Tìm hiểu các học thuyết về cấu tạo nguyên tử và áp dụng vào giảng dạy chương trình hóa học lớp 10

LỜI CẢM ƠN Trong trình nghiên cứu hoàn thiện đề tài “Tìm hiểu học thuyết cấu tạo nguyên tử áp dụng vào giảng dạy chương trình hóa học lớp 10” nhận nhiều quan tâm giúp đỡ thầy cô giáo, bạn sinh viên Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo, cô giáo khoa Hóa học - trường Đại học Sư phạm Hà Nội II, đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô Đăng Thị Thu Huyền - Giảng viên môn Hóa vô Đại Cương tận tình hướng dẫn em hoàn thành đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn tới bạn sinh viên K33A - Khoa Hóa Học trao đổi, động viên suốt trình nghiên cứu đề tài Trong trình nghiên cứu đề tài, có nhiều cố gắng khó tránh khỏi thiếu sót, kính mong góp ý thầy giáo, cô giáo, bạn đọc để khóa luận tốt nghiệp hoàn thiện Tôi xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 10 tháng năm 2011 Sinh viên thực Dương Thị Bích Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp LỜI CAM ĐOAN Khóa luận em hoàn thành hướng dẫn cô giáo Đăng Thị Thu Huyền với cố gắng thân Trong trình nghiên cứu thực khóa luận em có tham khảo tài liệu số tác giả (đã nêu mục tài liệu tham khảo) Em xin cam đoan kết khóa luận kết nghiên cứu thân, không trùng với kết tác giả khác Nếu sai em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Sinh viên Dương Thị Bích Dương Thị Bích ii K33A – Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Nội dung nghiên cứu đề tài CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Theo nhà triết học cổ Hy Lạp 1.1.1 Lơxip 1.1.2 Đemocrit 1.2 Theo Dalton 1.2.1 Đôi nét nhà bác học Dalton 1.2.2 Nội dung thuyết nguyên tử Dalton 1.2.3 Thành công 1.2.4 Hạn chế 1.2.5 Sự phóng điện khí loãng 1.3 Mẫu nguyên tử Thomson 13 1.3.1 Đôi nét nhà bác học J.J.Thomson 13 1.3.2 Nội dung 14 1.3.3.Thí nghiệm tán xạ hạt alfa Rutherford 15 1.4 Mẫu nguyên tử Rutherford 17 1.4.1 Đôi nét nhà bác học Rutherford 17 1.4.2 Nội dung 18 1.4.3 Thành công 19 1.4.4 Hạn chế 19 1.4.5 Sự tìm proton notron 20 1.5 Mẫu nguyên tử Bohr 21 1.5.1 Đôi nét nhà bác học Niels Bohr 21 1.5.2 Nội dung 22 1.5.3 Thành công 26 Dương Thị Bích iii K33A – Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 1.5.4 Hạn chế 28 1.6 Quan điểm đại (quan điểm học lượng tử 1926) 30 1.6.1 Giới thiệu hàm sóng phương trình Schrodinger 30 1.6.2 Phương trình schodinger cho nguyên tử có 1e 33 1.6.3 Nguyên tử nhiều electron 38 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40 2.1 Mục đích nghiên cứu nhiệm vụ nghiên cứu 40 2.2 Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu 40 2.3 Phương pháp nghiên cứu 40 2.4 Ý nghĩa khoa học 41 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 42 3.1 Chương trình hóa học lớp 10 giảng dạy nguyên tử 42 3.1.1 Thành phần nguyên tử 42 3.1.2 Sự chuyển electron nguyên tử Obitan nguyên tử 42 3.1.3 Lớp phân lớp electron 42 3.1.4 Năng lượng e nguyên tử Cấu hình e nguyên tử 42 3.1.5 Cấu hình e nguyên tử 43 3.2 Kết nghiên cứu thảo luận 43 3.2.1 Khái niệm obitan nguyên tử 43 3.2.2 Sự chuyển động electron nguyên tử 53 3.2.3 Các nguyên lý quy tắc phân bố e nguyên tử 55 3.2.4 Cấu hình electron nguyên tử 59 3.2.5 Năng lượng electron 61 3.3 Tổng kết 62 KẾT LUẬN 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 Dương Thị Bích iv K33A – Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Hóa học, tên ra, khoa học chuyển hóa biến đổi chất Nhưng hóa học ngày không dừng lại việc mô tả, giải thích tìm quy luật cho tượng quan sát mà sâu vào nghiên cứu chất tương tác hóa học Các tương tác cấu tạo nguyên tử, phân tử định Có thể nói lý thuyết cấu tạo chất đóng vai trò tảng cho phát triển hóa học Để có sở lý thuyết điều đơn giản, phải trải qua thời kì lịch sử, qua tranh cãi phải tốn nhiều công sức nhà bác học tìm lý thuyết đại giải bế tắc, mâu thuẫn giới vi mô, thuyết nguyên tử Ngoài ra, hóa học từ trước đến khẳng định vị trí tầm quan trọng thiếu tất lĩnh vực sống Những ứng dụng hóa học ngành nông nghiệp, công nghiệp, y dược nhiều ngành nghề khác làm cho sức khỏe, chất lượng sống người cải thiện nâng cao Chính mà hệ trẻ cần biết học tiếp thu thành tựu, phát minh hóa học áp dụng để đưa lĩnh vực khoa học nước nhà nói chung ngành hóa học nói riêng ngày phát triển lớn mạnh Tuy nhiên, việc học hóa học điều đơn giản, yêu cầu ngành giáo dục phải có nhiều phương pháp dạy học tích cực, đổi cho phù hợp với trình độ kiến thức người học giúp cho người học dễ dàng tiếp cận với lý thuyết vi mô Đặc biệt đối tượng người học học sinh phổ thông người dạy phải cố gắng linh hoạt cách Dương Thị Bích K33A – Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp truyền đạt, dạy chương nguyên tử chương trình hóa học lớp 10 Đây thật mảng kiến thức khó nhất, có nhiều khái niệm trừu tượng, lại nằm đầu chương trình hóa học phổ thông đòi hỏi học sinh phải có khả tư trừu tượng cao tiếp thu tốt Chính việc gặp khó khăn nên việc tìm hiểu học thuyết nguyên tử áp dụng vào giảng dạy hóa học phổ thông cần thiết Nhưng việc áp dụng kiến thức nguyên tử vào chương trình hóa học phổ thông nói chung SGK 10 nói riêng nào? Có phù hợp với trình độ, tâm lý lứa tuổi học sinh hay không điều mà ngành giáo dục cần quan tâm Do vấn đề cấp thiết đặt với yêu thích thân nên chọn đề tài “Tìm hiểu học thuyết cấu tạo nguyên tử áp dụng vào giảng dạy chương trình hoá học lớp 10” Nội dung nghiên cứu Các học thuyết nguyên tử: - Theo nhà triết học cổ Hi Lạp - Theo Daltơn - Mẫu nguyên tử Thomson - Mẫu hành tinh nguyên tử Rutherford - Mẫu nguyên tử Bohr - Theo quan điểm đại SGK hóa học lớp 10: - Khái niệm obitan nguyên tử - Nguyên lý vững bền - Nguyên lý Pauli - Quy tắc Hund - Sự chuyển động electron nguyên tử - Cấu hình electron nguyên tử - Năng lượng e Dương Thị Bích K33A – Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC HỌC THUYẾT VỀ CẤU TẠO NGUYÊN TỬ 1.1 Theo nhà triết học cổ Hy Lạp 1.1.1 Lơxip (khoảng 500 – 440 TCN) Sinh Mile, người sáng lập thuyết nguyên tử Ông cho khởi nguyên vật chất bốn nguyên đất, nước, lửa không khí mà vô số nguyên tử Nguyên tử hạt vật chất tuyệt đối phân chia được, vô hạn số lượng vô hạn hình thức, hạt vô nhỏ, thẩm thấu chất lượng, nguyên tử khác kích thước hình thức Nguyên tử khởi nguyên dạng vật chất, vật, tượng vật chất khác chất lượng khác mà kết hợp khác hình thức đặt nguyên tử Lơxip cho “không gian rỗng” chân không phân biệt vật, tượng mặt kích thước, hình dáng có không gian rỗng nên vật vận động được, khoảng chân không – “không gian rỗng” không tồn Lơxip coi vũ trụ hình thành từ lốc xoáy tròn nguyên tử Ông tính tất yếu trình phát sinh, phát triển diệt vong vật: “không có vật phát triển cách vô cớ, mà tất phát sinh tính tất nhiên” Với thuyết nguyên tử, Lơxip đưa triết học vật cổ đại lên tầm khái quát Dương Thị Bích K33A – Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 1.1.2 Đemocrit (khoảng 460 – 370 TCN) Là học trò giỏi Lơxip sau phát triển học thuyết Lơxip lên trình độ cao hơn, người ta gọi thuyết nguyên tử Lơxip – Đemocrit Đemocrit khẳng định nguyên tử hạt vật chất cực nhỏ không nhìn thấy được, không phân chia không khác chất, mùi vị, âm thanh, màu sắc tồn vĩnh viễn Nguyên tử không nóng lên, không lạnh đi, không bị khô, không ẩm ướt, không đen, không trắng; chúng chất lượng mà khác hình thức, trật tự tư Tính muôn màu muôn vẻ vật, tượng định hình thức cấu tạo, trật tự kết hợp tư nguyên tử kết hợp Bởi vậy, thực (hay tồn tại) phân biệt cấu trúc (hình thức), tính (trật tự) xoay đặt (tư thế) Những nguyên tử kết hợp với thành vật, tượng Theo ông, tất vật cấu thành từ nguyên tử, giống danh từ bi kịch, hài kịch cấu thành từ chữ Hình thức, trật tự, tư vận động nguyên tử Đemocrit cụ thể hoá làm rõ thêm Mỗi nguyên tử có hình thức định Nguyên tử phân biệt với nguyên tử hình thức chúng hình thức chữ A phân biệt với hình thức chữ B Nguyên tử vô hạn số lượng mà vô hạn hình thức Sự kết hợp nguyên tử kết hợp tuỳ tiện, ngẫu nhiên mà kết hợp theo thứ tự giống chữ xếp theo thứ tự để hình thành từ ba, bốn, hài kịch, bi kịch, triết học Nguyên tử giống tư chữ cái, N tư dọc N (n), tư ngang thành Z (z), M tư xuôi M (m), tư ngược thành W (w) Như theo Đemocrit, vật hình thành kết hợp nguyên tử vật tách rời nguyên tử Sự vật khác Dương Thị Bích K33A – Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp nguyên tử cấu tạo theo hình thức khác nhau, xếp theo trật tự khác xoay đặt tư khác Sự kết hợp nguyên tử không diễn cách ngẫu nhiên, tuỳ tiện mà theo tính tất nhiên Đemocrit khẳng định, vận động nguyên tử vĩnh viễn, vận động vốn có nguyên tử; nguyên tử vật chất vận động Nguyên tử vận động chân không Chân không điều kiện, nguyên nhân vận động Nguyên tử vận động theo chiều hướng khác nhau, giống hạt bụi vận động tia sáng mặt trời Động lực vận động tự thân Đemocrit không giải thích nguồn gốc vận động Đemocrit giải thích hình thành vũ trụ từ lốc nguyên tử Trong không gian vô tận vũ trụ, nguyên tử tự vận động, rung chuyển phía, xô đi, đẩy lại làm thành lốc nguyên tử, đẩy nguyên tử nặng, to, quy tụ vào tâm, đẩy nguyên tử nhẹ nhỏ vùng ngoại biên, nhờ đó, hành tinh, kể trái đất tạo nên Sự kết hợp nguyên tử lốc giống sóng biển đánh vào bờ, làm cho viên đá có hình thù loại (dài tròn) dồn thành làn, lớp bãi biển Do cách vận động đó, nguyên tử có kích thước, hình thức kết hợp với thành lửa, đất, nước, không khí Trong giới hình thành, vật thể quy tụ trung tâm, trọng lượng Đemocrit khẳng định vũ trụ vô tận vĩnh viễn, có vô số giới vĩnh viễn phát sinh, phát triển bị tiêu diệt Thuyết nguyên tử - nội dung đường lối triết học Đemocrit đóng góp quan trọng có ý nghĩa phương pháp luận lớn Dương Thị Bích K33A – Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp triết học cổ đại nói chung phát triển khoa học đương thời thời đại sau 1.2 Theo Daltơn 1.2.1 Đôi nét nhà bác học Dalton John Dalton nhà hóa học, nhà vật lý người Anh Phương pháp sống Dalton chịu ảnh hưởng sâu sắc tín đồ phái giáo hữu (Quaker) Một nhà khí tượng học xuất sắc, người làm ông quan tâm đến vấn đề toán học khí tượng học Ông sinh gia đình dệt vải nghèo Eaglesfield vùng phía Tây Bắc nước Anh Năm 10 tuổi, Ông tới làm cho Elihu, nhà khoa học Elihu thấy ông thông minh, hiếu học dạy toán cho ông Dalton học giỏi sau năm ông trở thành hiệu trưởng trường làng, dạy cho tất em vùng lứa tuổi Sau này, ông giảng dạy trường Niucolegio Manchexto tiếp tục mời tới học viện Hoàng Gia Anh Từ năm 20 tuổi trở đi, ông bắt đầu viết nhật kí khoa học, thường ghi chép ngắn, nêu giả thuyết giải thích thời tiết lúc ông qua đời công trình trở nên đồ sộ, tức có 200000 mục ghi chép tỉ mỉ nghiên cứu khí tượng 1.2.2 Nội dung thuyết nguyên tử Dalton Các nguyên tử phân tử khác mô hình John Dalton ấn phẩm hệ thống triết học hoá học (A New system of Chemical xuất 1808) Các nghiên cứu trước 1800 - 1803 dành cho vật lý, giai đoạn sau dành cho hóa học Từ năm 1787, ông thực quan sát khí tượng, nghiên cứu màu sắc bầu trời, chất vật thể, khúc xạ phản xạ ánh sáng Kết ông đưa thuyết bốc dịch chuyển khí Dương Thị Bích K33A – Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 3.2.2 Sự chuyển động electron nguyên tử 3.2.2.1 SGK 10 Mô hình hành tinh nguyên tử: Mô hình nguyên tử cũ Rutherford, Bohr, A Sommerfeld đề xướng Theo mô hình nguyên tử electron chuyển động quỹ đạo tròn hay bầu dục xác định xung quanh hạt nhân, hành tinh quay quanh mặt trời Do mô hình gọi mô hình hành tinh nguyên tử Hình vẽ: Hình 3.16 Mô hình hành tinh nguyên tử Rutherford, Bohr, A Sommerfeld Tuy nhiên, mô hình không phản ánh trạng thái chuyển động e nguyên tử Từ thuyết vật lý đại, ta biết trạng thái chuyển động e (những hạt vi mô – hạt vô nhỏ) có khác biệt chất so với chuyển động vật thể vĩ mô mà ta thường quan sát hàng ngày Dương Thị Bích 53 K33A – Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Mô hình hành tinh nguyên tử có tác dụng lớn đến phát triển lí thuyết cấu tạo nguyên tử không đầy đủ để giải thích tính chất nguyên tử Sự chuyển động electron nguyên tử: Trong nguyên tử, e chuyển động nhanh xung quanh hạt nhân không theo quỹ đạo xác định Giả sử ta chụp ảnh e nguyên tử hidro thời điểm đó, lại chụp ảnh thời điểm e vị trí khác Nếu chồng hàng triệu ảnh thu cho hạt nhân trùng hình ảnh thu cách lắp ghép giống đám mây tạo thành từ số lớn dấu chấm, dấu chấm biểu thị vị trí e xung quanh hạt nhân Đối với nguyên tử hidro, chuyển động e hình dung đám mây tích điện âm Về mặt lý thuyết, đường biên rõ nét đám mây tích điện, thực tế vẽ thành mặt cong bao quanh toàn điện tích đám mây Vùng không gian bao quanh hạt nhân nguyên tử chứa toàn điện tích đám mây gọi obitan nguyên tử nêu phần trước 3.2.2.2 Nhận xét Về mô hình hành tinh nguyên tử: SGK 10 bám sát tiến trình phát triển lịch sử nguyên tử Để giúp học sinh nhìn quan niệm nguyên tử ngày nay, SGK 10 đưa quan niệm nguyên tử cũ, nêu mặt hạn chế sơ lược Tuy không tìm hiểu sâu tất quan niệm cũ nguyên tử, khơi dậy học sinh phổ thông tò mò, thích thú, khát khao tìm hiểu lý thuyết cấu tạo nguyên tử, nguyên nhân mà quan niệm nguyên tử lại thay đổi Về việc sử dụng khái niệm “đám mây electron”: Dương Thị Bích 54 K33A – Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Electron chuyển động không gian bao quanh hạt nhân tương tự đám mây loang không gian Vì e hạt có điện tích âm nên mây e gọi mây điện tích âm Mây e hình ảnh giả định, vay mượn giúp việc hình dung chuyển động e rõ hơn, trực quan Do giảng dạy cần lưu ý: không đồng obitan nguyên tử với đám mây e (obitan nguyên tử có thật đám mây e hình ảnh giả định, thực) Khi giảng dạy cần phân biệt cho học sinh dấu chấm hình (những vị trí e thời điểm khác nhau) với hạt e Mỗi chấm hình vẽ mô tả vị trí không gian e nguyên tử có khả xuất thời điểm quan sát (hay xác suất tìm thấy e, có mặt e vị trí đó) Electron có mặt khắp nơi không gian nguyên tử Song, xác suất có mặt e khu vực hoàn toàn không đồng Khu vực mà xác suất e có mặt thấp dấu chấm thưa ngược lại Độ dày thưa mây e có mối quan hệ tỉ lệ thuận với  e0  nlm  r  l Ở mức độ đơn giản chương trình hóa học phổ thông ta nên sử dụng hình dạng obitan nguyên tử biểu diễn hình ảnh hàm mật độ xác suất 3.2.3 Các nguyên lý quy tắc phân bố e nguyên tử 3.2.3.1 Nguyên lý vững bền Ở trạng thái bản, nguyên tử e chiếm mức lượng từ thấp đến cao Quy tắc Klechkowki cho biết xếp e theo mức lượng từ thấp đến cao Dương Thị Bích 55 K33A – Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 3.2.3.1.1 SGK 10 Quy tắc Klechkowki phát biểu dựa thực nghiệm đưa theo sơ đồ cho học sinh biết mức lượng AO tăng dần theo trình tự sau: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d Từ trình tự mức lượng AO cho thấy điện tích Z tăng có chèn mức lượng, mức 4s thấp 3d, 5s thấp 4d,… Hình 3.17 a Qui tắc Klechkowski b Giản đồ lượng 3.2.3.1.2 Cơ học lượng tử Quy tắc Klechkowki phát biểu sau: Sự lấp đầy lớp phân lớp thực theo thứ tự đơn giản tăng dần tổng (n + l) Tổng (n+l) tuân theo thứ tự tăng dần n Dương Thị Bích 56 K33A – Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp n+l 3 4 5 … n 2 3 4 … l 0 1 … AO 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p … Dãy thứ tự tăng dần AO phù hợp với kết kiểm nghiệm quang phổ: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d Nhận xét: SGK 10 phát biểu quy tắc Klechkowki cho học sinh dạng nêu để học sinh biết có chèn mức lượng, vận dụng quy tắc để làm tập nguyên tử không giải thích sao, nguyên nhân mà có phân bố lượng Còn quan điểm đại nêu bật chất vấn đề dựa vào tổng (n+l) Chính học sinh phổ thông chưa cung cấp kiến thức số lượng tử nên việc áp dụng quy tắc vào phổ thông mang tính giới thiệu chấp nhận hoàn toàn hợp lý 3.2.3.2 Nguyên lý Pauli 3.2.3.2.1 SGK 10 Trên AO có nhiều 2e 2e chuyển động tự quay khác chiều xung quanh trục riêng e Người ta biểu diễn chiều tự quay khác quanh trục riêng 2e mũi tên nhỏ: mũi tên có chiều lên mũi tên có chiều xuống Trên AO có 2e, 2e gọi e ghép đôi Khi AO có 1e e gọi e độc thân Dương Thị Bích 57 K33A – Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 3.2.3.2.2 Quan điểm đại Trong nguyên tử, có hai (hay nhiều) điện tử mà trạng thái chúng đặc trưng bốn số lượng tử n, l, ml, ms Nhận xét: Để học sinh hiểu áp dụng nguyên lý Pauli SGK 10 diễn giải số lượng tử spin S: Trong AO có số lượng tử n, l, ml giống Điều dẫn đến ms phải khác Mà ms có giá trị ± 1/2 Nếu ms = - 1/2 hàm sóng kí hiệu α electron mức lượng thấp Khi e kí hiệu mũi tên lên ↑ ngược lại Cách phát biểu hoàn toàn phù hợp với học sinh phổ thông 3.2.3.3 Quy tắc Hund 3.2.3.3.1 SGK 10 Trong phân lớp, e phân bố AO cho số e độc thân tối đa e phải có chiều tự quay giống 3.2.3.3.2 Quan điểm đại Trong phân lớp, ứng với mức lượng xác định, điện tử phân bố để tổng spin chúng cực đại Vì đôi điện tử ghép vào AO không gian spin chúng phải ngược dấu (ms = 1 / ) triệt tiêu lẫn nên quy tắc Hund có nghĩa phân lớp điện tử phân bố để số điện tử độc thân tối đa điện tử độc thân phải có spin dấu Như vây, SGK 10 phát biểu khác hoàn toàn với nội dung mà quan điểm đại muốn truyền tải Dương Thị Bích 58 K33A – Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 3.2.4 Cấu hình electron nguyên tử 3.2.4.1 SGK 10 Cấu hình e nguyên tử biểu diễn phân bố e phân lớp thuộc lớp khác Khi viết cấu hình e 20 nguyên tố bảng tuần hoàn chưa có chèn mức lượng cấu hình e biểu diễn phân bố e lớp phân lớp Bắt đầu từ nguyên tố 21 trở đi, có chèn mức lượng học sinh phải ý tới khái niệm: Cấu trúc e: e phân bố theo thứ tự tăng dần mức lượng AO theo nguyên lý quy tắc phân bố e nguyên tử VD: 26 Fe: 1s 21s 2p 3s 3p 4s 3d Cấu hình e: e phân bố theo thứ tự lớp phân lớp Nghĩa là, để viết cấu hình e Fe, ta viết cấu trúc e theo lượng, sau chuyển cấu hình e, tức xếp thứ tự e theo lớp phân lớp VD: 26 Fe: 1s 21s 2p6 3s 3p6 3d 4s 3.2.4.2 Quan điểm đại Cấu hình electron nguyên tử sơ đồ biểu diễn phân bố e theo đồng thời số lượng tử n, l (phân bố e đồng thời theo lớp phân lớp) Để viết cấu hình e, người ta không giải thích dựa vào chèn mức lượng xếp e theo lớp phân lớp mà dựa phương pháp Slayter: Công thức chung phương pháp gần Slayter: ε nl  13, Z*2 13,6   (Z-b) 2 n* n* Dương Thị Bích 59 K33A – Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Trong đó: ε nl lượng hiệu dụng Z* = Z – b số điện tích hiệu dụng n* số lượng tử hiệu dụng b số chắn Xác định số lượng tử hiệu dụng n*: tùy thuộc vào số lượng tử n, n* xác định cách đơn giản theo bảng sau: n n* 3,7 4,0 n Xác định số chắn b: b = b i i 1 - Dựa vào cấu hình e nguyên tử người ta chia cấu hình e thành nhóm: (1s) (2s2p) (3s3p) (3d) (4s4p) (4d) (4f) (5s5p) - Nếu: Những e thuộc nhóm obitan nằm phía obitan cần xét hiệu ứng chắn obitan (b = 0) Mỗi e obitan thuộc nhóm với obitan cần xét chắn số chắn b = 0,35 Riêng với nhóm 1s, đóng số chắn b = 0,3 Nếu obitan xét obitan s hay p e lớp obitan phía (n – 1) chắn số b = 0,85 Mỗi e lớp obitan sâu (< n- 1) có số chắn b = 1,00 Nếu e xét thuộc phân lớp d, f e lớp bên chắn số chắn b = 1,00 VD: cấu hình Fe (Z = 26) Theo quy tắc Klechkowki: dựa vào tổng (n + l) 3d > 4s nên cấu hình Fe là: 1s22s22p63s23p64s23d6 Dương Thị Bích 60 K33A – Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp Nhưng sau điền e, theo quy tắc Slayto ta tính được: E3d = - 13,6/32 [26- (5.0,35 + 18.1,00)]2 = - 59,03 ev E4s = - 13,6/3,72 [26 – (1.0,35 + 14.0,85 + 10.1,00]2 = - 13,97 ev Ta thấy E4s > E3d Như cấu hình Fe viết lại sau: 1s22s22p63s23p63d64s2 3.2.5 Năng lượng electron 3.3.5.1 SGK 10 SGK phổ thông nói đến lượng e mặt khái niệm, định tính mà không đưa biểu thức tính toán Ở nguyên tử có nhiều e, chuyển động e chiếm mức lượng khác đặc trưng cho trạng thái chuyển động Những e chuyển động gần hạt nhân e có lượng thấp (thường xuyên có mặt khu vực gần nhân) Các e trạng thái bền vững Những e chuyển động xa hạt nhân có lượng cao hơn, vào trạng thái bền hơn, thường xuyên có mặt khu vực xa nhân (các obitan nguyên tử có hình dạng khác phức tạp: p, d, f Và hình thành nên phân lớp, lớp electron Các e obitan khác nhau, phân lớp e có lượng gọi mức lượng obitan nguyên tử (mức lượng AO) Các e lớp e có mức lượng gần Dựa vào mức lượng quy tắc, nguyên lí xây dựng cấu hình e nguyên tử nguyên tố hóa học Và xác định trạng thái e Các phân lớp khác có số lượng obitan nguyên tử khác hình dạng AO phức tạp có nhiều định hướng không gian Dương Thị Bích 61 K33A – Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp 3.2.5.2 Quan điểm đại Năng lượng e học lượng tử đưa dạng định lượng Mỗi trạng thái e ứng với lượng xác định (có thể tính toán với giá trị cụ thể) với biểu thức tính toán cụ thể: Hệ 1e, hạt nhân: E n   m e Z2e n 8ε 02 h  erg  Trong đó: m: khối lượng e Z: điện tích hạt nhân e0: điện tích đơn vị n: số lượng tử h: số plank  : số điện môi chân không 3.3 Tổng kết Nội dung giảng dạy hoá học phổ thông Việt Nam obitan nguyên tử nhìn chung bao quát nội dung trọng tâm, chủ đạo thuyết nguyên tử Các nội dung mang tính khoa học đại phù hợp với trình độ phát triển hoá học Tuy nhiên hạn chế mặt nhận thức đối tượng học sinh, mức độ khó kiến thức hạn chế thời gian mà nội dung trình bày mức độ tinh giản nhất, phù hợp với nguyên tắc dạy học Cụ thể: theo định nghĩa Obitan nguyên tử hàm  toán học, có biến số r , có thông số n, l, ml Hàm AO mô tả chuyển động e không gian nguyên tử Hàm nói chung phức hệ thực nên ta phải chuyển sang hàm thực qua vài phép biến đổi toán học Hình ảnh AO hình ảnh hàm sóng hình ảnh AO đặc biệt có mặt mặt nút cho thấy tính chất sóng electron Các Dương Thị Bích 62 K33A – Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp e không chuyển động theo quỹ đạo xác định mà chuyển động theo hàm sóng Còn Obitan nguyên tử nêu SGKPT khu vực không gian quanh hạt nhân mà xác suất có mặt e lớn khoảng 90% Điều suy từ việc biểu diễn hàm cầu Y hàm Y2 Obitan nguyên tử định nghĩa mang ý nghĩa tính chất thực nghiệm, hình ảnh Obitan lấy từ hình ảnh hàm mật độ xác suất có thêm dấu thích hợp Như hai khái niệm Obitan nguyên tử không hoàn toàn trùng Obitan nguyên tử SGKPT thiên mặt thực nghiệm Tuy vậy, sử dụng hình ảnh hàm mật độ xác suất thay cho hình ảnh hàm sóng có ý nghĩa định thân hàm sóng ý nghĩa vật lý trực tiếp Giáo viên giảng dạy cần lưu ý nội dung để tránh việc hiểu sai vấn đề obitan nguyên tử, kéo theo nhầm lẫn vấn đề liên quan Nói chung nội dung obitan nguyên tử vấn đề liên quan trình bày sách giáo khoa hóa học phổ thông chưa thật đầy đủ, chi tiết, xác học lượng tử song có ý nghĩa quan trọng việc học dạy hóa học Qua việc học vấn đề giúp học sinh hiểu được, biết hình ảnh trực quan cấu tạo nguyên tử, chuyển động e nguyên tử, hình ảnh, khái niệm đơn giản song tiếp cận với lý thuyết đại, gần với cấu tạo thực nguyên tử, mô tả trạng thái thực e nguyên tử Đã cho biết khác chuyển động hạt vi mô với chuyển động hạt vĩ mô Theo quan điểm đại học lượng tử thì: chuyển động hạt vi mô mô tả quỹ Dương Thị Bích 63 K33A – Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp đạo xác định hạt vi mô Ta xác định xác suất có mặt hạt vi mô vị trí Năng lượng hạt vi mô liên tục mà gián đoạn (lượng tử hóa) Từ hiểu nguyên nhân, sở xếp e vào obitan, phân lớp, lớp, nguyên tử Đồng thời rõ khái niệm obitan nguyên tử, lớp, phân lớp, xác suất (khả có mặt), hiểu thuật ngữ khoa học khác Từ đó, giúp hình thành ngôn ngữ hóa học, đồng thời tiền đề, lí thuyết chủ đạo, khái niệm để hiểu vấn đề khác học hóa học Hình ảnh đơn giản obitan nguyên tử chương trình hóa học phổ thông giúp người học tư cách trực quan hơn, hiểu vấn đề khó, trừu tượng hoàn toàn phù hợp với khả nhận thức, tâm lý lứa tuổi học sinh, phù hợp với phương tiện, kĩ thuật, thời gian, điều kiện dạy học Việc giảng dạy vấn đề obitan nguyên tử vấn đề liên quan khác điều khó khăn, vất vả, vấn đề lí thuyết trừu tượng, khó hiểu, khó tưởng tượng, hình dung Và thân giáo viên có nhiều người chưa hiểu rõ, sâu sắc, đầy đủ vấn đề Việc so sánh, liên hệ vấn đề hai lĩnh vực khác giúp cho người giáo viên hiểu kĩ hơn, nắm vững Từ lựa chọn phương pháp giảng dạy hợp lí, xác, hiệu phù hợp với đối tượng Giúp học sinh sớm tiếp cận với kiến thức hóa học cách nhanh dựa khái niệm, hình ảnh dễ chấp nhận nhất, gần với thực tế Dương Thị Bích 64 K33A – Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp KẾT LUẬN Sau tìm hiểu học thuyết cấu tạo nguyên tử áp dụng vào giảng dạy chương trình hóa học lớp 10, ta rút số kết luận sau: Đã bước đầu tiếp cận tìm hiểu thành công giới vi mô, cụ thể thuyết cấu tạo nguyên tử Biết hiểu lại hình thành quan niệm mô hình nguyên tử ngày Nâng cao khả tư khái quát, trừu tượng, phát triển tính logic khoa học Đã nêu điểm khác cách truyền đạt kiến thức nguyên tử SGK 10 quan điểm đại, từ làm bật mặt chưa SGK 10, hiểu nguyên nhân có khác Đã tìm hiểu khó khăn giảng dạy chương hóa học lớp 10 Qua đó, đưa điểm cần lưu ý, phương pháp dạy phù hợp khắc phục phần khó khăn Dương Thị Bích 65 K33A – Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Khóa luận tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO Hoàng Nhâm - Hóa học nguyên tố, tập 1, - Nhà xuất Đại học Quốc Gia - 2007 Đào Đình Thức - Hóa Đại Cương, tập 1, - Nhà xuất giáo dục 2002 Nguyễn Đình Chi - Hóa học Đại Cương - Nhà xuất giáo dục 2007 Trần Thành Huế - Hóa Đại Cương 1, - Nhà xuất Đại học sư phạm – 2004 Nguyễn Minh Tuyên - Hóa Đại Cương - Nhà xuất khoa học kĩ thuật – 2006 Nguyễn Đức Chung - Hóa Đại Cương - Nhà xuất Đại học Quốc Gia TP.HCM – 2002 A.T.Pilipenko, V.la.pochinoc, I.P.Xereda, Ph.D.sepchenko - Sổ tay hóa học Sơ Cấp - Nhà xuất giáo dục Đào Đình Thức - Cấu tạo liên kết hóa học tập - Nhà xuất giáo dục Phạm Ngọc Bằng - Ứng dụng công nghệ thông tin truyền thông dạy học hóa học - Trường Đại học Sư phạm Hà Nội – 2007 10 Bộ giáo dục đào tạo - SGK lớp 10 bản, nâng cao - Nhà xuất giáo dục 11 Trần Đăng Sinh - Lịch Sử Triết học - Nhà xuất Đai học sư phạm 12 Các tư liệu hình ảnh tải từ trang google.com.vn 13 Các tư liệu tải từ trang hoahocvietnam.com.vn trang violet.vn Dương Thị Bích 66 K33A – Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Dương Thị Bích Khóa luận tốt nghiệp 67 K33A – Hóa học [...]... Dalton đã đưa ra lý thuyết nguyên tử của ông để giải thích định luật bảo toàn khối lượng và định luật tỉ lệ các chất trong các phản ứng hóa học Lý thuyết của ông dựa trên 5 giả thuyết: Giả thuyết thứ 1: Tất cả các vật chất đều được tạo thành từ các nguyên tử Giả thuyết thứ 2: Các nguyên tử của cùng một nguyên tố sẽ có cùng một cấu trúc và tính chất Giả thuyết thứ 3: Các nguyên tử không thể bị phân... Giả thuyết thứ 4: Các nguyên tử của các nguyên tố khác nhau kết hợp với nhau để tạo ra các hợp chất Giả thuyết thứ 5: Trong các phản ứng hóa học, các nguyên tử có thể kết hợp, phân tách hoặc tái sắp xếp lại Như vậy lý thuyết của Dalton không chỉ giải thích các định luật trên mà còn là cơ sở để xây dựng các lý thuyết khác về nguyên tử sau này, tiên đoán và phát minh định luật tỉ lệ bội 1803: Nếu hai nguyên. .. đổi các tính chất của các nguyên tố trong hệ thống tuần hoàn Mendeleev Lý thuyết nguyên tử Bohr – Sommerfeld cũng được vận dụng trong lý thuyết về phân tử Các thuyết Lewis, Kossel về liên kết hoá học được xây dựng hoàn toàn trên cơ sở của lý thuyết nguyên tử Bohr – Sommerfeld Nhìn chung ta thấy thuyết nguyên tử Bohr – Sommerfeld đã có một đóng góp khá quan trọng trong quá trình phát triển lí thuyết về. .. Lý thuyết nguyên tử của Dalton được thế giới chấp nhận ngay và quan niệm nguyên tử là phần tử nhỏ nhất của vật chất tồn tại khá lâu dài 1.2.4 Hạn chế Cả Democritus và John Dalton đều cho rằng nguyên tử không có cấu trúc, tức là nguyên tử không được tạo thành từ các phần tử nhỏ hơn, chính vì thế người ta thường gọi các mô hình đó là mô hình sơ khai về nguyên tử Cùng với sự phát triển của khoa học, các. .. phát triển lí thuyết về cấu tạo nguyên tử Một mặt, nó chứng minh sự hạn chế của vật lý học kinh điển trong những hiện tượng nội nguyên tử Và mặt khác, lí thuyết Bohr đã xác minh tính chất lượng tử trong những hệ thống vi mô, đề xuất ra được nhiều vấn đề và thúc đẩy sự phát triển lí thuyết về cấu tạo nguyên tử - phân tử nói riêng cũng như lí thuyết về các hệ vật lý vi mô nói chung Thuyết Bohr không những... hiện đại về cấu trúc nguyên tử dựa trên lý thuyết của cơ học lượng tử Cơ học lượng tử không phải là sự kết hợp một các chủ quan cách quan niệm cổ điển với quy tắc lượng tử hóa, mà là một lý thuyết cân đối dựa trên một hệ thống khái niệm làm nền tảng, các kết quả thu được của cơ học lượng tử hoàn toàn phù hợp với thực nghiệm 1.6.1 Giới thiệu về hàm sóng và phương trình Schrodinger Cơ học lượng tử được... của nguyên lý Pauli, nguyên lý vững bền, quy tắc Hund, thuyết Bohr – Sommerfeld cũng đã Dương Thị Bích 27 K33A – Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp tính được số điện tử trên những lớp và phân lớp quỹ đạo bão hoà và trên cơ sở đó, giải thích được sự phân bố các điện tử trong nguyên tử của các nguyên tố cũng như giải thích được sự phân bố một cách định tính các quy luật về sự... phát ra từ các chất phóng xạ Ông (cùng với Soddy) đã đưa ra thuyết phân rã phóng xạ, đã chứng minh sự tạo thành heli trong quá trình phóng xạ, đã phát hiện ra hạt nhân nguyên tử và nghiên cứu mô hình của hạt nhân nguyên tử, đặt cơ sở cho thuyết hiện đại về cấu tạo nguyên tử Năm 1907, ông là giáo sư vật lý ở trường Đại học Manchester Năm 1908, ông được tặng giải thưởng Nobel hóa học cho các công trình chứng... – Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp áp dụng điện động lực học kinh điển trong cả trường hợp ứng với những số lượng tử nhỏ Mọi cố gắng của lí thuyết Bohr để xây dựng lí thuyết về nguyên tử nhiều điện tử ngay cả đối với nguyên tử trung hoà He đứng sau nguyên tử H với hai điện tử đều không đi đến thành công: Đối với hệ có 2 điện tử trở lên (He, Li ) do tương tác giữa các hạt... các vấn đề của cấu trúc nguyên tử cần có lý thuyết hiện đại, trong đó các vấn đề lượng tử hóa được giải quyết triệt để 1.6 Quan điểm hiện đại (quan điểm cơ học lượng tử 1926) Điện tử không những có tính chất hạt mà còn có tính chất sóng Bản chất lưỡng tính này của e được thực nghiệm xác nhận 1927 đã buộc các nhà bác học phải tìm ra thuyết mới về cấu trúc nguyên tử có chú ý đến cả hai tính chất đó Thuyết ... tài Tìm hiểu học thuyết cấu tạo nguyên tử áp dụng vào giảng dạy chương trình hoá học lớp 10 Nội dung nghiên cứu Các học thuyết nguyên tử: - Theo nhà triết học cổ Hi Lạp - Theo Daltơn - Mẫu nguyên. .. công hạn chế học thuyết nguyên tử - Nghiên cứu việc áp dụng học thuyết nguyên tử vào chương trình hoá học lớp 10 2.3 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp quan sát khách quan, phương pháp đọc sách... nằm đầu chương trình hóa học phổ thông đòi hỏi học sinh phải có khả tư trừu tượng cao tiếp thu tốt Chính việc gặp khó khăn nên việc tìm hiểu học thuyết nguyên tử áp dụng vào giảng dạy hóa học phổ