Adeiledd, Bondio a Defnyddiau

• New lesson editor
• Chemistry
• Upper Secondary (Key Stage 4)
• GCSE

Adeiledd, bondio a phriodweddau

Mae'r wers yn uno tri syniad mawr CBAC: modelau adeileddol, sut mae priodweddau'n deillio o fondio, a sut mae hyn yn ymestyn i nanoddeunyddiau a defnyddiau clyfar.

Nod y wers

Gallaf egluro sut mae adeiledd a bondio yn pennu priodweddau ffisegol metelau, cyfansoddion ïonig, sylweddau cofalent moleciwlaidd syml, sylweddau cofalent enfawr, nanoddeunyddiau a defnyddiau clyfar.

Metelau: y model

• Mae metelau'n cynnwys dellten o ïonau positif

• O'u cwmpas mae môr o electronau dadleoli

• Nid yw'r electronau hyn wedi'u clymu wrth un atom penodol

• Mae'r atyniad rhwng yr ïonau positif a'r electronau yn dal y metel at ei gilydd

Pwysleisiwch mai model yw hwn sy'n helpu i egluro priodweddau swmp. Defnyddiwch y term 'electronau dadleoli' yn gyson.

Pam mae metelau'n dargludo?

• Gall electronau dadleoli symud trwy'r strwythur

• Felly mae metelau'n dargludo trydan

Gellir cymharu hyn â chyfansoddion ïonig: nid ydynt yn dargludo pan maent yn solet oherwydd ni all yr ïonau symud.

• Wrth gynhesu, mae electronau'n trosglwyddo egni'n gyflym.

• Mae'r ionau yn agos at eu gilydd felly'n trosglwyddo dirgryniadau

• Dyna pam mae metelau hefyd yn dargludo gwres yn dda

Pam mae metelau'n hydrin?

Mewn metel, gall haenau o ïonau positif lithro dros ei gilydd heb dorri'r bondio metelaidd yn llwyr, oherwydd mae'r môr o electronau'n dal i'w denu at ei gilydd. Dyna sy'n egluro pam mae llawer o fetelau'n hydrin ac yn hydwyth.

Atgoffwch ddisgyblion fod 'hydrin' yn golygu y gellir eu siapio, a 'dwythadwy' yn golygu y gellir eu tynnu'n wifrau.

Pwyntiau toddi metelau

• Yn aml mae gan fetelau ymdoddbwynt uchel

• Mae angen llawer o egni i oresgyn yr atyniad cryf

• Yr atyniad allweddol yw rhwng yr ïonau positif a'r electronau dadleoli

Peidiwch â dweud bod gan bob metel bwynt toddi uchel iawn; defnyddiwch 'yn aml' neu 'fel arfer' i osgoi gor-symleiddio.

Beth sy'n gallu symud trwy strwythur metel ac yn meddwl eu bod yn dargludo trydan?

A

Ïonau negatif

B

Atomau niwtral

C

Electronau wedi dadleoli

D

Moleciwlau bach

Mae'r ateb cywir yn cysylltu'n uniongyrchol â dargludedd trydan a gwres mewn metelau.

Cwblhewch yr esboniad am fetelau

Mewn metel, mae ïonau positif mewn dellten ac o'u cwmpas mae electronau wedi dadleoli. Gall yr electronau hyn symud trwy'r strwythur, felly mae metelau'n dargludo trydan. Gall haenau lithro hefyd, felly mae llawer o fetelau'n hydrin.

ïonau positif

electronau wedi dadleoli

trydan

hydrin

ïonau negatif

grymoedd rhyngfoleciwlaidd

gwresogi

frau

Atgyfnerthwch fod yr un model yn egluro sawl priodwedd: dargludedd, hydrinedd a phwynt toddi uchel.

Cyfansoddion ïonig: adeiledd enfawr

• Mae cyfansoddion ïonig yn ffurfio dellten ïonig enfawr

• Mae ïonau positif ac ïonau negatif wedi'u trefnu'n rheolaidd

• Mae bondio ïonig yn atyniad electrostatig cryf rhwng ïonau â gwefrau dirgroes

• Mae'r grymoedd hyn yn gweithredu ym mhob cyfeiriad yn y dellt

Defnyddiwch enghraifft syml fel sodiwm clorid os oes angen enwi cyfansoddyn cyfarwydd.

Pwyntiau toddi a berwi uchel

• Mae llawer o gyfansoddion ïonig yn solet ar dymheredd ystafell

• Mae ganddynt bwyntiau toddi a berwi uchel

• Mae angen llawer o egni i oresgyn yr atyniadau electrostatig cryf yn y dellten

Dargludedd cyfansoddion ïonig

• Pan fo cyfansoddyn ïonig yn solet, ni all yr ïonau symud

• Felly nid yw'n dargludo trydan

• Pan fo'n ymdoddi neu wedi hydoddi mewn dŵr, gall yr ïonau symud

• Yna gall gario gwefr drydanol

Camgymeriad cyffredin yw meddwl bod pob sylwedd sy'n cynnwys ïonau yn dargludo bob amser. Y symudiad yw'r peth allweddol.

Pam maent yn frau?

• Os bydd haenau'n symud, gall ïonau o'r un gwefr ddod gyferbyn

• Mae'r rhain yn gwrthyrru ei gilydd

• Mae'r dellt yn hollti

• Dyna pam mae solidau ïonig yn aml yn frau

Mae hwn yn wrthgyferbyniad defnyddiol â metelau, lle gall yr haenau lithro heb i'r strwythur chwalu.

Pryd mae cyfansoddyn ïonig yn dargludo trydan?

A

Pan yn solet

B

Pan fo'r ïonau'n symud

C

Pan yn oer iawn

D

Pan fo'n frau

Camdybiaeth gyffredin yw meddwl bod presenoldeb ïonau ar ei ben ei hun yn ddigon. Symudiad yr ïonau sy'n allweddol.

Pam mae solidau ïonig yn frau?

Disgwylir cyfeirio at haenau'n symud, ïonau o'r un gwefr yn dod gyferbyn, gwrthyrru, a'r dellt yn hollti. Cymharwch â metelau lle gall haenau lithro heb chwalu'r bondio.

Sylweddau moleciwlaidd syml

• Maent yn cynnwys moleciwlau bach

• Mae bondiau cofalent cryf o fewn pob moleciwl

• Ond mae'r grymoedd rhyngfoleciwlaidd rhwng moleciwlau yn llawer gwannach

• Y grymoedd gwan hyn sy'n egluro llawer o'u priodweddau ffisegol

Pwysleisiwch y gwahaniaeth rhwng bondiau cofalent o fewn moleciwl a grymoedd rhyngfoleciwlaidd rhwng moleciwlau.

Pwyntiau toddi a berwi isel

• Mae gan lawer ohonynt bwyntiau toddi a berwi isel

• Dim ond y grymoedd rhyngfoleciwlaidd gwan sydd angen eu goresgyn

• Nid oes angen torri'r bondiau cofalent o fewn y moleciwlau

Mae hyn yn esbonio pam mae llawer o sylweddau moleciwlaidd syml yn nwyon neu'n hylifau ar dymheredd ystafell.

Dargludedd gwael

Nid oes gan y rhan fwyaf o sylweddau moleciwlaidd syml ronynnau gwefredig sy'n rhydd i symud. O ganlyniad, maent fel arfer yn ddargludyddion gwael o drydan.

Meddal neu anweddol

• Gall y grymoedd rhyngfoleciwlaidd gwan arwain at sylweddau meddal

• Gallant hefyd wneud sylwedd yn anweddol

• Hynny yw, gall anweddu'n weddol hawdd

Os hoffech, cysylltwch hyn ag arogleuon neu hylifau sy'n anweddu'n gyflym fel enghreifftiau bob dydd.

Beth sy'n cael ei oresgyn wrth doddi sylwedd moleciwlaidd syml?

A

Bondiau ïonig

B

Bondiau metelaidd

C

Bondiau cofalent

D

Grymoedd rhyngfoleciwlaidd

Mae'r distractor allweddol yma yn 'bondiau cofalent' gan fod myfyrwyr yn aml yn drysu rhwng y bondiau o fewn moleciwl a'r grymoedd rhwng moleciwlau.

Cwblhewch y disgrifiad

Mae sylweddau moleciwlaidd syml yn cynnwys moleciwlau bach. Mae bondiau cofalent cryf o'u mewn, ond mae'r grymoedd rhyngfoleciwlaidd rhwng y moleciwlau yn wan. Felly mae llawer ohonynt â phwyntiau toddi isel.

moleciwlau bach

mewn

rhyngfoleciwlaidd

isel

enfawr

allanol

electrostatig

uchel

Os bydd disgyblion yn ansicr, atgoffwch nhw o'r cyferbyniad rhwng 'o fewn moleciwl' a 'rhwng moleciwlau'.

Sylweddau cofalent enfawr

• Mewn sylwedd cofalent enfawr, mae atomau wedi'u cysylltu mewn rhwydwaith enfawr

• Mae llawer iawn o fondiau cofalent cryf trwy'r strwythur cyfan

• Mae hyn yn arwain at briodweddau gwahanol iawn i sylweddau moleciwlaidd syml

Cyflwynwch hwn fel y categori sy'n cynnwys allotropau carbon fel diemwnt a graffit.

Diemwnt

• Mae pob atom carbon yn bondio â 4 atom carbon arall

• Mae hyn yn ffurfio strwythur anhyblyg 3D

• Mae diemwnt yn galed iawn

• Nid yw'n dargludo trydan gan nad oes electronau dadleoli

Mae'n ddefnyddiol pwysleisio mai'r un elfen yw carbon yma ac yng ngraffit, ond bod yr adeiledd yn wahanol.

Graffit

• Mae pob atom carbon yn bondio â 3 atom carbon arall

• Mae'n ffurfio haenau

• Gall yr haenau lithro, felly mae graffit yn feddal

• Mae un electron fesul atom yn dadleoli, felly mae'n dargludo trydan

Mae hwn yn gyfle da i atgyfnerthu'r syniad nad yw atomau unigol yn penderfynu'r priodweddau ar eu pen eu hunain.

Ffwlerenau, nanodiwbiau a graffen

• Ffwlerenau: moleciwlau carbon gwag neu gawell-fath

• Nanodiwbiau carbon: tiwbiau hir iawn o atomau carbon

• Graffen: un haen o atomau carbon yn unig

• Mae eu priodweddau'n deillio o'u siâp, eu trefniant a'u bondio

Cadwch y ffocws ar adeiledd a phriodweddau yn hytrach na manylion synthetig neu hanes darganfod.

Pam mae'r allotropau hyn yn wahanol?

Mae diemwnt, graffit, ffwlerenau, nanodiwbiau carbon a graffen i gyd yn cynnwys atomau carbon yn unig, ond mae ganddynt briodweddau gwahanol oherwydd bod eu hadeiledd a'u bondio yn wahanol. Felly nid oes gan atomau unigol yr un priodweddau â defnyddiau swmp.

Dyma'r syniad cysyniadol allweddol sy'n cysylltu â nanowyddoniaeth nesaf yn y wers.

Pam mae graffit yn dargludo trydan?

A

Mae ganddo ïonau rhydd

B

Mae ganddo electron dadleoli

C

Mae pob atom â 4 bond

D

Mae'n foleciwlaidd syml

Mae hyn yn profi'r gymhariaeth â diemwnt: yr un elfen, ond adeiledd a bondio gwahanol.

Pa un sy'n dangos orau nad oes gan atomau unigol briodweddau swmp?

1

Diemwnt a graffit

2

Metel a dŵr

3

Halen a siwgr

4

Copr a sinc

Nanoraddfa: pam mae'n bwysig?

• Ar y nanoraddfa, mae gronynnau'n fach iawn

• Gall defnyddiau arddangos priodweddau newydd ar y raddfa hon

• Nid ydynt o reidrwydd yn ymddwyn fel y defnydd swmp

• Enghraifft allweddol: arian nanoraddfa

Pwysleisiwch y cysylltiad â'r syniad blaenorol: gall yr un sylwedd ddangos priodweddau gwahanol pan fydd maint ac adeiledd yn newid.

Arian nanoraddfa

• Mae gan ronynnau arian nanoraddfa briodweddau nad ydynt i'w gweld mewn arian swmp

• Maent yn gallu gweithredu fel gwrthfacterol

• Dyna pam y cânt eu defnyddio mewn rhai gorchuddion a defnyddiau meddygol

Nid oes angen manylu ar fecanweithiau biolegol; canolbwyntiwch ar y syniad cemegol bod maint yn newid priodweddau.

Titaniwm deuocsid nanoraddfa

• Defnyddir gronynnau nanoraddfa o ditaniwm deuocsid mewn rhai cynhyrchion

• Maent yn ddefnyddiol oherwydd eu priodweddau ar y nanoraddfa

• Defnydd cyffredin yw mewn cynhyrchion fel eli haul

Cadwch hyn yn gyffredinol os nad oes angen mwy o fanylder; y prif syniad yw cymhwysiad sy'n deillio o briodweddau nanosgopig.

Risgiau posibl nanoronynnau

• Gall nanoronynnau fynd i mewn i'r corff neu'r amgylchedd yn haws na gronynnau mwy

• Nid yw holl effeithiau tymor hir yn gwbl hysbys

• Felly mae angen asesu manteision a risgiau posibl eu defnydd

Mae hwn yn gyfle i bwysleisio bod gwyddoniaeth gymhwysol yn cynnwys gwerthuso tystiolaeth a risg, nid manteision yn unig.

Dyfodol nanowyddoniaeth

• Datblygiadau newydd allai wella meddygaeth, electroneg a defnyddiau

• Gall nanoddeunyddiau gael eu peiriannu ar gyfer swyddogaethau penodol

• Mae'r maes yn datblygu'n gyflym, ond mae angen gofal wrth eu defnyddio

Peidiwch â mynd yn rhy bell y tu hwnt i'r fanyleb; nod y sleid yw dangos potensial y maes ochr yn ochr â'r angen am gyfrifoldeb.

Pam mae nanoronynnau'n cael eu defnyddio mewn rhai cynhyrchion?

A

Maent bob amser yn rhatach

B

Maent yn toddi'n gynt

C

Mae ganddynt briodweddau newydd

D

Maent yn hollol ddi-risg

Mae'r cynnwys blaenorol yn pwysleisio bod defnyddiau ar y nanoraddfa'n gallu ymddwyn yn wahanol i'r defnydd swmp.

Pa fantais a pha risg sydd i nanoronynnau?

Disgwylir manteision megis defnyddiau meddygol neu eli haul, a risgiau megis mynd i mewn i'r corff neu'r amgylchedd yn haws a diffyg gwybodaeth lawn am effeithiau tymor hir.

Beth yw defnyddiau clyfar?

Defnyddiau clyfar yw defnyddiau sy'n ymateb i newid yn eu hamgylchedd. Gall y newid hwn fod mewn tymheredd, golau, lleithder neu amodau eraill, ac mae'r defnydd yn dangos priodwedd wahanol o ganlyniad.

Cysylltwch hyn â'r thema gyffredinol: adeiledd a chyfansoddiad yn arwain at ymddygiad defnyddiol.

Pigmentau thermocromig a ffotocromig

• Thermocromig: newid lliw wrth i'r tymheredd newid

• Ffotocromig: newid lliw wrth i lefel y golau newid

• Defnyddir y rhain mewn cynhyrchion sy'n dangos newid yn glir

Gellir rhoi enghraifft lafar fel mwg newidiol neu lensys ffotocromig, ond nid oes angen gorlenwi'r sleid.

Geliau polymer

• Mae geliau polymer yn gallu amsugno dŵr

• Gallant ehangu neu newid eu priodweddau wrth ymateb i'w hamgylchedd

• Mae hyn yn eu gwneud yn ddefnyddiol mewn ystod o gymwysiadau

Cadwch yr esboniad ar lefel briodol i TGAU: ymateb defnyddiol i amgylchedd, nid manylion strwythurol dyfnach polymerau.

Aloion sy'n cofio siâp

• Gellir eu dadffurfio ac yna dychwelyd i'w siâp gwreiddiol

• Yn aml mae'r newid yn digwydd wrth gynhesu

• Mae hyn yn eu gwneud yn ddefnyddiol mewn dyfeisiau arbenigol

Os dymunir, gellir sôn am wifrau mewn fframiau neu ddyfeisiau meddygol fel enghreifftiau.

Polymerau sy'n cofio siâp

• Mae'r polymerau hyn hefyd yn gallu dychwelyd i siâp blaenorol

• Gellir eu defnyddio pan fo angen deunydd ysgafn a hyblyg

• Maent yn enghraifft arall o ddefnydd sy'n ymateb mewn ffordd ddefnyddiol

Gwahaniaeth defnyddiol i'w nodi ar lafar: metel yw aloi, tra bo hwn yn bolymer, ond mae'r syniad swyddogaethol yn debyg.

Pa ddefnydd sy'n newid lliw wrth i'r tymheredd newid?

A

Ffotocromig

B

Thermocromig

C

Gel polymer

D

Aloi cof siâp

Defnyddiwch hwn i wirio bod disgyblion yn gwahaniaethu'n glir rhwng thermocromig a ffotocromig.

Cwblhewch y crynodeb am ddefnyddiau clyfar

Mae defnyddiau clyfar yn ymateb i newid yn eu hamgylchedd. Gall pigmentau thermocromig newid lliw wrth i'r tymheredd newid. Gall aloion sy'n cofio siâp ddychwelyd i'w ffurf wreiddiol, ac mae geliau polymer yn gallu amsugno dŵr.

ymateb

thermocromig

siâp

polymer

toddi

ffotocromig

trydan

metel

Mae'r testun yn adleisio'r geiriau allweddol o'r sleidiau defnyddiau clyfar heb gyflwyno enghraifft newydd.

Beth yw'r un syniad pwysicaf a ddysgoch heddiw?

Anogwch ymateb personol metawybyddol, e.e. model y môr o electronau, y gymhariaeth rhwng diemwnt a graffit, neu'r syniad bod maint yn newid priodweddau.

Pa ran o'r wers helpodd chi fwyaf i ddeall?

Gall atebion gynnwys diagramau, cymariaethau rhwng mathau o fondio, neu enghreifftiau fel diemwnt a graffit. Defnyddiwch yr ymatebion i lywio ailadrodd.

Pa ran oedd fwyaf anodd i chi, a pham?

Chwiliwch am feysydd anodd fel grymoedd rhyngfoleciwlaidd, dargludedd ïonig, neu'r gwahaniaeth rhwng allotropau carbon a deunyddiau nanoraddfa.

Geirfa

bondio metelaidd - atyniad rhwng ïonau positif metel ac electronau dadleoli

electronau dadleoli - electronau sy'n gallu symud trwy strwythur metel

dellten ïonig enfawr - trefniant rheolaidd enfawr o ïonau positif ac ïonau negatif

grymoedd rhyngfoleciwlaidd - grymoedd rhwng moleciwlau

sylwedd cofalent enfawr - sylwedd â rhwydwaith enfawr o atomau wedi'u bondio'n gofalent

allotropau - ffurfiau gwahanol o'r un elfen

nanoraddfa - maint hynod fach ar raddfa nanometrau

Geirfa

gwrthfacterol - yn helpu i ladd neu atal bacteria

defnydd clyfar - defnydd sy'n ymateb i newid yn ei amgylchedd

thermocromig - yn newid lliw wrth i'r tymheredd newid

ffotocromig - yn newid lliw wrth i lefel y golau newid

aloi sy'n cofio siâp - aloi sy'n dychwelyd i siâp gwreiddiol ar ôl dadffurfio

polymer sy'n cofio siâp - polymer sy'n gallu adennill siâp blaenorol

graffen - un haen o atomau carbon wedi'u trefnu mewn patrwm hecsagonol