1.3.2 .Những biểu hiện và các yếu tố ảnh hưởng đến năng lực tự học
2.3. 3 Điều kiện về vật chất và thời gian
Điều kiện vật chất quan trọng hàng đầu để tiến hành phương pháp tự học có hướng dẫn theo môđun là hệ thống tài liệu dạy học gồm có:
- Giáo trình học phần HĐC biên soạn theo môđun - Tài liệu hướng dẫn học tập, giảng dạy
- Các môđun phụ đạo
Những tài liệu này phải đảm bảo cần cung cấp đầy đủ và kịp thời tài liệu cho mọi SV để họ có thể tự học theo nhịp độ cá nhân phù hợp với những điều kiện và hoàn cảnh riêng của họ.
- Hệ thống bàn ghế, các loại bảng biểu cần bố trí hợp lý, thuận lợi cho việc học tập của SV theo nhóm và việc theo dõi, hướng dẫn của GV.
- Bố trí thời gian cho quá trình dạy học: 2 tiết đến 3 tiết cho một buổi học.
2.4. B ê s ạ tà l ệu p ầ H á đạ ơ bằ p ơ p áp tự ó t e môđu và b ê s ạ môđu p ụ đạ
2.4.1. Tầm quan trọng của bộ môn Hoá học đại cương trong công tác đào tạo SV ở trường Cao đẳng Công nghiệp Cẩm Phả trường Cao đẳng Công nghiệp Cẩm Phả
- Thông qua bộ môn HĐC hình thành cho SV có những phẩm chất đạo đức cơ bản của con người nhà trường Xã hội chủ ngh a - Việt Nam, hình thành thế giới quan Mác - Lê Nin, có l ng yêu nước, yêu trẻ, yêu nghề, có trách nhiệm xã hội, đạo đức,...
- Có tiềm lực để không ng ng hoàn thiện trình độ đào tạo ban đầu, vươn lên đáp ứng yêu cầu đổi mới về mọi mặt của đất nước.
- Là một trong những môn khoa học tự nhiên đóng góp vào việc phát triển các năng lực, phẩm chất của sinh viên.
2.4.2. Mục tiêu và nội dung của học phần Hoá học đại cương
2.4.2.1. Mục tiêu học phần Hoá học đại cương
* Về kiến thức: Học xong môđun này SV có khả năng:
- Hệ thống được những kiến thức cơ bản về cấu tạo các chất hoá học, về sự tương tác và cách thức vận động của chúng trong tự nhiên.
- Hiểu được một số quy luật về sự vận động của các chất. Dự đoán khả năng, chiều hướng và giới hạn của các quá trình hoá học, những hiện tượng kèm theo cũng như các yếu tố thúc đẩy hoặc kìm hãm các quá trình đó.
- Hiểu cách thức tiến hành các bài thực hành môn HĐC. * Về kỹ năng:
SV tiến hành thành thạo các thao tác thực hành cơ bản, các công việc trong ph ng thí nghiệm, sử dụng các dụng cụ, hoá chất, ghi chép và xử lý các dữ liệu thu được khi làm TN.
* Về thái độ:
SV có thái độ nghiêm túc, tự lực nghiên cứu bài học môn HĐC và nghiêm túc khi tiến hành thí nghiệm hoá học. SV có l ng tin vào khoa học, có tinh thần yêu thích môn Hóa học, ham học hỏi và hứng thú với môn Hóa học.
2.4.2.2. Nội dung của học phần và phân phối thời gian môn Hoá học đại cương
- Thời lượng : 2 đơn vị học trình ( 30 tiết ).
- Nội dung học phần gồm : 6 môđun lớn (tương ứng 6 chương) Môđun 1 - Chương 1: Cấu tạo nguyên tử – 4 tiết.
Môđun 2 - Chương 2: HTTH các nguyên tố hóa học – 4 tiết. Môđun 3 - Chương 3: Liên kết hóa học – 6 tiết.
Môđun 4 - Chương 4: Nhiệt hoá học của phản ứng – 8 tiết Môđun 5 - Chương 5: Dung dịch – 4 tiết
Môđun 6 - Chương 6: Phản ứng oxi hoá khử – 4 tiết.
Trong phạm vi luận văn nghiên cứu tôi chỉ đề cập đến 3 chương: Môđun 1 ( chương 1 ), môđun 2 (chương 2) và môđun 3 (chương 3).
MÔĐUN 1
CẤU TẠO NGUYÊN TỬ Mã số: HH/ND: HĐC.01
T : 4 t ết 1. Mụ t êu t à ơ
1.1. Về kiến thức
- Nêu được những khái niệm cơ bản: Nguyên tử, phân tử, nguyên tử khối, phân tử khối, khối lượng mol nguyên tử, khối lượng mol phân tử…
- Biết đựơc những đặc điểm và thành phần cấu tạo của nguyên tử.
- Trình bày được giả thuyết De Broglie về lưỡng tính sóng hạt của hệ vi hạt và nội dung nguyên lý bất định Heisenberg.
- Trình bày được khái niệm hàm sóng , phương trình Srođinger.
- Nêu được giá trị và ý ngh a của bốn số lượng tử đặc trưng cho trạng thái của electron trong nguyên tử: Số lượng tử chính (n), số lượng tử phụ (l), số lượng tử t (m), số lượng tử spin ( ms) .
- Biết đựơc khái niệm về orbital và hình dạng các AO – s, AO – p, AO – d . - Nêu được sự phân bố các electron trong nguyên tử tuân theo quy tắc Kleckopxki, nguyên lí vững bền, nguyên lý Pauli, quy tắc Hund.
1.2. Về kĩ năng
- Rèn luyện các kỹ năng cơ bản: Quan sát, phân tích, tổng hợp kiến thức ( t các thí nghiệm rút ra đặc điểm ).
- Rèn luyện các kỹ năng vận dụng các kiến thức đã học vào giải bài toán.
1.3. Về thái độ
- SV có thái độ nghiêm túc khi tham gia vào quá trình học tập. - Có tinh thần hợp tác trong làm việc nhóm.
- Tin tưởng vào khoa học và chân lí khoa học
- L ng đam mê khoa học và yêu thích bộ môn hóa học - Rèn luyện đức tính cần cù, tỉ mỉ, kiên nhẫn
- Có ý thức cao trong học tâp, tự giác làm các bài kiểm tra, đánh giá.
2. Tà l ệu í để ê ứu và t m ả .
- Hoá học đại cương – Lê Mậu Quyền - Nxb Giáo dục - 2005.
- Hoá đại cương –Lâm Ngọc Thiềm, Bùi Duy Cam – Nxb ĐHQGHN. - Cấu tạo và liên kết hoá học – Đào Đình Thức - Nxb Giáo dục - 2005.
- Đại cương về các quy luật các quá trình hoá học – Lê Chí Kiên và Nguyễn Đình Bảng - Đại học tổng hợp Hà Nội – 1990.
3. Hệ t ố á t ểu môđu
Tiểu môđun 1: Nguyên tử, phân tử. Chuyển động của electron theo quan điểm cơ học lượng tử...Mã số: HH/ND.HĐC.01.01
Tiểu môđun 2: Giá trị và ý ngh a của bốn số lượng tử. Sự phân bố electron trong nguyên tử...Mã số: HH/ND.HĐC.01.02
TIỂU MÔĐUN 2: GIÁ TRỊ VÀ Ý NGHĨA CỦA BỐN SỐ LƯỢNG TỬ. SỰ PHÂN BỐ ELECTRON TRONG NGUYÊN TỬ
Mã số: HH/ND.HĐC.01.02
Thời gian tự đọc: không quy định Thời gian thảo luận trên lớp: 2 tiết
1. Mụ t êu:
1.1. Về kiến thức:
- Biết đựơc khái niệm về orbital và hình dạng các AO – s, AO – p, AO – d và biểu diễn chúng trên sơ đồ.
- Nêu được giá trị và ý ngh a của bốn số lượng tử đặc trưng cho trạng thái của electron trong nguyên tử: Số lượng tử chính (n), số lượng tử phụ (l), số lượng tử t (m), số lượng tử spin ( ms) .
- Nêu được sự phân bố các electron trong nguyên tử tuân theo quy tắc Kleckopxki, nguyên lí vững bền, nguyên lý Pauli, quy tắc Hund.
1.2. Về kĩ năng:
- Phát triển kỹ năng khái quát hoá để làm sáng tỏ bản chất khái niệm hoặc hình thành các mối liên hệ giữa các khái niệm.
- K năng giải bài tập liên quan đến cấu tạo nguyên tử.
1.3. Về thái độ:
- SV có thái độ nghiêm túc khi tham gia vào quá trình học tập. - Tin tưởng vào khoa học và chân lí khoa học
- L ng đam mê khoa học và yêu thích bộ môn hóa học - Rèn luyện đức tính cần cù, tỉ mỉ, kiên nhẫn
- Có ý thức cao trong học tâp, tự giác làm các bài kiểm tra, đánh giá.
2. Nộ u tà l ệu tự đ
2.1. Tài liệu cần đọc
- Hoá học đại cương – Lê Mậu Quyền - Nxb Giáo dục - 2005.
- Hoá đại cương –Lâm Ngọc Thiềm, Bùi Duy Cam – Nxb ĐHQGHN. - Cấu tạo và liên kết hoá học – Đào Đình Thức - Nxb Giáo dục - 2005.
- Đại cương về các quy luật các quá trình hoá học – Lê Chí Kiên và Nguyễn Đình Bảng - Đại học tổng hợp Hà Nội – 1990.
- Bài tập HĐC – Lâm Ngọc Thiềm, Trần Hiệp Hải – Nxb ĐHQGHN.
2.2. Hệ thống câu hỏi, bài tập hướng dẫn sinh viên tự nghiên cứu
1. Thế nào là orbital? Mỗi orbital nguyên tử được đặc trưng bằng những số lượng tử nào? Lấy ví dụ. Hãy biểu diễn các AO s, p , .p và p trên trục toạ độ?
2. Hãy cho biết giá trị và ý ngh a của bốn số lượng tử? Tại sao số lượng tử spin lại chỉ có hai giá trị ?
3. Sự phân bố các electron trong nguyên tử tuân theo những nguyên lý và quy tắc nào? Hãy lấy ví dụ minh hoạ?
4. Viết cấu hình electron nguyên tử dưới dạng chữ dạng ô lượng tử của các nguyên tố có STT 15, 26, 32, 40, 53.
5. Hãy cho biết STT của các nguyên tố mà nguyên tử của chúng có các phân lớp ngoài cùng là 3p6
4s2, 3d14s2, 5p3.
6. Dùng nguyên lí Pauli chứng minh số electron tối đa của phân lớp 3d = 10, 4f = 14.
3. Tà l ệu ạt độ ạy trê l p
Cụ thể các vấn đề như sau:
1. Orbital nguyên tử.
1.1. Khái niệm orbital nguyên tử.
Những hàm sóng n,l,m (r,θ,φ), nghiệm của phương trình Srodinger mô tả những trạng thái khác nhau của đơn electron trong nguyên tử gọi là orbital nguyên tử (AO – Atomic Orbital).
n,l,m (r,θ,φ) = R n,l(r).Y l,m(θ,φ)
Trong đó n, l, m được gọi là các số lượng tử chính, số lượng tử phụ và số lượng tử t tương ứng: r, θ, φ là các biến số trong toạ độ cầu đối với nguyên tử H.
Mỗi orbital nguyên tử biểu diễn bằng một ô vuông gọi là ô lượng tử. Mỗi orbital nguyên tử được đặc trưng bởi 3 số lượng tử n, l, m.
1.2. Hình dạng các orbital
Hình dạng các AO phụ thuộc vào hàm Y l,m(θ,φ) và ký hiệu theo số lượng tử l: s, p, d, f, g…
Trong hệ toạ độ x, y, z các orbital s, p, d mà hình ảnh của nó là các đám mây điện tử có dạng như sau:
*. AO – s: Xác định bởi l = 0; m = 0. AO – s có dạng hình cầu, tâm là hạt nhân nguyên tử, luôn luôn dương về mọi phía của trục toạ độ nguyên tử.
*. AO – p: Xác định bởi l = 1; m = -1, 0, +1 (py, pz, px). AO – p là những cặp hình cầu tiếp xúc với nhau ở điểm gốc tâm nằm trên các trục tọa độ.
*. AO – d: Xác định bởi l = 2, ml = -2, -1, 0, +1, +2. Các AO - d tr dz2 đều được biểu thị bằng hình hoa thị 4 cánh
m -2 -1 0 +1 +2
AO dxy dyz d z 2 dzx d x2– y2
2. Giá trị và ý nghĩa của bốn số lượng tử
2.1. Số lượng tử chính (n)
- Về trị số: nhận các giá trị nguyên dương: 1, 2 ... - Về ý ngh a: Xác định năng lượng của electron
) ( 6 , 13 2 2 2 2 2 2 4 2 2 eV Z n Z h n me k En Trong đó: n: số lượng tử chính
m: khối lượng của electron e: điện tích của electron
Ta thấy với n càng lớn thì năng lượng E càng lớn, e càng ở cách xa nhân. Những electron cùng giá trị n tức là cùng mức năng lượng tạo thành một lớp electron.
Số lượng tử chính n 1 2 3 4 5 6 7
2.2. Số lượng tử phụ (l) (số lượng tử momen góc)
- Về trị số l: 0 đến (n - 1).Ứng với một giá trị của n thì có n giá trị của l. - Về ý ngh a:
+ Xác định hình dạng và tên của orbital.
+ Đặc trưng cho phân mức năng lượng trong lớp. Thứ tự mức năng lượng trong một lớp tăng t ns –np –nd –nf
Những electron có cùng giá trị l lập nên một phân lớp và có năng lượng như nhau. Lớp thứ n có n phân lớp. Ví dụ: Lớp thứ nhất K có một phân lớp s kí hiệu 1s (n =1, l =0) Lớp thứ 2 có 2 phân lớp 2s, 2p, kí hiệu 2s (n =2, l =0); 2p (n =2, l =1) Lớp thứ 3 có 3 phân lớp 3s, 3p, 3d kí hiệu 3s (n =3, l =0); 3p (n =3, l =1) và 3d (n = 3, l = 2). 2.3. Số lượng tử từ (m)
- Về trị số m: Là một số nguyên có giá trị t -l đến +l kể cả giá trị 0. Với một giá trị của l, thì m có (2l + 1) giá trị.
Ví dụ: l = 0; m có 1 giá trị là 0
l = 1; ml có 3 giá trị là -1, 0, 1
l = 2; ml có 5 giá trị là -2, -1, 0, +1, +2 Một giá trị của m ứng với một orbital (AO)
- Về ý ngh a: Đặc trưng cho sự định hướng của orbital trong không gian xung quanh hạt nhân.
2.4. Số lượng tử spin ( mS ).
- Về trị số : mS nhận hai giá trị +1/2 và -1/2.
- Về ý ngh a: Đặc trưng cho chuyển động riêng của electron (chuyển động tự quay của e xung quanh trục của mình theo chiều thuận hay chiều nghịch với chiều quay kim đồng hồ).
3. Sự phân bố electron trong nguyên tử
3.1. Giản đồ năng lượng .
Trong nguyên tử nhiều điện tử, năng lượng của chúng không chỉ phụ thuộc vào số lượng tử n mà c n phụ thuộc vào độ lớn momen động lượng ngh a là c n phụ thuộc vào số lượng tử l.
Theo quy tắc Klechkowski, năng lượng tăng cùng giá trị của (n + l), trong trường hợp hai mức năng lượng có cùng trị số (n + l) thì mức nào có trị số n lớn hơn s lớn hơn.
3.2. Nguyên lý vững bền.
Nội dung: Trong một nguyên tử ở trạng thái cơ bản, các electron s xếp vào các phân lớp có mức năng lượng thấp trước sau đó mới xếp sang các phân lớp có mức năng lượng cao hơn.
Sơ đồ sự tăng mức năng lượng của electron trong nguyên tử nhiều electron (quy tắc Klechkowski).
Theo quy tắc này thì electron được điền vào các AO có giá trị (n + l) nhỏ trước, nếu 2 AO có cùng giá trị (n + l) thì electron s điều vào các AO có giá trị n nhỏ trước.
Ví dụ: electron được điền vào AO 4s trước AO 3d.
3.3. Nguyên lý Pauli (nguyên lý loại trừ)
Nội dung: Trong nguyên tử không thể có hai hay nhiều electron có cùng 4 số lượng tử giống nhau
Ví dụ: Lớp K, n =1, l =0, m =0, mS = +1/2 hoặc mS = -1/2 + Electron thứ nhất có giá trị n =1, l =0, m =0, mS = +1/2 + Electron thứ nhất có giá trị n =1, l =0, m =0, mS = -1/2
2 electron trong cùng 1 orbital phải có spin trái dấu.
- Các electron trong một ô lượng tử có 3 số lượng tử n, l, m giống nhau nên số lượng tử ms phải khác nhau (+1/2 và -1/2) do đó số electron tối đa trên mỗi AO là 2e.
Hai electron này có spin trái dấu nhau và được ký hiệu bằng hai mũi tên ngược chiều nhau:
ứng với mS = +1/2 và ứng với mS = -1/2
- Ứng dụng: Dùng nguyên lí Pauli để tính số electron nhiều nhất trong một ô lượng tử (một orbital) một phân lớp hoặc một lớp electron.
+ Trong một phân lớp ứng với số lượng tử phụ l có 2l+1 AO nên chứa tối đa 2(2l + 1) electron.
Ta có:
Phân lớp s p d f
Số electron tối đa 2 6 10 14 + Lớp thứ n có n2AO nên trong mối lớp có tối đa 2n2
3.4 Quy tắc Hund.
Nội dung: Trong một phân lớp, các electron có khuynh hướng điền vào các orbital (ô lượng tử) sao cho tổng đại số các spin của chúng là cực đại.
Ví dụ: Nguyên tử N (Z = 7) có cấu hình: 1s2 2s22p3
Có thể phân bố electron vào các ô lượng tử theo các cách sau:
Vậy cách phân bố thứ 2 phù hợp với qui tắc Hund
4. Câu ỏ tự ểm tr đá á
Đề gồm 10 câu – Thời gian : 15 phút
Câu 1: Số lượng tử chính và số lượng tử phụ lần lượt xác định A. Sự định hướng và hình dạng của orbital nguyên tử.
B. Năng lượng của electron và sự định hướng của orbital nguyên tử. C. Hình dạng và sự định hướng của orbital nguyên tử.
D. Năng lượng của electron và hình dạng của orbital nguyên tử.
Câu 2: Số lượng tử m đặc trưng cho:
A. Chuyển động riêng của electron nguyên tử. B. Kích thước orbital nguyên tử.
C. Sự định hướng của orbital nguyên tử.