Hình thành khái niệm cấu tạo nguyên tử trong chương trình hoá học trung học phổ thông

10 1.3: Nội dung nghiên cứu việc hình thành các khái niệm 11 1.4: Hình thành khái niệm cấu tạo nguyên tử CTNT 12 Chương 2 : Nội dung và phương pháp nghiên cứu khái niệm cấu tạo nguyên tử

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA HOÁ HỌC

 

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn, em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các thầy, cô giáo trong tổ phương pháp giảng dạy của khoa, đặc biệt là Thầy giáo Tiến sĩ Lê Văn Năm

- chủ nhiệm bộ môn phương pháp giảng dạy (Khoa Hoá - Đại học Vinh), đồng thời em cũng nhận được sự giúp đỡ của các thầy, cô giáo và các đồng nghiệp ở trường trung học phổ thông Yên Mô B - Tỉnh Ninh Bình

Em xin được bày tỏ lòng cảm ơn chân thành của mình đối với các thầy, cô giáo trong khoa cũng như các thầy cô giáo ở trường phổ thông và các bạn sinh viên đã quan tâm, giúp đỡ, góp ý kiến giúp em hoàn thành luận văn

Vinh, ngày 5 tháng 5 năm 2002

Sinh viên : Phạm Thị Thùy Nhung

Lớp 39A Hoá - Đại học Vinh

IV/ Mục đích, nhiệm vụ và phương pháp nghiên cứu 6

1.1: Ý nghĩa và tầm quan trọng của việc hình thành khái niệm trong

giảng dạy hoá học

8

1.2: Các giai đoạn của quá trình hình thành những khái niệm trong

chương trình hoá học phổ thông

10

1.3: Nội dung nghiên cứu việc hình thành các khái niệm 11 1.4: Hình thành khái niệm cấu tạo nguyên tử (CTNT) 12 Chương 2 : Nội dung và phương pháp nghiên cứu khái niệm cấu tạo

nguyên tử trong chương trình hoá học phổ thông

3.4: Nội dung thực nghiệm 50

PHẦN MỞ ĐẦU

I/ TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI :

Đất nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá nhằm thực hiện mục tiêu dân giàu nước mạnh, xã hội công bằng dân chủ văn minh, vững bước đi lên chủ nghĩa xã hội Đại hội toàn quốc lần thứ IX của Đảng đã khẳng định rằng giáo dục khoa học và công nghệ là quốc sách Chính vì vậy, đẩy mạnh phát triển giáo dục và đào tạo là một nhiệm vụ cực

kỳ quan trọng, là một trong những động lực thúc đẩy sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá, là điều kiện để phát huy nguồn lực - yếu tố cơ bản để phát triển xã hội, tăng trưởng kinh tế nhanh và bền vững

Tình hình đó đặt ra cho nhà trường yêu cầu là dạy cái gì, học cái gì? dạy và học theo cách nào ? Chúng ta biết rằng hiệu quả của việc lĩnh hội tri thức nói chung và kiến thức hoá học nói riêng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như mục đích, nội dung, phương pháp dạy học Phương pháp gắn bó chặt chẽ với mục đích và nội dung và chịu sự quy định của mục đích và nội dung Như vậy, phương pháp dạy học là yếu tố cuối cùng quyết định hiệu quả của quá trình dạy học

Trong chương trình hoá học phổ thông, nội dung dạy học bao gồm các khái niệm hoá học cơ bản Các khái niệm hoá học có vai trò cực kỳ quan trọng, đặc biệt là khái niệm cấu tạo nguyên tử Đây là một vấn đề khó dạy

và khó học vì nội dung kiến thức trừu tượng, không thể làm thí nghiệm hoặc giải các bài tập tính toán cần thiết để đi đến những kết luận Tình trạng hiện nay ở trường phổ thông cho thấy : khi dạy phần này hầu hết các giáo viên đều dùng phương pháp diễn giảng là chính, bắt buộc học sinh phải thừa nhận những điều coi như hiển nhiên, việc nắm vững kiến thức về cấu tạo nguyên tử không hệ thống và không sâu sắc Đa số học sinh không hứng thú khi học nội dung này vì không hiểu được quá trình hình thành và phát triển của khái niệm Vì vậy để góp phần nâng cao hiệu quả truyền thụ khái niệm

cấu tạo nguyên tử, chúng tôi đã chọn đề tài “Hình thành khái niệm cấu tạo

nguyên tử trong chương trình hoá học trung học phổ thông"

II/ LỊCH SỬ VẤN ĐỀ :

Khái niệm cấu tạo nguyên tử có tầm quan trọng đặc biệt không chỉ đối với chương trình hoá học phổ thông mà cả với khoa học hoá học Đã có nhiều tác giả trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu về việc giảng dạy và hình thành khái niệm này

- Ở Liên Xô cũ : Nhiều tác giả đã viết về vấn đề này, khái quát lại có

2 xu hướng :

+ Tầm khái quát : Các tác giả : Kiriuskin, Poloxin, Kleseva viết về

ý nghĩa, tầm quan trọng và các quan điểm chủ yếu trong việc nghiên cứu cấu tạo nguyên tử trong chương trình phổ thông

+ Tầm cụ thể : Các tác giả : Khôđacôp, Iaroxlap, Xmirnop, Zlonhicop, Seronêva nghiên cứu về việc giảng dạy các vấn đề cụ thể của thuyết cấu tạo nguyên tử như : mây electron, cấu tạo lớp vỏ electron

- Trong nước :

+ Tầm khái quát có các tác giả : Nguyễn Ngọc Quang - Nguyễn Cương viết về ý nghĩa, tầm quan trọng của việc nghiên cứu khái niệm cấu tạo nguyên tử ở trường phổ thông

+ Tầm cụ thể có các tác giả : Nguyễn Duy Ái (ĐHSP Hà Nội) Nguyễn Văn Đậu, Lê Văn Năm (ĐHSP Vinh) viết về quá trình hình thành

và phát triển các khái niệm cấu tạo nguyên tử và phương pháp giảng dạy một số nội dung cụ thể của khái niệm này Năm 1999 - tại khoa Hoá, trường Đại học Sư phạm Vinh có luận văn tốt nghiệp của sinh viên Võ Thị Ánh Quỳnh với

đề tài : “Nâng cao hiệu quả giảng dạy các bài giảng “Cấu tạo nguyên tử - Định luật tuần hoàn" trong chuơng trình hoá học phổ thông bằng dạy học nêu vấn đề orictic" Trong luận văn này tác giả đã vận dụng dạy học nêu vấn đề để nâng cao hiệu quả giảng dạy các bài ": “Sự chuyển động của electron trong nguyên tử" và bài “Sự biến đổi tuần hoàn tính chất của các nguyên tố hoá học" Trong đề tài này chúng tôi muốn phát triển rộng ra về phương pháp Ngoài phương pháp nêu vấn đề (áp dụng tính lịch

sử - logic của khái niệm hoá học cơ bản) chúng tôi còn áp dụng thêm các phương pháp dạy học khác như : Trực quan; Đàm thoại; Tiên đề để nâng cao hiệu quả giảng dạy các bài : "Thành phần cấu tạo nguyên tử, kích thước khối lượng nguyên tử" và bài: "Hạt nhân nguyên tử - Nguyên tố hoá học - Đồng vị"

III/ KHÁCH THỂ VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU :

1- Khách thể nghiên cứu :

Quá trình hình thành và phát triển khái niệm hoá học cơ bản trong chương trình hoá học phổ thông

2- Đối tƣợng nghiên cứu :

Nội dung và phương pháp hình thành khái niệm cấu tạo nguyên tử trong chương trình hoá học trung học phổ thông

IV/ MỤC ĐÍCH, NHIỆM VỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU :

1- Mục đích nghiên cứu :

Trên cơ sở đặc điểm của quá trình hình thành khái niệm hoá học cơ bản nói chung và quá trình hình thành khái niệm cấu tạo nguyên tử nói riêng, chúng tôi muốn áp dụng một số phương pháp dạy học tích cực (trong

đó dạy học nêu vấn đề là trung tâm) nhằm nâng cao hiệu quả giảng dạy khái niệm này trong chương trình hoá học trung học phổ thông

2- Nhiệm vụ nghiên cứu :

Trong phạm vi một luận văn tốt nghiệp chúng tôi nhằm giải quyết những vấn đề sau :

- Nghiên cứu lý thuyết hình thành khái niệm hoá học cơ bản nói chung và quá trình hình thành khái niệm cấu tạo nguyên tử nói riêng

- Tìm hiểu thực trạng dạy và học khái niệm cấu tạo nguyên tử ở trường trung học phổ thông hiện nay

- Vận dụng một số phương pháp dạy học tích cực như nêu vấn đề, tiên

đề, trực quan để giảng dạy một số nội dung của chương cấu tạo nguyên tử

- Thực nghiệm sư phạm

3- Phương pháp nghiên cứu :

- Nghiên cứu lý thuyết :

Cơ sở lý luận : Lý thuyết về quá trình hình thành khái niệm hoá học Nghiên cứu các tài liệu có liên quan đến đề tài

- Điều tra cơ bản bằng phỏng vấn, dự giờ, test

- Thực nghiệm sư phạm

- Xử lý kết quả thực nghiệm bằng phương pháp thống kê toán học

V/ GIẢ THUYẾT KHOA HỌC :

Nếu quán triệt và vận dụng có hệ thống một cách khoa học, sáng tạo tính lịch sử - logic đối với các bài học trong chương cấu tạo nguyên tử sẽ gây cuốn hút

đối với học sinh, từ đó phát huy tính tích cực trong học tập Nâng cao hiệu quả giảng dạy và tạo cho học sinh thói quen tư duy trừu tượng, tìm tòi khoa học

VI/ ĐÓNG GÓP CỦA ĐỀ TÀI :

- Lý luận : Góp phần làm sáng tỏ vai trò của lý thuyết hình thành khái niệm

hoá học cơ bản, đặc biệt là khái niệm cấu tạo nguyên tử trong chương trình hoá học trung học phổ thông

- Thực tiễn : Áp dụng lý thuyết về quá trình hình thành khái niệm hoá

học cơ bản nói chung vào nghiên cứu sự hình thành khái niệm cấu tạo nguyên tử Áp dụng vào bài giảng cụ thể trong chương trình hoá học trung học phổ thông

PHẦN THỨ HAI : NỘI DUNG CHƯƠNG 1 : CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 1.1: Ý NGHĨA VÀ TẦM QUAN TRỌNG CỦA VIỆC HÌNH THÀNH KHÁI NIỆM TRONG GIẢNG DẠY HOÁ HỌC :

1.1.1 Tầm quan trọng của các khái niệm hoá học cơ bản trong chương trình hoá học phổ thông :

Nhiệm vụ cơ bản của việc dạy học trong nhà trường là vũ trang cho học sinh những cơ sở khoa học, phát triển ở họ những năng lực nhận thức và thông qua đó mà hình thành con người mới của xã hội xã hội chủ nghĩa Việc dạy học theo tinh thần mới đòi hỏi nội dung trí dục phải phản ánh được hiện thực một cách đúng đắn, chân thực, khách quan, chính xác, không thêm bớt, không xuyên tạc Nó đòi hỏi chúng ta phải làm cho học sinh thấy được những thuộc tính bản chất của thế giới vật chất, những mối liên hệ nội tại sâu xa của sự vật và hiện tượng, phải làm cho họ thấy chúng trong sự vận động, biến đổi và phát triển Để thực hiện được những nguyên tắc cơ bản của việc dạy học về tính tư tưởng và khoa học đó, nhất thiết chúng ta phải quan tâm đến việc hình thành cho học sinh những quan điểm lý thuyết chủ

đạo và liên quan chặt chẽ với cái đó là hình thành những khái niệm hoá học

cơ bản

Trong quá trình khái quát hoá những kiến thức về các chất riêng biệt

và về những biến hoá của chúng, những khái niệm cơ bản về hoá học dần dần xuất hiện Những khái niệm đó đã trở thành điểm tựa, vũ khí cho việc tiếp tục nghiên cứu các nguyên tố và các hợp chất hoá học Lúc đó những khái niệm cơ bản được dần dần cụ thể hoá thêm, đào sâu thêm và ngày càng phản ánh đúng đắn và đầy đủ hơn các mặt phức tạp của thực tế

Như vậy thực chất của quá trình dạy hoá học ở trường phổ thông là hình thành các khái niệm hoá học cơ bản

Muốn hoàn thành tốt nhiệm vụ này, người giáo viên ngoài việc nắm vững kiến thức chuyên môn thì còn phải đáp ứng yêu cầu của logic học Do

đó người giáo viên phải biết được bộ môn mình giảng dạy cần công cụ logic nào, nội dung kiến thức liên quan đến nó ra sao, trong quá trình giảng dạy vận dụng những thao tác tư duy gì để định nghĩa và chứng minh khái niệm, vận dụng khái niệm như thế nào để xây dựng các phán đoán suy lý

Đây là nhiệm vụ hết sức quan trọng có ý nghĩa trí dục, đức dục lớn lao mà người giáo viên phải thực hiện một cách có trách nhiệm với nghệ thuật cao

1.1.2 Vị trí và vai trò của khái niệm trong quá trình nhận thức:

a- Quan điểm của chủ nghĩa duy vật biện chứng về diễn biến của quá trình nhận thức :

Theo Lê Nin, nhận thức nói chung là một quá trình biện chứng, là sự vận động “Từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng và từ tư duy trừu tượng trở về thực tiễn"

Trực quan sinh động chính là nhận thức cảm tính từ đó tạo nên khái niệm Trong hoá học thực tiễn chính là quan sát và thí nghiệm Trên cơ sở thực tiễn được lặp đi lặp lại nhiều lần, nhận thức chuyển lên một giai đoạn cao hơn nhờ các thao tác tư duy như phân tích, tổng hợp, so sánh khái quát hoá để tạo nên khái niệm

b- Các hình thức tư duy của con người :

Sau khi đã có khái niệm, con người vận dụng các khái niệm để phán đoán suy lý và tạo ra hệ thống lý luận Đây là giai đoạn tư duy trừu tượng Như vậy tư duy trừu tượng được thể hiện qua 3 hình thức : tư duy khái niệm, tư duy phán đoán và tư duy suy lý

*) Tư duy khái niệm :

Khái niệm là sản phẩm cao của quá trình nhận thức và là hình thức khởi đầu của tư duy trừu tượng Nó là tế bào tạo nên cơ thể nhận thức Trong giảng dạy hoá học, thông qua các khái niệm cơ bản như axít, bazo, phản ứng hoá học giáo viên truyền thụ tri thức hoá học cho học sinh Khi

đã có khái niệm thì có thể vận dụng khái niệm để phán đoán

*) Tư duy phán đoán :

Là một hình thức tư duy trong đó bao gồm nhiều khái niệm liên hệ với nhau theo một quy luật nhất định để thực hiện một tư tưởng nào đó

Ví dụ : Hiđroclorua là một chất mà phân tử có cấu tạo phân cực nên tan nhiều trong nước

*) Tư duy suy lý :

Là hình thức tư duy trong đó một, hai hay nhiều phán đoán đã được chứng minh ta được phán đoán mới

Ví dụ : Khi đốt cháy hoàn toàn các hiđrocacbon thì tạo ra khí CO2 Xăng là hỗn hợp hiđrocacbon

Từ đó có phán đoán thứ ba : khi đốt xăng thì tạo ra khí CO2 Trong giảng dạy hoá học việc vận dụng các thao tác tư duy và các hình thức tư duy sẽ có tác dụng truyền thụ kiến thức và phát triển tư duy cho học sinh

1.2 CÁC GIAI ĐOẠN CỦA QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH NHỮNG KHÁI NIỆM TRONG CHƯƠNG TRÌNH HOÁ HỌC PHỔ THÔNG :

Trên cơ sở phân tích cấu trúc chương trình hoá học phổ thông dựa vào các học thuyết, các định luật hoá học cơ bản được đưa vào chương trình, đồng thời cũng tuân theo quy luật nhận thức luận và tính phát triển biện chứng của mỗi khái niệm chúng ta phân chia các giai đoạn hình thành và phát triển khái niệm hoá học cơ bản ở phổ thông là :

a Nghiên cứu khái niệm trên cơ sở thuyết nguyên tử - phân tử

b Nghiên cứu khái niệm trên cơ sở thuyết cấu tạo nguyên tử - định luật tuần hoàn - hệ thống tuần hoàn (thuyết electron - ion)

c Nghiên cứu khái niệm trên cơ sở thuyết electron - ion và thuyết cấu tạo hoá học

Sự phân chia này không có tính tuyệt đối và giữa các giai đoạn đó cũng không tách rời nhau mà quá trình hình thành và phát triển khái niệm là một thể thống nhất biện chứng

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VIỆC HÌNH THÀNH CÁC KHÁI

NIỆM :

Quá trình nhận thức (học tập) của học sinh cũng tuân theo quy tắc nhận thức luận của Lê Nin : “Từ trực quan sinh động (tri giác đối tượng)

đến tư duy trừu tượng (bản chất của sự vật, hiện tượng, xây dựng khái niệm phán đoán suy lý ) rồi trở về thực tiễn (vận dụng lý thuyết)"

Tuy nhiên quá trình nhận thức của học sinh có một số điểm khác biệt với quy luật là nhận thức cái đã biết, do đó có thể tiến hành nhanh hơn dựa vào kiến thức cơ bản

Trình tự nghiên cứu một khái niệm hoá học cơ bản có thể tiến hành như sau :

a Xét tầm quan trọng của khái niệm đối với hoá học nói chung và chương trình hoá học phổ thông nói riêng

b Nghiên cứu nội dung khái niệm ở các giai đoạn khác nhau

c Những đặc điểm cần chú ý về phương pháp sư phạm trong quá trình giảng dạy khái niệm

1.4 HÌNH THÀNH KHÁI NIỆM CẤU TẠO NGUYÊN TỬ :

1.4.1 Ý nghĩa và tầm quan trọng của việc nghiên cứu khái niệm cấu tạo nguyên tử ở trường phổ thông :

Khái niệm cấu tạo nguyên tử ở trường phổ thông là một lý thuyết vô cùng quan trọng, việc nghiên cứu khái niệm cấu tạo nguyên tử sẽ giúp học sinh sáng tỏ nhiều vấn đề, cụ thể là :

a- Về nội dung kiến thức :

Thuyết cấu tạo nguyên tử soi sáng bản chất các khái niệm hoá học cơ bản khác và là kim chỉ nam để nghiên cứu chương trình hoá học phổ thông

*) Nguyên tử có cấu tạo phức tạp :

Giải quyết vấn đề này không chỉ cung cấp cho học sinh kiến thức về cấu tạo nguyên tử, tính lịch sử của sự phát triển khái niệm nguyên tử mà cả

về quan điểm triết học về nhận thức luận

*) Vai trò của hạt nhân nguyên tử đối với bản chất nguyên tố hoá học:

Hoá học hiện đại coi nguyên tố hoá học là một dạng gồm tất cả các nguyên tử có cùng điện tích hạt nhân, tính bằng số thì bằng số thứ tự của nguyên tố Từ đó mở ra ý nghĩa vật lý của số thứ tự các nguyên tố bảng hệ thống tuần hoàn

*) Cấu tạo lớp vỏ electron, đặc biệt là lớp vỏ electron hoá trị quyết định tính chất hoá học của nguyên tố

*) Mở ra bản chất liên kết hoá học, hoá trị

Mối liên kết hoá học của các nguyên tử (ion, ) được coi như kết quả của sự thay đổi vị trí các electron trong nguyên tử và mối liên quan tưong

hỗ giữa các electron của các nguyên tử khác nhau

Mặt khác cấu tạo nguyên tử còn soi sáng bản chất của hoá trị, bản chất của phản ứng hoá học nói chung và phản ứng oxi hoá khử nói riêng Đặc biệt là soi sáng cho định luật tuần hoàn và hệ thống tuần hoàn, đồng thời củng cố sâu các khái niệm đã nghiên cứu như chất, nguyên tố hoá học

b- Về sự phát triển năng lực nhận thức :

Đồng thời với việc phát triển chiều sâu của kiến thức, khái niệm cấu tạo nguyên tử còn giúp học sinh phát triển các thao tác tư duy như phân tích, tổng hợp, so sánh

c- Việc nắm vững cấu tạo nguyên tử cũng có ý nghĩa lớn đối với

việc giáo dục kỹ thuật tổng hợp cho học sinh, giúp học sinh hiểu các quá trình hoá học xảy ra trong sản xuất hoá học Việc mở ra bản chất của phản ứng hoá học trên cơ sở thuyết cấu tạo nguyên tử sẽ giúp học sinh hiểu sâu các quá trình sản xuất hoá học và mở ra triển vọng có khả năng điều kiển các quá trình đó theo hướng có lợi cho con người

d- Về việc giáo dục thế giới quan duy vật biện chứng :

Thuyết cấu tạo nguyên tử đả phá quan điểm cho rằng nguyên tử là phần tử nhỏ nhất của vật chất Đồng thời chứng minh khả năng nhận thức thế giới của con người là vô tận, không có giới hạn

1.4.2 Các giai đoạn hình thành và phát triển khái niệm cấu tạo nguyên tử :

a- Thời cổ đại và trung cổ :

- Thời cổ đại :

Thế kỷ V trước công nguyên, quan điểm đầu tiên về nguyên tử do Loxip và Đemocrit đưa ra : Nguyên tử là hạt nhỏ nhất của vật chất không thể phân chia được nữa Nguyên tử không tự biến mất hay tự tạo ra, chúng vĩnh viễn tồn tại và vận động Tất cả những hiện tượng của vũ trụ, mọi thay đổi trong thiên nhiên, sự sinh ra và chết đi của muôn vàn thế giới đều là kết quả của sự vận động vĩnh viễn của nguyên tử, đều là do sự kết hợp và phân huỷ của chúng tạo nên

- Thời trung cổ :

Thuyết nguyên tử bị cấm đoán bởi luật của các nhà thờ thiên chúa

- Thế kỷ XVII - XVIII : Giả thuyết về sự tồn tại của nguyên tử lại được

phục hồi do công lao của nhiều nhà bác học như R.Bôi (người Anh), Lômônôxôp (người Nga), Avôgadrô (Italia)

b- Thời kỳ thuyết nguyên tử của Đanton :

Đến thế kỷ XIX : Nhà bác học người Anh J.Đanton là người hoàn

thành thuyết nguyên tử Ông cho rằng mọi chất đều được tạo nên từ những hạt nhỏ nhất, không phân chia được nữa gọi là nguyên tử Các nguyên tử liên kết với nhau bằng những lực hút tương hỗ

Như vậy thuyết nguyên tử của Đanton là cơ sở đưa vào hoá học khái niệm khối lượng nguyên tử của các nguyên tố Ngay thời đó đã có những dự đoán đúng về nguyên tử khối của nhiều nguyên tố

Nhưng cạnh đó thuyết nguyên tử của Đanton chưa nhìn thấy sự khác nhau về chất giữa nguyên tử đơn giản và nguyên tử phức tạp coi nguyên tử phức tạp như một tổ hợp cơ học các nguyên tử đơn giản Đồng thời ông không chịu chấp nhận rằng các chất đơn giản (đơn chất) cũng có thể gồm các nguyên tử phức tạp (phân tử) và còn cho rằng nguyên tử không có chuyển động nào đặc biệt ngoài chuyển động nhiệt

c- Thuyết cấu tạo nguyên tử theo Rơzơfo và Bo

Cho tới thế kỷ XIX có nhiều phát minh quan trọng : Tia Rơnghen, tia

âm cực, hiện tượng phóng xạ cho thấy quan niệm cũ về nguyên tử không còn phù hợp nữa Trong đó các sự kiện đặc biệt đáng chú ý là :

- Sự tìm ra tia âm cực, khám phá ra electron (cụ thể trong bài soạn thực nghiệm)

Năm 1897, electron được phát hiện do công lao của nhiều nhà bác học, chủ yếu là nhà vật lý học người Anh Thomson

Thực nghiệm chứng tỏ electron có mặt ở mọi chất, nó là một trong những thành phần cấu tạo nên nguyên tử của nguyên tố hoá học

Năm 1909 nhà vật lý học người Mỹ là Miliken đã xác định chính xác điện tích của electron và khối lượng của nó

Cũng vào thời đó, nhà vật lý học người Pháp Becoren và ông bà Pie - MariQuyri phát hiện ra hiện tượng phóng xạ, các nguyên tố phóng xạ

có khả năng phát ra những tia phóng xạ và biến thành những nguyên tử nguyên tố khác

Việc khám phá ra các hạt còn nhỏ hơn nguyên tử chứng tỏ rằng nguyên tử có cấu tạo phức tạp, nguyên tử có thể phóng ra những hạt có khối lượng nhỏ hơn và biến đổi thành nguyên tử của nguyên tố khác

Vậy nguyên tử có cấu tạo như thế nào ?

- Có thể là nguyên tử ở thể đồng nhất và nó bị vỡ ra thành các mảnh khác nhau

- Cũng có thể nguyên tử được tạo nên từ các loại hạt khác nhau và ta quan sát được riêng biệt từng loại hạt

- Hay còn có những khả năng khác nữa ?

Từ những sự kiện thực nghiệm đó, người ta tìm hiểu thành phần cấu tạo nguyên tử

*) Thí nghiệm chứng tỏ sự tồn tại của hạt nhân nguyên tử (năm 1911)

Cho đến cuối thế kỷ XIX, những tài liệu thực nghiệm về hiện tượng phóng xạ, tia âm cực cho thấy thành phần cấu tạo nguyên tử đều có electron và có những hạt mang điện tích dương Vấn đề đặt ra là, trong nguyên tử, electron và các phần tử tích điện dương được sắp xếp như thế nào

?

Năm 1911 nhà bác học người Anh là Rơzơfo (học trò của Thomson)

đã giải đáp được câu hỏi đó khi nghiên cứu quá trình những hạt  đi xuyên qua các chất khác nhau

Rơzơfo và các đồng sự chiếu một chùm hạt  (phát ra từ chất phóng xạ) xuyên qua 1 lá vàng mỏng (dày ~ 1 micromet) và dùng một màn huỳnh quang để theo dõi đường đi của hạt  Mỗi khi hạt  đập vào màn thì loé lên một điểm sáng (hình 1)

Như vậy giải thích điều đó ra sao ?

Giải thích hiện tượng đó là :

Các hạt  tích điện dương, chúng bị lệch đường đi hoặc bị bật trở lại chỉ có thể là do chúng đến gần các phân tử điện tích khác có độ tập trung rất cao nên bị đẩy vì chỉ có một phần rất nhỏ các hạt  bị lệch hướng nên Rozofo cho rằng các hạt tích điện dương tập trung ở tâm, còn các hạt electron thì quay xunh quanh trong thể tích ứng với thể tích của nguyên tử

*) Sự khám phá ra hạt Proton

Năm 1916 Miliken đã khám phá ra hạt proton và những đặc tính của

nó Mặt khác cũng xác định được rằng hạt nhân nguyên tử hiđro có điện tích đúng bằng điện tích của electron nhưng ngược dấu và nặng hơn hạt electron

1840 lần

*) Sự khám phá ra hạt nơtron

Năm 1932 Chatwich, cộng tác viên của Rozofo đã khám phá ra hạt nơtron

Những dữ kiện thực nghiệm đó và các thí nghiệm sau đó đã xác nhận

sự tồn tại của hạt nhân nguyên tử Xác định thành phần cấu tạo hạt nhân nguyên tử Từ đó xác định thành phần cấu tạo nguyên tử

*) Sự tìm ra các đồng vị :

Năm 1913 Tomxon đã phát minh ra khối phổ kế có thể xác định được khối lượng của từng nguyên tử riêng biệt thay cho việc xác định khối lượng nguyên tử trung bình trước đó Sau đó người ta lần lượt phát hiện ra đồng vị của hầu hết các nguyên tố và đặc biệt lưu ý : Tỉ lệ đồng vị của một nguyên

tố bao giờ cũng không đổi, không tuỳ thuộc vào các hợp chất hoá học chứa các đồng vị đó

*) Các hạt cơ bản khác :

Ngoài các hạt cơ bản cấu tạo nên nguyên tử là e, p, n còn có những loại hạt khác có trong thành phần cấu tạo nguyên tử Nhưng đối với chương trình phổ thông, chỉ cần nghiên cứu ba loại hạt e, p, n là đủ

* Những ưu điểm và những thiếu sót của mẫu Rơzơfo - Bo

- Ưu điểm :

Mẫu nguyên tử hành tinh của Rơzơfo - Bo cho phép giải thích sự phát sinh của các quang phổ vạch hiđro và tính toán tần số của các vạch đó mà suốt ba thập kỷ các nhà bác học không giải đáp được

Mặt khác thuyết không giải thích được nguyên nhân và bản chất của liên kết hoá học, một vấn đề đặc biệt quan trọng để nghiên cứu thế giới hoá học

Vì vậy mẫu Bo phải được thay thế bằng một mẫu khác phù hợp với thực tế đó chính là cấu tạo nguyên tử theo lý thuyết cơ học lượng tử

d) Cấu tạo nguyên tử theo lý thuyết cơ học lượng tử

Nhờ công trình nghiên cứu của các nhà bác học ĐoBrơi, Haydenbec, Srơdingơ, Paoli môn cơ học mới ra đời nghiên cứu chuyển động của các hạt vi mô, đó là cơ học lượng tử

Giải phương trình srơdingơ, người ta thu được những kết quả sau :

- Xác định được các mức năng lượng của electron trong nguyên tử

- Tính được xác suất có mặt của electron trong nguyên tử ở một vị trí nào đó tại thời điểm nào đó

- Tính được khoảng cách trung bình giữa electron và hạt nhân nguyên tử

*) Các số lượng tử :

Trạng thái của electron trong nguyên tử được xác định bằng 4 số lượng tử

* Số lượng tử phụ l (số lượng tử obitan)

l xác định mức năng lượng của electron trong nguyên tử, đồng thời xác định hình dáng của obitan

Mỗi obitan được đặc trưng đầy đủ bằng một bộ phận gồm 3 số lượng

*) Chuyển động của electron xung quanh hạt nhân :

Electron trong nguyên tử chuyển động không ngừng với tốc độ rất lớn xung quanh hạt nhân tích điện dương, cơ học lượng tử cho biết rằng không thể xác định được quỹ đạo của electron trong nguyên tử

Khái niệm quỹ đạo electron trong nguyên tử không còn ý nghĩa Tất

cả những gì có thể biết về electron trong nguyên tử là khả năng tìm thấy electron (hay xác suất có mặt của electron) ở gần một điểm nào đó xung quanh hạt nhân tại một thời điểm nào đó

CHƯƠNG 2 : NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHÁI NIỆM CẤU TẠO NGUYÊN TỬ TRONG CHƯƠNG TRÌNH

HOÁ HỌC PHỔ THÔNG

2.1 NỘI DUNG KHÁI NIỆM CẤU TẠO NGUYÊN TỬ TRONG CHƯƠNG TRÌNH HOÁ HỌC PHỔ THÔNG

Nội dung kiến thức hiện đại cần nắm

a- Thành phần cấu tạo nguyên tử

Bao gồm lớp vỏ và hạt nhân được cấu tạo từ 3 loại hạt cơ bản :

10-17m

b) Hạt nhân nguyên tử - Nguyên tố hoá học - Đồng vị :

*) Hạt nhân nguyên tử :

- Điện tích hạt nhân :

Điện tích hạt nhân nguyên tử có trị số bằng số proton và bằng số electron

- Số khối của hạt nhân :

c) Trạng thái electron trong nguyên tử :

*) Sự chuyển động của các electron trong nguyên tử, obitan nguyên tử :

Các electron trong nguyên tử chuyển động theo những quỹ đạo không

xác định với vận tốc rất lớn tạo nên đám mây tích điện âm bao quanh hạt

nhân

Obitan nguyên tử là khu vực không gian xung quanh hạt nhân, trong

đó tập trung phần lớn xác suất có mặt của các electron (khoảng 95%)

*) Lớp electron :

Các electron có mức năng lượng xấp xỉ nhau thì được xếp vào cùng

một lớp

Các lớp electron được xếp từ trong ra ngoài và được đánh số

n = 1, 2, 3, 4, hoặc được ký hiệu bằng dãy chữ cái lớn K, L, M, N,

tương ứng

*) Phân lớp electron :

Các electron có mức năng lượng như nhau thì được xếp vào một phân

lớp Do đó mỗi lớp có 1 hay nhiều phân lớp, các phân lớp được ký hiệu

bằng các chữ thường : s, p, d, f

Những luận điểm chung về sự phân bố electron trong nguyên tử theo

lớp, phân lớp, số electron tối đa và cấu hình electron của các nguyên tử

được tóm lược trong bảng sau :

)

Tổng số e trên phân lớp, lớp (2n 2

) Cấu hình e và các ô lượng tử các lớp xếp đầy e

học (M) và nội dung dạy học (N) quy định phương pháp dạy học (P) Quy luật đó được biểu diễn theo sơ đồ :

M N P Khi nghiên cứu quá trình hình thành và phát triển các khái niệm hoá học cơ bản, người ta đã phát hiện ra một đặc điểm rất quan trọng là tính lịch sử- logic của chúng Đặc tính này lại rất quan trọng đối với việc hoạt động hoá nhận thức của học sinh trong quá trình học tập Thực tế cho thấy rằng học sinh sẽ gặp khó khăn rất nhiều trong việc tiếp thu một khái niệm hoá học nào đấy nếu như quá trình nhận thức khái niệm đó không phù hợp với logic phát triển của nó trong khoa học Xuất phát từ đó chúng tôi muốn dựa vào tính lịch sử - logic của khái niệm, định luật và học thuyết hoá học

cơ bản để xây dựng và giải quyết các tình huống có vấn đề nhằm nâng cao hiệu quả giảng dạy nội dung này theo hướng hoạt động hoá người học

Trước hết chúng ta tìm hiểu nội dung khái niệm về tính lịch sử - logic của khái niệm hoá học cơ bản

a- Tính lịch sử - logic của một khái niệm, định luật, học thuyết hoá học:

Chúng ta biết rằng quá trình nhận thức của con người về một vấn đề nào đó (một khái niệm, định luật ) thường không có giới hạn tuyệt đối Quá trình đó luôn luôn phát triển và đi sâu vào bản chất của vấn đề qua nhiều giai đoạn với các mức độ khác nhau :

Bản chất bậc 1  Bản chất bậc 2  Bản chất bậc 3

Sau mỗi giai đoạn, mỗi khái niệm hay định luật vừa được hình thành lại dần dần trở nên lạc hậu về nội dung khoa học, thậm chí bế tắc trước

những đòi hỏi mới của thực tiễn Từ đó buộc con người phải xem xét lại quan điểm hiện tại, tiếp tục nghiên cứu sâu hơn nữa để đề xuất giả thuyết mới, xây dựng một quan điểm lý thuyết mới Nói cách khác việc phát minh

ra định luật hay một khái niệm khoa học mới thường được quy định bởi những phát minh trước đó của khoa học Đó là một tất yếu khách quan và cũng là một yêu cầu về nguyên tắc lịch sử

b- Quá trình nhận thức của học sinh theo quan điểm lịch sử - logic của khái niệm khoa học và việc áp dụng dạy học nêu vấn đề

Quá trình học tập của học sinh có nhiều nét giống với quá trình nhận thức khoa học, vì rằng trong quá trình đó có sự khôi phục lại con đường tìm tòi khoa học ở một mức độ nhất định và dẫu sao học sinh cũng thực hiện một phát minh khoa học độc đáo với bản thân mình Tất nhiên điều này còn phụ thuộc vào phương pháp dạy học mà giáo viên sử dụng Cũng như trong quá trình nhận thức nói chung, việc học tập bắt đầu từ việc tri giác những sự kiện và những hiện tượng mới, học sinh cũng phải va chạm với những điều mâu thuẫn nhau Chính những mâu thuẫn và những khó khăn trong bài toán nhận thức là những tình huống có vấn đề của học sinh, nó sẽ kích thích tư duy và gây hứng thú nhận thức cho học sinh

Như vậy, chúng ta thấy rằng tính lịch sử - logic của khái niệm khoa học nói chung và khái niệm hoá học nói riêng với dạy học nêu vấn đề có mối quan hệ đặc biệt Trong đó tính lịch sử - logic khoa học và những đặc trưng của nó có tác dụng lôi cuốn một cách tự nhiên dạy học nêu vấn đề Nếu như tính lịch sử - logic của một khái niệm hoá học cơ bản được phản ánh trong chương trình sách giáo khoa thì theo chúng tôi, mối quan hệ giữa nội dung, phương pháp và hiệu quả của việc dạy học có thể được biểu diễn theo sơ đồ sau :

2.2.2 Đặc điểm phương pháp giảng dạy khái niệm cấu tạo nguyên tử:

a) Sử dụng tính lịch sử - logic của khái niệm cấu tạo nguyên tử để

áp dụng dạy học nêu vấn đề:

Như phần mở đầu đã nói, khái niệm cấu tạo nguyên tử là vấn đề khó dạy và khó học, nội dung kiến thức trừu tượng không thể làm thí nghiệm hoặc giải các bài tập tính toán cần thiết để đi đến những kết luận Học sinh phải thừa nhận những điều hầu như đã hiển nhiên Tuy vậy tính lịch sử -logic của khái niệm này lại có những đặc điểm mà chúng ta có thể áp dụng

để tạo tình huống có vấn đề, giải quyết vấn đề, gây hứng thú và từ đó giúp học sinh tiếp thu tốt khái niệm này

Khái niệm cấu tạo nguyên tử được hình thành và phát triển dựa trên thành tựu của nhiều thế hệ các nhà bác học Cứ mỗi thành tựu là một lời giải đáp cho bài toán nhận thức về nguyên tử ở mỗi giai đoạn lịch sử và sau đó lại xuất hiện mâu thuẫn giữa thuyết nguyên tử đang tồn tại và những phát hiện mới của thực tiễn Đó lại là một bài toán nhận thức mới về nguyên tử cần được giải đáp

Cấu trúc, nội dung

chương trình (quá

trình hình thành và

phát triển khái niệm

Quá trình học tập nhận thức của học sinh

Tính lịch sử - logic

của khái niệm hoá học cơ

bản

Hiệu quả, tích cực sáng tạo

Dạy học nêu vấn

đề (orictic)

Về khái niệm cấu tạo nguyên tử, như đã trình bày ở trên, có 2 vấn đề cần được giải quyết : thành phần cấu tạo và trạng thái tồn tại của các thành phần đó

*) Vấn đề 1 : Thành phần cấu tạo nguyên tử :

Giáo viên hướng dẫn vấn đề bằng cách kể vắn tắt lịch sử một công trình nghiên cứu về nguyên tử của các nhà bác học

- Thời cổ đại : (thế kỷ V trước công nguyên) quan điểm đầu tiên về nguyên tử do Loxip và Democrit đưa ra : Nguyên tử là hạt nhỏ nhất của vật chất, không thể phân chia được nữa

- Thời trung cổ : Thuyết nguyên tử bị cấm đoán bởi luật của các nhà thờ thiên chúa

- Thế kỷ XVII : Thuyết nguyên tử được khôi phục do công lao của nhiều nhà bác học và JonĐantơn là người hoàn chỉnh thuyết nguyên tử : mọi chất đều được tạo nên từ những hạt nhỏ nhất không phân chia được nữa đó là nguyên tử

- Thế kỷ XIX : Xuất hiện các phát minh mới : Tia Ronghen, tia âm cực và hiện tượng phóng xạ Những phát minh này cho thấy quan niệm cũ

về nguyên tử không còn phù hợp nữa

Vậy nguyên tử còn được cấu tạo bởi những thành phần nào nữa ? Với cách đặt vấn đề như trên, chúng ta đã dẫn dắt học sinh vào các nội dung cụ thể một cách tự nhiên, thoải mái

Chính những hạn chế của thuyết Rozofo - Bo khi giải thích các vấn

đề thực tiễn đã mở đường cho việc hình thành và phát triển khái niệm cấu tạo nguyên tử theo quan điểm cơ học lượng tử

b) Một số phương pháp dạy học khác có thể áp dụng khi truyền thụ khái niệm cấu tạo nguyên tử:

Như trên đã nói, tính lịch sử - logic của khái niệm hoá học cơ bản đã tạo điều kiện để áp dụng dạy học nêu vấn đề Thông qua đó học sinh tiếp nhận khái niệm cấu tạo nguyên tử một cách tự giác, có hệ thống và có logic phát triển từ thấp đến cao

Ngoài ra nội dung khái niệm cấu tạo nguyên tử còn một số vấn đề cụ thể hơn, chi tiết hơn mà ta phải áp dụng các phương pháp dạy học khác như Trực quan, Đàm thoại, Tiên đề…

+ Sơ đồ tóm tắt thí nghiệm tìm ra tia âm cực

+ Bảng khối lượng và điện tích của các hạt cấu tạo nên nguyên tử + Mẫu hành tinh nguyên tử của Rơzơfo và Bo

+ Mô hình mây electron và obitan nguyên tử của nguyên tử Hidrô + Các mô hình biểu diễn lớp electron, phân lớp electron…

- Phương pháp Tiên đề :