Tài liệu hỗ trợ giáo viên tập sự môn hoá học phần 1

NGÂN HÀNG PHÁT TRIÊN CHÂU Á CK.ÕÒÒ0074082 ADB IW M M Í D ự ÁN PHÁT TRIEN GV THPT & TCCN, TRƯỜNG ĐHSP - ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TÀI LIẸU HƠ TRỢ GIÁO VIÊN TẬP Mơn Hóa học • • HOÀNG THỊ CHIÊN - MAI XUÂN TRƯỜNG TÀI LIỆU HỖ TRỢ ■ GIÁO VIÊN TẬP ■ sự■ Môn Hỏa học Hà N ộ i-2013 M Ụ C LỤ C Trang C hương Đ ặc trư ng môn Hóa học trường trung học phổ thơng Những phẩm chất, lực cần có người giáo viên hóa học 1.1 Đặc trưng m ơn H ố học tnrờng trung học phổ thông 1.1.1 H oả học khoa học nghiên cứu g iớ i vật chất 1.1.2 H óa học m ột khoa học thực nghiệm lý thuyết 1.1.3 Kiến thức hóa học trường p h ổ thơng m ột hệ thong kiến thức chung, vững chắc, không tách rời môn độc lập: 1.1.4 Việc dạy học m ơn hóa học cịn có m ột đặc điểm đặc trưng tâm lý lĩnh hội kiến thức riêng 1.2 N hững phẩm chất lực cần có nguời giáo viên hố học 1.2.1 N gười giáo viên hóa học cần có phẩm chất chung, m ột người giáo viên 1.2.2 Các thành p h ầ n cùa lực phấm chất cần p h t triền người giáo viên hóa học iii ■ 1í1 tí.' Chương 2: N hững vấn đề cầ b -e h ý chương trình sách giáo khoa 12 mơn Hóa học trường trung học phổ thơng 2.1 M ột sổ ý chương trình hóa học sách giáo khoa chương trình 12 (chương trình chuẩn) 2.1.1 Quan điểm p h t triển chương trình chuẩn m ơn hố học trường trung 12 học p h ổ thơng 2.1.2 Sách giáo khoa hố học thiết kế nham đáp ứng nhu cầu đ ỗ i m i 14 phư ng phá p dạy học đánh giá kết học tập 2.2 M ột số ý chương trình hóa học sách giáo khoa hóa học nâng cao 17 2.2.1 Chú ý m ục tiêu chương trình: Chương trình nâng cao T H P T 17 m ơn hố học giúp H S đạt tới m ục tiêu p h ậ n sau 2.2.2 Quan điểm phát triển chương trình THPT (nâng cao) m ơn hố học 18 đồng với quan điếm xây dựng chương trình bàn, chủ ỷ tới m ột số nội dung đặc thù 2.2.3 Chương trinh sách giáo khoa hoá học trirờng THPT nâng cao đảm 20 bảo tạo điểu kiện cho đổi m ới phương pháp dạy học Chương 3: N hững vấn đề cần ý nội dung kiến thức dạy theo 24 chirong trình, sách giáo khoa hóa học trường THPT 3.1 Những kiến thức trọng tâm chương trình: 1.1 lý thuyết 24 24 3.1.2 vể thực hành 34 3.2 Một số nội dung lý thuyết chủ đạo cần lưu ý eiáo viên 35 3.2.1 Obitan nguyên tử 36 3.2.2 Sự sap xếp electron nguyên tủ (cấu hình electron nguyên tứ) 45 3.2.3 Ỷ nghĩa cùa bàng tuần hoàn 48 3.2.4 Giãi thích quy luật báng tuần hoàn 49 3.2.5 Quy tac bát tử 54 3.2.6 Liên kết ion 54 2.7 Liên kết cộng hoá trị 59 Chương 4: M ột số vấn đề cần ý phương pháp, tổ chức dạy học 66 môn Hóa học 4.1 Soạn giáo án theo hướng đổi phương pháp dạy học hóa học theo 66 hướng tích cực 4.1.1 Yêu cầu chung việc thiết kế học hố học theo hướng đổi mcrí 66 4.1.2 Một số điểm cần lưu ý soạn giáo án 70 4.2 Soạn giáo án điện tử 71 4.2.1 Bài giáng có h ỗ trợ m áy tính 71 4.2.2.M ultimedia dạy học (instructional multimedia ) 72 4.2.3 Cầu trúc bàn cùa multimediadạv học 73 4.2.4 Đánh giá m ultim edia dạy học 75 4.2.5 Các loại kịch thiết kế m ultim edia dạy học 75 4.3 Sử dụng thí nghiệm hóa học dạy học hóa học 82 4.3.1 Sử dụng thí nghiệm hố học theo ph n g p h p nghiên cứu 83 4.3.2 Thí nghiệm đối chứng, kiểm chứng hình thành khái niệm 85 4.3.3 Sử dụng thí nghiệm nêu vẩn đề 86 4.3.4 Sừ dụng thí nghiệm để giải vấn đề học tập, giải tập thực nghiệm 89 4.3.5 Sử dụng thí nghiệm nghiên cứu cùa học sinh nhà 91 4.3.6 Sừ dụng phần m ềm th í nghiệm dạy học 91 3.7 Đ ổi m ới thực hành th í nghiệm cùa học sinh 92 4.4 93 Sử dụng tập hóa học dạy học 4.4.1 Nam vững hệ thong kiến thức quan trọng dùng g iả i toán hoá học, 94 hệ thống công thức 4.4.2 Nắm vững m ột sô nội dung kiến thức phiromg pháp kỹ thuật giúp 101 giải nhanh tốn tập hóa học C hương 5: H ướng dẫn sử dụng số phương pháp dạy học tích cực 111 dạy học hóa học 5.1 Sử dụng phương pháp thuyết trình theo hướng tích cực hố hoạt động 111 học sinh 5.1.1 Đ ặt vấn đề 111 5.1.2 G iải vấn đề 112 5.1.3 K ết luận 112 5.2 113 Sử dụng phương pháp đàm thoại theo hướng tích cực hố hoạt động học tập HS 5.2.1 Câu hỏi phư n g p h p đàm thoại 113 5.2.2 M ột so điều cần ý vé k ĩ thuật hỏi đàm thoại 117 5.3 118 Dạy học theo nhóm C h ơn g Đ ẶC TRƯ N G CỦA M ƠN HĨ A HỌC TRƯỜNG PHỐ THƠ NG N H Ử N G PH Ẩ M C H Á T , N Ă N G LỤ C C Ầ N C Ó C Ủ A N G Ư Ờ I G IÁ O V IÊ N H Ĩ A H Ọ C 1.1 Đặc trưng mơn Hố học trường trung học phổ thơng Hố học mơn học đưa vào chương trình phổ thông muộn Trong môn học tự nhiên khác (Vật lý, Sinh học, Địa lý ) đưa vào chương trình phổ thơng từ lớp - năm đầu bậc trung học sờ - phải lên lớp học sinh phải học môn Hoá học Điều quy định bời đặc trưng nội dung khoa học, phương pháp nhận thức hoá học quy luật tâm lý lĩnh hội kiến thức dạy học 1.1.1 H oá học khoa học nghiên cửu th ế g ió i vật cliất H óa học khoa học trái đất, dẫn chứng xác đáng quy luật tổng quát giới tự nhiên Các kiến thức hoá học - nhu kiến thức khoa học tự nhiên khác - phản ánh rõ quy luật tổng quát cùa giới tự nhiên: Quy luật thống cấu tạo với vận động, chất lượng tính chất vật chất Quy luật thể rõ mối quan hệ nhân - hoá học 1.1.1.1 M ối quan hệ nhân c ấ u tạo nguyên từ nguyên to tính chất nguyên tổ: Phản ánh rõ mối quan hệ bảng tuần hồn ngun tố hố học định luật tuần hoàn: - Với số proton định hạt nhân nguyên tử, quy định nguyên tử cùa nguyên tố - Sự khác số nơtron nguyên tử nguyên tố tạo nên khác khối lượng chúng - Sự sáp xếp electron nguyên tử quy định tính chất hóa học ngun tố hóa học Ị 1.1.2 M ồi quan hệ nhân cấu tạo phân tử tính chất chất tóm tắt sau: c ấ u tạo cùa chất tồn thống biện chứng, tương ứng định với vận động nội bên chất với chất lượng tính chất Điều phàn ánh qua biểu gới vật chất: - Thế giới tồn giới vật chất, chất cấu tạo nên từ nguyên tử nguyên tố hóa học khác Tất nguyên tố hóa học có vị trí cụ thể bảng tuần hồn - Cấu tạo chất tương ứng với chất lượng chất: có mặt nguyên tử nguyên tố hóa học khác tạo nên nhiều loại chất khác + Các nguyên tử loại kết hợp với tạo thành đơn chất: Ví dụ kim loại, phi kim + N hiều loại nguyên từ khác kết hợp với tạo thành hợp chất: V í dụ oxit, axit, bazơ, muối + Số lượng nguyên từ khác tạo nên nhiều loại chất khác nhau: Ví dụ nguyên từ o kết hợp với nguyên tử N theo tỉ lệ khác số lượng tạo nên oxit khác N NO, N 20 , N - Sự xếp nguyên tử phân tử chất tạo nên khác tinh chất cùa chúng - Lịch sừ phát triển Hóa học, học thuyết cấu tạo chất định luật hóa học ln gắn liền với quan điểm triết học giới quan vật biện chứng, 1.1.2 Hóa học m ột khoa học thực nghiệm lý thuyết Việc nghiên cứu hóa học phải dựa sở thực nghiệm, kết hợp thực nghiệm tư lý thuyết Các kết luận, khái niệm tính chất, cấu tạo phân tử, chế phàn ứ ng kiểm chứng bàng thực nghiệm Tuy nhiên, để có kết luận phải sử dụng phương pháp giả thuyết, phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, phương pháp toán học, vật lý để lập luận Đối tượng hóa học chất, cấu tạo từ phân tử, nguyên tử, ion, hạt nhân nguyên tử, elec tro n chúng phần tử vi mô, quan sát trực tiếp Chúng lại tương úng với khái niệm trừu tuợng cần đuợc học sinh lĩnh hội vững chác N hững chế hóa học diễn theo quy luật phá vỡ phân tử chất đuợc tạo thành Những diễn biến kich thước vi mô, nhung lại kiến thức hóa học cần truyền đạt cho học sinh Các nhà hóa học buộc phải dùng mơ hình tư để lí giải tượng đó: gấn tượng hoá học (quan sát trực tiếp được) với thay đổi cấu trúc bên lực tư duy: Mỗi tượng hóa học gắn với kết kiến thức lý thuyết m cần lập luận có Ví dụ Phản ứng trung hoà dung dịch axit (HC1) dung dịch bazơ (NaOH) - H iện tượng cần quan sát: + D ung dịch axit dung dịch bazơ khơng có màu, nhận biết dung dịch NaOH cách nhỏ phenolphtalein vào dung dịch có màu hồng, nhận biết dung dịch HC1 cách nhỏ giọt dung dịch HC1 vào giấy quỳ, giấy quỳ cho màu đỏ + N hỏ từ từ dung dịch HC1 vào dung dịch N aOH (có màu hồng), thấy màu hồng đi, lấy giọt dung dịch vừa thu vào giấy quỳ, giấy quỳ không đổi màu - Bản chất tượng cần suy luận: + Dung dịch axit có ion H* nên làm quỳ tím chuyển màu đị, dung dịch bazơ có ion OH' nên làm cho phenolphtalein không màu chuyển thành màu hồng + N hỏ dung dịch axit vào dung dịch bazơ, dung dịch trở thành khơng màu, khơng cịn ion O H', dung dịch thu không làm đổi màu giấy quỳ khơng cịn ion H+, mơi trường trờ trung tính + Bản chất tượng là: H+ + OH' —> H 20 Ví dụ 2: H2S có tính khử mạnh: s H2S từ số oxi hoá -2 chuyển lên + - H iện tượng: sục khí H2S vào dung dịch Br dung dịch Br m ất màu, nhỏ vào dung dịch thu vài giọt dung dịch BaCl2 thấy có kết tủa tráng - Bản chất tượng cần suy luận: ion S2'-> S 42' (kết tủa trắng B aSO Ạ 1.1.3 K iến thức hỏa học trường p h ổ thông m ột hệ thống kiến thức chung, vững chắc, không tách rờ i từ ng môn độc lập Khác với mơn học tự nhiên khác, tồn kiến thức hóa học trường phổ thông m ột hệ thống kiến thức hoàn chỉnh, thống quy định lẫn phần, môn Vật lý bao gồm phân môn: học, nhiệt học (lớp 10), điện học (lớp 11 ), quang học (lớp 11 , 12 ), mơn sinh học gồm: thực vật học, động vật học, sinh thái học, di truyền học tương đối độc lập kiến thức, học sinh học học, nhiệt học khơng tốt nhung lại học tốt điện học H óa học thường khơng Chương trình hóa học trường phổ thông gồm vấn đề lựa chọn từ khối kiến thức khoa học hóa học: hóa Đại cirơng, hóa vơ cơ, hóa hữu đưa vào chương trình trung học sờ (THCS) trung học phổ thông (THPT), từ lớp đến lớp , vấn đề: cấu tạo nguyên tử, liên kết hóa học, định luật hệ thống tuần hồn ngun tố hóa học xác định giữ vai trò lý thuyết chù đạo chương trình, sờ để nghiên cứu nội dung hóa học trường phổ thơng Các kiến thức hố học bậc THPT bát đầu học từ vấn đề cấu tạo nguyên tử, với nội dung trừu tượng khó, địi hỏi học sinh phải có m ột tảng vững chấc kiến thức, kỹ hóa học từ lớp , lớp Thực tế giáo dục phổ thơng khó đáp ứng u cầu mơn hóa học Đối với lớp học sinh trường chuyên, lớp chọn, phần lớn học sinh vào học lớp 10 với m ột tảng kiến thức kỹ hóa học thấp 1.1.4 Việc dạy học mơn hóa học cịn có m ột đặc điểm đặc trưng tâm lý lĩnh hội kiến thứ c riêng T rong dạy học hóa học, buộc phải dùng mơ hình cụ thể kích thước v ĩ mơ để diễn tả cấu tạo phân tử chất chế phản ứng hóa học, dựa biểu bên chúng để giúp học sinh suy - bàng tư - tính chất chất, từ tư thâm nhập vào cấu tạo phân tử cùa chúng Học hóa học bàng mơ hình cụ thể, dựa vào dấu hiệu bề ngồi tirợng hóa học để suy tính chất hóa học đối tượng nghiên cứu, điều địi hỏi học sinh trình độ phát triển định tư trừu tượng, kỹ định việc sử dụng m hình, phương pháp mơ hình hóa (các cơng thức hóa học thuộc loại mơ hình) Đây đặc trưng thuộc tâm lí học dạy học phư ng p h p dạy học hóa học mà người giáo viên phải lưu ý N ó khó khăn lớn việc dạy học hóa học Cho nên hóa học khơng thể dạy học sớm nhu nhiều m ơn khoa học tự nhiên khác Vì Jean Piaget, nhà tâm lí học chứng m inh tâm lí học phát triển rằng: trình độ thao tác trừu tượng lôgic hình thức để chuyển từ lý thuyết tảng sang tượng hóa học khơng thể đạt trước lứa tuổi thiếu niên cơng trình thực nghiệm cho biết việc lĩnh hội khái niệm hóa học thơng qua m hình đơn giản phụ thuộc nhiều vào tuổi hệ số trí tuệ 1.2 Những phẩm chất lực cần có người giáo viên hố học Người giáo viên hóa học vừa tốt nghiệp trường Đại học Sư phạm, khoa Sư phạm trường Đại học khác, trường Cao đẳng Sư phạm bắt đầu làm nhiệm vụ cấp T H PT cap THCS cần liên hệ đổi chiếu thân với yêu cầu phẩm chất lực nguời giáo viên hóa học, : + Có phẩm chất đạo đức người giáo viên nhà trường xã hội chủ nghĩa + Có đủ lực chuyên mơn nghiệp vụ dạy học hóa học + Có tiềm lực để khơng ngừng hồn thiện trình độ đào tạo ban đầu, vươn lên đáp ứng yêu cầu đổi 1.2.1 N gười giáo viên hóa học cần có phẩm clĩấl chung, c a bàn người giáo viên + Có ý thức, trách nhiệm cơng dân, hiểu biết pháp luật, có phẩm chất trị rõ ràng, kiên định: Yêu nước, yêu chù nghĩa xã hội + Yêu trẻ, tôn trọng nhân cách trẻ, biết hợp tác với trẻ trình dạy học, giáo dục, biết tạo dựng khơng khí dân chù lớp học, đối xử công với học sinh + Yêu nghề, đoàn kết, hợp tác với đồng nghiệp công tác chuyên môn, khiêm tổn học hỏi kinh nghiệm để nâng cao trình độ thân, giúp đỡ lẫn để xây dựng tập thể sư phạm tốt mục tiêu giáo dục nhà trường Biết giao tiếp với cha mẹ học sinh, với cộng đồng địa phương, nhà trường huy động nguồn lực để làm giáo dục + Có ý thức trách nhiệm xã hội, hãng hái tham gia vào phát triển cộng đồng, tuân thủ pháp luật quy định cấp quản lí giáo dục, có hiểu biết chung vấn đề trị xã hội đất nước cùa địa phương + Đối với giáo viên trường: - Bước đầu có số nề nếp, tác phong người giáo viên: Đứng đán ăn mặc, giản dị, khiêm tốn, mực úng xử, gần gũi sẵn lòng giúp đỡ người, làm việc nghiêm túc - Bước đầu có số phẩm chất nề nếp lao động cán khoa học: Say mê lao động; trung thực; nghiêm túc; có ý thúc tổ chức ký luật; làm việc có kế hoạch, có định hướng, chủ động, sáng tạo, khơng máy móc 1.2.2 Các thành phần cùa lực phẩm chất cần ph t triển người giáo viên hóa học 1.2.2.1 N ăng lực chun mơn khoa học hóa học + Nắm vững hệ thống khái niệm, thuật ngữ, định luật, học thuyết hố học Ị_ Vậy bán kính nguyên tử hiđro ,7 A = 0,37 A I Bán kính nguyên tử clo 1,98 A = 0,99 A Đối với bán kính cách o - b H, c - Cl, H - o, c s chẳng hạn, xác định cách đo s tr o n g c c p h â n tử H 20, C C I4 v H S Trong m ột ch u kì bán kinh nguyên từ nguyên tố g iả m dần tù trá i q ua p h ả i: Sờ d ĩ m ột chu kì số lớp electron nguyên tử n hu K hi tù nguyên tố bên trái đến nguyên tố bên phải đ iện tích hạt nhân tăng lên m ột đơn vị, electron tăng thêm điền vào lớp n xây dựng dở K et electron bị hút phía hạt nhận m ạnh làm cho bán kính nguyên tử giảm c Trong m ột nhóm A , bán kính ngun tử cùa ngun tử tăng từ xu ốn g dưới: Sở dĩ vì, theo chiều từ xuống dưới, điện tích hạt nhân có tăng số lớp electron tăng lên làm giảm sức hút hạt nhân với electron, làm c h o bán kính nguyên tử tăng lên 3.2.4.2 Q uy luật biến đoi lượng ion hoá a Định nghĩa lư ợng ion hoá Trong chương cấu tạo nguyên tử ta biết: N ăng lượng ion hoá lượng cần thiết để tách electron khỏi nguyên tử trạng thái (khơng kích thích) Đó lượng ion hố thứ (kí hiệu li) Thí dụ: Ca (khí) + 590 kJ -> Ca+ (khí) + e N ăng lượng ion hoá th ứ hai lượng cần thiết để tách electron thứ hai: Ca+ (khí) + 1145 kJ - » Ca2+ (khí) + e Năng lượng ion hoá thứ hai lớn lượng ion hố thứ việc tách electron khỏi m ột ion tích điện dương khó khăn hom việc tách electron khỏi nguyên tử, nguyên tử dễ tạo thành cation Ta nói tính kim loại ngun tố cao b S ự biến đổi lượng ion hoá * Các yếu tố ảnh huởng đến lượng ion hố Có nhiều yếu tố, ta nêu hai yếu tố quan trọng: - Khoảng cách electron ngồi đến hạt nhân Khi khoảng cách tăng lên, lực hút điện tích dương hạt nhân electron mang điện âm giảm đi; kết q u ả n ă n g lu ợ n g io n h o g iả m - Điện tích hạt nhân Khi điện tích dương cùa hạt nhân lớn, lực hút với electron ngồi tăng lên; kết lượng ion hoá tăng * Sự biến đổi lượng ion hoá bảng tuần hồn Hình 37 đồ thị biểu diễn biến đổi lượng ion hoá 20 nguyên tố đầu theo chiều tăng hiệu nguyên tử Qua đồ thị ta thấy: - Trong m ột chu kì, từ trái sang phải, nói chung lượng ion hoá nguyên tố tăng dần (Trên đồ thị có số trường hợp bất thường, ta khơng xét đây) Nói chung, tăng lượng ion hố tương ứng với giảm tính kim loại cùa nguyên tố Sờ dĩ vậy, vi chu kì, từ nguyên tố đến nguyên tố kia, điện tích hạt nhân tăng dần Điện tích hạt nhân tăng làm giảm bán kính nguyên tử, đỏ giảm khoảng cách electron hạt nhân, làm tăng sức hút hạt nhân với electron; electron khỏ tách khỏi nguyên tử Các nguyên tố nhóm IA (các kim loại kiềm: Li, N a, K, Rb, Cs) đầu chu ki có lượng ion hố thấp chu kì chúng có cấu hình electron n s '1, lại có bán kính lớn so với nguyên tố khác nên dễ electron N gược lại, nguyên tố cuối chu kì (các khí hiếm: He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) có lượng ion hố cao Điều dễ hiểu chúng có cấu hình elecưon đầy đủ ns np lại có điện tích hạt nhân lớn - Trong m ột nhóm theo chiều từ xuống dưới, lượng ion hoá nguyên tố giảm dần Sự giảm lượng ion hoá tương ứng với tăng tính kim loại Sở dĩ nhóm, từ xuống điện tích hạt nhân tăng nhung số lớp electron tăng gây tăng bán kính nguyên tử làm tăng khoảng cách electron hạt nhân: electron dễ tách khỏi nguyên tử Biết giá trị tương đối cùa lượng ion hố, ta dự đốn ngun tố có khả tạo thành hợp chất ion hay hợp chất cộng hoá trị Các ngun tố có lượng ion hố cao nguyên tổ nhóm VIA, VIIA, dễ nhận thêm electron để biến đổi tạo thành ion âm (anion), dễ tạo hợp chất ion hoá hợp với kim loại Các nguyên tố có lượng ion hoố trung gian, nói chung tạo thành hợp chất cộng hố trị cách góp chung electron với nguyên tố khác 3.2.4.3 Độ âm điện nguyên tố a Khái niệm Khi nghiên cứu liên kết hoá học phân từ HC1 (chương 2) ta nói nguyên từ clo có độ âm điện mạnh nguyên tử hiđro nên hút cặp electron chung phía mạnh Độ âm điện đại lượng đặc trưng cho khả nguyên từ phân từ hút electron phía - Trong chu kì, độ âm điện tăng theo chiều từ trái sang phải tương ứng với tăng tính phi kim nguyên tố - Trong nhóm chính, độ âm điện giảm theo chiều từ xuống tương ứng với giảm tính phi kim nguyên tố N hư vậy, nguyên tố có độ âm điện lớn phi kim nằm phía trên, góc phải bảng tùân hồn Ngược lại, ngun tố có độ âm điện nhỏ kim loại hoạt động nằm phía dưới, góc trái bảng tuần hồn Vì độ âm điện lại tăng từ trái sang phải bảng tuần hoàn? Khi từ nguyên tố qua nguyên tố kia, điện tích hạt nhân tăng lên mộtđơn vị lóp ngồi thêm electron Vì điện tích dương hạt hút electron tăng, độ âm điện tăng 52 nhân tăng,sức • Chương - Liên kết hóa học: Có thể mơ tả kiến thức chương theo sơ đồ sau: 53 Một số khái niệm cần ý: 3.2.5 Quy tắc bát tử 3.2.5.1 Electron hoá trị - Trong phản ứng hố học chi có electron thuộc lớp bên ngồi liên kết với hạt nhân yếu có khả tham gia vào việc tạo thành liên kết Người ta gọi electron có khả tham gia vào việc tạo thành liên kết hoá học electron hố trị - Đe cho thuận tiện, người ta kí hiệu electron hoá trị theo sơ đồ Liuyt (Lewis) Theo sơ đồ hạt nhân lớp electron bên biểu diễn kí hiệu hố học ngun tố, cịn electron hố trị tuợng trưng dấu chấm đặt xung quanh kí hiệu nguyên tố - Các electron độc thân hay ghép đôi ý biểu diễn 3.2.5.2 Quy tắc bát từ - Trong thiên nhiên, người ta nhận thấy có ngun tử khí tồn độc lập-mà không liên kết với nguyên tử khác Sở d ĩ chúng có lớp electron ngồi có cấu hình ns 2np (8 electron) bền vững, có trạng thái lượng thấp Vì phàn ứng hoá học, nguyên từ có khuynh hướng nhường electron đi, nhận vào, góp chung lại để đạt tới cấu hình electron khí (cịn gọi khí trơ) Vì tất khí (trừ heli) có electron nên quy tác nêu gọi quy tắc bát tử (8 điện tử) 3.2.6 Liên kết ion 3.2.6.1 Sự tạo thành ion Trong phản ứng hố học, ngun tử kim loại có khuynh hướng nhường electron cho nguyên tử phi kim, nguyên tử phi kim có khuynh hướng nhận electron ngun tử khác để lớp ngồi có đủ electron, giống cấu hình bền vững khí S4 Khi nhường nhận thêm electron, điện tích âm điện tích dương ngun tử khơng cịn nữa, nguyên từ trở thành phần từ mang điện gọi ion a Ion dương (hay cation) Thí dụ 1: Sự tạo thành ion natri từ nguyên tử natri N guyên tử natri có 11 proton hạt nhân lớp vị có 11 electron c ấ u hình electron nguyên tử natri là: Na: ls 22s 22p 63s' Nguyên tử natri có nhiều nguyên tử neon (Ne: ls 22s 22p6) electron Vì dễ nhường electron lớp Khi nguyên tử natri nhường electron, vỏ nguyên từ 10 e số proton hạt nhân natri khơng cịn trung hồ điện mà biến thành hạt mang điện: ion dương natri (Na+) N a - e —♦ N a+hay Na: ls 22s 22p 63s' Na —> N a+ + 1e Na+: ls 22s 22p (cấu hình khí Ne) Thí dụ 2: N hũng nguyên tử kim loại, lớp ngồi có 1, 2, electron có khả nhường electron để biến thành ion dương M g - 2e —» M a2+ hay Mg: ls 22s 22p 63p AI - 3e —> A l3+ Al: ls 22s 22p 63s 23p' M g —►M g2+ + 2e M g2+: ls 22s 22p (cấu hình khí Ne) hay AI — Al3+ + 3e A l3+: ls 22s 22p (cấu hình khí Ne) Các ion dương gọi cation N gười ta gọi tên cation tên kim loại tương ứng nhu ion kali (K+), ion magie (M g2+), ion nhôm (A l3+), ion sắt II (Fe2+), ion sắt III (Fe3+) b Io n â m ( h a y a n io n ) Thí dụ 1: Sự tạo thành ion clorua từ nguyên tử clo N guyên tử clo có 17 proton 17 electron Cl: ls 22s 22p 63s 23p N hư có nguyên tử khí trơ gần (agon) electron: Ar: ls 22s 22p 63s 23p 55 Do đó, dễ dạng nhận thêm electron cho đủ electron ngồi ứng với cấu hình ns 2np6 Khi nhận thêm electron, so electron lớp vỏ tăng lên 18 số proton hạt nhân 17 N hư dư m ột điện tích âm N guyên tử clo khơng cịn trung hồ điện m biến đổi thành hạt m ang điện tích âm: ion âm clorua c r Ta biểu diễn trình phương trình sau: C1+ le — cr Cl: ls 22s 22p 63s 23p Cl": ls 22s 22p 63s 23p (Cấu hình electron Ar) Thí dụ 2: N hững nguyên tử phi kim có 5, , electron có khả nhận thêm electron để trờ thành ion âm F + le —►F' F: ls 22s 22p F : ls 2s 2p (cấu hình electron Ne) o + e -► O 2’ O: 1s 22s 22p O2': 1s 2s 2p (cấu hình electron Ne) s + e —> s 2' S: ls 22s 22p 43s 23p s 2': ls 22s 22p 63s 23p (cấu hình electron Ar) Các ion âm gọi anion Người ta thường gọi tên anion tên gốc axit tương ứng Thí dụ: F \ c r , s 2' gọi ion florua, clorua, sunfua 3.2.6.2 S ự tạo thành liên kết ion X ét phản ứng đốt cháy natri khí clo N guyên tử natri dễ dàng nhường electron cho nguyên tử clo để biến đổi thành ion dương N a+, đồng thời nguyên tử clo đễ dàng nhận electron nguyên tử natri để biến thành ion clorua: N a - le —> N a+ hay N a —►Na+ + le C 1+ le — c r Hai ion tạo thành m ang điện ngược dấu, chúng hút lẫn lực hút tĩnh điện v tạo thành hợp chất natri clorua N a+ + c r —* N a C l 56 Liên kết ion tạo thành lực hút tĩnh điện ion mang điện ngược dấu Ta biểu diễn phương trình bàng phương trình phản ứng le ni 2Na + CI2 = N a C l Ta dùng sơ đồ Liuyt để biểu diễn phương trình phản ứng trên: N a + • C1 : - Na + •• : C1 : Ta lấy m ột thí dụ khác: Sự tạo thành magie oxit Cũng tương tự trên, đốt magie oxi, xẩy qúa trình sau: 2 e 2Mg + = M g Theo sơ đồ Liuyt: " •• l 2' M g :+ : O : — * - [M g] [sộ : Cũng tucmg tự vậy, tạo thành Cà biểu diễn sau: 2+ - Ca + F - CaF, F: : M g + :: — F: [c a I 2+ : F: : Fi Các hợp chất tạo nên từ ion gọi hợp chất ion N atri clorua, magie oxit hợp chất ion Trong hợp chất ion, khơng có phân tử NaCl, M gO tồn m ột cách đôc lập m ion âm dương xếp thành mạng tinh thể (xem phần mạng tinh thể ion) 57 3.2.6.3 Các y ếu tổ ảnh hưởng đến tạo thành liên kết ion Có yếu tổ ảnh hưởng đến tạo thành liên kết ion Đ ó là: - N ăng lượng ion hoá - Ái lực với electron - N ăng lượng m ạng lưới a N ăng lượng ion hoá N ăng lượng ion hoá lượng cần thiết để tách electron khỏi nguyên tử trạng thái (trạng thái khơng kích thích) Đối với ngun tử có nhiều electron ngồi lượng cần thiết để tách electron thứ khỏi nguyên tử (gọi lượng ion hố thứ nhất) cịn có lượng ion hoá thứ hai, thứ ba Các ngun tử có điện tích hạt nhân nhỏ, có kích thước lớn electron lớp ngồi liên kết với hạt nhân yếu dễ bị tách khỏi nguyên tử N hững nguyên tử có lượng ion hoá nhỏ dễ biến thành ion dương (cation) Thí dụ lư ợ ng ion hoá thứ nhất, nguyên tử natri, liti, berili, 496kJ/m ol, 500 kJ/m ol, 900 kJ/m ol T heo th ì ngun tử natri dễ biến thành ion dương nguyên tử liti nguyên tử liti dễ biến thành ion dương nguyên tử berili b Ái lực với electron Trong phản ứng tạo thành hợp chất N aCl xét trên, đồng thời với trình electron nguyên tử natri qủa trình nhận electron vủa nguyên tử clo C1 + le -►c r Quá trình toả m ột nhiệt lượng 398 kJ/mol N ăng lượng (dưới dạng nhiệt) toả gọi lực với electron Vậy lực với electron lượng toả m ột nguyên tử kết hợp với electron để trở thành ion âm Nói chung, lực với electron m ột nguyên tố lớn (càng toả nhiều nhiệt) ngun tố dễ biến thành ion âm Thí dụ: N guyên tổ 58 CL Br I Ái lực với electron 398 kJ/mol 342 kJ/mol 295 kJ/mol Theo số liệ u clo dễ biến thành ion âm brom brom dễ biến thành ion âm hom iot c Năng lượng mạng lưới Khi ion Na+ c r tạo thành, chúng hút bàng lực hút tĩnh điện để tạo thành NaCl rắn (dưới dạng tinh thể) Na+ (khí) + c r (khí) — NaCl (rắn) Q trình toả nhiệt lượng lớn: 781 kJ/mol Năng lượng ion kết hợp với để tạo thành mạng lưới tinh thể gọi lượng m ạng lưới (Ta xét kĩ phần tinh thể ion) Năng lượng mạng lưới lớn (càng toả nhiều nhiệt), hợp chất ion tạo nên bền Tóm lại: Kim loại dễ nhường electron, phi kim dễ nhận electron, ion tạo thành hút mạnh thuận lợi cho tạo thành liên kết ion Liên kết cộng hoá trị 3.2.7.1 S ự tạo thành liên kết cộng hoá trị Các phân từ tạo nên thân (chất béo, protein ), lương thực, thực phẩm ta ăn (đường, m ô, protein), áo quần ta mặc (bông, len, sợ tổng h ợ p ) không khí ta thở (nitơ, oxi ) chất có liên kết cộng hố trị Liên kết tạo thành phân từ hiđro (H 2), clo (CI2), Oxi ( 2) hiđro clorua (HC1) liên kết cộng hoá trị Liên kết cộng hoá trị liên kết hai nguyên tử, tạo thành cách góp chung m ột hay nhiều electron 3.2.7.2 Tính chất cùa liên kết cộng hố trị a Bậc liên kết Bậc liên kết số cặp electron góp chung bời hai nguyên từ phân tử * Bậc m ột (hay gọi liên kết đơn) Liên kết có bậc m ột chì có liên kết hai ngun tử Các liên kết có bậc m ột như: H -H, C l-C l, H -Cl, H H — N — I H H — H Ç — I H H (N H 3) (C H 4) * Bậc hai Liên kết có bậc hai có hai cặp electron chung (2 liên kết) hai nguyên tử Người ta gọi liên kết bậc hai liên đơi Thí dụ: Liên kết c = o phân tử khí cacbonic: C02 : Ư •• c = = Ư •• Liên kết c = c phân tử etilen C2H4: \ / H /H \ C = Cv H * Bậc ba Liên kết có bậc ba có ba cặp electron chung (3 liên kết) hai nguyên tử N gười ta gọi liên kết bậc ba liên kết ba Thí dụ: Liên kết N = N phân tử nitơ, N Liên kết c = C phân tử axetilen, C 2H b Độ dài liên kết Đ ộ dài liên kết khoảng cách giữ a hạt n h ân cùa hai nguyên tử liên kết với Độ dài liên kết chù yếu kích thước nguyên tử định Thí dụ: k ích thư c củ a n guyên tử: N < c < p nên độ dài liên kết tăng th eo chiều: C-N c-c c-p Độ dài liên kết tăng Tuy nhiên, bậc liên kết ảnh hưởng đến độ dài liên kết: liên kết đôi ngắn hom liên kết đơn, liên kết ba lại ngắn liên kết đơi Thí dụ: Liên kết Bậc liên kết Đ ộ d iliê n k ế t c =0 C -O 1,43A c =o 1,22 A 1,13A Bậc liên kết có ảnh hường đến độ dài liên kết độ dài liên kết có ảnh hưởng đến lượng liên kết m ta xét sau c N ăng lượng liên kết (kí hiệu E|k) N ăng lượng liên kết luợng tạo thành liên kết hố học từ ngun tử lập N ăng lượng liên kết thường tính kJ/mol liên kết (tức 6.10 23 liên kết) Thí dụ trình: H + C1 —» H - C1 lượng toả 431 kJ/mol Đó lượng liên kết H - C l N àng lượng phân li (kí hiệu D ) lượng cần thiết để phá vỡ liên kết hố học, tách phân tử thành ngun tử Thí dụ trình: H - C1 —> H + C1 lượng cần cung cấp 431 kJ/mol Đó lượng phân li liên kết H - Cl N hư lượng liên kết bàng lượng phân li ngược dấu Q uá trình tạo thành liên kết từ nguyên tử qúa trình tỏa nhiệt Q uá trinh phá vỡ liên kết phân tử trình thu nhiệt N ăng lượng liên kết đặc trưng cho độ bền liên kết, lượng liên kết lớn, liên kết bền T hí dụ: H + H —►H E|k = 435 kJ/mol CI + CI —> C l Elk = 243 kJ/mol H + CI — HCl Elk = 431 kJ/mol Vậy liên kết H - H bền nhất; liên kết C1 - C1 bền Thực nghiệm cho thấy: bậc liên kết cao (càng có nhiều cặpelectron liên kết) độ dài liên kết ngắn lượng liên kết lớn (liên kết bền) Nói chung liên kết đơi bền liên kết đơn liên kết ba bền liên kết đơi 3.2.7.3 Bản chất liên kết cộng hố trị a Nguyên nhân tạo thành liên kết cộng hoá trị * Sự tạo thành phân tử hiđro H từ nguyên tử: Ở trạng thái bản, nguyên tử hiđro có cấu hình electron l s M ây electron s (obitan s) có dạng hình cầu Khi hai nguyên tử hiđro lại gần nhau, hạt nhân nguyên tử hút mây electron nguyên tử làm cho hai đám mây xen phủ vào m ột phần Do xen phủ đám mây electron m mật độ điện tích âm khu vục hai hạt nhân tăng lên, hai electron ưu tiên có mặt khu vực Sự xuất khu vực cỏ mật độ điện tích âm lớn hai hạt nhân mang điện tích dương làm tăng sức hút hạt nhân với mây electron vùng này, làm cân bàng lực đẩy tương hỗ hai hạt nhân, giữ cho hai hạt nhân nguyên tử liên kết với nhau: liên kết hoá học hình thành M ỗi electron trước chi thuộc nguyên tử, có xen phủ obitan mà hai electron có spin ngược dấu thuộc obitan nguyên tử hiđro: coi ngun tử hiđro phân tử có cấu hình electron nguyên tử heli ls N hư vậy, phân tử H bền nguyên tử H đứng riêng rẽ Khi phân tử tạo thành có cân lực hút hạt nhân với cặp electron chung lực đẩy hạt nhân với nhau.K hoảng hai hạtnhân nguyên tử hiđro vị trí cân bàng 0,74 A K hoảng cách 0,74 A độ dài liên kết nói phần truớc, (cần nhớ ràng bán kính nguyên tử hiđro đứng riêng rẽ 0,53 A ) 62 Khi hai nguyên tử hiđro liên kết với để tạo thành phân tử H bền (có lượng thấp lượng hai nguyên tử hiđro riêng rẽ 7,3.10 ', 9J) toả lượng 7,3- 10"19J liên kết hay 435 kJ mol liên két (1 mol phân tử H 2) Năng lượng cần cung cấp lượng phân li * Sự tạo thành phân tử hiđro ílorua HF từ nguyên từ hiđro nguyên tử flo cấ u hình electron nguyên tử hiđro H ls ' hay □ ls c ấ u hình electron nguyên tử flo: F: ls 22s 22p [He] 2s 22p u n tị tị t ls 2s 2px 2py 2PZ Ở có xen phủ obitan ls nguyên tử hiđro obitan px nguyên tử flo Trong hình thành liên kết cộng hố trị, vùng xen phủ obitan lớn liên kết bền Vì liên kết tạo nên theo phương có xen phủ lớn * Sự tạo thành phân tử clo, CI2 Cl: [Ne] 3s 23p Cl: [Ne] 3s23p [Ne] [Ne] tị t tị tị 3s 3pz 3py 3PZ n n 3s 3pz 3py 3PZ tị ị K hi tạo thành phân tử CI2, có xen phủ hai obitan 3pz hai nguyên tử clo Để bảo đảm xen phù cực đại, obitan p xen phủ dọc theo trục liên kết * Sự tạo thành phân tử hiđro sunfua H 2S: 2H + s - H2S 63 H Is ' hay ls ' H Is S: [Ne] 3s 23p hay [Ne] Tị u 3s 3pz Is ị 3py 3PZ T rong phân tử H 2S, obitan nguyên tử tham gia liên kết obitan ls nguyên tử hiđro obitan p y, pz lưu huỳnh, c ấ u trúc bền cấu trúc đỏ có phủ cực đại obỉtan Vì trục obitan Py p vng góc với nên ta có kết góc liên kết 92° * Liên kết cộng hố trị có tính định hướng, phân tử có cấu trúc hình học xác định Liên kết cộng hoá trị tạo thành có ghép đơi electron độc thân, có spin ngược dấu b L iên kết xíchm a (ơ ) liên kết pi ( 7t) Ở ta nói xen phủ obitan hình thành liên kết nguyên tử Có nhiều dạng xen phủ: - G iữ a hai dạng cầu hay liên kết s - s (trường hợp phân tử H 2) - G iữa m ột hình cầu v m ột đầu số hay liên kết s - p (trường hợp phân tử H - F) - G iữa hai đầu số hay liên kết p - p (trường hợp phân tử Cl2) Các trường hợp xen phủ tạo thành liên kết xích m a (kí hiệu ơ) T rong liên,kết , m ật độ xác suất tìm thấy electron lớn dọc theo trục liên kết (trục nối hạt nhân cùa nguyên tử liên kết) - L iên kết n N hững liên kết cộng hoá trị đơn tạo liên kết liên kết đôi liên kết ba, ngồi liên kết cịn có liên kết pi (kí hiệu n) thường gặp hợp chất cacbon 64