vật lý và khoa học trái đất

Vì vậy, việc giảng dạy các kiến thức khoa học tự nhiên trong nhà trưởng phổ thông nói chung và tiểu học nói riêng có vai trò vô cùng quan trọng, tạo điều kiện hình thành thế giới quan kh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA GIÁO DỤC TIỂU HỌC

Tài liệu hỗ trợ học tập học phần

CƠ SỞ TỰ NHIÊN Ở TIỂU HỌC

(Phần Vật lý & Khoa học Trái đất)

Biên soạn: Nguyễn Lâm Hữu Phước

Lưu hành nội bộ Thành phố Hồ Chí Minh – 2018

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 KHOA HỌC TỰ NHIÊN Ở NHÀ TRƯỜNG TIỂU HỌC 1

1.1 Vị trí của khoa học tự nhiên ở nhà trường tiểu học 1

1.2 Đặc điểm của khoa học tự nhiên ở nhà trường tiểu học 1

1.3 Nguyên tắc dạy học khoa học tự nhiên 2

1.4 Tiến trình tổ chức cho học sinh khám phá khoa học 2

CHƯƠNG 2 BẦU TRỜI VÀ TRÁI ĐẤT 5

2.1 Vũ trụ 5

2.2 Bức tranh về hệ Mặt trời 6

2.3 Mặt trời 8

2.4 Trái đất 9

2.5 Mặt trăng 13

2.6 Sao 15

CHƯƠNG 3 VẬT CHẤT 17

3.1 Một số khái niệm 17

3.2 Cấu tạo nguyên tử 17

3.3 Phân loại 20

3.4 Bảng tuần hoàn hóa học 24

3.5 Biến đổi vật chất 27

3.6 Vật liệu trong đời sống 30

CHƯƠNG 4 NĂNG LƯỢNG 34

4.1 Năng lượng 34

4.2 Các nguồn năng lượng 34

4.3 Các dạng năng lượng 37

4.4 Tiết kiệm và sử dụng hợp lý năng lượng 37

TÀI LIỆU THAM KHẢO 39

CHƯƠNG 1 KHOA HỌC TỰ NHIÊN Ở NHÀ TRƯỜNG TIỂU HỌC 1.1 Vị trí của Khoa học Tự nhiên ở nhà trường tiểu học

Khoa học tự nhiên là một trong những kiến thức quan trọng trong nhà trường phổ thông, góp phần giúp học sinh mở rộng và nâng cao những hiểu biết về thế giới tự nhiên Bên cạnh đó, khoa học tự nhiên có mối liên hệ chặt chẽ với các kiến thức về Toán học, Tin học, Công nghệ,… là cơ sở của nhiều ngành kỹ thuật và công nghệ quan trọng Sự phát triển của khoa học tự nhiên gắn bó chặt chẽ và có tác động trực tiếp đến tiến bộ khoa học kỹ thuật, công nghệ Vì vậy, việc giảng dạy các kiến thức khoa học tự nhiên trong nhà trưởng phổ thông nói chung và tiểu học nói riêng có vai trò vô cùng quan trọng, tạo điều kiện hình thành thế giới quan khoa học và giúp học sinh hiểu được ý nghĩa, vai trò của khoa học đối với cuộc sống

Khoa học tự nhiên ở nhà trường tiểu học có nhiệm vụ trang bị những hiểu biết cơ bản, nền tảng về thế giới tự nhiên xung quanh học sinh (những sự vật, hiện tượng, một

số khái niệm cơ bản của khoa học tự nhiên,…), hình thành những kỹ năng và thói quen làm việc khoa học, rèn luyện tư duy khoa học, niềm tin vào khoa học,… tạo tiền đề cho những bậc học tiếp theo Mặt khác, việc giảng dạy kiến thức khoa học tự nhiên còn giúp học sinh nhận thức được ứng dụng của những thành tựu, khoa học vào trong lao động, sản xuất; vai trò của khoa học trong cuộc sống hiện tại, cũng như vai trò của khoa học đối với sự phát triển của tương lai

Trong chương trình giáo dục tiểu học, các kiến thức về khoa học tự nhiên được thể hiện tập trung trong môn học: Tự nhiên và Xã hội (lớp 1, 2, 3) và Khoa học (lớp 4, 5)

và một phần trong phần Địa lý (môn Lịch sử và Địa lý lớp 4, 5)

1.2 Đặc điểm của môn Khoa học Tự nhiên ở nhà trường tiểu học Việt Nam

Giáo dục Khoa học Tự nhiên có ưu thế hình thành và phát triển cho học sinh các phẩm chất tự tin, trung thực; các năng lực tìm hiểu và khám phá thế giới tự nhiên qua quan sát và thực nghiệm; năng lực vận dụng tổng hợp kiến thức khoa học để giải quyết vấn đề trong cuộc sống, ứng xử với tự nhiên phù hợp với yêu cầu phát triển bền vững

xã hội và môi trường

Nội dung chủ yếu của môn học là sự tích hợp các kiến thức liên quan về Vật lý, Hóa học và Sinh học được tổ chức theo các mạch: Theo đối tượng môn học (vật chất, năng lượng, sự sống, bấu trời và trái đất); các quy luật chung của thế giới tự nhiên (tương tác, vận động, phát triển và tiến hoá); vai trò của khoa học đối với sự phát triển xã hội; vận dụng kiến thức khoa học trong sử dụng và khai thác thiên nhiên một cách bền vững Kiến thức được chọn đưa vào chủ yếu là những kiến thức thức phổ thông và cơ bản, cần thiết cho việc nhận thức đúng đắn các hiện tượng tự nhiên, cho cuộc sống hằng ngày và cho việc lao động trong nhiều ngành kĩ thuật Những nội dung này, được cụ thể hóa và sắp xếp sao cho vừa bảo đảm liên hệ theo logic, đảm bảo tính đồng tâm của nội dung

Với đặc điểm là môn khoa học thực nghiệm Thực hành thí nghiệm và tham gia

các hoạt động trải nghiệm sáng tạo là nét đặc trưng có tính ưu thế trong việc rèn luyện

và phát triển các phẩm chất và năng lực cho học sinh Bên cạnh đó, môn học có nhiều điều kiện cho việc tổ chức những cho học sinh tập giải quyết các vấn đề của thực tiễn, thực hiện phong cách của nhà khoa học trong việc tìm hiểu về thế giới xung quanh

1.3 Nguyên tắc dạy học khoa học tự nhiên

Giáo viên có vai trò quan trọng trong quá trình dạy học và chịu trách nhiệm về việc tạo ra một môi trường học tập năng động Với vai trò là một người lãnh đạo và hướng dẫn, tổ chức hoạt động dạy học thì giáo viên cần tổ chức cho học sinh có những trải

nghiệm trong quá trình học tập Vì vậy, giáo viên cần đưa câu hỏi, thăm dò, làm rõ, theo dõi, hỗ trợ và khuyến khích học sinh tiến bộ

Học sinh luôn có những thắc mắc và có những ý tưởng, câu trả lời về một số hiện tượng tự nhiên như trời mưa, trời nắng, gió,… ngay cả trước khi chúng đến trường Học sinh luôn có những thắc mắc về thếlà những nhà khoa học trẻHọc sinh đã hình thành những ý tưởng riêng về các hiện tượng sinh học, vật lí ngay cả trước khi chúng đến trường Chúng thực hiện điều đó xuất phát từ nhu cầu của chúng để dự đoán hay giải thích bất cứ điều gì xảy ra xung quanh, mặc dù hầu hết những ý tưởng này xa với các mô hình khoa học

Đặc biệt là sự tò mò của học sinh về thế giới xung quanh là sẽ nguồn ý tưởng quan trọng, có giá trị trong việc giúp học sinh điều tra, khám phá về thế giới tự nhiên Bên cạnh đó, những kinh nghiệm sống, nhận thức cá nhân sẽ là một trong những yếu tố để học sinh có những câu trả lời về thế giới tự nhiên

Do đó, giáo viên hãy luôn khuyến khích, tạo động lực để học sinh được tự do tìm hiểu, khám phá các vấn đề một cách tích cực, chủ động và sáng tạo Mỗi học sinh luôn luôn là những nhà khoa học, nhà nghiên cứu, nghệ sĩ nhỏ tuổi Họ luôn có những cách nhìn độc đáo về thế giới xung quanh Giáo viên tạo cơ hội cho học được trải nghiệm, được thể hiện

1.4 Tiến trình tổ chức cho học sinh khám phá khoa học

Trong việc giảng dạy khoa học, giáo viên phải kích thích sự hứng thú của người học và thay đổi định kiến của họ về các chủ đề khoa học Học sinh học tốt nhất khi họ được phép làm việc, được đưa ra lời giải thích của riêng mình theo thời gian thông qua một loạt các kinh nghiệm học tập Người học có thêm kiến thức từ những trải nghiệm của thực tại và liên kết một cách xuyên suốt những thông tin mới thu nhận với kiến thức trước đây của họ

Khám phá khoa học của học sinh là những hoạt động tìm hiểu và điều tra, giúp cho học sinh tìm câu trả lời cho các câu hỏi hoặc vấn đề do giáo viên, sách giáo khoa hoặc chính các em mong muốn giải thích Như vậy, trong hoạt động này liên quan các đến các việc như: quan sát; đặt câu hỏi; tìm kiến các nguồn tài liệu, thông tin về vấn đề; xây dựng và thực hiện phương án giải quyết vấn đề; sử dụng các công cụ để thu thập, phân tích và diễn giải dữ liệu; đề xuất câu trả lời, giải thích và dự đoán; và trình bày kết quả Trong quá trình này, học sinh còn được phát triển tư duy phê phán và logic

Tiến trình nghiên cứu khoa học có thể được tạo thành dưới hình thức một thí nghiệm hoặc trong một quá trình tìm hiểu về vấn đề khoa học

Một thí nghiệm sẽ là hoạt động khoa học trong việc tìm kiếm kết quả cụ thể Thí nghiệm trên thường bao gồm những điều sau:

- Xác định quy trình

- Cách tìm ra và khám phá

- Quan sát và so sánh kết quả với những gì đã mong đợi ban đầu

- Lặp lại các hoạt động để xác nhận

Quá trình tìm hiểu vấn đề khoa học có thể bao gồm sự kết hợp của:

- Hỏi và trả lời câu hỏi

- Suy nghĩ những việc cần làm

- Xây dựng một ‘bài thí nghiệm đảm bảo tính khách quan’

- Dự đoán điều sẽ xảy ra

- Kết nối những kiến thức chưa biết và đã biết

Tiến trình thực hiện nghiên cứu khoa học Nguồn:https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/science-fair/steps-of-the-

scientific-method

- Đặt câu hỏi: Nghiên cứu khoa học bắt đầu khi học sinh đặt câu hỏi về một cái

gì đó mà học sinh quan sát: làm thế nào, cái gì, khi nào, ai, cái nào, tại sao, hay ở đâu?

- Bối cảnh nghiên cứu: Việc tìm hiểu về vấn đề nghiên cứu này bằng việc sử dụng các tài liệu từ thư viện, internet,… để giúp cho học sinh có cái nhìn tổng quát về vấn đề đang nghiên cứu

- Xây dựng giả thuyết: Giả thuyết là nhận định sơ bộ, là kết luận giả định của nghiên cứu; là câu trả lời sơ bộ, cần chứng minh, vào câu hỏi nghiên cứu của vấn đề”.Giả thuyết dẫn đến một hoặc nhiều dự đoán có thể được kiểm tra bằng cách thử nghiệm Một trong những cấu trúc thường gặp: “Nếu _ [tôi làm điều này] _, thì _ [điều này] _ sẽ xảy ra”

- Do giả thuyết chỉ mang tính chất là một giả định, vì vậy sau khi đặt giả thuyết thì học sinhcần tiến hành kiểm tra để khẳng định hay phủ định giả thuyết

- Kiểm tra giả thuyết của bạn bằng cách thực hiện thực nghiệm: Quá trình này

sẽ kiểm tra dự đoán có chính xác không và giả thuyết sẽ được chấp nhận hay bác bỏ Điều quan trọng nhất trong quá trình này là học sinh phải đảm bảo tính công bằng, khách quan trong quá trình tiến hành Bên cạnh đó, học sinh cần lặp lại thí nghiệm nhiều lần

để đảm bảo kết quả không mang tính ngẫu nhiên

- Phân tích dữ liệu của bạn và rút ra kết luận: Trong quá trình thực nghiệm tiến hành quan sát, thu thập dữ liệu và tiến hành phân tích các kết quả này nhằm khẳng định hay phủ định giả thuyết Các dữ liệu sau khi thu thập và phân tích thường được trình bày dưới dạng các bảng, biểu, đồ thị Thông qua các kết quả này sẽ đưa đến nhận xét là chấp nhận hay không chấp nhận giả thuyết Nếu kết quả phủ định giả thuyết thì có thể xây dựng giả thuyết mới và tiến hành thực nghiệm với giả thuyết mới Trong một số trường hợp, mặc dù giả thuyết được chấp nhận nhưng vẫn có thể tiến hành lại thực nghiệm với một cách thực hiện khác

- Thảo luận kết quả: Sau khi hoàn thành nghiên cứu thì hoạt động báo cáo, thảo luận các kết quả đã tìm hiểu là điều cần thiết Học sinh có thể thể hiện kết quả của bản thân hoặc nhóm nghiên cứu trên các poster, các mô hình vật chất, tóm tắt nghiên cứu,… Giáo viên cần lưu ý:

- Coi trọng các quan sát, những thí nghiệm thực hành, tìm tòi khám phá theo hướng nghiên cứu khoa học và vận dụng giải quyết vấn đề

- Lựa chọn các tình huống, những trải nghiệm, những hình ảnh sống động từ thực tiễn để minh hoạ

- Liên hệ với thực tiễn đời sống: Kiến thức lí thuyết luôn được gắn liền với việc giải quyết các vấn đề của đời sống Những gì có thể gắn kiến thức của bài học với việc bảo vệ sức khoẻ, bảo vệ môi trường hay có thể tác động đến đời sống xã hội đều được triệt để vận dụng và khai thác để học sinh tăng thêm hứng thú và thấy được kiến thức học được thực sự có ích đối với bản thân

- Giúp học sinh rèn luyện các kĩ năng tư duy khoa học: Thông qua quá trình dạy các bài học/ chủ đề cần tập trung rèn luyện cho học sinh những kĩ năng như quan sát, tiến hành thực nghiệm, kĩ năng phân loại, khái quát hoá, kĩ năng suy luận,… Đồng thời, chú trọng tới hướng dẫn học sinh học cách giải quyết vấn đề Nhằm giúp học sinh dần hoàn thiện những bước cơ bản của tiến trình tìm hiểu một vấn đề như một nhà khoa học

CHƯƠNG 2 BẦU TRỜI VÀ TRÁI ĐẤT 2.1 Vũ trụ

2.1.1 Một số khái niệm về vũ trụ

▪ Từ những kết quả quan sát về thiên văn cho thấy vũ trụ là không gian vô tận, được cấu tạo bởi thiên thể và vật chất khác trong không gian

▪ Thiên hà là hệ thống gồm nhiều loại sao và tinh vân, khá đa dạng về kích thích

và số lượng sao chứa bên trong nó Một thiên hà có thể chứa từ hàng chục triệu cho đến hàng nghìn tỷ ngôi sao Kích thước của thiên hà vào khoảng 1500 – 3000000 năm ánh sáng Trung bình một thiên hà có khoảng 200 tỷ ngôi sao, khối lượng gấp 100000 đến hàng nghìn tỷ lần khối lượng Mặt trời Được phân chia thành 4 loại cơ bản:

- Thiên hà xoắn ốc: chiếm gần 70% tổng số các thiên hà đã biết Chứa nhiều khí

và có các cánh tay Khối lượng vào khoảng 10.1011 lần khối lượng Mặt trời

- Thiên hà ellipse: Chứa ít khí, chiếm < 30% tổng số thiên hà đã biết Khối lượng khoảng 104 – 1011 lần khối lượng Mặt trời Hình phỏng cầu dẹt, là những nguồn vô tuyến mạnh

- Thiên hà vô định hình: hàm lượng khí lớn, chiếm gần 1% các thiên hà đã biết Khối lượng khoảng 1010 lần khối lượng Mặt trời

- Thiên hà hoạt động: phóng lượng năng lượng rất lớn so với kích thước

Thiên hà xoắn ốc Thiên hà ellipse Thiên hà vô định

hình

Thiên hà hoạt động Đặc tính chung của các thiên hà: Các thiên hà đều quay; các thiên hà gần tạo thành nhóm thiên hà), chúng có thể va chạm với nhau; chứa các tinh vân

▪ Ngân hà là thiên hà có chứa Mặt trời, có dạng xoắn ốc Trung tâm hơi lồi, là tâm phát năng lượng lớn Ngân hà có đường kính 100 000 năm ánh sáng và dày khoảng 1000 năm ánh sáng Hệ Mặt trời của chúng ta ở cách tâm Thiên hà một khoảng 28 000 năm ánh sáng Trong đó có chứa từ 200 – 400 tỷ ngôi sao Khối lượng của nó nặng gấp 1012lần khối lượng Mặt trời

▪ Trong tất cả các thiên hà thì thiên hà Tiên Nữ là thiên hà gần chúng ta nhất Đây

là thiên hà xoắn ốc và cách chúng ta khoảng 2,3 triệu năm ánh sáng

2.1.2 Sự tiến hóa của Vũ trụ

Hiện nay, các nhà khoa học cho rằng, vũ trụ được sinh ra từ một vụ nổ lớn – BigBang cách đây khoảng 15 tỷ năm Sau vụ nổ vũ trụ giản nở, nguội dần và không ngừng phát triển Từ điểm Zero Big Bang đến 10-43s: Trong khoảng thời gian cực nhỏ

nhưng quan trọng này chúng ta mới biết được rất ít, bởi vì các định luật vật lý, như chúng ta đã biết, đều không đúng ở đây

Ở 10-43s Nhiệt độ của vũ trụ khoảng 1023K, vũ trụ dãn nở rất nhanh Quá trình dãn

nở rất nhanh, nhiệt độ giảm đều cho tới khi đạt tới giá trị hiện nay khoảng 3 K

Từ 10-43s đến 10-35s trong khoảng thời gian này, các lực mạnh, lực yếu và lực điện

từ tác dụng như một lực duy nhất được mô tả bởi lý thuyết Thống nhất lớn, còn lực hấp dẫn tác dụng tách rời như hiện nay

Từ 10-35s đến 10-10s Lực mạnh tách ra, để lại lực điện từ, lực yếu và hấp dẫn vẫn

còn tác dụng như một lực duy nhất

Từ 10-10s đến 10-5s Tất cả bốn lực đều tách biệt ra như hiện nay Vũ trụ như một

"món súp nóng" gồm các quark, leptôn và photon

Từ 10-5s đến 3 phút Các quark kết hợp để tạo nên các mezon và barion Vật chất

và phản vật chất huỷ nhau quét đi phản vật chất và chỉ để lại một lượng dư nhỏ vật chất,

từ đó tạo nên vũ trụ của chúng ta hiện nay

Từ 3 phút đến 105 năm Các prôton và nơtron kết hợp để tạo ra các nucleit nhẹ

và với độ phổ cập đồng vị đúng như hiện nay Vũ trụ là một plasma của các hạt nhân

và electron

Từ 105 năm đến nay Bắt đầu thời kỳ này các nguyên tử được tạo thành Vũ trụ trở

nên trong suốt đối với các photon và bức xạ Từ đây chúng bắt đầu một hành trình dài dằng dặc và nay mới đến được chúng ta như bức xạ nền vi ba Rồi các các nguyên tử cụm lại để tạo ra các thiên hà, sau đó là các sao và các hành tinh, rồi hình thành chính bản thân chúng ta

2.2 Bức tranh về hệ Mặt trời

▪ Hệ Mặt trời nằm trong dải Ngân hà và cách tâm dải khoảng 28000 năm ánh sáng; bao gồm các thiên thể chuyển động cùng nhau dưới tác dụng của lực hấp dẫn Trong đó Mặt trời là một ngôi sao và nằm ở trung tâm, chiếm 99,87% khối lượng của hệ Bên cạnh đó là các hành tinh với rất nhiều vệ tinh tự nhiên, sao chổi, các vật thể khác,… đều chuyển động quay Mặt trời Hệ Mặt trời được hình thành cách đây khoảng 4,6 tỷ năm Hiệp hội Thiên văn Quốc tế (IAU) vào tháng 8/ 2006 đã thống nhất tiêu chí phân loại:

- Hành tinh: là thiên thể quay xung quanh Mặt trời; có khối lượng đủ lớn nhằm đảm bảo cho hình dạng bên ngoài gần như hình cầu; quỹ đạo của nó không cắt với quỹ đạo của các thiên thể khác

- Hành tinh lùn:quay xung quanh Mặt trời; có khối lượng đủ lớn nhằm đảm bảo cho hình dạng bên ngoài gần như hình cầu; quỹ đạo của nó cắt với quỹ đạo của các thiên thể khác; không là vệ tinh tự nhiên của hành tinh hay vật thể khác trong hệ Mặt trời

Căn cứ từ tiêu chí trên thì hiện nay các thiên thể trong hệ Mặt trời (trừ Mặt trời) được phân chia thành: hành tinh, hành tinh lùn và các vật thể nhỏ Hiện nay trong hệ Mặt trời có 8 hành tinh, theo thứ tự xa dần Mặt trời thì vị trí của các hành tinh được sắp xếp lần lượt: Thủy tinh, Kim tinh, Trái đất, Hỏa tinh, Mộc tinh, Thổ tinh, Thiên vương tinh và Hải vương tinh Do đặc điểm cấu tạo trong quá trình hình thành, các hành tinh

Quỹ đạo của Diêm vương tinh cắt quỹ đạo của Hải vương tinh

Quỹ đạo của các hành tinh nằm gần như trong cùng mặt phẳng, còn quỹ đạo của Diêm

vương tinh thì nghiêng rất nhiều so với mặt phẳng này

▪ Bản chất của các hành tinh là các thiên thể nguội lạnh, không có khả năng phát sáng Ánh sáng mà ta thấy từ các hành tinh là do sự phản xạ ánh sáng từ Mặt trời chiếu tới các hành tinh này Trong hệ Mặt trời hiện các thiên thể được xếp là hành tinh lùn: Diêm vương, Ceres, Haumea, Makemake và Eris

▪ Đặc điểm chuyển động của các hành tinh trong hệ Mặt trời:

- Các hành tinh đều quay quanh Mặt trời theo quỹ đạo elip (gần như tròn)

ngược chiều kim đồng hồ nếu nhìn về thiên cực bắc và hầu như trên cùng mặt phẳng

- Các hành tinh còn tự quay quanh mình theo cùng chiều quay quanh Mặt trời, ngoại trừ Kim tinh và Thiên vương tinh có chiều quay ngược lại Trục tự quay có thể nghiêng so với mặt phẳng quỹ đạo quanh Mặt trời

- Trừ Kim tinh và Thủy tinh thì hành tinh nào cũng có các vệ tinh quay quanh theo cùng chiều của hành tinh quanh Mặt trời

- Các elip có tâm sai bé nên quỹ đạo của một số hành tinh có thể coi là tròn

đến Mặt trời (AU) Khối lượng (kg)

Bán kính (km)

Thời gian quay quanh Mặt trời (năm)1

Vệ tinh

tự nhiên

▪ Sao chổi là một thành viên của hệ Mặt trời, có khối lượng bé và quỹ đạo rất dẹt nên thỉnh thoảng mới có thể quan sát được Sao chổi được cấu thành từ hỗn hợp băng

và bao gồm 4 phần: hạt nhân, đầu, đuôi và một đám mây khí hi-đrô hình cầu Phần lớn thời gian sao chổi ở rất xa Mặt trời, khi đó nhiệt độ của sao chổi rất thấp Khi chuyển động càng gần Mặt trời thì nhiệt độ của sao chổi ngày càng tăng và sao chổi càng sáng, chuyển động càng nhanh, đuôi kéo dài về phía sau càng nhiều

Cấu tạo của sao chổi Hình ảnh sao chổi Halley,

▪ Vành đai Kuiper là khu vực vành đai chứa các thiên thể đá và băng (sao chổi và các tiểu hành tinh) nằm cách Mặt trời khoảng từ 30 – 50 AU và tính từ sao Hải Vương

đi ra xa Trong vành đai này có khoảng 70 000 vật thể có đường kính 100 km

▪ Ngoại trừ các hành tinh, hành tinh lùn và tiểu hành tinh, sao chổi thì trong hệ Mặt trời còn có những mảnh vật chất (bụi vũ trụ) có kích thước nhỏ, khi bay va chạm vào khí quyển của Trái đất thì bị bốc cháy nếu những mảnh vật chất:

- Bị đốt cháy hoàn toàn và tạo thành những vệt sáng trên bầu trời, đó là sao băng (sao xa) Nếu có một lượng lớn vật chất va chạm vào khí quyển, thì sẽ tạo nên những trận “mưa sao băng”

- Không bị đốt cháy hoàn toàn và rơi xuống mặt đất được gọi là thiên thạch Tùy theo thành phần cấu tạo của thiên thạch mà người ta phân chia thành: thiên thạch sắt (90% là sắt) và thiên thạch đá (gồm oxy, sắt, silicon, ma-giê và những nguyên tố khác)

2.3 Mặt trời

▪ Mặt trời là một ngôi sao nhỏ trong hàng trăm tỷ ngôi sao trong dải Ngân hà, nhưng là ngôi sao gần chúng ta nhất, nằm ở vị trí trung tâm của hệ Mặt trời Các nhà thiên văn học cho rằng Mặt trời được hình thành cách đây khoảng 4,5 tỷ năm và đang trong thời kỳ thứ 2 của một ngôi sao

▪ Một số thông số của Mặt trời

- Khối lượng: 1,989.1030 kg

- Bán kính: 6,960.108 m

- Khối lượng riêng: 1409 kg/m3

- Nhiệt độ của bề mặt dao động từ 4500K đến 2.106 K và trung bình là 6000K

- Khoảng cách đến Trái đất: 1AU

▪ Từ tâm Mặt trời đi ra, nhiệt độ sẽ giảm dần Tại tâm Mặt trời, trung tâm của các phản ứng nhiệt hạch nhiệt độ vào khoảng 1,6.107 K Ở lớp quang quyển, bao quanh ngoài Mặt trời thì nhiệt độ vào khoảng 6.103K Trên bề mặt quang quyển có những khu vực có nhiệt độ khoảng 4000 K, thấp hơn nhiệt độ xung quanh, vì thế đã tạo nên những vết tối, được gọi là vết đen Các vết đen thường xuất hiện trong vài ngày và sau đó được thay thế bằng các vết đen khác Bên ngoài quang quyển còn có vành khí mờ, đây là vành nhật hoa Nhiệt độ của các vành nhật hoa lên đến 2.106K

▪ Mặt trời là nguồn cung cấp nhiệt và tạo điều kiện cho động – thực vật trên Trái đất phát triển Năng lượng Mặt trời cũng làm cho nước từ các đại dương, sông, hồ, bốc hơi và ảnh hưởng đến các hiện tượng thời tiết trên Trái đất

▪ Mặt trời thực hiện đồng thời hai chuyển động:

- Chuyển động tự quay quanh trục theo chiều từ Tây sang Đông (cùng chiều quay của các hành tinh quanh Mặt trời) Trục nghiêng của Mặt trời hợp với pháp tuyến của mặt phẳng Hoàng đạo góc gần 70 Do Mặt trời hoàn toàn là khi nên tốc độ tự quay

có sự khác nhau: ở xích đạo là 25 ngày và gần cực là 30 ngày Trái đất Trong mỗi kilogram khí thì Hidro chiếm 75%, Heli chiếm 23% và còn lại là các khí khác

- Mặt trời cùng với các thiên thể khác trong hệ Mặt trời còn chuyển động quanh tâm Ngân hà với vận tốc khoảng 230 km/s Để hoàn thành một vòng quanh quanh tâm Ngân hà thì Mặt trời mất thời gian khoảng 180 triệu năm Khoảng thời gian này được gọi là năm Ngân hà

2.4 Trái đất

▪ Trái đất, quê hương của loài người, xếp vị trí thứ ba khi đi xa dần Mặt trời Trái đất cũng là hành tinh được biết đến với lượng khí oxy chiếm trong bầu khí quyển là 21%, bề mặt được 71% các đại dương bao phủ Cho đến hiện nay, đây là nơi được biết đến với sự tồn tại của sự sống trong vũ trụ

▪ Hành tinh tinh này được hình thành cách đây khoảng 4,6 tỷ năm, những nhân tố đầu tiên xuất hiện để tạo nên sự sống bắt đầu cách đây khoảng 3,5 tỷ năm Tại Châu Phi người cổ đại đã xuất hiện cách đây khoảng 6- 7 triệu năm và người hiện đại xuất hiện cách đây khoảng 195 000 năm

▪ Trái đất là hành tinh lớn thứ năm trong hệ Mặt trời, nhỏ hơn bốn hành tinh khí khổng lồ, (Mộc tinh, Thổ tinh, Thiên Vương tinh và Hải Vương tinh) nhưng lớn hơn ba hành tinh đá Trái đất có dạng hình cầu nhưng bị dẹt về hai phía, khoảng ¾ diện tích bề mặt Trái đất được bao phủ bởi nước Một số thông số được Hội Thiên văn Quốc tế công nhận

- Khối lượng: 5,974.1024 kg

- Bán kính xích đạo: 6378137 m

- Bán kính vùng cực: 6356752 m

- Độ dẹt: 1/298,257

- Gia tốc trọng trường: 9,81 m/s2

▪ Các đặc trưng quỹ đạo

- Mặc dù không nhận biết trực tiếp được sự chuyển động nhưng Trái đất thực hiện đồng thời nhiều chuyển động Trong đó hai chuyển động ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của con người chính là:

+ Chuyển động tự quay quanh trục một trục tưởng tượng (trục này kéo dài từ cực Bắc xuống cực Nam) với chu kỳ 23,934 giờ

+ Chuyển động quay xung quanh Mặt trời với chu kỳ là 365,26 ngày

- Trục quay của Trái đất nghiêng góc 23,50 so với pháp tuyến của mặt phẳng hoàng đạo Điều này làm cho lượng ánh sáng mà Bắc bán cầu hoặc Nam bán cầu nhận trong năm có sự thay đổi Cũng như các hành tinh khác, Trái đất chuyển động quanh Mặt trời với quỹ đạo là một elip Vì vậy, Trái đất sẽ gần Mặt trời nhất vào tháng giêng (mùa đông ở Bắc bán cầu) và xa Mặt trời nhất vào tháng 7 (mùa hè ở Bắc bán cầu)

▪ Thành phần hóa học của Trái đất

Tỷ lệ của các nguyên tố trên Trái đất

Thành phần hóa học trung bình của Trái đất cho thấy sự đa dạng của các nguyên tố trên Trái đất Hiện nay đã tìm được 94 nguyên tố trong tự nhiên (88 nguyên tố phổ biến và 6 nguyên tố rất hiếm) Trong

đó nguyên tố oxi, silic chiếm 74% nguyên

tố trên Trái đất Thành phần nguyên tố hóa học của Trái đất có sự thay đổi theo quy luật lớp vỏ giàu Si, AL và nguyên tố kiềm; lớp manti giàu Fe và Mg; nhân giàu

- Trong đó, một cực sẽ gần cực Bắc địa lý và một cực sẽ gần cực Nam địa lý Các đường sức từ gây ra bởi từ trường của Trái đất có chiều tương tự với chiều của các đường sức từ của nam châm Trục nối hai cực từ của Trái đất không trùng với trục địa

lý của Trái đất và chúng tạo thành góc 11,50

- Nhờ có từ trường bao quanh Trái đất (từ quyển) đã bảo vệ con người và các sinh vật khác trên Trái đất tránh được những tác động có hại của các tia vũ trụ và gió Mặt trời Khi có các hạt tích điện từ mặt trời đến bị bắt giữ trong từ trường Trái đất, chúng va chạm với các phân tử không khí phía trên hai cực từ, làm cho chúng phát sáng, tạo nên những màu sắc , hiện tượng này được gọi là hiện tượng cực quang

Hiện tượng cực quang trên bầu trời tại Ontario, Canada

▪ Cấu trúc bên trong của Trái đất không đồng nhất và có thể chia thành 3 lớp chính:

- Lớp vỏ (bên ngoài): đây là lớp ngoài cùng của Trái đất, được cấu tạo bởi các loại đá khác nhau và ở trạng thái rắn Chiều dày trung bình của lớp này khoảng từ 5 đến

70 km Nhiệt độ trung bình tăng theo chiều sâu của lớp nhưng không quá 10000C Với hai kiểu vỏ chính:

+ Vỏ kiểu lục địa trung bình dày 35 đến 40 km, miền núi có thể lên đến 70 –

80 km, khối lượng riêng trung bình khoảng 2,7 g/cm3

+ Vỏ kiểu đại dương dày khoảng 5 – 10 km, khối lượng riêng trung bình khoảng 3 g/cm3

- Lớp Manti (lớp trung gian): đây là lớp tiếp theo của lớp vỏ, có chiều dài từ bên dưới lớp vỏ đến độ sâu khoảng 2900 km Lớp này được chia thành lớp Manti trên và lớp

Manti dưới, thành phần chủ yếu là nguyên tố silic và ma-giê Nhiệt độ tăng từ 5000C lên đến 25000C khi tiếp xúc với nhân Trái đất Vật chất ở lớp manti trên có trạng thái quánh dẻo và có sự chuyển động dòng đối lưu và lớp manti dưới có trạng thái cứng kết tinh

- Nhân Trái đất: là lớp trong cùng, có độ sâu từ 2900 – 6400 km Lớp nhân được chia thành 2 phần là nhân ngoài (từ độ sâu 2900 km đến 5100 km) và nhân trong (từ 5100km đến tâm Trái đất) Nhiệt độ khoảng 50000C và vật chất có trạng thái lỏng ở nhân ngoài và trạng thái rắn ở nhân trong, chủ yếu là các kim loại như sắt và ni-ken

▪ Khí quyển là lớp vỏ khí hay không khí bao xung quanh bề mặt Trái đất Cấu tạo bao gồm hỗn hợp nhiều chất khí, hơi nước và một số hạt chất rắn lơ lửng Trong đó, khí Ni-tơ (N2) và khí O-xi (O2) chiếm 99% thể tích của không khí ở gần bề mặt Trái đất Bảng thành phần không khí khô

Các thành phần khác (Khí Ne-on, Khí He-li, Khí Me-tan,

Khí Nitrous oxide2, Khí Hy-đrô,…)

5 tầng: đối lưu, bình lưu, trung lưu, nhiệt quyển và ngoại quyển

- Tầng đối lưu – lớp thấp nhất của khí quyển và gần bề mặt Trái đất nhất, có độ cao khoảng 15km Dưới tác động của ánh sáng Mặt trời làm cho không khí luôn chuyển động và gây ra các hiện tượng thời tiết

- Tiếp theo là tầng bình lưu (tính từ đỉnh tầng đối lưu lên đến độ cao khoảng 50km): từ độ cao 15km đến 25km nhiệt độ gần như không đổi theo độ cao Khi đến độ cao 25km nhiệt độ bắt đầu tăng dần và đạt cực đại ở giới hạn trên của tầng Trong tầng này, dưới tác dụng của các tia tử ngoại từ ánh sáng Mặt trời làm cho ba nguyên tử oxy kết hợp với nhau tạo thành phân tử ozone Lớp ozone này có vai trò ngăn chặn các bức

xạ nguy hiểm của Mặt trời đến bề mặt Trái đất

- Tầng trung lưu: nằm trên tầng bình lưu kéo dài tới độ cao 80 - 90km, nhiệt độ giảm mạnh theo độ cao xuống còn -700C đến -800C ở đỉnh tầng

- Tầng điện li: nằm trên tầng trung lưu có thể cao tới 1000km, được đặc trưng bởi nhiệt độ rất cao và tăng theo độcao (có thể lên đến 20000C ở đỉnh) Ở tầng này mức

độ ion hóa rất cao, tính dẫn điện của không khí lớn gấp 12 lần ở mặt đất; xuất hiện các

cực quang, phát sáng bầu trời về đêm

- Tầng ngoài tính từ độ cao 1000km trở lên, không khí chủ yếu là Hêli, mật độ khí Hi-đrô rất ít; các chất khí này khuếch tán dần vào không gian vũ trụ

2 Khí cười, công thức hóa học N 2 O

▪ Thủy quyển là lớp vỏ không liên tục bao quanh Trái đất, chiếm khoảng 71% diện tích bề mặt Trái đất, bao gồm: đại dương, biển, ao hồ, sông, suối, nước ngầm, băng, tuyết Trong tự nhiên, thủy quyển tồn tại cả ba trạng thái rắn, lỏng và khí

- Phân bố thủy quyển trên Trái đất: đại dương chiếm 97,4%; băng tuyết chiếm 1,98%; nước ngầm chiếm 0,6%; ao, hồ sông và suối chiếm 0,02%

- Vòng tuần hoàn nước trong tự nhiên:

+ Vòng tuần hoàn nhỏ: Nước biển, đại dương dưới sức nóng của mặt trời bốc hơi lên cao tạo Khi hơi nước bay lên cao gặp nhiệt độ lạnh sẽ tập hợp,

ngưng tụ thành mây Khi tích tụ đủ nặng sẽ tạo thành mưa rơi xuống biển

+ Vòng tuần hoàn lớn: Nước biển, đại dương dưới sức nóng của mặt trời bốc hơi lên cao tạo Khi hơi nước bay lên cao gặp nhiệt độ lạnh sẽ tập hợp,

ngưng tụ thành mây Mây được gió đưa vào sâu trong lục địa Khi tích tụ đủ nặng

và tùy vào các điều kiện về áp suất, nhiệt độ của không gian thì tạo thành mưa, mưa đá, tuyết,…

▪ Sinh quyển là khoảng không gian bao phủ bề mặt Trái đất và có các điều kiện tự nhiên thích hợp cho sự sống phát triển Các nhà khoa học ước lượng có từ 5 đến 100 triệu loài sinh vật sống trên Trái đất, nhưng khoa học chỉ mới nhận dạng khoảng 2 triệu loài trong số chúng

2.5 Mặt trăng

▪ Mặt trăng là thiên thể gần Trái đất nhất, đồng thời là vệ tinh tự nhiên duy nhất của Trái đất Mặt trăng chuyển động quanh Trái đất có quỹ đạo là một elip và chu kỳ 27,32 ngày Mặt trăng cũng có chuyển động tự quay quanh trục với chu kỳ 27,32 ngày

Vì vậy từ Trái đất chỉ luôn thấy một phía của Mặt trăng

▪ Mặt trăng là thiên thể không phát sáng, ta có thể nhìn thấy Mặt trăng là do sự phản chiếu ánh sáng Mặt trời của Mặt trăng

▪ Một số thông số của Mặt trăng:

- Đường kính: 3476 km

- Khối lượng: 7,35.1022 kg

- Khoảng cách đến Trái đất: 384400 km

- Nhiệt độ trên bề mặt vào ban ngày: 1300C

- Nhiệt độ trên bề mặt vào ban đêm: -1700C

▪ Các pha của tuần trăng

- Khi có ánh sáng Mặt trời chiếu lên bề mặt của Mặt trăng, thì một nửa Mặt trăng luôn sáng, nhưng tại một vị trí trên Trái đất ta chỉ quan sát thấy sự phản chiếu ánh sáng không đồng đều của Mặt trăng, tạo nên hiện tượng trăng tròn, trăng khuyết và trong một tháng ta chỉ quan sát được một lần trăng tròn (quan sát đầy đủ một nửa Mặt trăng)

- Trăng mới chỉ xuất hiện trong giây lát khi Mặt trăng nằm giữa Mặt trời và Trái đất, ở giai đoạn này phần tối của Trái đất (ban đêm) không thấy trăng nên đây là kỳ không trăng Mặc dù, 3 thiên thể có sự thẳng hàng nhưng mặt phẳng Hoàng đạo và mặt phẳng Bạch đạo không trùng nhau nên không xảy ra hiện tượng Nhật thực

- Từ giai đoạn không trăng, mặt trăng dần đi vào giai đoạn trăng thượng huyền (khoảng ngày 7-8 của tuần trăng) khi đó trăng từ trạng thái lưỡi liềm đầu tháng (trăng khuyết) đến trạng thái bán nguyệt đầu tháng – trăng thượng huyền

- Tiếp theo đó, trăng thượng huyền tròn dần và đạt trạng thái trăng tròn vào giữa tháng Khi đó, vào ban đêm trên Trái đất có thể quan sát Mặt trăng phản xạ toàn bộ ánh sáng Mặt trời Tuy nhiên do độ nghiêng của mặt phẳng Hoàng đạo và Bạch đạo nên không xảy ra hiện tượng Nguyệt thực

- Sau đó Mặt trăng khuyết dần và đi vào giai đoạn bán nguyệt cuối tháng (khoảng ngày 23-24 của tuần trăng – trăng hạ huyền), lưỡi liềm cuối tháng và trăng tàn (trạng thái không trăng)

Vị trí của Mặt trời, Trái đất và sự chuyển động của Mặt trăng trong một tháng

(người quan sát đứng ở Bắc bán cầu)

Bảng mô tả về các pha của Mặt trăng được quan sát từ Nam bán cầu nên phía Đông

ở bên trái Thời gian quan sát là 29,5 ngày

2.6 Sao

Sao là những quả cầu khí nóng sáng, nơi mà vật chất tồn tại dưới dạng plasma, phát ra ánh sáng và nhiệt Hầu hết các ngôi sao chiếu sáng là do các sự tỏa năng lượng của các phản ứng hạt nhân trong các ngôi sao Mặt trời là một ngôi sao nhưng có vẻ rất sáng vì Mặt trời ở gần chúng ta hơn các ngôi sao khác

Các sao thường có thành phần trung bình là 70% hydro, 28% heli, 1,5 % cacbon, nito, oxi và khoảng 0,5% sắt và các kim loại Nhiệt độ bề mặt của một sao thường trong khoảng 3000 K đến 50000 K còn nhiệt độ ở tâm là khoảng vài triệu cho đến vài chục triệu độ Kelvin Thậm chí có thể lên tới 100.106 K đối với các sao khổng lồ đỏ và vài tỷ Kelvin với các sao siêu khổng lồ đỏ

Nguồn năng lượng khổng lồ mà các sao có được chính là do các phản ứng tổng hợp hạt nhân trên các sao đó (phản ứng nhiệt hạch) Trong các sao có thể xảy ra các phản ứng hạt nhân và kết quả cuối cùng như sau:

2.6.1 Sự ra đời của sao

Sao được hình thành từ những đám mây khí và bụi trong vũ trụ; thành phần chủ yếu của các đám mây là khí Hy-đrô Dưới tác dụng của lực hấp dẫn của chính bản thân chúng đã làm cho chúng co lại, trở nên nóng và đặc hơn

- Có những sao có khối lượng nhỏ (chỉ bằng 1/12 M ) thì nhiệt độ có được không lớn lắm, không đủ để có thể phản ứng tổng hợp H thành He, nhưng có thể đủ nhiệt độ

để châm ngòi cho phản ứng với Deuteri Đó là sao lùn nâu Do lượng Deuteri ít nên chúng chỉ tồn tại cỡ mấy triệu năm, cạn kiệt nhiên liệu, không phát sáng và trở thành sao lùn đen

- Nếu sao đạt khối lượng cỡ >1/12 Mặt trời thì nhiệt độ có thể lên đến 107 K, đủ

để xảy ra phản ứng nhiệt hạch tổng hợp Hydro (như của mặt trời) thành thành Heli Một sao được hình thành

Quá trình đốt nhiên liệu có thể diễn ra như sau: sau khi toàn bộ Hy-đrô ở tâm của sao chuyển thành Heli thì phản ứng tổng hợp hạt nhân này ngưng diễn ra, do đó ngôi sao bị co lại Vì bị co lại, nên nhiệt độ lại tăng lên và xảy ra các phản ứng tổng hợp hạt nhân mới, sản phẩm là các nguyên tố nặng hơn Sau đó, số phận của sao sẽ phụ thuộc vào khối lượng của nó mà có những kết thúc khác nhau

Tùy vào khối lượng của một sao mà quá trình đốt cháy nhiên liệu diễn ra nhanh chậm khác nhau Các sao càng lớn thì việc đốt nhiên liệu diễn ra càng nhanh

- Mặt Trời là sao tiết kiệm nhiên liệu sẽ sống lâu cỡ 10 tỉ năm

- Sao có khối lượng bằng 5 lần khối lượng Mặt Trời tuổi thọ ngắn hơn (t < 10

tỉ năm), sau vài chục triệu năm rồi chết đột ngột trở thành sao siêu mới

- Sao có khối lượng nhỏ hơn khối lượng Mặt Trời tuổi thọ dài hơn (t > 10 tỉ năm)

2.6.2 Kết thúc của sao

Tùy vào khối lượng ban đầu của sao mà sao sẽ tiến hóa thành:

- Sao lùn trắng: 0,1.mMt ≤ m < 1,4.mMt: Sao lùn trắng có nhiệt độ bề mặt cao, biến thiên trong khoảng rộng từ 5000 – 80000K.Lõi bên trong lần lược tổng hợp nhiệt hạch theo thứ tự : He, C, O, Si và cuối cùng là Fe

- Sao Neutron (sao Nơtron): 1,4.mMt ≤ m < 3,2.mMt: Sao nơtron là sao siêu đặc cấu tạo chủ yếu từ nơtron, tự quay rất nhanh và có từ trường rất mạnh Do vậy nó phát sóng điện từ ở vùng vô tuyến Vì trục từ không trùng với trục quay của nó nên trái đất

có thể bắt được sóng của nó dưới dạng các xung đều đặn Do đó các sao nơtron còn được gọi là các sao xung hay punxa (pulsar)

- Lỗ đen: 3,2.mMt ≤ m: Những sao khổng lồ khi chết vật chất bị lực hấp dẫn nén lại đến bán kính nhỏ (bán kính Schwarzschild).Tại bán kính nay không một bức xạ nào

có thể thoát ra được Vật chất tiếp tục bị nén lại tại một điểm kỳ dị Mặt cầu bao xung quanh lỗ đen có bán kính Rs gọi là chân trời sự kiện.Vật chất rơi vào chân trời sự kiện

sẽ không thể nào thoát ra khỏi được lỗ đen Lỗ đen được quan sát gián tiếp khi nó hút một sao đồng hành, vật chất bị hút, tạo thành đĩa vật chất phát bức xạ vùng tia X

CHƯƠNG 3 VẬT CHẤT 3.1 Một số khái niệm

▪ Vật chất là tất cả những vật tồn tại khách quan, nhận biết được thông qua các giác quan hoặc phương tiện hỗ trợ, có khối lượng và chiếm thể tích nhất định trong không gian Vật chất tồn tại dưới hai dạng: hạt và trường

▪ Nguyên tử là tiểu phân nhỏ nhất của nguyên tố hóa học còn mang tính chất hóa học của nguyên tố đó Nguyên tữ là đơn vị cấu tạo nhỏ nhất vì các chất được cấu tạo từ nguyên tử

▪ Phân tử là tiểu phân nhỏ nhất của chất (đơn chất hay hợp chất) còn mang tính chất hóa học của chất đó Phân tử là tập hợp nhóm các nguyên tử (cùng loại hay khác loại) được liên kết với nhau bằng các kiểu liên kết khác nhau Các phân tử có thể tạo thành từ 2, 3,… hoặc số nguyên tử rất lớn (trường hợp phân tử polyme)

▪ Nguyên tố hóa học là chất được tạo thành từ các nguyên tử có điện tích hạt nhân giống nhau Các nguyên tố được ký hiệu bằng một hay hai chữ cái lấy trogn tên gọi la-tinh của nó Ví dụ: nguyên tố hydro ký hiệu H (hydrogenium),…

3.2 Cấu tạo nguyên tử

▪ Vật chất được cấu tạo từ những hạt rất nhỏ gọi là phân tử (hay nguyên tử), các hạt này chuyển động nhiệt không ngừng Nhiệt độ của vật càng cao khi các phân tử chuyển động càng nhanh

Minh họa cấu trúc nguyên tử

▪ Mỗi nguyên tử bao gồm hai phần:

- Phần vỏ mang điện tích âm, chỉ chứa electron

- Phần hạt nhân là trung tâm của nguyên tử, mang điện tích dương, chứa proton

và neutron Nhưng chỉ có proton là hạt mang điện

- Trong đó:

+ Hạt nhân là trung tâm của nguyên tử, quyết định bản chất, sự tồn tại của nguyên tử Khối lượng của proton và neutro thì gần bằng nhau và gấp nhiều lần khối lượng electron Tất cả hạt nhân của các nguyên tử đều có cấu tạo gồm nhiều

proton và neutron Ngoại trừ nguyên tử Hydro hạt nhân chỉ có một proton và không

có neutron, đây là nguyên tử có cấu tạo đơn giản nhất

+ Electron chuyển động xung quanh hạt nhân với vận tốc rất nhanh, tạo nên đám mây điện tử và quyết định tính chất hóa học của các nguyên tố Đường kính của nguyên tử chính là đường kính của đám mây điện tử, đường kính này gấp

10000 lần đường kính nguyên tử

- Lưu ý: trong các tương tác hóa học, nguyên tử không thay đổi vì thành phần cấu tạo quyết định cho nguyên tử là hạt nhân không đổi

Một số thông số của electron, proton và neutron

Electron (e) - 1,6.10-19 9,1094.10-31 Bên ngoài hạt nhân

- Điện tích của proton và electron bằng nhau về giá trị nhưng trái dấu Bình thường, nguyên tử có số proton và số electron bằng nhau nên nguyên tử trung hòa về điện Nhưng nếu nguyên tử mất đi một hay nhiều electron thì sẽ trở thành điện tích dương, thường được gọi là ion dương; ngược lại nếu nguyên tử đang ở trạng thái trung hòa và nhận thêm electron thì trở thành ion âm

+ Kim loại dễ nhường một hoặc nhiều electron và trở thành ion dương Nguyên tử kim loại không thể nhận thêm electron, vì thế không bao giờ trở thành ion âm

+ Phi kim dễ nhận một hoặc nhiều electron và trở thành ion âm

Ví dụ:

Nguyên tử Na và ion Na+ Nguyên tử Mg và ion Mg2+

Nguyên tử Cl và ion Cl- Nguyên tử Cl và ion O

2-▪ Hạt nhân nguyên tử của một nguyên tố hóa học X có ký hiệu nguyên tử là: 𝑋𝐴𝑍 Trong đó A là số khối và Z là số hiệu nguyên tử (số proton)

- Nguyên tử khối (số khối) là tổng số proton và neutron của hạt nhân

Số khối = số proton + số neutron

- Số hiệu nguyên tử là số proton trong hạt nhân nguyên tử Đồng thời là vị trí trên bảng tuần hoàn hóa học

Số hiệu nguyên tử = số proton = số electron

Ví dụ: nguyên tử Kali được viết dưới dạng: 1939𝐾

Từ đây, có thể biết được: số proton = số electron = nguyên tử số = 19 (Vị trí trên bảng tuần hoàn hóa học)

Số khối của nguyên tử Kali là 39 và số neutron của nguyên tử là: 39 – 19 = 20

▪ Đồng vị là các biến thể của một nguyên tố hóa học, trong đó hạt nhân nguyên tử

có cùng số proton nhưng có chứa số neutron khác nhau và do đó có số khối khác nhau

Phần lớn các nguyên tố hóa học là hỗn hợp của nhiều đồng vị Các đồng vị được chia thành hai loại: đồng vị bền và đồng vị không bền (đồng vị phóng xạ - thường có số hiệu nguyên tử lớn hơn 82) Trong thiên nhiên có khoảng 300 đồng vị bền; có vài nghìn đồng

vị phóng xạ tự nhiên và nhân tạo Các đồng vị của cùng nguyên tố hóa học thì có cùng

số proton nhưng khác nhau về số neutron, nên các đồng vị có tính chất vật lý khác nhau

3.3 Phân loại

3.3.1 Theo trạng thái của vật chất

Ở điều kiện bình thường nguyên tử và phân tử không tồn tại ở trạng thái riêng lẻ

mà chúng luôn liên kết với nhau, tùy thuộc vào nhiệt độ, áp suất mà chúng tồn tại với

ba trang thái phổ biến: rắn, lỏng, khí Ngoài những trạng thái thông thường này, chúng còn tồn tại các trạng thái đặc biệt như: plasma, Bose – Einstein

Lực tương tác phân tử

Các vật có thể giữ được hình dạng và thể tích của chúng là vì giữa các nguyên

tử, phân tử cấu tạo nên vật có lực hút và lực đẩy Độ lớn của những lực này phụ thuộc vào khoảng cách giữa các nguyên tử, phân tử

- Khi khoảng cách giữa hai phân tử là r = r0 (r0 có độ lớn cỡ kích thước phân tử) thì lực đẩy và lực hút có độ lớn bằng nhau, hợp lực của chúng bằng không Các phân tử lúc này ở vị trí cân bằng

- Khi các phân tử tiến lại gần nhan hơn (r < r0) thì lực đẩy mạnh hơn lực hút, kết quả là các phân tử đẩy nhau

- Khi các phân tử ra xa nhau hơn (r > r0) thì lực hút lại mạnh hơn lực đẩy, kết quả là các phân lử hút nhau

- Khi các phân lử rất xa nhau (r >> r0) thì lực tương tác giữa các phân tử là không đáng kể

Tóm lại, các nguyên tử, phân tử đồng thời hút và đẩy nhau Ở khoảng cách nhỏ thì lực đẩy mạnh hơn, còn ở khoảng cách lớn thì lực hút mạnh hơn Khi khoảng cách giữa các nguyên tử phân tử rất lớn so với kích thước của chúng thì chúng coi như không tương tác với nhau

- Mỗi hạt chỉ dao động quanh vị trí cân bằng (nút mạng)

- Các hạt trong chất rắn chuyển động không đủ nhanh để phá vỡ sự liên kết giữa các hạt

Căn cứ vào tính chất và cấu trúc của chất rắn, có thể phân chất rắn thành hai loại: chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình

▪ Chất rắn kết tinh có thể là chất đơn tinh thể3 hoặc chất đa tinh thể

+ Chất rắn đơn tinh thể là vật được cấu tạo từ một tinh thể hoặc nhiều tinh thể nhỏ liên kết theo một trật tự xác định Hạt muối, miếng thạch anh, viên kim cương, là chất rắn đơn tinh thể Các chất rắn đơn tinh thể có tính dị hướng, tức

3 Tinh thể được cấu tạo từ các vi hạt (nguyên tử, phân tử, ion) liên kết chặt chẽ với nhau và sắp xếp theo một trật tự tuần hoàn trong không gian Mỗi vi hạt luôn dao động nhiệt quanh vị trí cân bằng của nó Tính tuần hoàn trong không gian của tinh thể được biểu diễn bằng mạng tinh thể Chất rắn có cấu trúc tinh thể gọi là chất rắn kết tinh.

là các tính chất vật lí của chúng (độ bền, độ nở dài, độ dẫn nhiệt, ) thay đổi theo các hướng khác nhau

+ Chất rắn đa tinh thể là vật được cấu tạo từ nhiều tinh thể nhỏ liên kết hỗn độn Hầu hết các kim loại (sắt, nhôm, đồng, ) là chất rắn đa tinh thể Các chất rắn đa tinh thể có tính đẳng hướng, tức là các tính chất vật lí của chúng theo mọi hướng đều giống nhau

- Mỗi chất rắn kết tinh nóng chảy (hoặc đông đặc) ở một nhiệt độ xác định

- Các chất rắn cấu tạo từ cùng một loại hạt, nhưng cấu trúc tinh thể không giống nhau thì những tính chất của chúng rất khác nhau

▪ Chất rắn vô định hình

- Là các chất không có cấu trúc tinh thể và không có dạng hình học xác định

- Các chất rắn vô định hình có tính đẳng hướng và không có nhiệt độ nóng chảy (hoặc đông đặc) xác định Khi bị nung nóng, chúng mềm dần và chuyển sang thể lỏng

3.1.2 Trạng thái lỏng

Là trạng thái trung gian giữa khí và rắn Trong chất lỏng, lực tương tác giữa các phân tử đã lớn đáng kể nhưng chỉ mới đủ ngăn cản sự chuyển động hỗn loạn Do đó, các phân tử chất lỏng không thể chuyển động tự do như trong trạng thái khí, nhưng cũng không luôn luôn chiệm một vị trí nh61t định như trong trạng thái rắn chúng ở khá gần nhau như các phân tử chất rắn, mỗi phân tử luôn luôn dao động quanh một vị trí cân bằng bà sau một khoảng thời gian chúng thay đổi vị trí bằng cách đổi chỗ Chúng cũng không phân bố một cách hỗn độn như trạng thái khí, tại mỗi thời điểm mỗi phân tử và các phân tử lân cận có cấu trúc trật tự nào đó Do đó chất lỏng không có hình dạng nhất định, nhưng có thể tích xác định

Chất lỏng lý tưởng là chất lỏng không có tính nhớt và chịu được mọi lực nén mà không giảm thể tích Chất lỏng thực bao giờ cũng có tính nhớt và khi lực nén đủ lớn có thể làm giảm thể tích

3.1.3 Trạng thái khí

▪ Các phân tử chất khí có chuyển động nhiệt lớn hơn nhiều so với lực tương tác giữa chúng, nên chúng ở cách xa nhau, gần như không bị liên kết với nhau nên chúng chuyển động tự do, hỗn loạn và chiếm toàn bộ thể tích bình chứa Trong quá trình chuyển động chúng va chạm đan hồi với nhau và với thành bình (gây nên áp suất với thành bình) Trạng thái của một chất khí được đặc trưng bởi 3 yếu tố : nhiệt độ, áp suất, thể tích Phương trình biểu diễn mối tương quan giữa các yếu tố này gọi là phương trình trạng thái khí

▪ Khí lý tưởng là những khí thỏa mãn các điều kiện:

- Kích thước phân tử không đáng kể so với thể tích bình đựng(không có thể tích riêng) Giữa các phân tử không có lực tương tác mà chỉ có va chạm đàn hồi giữa chúng cũng như giữa chúng với thành bình

- Tính chất của khí lý tưởng tuân theo phương trình trạng thái khí lý tưởng (phương trình Claperon – Mendeleev)