Phương pháp giảng dạy chương: nguyên tử

PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY CHƯƠNG: NGUYÊN TỬ œ ¯  MỤC TIÊU CỦA CHƯƠNG Về kiến thức Học sinh biết : Thành phần cấu tạo nguyên tử Kích thước khối lượng nguyên tử Điện tích hạt nhân, số khối, nguyên tố hóa học, đồng vị Obitan nguyên tử, lớp e, phân lớp e, cấu hình e nguyên tử của các nguyên tố hóa học Học sinh hiểu: Sự biến đổi tuần hòan cấu trúc lớp võ e nguyên tử của các nguyên tố hóa học Đặc điểm của lớp e ngòai cùng Về kỹ năng Rèn luyện kỹ năng viết cấu hình e nguyên tử Các dạng bài tập về cấu tạo nguyên tử Thái độ Xây dựng lòng tin vào khả năng của con người tìm hiểu bản chất của thế giới vi mô CẤU TRÚC CỦA CHƯƠNG “NGUYÊN TỬ” P,n (khối lượng, kích thươc, diện tích) Khối lượng, kích thước, điện tích, chuyển động của electron Hình dạng các Obitan nguyên tử Năng lượng và cấu trúc e trong nguyên tử các nguyên tố Đặc điểm lớp electron ngoài cùng của KL, PK, khí hiếm Nguyên tử gồm e, p, n cấu tạo rỗng, trung hòa điện đđiện Hạt nhân nguyên tử Điện tích hạt nhân (Z) Số khối A = N+Z Nguyên tố hóa học Ký hiệu A Z X Đồng vị Khối lượng nguyên tử trung bình Lớp vỏ Electron Lớp , phân lớp electron. Nguyên lý bền vững Cấu hình electron Sự phân bố e theo obitan III . MỘT SỐ NỘI DUNG CƠ BẢN VÀ KHÓ TRONG CHƯƠNG CẦN ĐƯỢC LƯU Ý Sự chuyển động của các electron: cần lưu ý đến tính chất chuyển động của các hạt vi mô. Nó không tuân theo các định luật của vật lý cổ điển. Hàng ngày học sinh tiếp xúc với các hiện tượng vĩ mô nên thường nhìn thế giới vi mô bằng con mắt vĩ mô. Ta có thể mô tả thí nghiệm về dạng chuyển động của hạt vi mô và vĩ mô để hiểu được sự khác nhau về dạng chuyển động của hai loại hạt này. Từ đó học sinh hiểu được vì sao không nói đến quĩ đạo của electron trong nguyên tử mà chỉ nói đến xác suất có mặt của nó ở vị trí này hay vị trí khác. ( Giáo viên dùng tranh vẽ mô tả thí nghiệm ). Cơ học lượng tử cho phép xác định sự phân bố mật độ xác suất có mặt của electron trong nguyên tử ứng với các trạng thái khác nhau. Trên cơ sở hiểu đúng đặc điểm của hạt vi mô sẽ giúp học sinh hiểu được khái niệm obitan nguyên tử. Khi nghiên cứu hạt nhân nguyên tử ta cần chú ý đến sự hụt khối lượng khi tổng hợp hạt nhân nguyên tử từ những proton và nơtron. Sự hụt khối lượng này là dáng kết nên có sự giải phóng một năng lượng rất lớn (nguyên tắc Brom H2). Năng lượng này được thoát ra khi các hạt vi mô liên kết với nhau trong hạt nhân nguyên tử. Khi hình thành khái niệm đồng vị cần phân biệt hai khái niệm “khối lượng nguyên tử” và “số khối” Khối lượng nguyên tử của một nguyên tố hóa học là giá trị trung bình giữa lượng % của tất cả các dạng đồng vị của nguyên tố đã cho. Số khối là khối lượng đặc trưng của 1 đồng vị cụ thể. Ta cần nói rõ rằng đồng vị có hầu hết tất cả các nguyên tố, do đó dấu hiệu của nguyên tố không phải là trọng lượng nguyên tử hay số khối mà là diện tích hạt nhân nguyên tử. Từ đó giúp học sinh hiểu đúng định nghĩa nguyên tố hóa học theo thuyết cấu tạo nguyên tử. Khái niệm Obitan: Đây là khái niệm khó, giáo viên cần phải giải thích nhiều nên chuẩn bị hình vẽ để lí giải. Cần xuất phát từ hình vẽ mẫu hành tinh nguyên tử của Bo, Rơzepo để mô tả một cách hệ thống quan niệm về chuyển động của electron làm cơ sở cho việc hình thành khái niệm obitan. VD: Dùng hình vẽ obitan nguyên tử hidrô để mô tả dạng chuyển động của electron và hình thành khái niệm obitan nguyên tử hidrô. Nguyên tử có 1 electron. Electron này có thể có mặt trong vùng không gian bao quanh hạt nhân, dạng hình cầu đường kính 1A0 Chú ý: khi sử dụng hình vẽ obitan nguyên tử Hidro cần nói rõ mỗi chấm trên hình không phải tượng trưng cho một electron mà mô tả khả năng có mặt của 1 electron duy nhất của nguyên tử Hidro ( Xem mô phỏng ) Cần giới thiệu thêm obitan nguyên tử của một số nguyên tố khác để học sinh nắm được hình dạng của các obitan s, p,..(Xem mô phỏng) . Định nghĩa obitan chính là sự mô tả phương pháp biểu diễn obitan của cơ học lượng tử có tính chất gần đúng nhưng phù hợp với trình độ nhận thức của học sinh phổ thông. Lớp và phân lớp electron : Từ khái niệm obitan cần xác định: trong nguyên tử, mỗi e có một mức năng lượng riêng phụ thuộc vào lực tương tác của diện tích hạt nhân và e ở các vị trí khác nhau, khu vực khác nhau. Nội dung này là cơ sở để hình thành khái niệm, phân lớp electron. Lớp electron: Từ dữ kiện thực nghiệm xác định: Các e gần hạt nhân nhất thì liên kết với nhân chặt chẽ nhất, trạng thái bền nhất, khó tách khỏi nguyên tử nhất nên có mức năng lượng thấp nhất. Những e xa nhân hơn dễ tách khỏi nguyên tử, chúng có mức năng lượng cao hơn và e xa nhân nhất có mức năng lượng cao nhất, dễ tách khỏi nguyên tử nhất. Chính những e này qui định tính chất hóa học của nguyên tố. Giới thiệu sự phân bố e theo mức năng lượng để giới thiệu các lớp e. Phân lớp:Nội dung phần này chủ yếu dạy theo phương pháp tiên đề nên cần chuẩn bị bài diễn giảng theo logic chặt chẽ để học sinh thấy được tính hợp lý trong sự công nhận kiến thức đưa ra. + Từ nội dung : các e có mức năng lượng gần bằng nhau thuộc cùng 1 lớp mà xác định: Các e có cùng mức năng lượng xếp vào 1 phân lớp. Một lớp electron có nhiều phân lớp. Số phân lớp bằng số thứ tự của lớp. + Cho học sinh tính số phân lớp của các lớp electron và lưu ý cách biểu thị ký hiệu số lớp, phân lớp electron, ý nghĩa của các ký hiệu đó. + Số và dạng obitan trong một phân lớp: số và dạng obitan phụ thuộc vào đặc điểm của mỗi phân lớp electron, không phụ thuộc vào số thứ tự của lớp, nghĩa là dù ở lớp nào số obitan và dạng obitan của mỗi phân lớp là như nhau. + Sử dụng hình vẽ giới thiệu hình dạng và sự định hướng không gian của đám mây electron: s, p, d, f + Mô tả sự phân bố electron trong một obitan và kí hiệu dùng để mô tả trong mỗi obitan Đặc điểm của electron ngoài cùng: Nội dung này có thể sử dụng triệt để phương pháp đàm thoại để hoàn thiện kiến thức ở các bài trước và giúp học sinh nắm được nội dung cơ bản của bài. Từ bảng viết sẵn : Cấu hình electron của 20 nguyên tố đâu vào một mặt Cấu hình electron của các nguyên tố có 4 e ở lớp ngoài cùng là: C, Si, Ge, Sn, Pb Giáo viên đưa ra hệ thống câu hỏi dẫn dắt để đi đến nội dung cần nắm được : Số electron tối đa ở lớp ngoài của các nguyên tố. Số electron lớp ngoài cùng của khí hiếm, kim loại, phi kim. Các nguyên tố có 4 e lớp ngoài cùng: có thể là kim loại hoặc phi kim. Các electron lớp ngoài cùng hầu như quyết định tính chất hóa học của một nguyên tố. Ý nghĩa của việc nắm được sự phân bố các lớp electron, số lớp electron lớp ngoài cùng. Chú ý: Cần lấy các ví dụ, các bài tập cho học sinh vận dụng trong giờ học. IV. PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY : Chương cấu tạo nguyên tử được nghiên cứu ngay đầu chương trình PTTH. Các kiến thức trong chương là cơ sở lý thuyết giúp việc nghiên cứu các phần tiếp theo nên có ý nghĩa quan trọng trong việc nghiên cứu toàn bộ chương trình hóa học phổ thông. Đây là chương lý thuyết khó nhất, nhiều khái niệm trừu tượng nên cần chú ý nhiều về mặt phương pháp để học sinh tiếp cận được các nội dung hiện đại. Phương pháp dạy chủ yếu là sử dụng phương pháp tiên đề, nghĩa là học sinh công nhận các quan điểm cơ bản của thuyết cấu tạo nguyên tử và vận dụng vào các trường hợp cụ thể để hiểu và nắm được các quan điểm của thuyết electron. Cụ thể: Học sinh công nhận thành phần cấu tạo nguyên tử gồm các loại hạt proton, nơtron, electron để vận dụng: -Tính khối lượng nguyên tử (theo lý thuyết) - Hiểu khái niệm đồng vị để tính khối lượng nguyên tử trung bình của các nguyên tố à từ đó giải thích vì sau trong bảng hệ thống tuần hòan người ta ghi khối lượng nguyên tử của các nguyên tố là một số rất lẻ. - Công nhận tính chất chuyển động của electron để hiểu khái niệm obitan. - Công nhận số thứ tự của lớp electron bằng số phân lớp ( vd: lớp thứ nhất có 1 phân lớp là 1s, lớp thứ hai có 2 phân lớp là 2s 2p… lớp thứ n có n phân lớp. Chú ý từ lớp thứ 4 đến lớp thứ 7 chỉ có 4 phân lớp), số electron tối đa trong một obitan … để viết cấu hình electron của nguyên tử. - Công nhận sự trùng lắp: Số thứ tự nguyên tố = diện tích hạt nhân Số thứ tự chu kỳ = số lớp electron Số thứ tự phân nhóm chính = số e lớp ngoài. Cũng để vận dụng: - Từ vị trí nguyên tố trong HTTH cấu tạo nguyên tử. Biết tổng số các hạt trong cấu tạo nguyên tử để xác định nguyên tố. Sử dụng triệt để các phương tiện trực quan: mô hình, tranh vẽ kết hợp chặt chẽ với các phương pháp dùng lời như thuyết trình nêu vấn đề, đàm thoại… sự kết hợp hợp lý các phương pháp dùng lời và phương tiện trực quan giúp giải quyết các vấn đề khoa học của các nhà hóa học mà vận dụng vào việc giải các bài tập lý thuyết cụ thể. Tận dụng các tư liệu lịch sử về sự hình thành phát triển của học thuyết cấu tạo nguyên tử để tạo điều kiện thuận lợi cho học sinh hiểu được những nội dung lý thuyết mà các em phải công nhận. Giáo viên nên khai thác các bài đọc thêm, các kiến thức về cấu tạo nguyên tử mà học sinh đã được học trong chương trình vật lý và sưu tầm thêm các tư liệu về các quan điểm mô tả cấu tạo nguyên tử của các nhà hóa học cổ điển như: Lơxips, Đêmôcit, Đantôn, Rơzepo, Bor, Xômôphen … Khi sử dụng các tư liệu đó giáo viên chú ý kết hợp với bài giảng giúp học sinh hiểu được quá trình nghiên cứu vất vả, gian khổ của các nhà khoa học trong một thời gian dài để giúp cho nghành khoa học lý thuyết về nguyên tử – phân tử được phát triển mạnh mẽ và phát huy được những ứng dụng thực tiễn của nó ngày nay. Sự khám phá ra hạt nhân nguyên tử - Sự tìm ra Proton Chúng ta thấy trong nguyên tử có các hạt nhỏ bé: electron, proton là các hạt mang điện tích trái dấu, nơtron là hạt không mang điện tích. Năm 1911, Rơ-dơ-pho và các cộng sự đã cho các hạt α bắn phá một lá vàng mỏng và dùng màn huỳnh quang đặt sau lá vàng để theo dõi đường đi của hạt α. Kết quả thí nghiệm cho thấy hầu hết các hạt α đều xuyên thẳng qua lá vàng, nhưng có một số rất ít đi lệch hướng ban đầu hoặc bị bật lại phía sau khi gặp lá vàng Năm 1916, Rơ-dơ-pho (Rutherford) phát hiện ra một loại mang điện tích dương được gọi là proton, đó chính là ion dương H+ , được kí hiệu bằng chữ p: H H + + e ( Xem mô phỏng) Sự tìm ra nơtron Năm 1932, Chat-vích ( Chatwick), cộng tác viên của Rơ-dơ-pho dùng hạt a bắn phá một tấm loại beri mỏng đã phát hiện ra một loại hạt mới có khối lượng xấp xỉ khối lượng của proton, nhưng không mang điện, được gọi là hạt nơtron (kí hiệu là n). Hạt nhân nguyên tử của mọi nguyên tố đều có các hạt proton và nơtron, trừ nguyên tử hidro có một proton Sự tìm ra electron Năm 1897, Tôm-xơn (J.J. Thomson), nhà bác học Anh, khi nghiên cứu hiện tượng phóng điện trong khí loãng đã phát hiện ra tia cực âm mà bản chất là chùm các hạt bé nhỏ mang điện tích âm, gọi là electron. ( xem mô phỏng tia âm cực) Trong giảng dạy cần kết hợp thực hiện nhiệm vụ hình thành thế giới quan khoa học cho học sinh. Nội dung kiến thức trong chương gồm nhiều tư liệu phong phú để giúp cho học sinh hiểu được các quan điểm duy vật biện chứng: giáo viên cần lựa chọn tư liệu và cách diễn đạt sinh động, tế nhị, kết hợp khéo léo với nội dung bài dạy.