Biên soạn chuyên để cấu tạo phân tử các chất vô cơ dùng bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học ở trường trung học phổ thông

------ NGUYỄN XUÂN NINH BIÊN SOẠN CHUYÊN ĐỀ CẤU TẠO PHÂN TỬ CÁC CHẤT VÔ CƠ DÙNG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI HOÁ HỌC Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC Chuyên ng

- -

NGUYỄN XUÂN NINH

BIÊN SOẠN CHUYÊN ĐỀ CẤU TẠO PHÂN TỬ CÁC CHẤT

VÔ CƠ DÙNG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI HOÁ HỌC

Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC

Chuyên ngành: Lí luận và Phương pháp dạy học hoá học

Mã số : 60.14.10

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS TS CAO CỰ GIÁC

Ngoài ra còn có sự động viên giúp đỡ vô cùng quý báu của gia đình tôi, ban giám hiệu nhà trường, thầy cô giáo và các em học sinh của trường THPT Chuyên Lam Sơn, trường THPT Sầm Sơn

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến thầy giáo PGS TS Cao Cự Giác về sự hướng dẫn tận tình đầy tâm huyết trong suốt quá trình xây dựng và hoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo: PGS TS Lê Văn Năm, PGS TS Nguyễn Điểu đã dành thời gian đọc và góp ý cho bản thảo luận văn

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy cô giáo trong khoa Hóa học, khoa Sau đại học trường Đại học Vinh, đến gia đình tôi, ban giám hiệu nhà trường, thầy cô và các em học sinh của các trường thực nghiệm đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn này

Vinh, ngày 10 tháng 12năm 2011 Tác giả

Nguyễn Xuân Ninh

Giáo viên Học sinh Học sinh giỏi Molecular orbital (orbital phân tử) Trung học phổ thông

Thực nghiệm

Valence Bond (liên kết hoá trị hay cặp electron)

Valence Shell Electronic Pair Repusions (Thuyết sự đẩy các cặp electron của những lớp hoá trị)

Thực tập sƣ phạm

với một chỉnh thể Khi yếu tố này dồi dào thì đất nước phát triển mạnh mẽ và phồn thịnh Khi yếu tố này kém đi thì quyền lực đất nước bị suy thoái Những người giỏi có học thức là một sức mạnh đặc biệt quan trọng đối với đất nước” Vì vậy, để thực hiện

thắng lợi công cuộc công nghiệp hoá - hiện đại hoá, đạt được mục tiêu “Dân giàu,

nước mạnh” và đưa nước ta “Sánh ngang với các cường quốc năm châu trên thế giới”,

bên cạnh nâng cao dân trí, Đảng và Nhà nước ta luôn chú trọng đến bồi dưỡng và phát triển nhân tài Trong đó, việc phát hiện và bồi dưỡng những học sinh có năng khiếu về các môn học ngay ở bậc phổ thông là bước khởi đầu quan trọng để xây dựng nguồn nhân tài tương lai cho đất nước Nhiệm vụ này phải được thực hiện thường xuyên trong quá trình dạy học, qua các kỳ thi chọn và bồi dưỡng học sinh giỏi các cấp

Hàng năm, chúng ta luôn tổ chức các cuộc thi học sinh giỏi (HSG) môn hoá học để phát hiện những em có năng khiếu nên việc tổng kết, đúc rút kinh nghiệm bồi dưỡng học sinh giỏi hoá học là rất cần thiết và mang tính thiết thực, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục

Trong giảng dạy cũng như trong bồi dưỡng HSG, chuyên đề cấu tạo phân tử các chất vô cơ có vị trí hết sức quan trọng Vì cấu tạo phân tử các chất vô cơ là nền tảng

cơ bản để nghiên cứu các tính chất lý hoá và ứng dụng của chúng Nó không những góp phần giúp học sinh hiểu rõ về lý thuyết cấu tạo phân tử, và giải thích các tính chất dựa vào cấu trúc phân tử mà hơn hết là khi giải loại bài tập này, các năng lực tư duy cũng như trí tuệ của học sinh được nâng cao như cố thủ tướng Phạm Văn Đồng đã nói:

“Giáo dục ở nhà trường điều chủ yếu không phải là rèn trí nhớ mà là rèn trí thông minh” Tuy nhiên, hiện nay chưa có nhiều công trình nghiên cứu về chuyên đề cấu tạo

phân tử các chất vô cơ dùng bồi dưỡng HSG một cách có hệ thống

Biên soạn chuyên đề bao gồm lý thuyết nâng cao và các dạng bài tập cơ bản, nâng cao về cấu tạo phân tử các chất vô cơ để bồi dưỡng học sinh giỏi hoá ở bậc THPT

3 Nhiệm vụ của đề tài

1 Nghiên cứu cơ sở lý luận có liên quan đến đề tài

2 Nghiên cứu chương trình hoá học phổ thông ban khoa học tự nhiên,

chương trình chuyên hoá học, phân tích các đề thi HSG cấp tỉnh, cấp quốc gia

3 Lựa chọn, biên soạn và hệ thống các dạng bài tập hoá học về cấu tạo phân

tử các chất vô cơ nhằm bồi dưỡng HSG

4 Thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá hiệu quả của hệ thống các dạng bài tập

4 Giả thuyết khoa học

Nếu biên soạn được chuyên đề cấu tạo phân tử các chất vô cơ dùng bồi dưỡng học sinh giỏi thì sẽ nâng cao được hiệu quả quá trình bồi dưỡng HSG hoá ở bậc phổ thông

5 Khách thể và đối tượng nghiên cứu

Khách thể nghiên cứu: Công tác bồi dưỡng học sinh giỏi ở trường THPT

Đối tượng nghiên cứu: Các dạng bài tập về cấu tạo phân tử các chất vô cơ

để bồi dưỡng học sinh giỏi hoá học THPT

6 Phương pháp nghiên cứu

6.1 Phương pháp nghiên cứu lý luận

- Nghiên cứu cơ sở lý luận có liên quan đến đề tài

- Nghiên cứu các tài liệu về cấu tạo chất, đại cương hoá học vô cơ, liên kết hoá học

- Nghiên cứu cấu trúc, nội dung chương trình sách giáo khoa hoá học, tài liệu chuyên hoá và hướng dẫn nội dung thi chọn HSG tỉnh, quốc gia của Sở và Bộ GD - ĐT

có kinh nghiệm trong lĩnh vực này ở các trường phổ thông

Về mặt thực tiễn:

- Biên soạn được hệ thống bài tập cơ bản về cấu tạo phân tử các chất vô

cơ dùng bồi dưỡng HSG hoá học

- Giúp cho học sinh và giáo viên có thêm tư liệu bổ ích trong học tập và trong công tác bồi dưỡng học sinh giỏi

Trên thế giới, việc phát hiện và bồi dưỡng HSG đã có rất lâu Ở Trung Quốc,

từ đời nhà Đường những trẻ em có tài đặc biệt được mời đến sân Rồng để học tập

và được giáo dục bằng những hình thức đặc biệt

Trong tác phẩm phương Tây, Plato cũng đã nêu lên các hình thức giáo dục đặc biệt cho HSG Ở châu Âu, trong suốt thời Phục hưng, những người có tài năng về nghệ thuật, kiến trúc, văn học…đều được nhà nước và các tổ chức cá nhân bảo trợ, giúp đỡ Nước Mỹ mãi đến thế kỷ 19 mới chú ý tới vấn đề giáo dục học sinh giỏi và tài năng Đầu tiên là hình thức giáo dục linh hoạt tại trường St.Public Schools Louis (1868) cho phép những HSG học chương trình 6 năm trong vòng 4 năm, sau đó lần lượt các trường Woburn, Elizabeth, Cambridge Và trong suốt thể kỉ XX, HSG đã trở thành một vấn đề của nước Mỹ với hàng loạt các tổ chức, trung tâm nghiên cứu, bồi dưỡng HSG ra đời Nhiều bang của Mỹ có đạo luật về giáo dục HSG Luật bang Georgia còn

đưa ra cả một định nghĩa về HSG: “HSG là học sinh chứng minh được trí tuệ ở trình

độ cao và có khả năng sáng tạo, thể hiện một động cơ học tập mãnh liệt và đạt xuất sắc trong lĩnh vực lý thuyết, khoa học; người cần một sự giáo dục đặc biệt và sự phục vụ đặc biệt để đạt được trình độ tương ứng với năng lực của người đó”

Nước Anh thành lập cả một hàn lâm quốc gia dành cho HSG và tài năng trẻ, hiệp hội quốc gia dành cho HSG bên cạnh website hướng dẫn giáo viên dạy cho học sinh giỏi và học sinh tài năng (http://www.nc.uk.net/gt/)

Giáo dục phổ thông Hàn Quốc có một chương trình đặc biệt dành cho HSG nhằm giúp chính quyền phát hiện HS tài năng từ rất sớm Năm 1994 có khoảng 57/174 cơ sở giáo dục ở Hàn Quốc tổ chức chương trình đặc biệt dành cho HSG

Một trong những mục tiêu ưu tiên của viện quốc gia nghiên cứu giáo dục và

đào tạo Ấn Độ là phát hiện và bồi dưỡng học sinh tài năng

Như vậy, hầu hết các nước trên thế giới đều coi trọng vấn đề bồi dưỡng HSG

và khẳng định cần có một chương trình giáo dục đặc biệt để phát triển và đáp ứng được tài năng của HSG Theo từ điển bách khoa Wikipedia thì có một số hình thức giáo dục HSG sau:

- Lớp riêng biệt (Separate dasses): HSG được rèn luyện trong một lớp hoặc một trường học riêng, thường gọi là lớp chuyên, lớp năng khiếu Những lớp hoặc trường chuyên này có nhiệm vụ hàng đầu là đáp ứng các đòi hỏi cho những HSG về lý thuyết

- Phương pháp Mong-te-xơ -ri (Montessori method): Trong một lớp, học sinh chia thành ba nhóm tuổi, nhà trường mang lại cho học sinh những cơ hội vượt lên so với các bạn cùng nhóm tuổi Phương pháp này đòi hỏi phải xây dựng được các mức độ khá tự do, nó hết sức có lợi cho những HSG trong hình thức học tập với tốc độ cao

- Tăng gia tốc (Acceleration): Những học sinh xuất sắc xếp vào một lớp có trình độ cao với nhiều tài liệu tương ứng với khả năng của mỗi học sinh Một số trường Đại học, Cao đẳng đề nghị hoàn thành chương trình nhanh hơn để học sinh

- Trường mùa hè (summer school) bao gồm nhiều khóa học được tổ chức vào mùa hè

- Sở thích riêng (Hobby): Một số môn thể thao như cờ vua được tổ chức cho học sinh thử trí tuệ sau giờ học ở trường

Phần lớn các nước đều chú ý bồi dưỡng HSG từ tiểu học Cách thức tổ chức dạy cũng rất đa dạng: Có nước tổ chức thành lớp, trường riêng… một số nước tổ chức dưới hình thức tự chọn hoặc khóa học mùa hè, một số nước khác do các trung tâm tư nhân hoặc các trường Đại học đảm nhận…

1.1.2 Ở Việt Nam

Theo PGS Bùi Long Biên (ĐH Bách khoa): „„HSG hóa học phải là người nắm

vững bản chất hiện tượng hóa học, nắm vững các kiến thức cơ bản đã được học, vận dụng tối ưu các kiến thức cơ bản đã được học để giải quyết một hay nhiều vấn đề mới (do chưa được học hoặc chưa thấy bao giờ) trong các kì thi đưa ra‟‟

Theo PGS.TS Trần Thành Huế (ĐHSP Hà Nội): Nếu dựa vào kết quả bài thi để

đánh giá thì một học sinh giỏi hoá cần hội đủ các yếu tố sau đây:

- Có kiến thức cơ bản tốt, thể hiện nắm vững các khái niệm, định nghĩa, định luật, quy tắc đã được quy định trong chương trình, không thể hiện thiếu sót về công thức, phương trình hoá học

- Vận dụng sắc bén, có sáng tạo, đúng các kiến thức cơ bản

- Tiếp thu và dùng được ngay một số ít vấn đề mới do đầu bài đưa ra Những vấn đề mới này là những vấn đề chưa được cập nhật hoặc đã được đề cập đến mức

độ nào đó trong chương trình hoá học phổ thông nhưng nhất thiết vấn đề đó phải liên hệ mật thiết với các nội dung chương trình

Theo PGS.TS Cao Cự Giác (ĐH Vinh): Một học sinh giỏi hoá học phải là:

- Có kiến thức cơ bản tốt: Thể hiện nắm vững kiến thức cơ bản một cách sâu sắc, có hệ thống

- Có khả năng tư duy tốt và tính sáng tạo cao: Trình bày và giải quyết vấn đề một cách linh hoạt, rõ ràng, khoa học

- Có khả năng thực hành thí nghiệm tốt: Hoá học là khoa học vừa lí thuyết vừa thực nghiệm do đó không thể tách rời lí thuyết với thực nghiệm, phải biết cách vận dụng lí thuyết để điều khiển thực nghiệm và từ thực nghiệm kiểm tra các vấn đề của lí thuyết, hoàn thiện lí thuyết cao hơn

1.2 Những phẩm chất và năng lực tƣ duy của một học sinh giỏi hoá học [25] [29]

1.2.1 Phẩm chất và năng lực tư duy cần có của một học sinh giỏi hoá học

- Có kiến thức hoá học cơ bản, vững vàng, sâu sắc, hệ thống Để có đƣợc phẩm chất này đòi hỏi học sinh phải có năng lực tiếp thu kiến thức, tức là có khả năng nhận thức vấn đề nhanh, rõ ràng; có ý thức tự bổ sung, hoàn thiện kiến thức ngay ở dạng sơ khởi

- Có trình độ tư duy hoá học phát triển, có tính sáng tạo cao Để có được những phẩm chất này đòi hỏi học sinh phải có năng lực suy luận logic, năng lực kiểm chứng, năng lực diễn đạt…

- Có khả năng quan sát, nhận thức các hiện tượng hoá học Phẩm chất này được hình thành từ năng lực quan sát sắc sảo, mô tả, giải thích hiện tượng các quá trình hoá học, năng lực thực hành của học sinh

- Có khả năng vận dụng linh hoạt, mềm dẻo, sáng tạo kiến thức, kỹ năng đã

có để giải quyết vấn đề, các tình huống xảy ra Đây là phẩm chất cao nhất cần có ở

một HSG

1.2.2 Dấu hiệu nhận biết

Đối tượng HSG thường có các biểu hiện sau:

- Đạt điểm cao trong các kì thi tuyển chọn của nhà trường, địa phương

- Có lòng hăng say học tập, tinh thần tự giác trong việc tìm tòi, nghiên cứu kiến thức hóa học

- Có khả năng tư duy (phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa, trừu tượng hóa …) và nhanh nhạy tri giác kiến thức mới

1.3 Thực trạng của việc bồi dưỡng học sinh giỏi và dạy học hoá học ở các trường THPT [25] [29]

1.3.1 Điều tra cơ bản 1.3.1.1 Mục đích điều tra

Tìm hiểu, nhận xét, đánh giá thực trạng việc giảng dạy và học tập chương trình THPT nói chung và Đại cương hoá vô cơ nói riêng hiện nay ở các trường THPT thuộc địa bàn Thanh Hoá xem đó là căn cứ để xác định phương hướng, nhiệm vụ phát triển của đề tài

Thông qua quá trình điều tra, đi sâu phân tích, đánh giá các dạng bài tập về cấu tạo phân tử các chất vô cơ mà hiện nay giáo viên của các trường THPT sử dụng dùng để bồi dưỡng học sinh giỏi nhằm phục vụ cho mục tiêu thi các kì thi HSG cấp tỉnh, cấp quốc gia Từ đó đánh giá được hiệu quả của việc sử dụng bài tập hóa học

cũng như những hạn chế còn mắc phải trong quá trình giảng dạy và học tập của đội ngũ tham gia bồi dưỡng

Nắm được mức độ biết - hiểu - vận dụng - phân tích - tổng hợp - đánh giá kiến thức của học sinh - sự tường minh, rõ ràng, đa dạng, phong phú của các dạng bài tập (lý thuyết và áp dụng) Đây chính là cơ sở định hướng để nghiên cứu và biên soạn chuyên đề cấu tạo phân tử các chất vô cơ dùng bồi dưỡng HSG

1.3.1.2 Đối tượng, địa bàn, nội dung điều tra

- Địa bàn điều tra

+ Các trường THPT trong địa bàn tỉnh Thanh Hoá

- Nội dung điều tra

+ Điều tra tổng quát về tình hình sử dụng bài tập cấu tạo phân tử các chất vô cơ dùng bồi dưỡng HSG tham dự các kì thi cấp tỉnh, cấp quốc gia

+ Lấy ý kiến giáo viên, chuyên viên về mức độ và trình tự giảng dạy

lý thuyết cũng như sử dụng các dạng bài tập thích hợp

1.3.1.3 Kết quả điều tra

Trong khoảng thời gian từ đầu tháng 9 đến hết tháng 10 năm học 2011 - 2012, chúng tôi đã trực tiếp dự giờ các tiết học đại cương hoá vô cơ bồi dưỡng HSG cấp tỉnh, cấp quốc gia ở một số trường THPT trên địa bàn tỉnh Thanh Hoá và gửi phiếu điều tra đến các giáo viên, chuyên viên và các em học sinh (phiếu điều tra ở phần phụ lục)

Sau quá trình điều tra, chúng tôi thu được kết quả như sau:

Thuận lợi

- Đảng và Nhà nước ta rất quan tâm đến công tác bồi dưỡng và đào tạo nhân

tài, đã đề ra cả một “Chương trình quốc gia bồi dưỡng nhân tài” giai đoạn

2008-2020 với những bước đi và mục tiêu cụ thể Đây sẽ là động lực mạnh mẽ thúc đẩy việc bồi dưỡng, đào tạo nhân tài cho đất nước

- Cơ sở vật chất trong trường học từng bước được nâng lên Các trường THPT đều có phòng thí nghiệm với dụng cụ thí nghiệm và hóa chất khá đầy đủ

- Sự đổi mới nội dung SGK đã góp phần tích cực vào việc phát triển tư duy

và kĩ năng hóa học cho học sinh Các kiến thức khoa học đã được trình bày ở mức

độ lí thuyết cao hơn, yếu tố định lượng nhiều hơn, tăng cường các nguồn thông tin tạo điều kiện học sinh dự đoán, tìm tòi và kiến tạo kiến thức Các khái niệm, định nghĩa, quy tắc được chỉnh sửa và trình bày theo quan điểm hiện đại cả về lí thuyết

và phương diện thực nghiệm công nghệ sản xuất Số lượng thí nghiệm và bài thực hành được gia tăng trong mỗi bài học, trong mỗi chương của chương trình Nội dung kiến thức hóa học gắn với đời sống thực tiễn cũng được tăng cường, làm cho việc học hóa học trở nên có ý nghĩa đối với học sinh

- Giáo viên tham gia công tác bồi dưỡng học sinh giỏi có nhiều kinh nghiệm

và nhiệt tình trong giảng dạy

- Sách tài liệu tham khảo rất phong phú và đa dạng, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tự học, tự nghiên cứu của học sinh Đặc biệt, với sự phổ biến rông rãi của internet như hiện nay, việc tìm kiếm thông tin khoa học của học sinh rất dễ dàng

- Nội dung, phương pháp giảng dạy bồi dưỡng HSG còn dựa vào kinh nghiệm của giáo viên trực tiếp giảng dạy là chính

- Giáo viên bồi dưỡng HSG vẫn phải hoàn thành tất cả công tác giảng dạy như các giáo viên khác, đôi khi còn kiêm nhiệm nhiều công tác khác như chủ nhiệm, tổ trưởng bộ môn nên việc đầu tư cho công tác bồi dưỡng cũng có phần hạn chế

- Chế độ chính sách hiện nay cho giáo viên bồi dưỡng HSG còn thấp, không

đủ sức thu hút giáo viên giỏi đầu tư nghiên cứu để bồi dưỡng HSG

Giải pháp

- Tạo điều kiện tối đa cho các thầy cô cùng các em học sinh tham gia khóa học bồi dưỡng HSG

- Cần có chính sách khuyến khích thỏa đáng để kích thích học sinh tham gia

- Thường xuyên quan tâm, thăm hỏi, động viên tinh thần đội ngũ tham gia bồi dưỡng HSG

1.3.2 Giới thiệu về các kì thi Olympic hoá học quốc tế, khu vực, quốc gia và các tỉnh thành [25] [29]

1.3.2.1 Olympic Hóa học Quốc tế (tiếng Anh: International Chemistry Olympiad,

viết tắt là IChO)

Đây là một kỳ thi học thuật quốc tế hóa học hàng năm dành cho các học sinh trung học phổ thông Đây là một trong các kỳ thi Olympic Khoa học Quốc tế

IChO lần đầu tiên được tổ chức ở Prague, Tiệp Khắc, vào năm 1968 Từ đó

kỳ thi được tổ chức hàng năm trừ năm 1971 Các đoàn đại biểu tham dự lần đầu tiên hầu hết là các nước thuộc khối phía Đông cũ Cho đến năm 1980, Olympic Hóa học Quốc tế lần thứ 12 được tổ chức bên ngoài khối, ở Áo

Ý tưởng Olympic Hóa học quốc tế đã được phát triển tại Tiệp Khắc cũ vào năm 1968 Nó được thiết kế với mục đích tăng số lượng liên lạc quốc tế và trao đổi thông tin giữa các quốc gia Lời mời đã được ủy ban quốc gia Séc gửi đến tất cả các nước xã hội chủ nghĩa, ngoại trừ Romania Tuy nhiên, vào tháng 5 năm 1968, quan

hệ giữa Tiệp Khắc và Liên Xô trở nên nhạy cảm nên chỉ có Ba Lan và Hungary tham gia kỳ thi quốc tế đầu tiên này

Olympic Hóa học quốc tế lần thứ nhất diễn ra ở Prague từ ngày 18 tháng 6 đến ngày 21 tháng 6 năm 1968 Mỗi nước trong số ba nước tham gia đã gửi tới một nhóm sáu học sinh, và bốn bài tập lý thuyết đã được giải quyết Bản hướng dẫn cho các kỳ thi tiếp theo đã được đề xuất Olympic Hóa học quốc tế lần thứ hai diễn ra vào năm 1969 tại Ba Lan và Bulgaria cũng đã tham gia Mỗi đội gồm năm học sinh,

và phần thi thực nghiệm đã được bổ sung Quyết định này được đưa ra để mời thêm các nước xã hội chủ nghĩa tới các kỳ thi tương lai và để hạn chế số lượng học sinh đến bốn Olympic lần thứ ba vào năm 1970 đã được tổ chức tại Hungary với sự tham gia của các nước mới là Đông Đức, Romania và Liên Xô Trong kỳ thi này, hơn ba giải thưởng đã được phân phát cho các em học sinh

Olympic không được tổ chức vào năm 1971, vì ở phần cuối của kỳ thi năm

1970, nhà tổ chức và chủ nhà không thể nhất trí cho sự kiện tiếp theo Điều này đã được giải quyết trong vòng ba năm kế đó bằng thỏa hiệp ngoại giao để Liên bang Xô viết làm chủ nhà năm 1972, Bulgaria vào năm 1973 và Romania vào năm 1974 Năm

1972 là lần đầu tiên mà các nhiệm vụ chuẩn bị cho Olympic Hóa học quốc tế được tạo ra Ngoài ra, tại một phiên họp của ban giám khảo, có ý kiến cho rằng các lời mời nên được gửi tới Việt Nam, Mông Cổ và Cuba Nhưng thật không may, những lời mời này đã không được gửi đi và chỉ có 7 quốc gia dự thi trong năm 1973

Năm 1974, Romania đã mời Thụy Điển và Nam Tư đến tham dự Olympic ở Bucharest; Đức và Áo đã gửi tới các quan sát viên Cộng hòa Liên bang Đức là quốc gia NATO đầu tiên có đại diện quan sát viên và điều này chỉ có thể xảy ra bởi

vì chính phủ Brandt đã có hợp đồng ở phía Đông Như vậy, trong năm 1975, Tây Đức, Áo, và Bỉ cũng đã tham gia vào Olympic Hóa học quốc tế

Olympic đầu tiên không ở một nước xã hội chủ nghĩa đã diễn ra vào năm

1980 ở Linz, nước Áo, mặc dù Liên Xô đã không tham gia Kể từ đó số lượng các nước tham gia đã tăng lên đều đặn Năm 1980, chỉ có 13 quốc gia đã tham gia nhưng con số này tăng lên 21 vào Olympic năm 1984 tại Frankfurt/Main Với sự sụp đổ của Bức màn sắt và sự tan vỡ của Liên Xô thành các quốc gia độc lập vào đầu thập niên 1990, số lượng người tham gia tăng lên một lần nữa Ngoài ra, sự

quan tâm của các nước châu Á và các nước Mỹ Latinh cũng trở nên rõ ràng hơn với

số lượng người tham gia ngày càng tăng Có tất cả 47 đoàn đã tham gia vào năm

1998 (IChO lần thứ 30 tổ chức ở Melbourne, Australia, từ 5 tháng 7 đến 14 tháng 7 năm 1998)

Hiện nay, có 68 quốc gia tham dự Olympic Hóa học quốc tế

1.3.2.2 Kỳ thi chọn học sinh giỏi quốc gia lớp 12 trung học phổ thông

Đây là kỳ thi chọn học sinh giỏi cấp Quốc gia bậc học Trung học phổ thông dành cho học sinh lớp 11 và lớp 12 do Bộ Giáo dục và Đào tạo Việt Nam tổ chức vào tháng 3 hàng năm Những học sinh đạt giải cao nhất trong kỳ thi này được lựa chọn vào các đội tuyển Quốc gia Việt Nam tham dự Olympic quốc tế Những học sinh đạt giải Nhất, Nhì, Ba được ưu tiên tuyển vào các trường đại học Những học sinh đạt giải Khuyến khích được ưu tiên tuyển vào các trường cao đẳng và trung cấp chuyên nghiệp.Kỳ thi này có ý nghĩa rất quan trọng trong việc đánh giá chất lượng học tập giữa học sinh các tỉnh thành ở Việt Nam

Kỳ thi chọn học sinh giỏi quốc gia có 2 buổi thi cho các môn có thi quốc tế,

1 buổi thi cho các môn còn lại Thời gian làm bài thi là 180 phút đối với mỗi môn thi tự luận, 90 phút đối với mỗi môn thi trắc nghiệm, 90 phút tự luận và 45 phút trắc nghiệm đối với môn thi có cả tự luận và trắc nghiệm

Đối tượng dự thi là học sinh đang học lớp 11 hoặc lớp 12 ở Việt Nam đã tham gia kỳ thi chọn học sinh giỏi cấp cơ sở (tỉnh, thành phố trực thuộc trung ương

và một số trường THPT chuyên thuộc các trường Đại học ) và được chọn vào đội tuyển của đơn vị dự thi

Nội dung thi được thực hiện theo hướng dẫn nội dung dạy học các môn chuyên trường trung học phổ thông chuyên do Bộ Giáo dục và Đào tạo ban hành, áp dụng từ năm học 2001-2002

Kỳ thi được tổ chức thi tại đơn vị dự thi hoặc các đơn vị dự thi liên kết tổ chức thi chung tại một địa điểm

Các đơn vị dự thi được sắp xếp vào 2 bảng, cụ thể như sau :

Bảng A, gồm: Hà Nội, Tp Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng, Hà Tây, Hải

Dương, Hưng Yên, Thái Bình, Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình, Bắc Ninh, Vĩnh Phúc, Phú Thọ, Thái Nguyên, Bắc Giang, Quảng Ninh, Thanh Hoá, Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên-Huế, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình Định, Phú Yên, Khánh Hoà, Đồng Nai, trường Đại học Khoa học tự nhiên (ĐHQG

Hà Nội), trường Đại học sư phạm (ĐHQG Hà Nội), trường Đại học Ngoại ngữ (ĐHQG Hà Nội), trường Đại học Vinh, trường Đại học Huế, trường Phổ thông Năng khiếu ( Thuộc trường Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh)

Bảng B, gồm: Lạng Sơn, Cao Bằng, Bắc Kạn, Hà Giang, Lào Cai, Yên Bái,

Tuyên Quang, Lai Châu, Sơn La, Hoà Bình, Gia Lai, Kon Tum, Đak Lak, Lâm Đồng, Ninh Thuận, Bình Thuận, Tây Ninh, Bình Dương, Bình Phước, Bến Tre, Bạc Liêu, Cà Mau, Bà Rịa - Vũng Tàu, Long An, Tiền Giang, Cần Thơ, Đồng Tháp, An Giang, Trà Vinh, Vĩnh Long, Sóc Trăng, Kiên Giang, Trường phổ thông vùng cao Việt Bắc

Đề thi bảng A nói chung khó hơn đề thi bảng B

Hiện nay, để bảo đảm tính công bằng và để chọn ra học sinh thực sự giỏi, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã huỷ bỏ cơ chế chia bảng Tất cả các thí sinh ở các tỉnh thành

đều làm chung một đề

Mỗi thí sinh chỉ tham dự một môn thi

1.4 Phương pháp phát hiện và tổ chức bồi dưỡng học sinh giỏi hoá học [17] [25] [29] [39]

1.4.1 Phương pháp phát hiện

Để xác định được những học sinh học giỏi hóa học, giáo viên cần phải làm rõ:

- Mức độ nắm vững kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo của học sinh theo tiêu chuẩn kiến thức, kỹ năng của chương trình và sách giáo khoa

- Trình độ nhận thức, mức độ tư duy của từng học sinh và đặc biệt là đánh giá được khả năng vận dụng kiến thức linh hoạt, sáng tạo của học sinh

Muốn vậy, giáo viên phải theo dõi quá trình học tập trên lớp của học sinh và tiến hành kiểm tra toàn diện kiến thức của học sinh Thông qua bài kiểm tra, giáo viên có thể phát hiện HSG hoá học theo các tiêu chí:

- Mức độ đầy đủ, rõ ràng về mặt kiến thức

- Tính logic trong bài làm của học sinh đối với từng yêu cầu cụ thể

- Tính khoa học, chi tiết, độc đáo được thể hiện trong bài làm của học sinh

- Tính mới, tính sáng tạo (những đề xuất mới, những giải pháp có tính mới

về mặt bản chất, cách giải bài tập hay, ngắn gọn )

- Mức độ làm rõ nội dung chủ yếu phải đạt được của toàn bài kiểm tra

- Thời gian hoàn thành bài kiểm tra

Tuy nhiên, để có thể phát hiện HSG bằng kiểm tra kiến thức một cách có hiệu quả và chính xác, câu hỏi đặt ra phải đòi hỏi ở học sinh khả năng tư duy sáng

tạo, khả năng vận dụng linh hoạt các kiến thức, kĩ năng đã học

1.4.2 Bồi dưỡng học sinh giỏi hoá

1.4.2.1 Thành lập đội tuyển

Sau khi có kết quả HSG cấp trường, quận (huyện), thành phố (tỉnh) hoặc cấp quốc gia, chúng ta sẽ thành lập đội tuyển chuẩn bị cho kì thi cấp cao hơn Đội tuyển thường có từ 6 – 10 em và được tuyển chọn công khai dựa trên kết quả học tập và thi HSG các cấp Sau đó sẽ thông báo cho phụ huynh để có kế hoạch phối hợp giữa nhà trường và gia đình trong quá trình bồi dưỡng đội tuyển Đội tuyển được thành

lập trên cơ sở năng lực chuyên môn và hoàn toàn tự nguyện

1.4.2.2 Kế hoạch tổ chức bồi dưỡng

Học sinh được học theo chương trình do Bộ Giáo dục và Đào tạo biên soạn Sau khi học hết học kỳ I của lớp 10, các giáo viên phát hiện những học sinh giỏi của các lớp , tách các học sinh này theo nhóm để dạy nâng cao

Nhóm học sinh xuất sắc được đưa thêm kiến thức, khuyến khích tự học, đẩy nhanh quá trình tích lũy kiến thức để có đủ kiến thức của lớp 12 tham gia thi HSG cấp tỉnh, cấp quốc gia 12

Việc bồi dưỡng học sinh giỏi được chia thành 2 giai đoạn:

+ Giai đoạn 1: Học các kiến thức cơ bản, sâu của chương trình THPT

+ Giai đoạn 2: Bồi dưỡng nâng cao tiếp cận với các vấn đề của kỳ thi học sinh giỏi các cấp

1.4.2.3 Nội dung và phương pháp bồi dưỡng

Nội dung dạy học gồm hệ thống lý thuyết và hệ thống bài tập tương ứng Trong đó, hệ thống lý thuyết phải được biên soạn đầy đủ, ngắn gọn, dễ hiểu, bám sát yêu cầu của chương trình; soạn thảo, lựa chọn hệ thống bài tập phong phú, đa dạng giúp học sinh nắm vững kiến thức, đào sâu kiến thức, rèn luyện kỹ năng, đồng thời phát triển được tư duy cho học sinh

Sử dụng phương pháp dạy học hợp lý sao cho học sinh không cảm thấy căng thẳng, mệt mỏi và quá tải, đồng thời phát huy được tối đa tính tích cực, tính sáng

tạo và nội lực tự học tiềm ẩn trong mỗi học sinh

1.4.2.4 Sàng lọc đội tuyển

Trong quá trình dạy đội tuyển, giáo viên có thể đánh giá khả năng, kết quả học tập của học sinh thông qua việc quan sát hành động của từng em trong quá trình dạy học, kiểm tra hoặc phỏng vấn, trao đổi Hiện nay, thường đánh giá kết quả học tập của học sinh trong đội tuyển bằng các bài kiểm tra, bài thi (bài tự luận, trắc nghiệm hoặc bài thi hỗn hợp) Tuy nhiên cần chú ý là các câu hỏi trong bài thi nên được biên soạn sao cho có

nội dung khuyến khích tư duy độc lập, sáng tạo của học sinh

1.4.2.5 Chính sách hỗ trợ, động viên, xã hội hoá công tác bồi dưỡng học sinh giỏi

- Có chế độ học bổng cho các em đạt giải khuyến khích trở lên tại các kỳ thi học sinh giỏi quốc gia, khu vực quốc tế hoặc quốc tế

- Xem xét tuyển thẳng với học sinh giỏi Quốc gia, nhưng chỉ áp dụng với các ngành khoa học cơ bản

1.5 Khái niệm về chuyên đề và nguyên tắc biên soạn chuyên đề sử dụng trong bồi dưỡng học sinh giỏi

1.5.1 Khái niệm

Chuyên đề hóa học là một nội dung hoá học được biên soạn có tính chất hệ thống, nâng cao cập nhật phục vụ cho mục đích bồi dưỡng HSG

Cấu trúc chuyên đề bao gồm:

+ Phần 1: Tóm tắt lý thuyết cơ bản và nâng cao

+ Phần 2: Hệ thống bài tập áp dụng bao gồm các dạng bài tập và số lượng bài tập

+ Phần 3: Danh mục các tài liệu tham khảo để học sinh tự học

1.5.2 Nguyên tắc biên soạn chuyên đề

1 Chọn lọc các nội dung cơ bản, khó dạy trong chương trình hoá học phổ thông

2 Tóm tắt các nội dung lý thuyết trọng tâm và nâng cao

3 Xây dựng các dạng bài tập theo nội dung chuyên đề

4 Thiết kế và tuyển chọn hệ thống bài tập nâng cao dùng bồi dưỡng HSG

5 Phương pháp sử dụng hệ thống bài tập vào quá trình phát hiện và bồi dưỡng HSG

1.6 Tầm quan trọng của chuyên đề cấu tạo phân tử các chất vô cơ trong bồi dưỡng học sinh giỏi hoá học

Cấu tạo phân tử các chất vô cơ là nền tảng cơ bản để nghiên cứu các tính chất lý hoá và ứng dụng của chúng Vì vậy nó có vai trò quan trọng trong việc bồi dưỡng các năng lực tư duy hoá học cho HSG Trên cơ sở đó học sinh có thể phát triển các kiến thức về lý thuyết hoá học để phục vụ cho việc học tập trong chương trình hoá học vô cơ

Tiểu kết chương 1

Trong chương 1, chúng tôi đã giải quyết được các vấn đề:

1 Tầm quan trọng của công tác bồi dưỡng nhân tài mà bước đầu là việc phát hiện và bồi dưỡng HSG ở bậc phổ thông

2 Chuyên đề hoá học và tác dụng của chuyên đề hoá học trong việc phát triển tư duy cho HS

3 Thực trạng vấn đề bồi dưỡng HSG trong giai đoạn hiện nay - những thuận lợi và khó khăn

CHƯƠNG 2 BIÊN SOẠN CHUYÊN ĐỀ CẤU TẠO PHÂN TỬ CÁC CHẤT VÔ CƠ

DÙNG BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI HOÁ HỌC

2.1 Biên soạn phần lí thuyết trọng tâm và nâng cao

2.1.1 Các đặc trưng về cấu tạo phân tử

2.1.1.1 Năng lượng liên kết

Là năng lượng tối thiểu để phá vỡ liên kết đó ở những điều kiện xác định,

kí hiệu EA-B (A, B là kí hiệu nguyên tử) Ngược lại, khi hình thành phân tử các nguyên tử ban đầu, kèm theo sự giải phóng năng lượng

 Về giá trị tuyệt đối năng lượng của quá trình phá vỡ liên kết và hình thành liên kết (phân tử) là như nhau nhưng có dấu hiệu ngược nhau, theo quy ước Nhiệt động học:

A-B → phá vỡA+B EA-B ΔH>0 A+B→ hình thànhA-B ΔH<0

Ví dụ: H2 →2H; EH-H = 436kj.mol-1

2H→H2; ΔH= -436kj.mol-1

 Theo quy ước trên, năng lượng liên kết luôn có dấu dương

 Năng lượng liên kết hoá học càng lớn thì liên kết càng bền

2.1.1.3 Góc liên kết

Là góc tạo bởi hai liên kết ở cùng một nguyên tử với hai nguyên tử khác

Ví dụ góc HOH trong hai phân tử H2O là 124028’

- Độ âm điện của nguyên tử trung tâm càng lớn thì góc liên kết càng lớn

- Độ âm điện của phối tử càng lớn thì góc liên kết càng nhỏ

Ví dụ: 0 s  ClOCl ClSCl và f Cl FOF ClOCl

2.1.1.4 Độ bội của liên kết (bậc liên kết)

Là một số mối liên kết được hình thành giữa hai nguyên tử cho trước

Ví dụ: Phân tử HClH-Cl độ bội bằng 1 Phân tử O2O = O độ bội bằng 2

Không phân cực

H

H N H+

H

Cặp electron dùng chung chỉ do một nguyên tử đơn phương cung cấp

mật độ điện tích âm giữa hai hạt nhân càng lớn, lực càng mạnh, liên kết càng bền (độ dài liên kết càng ngắn)

Tuỳ theo cách xen phủ mà liên kết cộng hoá trị đƣợc chia thành 2 loại: Liên kết xích ma () và liên kết pi ()

liên kết) theo trục liên kết (xen phủ trục, head to head), mỗi AO có 1 electron với

sự chiều tự quay ngƣợc nhau Theo cách này mật độ xen phủ lớp nên liên kết bền vững

Nguyên tử dễ dàng quay quanh trục nối hai hạt nhân nếu giữa chúng chỉ

có liên kết , dẫn đến hình dạng phân tử thay đổi đƣợc trong không gian

Tuỳ theo loại obital tham gia liên kết là s hay p mà ta có các loại liên kết

 theo kiểu s-s, p-p, s-p:

trực liên kết ( xen phủ bên, side to side), mỗi obitan có 1 electron với spin trái chiều Theo cách này mật độ xen phủ nhỏ nên liên kết  kém bền hơn Mặt khác,

do trục đối xứng của 2 obitan p song song nên nguyên tử không quay đƣợc xung quanh trục nối hai hạt nhân, dẫn đến xuất hiện đồng phân hình học ( một dạng của đồng phân không gian hay đồng phân lập thể)

p – p ()

p – d ()

Chú ý: Trong hai kiểu liên kết này, khi liên kết A-B được hình thành, ta

không thể tìm lại được nguồn gốc của các electron trong cặp electron góp chung

(nguyên lý không phân biệt được)

* Số liên kết cộng hoá trị có khả năng tạo ra được bởi một nguyên tử phụ thuộc không những vào số electron độc thân mà còn vào số cặp electron và các

orbital trống (liên kết phối trí)

2.1.2.2 Quy tắc bát tử

* Nhận thấy trừ trường hợp He mà lớp vỏ hoá trị chỉ có một cặp electron 1s2 còn mọi khí hiếm khác có cấu hình ns2np6 với 8 electron hoá trị của chúng

tạo ra 4 cặp electron xung quanh hạt nhân và tập hợp đó gọi là bát tử

* Quy tắc bát tử: Các nguyên tử của phân tử cùng chia nhau những cặp

electron cần thiết để thực hiện bát tử của chúng

* Quy tắc 8-N: Số x liên kết cộng hoá trị mà một nguyên tử có thể tạo ra

phụ thuộc trực tiếp vào số electron hoá trị N của nó:

x = 8 - N

khuynh hướng tự nhiên là đạt được cấu trúc bền của khí hiếm gần nhất (He) Mặc

dù nó không có khả năng tạo ra nhiều hơn một liên kết, ta cho rằng thoả mãn tinh thần của quy tắc bát tử, khi đó về từ ngữ có sai một chút so với tên bát tử

* Quy tắc giải bát tử giải thích hoàn hảo khuynh hướng của các nguyên tố flo (N=7), oxi (N=6), Nitơ (N=5) và cacbon (N=4) Kết hợp tương ứng với 1, 2,

3, 4 electron tạo ra một số liên kết cộng hoá trị tương ứng

Ví dụ công thức Lewis của HF, H2O, NH3 và CH4 được biểu diễn như sau:

* Quy tắc bát tử có thiếu sót trong trường hợp các hiđrua của Liti, Beri và

Bo: Nguyên tử các nguyên tố này đều thiếu electron biểu thị bằng những hình

chữ nhật, mỗi hình chữ nhật thể hiện sự thiếu một cặp electron trong cấu trúc bát tử của chúng

Ví dụ trong công thức Lewis của LiH, BeH2, và BH3 như sau:

* Quy tắc bát tử cũng không thoả mãn với trường hợp quá 8 electron (PCl5, SF6 ) hoặc có số electron hoá trị lẻ (NO, NO2 )

2.1.2.3 Cách viết công thức Lewis

Công thức Lewis là một sơ đồ phẳng biểu diễn các cặp electron liên kết

của các nguyên tử trong phân tử  đó chính là cách mô tả hai chiều khi được lạm dụng gọi là cấu trúc Lewis Để viết được công thức Lewis cần theo một số bước sau đây:

* Tính tổng electron hoá trị của chất nghiên cứu (Ne):

Ne biểu thị tổng N các electron hoá trị của một nguyên tử, trường hợp là ion phải xét tới điện tích q = z x electron (z < 0 với anion và z > 0 với cation)

2

e

N  nếu Ne là lẻ

* Viết ký hiệu hoá học các nguyên tử sao cho các nguyên tử cuối cùng (phối tử) bao quanh những nguyên tử trung tâm (là nguyên tử cần nhiều nhất số electron bát tử cho lớp ngoài cùng của nó)

* Sử dụng đầu tiên các cặp electron để tạo ra liên kết đơn giữa các nguyên

tử trung tâm và phối tử

* Điền bát tử cho mỗi nguyên tử phối tử bằng cách thêm số các cặp electron cần thiết Chú ý:

- Không bao giờ thêm cho Hiđro vì nó luôn có hoá trị một

- Phối tử halogen chỉ tham gia vào một liên kết đơn và do đó có 3 cặp electron không liên kết

* Điền tất cả các cặp electron còn lại (và electron thêm khi Ne lẻ) vào các nguyên tử trung tâm và kiểm tra xem chúng có tuân theo quy tắc bát tử hay không

* Dự kiến một hay nhiều liên kết bội nếu không đủ số electron để thoả mãn quy tắc bát tử của các nguyên tử trung tâm

* Xác định điện tích hình thức cho mỗi nguyên tử với điều kiện tổng của chúng phải bằng điện tích của chất đó

(2.11)

Điện tích lõi của nguyên tử là một số dương, có trị số bằng số electron hoá trị của nguyên tử đó

* Khi có nhiều công thức Lewis biểu diễn cho cùng một chất hoá học và các biểu diễn đó chỉ khác nhau ở sự phân bố các electron xung quanh các hạt nhân, thì chất hoá học đó không thể mô tả bằng một công thức Lewis

 Phương pháp mesome sử dụng một tập hợp các công thức gọi là các

công thức giới hạn hay các dạng mesome, hay các cấu trúc cộng hưởng Không

có một công thức giới hạn nào là tồn tại thật, chúng phải được xét một cách đồng

thời Phân tử thực là một dạng trung bình giữa các cấu trúc hình thức và giả định

này Một hợp chất được sơ đồ hoá như vậy không phải là hỗn hợp các phân tử tương ứng với mỗi công thức giới hạn và cũng không phải là một cấu trúc dao động giữa các biểu diễn khác nhau  Cấu trúc thực là cấu trúc lai hoá cộng

hưởng giữa các dạng mosemo

Ví dụ 1 Viết công thức Lewis của PCl3

Áp dụng các bước trên ta có: Ne = (7.3+5) = 26e Vì Ne chẵn

 Số cặp electron trong phân tử là 26

13

2  cặp

 P là nguyên tử trung tâm và Cl là phối tử Vì số phối tử Cl bằng 3  có

3 cặp electron tạo ra liên kết đơn giữa P và Cl:

(a)

Vì Cl có 7 electron hoá trị  mỗi phối tử Cl còn 7 1

3 2



 cặp electron để tạo thành bát tử:

(c)

Từ (2.1) ta tính đƣợc điện tích hình thức của:

P = 5 - 2 - 3 = 0

Cl = 7 - 6 - 1 = 0

 Công thức Lewis của PCl3 nhƣ công thức (c)

Ví dụ 2 Viết công thức Lewis của 2

Sự tạo thành các bát tử ở nguyên tử C đòi hỏi tạo ra liên kết bộ giữa C và

O, đặt vào mỗi nguyên tử O hai cặp cho ta công thức (a) Ion đa nguyên tử CO23

gồm hai kiểu liên kết, một liên kết đôi C = O1

ngắn và bền hơn hai liên kết đơn C-O2 và C-O3

Thực nghiệm cho ta thấy 3 nguyên tử O hoàn toàn nhƣ nhau: Các khoảng cách C - O đều bằng 129pm và phân tử ở dạng phẳng, các góc OCO đều bằng

1200 còn có 2 dạng mesome là (b) và (c):

C O2

Trong công thức trên, C - O2

(b) và C - O3 (c) đều biểu thị tính chất của liên kết đôi

Ba công thức Lewis (a, b, cữa C với O trong 2

3

CO  có bậc trung gian giữa liên kết đôi C = O (bằng 2) với l) mô tả những dạng mesome khác nhau, hai điện tích âm của ion được phân chia trên toàn bộ phân tử Không một công thức nào ở trên là hoàn toàn đúng, vì chúng có một xác xuất tồn tại bằng nhau tạo ra những công thức giới hạn Theo quy ước chúng phải cùng biểu diễn cách nhau bởi một mũi tên hai chiều () Sự chồng chập của 3 dạng cho ta một lai hoá cộng hưởng (các dấu biểu thị sự không định vị electron trên bốn tâm):

CO

O

O12

 Bậc liên kết trong công thức cấu tạo cộng hưởng được tính theo công thức:

Bậc liên kết = Tổng các bậc liên kết đó (2.13)

Số cấu tạo cộng hưởng

Áp dụng ta có bậc của liên kết giiên kết đơn C - O (bằng 1)

2.1.3 Mô hình VSEPR (thuyết sự đẩy các cặp electron của những lớp hoá trị)

2.1.3.1 Nội dung

2.1.3.1.1 Mô hình VSEPR

Công thức phân tử của một chất chỉ cho ta biết số nguyên tử trong phân tử

mà không cho biết được hình dạng hoá học của phân tử nghĩa là chưa biết được một số tính chất suy ra trực tiếp từ các đặc trưng hình học của phân tử Ví dụ các phân tử H2O và H2S có dạng góc nên ở trạng thái lỏng, chúng là những dung môi tuyệt vời đối với các chất ion trong khi các chất tương tự chúng như CO2 hay

CS2 có dạng thẳng và chỉ dùng làm dung môi cho các phân tử cộng hoá trị Trong thực tế biết số m nguyên tử X kết hợp với nguyên tử trung tâm A chưa đủ

để xác định cấu trúc phân tử AXm vì chính số electron hoá trị tổng cộng Ne mới đóng vai trò quyết định

* Xuất phát từ ý tưởng các cặp electron hoá trị của một nguyên tử luôn

đẩy lẫn nhau, R.J.Gilespie đã đưa ra các quy tắc tiên đoán sự định hướng các

liên kết xung quanh một nguyên tử trung tâm của phân tử hoặc ion gọi là thuyết

sự đẩy các cặp electron của những lớp hoá trị, Viết tắt là VSEPR (từ tiếng Anh:

Valence Shell Electronic Pair Repusions)

* Nội dung: Mọi cặp electron liên kết và không liên kết (cặp electron tự

do) của lớp ngoài đều cư trú thống kê ở cùng một khoảng cách đến hạt nhân, trên bề mặt quả cầu mà hạt nhân nằm ở tâm Các electron tương ứng sẽ ở vị trí

xa nhau nhất để lực đẩy của chúng giảm đến cực tiểu

* Mô hình VSEPR: Xét phân tử AX m E n trong đó nguyên tử X liên kết với

hay cặp electron tự do E Khi đó tổng m+n xác định hình học của phân tử:

m + n = 2 → Phân tử thẳng

m + n = 3 → Phân tử phẳng tam giác

m + n = 4 → Phân tử tứ diện

m + n = 5 → Phân tử tháp đôi đáy tam giác

m + n = 6 → Phân tử tháp đôi đáy vuông (bát diện)

m + n = 7 → Phân tử tháp đôi đáy ngũ giác

(Xem Hình 2.1: Sơ đồ đa diện một số phân tử AXmEn)2.1.3.1.2 Tiêu chí so sánh

* Thứ tự lực đẩy giữa các cặp electron như sau:

klk - klk > klk - lk > lk - lk

Trong đó: klk - cặp electron không liên kết (E)

lk - cặp electron liên kết

* Một electron độc thân đẩy yếu hơn một cặp electron

* Trong trường hợp các dạng mesome thì dạng hình học của sự lai hoá cộng hưởng khả dĩ nhất

2.1.3.1.3 Hệ quả cấu trúc

* Góc liên kết: Sự có mặt của các cặp không liên kết ở nguyên tử trung

tâm A của phân tử AXm nói chung sẽ kéo theo một biến dạng phân tử Các cặp không liên kết chiếm thể tích lớn hơn thể tích của một cặp liên kết do đó nó làm

mở góc liên kết EAX và làm khép góc liên kết XAX

* Phân cực hoá phân tử: Phân tử là phân cực khi có trung tâm điện tích

dương và âm không trùng với nguyên tử trung tâm A, đó là trường hợp khi A mang các ligan X và X’ khác, hoặc mang các cặp không liên kết (trừ trường hợp

X m E n

Công thức cấu trúc

Sơ

đồ

đa diện

Dạng phân

tử

AX m

Phân tử liên kết đơn

Phân tử liên kết bội

2 Đoạn thẳng AX2Eo (a) thẳng BeH2

SO 

POCl3

AX3E1 (e)

tháp đáy tam giác

-

i) AX3E2

E E

m) AX4E2

Hình 2.1: Sơ đồ đa diện một số phân tử AXmEn

2.1.3.2 Áp dụng

h d :

Dự toán dạng hình học của một số phân tử ion sau:

2 2 2BeCl , CO , CS , HCN

Hướng dẫn:

Có thể xác định dạng hình học của phân tử BeCl2 theo các bước sau:

1 Từ công thức phân tử BeCl2 viết công thức Lewis để thấy vị trí tương đối của các nguyên tử và số nhóm electron

Be ClCl

2 Đếm tất cả các nhóm electron xung quanh nguyên tử trung tâm kể cả electron liên kết và electron không liên kết Các hợp chất khí của Be là những hợp chất khuyết electron (không đủ 8e), nên xung quanh nguyên tử trung tâm Be chỉ có hai cặp electron

3 Khi hai nhóm electron xung quanh nguyên tử trung tâm được phân bố càng xa nhau càng tốt thì chúng sẽ hướng theo hai chiều ngược nhau Sự sắp xếp các nhóm electron theo đường thẳng khiến BeCl2 là một phân tử thẳng và góc liên kết là 1800

Chú ý: Các cặp electron không liên kết xung quanh các nguyên tử O trong

CO2 cũng như xung quanh các nguyên tử Cl (trong BeCl2) không ảnh hưởng gì đến hình dạng của phân tử mà chỉ có các nhóm electron xung quanh nguyên tử trung tâm mới ảnh hưởng tới hình dạng của phân tử

- Cũng tương tự như trên, các phân tử CS2, HCN cũng là những phân tử thẳng:

2 Các hợp chất khí của BF3 là những chất khuyết electron; xung quanh nguyên tử trung tâm B chỉ có 3 cặp electron tạo thành 3 liên kết đơn với các nguyên tử F

3 Khi 3 nhóm electron xung quanh nguyên tử trung tâm B được phân bố càng xa nhau càng tốt thì chúng sẽ hướng theo góc 1200

(Hạt nhân nằm trên một mặt phẳng và mỗi FBF bằng 1200)

FF

Dạng hình học của phân tử BF3 là một tam giác phẳng Dự đoán trên là

O

CO

OO

1200

1200O

2-2.1.4 Khảo sát liên kết hoá học bằng phương pháp VB

2.1.4.1 Những luận điểm cơ bản

2.1.4.1.1 Nội dung cơ bản

* Phương pháp VB cho rằng trong phân tử các electron vẫn chuyển động trên các orbital nguyên tử (AO) Sự phân bố electron vào các AO đó tạo nên cấu hình electron của phân tử

* Mỗi liên kết cộng hoá trị được hình thành do sự ghép đôi hai electron có spin đối song mà mỗi electron này trước khi tham gia liên kết thuộc một nguyên

* Độ xen phủ các AO hoá trị càng lớn thì liên kết càng bền (độ xen phủ càng lớn khi năng lượng và hiệu năng lượng các AO hoá trị càng nhỏ)

2.1.4.1.2 Hoá trị của nguyên tố theo phương pháp VB

* Hoá trị của một nguyên tố có thể bằng số electron độc thân trong nguyên tử của nó (chỉ xét nhóm A) ở trạng thái cơ bản và trạng thái kích thích (nếu có) Một số ví dụ:

N (Z=7) 1s22s22p3  

→ N có 3 e độc thân ở trạng thái cơ bản, nên có hoá trị 3 (trong NH3)

S (Z=16) 1s22s22p63s23p4: Ne 

→ S có 2 e độc thân ở trạng thái cơ bản, nên có hoá trị 2 (trong H2S)

→ S còn thể hiện hoá trị 4 (trong SF4) và hoá trị 6 (trong SF6)

Các trường hợp này được giải thích: Ở lớp ngoài cùng (n=3) nguyên tử S

còn 5 AO 3d trống, các electron đã ghép đôi ở các AO trong cùng một lớp đó có thể nhảy ra AO 3d làm số electron độc thân tăng lên 4 hoặc 6 → ta nói lưu huỳnh

ở trạng thái kích thích có hoá trị 4 và 6, năng lượng gây ra sự kích thích này được bù bằng năng lượng tạo liên kết hoá học:

Chú ý: Sự kích thích chỉ xảy ra trong cùng một lớp electron vì electron

nhảy từ lớp trong ra lớp ngoài đòi hỏi năng lượng cung cấp quá lớn và năng lượng tạo thành liên kết không đủ để bù

Từ giải thích trên, ta có thể chứng minh tồn tại phân tử PCl5 trong khi đó

N cùng nhóm với P nhưng không tồn tại phân tử NCl5

* Xét theo số electron độc thân, N có hoá trị 3 (trong NH3) nhưng lại có hoá trị 4 (trong +

4

NH )  Sự tạo liên kết phối trí (cho - nhận) đã làm tăng hoá trị

của nguyên tố Để phân biệt hai trường hợp này, ta nói rằng N có hoá trị 3 nhưng

có cộng hoá trị là 4 (đây là cộng hoá trị cao nhất của N vì N chỉ có 4 AO hoá trị

là 1 AO 2s và 3 AO 2p, mỗi AO hoá trị có thể tạo được 1 liên kết cộng hoá trị)

cả độc thân và cặp đôi)

2.1.4.1.3 Liên kết  và 

Cả hai đều là liên kết cộng hoá trị, chỉ khác:

* Liên kết  là liên kết được tạo thành do sự xen phủ các AO hoá trị dọc theo trục liên kết (hình 2.2)  Xen phủ trục “đầu với đầu” (head to head)

* Liên kết  được tạo thành so sự xen phủ các AO hoá trị ở hai bên của trục liên kết (hình 2.2)  Xen phủ “bên với bên” (side to side)

 Liên kết  bền hơn liên kết 

Chú ý: Giữa hai nguyên tử liên kết với nhau trong phân tử bao giờ cũng

chỉ tồn tại 1 liên kết , còn số liên kết  có thể bằng 0,1 hoặc 2

2.1.4.1.4 Độ bội liên kết theo phương pháp VB

* Theo phương pháp VB: Độ bộ liên kết giữa 2 nguyên tử bằng số liên kết giữa chúng, nghĩa là bằng số cặp electron liên kết giữa hai nguyên tử

* Độ bội liên kết càng lớn thì liên kết càng bền và độ dài liên kết càng ngắn Ngoài ra độ bội liên kết còn phụ thuộc vào độ xen phủ AO hoá trị

2.1.4.1.5 Sự lai hoá AO

* Thuyết lai hoá cho phép giải thích được bản chất liên kết cộng hoá trị cho nhiều phân tử hữu cơ và phức chất, giải quyết được hai khó khăn của

phương pháp VB dạng hình học của phân tử và độ bền của các liên kết

 Sự lai hoá của một nguyên tử là sự tổ hợp các AO hoá trị của nguyên

tử đó ở trạng thái cơ bản hoặc kích thích sao cho tạo được AO lai hoá bằng đúng

AO tổ hợp nhưng có năng lượng tương đương nhau (sự san bằng năng lượng), tạo điều kiện thuận lợi cho việc xen phủ với AO hoá trị của các nguyên tử xung quanh để hình thành các liên kết cộng hoá trị bền vững Bao gồm các dạng lai hoá:

+ Lai hoá sp3 (tứ diện đều): 1AO s + 3AO p 4AOsp3

1AO s + 2AO p3AOsp+ Lai hoá sp (thẳng): 1AO s + 1AO p2AO sp+ Ngoài ra còn một số dạng khác như 3 3 2

sp d, sp d

* Điều kiện lai hoá:

+ Năng lượng các AO tham gia lai hoá thấp và xấp xỉ bằng nhau

+ Độ xen phủ các AO lai hoá với các AO nguyên tử khác tham gia liên kết phải lớn

* Dự đoán kiểu lai hoá và dạng hình học của phân tử:

Ví dụ: Xét phân tử AX Em n ta có:

m+n=2A lai hoá sp m+n=3A lai hoá sp2m+n=4A lai hoá sp3m+n=5A lai hoá sp3d m+n=6A lai hoá sp3d2

(Xem thêm mô hình VSEPR mục 2.2.3)

Ví dụ: Trong BeH2 có m + n = 2 Be lai hoá sp

Trong BF3 có m + n = 3 B lai hoá sp2 Trong CH4 có m + n = 4 C lai hoá sp3 Trong NH3 có m + n = 4 N lai hoá sp3Trong PCl5 có m + n = 5 P lai hoá sp3d

Trong XeF4 có m + n = 6 Xe lai hoá sp3d2

2.1.4.2 Ưu nhược điểm của phương pháp

Giải thích đầy đủ tính chất lý thuyết của phân tử về liên kết hoá học, độ bội liên kết, năng lượng liên kết, sự phân cực liên kết (momen lưỡng cực),

Không giải thích được một số tính chất thực nghiệm của phân tử như từ tính phân tử,

N

H H H

2.1.5 Khảo sát phân tử bằng phương pháp MO

2.1.5.1 Những luận điểm cơ bản

2.1.5.1.1 Nội dung cơ bản

* Phương pháp MO cho rằng phân tử không tồn tại các AO mà các electron của phân tử trên các orbital chung của phân tử được gọi là MO Về nguyên tắc, liên kết hoá học theo phương pháp MO là liên kết giải toả (chung cho cả phân tử)