Thiết kế tài liệu tự học có hướng dẫn theo môđun nhằm tăng cường năng lực tự học chương “Cấu tạo nguyên tử và hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học

THIẾT KẾ TÀI LIỆU TỰ HỌC CÓ HƯỚNG DẪN THEO MÔĐUN CHƯƠNG “CẤU TẠO NGUYÊN TỬ VÀ HỆ THỐNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC” .... Thiết kế tài liệu tự học có hướng dẫn theo môđun chương cấu t

KHOA HÓA HỌC -

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Hóa học vô cơ

Người hướng dẫn khoa học

GV Nguyễn Thị Thu Lan

LỜI CẢM ƠN

Đối với sinh viên cuối cấp khi được làm khóa luận tốt nghiệp là điều vô cùng vinh dự, để có thể hoàn thành khóa luận đòi hỏi sự cố gắng rất nhiều từ bản thân và quan trọng hơn đó là sự chỉ bảo hướng dẫn của các thầy cô trong trường

Em xin chân thành cảm ơn quí thầy cô trong trường và quí thầy cô trong Khoa Hóa học trường Đại học sư phạm Hà Nội 2, các thầy cô trong tổ Vô cơ - Đại cương

đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo em trong suốt thời gian học tại trường và thời gian làm khóa luận tốt nghiệp

Đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô giáo Nguyễn Thị Thu Lan -

người trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo giúp đỡ em hoàn thành khóa luận của mình Mặc dù đã có nhiều cố gắng, nhưng khóa luận không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của thầy cô và bạn bè để khóa luận được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn

Hà Nội, ngày 10 tháng 05 năm 2017

Sinh viên

Nguyễn Thị Nhung

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Khách thể và đối tượng nghiên cứu 2

4 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

5 Phạm vi nghiên cứu 2

6 Giả thuyết nghiên cứu 2

7 Phương pháp nghiên cứu 3

8 Đóng góp mới của đề tài 3

NỘI DUNG 4

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 4

1.1 Đổi mới phương pháp dạy học 4

1.2 Cơ sở lí thuyết của quá trình tự học 4

1.2.1 Khái niệm tự học 4

1.2.2 Các kỹ năng cần thiết để tự học có hiệu quả 5

1.2.3 Các hình thức tự học 5

1.2.4 Quy trình tự học 6

1.2.5 Tác dụng của tự học 7

1.3 Môđun dạy học 7

1.3.1 Khái niệm môđun dạy học 7

1.3.2 Những đặc trưng cơ bản của một môđun dạy học 7

1.3.3 Cấu trúc của môđun dạy học 8

1.4 Tài liệu tự học có hướng dẫn theo môđun 10

1.4.1 Thế nào là tài liệu tự học có hướng dẫn theo môđun? 10

1.4.2 Cấu trúc nội dung tài liệu tự học (cho một tiểu môđun) 10

1.4.3 Phương pháp tự học có hướng dẫn theo môđun 11

1.5 Hướng dẫn cách tự học theo môđun 11

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ TÀI LIỆU TỰ HỌC CÓ HƯỚNG DẪN THEO MÔĐUN CHƯƠNG “CẤU TẠO NGUYÊN TỬ VÀ HỆ THỐNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC” 13 2.1 Cấu trúc học phần hóa học đại cương 1 13 2.2 Nguyên tắc của việc thiết kế tài liệu tự học có hướng dẫn theo môđun 13 2.3 Thiết kế tài liệu tự học có hướng dẫn theo môđun chương cấu tạo nguyên tử và hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học của học phần Hóa đại cương 1 13 TIỂU MÔĐUN 1: NGUYÊN TỬ, THÀNH PHẦN CẤU TRÚC CỦA NGUYÊN TỬ 14 TIỂU MÔĐUN 2: HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ 22 TIỂU MÔĐUN 3: THUYẾT LƯỢNG TỬ PLANCK VÀ ĐẠI CƯƠNGVỀ

CƠ HỌC LƯỢNG TỬ 33 TIỂU MÔĐUN 4: NGUYÊN TỬ HIĐRO VÀ ION GIỐNG HIĐRO 45 TIỂU MÔĐUN 5: NGUYÊN TỬ NHIỀU ELECTRON 64 TIỂU MÔĐUN 6: NGUYÊN TẮC SẮP XẾP VÀ CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG TUẦN HOÀN 72 TIỂU MÔĐUN 7: SỰ BIẾN ĐỔI MỘT SỐ TÍNH CHẤT, ĐẠI LƯỢNG QUAN TRỌNG - ĐỊNH LUẬT TUẦN HOÀN 77 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Khối lƣợng, điện tích của electron, proton, nơtron 21 Bảng 4.1 Một số hàm bán kính Rnl(r) đã chuẩn hóa của hệ 1 electron 1 hạt

nhân 52 Bảng 4.2 Biểu thức một số hàm cầu đã đƣợc chuẩn hóa và các trị riêng 53

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Mô hình nguyên tử của Dalton 16

Hình 1.2 Ống thủy tinh 17

Hình 1.3 Đường đi của tia âm cực 17

Hình 1.4 Mô hình nguyên tử của Thomson 18

Hình 1.5 Đường đi của chùm hạt α 18

Hình 1.6 Mô hình nguyên tử của Rutherford 19

Hình 2.1 Đồ thị biểu diễn năng lượng liên kết riêng hạt nhân theo số khối A 26

Hình 3.1 a) Bức xạ truyền đến cho vật đen tuyệt đối bị nó hấp thụ hoàn toàn 35

b) Đường cong đẳng nhiệt biểu diễn sự phụ thuộc của năng lượng E (ν) vào tần số (ν) do vật đen tuyệt đối phát ra 35

Hình 4.1 Hệ tọa độ cầu và hệ tọa độ Đêcac 47

Hình 4.2 Mô hình hệ 1e, 1 hạt nhân, : vectơ vị trí của e 48

Hình 4.3 Các vạch của dãy Banmơ trong vùng nhìn thấy 54

của quang phổ nguyên tử hiđro 54

Hình 4.4 Một số dãy của quang phổ vạch hiđro 55

Hình 4.5 Minh họa hình ảnh hàm phân bố xác suất theo bán kính 56

Hình 4.6 Hình ảnh minh họa mây electron 57

Hình 5.1 Quy tắc Klêchkowski 69

r

PHẦN I MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Thế kỉ XXI với sự phát triển của khoa học và công nghệ, đang đưa nhân loại bước đầu quá độ sang nền kinh tế tri thức Nghị quyết Hội nghị lần thứ 8 (số 29 - NQ/TW) Nghị quyết ban hành nhằm đáp ứng yêu cầu công nghiệp hóa, hiện đại hóa trong điều kiện kinh tế thị trường định hướng XHCN và hội nhập quốc tế [2] Nghị quyết đã nêu rõ nguyên nhân về bất cập và yếu kém trong giáo dục Đồng thời Nghị quyết cũng đưa ra định hướng đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục

và đào tạo Nhằm đổi mới giáo dục Đại học ở Việt Nam, Bộ Giáo Dục và Đào tạo

đã yêu cầu chuyển từ thực hiện chương trình đào tạo theo niên chế thành đào tạo theo hệ thống tín chỉ kiểu Hoa Kỳ, bắt đầu từ năm 2008 - 2009 Phương thức đào tạo theo tín chỉ, lấy người học làm trung tâm trong quá trình dạy và học, phát huy được tính chủ động và sáng tạo của người học Trong phương thức đào tạo theo tín chỉ, tự học, tự nghiên cứu của sinh viên (SV) được coi trọng, được tính vào nội dung, thời lượng của chương trình Người học tự học, tự nghiên cứu, giảm sự nhồi nhét của người dạy và do đó phát huy được tính chủ động và sáng tạo của người học

Để hình thành và nâng cao năng lực tự học cho SV, các giảng viên (GV) phải luôn tìm tòi, cố gắng tìm ra những phương pháp dạy học mới để giúp nâng cao năng lực tự học cho SV

Môđun dạy học là một hướng đi trong thiết kế tài liệu và tổ chức dạy học bằng phương pháp tự học có hướng dẫn, nhờ các môđun mà SV từng bước đạt được kiến thức SV có thể tự học và kiểm tra mức độ nắm vững các kiến thức, kĩ năng và thái

độ trong từng môđun Phương pháp này giúp SV học tập ở lớp và ở nhà có hiệu quả

và có thể học tập bất cứ lúc nào và bất cứ nơi đâu [10]

Xuất phát từ những lí do trên tôi đã lựa chọn đề tài: Thiết kế tài liệu tự học có hướng dẫn theo môđun nhằm tăng cường năng lực tự học chương “Cấu tạo nguyên tử và hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học”

2 Mục đích nghiên cứu

Thiết kế tài liệu tự học có hướng dẫn, bao gồm các vấn đề lí thuyết và bài tập, giúp tăng cường năng lực tự học cho SV phần học chương “Cấu tạo nguyên tử và hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học” của học phần Hóa học đại cương 1 trong chương trình đào tạo cử nhân Sư phạm Hóa - Trường ĐHSP Hà Nội 2

3 Khách thể và đối tượng nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Mối quan hệ giữa phương pháp tự học có hướng dẫn theo môđun với chất lượng học chương “Cấu tạo nguyên tử và hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học” và nghiên cứu cách sử dụng tài liệu đó để tăng cường năng lực tự học cho SV

- Khách thể nghiên cứu: Quá trình dạy và học chương “Cấu tạo nguyên tử và

hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học” của học phần Hóa học đại cương 1 trong chương trình đào tạo cử nhân SP Hóa học - Trường ĐHSP Hà Nội 2

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lí luận về môđun dạy học nói chung, môđun dạy học phần

Hóa học đại cương nói chung

- Nghiên cứu những cơ sở lí luận và thực tiễn của việc áp dụng phương pháp

tự học có hướng dẫn theo môđun đối với chương “Cấu tạo nguyên tử và hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học” của học phần Hóa học đại cương 1

- Xây dựng các môđun và các tiểu môđun

5 Phạm vi nghiên cứu

Quá trình dạy học và học chương “Cấu tạo nguyên tử và hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học” của học phần Hóa học đại cương 1

6 Giả thuyết nghiên cứu

Nếu thiết kế được tài liệu tự học có hướng dẫn tốt và sử dụng tài liệu một cách hợp lí, có hiệu quả sẽ góp phần nâng cao năng lực tự đọc, tự học của SV, nâng cao chất lượng dạy và học môn Hóa học đại cương ở Trường ĐHSP Hà Nội 2

7 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lí thuyết (phân tích, so sánh, tổng hợp): Thu thập thông tin thông qua sách vở, đọc sách báo, tài liệu nhằm mục đích tìm chọn những khái niệm và tư tưởng là cơ sở cho lí luận của đề tài, hình thành giả thuyết khoa học

- Phương pháp chuyên gia: Xin ý kiến đóng góp của thầy (cô) giáo để hoàn thiện đề tài nghiên cứu

8 Đóng góp mới của đề tài

- Hệ thống hóa cơ sở lí luận về nâng cao chất lượng dạy học và tổ chức việc tự học có hướng dẫn cho SV Khoa Hóa học

- Đề xuất một số biện pháp rèn luyện năng lực tự học cho SV khoa Hóa học thông qua hệ thống câu hỏi và bài tập hóa học

- Soạn thảo bộ tài liệu tự học có hướng dẫn chương “Cấu tạo nguyên tử và hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học” của học phần Hóa học đại cương 1 và sử dụng hợp lí, có hiệu quả nhằm nâng cao năng lực tự học, tự nghiên cứu cho SV Khoa Hóa học - Trường ĐHSP Hà Nội 2

PHẦN II NỘI DUNG

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN

1.1 Đổi mới phương pháp dạy học

Mục tiêu của việc đổi mới chương trình giáo dục phổ thông là xây dựng nội dung chương trình, phương pháp giáo dục, sách giáo khoa phổ thông mới nhằm nâng cao chất lượng giáo dục toàn diện thế hệ trẻ, đáp ứng yêu cầu phát triển nguồn nhân lực phục vụ CNH - HĐH đất nước, phù hợp với thực tiễn và truyền thông Việt Nam, tiếp cận trình độ giáo dục phổ thông ở các nước phát triển trong khu vực và thế giới [3]

Chiến lược phát triển giáo dục 2011 - 2020 đã chỉ rõ: “Tiếp tục đổi mới phương pháp dạy học và đánh giá kết quả học tập, rèn luyện theo hướng phát huy tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo và năng lực tự học của người học Đẩy mạnh ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông trong dạy và học, đến năm 2015, 100% giảng viên đại học, cao đẳng và đến năm 2020, 100% giáo viên giáo dục nghề nghiệp và phổ thông có khả năng ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông trong dạy học Biên soạn và sử dụng giáo trình, sách giáo khoa điện tử” [5]

1.2 Cơ sở lí thuyết của quá trình tự học

sở hữu của chính bản thân người học”

1.2.2 Các kĩ năng tự học [6]

Tùy theo môn học mà SV có những kĩ năng phù hợp Một cách chung nhất

đối với người học cần phải có những kĩ năng tự học cơ bản sau:

- Biết đọc, nghiên cứu giáo trình và tài liệu học tập, chọn ra những tri thức cơ bản, chủ yếu, sắp xếp một cách hợp lí, đúng theo trình tự, logic

- Biết và vận dụng được những thế mạnh của mình, đồng thời cũng cần phải hạn chế những mặt còn yếu kém của bản thân trong quá trình học tập ở nhà, trên lớp, ở phòng thí nghiệm, ở thư viện và ở cơ sở thực tế

- Biết tận dụng lợi thế và khắc phục các khó khăn, thích nghi với điều kiện học tập (cơ sở vật chất, phương tiện học tập, thời gian,…)

- Biết sử dụng linh hoạt các hình thức và phương pháp học tập cho phép nâng cao hiệu quả học tập

- Biết xây dựng kế hoạch học tập trong ngày, trong tuần, trong tháng và trong

cả học kì

- Biết và sử dụng có hiệu quả các kĩ thuật đọc sách, trao đổi, thảo luận, làm việc nhóm, tranh luận, xây dựng đề cương, viết báo cáo, thu thập và xử lí thông tin

- Biết sử dụng thành thạo công nghệ thông tin

- Biết lắng nghe và thông tin tri thức, biết cách giải thích tài liệu cho người khác

- Biết phân tích, đánh giá và sử dụng các thông tin

- Biết KT - ĐG kết quả học tập của bản thân mình và của bạn học

- Biết vận dụng thực hành, tham gia nghiên cứu, thực nghiệm và ứng dụng

1.2.3 Các hình thức tự học

Gồm 5 hình thức:

- Tự học không có hướng dẫn: Thông qua tài liệu, tìm hiểu thực tế, thông qua học tập người khác SV gặp nhiều khó khăn do có nhiều lỗ hổng về kiến thức SV khó thu xếp tiến độ và kế hoạch học tập của mình, không tự đánh giá được kết quả học tập và dẫn đến chán nản

- Tự học qua tài liệu hướng dẫn: Trong tài liệu trình bày cả nội dung, cách xây dựng kiến thức, cách kiểm tra kết quả sau mỗi phần, nếu chưa đạt thì chỉ dẫn cách tra cứu, bổ sung, làm lại cho đến khi đạt Nếu dùng tài liệu thì SV cũng gặp khó khăn và không biết hỏi ai

- Tự học có hướng dẫn trực tiếp: Tự lực thực hiện một số hoạt động học dưới

sự hướng dẫn chặt chẽ của GV ở lớp, với hình thức này cũng đem lại hiệu quả nhất định song vẫn sẽ gặp khó khăn khi tiến hành các thí nghiệm

- Tự học trong một giai đoạn của quá trình học tập: Thí dụ như học bài hay làm bài tập ở nhà (khâu vận dụng kiến thức) là công việc thường xuyên của SV Để giúp SV có thể tự học ở nhà, GV cần tăng cường kiểm tra, đánh giá kết quả học bài, làm bài tập ở nhà của họ

- Tự học qua phương tiện truyền thông (học từ xa): SV được nghe GV giảng giải minh họa, nhưng không được tiếp xúc với GV, không được hỏi han, không nhận được sự giúp đỡ khi gặp khó khăn

Các hình thức tự học ở trên thấy rằng mỗi hình thức tự học có những mặt ưu điểm và nhược điểm nhất định Để khắc phục được những nhược điểm của các hình thức tự học đã có này và xét đặc điểm của SV giỏi hóa học chúng tôi đề xuất một hình thức tự học mới: Tự học có hướng dẫn và có sự giúp đỡ trực tiếp một phần của

GV gọi là “Tự học có hướng dẫn”

1.2.4 Quy trình tự học

Gồm 3 giai đoạn: Tự nghiên cứu, tự thể hiện và tự kiểm tra, tự điều chỉnh

- Tự nghiên cứu: Người học tự tìm tòi, tự quan sát, mô tả, giải thích, phát hiện vấn đề, định hướng, giải quyết vấn đề và tự tìm ra kiến thức mới

- Tự thể hiện: Người học tự thể hiện mình bằng lời nói, bằng văn bản, tự sắm vai trong các tình huống, vấn đề, tự trình bày, bảo vệ kiến thức, tự thể hiện qua sự hợp tác, trao đổi, đối thoại, giao tiếp với thầy cô và bạn bè để tạo ra sản phẩm mang tính cộng đồng

- Tự kiểm tra, tự điều chỉnh: Sau khi đã qua trao đổi với thầy cô, bạn bè Sau

đó thầy kết luận, người học tự kiểm tra, đánh giá sản phẩm của mình, tự sửa sai, tự điều chỉnh thành sản phẩm khoa học

- Tự học là con đường tạo ra tri thức bền vững cho con người, quá trình tự học khác hẳn với quá trình học tập thụ động, nhồi nhét, áp đặt Kiến thức có được là do

tự học, là kết quả của sự hứng thú, đam mê, không chịu sự chi phối của bất kì yếu tố nào Đó là một qui luật tự nhiên SV từ đó có tinh thần tự giác, chủ động, tích cực

1.3.1 Khái niệm môđun dạy học

Môđun dạy học là một đơn vị chương trình học tương đối độc lập được cấu trúc đặc biệt nhằm phục vụ cho người học và chứa đựng mục tiêu, nội dung, phương pháp dạy học cũng như hệ thống các công cụ đánh giá kết quả tạo thành một hệ toàn vẹn

Mỗi môđun gồm các tiểu môđun, là các thành phần cấu trúc môđun được xây dựng tương ứng với các nhiệm vụ học tập mà người học phải thực hiện

1.3.2 Những đặc trưng cơ bản của một môđun dạy học [9]

Có 5 đặc trưng cơ bản:

a) Tính trọn vẹn

Mỗi môđun dạy học mang một chủ đề xác định từ đó xác định mục tiêu, nội dung, phương pháp và quy trình thực hiện do vậy nó không phụ thuộc vào nội dung

đã có và sẽ có sau nó Tính trọn vẹn là dấu hiệu bản chất của môđun dạy học thể hiện sự độc đáo khi xây dựng nội dung dạy học

b) Tính cá biệt (tính cá nhân hóa)

Tính cá biệt nghĩa là chú ý tới trình độ nhận thức và các điều kiện khác nhau của người học Môđun dạy học có khả năng cung cấp cho người học nhiều cơ hội để

có thể học tập theo nhịp độ của các nhân, việc học tập được cá thể hóa và phân hóa cao độ

c) Tính tích hợp

Tính tích hợp là đặc tính căn bản tạo nên tính chỉnh thể tính liên kết và tín phát triển của môđun dạy học Trước hết mỗi môđun dạy học đều là sự tích hợp giữa lí thuyết và thực hành cũng như các yếu tố của quá trình dạy học

d) Tính phát triển

Môđun dạy học được thiết kế theo hướng “mở” tạo ra cho nó khả năng dung nạp - bổ sung những nội dung mang tính cập nhật Vì thế môđun dạy học luôn có tính “động” tính “phát triển”

e) Tính tự kiểm tra, đánh giá

Quy trình thực hiện một môđun dạy học được đánh giá thường xuyên bằng hệ thống câu hỏi dạng kiểm tra diễn ra trong suốt quá trình thực hiện môđun dạy học nhằm tăng thêm động cơ cho người học

1.3.3 Cấu trúc của môđun dạy học

Môđun dạy học bao gồm ba phần hợp thanh: Hệ vào, thân và hệ ra của môđun

a) Hệ vào của môđun

Hệ vào của môđun thực hiện chức năng đánh giá về điều kiện tiên quyết của người học trong mối quan hệ với các mục tiêu dạy học của môđun Tùy theo mức

độ của mối quan hệ người học sẽ nhận thức được những hữu ích của nó hoặc là họ

sẽ tiếp tục học môđun hoặc là đi tìm một môđun khác phù hợp hơn

b) Thân của môđun

Thân môđun bao gồm một loạt các tiểu môđun tương ứng với các mục tiêu đã được xác định ở hệ vào của môđun Cũng có trường hợp thân của môđun ứng với một tiểu môđun duy nhất Các tiểu môđun liên kết với nhau bởi các câu hỏi kiểm tra trung gian và đều cần đến một thời gian học tập nhất định

Các tiểu môđun được cấu trúc bởi các thành phần:

*Mở đầu: Xác định những mục tiêu cụ thể của tiểu môđun, cung cấp cho người học những tri thức điểm tựa và huy động kinh nghiệm đã có của người học cung cấp cho người học các con đường để giải quyết vấn đề nhận thức để họ tự lựa chọn

*Nội dung và phương pháp học tập: Qua đó người học sẽ tiếp thu được một số mục tiêu cụ thể của tiểu môđun

*Kiểm tra trung gian: Đánh giá xem người học đã đạt được đến mức độ nào đối với các mục tiêu của tiểu môđun và kết quả của bài kiểm tra có thể được xem như điều kiện tiên quyết để người học thực hiện tiểu môđun tiếp theo Khi cần thiết thân môđun còn được bổ sung các môđun phụ đạo giúp người học bổ sung kiến thức còn thiếu, sửa chữa sai sót và ôn tập

Hệ ra của thân môđun:

Hệ ra của thân môđun nhằm thực hiện chức năng tổng kết các tri thức, kĩ năng, thái độ của người học được thực hiện trong môđun và chỉ dẫn cho người học để họ

có thể tìm những môđun tiếp theo hoặc phụ đạo để làm sâu sắc thêm những gì họ quan tâm đối với môđun

c) Hệ ra của môđun bao gồm:

Một bản tổng kết chung, kiểm tra kết thúc, hệ thống chỉ dẫn để tiếp tục học tập tùy theo kết quả học tập môđun của người học Nếu đạt tất cả các mục tiêu của môđun người học sẽ chuyển sang học tập môđun tiếp theo, hệ thống hướng dẫn dành cho người dạy và người học

1.4 Tài liệu tự học có hướng dẫn theo môđun [9], [10]

1.4.1 Thế nào là tài liệu tự học có hướng dẫn theo môđun?

Tài liệu tự học có hướng dẫn theo môđun là tài liệu được biên soạn theo những đặc trưng và cấu trúc của một môđun Tài liệu có thể được phân thành nhiều loại: theo nội dung lí thuyết hoặc nội dung bài tập

1.4.2 Cấu trúc nội dung tài liệu tự học (cho một tiểu môđun)

Bao gồm:

Tên của tiểu môđun

A Mục tiêu của tiểu môđun

B Tài liệu tham khảo

C Hướng dẫn người học tự học

D Nội dung lí thuyết cần nghiên cứu (Thông tin phản hồi)

E Bài tập tự kiểm tra đánh giá sau khi đã nghiên cứu thông tin phản hồi

1.4.2.1 Mục tiêu của tiểu môđun

Các mục đích, yêu cầu của một tiểu môđun là những gì mà SV phải nắm được sau mỗi bài học GV cũng căn cứ vào mục đích để theo dõi, hướng dẫn, kiểm tra đánh giá SV một cách cụ thể, chính xác

Với hệ thống mục đích, yêu cầu của tiểu môđun, tài liệu giảng dạy được biên soạn theo tiếp cận môđun trở nên khác một cách căn bản hơn so với tài liệu biên soạn theo kiểu truyền thống vì nó chứa đựng đồng thời cả nội dung và phương pháp dạy học

1.4.2.2 Nội dung và phương pháp dạy học

Nội dung dạy học cần được trình bày chính xác, phản ánh được bản chất nội dung khoa học cần nghiên cứu và phải phù hợp với đối tượng SV đại học

1.4.2.3 Câu hỏi chuẩn bị đánh giá

- Trong mỗi tiểu môđun tôi thiết kế 2 loại câu hỏi:

+ Loại 1: Câu hỏi hướng dẫn SV tự học

+ Loại 2: Câu hỏi tự kiểm tra để tự đánh giá sau khi đã chuẩn kiến thức mới

SV đã được kiểm tra kết quả hoàn thành tiểu môđun trước Với mỗi tiểu môđun thì

hệ thống mục đích, yêu cầu đã được định hướng rõ nét cái mà SV cần phải học Dựa vào các mục tiêu đó và tiêu chuẩn đánh giá sẽ xác định cái SV cần phải đạt được Nội dung dạy học trình bày trong tiểu môđun rõ ràng hơn, rành mạch hơn, dễ hiểu

và khoa học hơn trong tài liệu cũ Qua mỗi tiểu môđun, việc học của SV lại được phân hóa một lần qua kiểm tra của GV Đây là điểm cơ bản của tài liệu mới

1.4.3 Phương pháp tự học có hướng dẫn theo môđun

Nội dung chính của phương pháp dạy học này là nhờ các môđun mà SV được dẫn dắt từng bước để đạt tới mục tiêu dạy học Nhờ nội dung dạy học được phân nhỏ ra từng phần, nhờ hệ thống mục tiêu chuyên biệt và hệ thống kiểm tra, SV có thể tự học và tự kiểm tra mức độ nắm vững các kiến thức, kỹ năng và thái độ trong từng tiểu môđun Bằng cách này họ có thể tự học theo nhịp độ riêng của mình

Phương pháp tự học có hướng dẫn theo môđun đảm bảo tuân theo những nguyên tắc cơ bản của quá trình dạy học sau đây:

+ Nguyên tắc cá thể hóa trong học tập

+ Nguyên tắc đảm bảo hình thành ở SV kỹ năng tự học từ thấp đến cao

+ Nguyên tắc GV thu thập thông tin về kết quả học tập của HS sau quá trình tự học, giúp đỡ họ khi cần thiết, điều chỉnh nhịp độ học tập

1.5 Hướng dẫn cách tự học theo môđun

Trước khi đến lớp, SV phải dành thời gian cho việc học ở nhà để nghiên cứu tài liệu và chuẩn bị bài

Cần nắm được:

- Mục tiêu toàn chương

- Số lượng tiểu môđun và những tài liệu, môđun phụ đạo có liên quan

- Với mỗi tiểu môđun phải thấy rõ mục tiêu của tiểu môđun cần nghiên cứu sau đó nghiên cứu đến nội dung bằng cách trả lời các câu hỏi và bài tập đã được GV biên soạn, nghiên cứu xong phần nội dung thì tự trả lời câu hỏi ở cuối mỗi tiểu môđun Nếu trả lời được thì chuyển sang môđun tiếp theo, nếu chưa trả lời được thì nghiên cứu lại phần nội dung cho đến khi trả lời được

Ở lớp, mỗi SV làm một bài kiểm tra nhỏ để đánh giá mức độ chuẩn bị bài ở nhà trong khoảng từ 10 - 15 phút

- Nếu đạt yêu cầu thì SV bắt tay vào nghiên cứu nội dung bài mới, nếu không đạt yêu cầu thì SV tiếp tục xem lại tài liệu

- Nếu đạt yêu cầu thì SV tự học theo nhịp độ riêng của mình, theo từng phần nhỏ của tiểu môđun, ghi lại thu hoạch và những nội dung cần chú ý

- Chia nhóm, GV hướng dẫn thảo luận, mỗi nhóm cử SV phát biểu trình bày thu hoạch của mình, các nhóm còn lại đưa ra câu hỏi đối với nhóm trình bày GV nhận xét, bổ sung và chính xác hóa những kết luận đưa ra, hướng dẫn SV tự kiểm tra

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ TÀI LIỆU TỰ HỌC CÓ HƯỚNG DẪN THEO MÔĐUN CHƯƠNG “CẤU TẠO NGUYÊN TỬ VÀ HỆ THỐNG TUẦN

HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC”

2.1 Cấu trúc học phần Hóa học đại cương 1

Học phần hóa học đại cương 1 được chia thành các chương tương ứng với các môđun như sau:

Môđun 1: Các khái niệm và định luật cơ bản của hóa học

Môđun 2: Cấu tạo nguyên tử và hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học Môđun 3: Cấu tạo phân tử và liên kết hóa học

Môđun 4: Liên kết và cấu trúc trong các hệ ngưng tụ

Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài chúng tôi chỉ giới hạn nghiên cứu Môđun 2: Cấu tạo nguyên tử và hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học Vì vậy, dựa vào phân phối chương trình chúng tôi thành lập môđun 2: Cấu tạo nguyên tử và hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học

2.2 Nguyên tắc của việc thiết kế tài liệu tự học có hướng dẫn theo môđun

- Đảm bảo tính chính xác, khoa học, phù hợp về nội dung kiến thức với đối tượng sử dụng tài liệu

- Đảm bảo tính logic, tính hệ thống của kiến thức

- Đảm bảo tăng cường vai trò chủ đạo của lý thuyết

- Đảm bảo được tính hệ thống của các dạng bài tập

- Trình bày tinh gọn, dễ hiểu, cấu trúc rõ ràng, có hướng dẫn học tập cụ thể, thể hiện rõ nội dung kiến thức trọng tâm, gây được hứng thú cho SV

2.3 Thiết kế tài liệu tự học có hướng dẫn theo môđun chương “Cấu tạo nguyên

tử và hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học” của học phần Hóa học đại cương 1

Môđun 2 và phân chia thành nhiều tiểu môđun như sau:

Môđun 2: Cấu tạo nguyên tử và hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học Tiểu môđun 1: Nguyên tử, thành phần cấu trúc của nguyên tử

Tiểu môđun 2: Hạt nhân nguyên tử

Tiểu môđun 3: Thuyết lượng tử Planck và đại cương về cơ học lượng tử

Tiểu môđun 4: Nguyên tử Hiđro và ion giống Hiđro

Tiểu môđun 5: Nguyên tử nhiều electron

Tiểu môđun 6: Nguyên tắc sắp xếp và cấu trúc của hệ thống tuần hoàn

Tiểu môđun 7: Sự biến đổi một số tính chất, đại lượng quan trọng - Định luật tuần hoàn

- Niềm say mê học tập, yêu thích môn học

- Xây dựng lòng yêu thích, say mê nghiên cứu khoa học cho SV Sư phạm

4 Định hướng phát triển năng lực:

- Năng lực tự học, tự đọc các học liệu

- Năng lực giải các bài tập định tính và định lượng hóa học

- Năng lực hợp tác, hoạt động theo nhóm nhỏ

B Tài liệu tham khảo:

1 Trần Thành Huế - Hoá học đại cương 1 - Cấu tạo chất - NXB Đại học sư phạm, năm 2004

2 Lâm Ngọc Thiềm, Trần Hiệp Hải - Bài tập Hoá học đại cương - NXB Đại

học Quốc gia Hà Nội, năm 2004

3 Đào Đình Thức – Hoá học đại cương - Tập 1 - NXB Đại học Quốc gia Hà

Nội, năm 2004

4 Đào Đình Thức - Bài tập Hoá học đại cương - NXB Giáo dục, năm 2008

C Hướng dẫn SV tự đọc:

SV đọc tài liệu tham khảo trên ở nhà và trả lời các câu hỏi sau:

1 Trình bày nội dung của các thuyết về nguyên tử

2 Trình bày sự kế thừa và phát triển của các thuyết về nguyên tử ra đời sau so với các thuyết đã được hình thành trước đó

3 Nêu thành phần cấu trúc của nguyên tử đã học ở chương I: Các khái niệm

và định luật cơ bản của hóa học

D Nội dung lí thuyết cần nghiên cứu:

I Các thuyết về nguyên tử:

1 Theo các nhà triết học cổ Hy Lạp (Lơxip - Đemocrit)

Các chất đều được cấu tạo từ những tiểu phân nhỏ nhất không phân chia được,

đó là các nguyên tử luôn luôn chuyển động

a)Theo Lơxip (khoảng 500 - 440 TCN)

+ Ông cho rằng khởi nguyên của vật chất là vô số những nguyên tử

+ Nguyên tử là những hạt vật chất tuyệt đối không thể phân chia được, nó vô hạn về số lượng và vô hạn cả về hình thức, là những hạt vô cùng nhỏ, không thể thẩm thấu được, không có chất lượng, các nguyên tử chỉ khác nhau về kích thước và hình thức

+ Nguyên tử chính là khởi nguyên của mọi dạng vật chất, sự vật, hiện tượng vật chất khác nhau không phải là do chất lượng khác nhau mà do kết hợp khác nhau

về hình thức sắp đặt các nguyên tử

b)Theo Đemocrit (khoảng 460 - 370 TCN)

Đemocrit khẳng định nguyên tử là hạt vật chất cực nhỏ không nhìn thấy được, không phân chia được không khác nhau về chất, không có mùi vị, âm thanh, màu sắc và tồn tại vĩnh viễn

Theo Đemocrit, sự vật được hình thành là do sự kết hợp các nguyên tử và sự vật mất đi là do sự tách rời của các nguyên tử Sự vật khác nhau là do các nguyên tử được cấu tạo theo những hình thức khác nhau, được sắp xếp theo những trật tự khác nhau và được xoay đặt ở những tư thế khác nhau Sự kết hợp các nguyên tử không diễn ra một cách ngẫu nhiên, tuỳ tiện mà theo tính tất nhiên

2 Theo Daltơn: người Anh (năm 1808)

“Nguyên tử là phần tử nhỏ nhất của vật chất, không phân chia trong các phản ứng hóa học thông thường”

Năm 1808, Dalton đưa ra lý thuyết nguyên tử dựa trên 5 giả thuyết:

+ Giả thuyết 1: Tất cả các vật chất đều được tạo thành từ các nguyên tử

+ Giả thuyết 2: Các nguyên tử của cùng một nguyên tố sẽ có cùng một cấu

+ Giả thuyết 5: Trong các phản ứng hóa học, các nguyên tử có thể kết hợp,

phân tách hoặc tái sắp xếp lại

Hình 1.1 Mô hình nguyên tử của Dalton

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

Câu hỏi 1: Theo anh (chị), trong 5 giả thuyết mà Dalton đưa ra thì giả thuyết

nào chưa thực sự chính xác? Lấy ví dụ minh họa

→ Có 1 tia đặc biệt: không nhìn thấy được nhưng có khả năng gây ra hiện tượng huỳnh quang

Đặc điểm và tính chất của tia đặc biệt:

a)

b) Hình 1.3: Đường đi của tia âm cực

+ Là những hạt vật chất xuất phát từ âm cực

+ Chuyển động thẳng với một vận tốc rất lớn (v = 2.107m/s)

+ Làm chuyển động 1 bánh xe đặt trên đường đi

+ Bị lệch hướng trong từ trường và điện trường (về phía cực +)

→ Tia đặc biệt này được gọi là tia âm cực

Tia âm cực là những hạt vật chất mang điện tích âm (electron) và có khối lượng xác định, tia âm cực là chùm electron → electron phải là cấu tử của nguyên tử

me = 9,1094.10-31kg hay 0,00055u ; qe = -1,602.10-19C hay 1- đvđt

3 Mẫu nguyên tử của Thomson (1904 - Người Anh)

Thomson đưa ra mô hình đầu tiên về cấu trúc nguyên tử: “Nguyên tử gồm các phần tử tích điện dương và các electron phân tán đều trong một khối cầu trên các lớp vỏ đồng tâm khác nhau”

Hình 1.4 Mô hình nguyên tử của Thomson

Nhận xét: Nhìn hình thức bề ngoài thì mô hình của Thomson có vẻ rất hợp lí

Chính vì vậy mà mô hình này tồn tại trong một thời gian khá dài

*Thí nghiệm nghiên cứu về đường đi của tia α:

Hình 1.5 Đường đi của chùm hạt α

Dùng chùm hạt α phát ra từ nguồn phóng xạ α (1), sau khi đi qua màn chắn (2)

có chứa khe hẹp để tạo thành chùm tia mảnh, cho bắn vào lá vàng được dát mỏng (3) Đường đi của chùm hạt α được quan sát trên màn quan sát (4) có phủ một lớp sunfua kẽm (mỗi khi hạt α đập vào màn thì sẽ tạo ra một lóe sáng tại điểm đó)

Hiện tượng: SV tự đọc tài liệu nêu và phân tích

Câu hỏi 2: Tại sao mẫu nguyên tử của Thomson không giải thích được có những

Muốn giải thích được điều này thì: Nguyên tử phải chứa phần mang điện tích (+) có khối lượng đủ lớn để các hạt α bị lệch khi va chạm và có khi bật trở lại Đồng

thời phần mang điện tích (+) này phải có kích thước nhỏ so với kích thước nguyên

tử để phần lớn các hạt α có thể xuyên qua

+ Từ đó, Rutherford đi đến kết luận:

•Điện tích dương của nguyên tử phải tập trung trong một thể tích rất nhỏ để phần lớn các hạt α có thể xuyên qua

•Phần mang điện tích dương chiếm phần lớn khối lượng của cả nguyên tử, nó được gọi là hạt nhân nguyên tử để các hạt α bị lệch khi va chạm và có khi bật trở lại

Hay nguyên tử có cấu tạo rỗng

4 Mẫu hành tinh nguyên tử của Rutherford (1911)

+ Nguyên tử được coi như hợp bởi một hạt nhân tích điện dương và xung quanh hạt nhân có những điện tử quay trên những quỹ đạo khác nhau

Hình 1.6 Mô hình nguyên tử của Rutherford

Nhược điểm:

+ Mô hình hành tinh không thể giải thích tính bền của nguyên tử

+ Mô hình Rutherford cũng không thể giải thích được đặc điểm của quang phổ nguyên tử

5 Mẫu nguyên tử của Bo: Năm 1913

+ Tiên đề 1: Trong nguyên tử, các điện tử không thể chuyển động trên bất kì

quỹ đạo nào mà chỉ được phép chuyển động trên những quỹ đạo xác định

+ Tiên đề 2: Khi chuyển động trên những quỹ đạo xác định, điện tử không bức

xạ, nghĩa là không mất năng lượng Quỹ đạo hay trạng thái mà năng lượng của điện

tử có một giá trị xác định không đổi gọi là quỹ đạo dừng hay trạng thái dừng

+ Tiên đề 3: Nguyên tử hay điện tử chỉ phát xạ hay hấp thụ khi nguyên tử hay

điện tử chuyển từ trạng thái dừng này sang trạng thái dừng khác Năng lượng hυ được phát xạ hay bị hấp thụ bằng hiệu số năng lượng của 2 trạng thái

∆E = Ec – Et = hυ = Trong đó: h: Hằng số Planck, h = 6,625.10-34J.s

c: Tốc độ ánh sáng trong chân không, c = 3.108

m/s λ: Bước sóng của ánh sáng phát xạ

Câu hỏi 3:

a Trong các tiên đề trên thì tiên đề nào không đúng với quan điểm hiện đại? Tại sao?

b So với mẫu hành tinh nguyên tử của Rutherford thì mẫu nguyên tử của Bo

có những ưu điểm gì? Điều này được thể hiện ở tiên đề thứ mấy?

Nhược điểm:

+ Không giải thích được tính chất của các nguyên tử nhiều electron

+ Năm 1927, phát hiện ra electron chuyển động còn có tính chất sóng có thể được mô tả bằng một biên độ xác định, bằng độ dài sóng, bằng tần số dao động

→ Không thể nói về một quỹ đạo xác định nào đối với sự chuyển động của electron

6 Quan điểm hiện đại (quan điểm của cơ học lượng tử): Năm 1926

+ Quỹ đạo electron: Không phải là một đường xác định, mà là một phần

không gian xung quanh hạt nhân mà xác suất có mặt electron là cực đại

+ Electron hình như bị loang ra toàn bộ thể tích của nguyên tử gọi là đám mây electron: Có vùng điện tích đặc và loãng, đám mây electron không có giới hạn rõ

rệt Quỹ đạo → obitan

→ Quy về việc giải phương trình sóng: Trạng thái của electron trong nguyên tử được mô tả bằng 4 số lượng tử: n, l, ml, ms

Mô hình nguyên tử được chấp nhận ngày nay như sau:

+ Nguyên tử được tạo thành từ một hạt nhân mang điện tích dương nằm ở tâm nguyên tử và các electron mang điện tích âm chuyển động xung quanh

+ Hạt nhân bao gồm các hạt proton mang điện tích dương và các hạt nơtron không mang điện Mỗi nguyên tử chỉ có một số proton duy nhất nhưng có thể có số

c h



nơtron khác nhau (các đồng vị) Hạt nhân của nguyên tử chiếm một vùng không gian rất nhỏ bé so với nguyên tử

+ Các electron chuyển động rất nhanh xung quanh hạt nhân không theo một quỹ đạo xác định Chỉ có thể tìm thấy xác suất có mặt của electron trong không gian nguyên tử Tập hợp các vị trí xác suất này tạo thành một đám mây electron Hình dạng đám mây do năng lượng của electron quyết định

II Thành phần cấu trúc của nguyên tử:

Mô hình đơn giản về cấu tạo nguyên tử được thừa nhận rộng rãi hiện nay là:

Nguyên tử có hình dạng một khối cầu Tâm của nguyên tử là hạt nhân tích điện dương

Vỏ nguyên tử gồm các electron chuyển động quanh hạt nhân Số đơn vị điện tích âm

của vỏ bằng số đơn vị điện tích dương hạt nhân Nguyên tử trung hòa về điện

Ở mức độ thông thường, người ta thừa nhận nguyên tử được cấu tạo từ ba loại hạt cơ bản là: electron (e), proton (p), nơtron (n) Điện tích, khối lượng của ba loại hạt này đã được thể hiện rõ ở bảng sau:

Bảng 1.1: Khối lượng, điện tích của electron, proton, nơtron

Electron ( 9,1094.10-31 5,55.10-4 -1,6021.10-19 -1

Proton (e0 = ) 1,6726.10-27 1,007 1,6021.10-19 +1

Nguyên tử bao gồm: - Vỏ : Electron

- Hạt nhân: Proton, notron

E Bài tập tự kiểm tra, đánh giá

1.3 Trong nguyên tử X tổng số hạt cơ bản (p, n, e) là 115, số hạt mang điện

nhiều hơn số hạt không mang điện là 25 Tìm X

*Bài tập dành cho SV khá, giỏi:

1.4 Một nguyên tố X có 2 đồng vị có tỉ lệ số nguyên tử là 23/27 Hạt nhân của

X có 35 proton Đồng vị thứ nhất có 44 nơtron, đồng vị thứ hai có nhiều hơn đồng

vị thứ nhất là 2 nơtron Nguyên tử khối trung bình của nguyên tố X là bao nhiêu?

1.5 Nguyên tử Cu có nguyên tử khối trung bình là 63,54 có hai đồng vị Y và

Z, biết tổng số khối là 128 Số nguyên tử đồng vị Y = 0,37 đồng vị Z Xác định số khối của Y và Z

1.6 Nguyên tố R tạo đƣợc ion R- có 53 hạt các loại (gồm p, e, n) Hãy xác định số khối của R R có một đồng vị khác R’, trong nguyên tử R’có nhiều hơn R 2 hạt cơ bản Trong tự nhiên đồng vị R’chiếm khoảng 25% số nguyên tử Nguyên tử khối trung bình của nguyên tố R là bao nhiêu?

1.7 Cấu hình electron ngoài cùng của nguyên tố X là 5p5 Tỉ số nơtron và điện tích hạt nhân là 1,3962 Số nơtron của X bằng 3,7 lần số nơtron của nguyên tử thuộc nguyên tố Y Khi cho 4,29 g Y phản ứng với lƣợng dƣ X thì thu đƣợc 18,26 g sản phẩm có công thức là Y Tìm tên nguyên tố X, Y

TIỂU MÔĐUN 2: HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ

A Mục tiêu:

1 Về kiến thức:

SV trình bày được:

- Cấu tạo hạt nhân nguyên tử; bán kính hạt nhân

- Năng lƣợng liên kết hạt nhân

- Hiện tƣợng phóng xạ tự nhiên, phóng xạ nhân tạo

3 Về thái độ:

- Xây dựng lòng tin vào khoa học, đam mê nghiên cứu khoa học

4 Định hướng phát triển năng lực:

- Năng lực tự học, tự đọc các học liệu

- Năng lực giải các bài tập định tính và định lượng hóa học

B Tài liệu tham khảo:

1 Trần Thành Huế - Hoá học đại cương 1 - Cấu tạo chất - NXB Đại học sư

phạm, năm 2004

2 Lâm Ngọc Thiềm - Cơ sở lí thuyết Hóa học - NXB GD, năm 2008

3 Lâm Ngọc Thiềm, Trần Hiệp Hải - Bài tập Hoá học đại cương - NXB Đại

học Quốc gia Hà Nội - năm 2004

4 Đào Đình Thức - Hoá học đại cương - Tập 1 - NXB Đại học Quốc gia Hà

Nội, năm 2004

5 Đào Đình Thức - Bài tập Hoá học đại cương - NXB Giáo dục, năm 2008

C Hướng dẫn SV tự đọc:

SV đọc tài liệu tham khảo trên ở nhà và trả lời các câu hỏi sau:

1 Anh (chị) hãy nêu thành phần cấu tạo nên hạt nhân nguyên tử

2 Trình bày công thức tính bán kính hạt nhân, nêu ý nghĩa các kí hiệu có trong công thức

3 Trình bày công thức tính năng lượng liên kết hạt nhân, ý nghĩa của năng lượng liên kết hạt nhân

4 Năng lượng liên kết riêng là gì? Trình bày mối quan hệ giữa năng lượng liên kết riêng với độ bền của hạt nhân

5 Trình bày hiện tượng phóng xạ tự nhiên, phóng xạ nhân tạo, thành phần và đặc điểm tia phóng xạ, viết phương trình hiện tượng phóng xạ

6 Chu kì bán hủy là gì? Viết công thức tính chu kì bán hủy

D Nội dung lí thuyết cần nghiên cứu:

1 Cấu tạo hạt nhân

a) Thành phần hạt nhân

Năm 1919, khi dùng tia α bắn vào nguyên tử nitơ, Rutherford nhận thấy rằng nguyên tử nitơ biến thành nguyên tử oxi và đồng thời từ hạt nhân của nitơ có những phần tử tích điện dương được giải phóng ra Những hạt tích điện dương này được

gọi là proton (p) Như vậy, proton phải là một cấu tử của hạt nhân

b) Cấu trúc hạt nhân (Tự đọc thêm trong các tài liệu)

Để giải thích các tính chất của hạt nhân, các nhà khoa học cố gắng xây dựng các mô hình hay các mẫu hạt nhân: Mẫu giọt; mẫu lớp; mẫu vỏ

Câu hỏi 1: So sánh bán kính hạt nhân với bán kính nguyên tử

Mỗi cm3 hạt nhân có khối lượng khoảng 140 triệu tấn

Có một số phương pháp xác định bán kính hạt nhân R Kết quả được thừa nhận là: (tham khảo) R = (0,7 + A1/3) 1,2.10-13 cm (A>1)

4 2

Một cách gần đúng, bán kính hạt nhân được xem vào cỡ R 10-13 cm

Ví dụ: Proton có R 1,23.10-13

cm; hạt nhân Uran có R = 7,5.10-13 cm;…

Từ mô hình đơn giản coi hạt nhân như một khối hình cầu sẽ tính được thể tích hạt nhân, nên tính được khối lượng riêng hạt nhân là vào khoảng g/cm3

2 Lực liên kết và năng lượng liên kết hạt nhân

a) Lực liên kết hạt nhân (Tự đọc thêm trong các tài liệu)

b) Năng lượng liên kết hạt nhân

Bằng phương pháp khối phổ xác định chính xác khối lượng của các nucleon

và của hạt nhân, người ta thấy rằng khối lượng của hạt nhân bao giờ cũng nhỏ hơn

tổng khối lượng của các nucleon tạo thành Hiện tượng này gọi là sự hụt khối lượng

Δm = Z.mp + (A – Z).mn – mhạt nhânKhối lượng hụt này ứng với một năng lượng rất lớn được giải phóng khi hình thành hạt nhân từ các nucleon Năng lượng này được tính theo hệ thức:

Ei = Δm.c2

Và được gọi là năng lượng liên kết hạt nhân

Ei cũng đặc trưng cho năng lượng cần phải cung cấp để phá vỡ các lực liên kết trong hạt nhân

Câu hỏi 2: Cho nguyên tử Tính sự hụt khối lượng hạt nhân rồi suy ra năng

c) Năng lượng liên kết riêng và độ bền của hạt nhân

Chia năng lượng liên kết hạt nhân cho số nucleon trong hạt nhân ta được năng

lượng liên kết trung bình đối với mỗi nucleon Năng lượng này gọi là năng lượng

u m

u m

u

m p 1,007582 ; n 1,00897 ; (F) 20,00063

i

E A

Hình 2.1 Đồ thị biểu diễn năng lượng liên kết riêng hạt nhân theo số khối A

- Từ đồ thị SV rút ra nhận xét, giải thích?

Kết luận: Từ đó ta thấy rằng có hai khả năng khai thác năng lượng hạt nhân:

+ Phá vỡ hạt nhân nặng ; ; …thành những hạt nhân trung bình

Năng lượng này thường được gọi là năng lượng nguyên tử (bom nguyên tử, lò phản

Năm 1896 nhà bác học Pháp Henri Becquerel (Hawngrri Beccơrel) khám phá

ra rằng: Những hợp chất của Uran luôn luôn phóng ra những tia đặc biệt có thể đi qua được giấy đen và tác dụng lên kính ảnh Tính chất này được bà Marie Curie

(Quyri) gọi là tính phóng xạ tự nhiên

Tính phóng xạ tự nhiên là khả năng của các chất chứa các nguyên tố xác định, không cần tác động bên ngoài, tự phát ra bức xạ không nhìn thấy với thành phần phức tạp

Tiếp tục công trình nghiên cứu của Becquerel, năm 1899 bà Curi tìm thấy nguyên tố Thori cũng có tính phóng xạ

Cũng năm này, ông bà Pirre và Marie Curie (Pie và Mari Quyri) tìm ra được Poloni có tính phóng xạ mạnh gấp 400 lần Uran và ít lâu sau lại tìm ra Rađi có tính phóng xạ mạnh hơn Uran hành triệu lần Tiếp tục các công trình nghiên cứu của ông

bà Curie người ta còn tìm ra nhiều nguyên tố phóng xạ tự nhiên khác, phần lớn là những nguyên tố ở cuối bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học

Câu hỏi 3: Anh (chị) hãy kể tên một số nguyên tố có tính phóng xạ

c) Tác dụng của tia phóng xạ vào vật chất

Các tia phóng xạ được phóng ra từ chất phóng xạ với một vận tốc rất lớn Với một động năng lớn, các tia phóng xạ có khả năng đi xuyên qua vật chất (khả năng

đâm sâu)

Ví dụ: Tia α có thể đi qua một lớp nhôm dày 1/100 mm hay một lớp không khí

dày vài cm

Khi các tia phóng xạ đi qua vật chất thì hầu như chúng chỉ gặp lớp vỏ nguyên

tử mà ít khi gặp hạt nhân Khi gặp lớp vỏ nguyên tử thì nguyên tử hoặc bị kích thích hoặc bị ion hóa

Ví dụ: Khi gặp tia phóng xạ, oxi có khả năng phản ứng mạnh, ví dụ tác dụng

với phân tử khác tạo thành ozon: O2 + 2O2 → 2O3

4

2He

o

A

d) Định luật chuyển dịch (chuyển dời) phóng xạ Fajans, Soddy (Faian, Sôtđi)

Định luật chuyển dịch phóng xạ đƣợc Fajans, Soddy tìm ra năm 1913

Trong quá trình phóng xạ, đa số các sản phẩm đƣợc tạo thành lại có tính

phóng xạ Vì vậy, sự phân hủy nối tiếp nhau tạo thành những dãy hay những họ

phóng xạ Nguyên tố cuối cùng của dãy là một đồng vị bền (Pb hay Bi)

Các đồng vị trong họ có số khối:

AU = 4k + 2 (k = 59 → 51)

(AcU) và chấm dứt bằng đồng vị được gọi là chì Actini

Các động vị trong họ có số khối:

AAc = 4k + 3 ( k = 58 → 51)

4 Động học các quá trình phóng xạ

a) Tốc độ và hằng số phóng xạ

Thực nghiệm xác nhận rằng các quá trình biến đổi phóng xạ đều tuân theo

định luật của phản ứng một chiều bậc nhất về mặt động hóa học Sơ đồ của một

phản ứng một chiều bậc nhất: A → sản phẩm

+ Trong đó A là chất đầu hay chất tham gia phản ứng

+ Phương trình động học của phản ứng đó là:

v = dx k(a x)dt

  

Trong đó: v là tốc độ của phản ứng; dx

dt là đạo hàm bậc nhất của nồng độ chất

A theo thời gian phản ứng t; a là nồng độ chất A lúc ban đầu phản ứng (t = 0);

x là nồng độ chất A bị mất đi sau thời gian phản ứng t; (a – x) là nồng độ chất

A có tại thời điểm đang xét; k là hằng số tốc độ của phản ứng

+ Thực hiện các biến đổi toán học, cuối cùng ta thu được phương trình:

k = 1ln a

t ax →

aln

+ Theo công ước mới thì đơn vị phóng xạ là Becquerel (Bq): 1 Bq = 1 pr/s

Một gam Rađi mỗi giây phóng ra 3,7.1010

hạt α, do đó có cường độ phóng xạ

là 3,7.1010 Bq = 1 curi (Ci) Vậy 1 Ci ứng với 3,7.1010 nguyên tử bị phân rã trong

1 giây

+ Các đơn vị khác: 1mCi (mili curi) = 10-3 Ci; 1 μCi (micro curi) = 10-6 Ci

5 Sự biến đổi nhân tạo các nguyên tố Hiện tượng phóng xạ nhân tạo Phản ứng hạt nhân

a) Nguyên tắc biến đổi nhân tạo các nguyên tố

Phản ứng biến đổi nhân tạo nguyên tố đã được Rutherford thực hiện đầu tiên năm 1919

+ → +

+ Trong phản ứng này hạt α được coi là viên đạn và hạt nhân nitơ được coi là hạt nhân bia Những viên đạn thường dùng là nơtron và những hạt nhân có số Z nhỏ như: … vì những hạt này dễ thâm nhập vào hạt nhân bia

b) Hiện tượng phóng xạ nhân tạo

Đa số các nguyên tố mới, điều chế nhân tạo được là những nguyên tố không bền và có tính phóng xạ Hiện tượng này được ông bà Joliot Curie và Irene Curie

(Jolio và Iren Quyri) phát hiện ra năm 1934 và được gọi là hiện tượng phóng xạ

nhân tạo

+ Đồng vị này là một đồng vị phóng xạ, phân hủy thành silic và positron:

Sau đó, người ta điều chế ra hàng loạt các đồng vị phóng xạ khác nhau với nhiều ứng dụng trong khoa học

4 2

c) Các loại phản ứng hạt nhân

Tùy theo điều kiện phản ứng mà có những kết quả khác nhau Người ta phân biệt 4 loại phản ứng hạt nhân: Phản ứng đơn giản, phản ứng phân tán, phản ứng

phân hạch và phản ứng nhiệt hạch

- Phản ứng đơn giản: Nếu hạt đạn có năng lượng nhỏ thì hạt này thường bị

hấp thụ và từ hạt nhân bị oanh tạc bắn ra một hoặc hai hạt cơ bản Những phản ứng của Rutherford và Chadwich tìm ra proton, nơtron là những thí dụ về các phản ứng đơn giản:

Đến nay người ta đã thực hiện hàng nghìn phản ứng loại này

- Phản ứng phân tán hạt nhân: Khi hạt đạn có năng lượng lớn (vài trăm

MeV) thì từ hạt nhân bị oanh tạc bắn đi một số lớn các nucleon và các hạt nhân nhẹ (1 MeV = 106 eV)

Ví dụ: Khi oanh tạc các hạt nhân 235,238U bằng tia α có năng lượng khoảng 400 MeV người ta thấy xuất hiện tất cả các đồng vị có Z từ 25 đến 92

- Phản ứng phân hạch: (Tự đọc tài liệu)

+ Phản ứng phân hạch dây chuyền có điều kiện: Lò phản ứng hạt nhân (Tự đọc tài liệu)

+ Phản ứng phân hạch dây chuyền tự phát: Bom nguyên tử (Tự đọc tài liệu)

- Phản ứng nhiệt hạch: (Tự đọc tài liệu)

E Bài tập tự kiểm tra, đánh giá

*Bài tập dành cho tất cả các SV:

2.1 Biết tổng số hạt của nguyên tử X là 126, trong đó số nơtron nhiều hơn số electron là 12 hạt

a) Tính số proton và số khối A của X

b) Người ta lại biết số nguyên tố R có 3 đồng vị X, Y, Z Số khối của X bằng trung bình cộng số khối của Y và Z Hiệu số nơtron của Y và Z gấp 2 lần số proton của hiđro Hãy xác định số khối của Y và Z

2.2 Cho nguyên tố F

a) Xác định thành phần hạt nhân của nguyên tử trên

b) Tính sự hụt khối lượng hạt nhân rồi suy ra năng lượng liên kết hạt nhân và năng lượng riêng đối với F

Cho: mp= 1,007582u; mn = 1,00897u; m(F) = 20,0063u

2.3 a) Một chất phóng xạ có chu kì bán huỷ T1/2 = 30 năm Hỏi trong bao lâu

99,9% số nguyên tử của chất đó bị phân huỷ phóng xạ?

b) Một chất phóng xạ có chu kì bán hủy T1/2 = 500 năm Hỏi sau bao nhiêu năm thì 75% khối lượng ban đầu của nguyên tố đó bị phân hủy phóng xạ

*Bài tập dành cho SV khá, giỏi:

2.4 a) Tại sao người ta nói hạt nhân càng bền nếu năng lượng liên kết riêng

càng lớn

b) Tại sao năng lượng được giải phóng trong quá trình phá vỡ (phân hạch) hạt nhân nặng thành một số hạt nhân trung bình và cũng được giải phóng trong quá trình tổng hợp các hạt nhân nhẹ

c) Hãy nêu một ví dụ cụ thể về phản ứng phân hạch và một ví dụ về phản ứng tổng hợp hạt nhân (viết phương trình phản ứng)

2.5 Hãy cho biết sự giống nhau và khác nhau giữa phản ứng xảy ra trong lò

phản ứng hạt nhân và phản ứng nổ của bom nguyên tử và hãy cho biết sự khác nhau

về nguyên liệu đối với hai loại phản ứng đó

2.6 Stronti - 90 là một đồng vị phóng xạ có chu kì bán hủy là 28 năm được

sinh ra khi nổ bom nguyên tử Nó là một đồng vị phóng xạ khá bền và có xu hướng tích tụ vào tủy xương nên đặc biệt nguy hiểm cho người và động vật

a) Viết và cân bằng phương trình hóa học của phản ứng phân hủy phóng xạ, biết đây là đồng vị phóng xạ

b) Một mẫu Sr - 90 phóng xạ 2000 hạt trong 1 phút Hỏi cần bao nhiêu năm

sự phóng xạ mới giảm xuống 125 hạt trong 1 phút

2.7 Trong nhà máy điện hạt nhân, phản ứng phân hạch có năng lượng tỏa ra của mỗi phân hạch tương đương 3,5.10-11J Hỏi phải cần một lượng than bằng

20 9

bao nhiêu để có năng lượng tỏa ra khi phân hạch hết 1kg Biết năng suất tỏa nhiệt của than là q= 2,9.107J/kg

2.8 Trong nhà máy điện hạt nhân dùng phản ứng phân hạch có công suất 500000KW và hiệu suất 40% Tính lượng dùng trong 1 năm Biết năng lượng tỏa ra của 1 kg là 8,96.103 J

TIỂU MÔĐUN 3: THUYẾT LƯỢNG TỬ PLANCK VÀ ĐẠI CƯƠNG

VỀ CƠ HỌC LƯỢNG TỬ

A Mục tiêu:

1 Về kiến thức:

SV trình bày được:

- Sự ra đời của cơ học lượng tử; Nguyên lí bất định Heissenbec

- Một số tiên đề của cơ học lượng tử: Về hàm sóng, về toán tử, về phương trình Srôđingơ

- Áp dụng cơ học lượng tử giải bài toán hạt chuyển động tự do trong hộp thế chữ nhật một chiều sâu vô hạn