaun prezintă un grad mare de simetrie. Legăturile C-H au orientări diferite: șase legături C-H numite ecuatoriale (e) sunt orientate aproximativ paralel cu planul care trece prin mijlocul legăturilor C-C. Alte șase legături C-H numite axiale (a) sunt orientate perpendicular pe acest plan alternativ deasupra și sub plan (Hassel, 1943; Pitzer, 1947).

b. Conformația baie

– Este lipsită de tensiune angulară.

– Molecula are tensiune torsională (Pitzer) deoarece atomii de hidrogen din grupele CH2 nu se află toți în conformații intercalate. Atomii de hidrogen de la C2, C3 și C5, C6 se află în poziții eclipsate unii față de alții (ca de exemplu, etanul eclipsat). Cele două grupe CH2 care ies din planul celorlalte legături sunt singurele care se află în pozioții intercalate cu vecinii lor.

– Molecula are tensiune sterică, deoarece atomii de hidrogen de la C-1 și C-4 se găsesc la distanța de 0,183mm, mai mică decât suma razelor van der Waals a doi atomi de hidrogen carre este de 0,25 mm. Aceste efecte de conformație, determină ca forma baie să fie mai bogată în energie decât forma scaun cu aproximativ 7,1 kcal/mol. Din acest motiv nici un derivat al ciclohexanului nu apare în forma baie.

Ciclohexan forma baie.

În cursul unei conversii conformaționale de la un conformer scaun la alt conformer scaun echivalent energetic, se trece printr-o serie de conformații mai bogate în energie decât conformerul scaun. Bariera de energie maximă de 10,5 kcal/mol apare la conversia conformerului scaun în semiscaun în care datorită planarizării celor 5 atomi de carbon apar apar noi tensiuni angulare sau torsionale.

Interconversia formelor scaun ale ciclohexanului.

B. Analiza conformațională pentru compuși monosubstituiți ai ciclohexanului

Derivații monosubstituiți ai ciclohexanului pot exista bub forma a doi conformeri scaun în care substituenul poate avea o orientare ecuatorială sau axială. Metilciclohexanul se află într-

un echilibru conformațional rapid datorită rotației libere în jurul legăturii carbon-carbon din ciclu. La temperatura camerei, echilibrul conformațional este de 95:5 (ecuatorial:axial).

Izomeri de conformație ai metilciclohexanului

Examinând formulele de proiecție Newman ale metilciclohexanului se observă că în conformerul axial, grupa CH3 se află într-o conformație „gauche” față de atomii de hidrogen ai grupelor CH2 vecine (ca și la conformația „gauche” a n-butanului).

Conformerul ecuatorial este mai stabil cu cca 1,8 kcal/mol, deoarece în conformerul axial se produc interacții sterice între substituent și atomii de hidrogen axiali din pozițiile 3 și 5 (interacții 1,3).

Spectrul RMN al metilciclohexanului arată la temperatura obișnuită un semnal mixt ecuatorial+axial. La temperaturi coborâte, sub -35°, molecula îngheață în conformerul cel mai stabil, fapt confirmat de spectrul RMN.

Echilibrul ecuatorial-axial este suprimet la t-butil-ciclohexan, compusul există doar în conformația ecuatorială, datorită volumului mare al grupei t-butil.

Derivați disubstituiți ai ciclohexanului

La derivații disubstituiți ai ciclohexanului, apar izomeri geometrici și conformaționali cu stabilități diferite. În tabelul de mai jos, sunt prezentați izomerii de conformație, diasteroizomerii geometrice și enantiomerii pentru dimetilciclohexan.

Compușii subliniați sunt cei mai stabili.

Stabilitatea configurațională și conformațională a derivaților ciclohexanului se referă la cazurile în care interacțiunile între substituenți sunt de natură van der Waals.

Echilibrele conformaționale se pot modifica în cazul în care substituenții pot interacționa și în alt fel. De exemplu, cis-1,3-ciclohexandiolul, datorită posibilității de formare a legăturilor de hidrogen este stabilizat sub forma conformerului 1,3-diaxial.

II.5.3.2. Conformația ciclopentanului

Ciclopentanul formează un pentagon cu unghiuri de 108° între valențe, tensiunea angulară este aproape neglijată. Într-o structură plană, toți atomii de hidrogen ai grupelor CH2 se află eclipsați ceea ce determină o tensiune torsională (Pitzer) mare, de aproximativ 10 kcal/mol. În realitate, inelul ciclopentanului nu este plan. Respingerile exercitate de aceste legături C-H din grupele vecine, care se găsesc într-o conformație sin-eclipsată, obligă ieșirea din plan a unui atom de carbon cu aproximativ 0,075nm și micșorează astfel tensiunea de eclipsare a legăturilor carbon-hidrogen (tensiune Pitzer). Molecula adoptă o conformație plic („enveloppe”-lb. Fr.) cu unghiuri de valență mai tensionate (105°) . Există cinci asemenea conformații, în care fiecare atom de hidrogen iese pe rând din planul celor patru; ciclopentanul are o structură dinamică cu o pseudorotație a grupelor CH2 (K.S. Pitzer, 1945).

În această conformație plic, rămâne doar o singură legătură eclipsată. Atomii de hidrogen adoptă orientări pseudoaxiale și pseudoecuatoriale.

II.5.3.3. Conformația ciclobutanului

Ciclobutanul considerat mult timp plan, este și el neplanar, prin adoptarea conformației pliate, tensiunea torsională fiind astfel micșorată. Ciclobutanul prezintă tensiune angulară datorită deformării unghiurilor de valență C-C. Apar de asemenea și tensiuni conformaționale din cauza eclipsării legăturilor C-H; în plus există tensiuni de tip van der Waals datorită faptului că atomii de carbon nelegați din poziția 1,3 se găsesc într-o formă plană a ciclobutanului la 0,22 nm mai mică decât distanța corespunzătoare dintr-o catenă zig-zag de alcan normal de 0,25 nm. Micșorarea interacțiunilor dintre atomii de hidrogen este posibilă prin adaptarea unei conformații neplane a ciclului, printr-o pliere de-a lungul diagonalei pătratului. Unghiul cu care o grupă CH2 este ieșită din planul celorlalte trei grupări este de aproximativ 25°. Această geometrie a moleculei a fost determinată și prin difracție de electroni.

II.5.3.4. Conformația ciclopropanului

Ciclopronanul este singurul cicloalcan plan care se deosebește structural de ceilalți cicloalcani prin natura legăturilor sale. Caracteristic pentru ciclopropan este o micșorare a lungimii legăturii C-C de la 0,154 la 0,152nm. Calculele mecanic-cuantice prin metoda legăturilor de valență, indică pentru orbitalii care formează legăturile C-C o proporție de 80% p și 20% s (față de 75% p și 25% s în orbitalii sp3 obișnuiți). Legăturile C-H conțin 70% orbitali p și 30% s, fapt confirmat și prin spectroscopie 13C-RMN.

Creșterea proporției de orbital p în legăturile C-C determină o micșorare a unghiului dintre orbitalii atomici de la 109°28´ la 105°, precum și o creștere a reactivității moleculei față de reactivii ionici (reacții cu deschidere de ciclu).

Întrepătrunderea orbitalilor nu se realizează perfect coaxial ca în legăturile σ obișnuite ci în afara axei legăturilor C-C fomând orbitali moleculari curbați. Din acest motiv legăturile din ciclopropan au fost numite legături curbe sau legături tip „banană” care au caracter mai puțin saturat decât legăturile din alți cicloalcani.

Structura ciclopropanului

II.5.3.5. Conformația ciclurilor medii (C7-C12) și a ciclurilor mari (peste C12)

Cicloalcanii cu inele medii (C7-C12) au un conținut în energie mărit față de cel al ciclohexanului. Cauza este provocată de existența tensiunilor de conformație, datorită eclipsării

atomilor de hidrogen orientați spre interiorul ciclului. Tensiunea atinge un maxim la C10 și dispare la C14 (ciclotetradecan).

În cicloalcani cu inele mari (peste C12) catenele se pot aranja astfel ca atomii de hidrogen să existe în conformații intercalate, fără tensiuni torsionale apreciabile. Prin metoda ultradiluției (K. Ziegler, 1933) aplicată la condensări de nitrili și esteri s-au obținut cu randamente de peste 80% cicluri C12-C20.

Conformația moleculelor are un rol deosebit în chimia vieții, deoarece interacțiunea dintre un substrat (molecula de medicament și un receptor-partea activă proteică din organism) nu se poate produce decât dacă între substrat și receptor se crează o apropiere determinată de conformația părților ce interacționează.

II.6. Compuși carbociclici naturali

Numărul foarte mare de produși naturali cunoscuți,precum și varietatea structurilor acestora dovedesc capacitatea de sinteză, practic nelimitată a organismelor vii, mai ales a celor vegetale. Unii dintre acești compuși au structuri extrem de simple, ca de exemplu-metanul, alți au structuri deosebit de complexe.

Se cunosc mai multe modalități de clasificare a produșilor naturali, mai folosite sunt însă patru:

Clasificarea după structura chimică;

După activitatea fiziologică;

După specificitatea organismelor sau plantelor;

După originea biochimică.

Chimiștii organicieni sunt interesați de produșii naturali din mai multe motive. Mulți dintre acești compuși sunt medicamente foarte active, alții funcționează ca agenți de colorare și aromatizare, iar alții sunt importante materii prime.

Acest capitol tratează două clase de compuși naturali-terpeni și steroide, care din motivele rizentate au atras atenția chimiștilor organicieni.

Terpeni. Este binecunoscutul parfum emanat de frunzele plantelor proaspete. Mirosul este datorat eliberării unui amestec de compuși volatili, care în mod obișnuit conțin molecule cu zece, cincisprezece sau douăzeci de atomi de carbon, numiți terpene.

Acești compuși sunt folosiți în aromatizarea alimentelor (extracte din cuișoare și mentă), ca parfumuri (trandafir, lavandă) și ca solvenți (terebentina).

Organismele vii realizează cu ajutorul enzimelor sinteze complicate, pe căi diferite de cele folosite de chimiști în laborator. Cunoașterea proceselor biosintetice a făcut în ultimul timp

progrese considerabile, în special grație utilizării moleculelor marcate. S-a stabilit astfel că „pirofosfat-izopentilul”-izoprenul este punctul de plecare al biosintezelor tuturor izoprenoidelor, verificându-se astfel ipoteza care a stat la baza regulii izoprenice a lu Ruzicka: terpenii și terpenoidele pot fi construite formal prin unirea „cap la coadă” a unor unități de izopren (2-metil-1,3-butadienă).

Acidul crizantemic este o terpenă monociclică conținând un ciclu de trei atomi, fiind componentă acidă a unor esteri naturali din florile de piretru. Acești esteri sunt substanțe cu proprietăți insecticide, izomerul cis, în general fiind mai activ decât izomerul trans.

Acid trans-crizantemic (R≠H)

Ester trans-crizantemic (R≠H)

Ciclobutanul este prezent în structura grandisolului. De asemeni un exemplu de produs natural al ciclohexanului este mentolul (uleiul de mentă), în timp ce camforul (din arborele de camfor) și β-cadinemul (din cedru) sunt terpene biciclice simple.

β-cadinenul Camfor Mentolul

Steroidele sunt produși naturali tetraciclici ai 1,2- ciclo-penteno-perhidrofenantrenului cu activitate fiziologică puternică și care sunt foarte răspândite în natură. Steroidele funcționează frecvent ca hormoni, care sunt regulatori ai activității biochimice. În organismul uman ei controlează potența sexuală și fertilitatea, alături de alte funcții. Datorită acestor caracteristici, multe steroide. Adesea produși de sinteză de laborator, sunt folosiți în medicină, în tratarea cancerului, artritei, alergiilor și în contracepție.

În steroide trei cicluri sunt ciclohexanice, iar al patrulea ciclu este ciclopentanul. Cele patru inele se notează cu literele A-D. Numerotarea pozițiilor începe de la inelul A. Condensarea între inelele Bși C și între inelele Cși D este trans ca în cea a transbiciclo [4.4.0]-decanului. Majoritatea steroidelor conțin grupe metil la C-10 și C-13 și oxigen la C-3 și C-17.

Grupele de deasupra planului moleculei steroide sunt substituite, în timp ce, cele de dedesubtul planului nu sunt. Unul dintre cei mai importanți compuși din această clasă este colesterolul. Acesta este prezent în aproape toate țesuturile animale și umane, în creier, în pietrele din vezicula biliară și în sânge.

Corpul uman adult conține între 200-300g colesterol.

Acest steroid se consideră a fi responsabil al câtorva boli circlatorii, deoarece precipită în artere, cauzând arteroscleroza și bolile de inimă.

Din clasa steroidelor mai fac parte și o serie de hormoni produși de gonade, care determină dezvoltarea și funcționarea organelor sexuale precum și apariția așa-numitelor caractere sexuale secundare (creasta și bărbia cocoșului, colorația pielii unor pești, pilozitatea și vocea groasă a bărbatului, etc.).

Acești hormoni pot fi feminini și masculini. Hormonii feminini sunt de două tipuri: hormonul estrogen (estradiolul) și hormonul gestogen (progesterona), iar hormonul masculin este de un sigur tip (testosterona). Structurile acestor hormoni sunt:

Estradiol -17β Progesterona

Testosterona

Hormonii corticosteroizi au fost izolați din extractul adrenocortical și au proprietatea de a menține în viață animalele cu glandele suprarenale extirpate. Un exemplu în acest sens îl constituie cortizona.

Cortizona (17-hidroxi-11-dehidrocorticosteronă )

Controlul fertilității

Ciclul menstrual este controlat de trei hormoni proeici din glanda pituitară. Hormonul hipofizar feliculinostimulator (HFS) care induce creșterea ovulului, hormonul hipofizar luteotrop (HL) eliberat de ovare și hormonul pituitar care induce formarea de țesut ovarian numit “corpus luteum”, adică corp galben. Din moment ce începe ciclul și creșterea ovulului este inițiată, țesutul din jurul ovulului secretă cantități crescute de hormoni estrogeni.

Odată ce este realizată o anumită concentrație a estrogenului în curentul sanguin, producerea hormonului HFS se oprește.

Ovulul este eliberat în acest stadiu ca răspuns la HL. În momentul ovulației, HL-ul declanșează și formarea corpului galben, care începe să secrete în schimb, cantități crescute de progesteron. Progesteronul suprimă ovulațiile următoare prin încetarea producției de HL. Dacă ovulul nu este fertilizat, corpul galben și ovulul sunt eliminate.

Sarcina, pe de altă parte, duce la creșterea producției de hormoni estrogeni și progesteron pentru a preveni secreția hormonului pituitar și astfel realizarea ovulației.

Pilulele sunt alcătuite dintr-un amestec de estrogen sintetic puternic și derivați ai progesteronului mai puternici decât hormonii naturali și atunci când sunt luate pe parcursul întregului ciclu menstrual previn atât dezvoltarea ovulului cât și ovulația, prin oprirea producerii de HFS și HL.

Una dintre pilulele comercializate conține o combinație de noretinodrel (2,5 mg) și mestranol (0,1 mg):

noretinodrel mestranol

II.7. Aplicații

Denumiți compușii de mai jos:

a)

b)

c)

d)

Stabiliți formulele de structură ale izomerilor ce corespund formulei moleculare C5H12 și C8H18.

Denumiți substanțele respective;

Indicați pentru fiecare izomer atomii de carbon primar, secundari, terțiari.

Care este alcanul cu M = 72 care prin clorurare formează doi izomeri diclorurați.

Se ard 5,8 g de butan. Să se determine:

volumul de oxigen și volumul de aer necesar arderii;

volumul bioxidului de carbon rezultat. Gazele sunt măsurate la 0° și 1 atm.

Pentru obținerea negrului de fum se ard 336 m3 de metan. Să se determine:

cantitatea de negru de fum obținută;

volumul de aer necesar reacției.

Volumele gazelor sunt măsurate la 0° și 1 atm.

Metanul se prepară în laborator, prin acțiunea apei acidulate, la cald, asupra carburii de aluminiu. Să se determine:

masa de carbură de aluminiu care rezultă prin reducerea cu carbon a 0,5 kg oxid de aluminiu;

volumul de metan, măsurat la 0° și 1 atm, care se poate obține din această carbură.

Se arde un amestec de 5 cm3 hidrocarbură gazoasă cu 12 cm3 oxigen. După condensarea vaporilor de apă au rămes 7 cm3 de gaze care se reduc la 2 cm3 prin absorbție în soluție de hidroxid de potasiu. Toate volumele gazelor au fost măsurate în aceleași condiții de temperatură și presiune. Să se stabilească formula moleculară a hidrocarburii.

Un amestec de combustibil gazos este format din 20 cm3 de hidrocarbură și 140 cm3 oxigen. După combustia amestecului și răcire se obține un volum de gaz egal cu 90 cm3 din care 80 cm3 sunt absorbiți în soluție de hidroxid de potasiu. Volumul gazelor sunt măsurate în aceleași condiții de temperatură și presiune. Se cere:

formula brută a hidrocarburii;

densitatea sa în raport cu aerul,

formulele diverșilor izomeri.

Cantitatea de căldură degajată prin arderea unei cantități de butan corespunzând masei moleculare este de 690,2 kcal. Să se calculeze puterea calorică a butanului în kcal/kg sau în kcal/m3.

Capitolul III. Aspecte metodice

Didactica, ca ramură a pedagogiei, este știința de a-i învăța pe alții. Didactica studiază procesul de învățământ prin prisma relației predare-învățare, urmărind dezvoltarea armonioasă și de ansamblu a personalității elevului, sau studentului, în concordanță cu idealul educațional și cu sarcinile sociale ale epocii.

Metodica este o disciplină de graniță apărută la confluența dintre didactica generală și diferitele obiecte de învățământ; este didactica aplicată. Metodica studiază organizarea și desfășurarea procesului de instruire la o anumită disciplină de studiu fiind o știință explicativă și normativă.

Metodica oferă, pentru fiecare disciplină de studiu, soluții și indicații concrete problemelor pe care le ridică învățarea disciplinei respective, locul acestei discipline în formarea personalității, conținutul, metodele și formele de organizare ale însușirii disciplinei respective.

Pregătirea metodică reprezintă una din laturile esențiale ale pregătirii generale ale profesorului, determinată pentru fundamentarea științifică a activității de predare-învățare.

Alături de pregătirea științifică, pregătirea psihopedagogică și metodică oferă jaloanele de bază necesare pentru o cât mai eficientă transmitere a conținutului conceptual și formativ, în activitatea de învățare a unei discipline.

Chimia este o disciplină fundamentală care face parte din planurile de învățământ. Didactica chimiei este știința care precizează modul de organizare a învățării și predării chimiei.

Prin predarea chimiei se urmărește formarea unei gândiri științifice ,stimulează curiozitatea, spiritul de observație, inteligența și motivația învățării.

Metodica predării chimiei, ca didactică specială, aplică în mod creativ principiile teoretice generale ale procesului de învățământ, la munca didactică de zi cu zi. Având legături complexe cu didactica generală, metodica dezvoltă și aprofundează problemele teoretice ale predării chimiei, în conformitate cu specificul acestui obiect de învățământ.

Metodica predării chimiei imprimă specificul predării conținutului disciplinei respective în școala generală și liceu.

Metodica predării chimiei urmărește fundamentarea științifică a procesului de învățământ al chimiei și face recomandări privind metodele, mijloacele și strategiile de optimizare a acesteia, dorindu-se astfel un ghid teoretic și practic pentru profesor, conducătorul nemijlocit a activității de învățare școlară a chimiei.

III.1. Definirea competențelor instructiv-educative.

În sens larg, conceptul de competență se definește ca fiind capacitatea unei persoane de a antrena un ansamblu integrat de resurse cognitive, afective, gestuale etc. pentru a realiza o serie de sarcini sau de situații problemă.

În sens pedagogic, competența este ansamblul structurat de cunoștințe și deprinderi dobândite prin învățare.

Competența este un potențial care trebuie probat și demonstrat de elev în situații concrete.

Un elev deține o competență numai dacă acel potențial este probat,demonstrat și verificat în situații concrete. Pentru a proba o competență, elevul trebuie să mobilizeze resursele necesare.

„A mobiliza” resursele înseamnă a le identifica, a le combina și a le activa în situații concrete. Resursele necesare unei competențe se compun din: cunoștințe (a ști), deprinderi (a face), atitudini

, valori (a deveni).

Curriculumul național pentru învățământul gimnazial pune accent pe 8 domenii de competențe cheie:
a) competența de comunicare în limba română și în limba maternă, în cazul minorităților naționale;
b) competențe de comunicare în limbi străine;
c) competențe de bază de matematică, științe și tehnologie;
d) competențe digitale de utilizare a tehnologiei informației ca instrument de învățare și cunoaștere;
e) competențe sociale și civice;
f) competențe antreprenoriale;
g) competențe de sensibilizare și de expresie culturală;
h) competența de a învăța să înveți.

Curriculum centrat pe competențe are următoarele trăsături:

– Este centrat pe elev;

– Este orientat spre practica profesională;

– Are o abordare constructivistă;

– Profesorul este ghid al învățării,

– Promovează crearea unor situații de învățare bazate pe formarea de competențe;

– Evaluarea este centrată pe competențe.

Programa școlară la obiectul chimie prevede competențe generale și competențe specifice

Competențele generale au un grad ridicat de generalizare și complexitate și au rolul de a orienta actul didactic către dobândirea de achiziții de către elevi prin învățare.

Programa de chimie pentru învățământul gimnazial prevede următoarele competențe generale :

1.Explicarea unor fenomene, procese, procedee întâlnite în viața de zi cu zi ;

2.Investigarea comportării unor substanțe sau sisteme chimice ;

3.Rezolvarea de probleme în scopul stabilirii unor corelații relevante,

demonstrând raționamente deductive și inductive ;

4.Comunicarea înțelegerii conceptelor în rezolvarea de probleme, în formularea explicațiilor, în conducerea investigațiilor și în raportarea rezultatelor;

5.Evaluarea consecințelor proceselor și acțiunii produselor chimice asupra propriei persoane și asupra mediului .

Competențele specifice derivă din competențele generale și sunt îndeplinite pe parcursul unui an școlar. Fiecărei competențe specifice îi corespunde o unitate de conținut.

În funcție de competențele generale și specifice prevăzute în programa școlară,profesorul are rolul de a stabili obiectivele operaționale ale fiecărei lecții, care descriu concret ce va ști și ce va fi capabil să facă elevul la sfârșitul unei activități de instruire.

Operaționalizarea obiectivelor didactice se realizează cu ajutorul algoritmilor , care sunt cunoscuți sub numele de proceduri

III.2. Metode de învățământ

Termenul de metodă derivă de la cuvântul grecesc ,, methidos” care se traduce ,, cale spre”.

Sarcinile didactice , impuse de activitatea instructiv educativă , se realizează cu ajutorul metodelor de învățământ. Metodele de învățământ constituie elementul fundamental al unei strategii didactice, și pot fi definite ca mijloace de acțiune cu ajutorul cărora , elevii sub îndrumarea profesorului sau în mod individual , dobândesc cunoștințe, își formează și dezvoltă deprinderi, aptitudini, priceperi și atitudini.

Metodele didactice se clasifică în funcție de următoarele criterii:

1. după criteriul istoric: – clasice ( tradiționale): expunerea, conversația, exercițiul

– moderne( turul galeriei, explozia stelară)

2. după funcția didactică:

– de predare – învățare: – de transmitere de cunoștințe( expunerea, problematizarea)

– de formarea priceperilor și deprinderilor( exercițiul, lucrările practice)

– de evaluare(portofoliul, proiectul)

3. după modul de organizare a activității elevilor:

– frontale (expunerea, demonstrația)

– individuale( lectura)

– de grup ( studiul de caz, mozaicul)

– combinate ( experimentul)

4. după strategia didactică:

– algoritmice ( exercițiul, demonstrația)

– euristice (problematizarea)

5. după sursa cunoașterii – explorarea directă și indirectă

O altă clasificare a metodelor de învățământ a fost propusă de profesorul I Cerghit:

de comunicare orală(dialogul, dezbaterea, problematizarea)

de comunicare bazate pe limbajul intern ( reflexia personală)

de comunicare scrisă ( tehnica lecturii)

de explorare a realității:- directă ( observarea , experimentul)

-indirectă( demonstratia, modelarea)

de acțiune( exercițiul, proiectul, lucrările practice

modele de raționalizare a învățării și predării( algoritmizarea, instruirea asistată de calculator)

În alegerea metodelor de învățământ rolul decisiv îl are profesorul, care trebuie să țină

seama de :

obiectivele urmărite,

conținutul de învățat;

particularitățile de vârstă ale elevilor;

condițiile materiale;

timpul avut la dispoziție;

competența sa profesională.

Metodele didactice tradiționale au rolul de a transmite și asimila cunoștințele în felul următor: emițător- cadrul didactic, receptor- elevul.

Caracteristicile metodelor tradiționale:

pun accent pe latura informativă;

elevul este obiect al instruirii;

sunt o reproducere a cunoștințelor;

au un caracter formal;

Relația profesor – elev este autocratică

Metodele moderne constituie un proces activ și complex, prin care elevul pentru a dobândi o cunoaștere autentică trebuie să treacă cunoștințele prin filtrul gândirii proprii .

Caracteristicile metodelor moderne:

-dezvoltă personalitatea elevilor;

vizează latura formativă;

sunt centrate pe elevi;

sunt centrate pe acțiune;

încurajează învățarea prin cooperare;

stimulează motivația

sunt orientate spre proces;

se încurajează creativitatea elevilor;

relația profesor – elev este democratică.

În continuarea voi prezenta în detaliu câteva metode didactice de predare – învățare –evaluare tradiționale și moderne, pe care le-am folosit în activitatea didactică.

III.2.1 Metode tradiționale

III.2.1.1 Expunerea

Expunerea este o metodă de predare, verbală, expozitivă, care poate îmbrăca mai multe variante: povestirea, explicația, prelegerea și descrierea.

Povestirea, constă în prezentarea obiectelor , fenomenelor și evenimentelor sub formă

narativă sau descriptivă, prin care profesorul nu lărgește numai cercul de cunoștințe al elevilor , ci le stimulează imaginația și voința. Expunerea profesorului trebuie să fie corectă, limpede, accesibilă elevilor, cu fraze simple și clar pronunțate. Această metodă se poate folosi la prezentarea biografiei unor chimiști, a unor descoperiri științifice din domeniu și a unor legi chimice.

Explicația, constă în expunerea logică și argumentată a unor reguli, legi, principii și

probleme. Eficacitatea ei crește cu cât este însoțită de un material intuitiv și demonstrativ cât mai variat.

În vederea denumirii alcanilor cu catenă ramificată , profesorul poate folosi cu succes această metodă.

Prelegerea, se deosebește de povestire și explicație printr-o expunere științifică mai

riguroasă și prin durata ei. Prelegerea se folosește mai puțin în clasele gimnaziale, dar la anumite lecții în care este necesară explicația unor legi și teorii științifice poate fi utilizată.

Prelegerea poate fi asociată cu dezbaterea , căpătând sensul de ,, prelegere- dezbatere”; în acest caz volumul de cunoștințe vehiculat poate fi mai mare.

Descrierea este o metodă de expunere verbală, care însoțește în mod curent demonstrația experimentală.

De exemplu, la realizarea în laborator a reacției dintre hexan și brom, cu ajutorul descrierii, profesorul familiarizează pe elevi cu părțile componente ale aparaturii folosite.

III.2.1.2 Conversația este metoda de învățământ prin care profesorul realizează o

convorbire sau un dialog cu elevii. Cu ajutorul întrebărilor stimulează gândirea elevilor în vederea găsirii de soluții și formularea unor cunoștințe, reguli și concluzii, legate de tema lecției .

Conversația are două forme:

Conversația euristică

Conversația catehetică

Conversația euristică( socratică) constă într-un lanț de întrebări, care conduc spre un răspuns final pe care profesorul îl presupune și îl așteaptă. Profesorul orientează în permanență gândirea elevilor prin felul și succesiunea întrebărilor , astfel încât pas cu pas ajunge la noutatea propusă.

Conversația euristică poate fi:

Individuală ( profesor- elev);

Frontală ( profesor – clasă)

Conversația catehetică vizează reproducerea cunoștințelor asimilate anterior ,contribuind la fixarea și consolidarea lor. Totodată profesorul poate constata nivelul de pregătire al elevilor la un moment dat.

Exemple de întrebări ce pot fi adresate elevilor:

Ce sunt alcanii?

Cum se formează denumirea alcanilor?

Care sunt metodele de obținere ale alcanilor?

III.2.1.3 Demonstrația este metoda de bază folosită în predarea intuitivă a chimiei, și constă în prezentarea, descrierea și explicația unui material intuitiv și demonstrativ, sau efectuarea unor experiențe în fața elevilor.

În cadrul lecțiilor de chimie, demonstrația poate avea următoarele forme:

1. Demonstrarea proprietăților substanțelor în condiții naturale

Este o metodă foarte valoroasă, care determină la elevi formarea unor reprezentări cu un conținut concret, clar și exact. Diferitele substanțe chimice se pot prezenta elevilor fie sub forma materialului de distribuit, fie a unor colecții materiale (mostre).

De exemplu, în cazul studierii metanului elevii ,cunoscându-l sub numele de gaz metan, pot constata că este un gaz incolor și inodor.

Demonstrația proprietăților substanțelor se face orientând observațiile elevilor prin îndrumări și întrebări adecvate, astfel ca ei să perceapă trăsăturile caracteristice esențiale și să nu urmărească aspecte secundare, neînsemnate.

2.Demonstrarea cu ajutorul metodelor și materialelor grafice

Când nu se poate face demonstrarea în condiții naturale, intuirea poate fi realizată prin folosirea de material didactic, care reprezintă realitatea în mod schematic. Acest material poate fi spațial sub formă de modele, machete, sub formă de tabele, schițe, diagrame.

De exemplu, structura alcanilor poate fi descrisă folosind modelele cu tije și bile pentru a reprezenta alcanii.

3.Demonstrarea prin folosirea tablei

În predarea chimiei, desenul folosit în scop didactic este un material auxiliar prețios, care însoțește expunerea verbală, ușurând înțelegerea și asimilarea cunoștințelor.

Specificul obiectului impune, alături de desen, folosirea tablei și pentru scrierea formulelor și reacțiilor chimice. Reprezentarea simbolică a compoziției substanțelor și a reacțiilor chimice nu este numai un element obișnuit de scriere pentru sistematizare, ci și un mijloc de a explica modul cum pe baza valențelor se unesc atomii diferitelor elemente, pentru a forma o anumită substanță chimică cu compoziție constantă sau de a înfățișa transformările calitative ale substanțelor, pe baza schimbărilor cantitative.

4.Demonstrarea cu ajutorul mijloacelor tehnice moderne

Prezentarea materialului intuitiv cu ajutorul aparatelor de proiecție moderne (diapozitive, retroproiectoare și filme) ușurează selectivitatea perceptivă.

5.Demonstrarea cu ajutorul „experienței de laborator”.

La lecțiile de chimie, experiența demonstrativă joacă un rol hotărâtor; celelalte metode sunt doar completări, când demonstrația experimentală nu este posibilă.

În orice experiență demonstrativă se pot deosebi trei faze:

-cunoașterea aparaturii;

– demonstrarea experienței;

-stabilirea concluziilor ce rezultă din experiență.

Metodica prezentării experiențelor de chimie poate fi diferită, în funcție de scopul experienței preconizate, dar ea va pune întotdeauna accent pe legătura indisolubilă dintre experiență și teorie. Pot fi mai multe cazuri:

– Experiența se face pentru descoperirea unui anumit fenomen chimic sau pentru stabilirea unor legi;

– Experiența poate fi executată de către profesor, fără să se indice scopul, pregătind terenul pentru tragerea concluziilor;

– Profesorul ,poate în unele cazuri, să execute o experiență fără să o descrie sau să vorbească despre rezultatele ei, punându- pe elevi în situația de a observa și a concluziona singuri.

– În cazuri mai rare, profesorul poate descrie experiența și da și rezultatele ei.

Unele experiențe pot fi refăcute de elevi în cadrul orelor de recapitulare, în acest mod cunoștințele fixându-se mai temeinic.

Această metodă de demonstrație implică formarea capacităților și deprinderilor de activitate independentă și creativă.

III.2.1.4 Modelarea este o metodă de predare –învățare în cadrul căreia mesajul ce urmează a fi transmis este cuprins într-un model.

Modelul reprezintă o reproducere simplificată a unui „original” (obiect, fenomen, proces tehnologic).

Tipurile de modele subscrise acestei metode au caracter activ-participativ și pot fi nominalizate astfel:

Modele obiectuale (materiale sau fizice). Ele pot fi relativ similare cu cele originale sau miniaturizate.

Modele iconice (figurative), cum sunt : scheme, schițe, grafice, fotografii, diagrame, simboluri intuitive.

Modele ideale (abstracte sau logico-matematice) exprimate prin concepte, judecăți și raționamente analogice, sau prin legi, teorii, formule, procente.

În predarea chimiei se folosește, mai frecvent, modelarea similară și modelarea prin analogie.

Modelarea similară, se realizează prin intermediul modelelor materiale care reproduc fidel sistemul original (forma exterioară și structura internă a acestuia).

În cadrul chimiei organice acestea ajută la înțelegerea de către elevi a modului de aranjare a atomilor în molecule și sunt folosite pentru studierea catenelor, a izomeriei conformaționale, a stereoizomeriei. În explicarea acestor termeni se poate opera folosind:

-Modele care arată orientarea valențelor în spațiu (unghiurile de valență). Din această categorie fac parte modelele ace-bile, introduse în practica chimică de către Vant´Hoff. Ele permit reprezentarea rotației interne a moleculelor (de exemplu, cazul etanului), aprecierea cazurilor favorizate energetic în funcție de orientarea atomilor în moleculă, stabilirea distanțelor între atomii legați indirect.

-Modele de schelet (modele Dreiding): redau la scară unghiurile și legăturile de valență fără a putea prezenta, însă, o imagine corectă la atomii sau grupele de atomi nelegați direct.

-Modelele de volum (H.A. Stuart), reprezintă, concomitent cu unghiurile de valență, razele covalente și razele efective ale atomilor.

În aceste modele atomii sunt reprezentați prin modele sferice, sferele prezentând două, trei sau patru tăieturi, în funcție de valența atomului. Baza sferei este proporțională cu raza de acțiune a atomului, distanța de la centrul sferei până la lanul tăieturii este proporțională cu raza covalentă, iar unghiul dintre perpendicularele din centrul sferei la planul tăieturilor este egal cu unghiul de valență. Calotele și modelele sunt confecționate din lemn sau material plastic și se colorează în diferite culori stabilite pentru fiecare element.

Modelarea prin analogie se bazează pe o analogie dintre model și original. Modelarea prin analogie se obiectivează prin modele simbolice teoretice sau logico-matematice (abstracte-ideale) caracterizate prin absența formei substanțiale (fizică).

Chimia folosește ca modele teoretice, ideale, modelele simbolice: simbolurile chimice ale elementelor, liniuțele ce indică legăturile simple, duble, triple; punctele care desemnează electronii; formulele moleculare și de structură; săgețile drepte, săgețile cu dublu sens, săgețile curbe.

Modelarea se deosebește de alte metode prin faptul că, în cazul ei, concluziile nu se limitează la modelul folosit, ele trebuind să realizeze saltul de la modelul propus (folosit) la original.

III.2.1.5 Algoritmizarea constă utilizarea și valorificarea algoritmilor.

Algoritmii sunt operații efectuate într-o ordine aproximativ constantă, prin care se ajunge la rezolvarea unei serii de probleme de același tip.

Se disting următoarele tipuri de algoritmi:

Algoritmi de percepere, înțelegere, generalizare și sistematizare a cunoștințelor, cum sunt: conceptele, judecățile, raționamentele, formulele;

Algoritmi de recunoaștere, așa cum sunt regulile de stabilire a unui anumit tip de probleme (ipotetic, de calcul, de investigație);

Algoritmul de rezolvare (execuție), așa cum sunt regulile de rezolvare a unui tip de probleme;

Algoritmi optimali, contribuie la alegerea soluției celei mai bune de rezolvare dintr-o serie de variante posibile;

Algoritmi de repetare, care se bazează pe anumite reguli de transformare a acțiunilor în reflexe, deprinderi intelectuale, morale;

Algoritmi de creație, folosiți în învățare, cercetare, bazați pe gândirea productivă de tip divergent;

Algoritmi de programare și dialogare cu calculatorul, care folosesc diverse limbaje de programare, coduri de dialogare.

III.2.1.6 Problematizarea constă în crearea unei situații- problemă în depășirea căreia, prin efort propriu , elevul învață ceva nou.

După opinia lui T. V. Kudreavțev , există mai multe tipuri de situații- problemă. Acestea se creează atunci când:

– apare un dezacord între vechile cunoștințe ale elevului și cerințele impuse de rezolvarea unei probleme;

– elevul trebuie să aleagă, dintr-un lanț sau sistem de cunoștințe, numai pe acelea care îi vor fi necesare în rezolvarea problemei, completând datele care lipsesc;

– elevul este pus în fața unei contradicții între modul de rezolvare a problemei posibil din punct de vedere teoretic – și imposibilitatea de aplicare în practică;

– elevul este solicitat să,,vadă” dinamica mișcării în statica unei scheme;

– i se cere elevului să aplice cunoștințe învățate anterior, în condiții noi.

Dintre formele concrete prin care se realizează instruirea problematizată se pot cita:

Situația-problemă

Este tipul de problematizare care produce o stare conflictuală puternică și complexă, incluzând un sistem de probleme teoretice sau practice ce se cer rezolvate, așa cum ar fi, de exemplu, obținerea unei anumite substanțe într-o lucrare de laborator.

Întrebarea-problemă

Produce o stare conflictuală intelectuală relativ restrânsă ca dificultate sau complexitate, abordând, de regulă, o singură chestiune. Acest tip de problematizare se folosește la verificările curente, examene orale.

Întrebările-problemă nu urmăresc răspunsuri predeterminate și nici nu reclamă simple expuneri ale faptelor, ci trebuie să trezească curiozitatea intelectuală, dorința de a găsi răspunsul. Răspunsul obținut prin rezolvarea situației conflictuale, determinate de întrebarea-problemă, constituie o condiție a trecerii elevilor la o nouă etapă de informare în domeniul chimiei.

Întrebările-problemă se deosebesc de întrebările folosite la lecțiile clasice prin aceea că determină o situație de conflict informațional, care-l obligă pe elev să realizeze selecții, ierarhizări, prelucrări și reorganizări ale datelor acumulate de el până atunci, pentru a le transforma în cunoștințe noi.

De exemplu:

Exerciții problematizate

Problematizarea se poate realiza și cu ajutorul exercițiilor problematizate, care, și ele, produc un conflict intelectual sau informațional mai mult sau mai puțin complex.

De exemplu:

Scrieți izomerii de catenă ai alcanului cu formula moleculară C6H14.

Se consideră schema:

Unde A este o hidrocarbură ce conține 25%H.

Identificați hidrocarbura A;

Scrieți ecuațiile reacțiilor din schemă.

Exercițiile problematizate pot fi rezolvate individual sau în grup, imediat sau după un anumit interval de timp.

III.2.1.7 Descoperirea constă în reactualizarea experienței și a capacităților individuale în vederea aplicării lor asupra unei situații – problemă prin explorarea diverselor sale alternative și găsirea soluției, tradusă în cunoștințe noi, procedee de acțiune și de rezolvare. Până să ajungă la

soluție, elevul desfășoară o intensă activitate independentă de observare, prelucrare , achizițiile sale fiind mai trainice și la un nivel de operaționalitate mai ridicat.

Învățarea prin descoperire poate să se realizeze sub următoarele forme:

În funcție de gradul de implicare al elevilor în învățare:

– Redescoperire dirijată și independentă.

Redescoperirea este o activitate de explorare-investigație prin care se recreează ceea ce a descoperit și omologat cunoașterea umană în domeniul respectiv de specialitate.

Învățarea prin descoperire poate fi dirijată, elevul îmbinând efortul personal cu îndrumarea de specialitate a profesorului, sau poate fi personală, recrearea (redescoperirea) adevărului realizându-se numai pe baza eforturilor individuale ale celui care învață.

– Descoperirea creativă.

Este o învățare inventivă, în cadrul căreia elevul aduce ceva nou sub raport teoretic sau alicativ îtr-n domeniu de specialitate. În acest caz profesorul se transformă într-un îndrumător al elevului în procesul instruirii.

În funcție de demersul logico-euristic al actului de descoperire

– Descoperire inductivă

Folosește raționamentele inductive, care acționează de la concret la abstract, de la particular la general, de la inferior la superior, folosind diferite operații logice (ex. comparația, analiza, sinteza, abstractizarea, generalizarea). Este o explorare mintală sau experimentală, bazată pe observații, determinări, care duc la generalizări științifice: concepte, idei, metode de lucru etc.

Ca exemplu de descoperire de tip inductiv poate fi halogenarea metanului, conform etapelor:

Mecanismul este:

Elevii pot generaliza acest mecanism pentru obținerea CHCl3, CCl4.

-Descoperirea deductivă

Folosește raționamentele deductive, care acționează de la general la particular, de la abstractul generalizat la concretul logic. Descoperirea deductivă este o explorare mintală bazată pe strategie algoritmică, generalizările, adevărurile descoperite fiind rezultatul raționamentelor deductive, care trebuie verificate și experimental.

În toate lecțiile de chimie, alături de alte forme de învățare se folosește și cea prin deducție, deoarece legile, relațiile cantitative, dependențele funcționale dintre parametrii chimiei, se obțin în general prin raționament deductiv.

-Descoperirea analogică

Folosește raționamentul deductiv de asemănare și transfer de informație. Descoperirea analogică este probabilă, ea ajută doar la emiterea unei ipoteze plauzibile, care satisface temporar cunoașterea. Descoperirea analogică necesită investigare și verificare experimentală.

-Descoperirea transductivă

Are la bază raționamentul ipotetico-deductiv, dinamizat de imaginație și gândire, care facilitează emiterea de poteze, inovații, idei, tehnologii noi; dar aceste ipoteze și soluții noi trebuie supuse unor verificări experimentale.

În funcție de contribuția informativă adusă prin descoperire.

-Descoperirea prin documentare informativă și practică.

Este o descoperire de reconstituire (redescoperire) a adevărurilor științific-aplicative, de dobândire prin efort personal, sau prin îmbinarea efortului propriu cu sprijinul profesorului, a cunoștințelor teoretice și practice necesare dezvoltării personalității și pregătirii profesionale. Ea poate deveni și creativă prin combinarea și recombinarea datelor obținute.

-Descoperirea experimentală

Este specifică investigației prin experimentul de laborator, prin stații pilot, atât pentru descoperirea unor adevăruri noi, cât și pentru verificarea adevărurilor obținute pe alte căi de învățare prin descoperire.

III.2.1.8 Rezolvarea de exerciții și probleme

Exercițiile și problemele contribuie la însușirea mai clară a noțiunilor de chimie și dau viață formulelor și reacțiilor chimice. Ele sunt un mijloc foarte bun de a aplica legile chimiei în rezolvarea unor situații practice, servind la aprofundarea și lărgirea cunoștințelor de specialitate.

În cadrul predării chimiei se pot folosi diferite categorii de exerciții și probleme.

Ca exerciții se folosesc:

Exerciții pentru însușirea limbajului chimic, fixarea și consolidarea cunoștințelor

În acest caz elevii fac exerciții în aproape toate lecțiile, când folosesc formulele și ecuațiile chimice, pentru a reprezenta substanțele ce iau parte și rezultă dintr-o reacție.

Uneori se pot da exerciții speciale de scriere a formulelor chimice, pe baza dictării denumirii raționale a diferitelor substanțe. De exemplu:

Care este structura corectă pentru 3,3-dimetilhexan?

Exerciții pentru dobândirea de deprinderi practice de lucru în laborator.

Acest tip de exerciții au o mare importanță pentru dobândirea deprinderilor practice de lucru în laborator.

În timpul lucrărilor de laborator, sau folosindu-i ca ajutor la efectuarea experiențelor demonstrative, elevii execută anumite exerciții de mânuire a aparaturii de laborator și a reactivilor. Ei capătă deprinderi practice de a monta o instalație simplă sau mai complexă, de a face o filtrare, de a pregăti reactivi, de a încălzi sau agita o eprubetă.

Problemele pot fi încadrate în următoarele categorii:

Probleme care se rezolvă prin calcul matematic (probleme cantitative)

Metodica rezolvării acestor probleme este următoarea:

citirea enunțului problemei și scrierea datelor pe tablă;

clasificarea enunțului pentru ca toți termenii să fie înțeleși de către toți elevii;

reamintirea noțiunilor teoretice corespunzătoare;

analiza cuprinsului problemei, pentru a vedea ce date se cunosc și ce date sunt necesare (rezolvarea problemei întâi calitativ);

stabilirea formulelor și ecuațiilor chimice necesare pentru rezolvarea problemei;

aflarea valorilor numerice pe baza calculului matematic;

analiza rezultatului final (dacă rezultatele sunt în concordanță cu datele problemei și nu contravin legilor chimiei).

Probleme-întrebări (probleme calitative)

Mai importante sunt așa numitele probleme-întrebări, care pot fi folosite în aproape toate lecțiile, pentru dezvoltarea gândirii elevilor, pentru clasificarea specificului diferitelor fenomene chimice și pentru înțelegerea legăturii dintre cunoștințele chimice și viață.

Pentru aceste probleme se pot folosi și unele întrebări recapitulative din carte, dar, de obicei, problemele sunt formulate de către profesor.

III.2.1.9 Studiul cu manualul reprezintă un ansamblu de acțiuni prin care se urmărește formarea priceperilor și deprinderilor necesare în vederea utilizării corecte și eficiente a manualului. Folosind manualul, elevii își însușesc cunoștințele predate și dobândesc priceperi și deprinderi de muncă independentă.

Altfel spus, elevul să fie obișnuit treptat să se desprindă de tutela profesorului, prin lectură individuală dirijată în clasă, care, începând cu clasele gimnaziale, devine o practică frecventă.

III.2.2 Metode moderne

III.2.2.1 Metoda cubului este o metodă utilizată atunci când se urmărește explorarea unei teme din mai multe perspective.

Etape ale desfășurării:

anunțarea temei;

parcurgerea unității de conținut propusă( texte, materiale auxiliare, bibliografie);

împărțirea clase de elevi în șase echipe eterogene;

alegerea liderului echipei;

confecționarea cubului de hârtie;

înscrierea pe fiecare față a cubului câte o sarcină de lucru ( analizează, descrie, compară, asociază, aplică, argumentează);

examinarea temei propusă pe una din fețele cubului de fiecare echipă;

prezentarea în plen a rezultatelor de către liderul de grup;

sistematizarea de către profesor a rezultatelor expuse de elevi.

III.2.2.2Mozaicul ( Jigsaw) sau “metoda grupurilor interdependente”, este o strategie bazată pe învățarea în echipă . Fiecare elev are o sarcină de studiu în care trebuie să devină expert. El are în același timp și responsabilitatea transmiterii informațiilor asimilate, celorlalți colegi.

ETAPE ȘI FAZE:

1. Pregătirea materialului de studiu:

• Profesorul stabilește tema de studiu (de exemplu “Alcani-definiție, structură, nomenclatură, izomerie, proprietăți fizice”) și o împarte în 4 sau 5 subteme.

• Realizează o fișă-expert în care trece cele 4 sau 5 subteme propuse și care va fi oferită fiecărui grup.

2. Organizarea colectivului în echipe de învățare de câte 4–5 elevi (în funcție de numărul lor în clasă).

• Fiecare elev din echipă, primește un număr de la 1 la 4–5 și are ca sarcină să studieze în mod independent, subtema corespunzătoare numărului său.

• El trebuie să devină expert în problema dată. De exemplu, elevii cu numărul 1 din toate echipele de învățare formate, vor aprofunda subtema cu numărul 1. Cei cu numărul 2 vor studia subtema numărul 2, și așa mai departe.

• Faza independentă:

• Fiecare elev studiază subtema lui, citește textul corespunzător. Acest studiu independent poate fi făcut în clasă sau poate constitui o temă de casă, realizată înaintea organizării mozaicului.

3. Constituirea grupurilor de experți:

După ce au parcurs faza de lucru independent, experții cu același număr se reunesc, constituind grupe de experți pentru a dezbate problema împreună. Astfel, elevii cu numărul 1, părăsesc echipele de învățare inițiale și se adună la o masă pentru a aprofunda subtema cu numărul1. La fel procedează și ceilalți elevi cu numerele 2, 3, 4 sau 5. Dacă grupul de experți are mai mult de 6 membri, acesta se divizează în două grupe mai mici.

Faza discuțiilor în grupul de experți:

Elevii prezintă un raport individual asupra a ceea ce au studiat independent. Au loc discuții pe baza datelor și a materialelor avute la dispoziție, se adaugă elemente noi și se stabilește modalitatea în care noile cunoștințe vor fi transmise și celorlalți membrii din echipa inițială.

Fiecare elev este membru într-un grup de experți și face parte dintr-o echipă de învățare.

Din punct de vedere al aranjamentului fizic, mesele de lucru ale grupurilor de experți trebuie plasate în diferite locuri ale sălii de clasă, pentru a nu se deranja reciproc.

Scopul comun al fiecărui grup de experți este să se instruiască cât mai bine, având responsabilitatea propriei învățări și a predării și învățării colegilor din echipa inițială.

4. Reîntoarcerea în echipa inițială de învățare.

Faza raportului de echipă:

Experții transmit cunoștințele asimilate, reținând la rândul lor cunoștințele pe care le transmit colegii lor, experți în alte subteme. Modalitatea de transmitere trebuie să fie scurtă, concisă, atractivă, putând fi însoțită de suporturi audio-vizuale, diverse materiale.

Specialiștii într-o subtemă pot demonstra o idee, citi un raport, folosi computerul, pot ilustra ideile cu ajutorul diagramelor, desenelor, fotografiilor.

Membrii sunt stimulați să discute, să pună întrebări și să-și noteze, fiecare realizându-și propriul plan de idei.

5. Evaluarea

Faza demonstrației:

Grupele prezintă rezultatele întregii clase.

În acest moment elevii sunt gata să demonstreze ce au învățat. Profesorul poate pune întrebări, poate cere un raport sau un eseu ori poate da spre rezolvare fiecărui elev o fișă de evaluare.

Dacă se recurge la evaluarea orală, atunci fiecărui elev i se va adresa o întrebare la care trebuie să răspundă fără ajutorul echipei.

III.2.2.3 Metoda Pălăriilor gânditoare Este o tehnică interactivă, de stimulare a creativității participanților care se bazează pe interpretarea de roluri în funcție de pălăria aleasă. Sunt 6 pălării gânditoare, fiecare având câte o culoare: alb, roșu, galben, verde, albastru și negru. Membrii grupului își aleg pălăriile și vor interpreta astfel rolul precis, așa cum consideră mai bine. Culoarea pălăriei este cea care definește rolul. Astfel:

Pălăria albă:deține informații despre tema pusă în discuție,este neutră, stă sub semnul gândirii obiective.

Pălăria roșie:exprimă emoțiile , sentimentele, oferă o perspectivă emoțională asupra evenimentelor, supărarea sau furia, descătușează stările afective;

Pălăria neagră: exprimă prudența, grija, avertismentul, judecata, este perspectiva gândirii negative, pesimiste.

Pălăria galbenă: oferă o perspectivă pozitivă și constructivă asupra situației, culoarea galbenă simbolizează lumina soarelui, strălucirea, optimismul.

Pălăria verde: exprimă ideile noi, stimulând gândirea creativă.

Pălăria albastră: supraveghează și dirijează bunul mers al activității, responsabilă cu controlul discuțiilor, extrage concluzii.

Participanții trebuie să cunoască foarte bine semnificația fiecărei culori și să-și reprezinte fiecare pălărie, gândind din perspectiva ei. Nu pălăria în sine contează, ci ceea ce semnifică ea, ceea ce induce culoarea fiecăreia.

Cele 6 pălării gânditoare pot fi privite în perechi:

Pălăria albă – pălăria roșie

Pălăria neagră – pălăria galbenă

Pălăria verde – pălăria albastră

• Folosirea metodei:

• Se împart cele 6 pălării gânditoare elevilor și se oferă cazul supus discuției pentru ca fiecare să-și pregătească ideile. Pălăria poate fi purtată individual – și atunci elevul respectiv îi îndeplinește rolul – sau mai mulți elevi pot răspunde sub aceeași pălărie. În acest caz, elevii grupului care interpretează rolul unei pălării gânditoare cooperează în asigurarea celei mai bune interpretări. Ei pot purta fiecare câte o pălărie de aceeași culoare, fiind conștienți de faptul că:

• Pălăria albastră ¨ clarifică

• Pălăria albă ¨ informează

• Pălăria verde ¨ generează ideile noi . efortul

• Pălăria galbenă ¨ aduce beneficii creative

• Pălăria neagră ¨ identifică greșelile

• Pălăria roșie ¨ spune ce simte despre…

Funcționarea metodei în cazul rezolvării de probleme:

• Pălăria albastră: definește problema;

• Pălăria albă: oferă informațiile și materialele disponibile în legătură cu problema discutată;

• Pălăria verde: vizează soluțiile posibile;

• Pălăria galbenă: are în vedere posibilitățile reale de realizare a soluțiilor propuse;

• Pălăria neagră: evidențiază slăbiciunile fiecărei soluții date propuse;

• Pălăria albă: leagă soluțiile de informațiile disponibile, răspunzând la întrebări de genul: “Au soluțiile propuse o bază informațională?”;

• Pălăria roșie: stimulează participanții să răspundă la întrebări de genul: “Ce simțiți în legătură cu soluțiile propuse?”;

• Pălăria albastră: alege soluția corectă și trece mai departe.

• Avantejele metodei “Pălărilor gânditoare”:

– stimulează creativitatea participanților, gândirea colectivă și individuală;

– dezvoltă capacitățile sociale ale participanților, de intercomunicare și toleranță reciprocă, de respect pentru opinia celuilalt;

– încurajează și exersează capacitatea de comunicare a gânditorilor;

– dezvoltă competențele inteligenței lingvistice, inteligenței logice și inteligenței interpersonale;

– este o tehnică ușor de folosit, aplicabilă unei largi categorii de vârste;

– poate fi folosită în diferite domenii de activitate și discipline;

– este o strategie metacognitivă ce încurajează indivizii să privească conceptele din diferite perspective.

– determină și activează comunicarea și capacitatea de lua decizii;

– încurajează gândirea laterală, gândirea constructivă, complexă și completă.

III.2.2.4 Floarea de nufăr, este o metodă care presupune stabilirea de legături între idei, concepte, plecând de la o temă principală. Tema centrală determină opt idei principale în jurul ei, asemănătoare unei flori de nufăr. Ideile secundare în număr tot de opt sunt trecute pe alte petale , care vor deveni teme principale pentru alte flori de nufăr.

Această metodă poate fi folosită la activitatea de grup , sub forma unui exercițiu care stimulează creativitatea elevilor.

În folosirea acestei metode se parcurg următorii pași:

1. Construirea diagramei;

2. Scrierea temei centrale în centrul diagramei;

3. Participanții caută ideile principale care se desprind din tema centrală.

Ideile principale se trec pe cele opt petale care înconjoară tema principală , de la A la H, în sensul acelor de ceas.

4. Ideile principale deduse se folosesc ca teme noi , centrale pentru alte opt flori.

5. Realizarea de noi conexiuni pentru cele 8 noi teme centrale și consemnarea lor în diagramă. Se realizează astfel cât mai multe flori de nufăr.

6. Evaluarea ideilor, prin analiza diagramelor și aprecierea cantitativă și calitativă a rezultatelor.

• Exemplu:

Tema centrală: Cicloalcani

• Ideile secundare: 1.definiție; 2.structură; 3 nomenclatură; 4. Izomerie; 5 formulă.

• Tehnica Lotus poate fi desfășurată cu succes în grup, fiind adaptabilă unor largi categorii de vârstă și de domenii.

Se poate folosi ca și exercițiu de stimulare a creativității elevilor o floare de lotus , având ca temă principală ,, Curiozități în chimie” , la care se pot propune opt domenii cu conținuturi ce interesează elevii.

III.2.2.5 Explozia stelară (Starbursting) este o metodă asemănătoare brainstormingului, ce stimulează creativitatea elevilor.

În centrul stelei se trece tema centrală , care urmează să fie dezbătută. În jurul ei se trec cât mai multe întrebări legate de temă,( ce?,cine?, unde?,de ce? ,când?) care pot genera la rândul lor alte întrebări, de o dificultate mai ridicată.

Folosirea acestei metode presupune parcurgerea următoarelor etape:

– propunerea problemei principale;

– organizarea grupelor de lucru;

– elaborarea de către membrii grupurilor a unei fișe cu cât mai multe întrebări;

– prezentarea rezultatelor la care au ajuns grupele;

– aprecierea muncii în echipă și evidențierea velor mai interesante idei.

Metoda exploziei stelare se pretează a fi folosită la orice vârstă și unei palete largi de domenii.

III.2.2.6. Ciorchinele este o metodă care oferă posibilitatea de a stabili conexiuni între diferite idei, sau de a relua noi sensuri ale ideilor .

Metoda ciorchinelui presupune parcurgerea următorilor pași:

scrierea unei propoziții nucleu/cuvânt în mijlocul tablei:

scrierea în jurul propoziției principale a mai multor cuvinte care au legătură cu ea;

realizarea de legături între cuvinte și nucleu, care pun în evidență conexiunile dintre idei;

se scriu cât mai multe idei în legătură cu tema.

Exemplu de ciorchine:

III.2.2.7 Brainstormingul ( Asaltul de idei) este o metodă interactivă de dezvoltare a unei idei noi , ce rezultă din discuțiile purtate între mai mulți participanți, care vin cu o mulțime de sugestii, fără teama de a greși, deoarece totul este acceptat.

Această metodă permite stimularea unor calități imaginative, a spontaneității, a toleranței, deblochează creativitatea prin amânarea examinării obiective a ideilor emise.

Brainstormingul se folosește într-o activitate de grup nu foarte mare ( max 30 de elevi), moderator și animator fiind cadrul didactic .

Folosirea acestei metode comportă mai multe etape:

anunțarea temei;

enunțarea obiectivelor;

emiterea de către elevi a ideilor și soluțiilor;

notarea ideilor,

gruparea ideilor pe categorii;

analiza critică a ideilor;

selectarea și dezvoltarea ideilor originale.

Specific metodei brainstormingului este faptul că ea cuprinde două momente: unul de producere a ideilor și unul de evaluare a acestora.

III.2.2.8 SINELG este metoda prin care se stimulează gândirea activă a elevilor de învățare eficientă. Această metodă începe prin rememorarea cunoștințelor anterioare asupra temei pusă în dezbatere (ce știu?),formularea întrebărilor (ce vreau să știu) și continuă prin marcarea informațiilor găsite în urma lecturării suportului informațional pus la dispoziție( am găsit, am învățat).

Pentru monitorizarea elevilor și sintetizarea cunoștințelor se completează tabelul următor la tablă, paralel cu expunerea făcută de fiecare lider al grupului:

Odată familiarizați elevii cu această metodă, ea devine o parte din stilul intelectual al acestora, apropiindu-se de o informație științifică , fără să mai fie îndrumați de profesor.

III.2.2.9 Tehnica Acvariului ( Fishbowl) urmărește gradul de interacțiune și de influențare reciprocă dintre membrii grupului. Utilizarea ei asigură un climat dinamic și permisiv de exprimare a unui spectru vast de idei și soluții.

Modalități de realizare: scaunele din clasă se așează sub formă de două cercuri concentrice, înainte de intrarea elevilor în sala de clasă. Ei își aleg locul unde se vor așeza. Elevii din cercul interior primesc o temă propusă pe care o vor discuta timp de 8-10 minute. Orice idee exprimată trebuie susținută de argumente.

Cei din cercul exterior , ascultă, observă ce se discută în cercul interior și notează într- o fișă de observație:

modul de abordare a problemei;

contribuția fiecărui elev la rezolvarea problemei;

tipurile de reacții, comportamente, atitudini;

modul de susținere al punctului de vedere;

tipul de concluzionare și stabilirea consensului;

climatul general al discuțiilor.

Elevii își pot schimba rolurile , de preferat ca tema de discuție să fie alta. Profesorul în cadrul acestei metode poate fi participant, observator, consultant, arbitru, ghid, supraveghetor.

III.2.2.10 Turul galeriei, este o metodă care presupune evaluarea interactivă și formativă a elevilor.

Etapele parcurse în cadrul acestei metode:

formarea grupurilor de elevi;

stabilirea sarcinii de lucru și a timpului necesar pentru îndeplinirea ei;

expunerea produselor ( rezultatelor) ;

rotirea grupelor pentru a examina și nota fiecare produs;

fiecare grup , după turul galeriei își va evalua propriul produs în comparație cu celelalte.

metoda prezintă următoarele avantaje , printre care:

trezește interesul elevilor ;

promovează interacțiunea dintre participanți

stimulează munca individulă și colectivă ;

există concurență între grupuri ;

dezvoltă și diversifică priceperile, capacitățile și deprinderile elevilor;

se reduce blocajul emoțional al creativității;

Exemplu de aplicație: Aranjați în ordine crescătoare a numărului de izomeri următorii alcani: pentanul, hexanul, butanul, octanul.

III.2.2.11 Organizatorul grafic( harta conceptuală) constă în esențializarea unui suport informativ . Cu ajutorul acestei metode se obține:

concentrarea informației;

structurarea informației;

Reprezentarea schematică a fenomenelor, conceptelor, legilor.

Metoda poate fi structurată pe cinci domenii:

comparația;

descrierea;

structurarea secvențelor;

relația cauză – efect;

identificarea problemei și găsirea soluției.

Harta conceptuală este imaginea modului de gândire și înțelegere a elevului pe care o realizează la început mai simplu și apoi mai complet, devenind o procedură inter și transdisciplinar. Ea se poate folosi atât în predare – învățare, cât și la evaluare.

Metoda îl face pe elev să devină activ în procesul de învățare, să dobândeasă cunoștințe, priceperi și deprinderi .

Caracteristicile hărții conceptuale:

tema principală este în centru, iar informațiile sunt în jurul ei;

subtemele se găsesc în jurul temei principale

orice hartă conceptuală trebuie să conțină cel puțin 10-15 subteme secundare;

pentru reprezentare se folosesc dreptunghiuri, cercuri,etc.;

între căsuțe se trasează săgeți, care arată relația dintre componente;

Avantajele metodei de evaluare:

ușurează reținerea mai eficientă a informației;

dezvoltă gândirii logice și abilitățile de învățare;

se poate folosi la orice disciplină;

Este construită cu imaginație și mod ordonat.

Exemple de hărți conceptuale:

Metanul

Proprietățile chimice generale ale acizilor

Turnesol roșu

Indicatorii

Fenolftaleină incolor

Metale mai reactive decât hidrogenul săruri+H2↑

Acizii

reacționează cu oxizii bazici săruri+apă

solubile

bazele săruri + apă

insolubile

sărurile acizilor slabi săruri + acizi slabi

III.2.2.12 Portofoliul didactic:

este un instrument de evaluare prin care se urmărește progresul dar și atitudinea elevului pe o perioadă lungă de timp;

*   este un mijloc de a valoriza munca individuală a elevului, acționând ca factor al dezvoltării personalității;

*    cuprinde atât rezultatele obținute de elev într-un semestru sau an școlar la teste, probe practice, teme pentru acasă, dar și rezultatele elevului la instrumente alternative de evaluare (investigație, proiecte, referate, eseuri, observarea sistematică a comportamentului școlar, autoevaluarea);

*    mai cuprinde și fișele individuale ale elevului, chestionare privind atitudinea sa față de o anumită disciplină și altele.

Portofoliul este "Cartea de vizită" a elevului în care este evidențiat progresul elevului de-a lungul unui interval mai lung de timp

Portofoliul cuprinde:

lista conținutului

lucrările elevului;

 rezumate;

eseuri;

 articole, referate;

 fișe de lucru;

proiecte;

experimente

teme ;

teste și lucrări semestriale;

chestionare de atitudini;

înregistrări, fotografii din timpul activității elevului

observații ;

reflecțiile ale elevului ;

autoevaluări ale elevului sau grupului;

alte materiale, hărți conceptuale,

comentarii și evaluări ale profesorului.

Portofoliile pot fi :

• Portofoliu de prezentare sau introductiv (cuprinde o selecție a celor mai importante lucrări);

• Portofoliu de progres sau de lucru (conține toate elementele desfășurate pe parcursul activității);

• Portofoliul de evaluare (cuprinde: obiective, strategii, instrumente de evaluare, tabele de rezultate, etc.)

Avantajele folosirii portofoliului:

Avantajele utilizării portofoliului în evaluare:

♦ este un instrument flexibil, adaptabil la specificul disciplinei;

♦ permite evaluarea a unor produse ale activității elevului;

♦ încurajează exprimarea personală a elevului

♦ tensiunile și tonusul afectiv negativ care însoțesc formele tradiționale de evaluare sunt înlăturate;

♦ elevii se pot autoevalua;

♦ implică activ elevul în propria evaluare;

În utilizarea portofoliului se pot întâlni unele greutăți:

♦   structura standard a portofoliului trebuie particularizată în funcție de vârsta și de obiectivele, finalitățile disciplinei , pentru a nu exista nemulțumiri din partea profesorului cât și al elevilor;

♦    structura și criteriile de evaluare trebuie bine stabilite de către profesor împreună cu elevii;

♦    stimularea elevilor și obținerea încrederii lor;

♦    menținerea comunicării dintre profesor și elev pe perioada întocmirii portofoliului;

♦    perioada lungă de realizare al proiectului și menținerea constanței muncii;

♦    portofoliul nu este ușor de evaluat și nici repede;

♦    portofoliul ca mijloc de evaluare realizează o apreciere calitativă decât cantitativă .

III.2.2.13 Instruirea asistată de calculator este o una din strategiile moderne , în pas cu cele mai noi cuceriri și exigențe ale științei, îndeosebi ale ciberneticii, informaticii și electronicii.

Instruirea programată pe calculator asigură o învățare individualizată, oferind posibilitatea realizării, concomitente și imediate, a mai multor evenimente și obiective didactice: receptarea, înțelegerea, stocarea, aplicarea și evaluarea, pe baza căreia se realizează reglajul, adică conexiunea inversă (feed-back-ul).

Programarea în instruirea programată pe calculator, implică rezolvarea următoarelor obiective didactice:

stabilirea obiectivelor operaționale ale învățării;

stabilirea conținutului materiei de studiu;

împărțirea materiei de studiu în secvențe informaționale: teme, subteme, demonstrații și aplicații, probleme, exerciții;

controlul asupra informațiilor dobândite și realizarea conexiunii inverse (feed-back-ul).

Instruirea programată își orientează demersul său didactic pe baza unor principii specifice și anume:

principiul „pașilor” mici – determină divizarea materiei de studiu în secvențe informaționale și reacționale relativ mici, pentru a ușura succesul învățării individuale, mai ales în gimnaziu; în liceu și învățământul superior, programarea materiei se face pe „pași” mai mari;

principiul participării și învățării active – autodetermină pe fiecare elev să participe și să înțeleagă materia parcursă, participând cu răspunsuri la întrebări sau exerciții în cadrul fiecărei teme studiate;

principiul repetării integrate a cunoștințelor; realizează repetarea materiei anterioare și stocarea materiei noi;

principiul respectării ritmului individual de învățare, nu se delimitează timpul de studiu, elevul având posibilitatea să reia studiul până reușește să recepteze corespunzător, să înțeleagă și să aplice cunoștințele noi în corelație cu cele acumulate anterior;

principiul asigurării progresului gradat al performanțelor în pregătire; el prevede introducerea progresivă a complexității și dificultăților materiei de studiat;

principiul conexiunii inverse (feed-back-ul) este fundamental procesului de învățământ și urmărește apropierea mărimei de ieșire de cea de intrare (y≡x).

Instruirea asistată de calculator poate folosi următoarele aplicații:

lecțiile interactive sau tutoriale;

experimente și simulări virtuale;

exerciții practice;

testele ( probe standardizate) de evaluare;

jocurile didactice.

Sistemul educațional bazat pe învățământul asistat de calculator realizează trecerea de la învățarea „indusă” sau receptată, la învățarea interactivă, bazată pe dialogul inteligent cu calculatorul, care poate amplifica capacitatea de prelucrare a informațiilor, poate spori performanțele intelectuale ale elevilor.

Aplicarea informaticii în învățământ urmărește alcătuirea unor programe care să creeze elevilor o mai mare inițiativă și libertate de acțiune, punându-se accentul pe aspectul euristic al metodei.

Deci, învățământul programat dezvoltă randamentul școlar și contribuie la modernizarea și perfecționarea tehnologiilor didactice.

În predarea chimiei calculatorul poate fi folosit în realizarea următoarelor activități:

•realizarea sau analiza unui document scris (referat sau portofoliu) cu ajutorul unui editor de text;

•prezentarea informațiilor sub forma grafică / desen;

•efectuarea unor calcule cu scopul formării deprinderilor de calcul și de prelucrare

a datelor.

•întocmirea și folosirea unor baze de date ;

•învățarea unui limbaj de programare;

•realizarea de experimente virtuale.

În activitatea de predare – învățare la obiectul chimie se poate folosi ca soft educațional pentru scrierea structurilor chimice, editorul ChemMedia

III. 3. Experimentul de laborator – metodă activă de învățare și evaluare

Chimia ca obiect cu caracter experimental nu poate fi studiată fără experiment, atât ca metodă de investigație științifică, cât și ca metodă de învățare Experimentul este o observare provocată, care îi pune pe elevi în situația de a provoca intenționat un proces sau fenomen chimic, sau de a modifica condițiile de desfășurare a acestora , în scopul de a studia, a dovedi, a verifica, a măsura rezultatele.

Experimentul trezește interesul elevilor față de informațiile noi, le consolidează și le folosesc în rezolvarea sarcinilor de lucru stabilite în clasă sau pentru acasă.

Experimentul de laborator are un caracter obligatoriu și constituie o parte organică a procesului de învățământ, pentru realizarea sarcinilor instructiv_ educative, în predarea chimiei.

Experimentul de laborator are ca obiectiv general formarea și dezvoltarea la elevi a spiritului de investigație experimentală, care presupune aplicarea achizițiilor științifice în diferite situații.

Obiectivele specifice ale experimentului sunt:

formularea și verificarea ipotezelor științifice;

consolidarea cunoștințelor și deprinderilor dobândite anterior de elevi;

însușire de noi cunoștințe pe baza observațiilor făcute;

formarea priceperilor și deprinderilor de mânuire a instrumentarului și materialelor de laborator;

aplicarea organizată a unor cunoștințe acumulate.

Reușita unei activități experimentale depinde de următorii factori:

existența aparaturii ;

existența materialelor necesare efectuării experimentului;

scopul experimentului;

particularitățile de vârstă ale elevilor;

interesul elevilor pentru activitatea de cercetare;

dorința de cooperare și colaborare a elevilor;

modul de pregătire al experimentului.

Pregătirea experimentelor și a lucrărilor de laborator necesită întocmirea unui plan amănunțit al acestora, cu specificarea activităților și experiențelor ce urmează să fie executate de elevi. Profesorul trebuie să verifice aparatura și materialele necesare experimentelor.

Organizarea și desfășurarea experimentului de laborator se face frontal și pe grupe de elevi.

În cadrul experimentului frontal individual ,sau pe grupe de 2-3 elevi se execută simultan aceeași lucrare , sub directa îndrumare a profesorului.

Experimentul frontal permite îndrumarea și supravegherea elevilor, deoarece desfășurându-se simultan profesorul poate adresa întrebări legate de temă și poate conduce observațiile elevilor.

Experimentul frontal are un singur dezavantaj; nu toți elevii reușesc să execute experimentul și să facă observațiile corespunzătoare , deoarece ritmul de lucru al elevilor este diferit, astfel încât unii elevi efectuează numai experimentul , fără a mai avea timp să facă și observațiile.

Experimentele efectuate pe grupe de teme , în care elevii execută lucrări prin rotație, se desfășoară pe baza instrucțiunilor scrise pe fișele de lucru, dau elevilor o mai mare libertate de exprimare.

Indiferent care este tipul de experiment cuprinde trei faze:

pregătirea elevilor pentru lucru;

executarea lucrărilor;

prelucrarea rezultatelor.

Pregătirea elevilor pentru lucru : – prezentarea scopului experimentului;

reactualizarea cunoștințelor teoretice necesare ;

discutarea planului lucrării, care este scris pe tablă ;

modul de lucru, insistându-se pe măsurile de protecția și securitatea muncii.

Executarea lucrărilor se desfășoară după un plan , sub îndrumarea profesorului. Profesorul dirijează modul de efectuare a experimentului, ajută pe elevii cu ritm mai lent de lucru, dă explicațiile necesare. Elevii înregistrează rezultatele obținute în fișa de lucru.

Prelucrarea rezultatelor

La finalul experimentului se discută rezultatele obținute și se trag concluziile respective.

În activitatea didactică se pot folosi diverse tipuri de experimente , care pot fi clasificate după următoarele criterii:

locul în ierarhia învățării:

– reproductive;

– productiv – creative;

– modul de participare al elevilor :

– demonstrativ;

– frontal;

– criteriul capacității umane:

– pentru formarea deprinderilor motorii;

– pentru formarea deprinderilor intelectuale;

criteriul locului în lecția de chimie:

– pentru stimularea interesului față de noile

informații ( în momentul introductiv al lecției);

– pentru învățarea de noi cunoștințe ,

consolidarea sau extinderea lor( în lecția propriu-zisă);

– pentru fixarea cunoștințelor ( în momentele de feed-back sau în lecții de recapitulare);

– pentru evaluare ( la început, pe parcurs sau la sfârșitul lecției).

În demersul didactic cele mai folosite forme ale experimentului sunt:

experimentul demonstrativ;

experimentul de cercetare;

experimentul aplicativ

Experimentul demonstrativ se realizează de către profesor în fața elevilor , parcurgând următoarele etape:

reactualizarea cunoștințelor teoretice pe care se bazează efectuarea experimentului;

cunoașterea aparaturii de către elevi( truse, aparate, instalații experimentale);

executarea lucrării de către profesor, concomitent cu explicațiile corespunzătoare;

stabilirea concluziilor cu ajutorul elevilor.

Experimentul de cercetare se aseamănă cu investigația experimentală autentică în care se parcurg etapele:

stabilirea problemei de studiu,

emiterea de ipoteze ;

organizarea situației experimentale;

desfășurarea propriu – zisă a experimentului, cu folosirea aparaturii de laborator;

prelucrarea datelor;

interpretarea datelor;

confirmarea sau infirmarea ipotezei.

Experimentul aplicativ are ca scop confirmarea experimentală a unor cunoștințe dobândite anterior. Se parcurg următoarele etape.

actualizarea cunoștințelor teoretice;

prezentarea sarcinilor de lucru;

organizarea elevilor în grupe de lucru;

repartizarea truselor de lucru și a materialelor necesare;

executarea experimentului de elevi sub îndrumarea profesorului;

înregistrarea rezultatelor;

discutarea rezultatelor și formularea concluziilor.

În ultimul timp în predarea și învățarea chimiei se folosește tot mai mult calculatorul ca mijloc cu care se poate efectua diferite experimente virtuale. Avantajele acestui tip de experiment sunt:

simulează foarte bine realitatea;

dezvoltă motivația elevilor;

consolidează cunoștințele elevilor;

dezvoltă creativitatea elevilor;

reducerea timpului de învățare și creșterea calității învățării,

este atractiv pentru elevi.

Dezavantajele acestei metode:

depersonalizarea demersului didactic;

dezvoltarea individualismului elevilor;

pierderea capacității de cooperare a elevilor.

Folosirea experimentului de laborator în actul educațional , ca metodă interactivă contribuie la îmbunătățirea calității acestuia , fiind suportul performanței în procesul de predare – învățare la obiectul chimie, astfel că elevul este inclus în structura disciplinei, care nu trebuie să definească ceea ce el intuiește sau folosește, ci trebuie să-l provoace să descopere ceea ce este și se întâmplă în jurul său pentru a găsi soluții.

III.3.1 Aplicații

Sinteza metanului

Metanul a fost descoperit de A. Volts în anul 1778 în mâlul bălților și a fost numit ,, gaz de baltă”. Metanul este prima hidrocarbură saturată aciclică din seria alcanilor , în care atomul de carbon este hibridizat sp3, având o geometrie tetraedrică.

Metanul se găsește în stare destul de pură , sub formă de zăcăminte naturale , dar își face prezența și în minele de cărbune , unde împreună cu aerul formează un amestec exploziv numit ,, gaz grizzu”.

A. Metode de sinteză a metanului

1. Fermentația anaerobă

În absența aerului, metanul se obține prin fermentarea celulozei, în prezența unor bacterii anaerobe.

Gazul de iluminat

Prin distilarea uscată a huilei se obține gazul de iluminat, care conține un procent de 20 – 30 % metan.

Metode de laborator:

Metoda Moissan- se bazează pe reacția dintre o carbură de aluminiu sau beriliu și apă:

Al4C3 +12H2O→3CH4 +4Al(OH)3

Metoda Dumas . prin această metodă se folosește ca materie primă acetatul de sodiu sau de potasiu prin încălzire cu calce sodată. Schema reacției este următoarea:

CH3COONa + NaOH→CH4 + Na2CO3

Sinteza metanului în laborator

Modul de lucru:

Într-o eprubetă uscată, prevăzută cu un tub lateral pentru evacuarea gazelor, se pun câteva grame dintr-un amestec mojarat de acetat de sodiu anhidru și calce sodată în raport de masă 1:2. Eprubeta se fixează orizontal, tubul de evacuare a gazelor se leagă și se încălzește amestecul din eprubetă direct pe flacără, la început încet , după care din ce în ce mai puternic.

Introducând tubul de evacuare a gazelor în diferite eprubete, care conțin apă de brom sau soluție de permanganat , se stabilește dacă culoarea acestor reactivi se schimbă din cauza hidrocarburii gazoase, care se degajă sub formă de bule, adică se stabilește dacă are loc bromurarea metanului sau oxidarea lui.

Continuând încălzirea ,se colectează metanul într-o eprubetă umplută cu apă, răsturnată într-un pahar cu apă, după care se scoate tubul de evacuare a gazelor din apă și se întrerupe încălzirea. Astupând eprubeta cu degetul, se apropie de flacăra unui bec cu gaz și se ia degetul de pe gura eprubetei, observându – se cum metanul arde liniștit cu o flacără albăstruie.

În condițiile experienței, metanul nu reacționează nici cu bromul, nici cu permanganatul de potasiu. La o trecere foarte îndelungată a metanului prin apă de brom, acesta poate să-și piardă culoarea din cauza antrenării bromului, foarte volatil , de către curentul de gaz.

Formarea metanului din acetat de sodiu și calce sodată, este un exemplu al reacției generale de preparare a hidrocarburilor din sărurile acizilor carboxilici, prin încălzirea lor cu hidroxizi alcalini.

Bromurarea hidrocarburilor saturate

Într-o eprubetă uscată, ce conține 1 ml de hidrocarbură saturată, se adaugă cu picătura o soluție de brom , agitând ușor. Dacă culoarea galbenă care s-a format nu dispare la rece, atunci este necesar să se încălzească puțin amestecul. În felul acesta se stabilește dacă apariția culorii,

determinată de prezența bromului liber, este însoțită de formarea acidului bromhidric, care este un gaz ce degajă un miros puternic și care fumegă în aer, în special la introducerea în eprubetă a unei baghete udată cu amoniac, și care colorează în roșu hârtia umedă de turnesol albastru. Degajarea acidului bromhidric se observă bine pe un fond închis, suflându-se ușor deasupra gurii eprubetei în timpul agitării acesteia.

Substituirea atomilor de hidrogen cu atomi de brom conduce la o decolorare a soluției și reacția este însoțită de o degajare de acid bromhidric. Necesitatea încălzirii sau prezența unui catalizator în timpul reacției se datorează faptului că procesul de substituție este mai lent decât procesul de adiție.

Br

│

CH3-CH-CH2-CH-CH3 + Br2 → CH3-C-CH2-CH-CH3 +HBr

│ │ │ │

CH3 CH3 CH3 CH3

2,4- dimetilpentan 2,4 –dimetil-2-bromopentan

Mecanism radicalic înlănțuit:

I. Inițiere

Br ─ Br hv Br* + *Br

II. Propagare:

H

│

*

Br*+CH3-C-CH2-CH-CH3 → CH3-C-CH2-CH-CH3 + HBr

│ │ │ │

CH3 CH3 CH3 CH3

Br

* │ *

CH3-C-CH2-CH-CH3 +Br─Br → CH3-C-CH2-CH-CH3 + Br

│ │ │ │

CH3 CH3 CH3 CH3

III. Întrerupere

Br

* * │

CH3-C-CH2-CH-CH3 +Br → CH3-C-CH2-CH-CH3

│ │ │ │

CH3 CH3 CH3 CH3

* *

Br+Br →Br─Br

Este convenabil să se folosească pentru reacția de bromurare soluția de brom în CCl4 deoarece aceasta dă cu hidrocarburile un amestec omogen. În aceste condiții reacția decurge mai repede, iar degajarea acidului bromhidric, insolubil în acest mediu, demonstrează existența reacției de substituție

Folosirea apei de brom , atunci când se lucrează cu substanțe lichide, este mai puțin convenabilă, deoarece bromurarea are loc mai încet. Procesul impune o agitație energică, iar acidul bromhidric format este ușor solubil în apă și nu poate fi identificat calitativ.

Într-o serie de cazuri, apă de brom nu este numai un agent de bromurare, ci și un oxidant , ceea ce îngreunează interpretarea cauzelor dispariției culorii amestecului de reacție. În cazul hidrocarburilor gazoase este mai convenabilă apa de brom. De asemenea, reacția de bromurare a hidrocarburilor este accelerată atât sub acțiunea luminii, cât și în prezența catalizatorilor.

CAPITOLUL IV PROIECTE DE LECȚII

PROIECT DE LECȚIE

Data:

Clasa:a XI–a

Școala:

Cadrul didactic:

Disciplina: Chimie

Subiectul: “ALCANI –IZOMERIE ȘI STRUCTURĂ”

Tipul lecției: comunicare de noi cunoștințe

COMPETENȚE SPECIFICE

– formularea unor reguli, definiții,generalizări utilizate în studiul alcanilor;

– procesarea informației, a datelor și conceptelor pentru utilizarea lor în contexte diferite;

– utilizarea terminologiei specifice în contexte variate.

OBIECTIVELE OPERAȚIONALE

Elevii vor fi capabili:

Să definească noțiunile de izomeri, izomerie de catenă;

Să scrie izomerii de catenă ai n–alcanilor;

Să scrie formule structurale desfăcute și restrânse;

Să denumească corect compușii organici, conform regulei de denumire;

Să explice structura alcanilor (metanului).

METODELE DIDACTICE

Conversația euristică;

Discuția dirijată;

Explicația;

Modelarea

MIJLOACELE DE ÎNVĂȚĂMÂNT

Manualul;

Tabla

DESFĂȘURAREA LECȚIEI

Organizarea clasei și pregătirea pentru lecție (2 minute)

Restabilirea ordinei pentru desfășurarea în condiții optime a procesului didactic;

Notarea absențelor;

Pregătirea materialelor;

Reactualizarea cunoștințelor (10 minute)

Profesorul verifică cunoștințele anterioare ale elevilor, frontal, printr-un set de întrebări:

Ce sunt hidrocarburile ?

Cum se clasifică compușii organici?

Ce sunt alcanii ?

Care este formula generală a alcanilor ?

Cum se denumesc alcanii ?

Captarea atenției și precizarea obiectivelor.(2 minute)

Profesorul precizează importanța alcanilor în viața cotidiană, cu scopul trezirii interesului elevilor privind studiul alcanilor.

Profesorul anunță subiectul lecției noi și-l scrie pe tablă: „Alcani –izomerie și structură”.

Se comunică elevilor obiectivele lecției.

4. Dirijarea învățării (25 minute).

Profesorul va preda cunoștințele teoretice folosind metodele și mijloacele amintite.

Izomerie. Atomii din metan, etan și propan nu se pot aranja decât într-un singur mod

Pentru butan există două posibilități de aranjare a catenei:

Cei doi termeni au aceeași formulă moleculară C4H10 dar structuri diferite, deci și proprietăți diferite. Acești doi compuși sunt izomeri. Pentru că în acest caz izomeria se datorește ramificării catenei, ea poartă numele de izomerie de catenă.

Pentru a nu se crea confuzii de nomenclatură, toți izomerii de catenă ai alcanilor se denumesc după următoarea regulă:

Se stabilește cea mai lungă catenă liniară, se numerotează de la un capăt la altul atomii de carbon, în așa fel încât catena laterală să ocupe poziția cu numărul cel mai mic, se denumesc ca radicali catenele laterale (ramificările), se indică poziția sa prin cifre și la sfârșit se adaugă numele alcanului cu catena liniară stabilită.

Exemplu

Se numește: 2-metil-pentan. În cazul izoalcanilor cu mai multe ramificări numerotarea catenei de bază trebuie să se facă astfel încât suma indicilor care arată poziția ramificărilor să fie minimă.

Citirea radicalilor se face în ordine alfabetică, astfel etilul va fi menționat înaintea metilului. Prezența mai multor radicali identici se indică prin prefixe: di, tri, etc.

Exemplu: care este denumirea corectă a izoalcanului cu formula:

Catena cea mai lungă este cea alcătuită din șase atomi de carbon; deci baza denumirii o va constitui numele alcanului corespunzător –hexanul.

Numerotarea atomilor de carbon se poate face însă în două moduri și anume:

Pe baza regulei generale, substanța de mai sus poate fi denumită astfel:

3-etil-5,5-dimetil hexan sau 4-etil-2,2-dimetil hexan.

Dintre cele două denumiri posibile, este corectă ultima, suma indicilor de poziție (2+2+4=8) fiind mai mică decât în primul caz (5+5+3=13).

Denumiți izobutanul, ținând seama de regula formulată mai sus.

Care este denumirea corectă pentru un izomer al octanului: 2,2,4-trimetil pentan sau 2,4,4-trimetil pentan? Scrieți formula structurală a izomerului.

Structura.

În molecula alcanilor toți atomii de carbon au starea de hibridizare sp3. În această stare unghiurile dintre valențele atomului de carbon sunt de 109o28`; ele sunt orientate în spațiu după direcțiile celor patru vârfuri ale unui tetraedru regulat.

Modelele spațiale ale primilor doi termeni ai seriei alcanilor sunt redate în figura 1.

etan

Datorită orientării tetraedrice, în hidrocarburile cu doi și mai mulți atomi de carbon, legătura C–C permite rotația liberă a celor două grupe de atomi pe care le unește. Hidrocarburile cu catene liniare au de fapt forma de linii frânte, care din cauza rotației libere pot lua forme variabile.

Cea mai stabilă este însă forma în zigzag, cu toți atomii de carbon în același plan, ca în figura 2.

5.Conexiunea inversă (9 minute)

Se face pe baza unei fișe de lucru dată întregii clase.

Profesorul apreciază modul cum s- a desfășurat activitatea, cum au participat elevii și acordă note celor care s-au remarcat pe parcursul orei.

6.Precizarea temei pentru acasă (2 minute).

Se indică tema pentru acasă și se dau indicații privind modul de efectuare a ei.( Din manual problema nr 2 de la pagina 36)

Fișă de lucru

Modelează structura unei catene saturate cu cinci atomi de carbon.

Scrie izomerii de catenă ai alcanului cu formula moleculară C6H14.

Scrieti formulele substantelor cu denumirea:

4,5- dietil -2,3,4- trimetilnonan;

3- etil- 2,3- dimetil- 4- izopropildecan.

PROIECT DE LECȚIE

Data:

Clasa:a XI–a

Școala:

Cadrul didactic:

Disciplina: CHIMIE

Subiectul: “ALCANI –proprietăți chimice ”

Tipul lecției: mixtă

 OBIECTIVE :

Competențe specifice:

C1. Analizarea, interpretarea observațiilor/datelor obținute prin activitatea investigativă;

C2. Formularea de concluzii și generalizări pentru punerea în evidență a proprietăților fizice și chimice ale alcanilor;

C3. Aplicarea regulilor/legilor în scopul rezolvării de probleme;

C4. Prezentarea rezultatelor unui demers de investigare folosind terminologia științifică.

La sfârșitul lecției elevul va fi capabil:

O1: să enumere proprietățile chimice ale alcanilor;

O2: să evidențieze proprietățile chimice ale alcanilor prin efectuarea de experimente;

O3: să modeleze ecuațiile reacțiilor chimice ale alcanilor;

O4: să înregistreze observațiile referitoare la proprietățile chimice ale alcanilor și să formuleze concluzii;

O5: să utilizeze informațiile științifice în rezolvarea de probleme.

Strategii didactice:

Metode și procedee didactice: conversația euristică, explicația, modelarea, descrierea, experimentul, problematizarea, cubul, demonstrația, rezolvarea de probleme, metoda ciorchinelui, exercițiul;

Mijloace de învățământ: fișe de lucru,fișe de activitate experimentală, flip-chart,coli, markere, cubul, manual, tabla, creta, substanțe chimice, ustensile de laborator.

Forme de organizare a activității: frontală, individuală și pe grupe.

Metode de evaluare:observarea sistematică a elevilor, evaluare orală și scrisă, jocul evaluativ, probă practică

Desfășurarea activității

Fișă de instruire

Alcani-proprietăți chimice

1. Proprietăți chimice

În hidrocarburile saturate există numai legături …………………………………………………………………………………………………………………….

Alcanii prezintă o reactivitate chimică scăzută, indicată și de denumirea de parafine (parum affinis= afinitate mică).

Cele mai importante reacții ale alcanilor sunt:

a) Reacția de substituție- constă în ruperea unei legături C-H și înlocuirea atomului de hidrogen cu un atom sau cu o grupă de atomi din molecula reactantului.

Schema generală:

R-H + X-Y → R-Y +………….

Reacția de halogenare:

R-H + X-X → ……………………………… , unde X= Cl, Br

monoclorometan

(clorură de metil)

diclorometan

(diclorură de metilen)

triclorometan

(cloroform)

tetraclorometan

(tetraclorură de carbon)

Reacția de substituție la alcani este neorientată, rezultând un amestec de izomeri:

b)Reacția de izomerizare

Schema generală:

c) Reacția de ardere

Schema generală:

Cantitatea de căldură degajată la arderea unui kg sau a unui m3 de combustibil reprezintă puterea lui calorică.

d) Reacțiile de descompunere termică

 Schema generală a reacției de dehidrogenare:

 Schema generală a reacției de cracare:

 Schema generală a reacției de aromatizare:

Fișă de evaluare

Scrieți ecuațiile reacțiilor chimice din scheme înlocuind denumirile cu formulele plane ale compușilor:

a) Propan cracare metan oxidare metanal

b)Butanizomerizare izobutan clorurare 2- cloro-2- metilpropan

2.Pentru n-butan sunt corecte afirmațiile:

a)combustia este o reacție exotermă;

b)este un gaz cu densitatea mai mică decât a aerului;

c)la cracare formează un amestec de 4 hidrocarburi;

d)de la butan derivă 4 radicali monovalenți.

PROIECT DE LECȚIE

Data:

Clasa:a XI–a

Școala :

Cadrul didactic:

Disciplina: CHIMIE

Subiectul: “ALCANI ”

Tipul lecției: de recapitulare și consolidare

 COMPETENȚE SPECIFICE:

– descrierea comportării alcanilor;

– formularea unor reguli, definiții,generalizări utilizate în studiul alcanilor;

– procesarea informației, a datelor și conceptelor pentru utilizarea lor în realizarea unui proiect;

– utilizarea terminologiei specifice în contexte variate;

– justificarea importanței alcanilor.

 OBIECTIVE OPERAȚIONALE:

– să aplice în calcule chimice informațiile dobândite privind alcanii ;

– să coreleze informațiile calitative cu cele cantitative ;

– să opereze cu limbajul științific specific chimiei ;

– să redea prin ecuații chimice reacțiile chimice ale alcanilor studiați ;

-să prezinte informațiile și soluțiile găsite în limbaj chimic adecvat ;

-să identifice natura problemelor propuse spre rezolvare ;

-să selecteze cea mai adecvată metodă pentru rezolvarea problemei ;

-să aplice algoritmul însușit la rezolvarea problemelor de chimie .

 METODELE DIDACTICE

 Conversația euristică;

 Explicația;

 Modelarea;

 Algoritmizarea

referatul

harta conceptuală

 MIJLOACELE DE ÎNVĂȚĂMÂNT

 Manualul;

 Fișe de lucru

DESFĂȘURAREA LECȚIEI

1. Moment organizatoric (2 minute)

– notarea absențelor;

– restabilirea atmosferei propice desfășurării procesului didactic.

2. Anunțarea lecției noi și a obiectivelor (2 min)

Profesorul anunță titlul lecției noi și prezintă succint și pe înțelesul elevilor obiectivele,Elevii scriu titlul lecției pe caietele de notițe.

3. Verificarea cunoștințelor (42 min)

Recapitularea se va realiza prin întocmirea de către elevi a unei hărți conceptuale, iar consolidarea prin rezolvarea unei fișe de lucru ce conține exerciții și probleme.

Activitatea profesorului:

Profesorul cere elevilor să găsească conceptul-cheie și să îl noteze în centrul paginii pe caietul de notițe.

După găsirea conceptului cheie elevii vor fi îndrumați în găsirea celorlalte concepte, aflate în legătură cu acesta, și alcătuirea hărții conceptuale.

În același timp, profesorul verifică, frontal, cunoștințele elevilor pe baza unor întrebări ca:

-Cum se definesc alcanii?

-Care este formula generală a acestora?

-Ce tip de legătură chimică întâlnim în alcani?

-Ce tip de izomerie prezintă?

-Care sunt proprietățile fizice ale alcanilor?

-Ce proprietăți chimice prezintă aceștia?

Activitatea elevului:

Notează pe caiete conceptele găsite, sub îndrumarea profesorului, și realizează legătura dintre ele.

Răspunde întrebărilor puse de profesor.

Pentru consolidarea cunoștințelor recapitulate profesorul împarte elevilor fișe de lucru problematizate.

Activitatea profesorului

Împarte elevilor fișele de lucru cu sarcini concrete, li se indică timpul de lucru și dă explicațiile necesare. Sprijină elevii și îi supraveghează în timpul lucrului.

Activitatea elevilor

Încep rezolvarea exercițiilor de pe fișă individual.

4. Evaluarea elevilor (2 min)- se face atât verbal cât și prin note.

5. Tema pentru acasă (2 min) va consta în întocmirea unui referat despre utilizările alcanilor.

Fișă de lucru

1. Denumiți alcanii următori:

a)

b)

2. Scrieți izomerii de catenă ai alcanului cu formula moleculară C5H12.

3. Se dau următorii cicloalcani:

Se cere:

a) formula generală a cicloalcanilor;

b) denumirea cicloalcanilor dați;

c) structura compusului rezultat din reacția:

4. La arderea unui amestec de metan și etan în raport molar 3 : 2 se degajă 14 moli dioxid de carbon. Să se determine:

a) compoziția procentuală volumetrică a amestecului de metan și etan;

b) volumul (condiții normale) ocupat de amestecul de metan și etan.

PROIECT DE LECȚIE

Data:

Clasa:a XI–a

Școala:

Cadrul didactic:

Disciplina: chimie

Subiectul: “ALCANI ”

Tipul lecției: de rezolvări de probleme :

COMPETENȚE :

Rezolvarea problemelor cantitative/calitative;

Justificarea explicațiilor și soluțiilor la probleme;

OBIECTIVE :

La sfârșitul lecției elevii trebuie :

– să aplice în calcule chimice informațiile dobândite privind alcanii ;

-să coreleze informațiile calitative cu cele cantitative ;

-să opereze cu limbajul științific specific chimiei ;

-să redea prin ecuații chimice reacțiile chimice ale alcanilor studiați ;

-să prezinte informațiile și soluțiile găsite în limbaj chimic adecvat ;

-să aplice algoritmul însușit la rezolvarea problemelor de chimie .

METODELE DIDACTICE

conversația euristică;

explicația;

problematizarea;

algoritmizarea.

MIJLOACELE DE ÎNVĂȚĂMÂNT

manualul;

culegeri de probleme;

fișe de lucru.

Desfășurarea lecției

Fișă de lucru-nivel M

Înscrieți în spațiul liber cuvântul din paranteză care completează corect fiecare dintre afirmațiile următoare:

Alcanii sunt hidrocarburi…………………………(saturate/nesaturate).

Alcanii prezintă izomeri de …………………….(catenă/ poziție).

Prin arderea metanului se obține………………( CO2 / CO)

Completează schemele de reacții date:

Identifică tipul reacțiilor cuprinse în schemă și substanțele A…….E.

Determinați volumul de metan (c.n.) necesar obținerii a 6 kmoli amoniac, considerând reacțiile totale.

Fișă de lucru-nivel S

Înscrieți în spațiul liber cuvântul din paranteză care completează corect fiecare dintre afirmațiile următoare:

Formula generală a cicloalcanilor este ……………(CnH2n+2/ CnH2n).

Catena izoalcanilor este aciclică …………………….(liniară /ramificată).

Obținerea acetilenei din metan are loc la………….(1000° / 1500°C).

Se consideră schema:

Unde a și b sunt derivați monoclorurați izomeri cu compoziția procentuală: 45,86% C, 8,91% H și 45,22% Cl.

Identificați substanțele din schemă și scrieți ecuațiile reacțiilor chimice;

Determinați volumul de clor, măsurat la 27°C șă 2 atm, necesar clorurării a 2 kmoli de substanță A, considerând reacția totală.

Se folosesc pentru reacția se ardere 756 ml amestec de metan și aer în raport molar de 1 : 12,5.

Calculați:

volumul de dioxid de carbon rezultat din reacție,

volumul de aer introdus în exces.