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

Bộ giáo dục & đào tạo



trờng đại học vinh
khoa hoá học

- -

Phạm Thị Thuỳ Nhung

trong chơng trình hoá học trung học phổ thông
-----------luận văn tốt nghiệp cử nhân hoá học

Chuyên ngành : Ph ơng pháp giảng
dạy

_

Vinh, tháng 5 năm 2002

_


2

lời cảm ơn
Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn, em đã
nhận đợc sự giúp đỡ tận tình của các thầy, cô giáo trong tổ phơng
pháp giảng dạy của khoa, đặc biệt là Thầy giáo Tiến sĩ Lê Văn Năm
- chủ nhiệm bộ môn phơng pháp giảng dạy (Khoa Hoá - Đại học
Vinh), đồng thời em cũng nhận đợc sự giúp đỡ của các thầy, cô giáo
và các đồng nghiệp ở trờng trung học phổ thông Yên Mô B - Tỉnh
Ninh Bình.
Em xin đợc bày tỏ lòng cảm ơn chân thành của mình đối với
các thầy, cô giáo trong khoa cũng nh các thầy cô giáo ở trờng 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


3

mục lục
Trang
Phần mở đầu

I/ Tính cấp thiết của đề tài
II/ Lịch sử vấn đề
III/ Khách thể và đối tợng nghiên cứu

IV/ Mục đích, nhiệm vụ và phơng pháp nghiên cứu
V Giả thuyết khoa học
VI/ Đóng góp của đề tài
Phần thứ hai : Nội dung

Chơng 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
1.2: Các giai đoạn của quá trình hình thành những khái niệm trong
chơng trình hoá học phổ thông.
1.3: Nội dung nghiên cứu việc hình thành các khái niệm
1.4: Hình thành khái niệm cấu tạo nguyên tử (CTNT)
Chơng 2 : Nội dung và phơng pháp nghiên cứu khái niệm cấu tạo
nguyên tử trong chơng trình hoá học phổ thông
2.1: Nội dung khái niệm CTNT trong chơng trình hoá học phổ thông
2.2: Đặc điểm phơng pháp giảng dạy khi nghiên cứu khái niệm CTNT
2.3: Một số bài soạn
Chơng 3 : Thực nghiệm s phạm
3.1: Mục đích thực nghiệm
3.2: Chuẩn bị thực nghiệm
3.3: Tiến hành thực nghiệm
3.4: Nội dung thực nghiệm
3.5: Phân tích kết quả thực nghiệm

4
4
5
6
6
7

7
8
8
8
10
11
12
21
21
24
30
48
48
48
49
50
50


4
55
57
58

Phần thứ ba : Kết luận

Tài liệu tham khảo
Phụ lục

Phần Mở đầu

I/ Tính cấp thiết của đề tài :

Đất nớc ta đang trong thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá nhằm
thực hiện mục tiêu dân giàu nớc mạnh, xã hội công bằng dân chủ văn minh,
vững bớc 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 trởng kinh tế nhanh và bền vững.
Tình hình đó đặt ra cho nhà trờng 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
nh mục đích, nội dung, phơng pháp dạy học. Phơng pháp gắn bó chặt chẽ
với mục đích và nội dung và chịu sự quy định của mục đích và nội dung.
Nh vậy, phơng pháp dạy học là yếu tố cuối cùng quyết định hiệu quả của
quá trình dạy học.
Trong chơng 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 tợng, không thể làm thí nghiệm hoặc
giải các bài tập tính toán cần thiết để đi đến những kết luận. Tình trạng hiện


5

nay ở trờng phổ thông cho thấy : khi dạy phần này hầu hết các giáo viên đều
dùng phơng pháp diễn giảng là chính, bắt buộc học sinh phải thừa nhận
những điều coi nh 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 đợc 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 chơng 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 chơng trình hoá học phổ thông mà cả với khoa học hoá học. Đã có nhiều
tác giả trong và ngoài nớc 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 hớng :
+ 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 chơng 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 nh : mây electron, cấu tạo lớp vỏ electron ...
- Trong nớc :
+ Tầm khái quát có các tác giả : Nguyễn Ngọc Quang - Nguyễn Cơng
viết về ý nghĩa, tầm quan trọng của việc nghiên cứu khái niệm cấu tạo
nguyên tử ở trờng 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


6

triển các khái niệm cấu tạo nguyên tử và phơng pháp giảng dạy một số nội
dung cụ thể của khái niệm này. Năm 1999 - tại khoa Hoá, trờng Đại học S 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 phơng pháp. Ngoài phơng pháp nêu vấn đề (áp dụng tính lịch sử - logic của khái
niệm hoá học cơ bản) chúng tôi còn áp dụng thêm các phơng pháp dạy học khác nh :
Trực quan; Đàm thoại; Tiên đề ... để nâng cao hiệu quả giảng dạy các bài : "Thành
phần cấu tạo nguyên tử, kích thớc khối lợng nguyên tử" và bài: "Hạt nhân nguyên tử
- Nguyên tố hoá học - Đồng vị".
III/ Khách thể và đối tợng nghiên cứu :

1- Khách thể nghiên cứu :
Quá trình hình thành và phát triển khái niệm hoá học cơ bản trong chơng trình hoá học phổ thông.
2- Đối tợng nghiên cứu :
Nội dung và phơng pháp hình thành khái niệm cấu tạo nguyên tử trong chơng trình hoá học trung học phổ thông.
IV/ Mục đích, nhiệm vụ và phơng 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 phơng 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 chơng trình hoá học trung học phổ thông.


7

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 trờng
trung học phổ thông hiện nay.
- Vận dụng một số phơng pháp dạy học tích cực nh nêu vấn đề, tiên đề,
trực quan ... để giảng dạy một số nội dung của chơng cấu tạo nguyên tử.
- Thực nghiệm s phạm.
3- Phơng 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 s phạm.
- Xử lý kết quả thực nghiệm bằng phơng 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 chơng 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 t duy trừu tợng, 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 chơng trình hoá học
trung học phổ thông.


8

- 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 chơng trình hoá học trung
học phổ thông.

phần thứ hai : Nội dung
Chơng 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 chơng trình hoá học phổ thông :
Nhiệm vụ cơ bản của việc dạy học trong nhà trờng 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 ngời mới của xã hội xã hội chủ nghĩa. Việc
dạy học theo tinh thần mới đòi hỏi nội dung trí dục phải phản ánh đợc 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 đợc những
thuộc tính bản chất của thế giới vật chất, những mối liên hệ nội tại sâu xa
của sự vật và hiện tợng, phải làm cho họ thấy chúng trong sự vận động, biến
đổi và phát triển. Để thực hiện đợc những nguyên tắc cơ bản của việc dạy
học về tính t tởng 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

9

khái niệm cơ bản đợc 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.
Nh vậy thực chất của quá trình dạy hoá học ở trờng phổ thông là hình
thành các khái niệm hoá học cơ bản.
Muốn hoàn thành tốt nhiệm vụ này, ngời giáo viên ngoài việc nắm
vững kiến thức chuyên môn thì còn phải đáp ứng yêu cầu của logic học. Do
đó ngời giáo viên phải biết đợc 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 t duy gì để định nghĩa và chứng minh khái niệm,
vận dụng khái niệm nh 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 ngời 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 t duy trừu tợng và từ t duy trừu tợng
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 đợc lặp đi lặp lại nhiều lần, nhận thức chuyển lên một giai đoạn
cao hơn nhờ các thao tác t duy nh phân tích, tổng hợp, so sánh ... khái quát
hoá để tạo nên khái niệm.
b- Các hình thức t duy của con ngời :


10

Sau khi đã có khái niệm, con ngời vận dụng các khái niệm để phán
đoán suy lý và tạo ra hệ thống lý luận. Đây là giai đoạn t duy trừu tợng. Nh
vậy t duy trừu tợng đợc thể hiện qua 3 hình thức : t duy khái niệm, t duy
phán đoán và t duy suy lý.

*) T duy khái niệm :
Khái niệm là sản phẩm cao của quá trình nhận thức và là hình thức
khởi đầu của t duy trừu tợng. Nó là tế bào tạo nên cơ thể nhận thức. Trong
giảng dạy hoá học, thông qua các khái niệm cơ bản nh 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.
*) T duy phán đoán :
Là một hình thức t duy trong đó bao gồm nhiều khái niệm liên hệ với
nhau theo một quy luật nhất định để thực hiện một t tởng nào đó.
Ví dụ : Hiđroclorua là một chất mà phân tử có cấu tạo phân cực nên
tan nhiều trong nớc ...
*) T duy suy lý :
Là hình thức t duy trong đó một, hai hay nhiều phán đoán đã đợc
chứng minh ta đợc 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 CO 2.
Trong giảng dạy hoá học việc vận dụng các thao tác t duy và các hình
thức t duy sẽ có tác dụng truyền thụ kiến thức và phát triển t duy cho học
sinh.


11
1.2. Các giai đoạn của quá trình hình thành những khái niệm

trong chơng trình hoá học phổ thông :

Trên cơ sở phân tích cấu trúc chơng trình hoá học phổ thông dựa vào
các học thuyết, các định luật hoá học cơ bản đợc đa vào chơng 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 tợng) đến
t duy trừu tợng (bản chất của sự vật, hiện tợng, 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
nh sau :


12

a. Xét tầm quan trọng của khái niệm đối với hoá học nói chung và chơng 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 phơng pháp s 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 trờng phổ thông :
Khái niệm cấu tạo nguyên tử ở trờng 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 chơng 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.


13

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

Mối liên kết hoá học của các nguyên tử (ion, ...) đợc coi nh kết quả
của sự thay đổi vị trí các electron trong nguyên tử và mối liên quan tong 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 nh 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 t duy nh 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 hớng có lợi cho con ngời.
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 ngời 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 :


14

Thế kỷ V trớc công nguyên, quan điểm đầu tiên về nguyên tử do

Loxip và Đemocrit đa ra : Nguyên tử là hạt nhỏ nhất của vật chất không thể
phân chia đợc nữa. Nguyên tử không tự biến mất hay tự tạo ra, chúng vĩnh
viễn tồn tại và vận động. Tất cả những hiện tợng 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 đợc
phục hồi do công lao của nhiều nhà bác học nh R.Bôi (ngời Anh),
Lômônôxôp (ngời Nga), Avôgadrô (Italia)...
b- Thời kỳ thuyết nguyên tử của Đanton :
Đến thế kỷ XIX : Nhà bác học ngời Anh J.Đanton là ngời hoàn thành
thuyết nguyên tử. Ông cho rằng mọi chất đều đợc tạo nên từ những hạt nhỏ
nhất, không phân chia đợc nữa gọi là nguyên tử. Các nguyên tử liên kết với
nhau bằng những lực hút tơng hỗ.
Nh vậy thuyết nguyên tử của Đanton là cơ sở đa vào hoá học khái
niệm khối lợng nguyên tử của các nguyên tố. Ngay thời đó đã có những dự
đoán đúng về nguyên tử khối của nhiều nguyên tố.
Nhng cạnh đó thuyết nguyên tử của Đanton cha nhìn thấy sự khác
nhau về chất giữa nguyên tử đơn giản và nguyên tử phức tạp. coi nguyên tử
phức tạp nh 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


15

Cho tới thế kỷ XIX có nhiều phát minh quan trọng : Tia Rơnghen, tia
âm cực, hiện tợng 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 đợc phát hiện do công lao của nhiều nhà bác học,
chủ yếu là nhà vật lý học ngời 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 ngời Mỹ là Miliken đã xác định chính xác
điện tích của electron và khối lợng của nó.
Cũng vào thời đó, nhà vật lý học ngời Pháp Becoren và ông bà

Pie

- MariQuyri phát hiện ra hiện tợng 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
lợng nhỏ hơn và biến đổi thành nguyên tử của nguyên tố khác.
Vậy nguyên tử có cấu tạo nh 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 đợc tạo nên từ các loại hạt khác nhau và ta
quan sát đợc riêng biệt từng loại hạt.
- Hay còn có những khả năng khác nữa ?
Từ những sự kiện thực nghiệm đó, ngời ta tìm hiểu thành phần cấu tạo
nguyên tử.

16

*) 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 tợng
phóng xạ, tia âm cực ... cho thấy thành phần cấu tạo nguyên tử đều có
electron và có những hạt mang điện tích dơng. Vấn đề đặt ra là, trong
nguyên tử, electron và các phần tử tích điện dơng đợc sắp xếp nh thế nào ?
Năm 1911 nhà bác học ngời Anh là Rơzơfo (học trò của Thomson) đã
giải đáp đợc 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 đờng đi của hạt . Mỗi khi hạt đập vào màn thì loé lên
một điểm sáng (hình 1)

Các ông nhận thấy :
- Hầu hết các hạt đều xuyên qua lá vàng mà không bị lệch đờng đi. Điều
đó chứng tỏ nguyên tử không phải là những hạt đặc khít mà nó cấu tạo rỗng.
- Một số ít hạt (1/80000) bị lệch hớng ban đầu và đôi khi có hạt bật trở
lại sau khi đập vào lá vàng.


17

- Khi tăng độ dày của lá vàng lên 2 lần thì số hạt bật trở lại cũng tăng
lên khoảng 2 lần. Nhng đại đa số các hạt vẫn xuyên qua lá vàng theo hớng
ban đầu.
Nh vậy giải thích điều đó ra sao ?
Giải thích hiện tợng đó là :

Các hạt tích điện dơng, chúng bị lệch đờng 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 hớng nên Rozofo cho
rằng các hạt tích điện dơng 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 đợc rằng hạt nhân nguyên tử hiđro có điện tích
đúng bằng điện tích của electron nhng ngợc 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 đợc
khối lợng của từng nguyên tử riêng biệt thay cho việc xác định khối lợng
nguyên tử trung bình trớc đó. Sau đó ngời ta lần lợt phát hiện ra đồng vị của
hầu hết các nguyên tố và đặc biệt lu ý : Tỉ lệ đồng vị của một nguyên tố bao


18

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. Nhng đối với chơng

trình phổ thông, chỉ cần nghiên cứu ba loại hạt e, p, n là đủ.
* Những u điểm và những thiếu sót của mẫu Rơzơfo - Bo
- u 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 đợc.
- Hạn chế :
Mẫu nguyên tử Rozofo - Bo cho ta một hình ảnh đơn giản nhng không
đúng đắn về cấu tạo nguyên tử.
Việc đa ra quỹ đạo tròn và bầu dục (elíp) là không có căn cứ. Theo
điện động lực học khi một vật mang điện chuyển động sẽ bị mất năng lợng
(phát ra năng lợng) dới dạng bức xạ điện từ. Nh vậy electron không thể quay
mãi trên 1 quỹ đạo cố định mà phải dần và đi vào hạt nhân, kết quả là
nguyên tử bị phá vỡ. Nhng thực tế nguyên tử rất bền.
Mặt khác thuyết không giải thích đợc 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 đợc thay thế bằng một mẫu khác phù hợp với thực
tế đó chính là cấu tạo nguyên tử theo lý thuyết cơ học lợng tử.
d) Cấu tạo nguyên tử theo lý thuyết cơ học lợng tử


19

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 lợng tử.
Giải phơng trình srơdingơ, ngời ta thu đợc những kết quả sau :
- Xác định đợc các mức năng lợng của electron trong nguyên tử.
- Tính đợc xác suất có mặt của electron trong nguyên tử ở một vị trí
nào đó tại thời điểm nào đó.

- Tính đợc khoảng cách trung bình giữa electron và hạt nhân nguyên tử.
*) Các số lợng tử :
Trạng thái của electron trong nguyên tử đợc xác định bằng 4 số lợng
tử.
* Số lợng tử chính n.
Số lợng tử chính cho biết electron thuộc lớp nào trong nguyên tử và đợc ký hiệu nh sau :
n
Lớp

:

1

2

3

4

5

6

7

K

L

M

N

O

P

Q

Nó xác định mức năng lợng trung bình của electron trên lớp thứ n

Z2
Z : Điện tích hạt nhân
En
=- R
R : hằng số Ritbe, R = 13,6
2
n
Số lợng tử chính n cho biết khoảng cách trung bình giữa electron và
hạt nhân nguyên tử. Khi n tăng, khoảng cách đó cũng tăng.
* Số lợng tử phụ (số lợng tử obitan)
xác định mức năng lợng của electron trong nguyên tử, đồng thời xác
định hình dáng của obitan .
Số lợng tử phụ có các giá trị : = 0, 1, 2, 3, ....


20

Ký hiệu bằng các chữ

:

s, p, d, f, ...

Đối với một lớp n, có giá trị từ 0 đến (n - 1).
* Số lợng tử từ m.
Đối với mỗi giá trị của , m có thể nhận biết kỳ giá trị nguyên nào
trong giới hạn kể cả giá trị 0 .
Ví dụ : = 0
=

1

m có 1 giá trị
m nhận các giá trị

m = 0
- 1,

0, + 1

Mỗi obitan đợc đặc trng đầy đủ bằng một bộ phận gồm 3 số lợng tử
n, , m .
* Số lợng tử spin s.
Electron có chuyển động riêng, có mômen động lợng riêng do sự tự
quay quanh một trục tởng tợng của nó.
1
1
Số lợng tử spin có 2 trị số s = + và s = -
2

2
Tóm lại : Trạng thái đầy đủ của e trong nguyên tử đợc đặc trng bằng 4
số lợng tử n, , m, s.
Biết hình dạng của các obitan và các giá trị năng lợng tơng ứng cho
phép giải thích đợc nhiều tính chất của nguyên tử cô lập cũng nh bản chất
của liên kết hoá học giữa các nguyên tử đó.
*) 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 dơng, cơ học lợng tử cho biết rằng không thể
xác định đợc 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


21

electron (hay xác suất có mặt của electron) ở gần một điểm nào đó xung
quanh hạt nhân tại một thời điểm nào đó.
Chơng 2 :
Nội dung và phơng pháp nghiên cứu khái niệm
cấu tạo nguyên tử trong chơng trình
hoá học phổ thông.

2.1. Nội dung khái niệm cấu tạo nguyên tử trong chơng trình
hoá học phổ thông.

2.1.1. Cấp trung học cơ sở :
ở cấp trung học cở sở, khái niệm cấu tạo nguyên tử cha đợc hình
thành. Khái niệm nguyên tử thì còn rất đơn giản : nguyên tử là những phần
tử rất nhỏ bé không thể phân chia đợc.

2.1.2. Cấp trung 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 đợc cấu tạo từ 3 loại hạt cơ bản :

T.phần

Loại

Ký

Ng.tử

hạt

hiệu

Hạt

Proton

p

Khối lợng

Điện tích

Kích thớc

1,67.10-27kg hay 1đv.C

+ 1,6.10-19C hay

10-17m

nhân

Lớp vỏ

(1+) đvđt
Nơtron

n

1,67.10-27kg hay 1đv.C

Không mang điện

10-17m

electron

e

9,1.10-31kg hay

- 1,6.10-19C hay

10-17m

0,00055 đv.C

(1-) đvđt


22

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 :
A=Z+N

N : Số nơtron
A : Số khối
Z : Số proton

- Khối lợng nguyên tử = Khối lợng hạt nhân = số khối.
*) Nguyên tố hoá học :
- Định nghĩa : Tất cả các nguyên tử có cùng điện tích hạt nhân đều
thuộc cùng một nguyên tố hoá học.
- Ký hiệu nguyên tử :
A
Z

X

X : Ký hiệu nguyên tử
A : Số khối

Z : Số hiệu nguyên tử (ĐTHN)

*) Đồng vị :
- Định nghĩa : Các nguyên tử có cùng số proton nhng khác số nơtron
gọi là các đồng vị.
- Cách tính khối lợng nguyên tử trung bình của các đồng vị.
xA1 + yA2 + zA3 + ...
A =
100
x, y, z , ... là % đồng vị


23

A1, A2, A3, ... là số khối mỗi đồng vị

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 lợng xấp xỉ nhau thì đợc xếp vào cùng một
lớp.
Các lớp electron đợc xếp từ trong ra ngoài và đợc đánh số

n

= 1, 2, 3, 4, ... hoặc đợc ký hiệu bằng dãy chữ cái lớn K, L, M, N, ... tơng
ứng.
*) Phân lớp electron :
Các electron có mức năng lợng nh nhau thì đợc xếp vào một phân lớp.
Do đó mỗi lớp có 1 hay nhiều phân lớp, các phân lớp đợc ký hiệu bằng các
chữ thờng : s, p, d, f .


24

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 đợc
tóm lợc trong bảng sau :

Lớp
e
(n)

Số phân
lớp e
()

1-K

0

Tổng số
obitan trong
lớp (n2)

1s

1

0
2-L 1

2s
2p

1
3

0
3-M 1
2

3s
3p
3d

1
3
5

0
1
4-N 2
3

4s
4p
4d
4f

1
3
5
7

Tổng số e
trên phân lớp,
lớp (2n2)

1

2

4

2
6

9

16

2
6
10

2
6
10
14

2

Cấu hình e và các ô lợng tử các lớp xếp đầy e

1s2
2s2

2p6

8
3s2

3p6

3d10

4s2

4p6

4d10

18
4f14

32

d) Trật tự sắp xếp các electron trong nguyên tử của các nguyên tố.
*) Nguyên lý Pauli :
Trên 1 obitan chỉ có thể sắp xếp nhiều nhất là 2 electron và 2 electron
này phải tự quay khác chiều nhau xung quanh trục riêng của mỗi electron.
*) Nguyên lý vững bền :
Trong nguyên tử, các electron lần lợt chiếm cứ các mức năng lợng từ
thấp đến cao : 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d
*) Quy tắc Hund :
Trong nguyên tử các electron đợc sắp xếp vào các obitan nh thế nào
để số electron độc thân là tối đa.
2.2. Đặc điểm phơng pháp giảng dạy khi nghiên cứu khái niệm
cấu tạo nguyên tử :


25

2.2.1. Mối quan hệ giữa mục đích - nội dung - phơng pháp khi
nghiên cứu khái niệm cấu tạo nguyên tử :
Trong quá trình dạy học, mục đích, nội dung và phơng pháp dạy học
gắn bó chặt chẽ thống nhất và biện chứng với nhau. Trong đó mục đích dạy
học (M) và nội dung dạy học (N) quy định phơng pháp dạy học (P). Quy
luật đó đợc 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, ngời 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 nh 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 hớng hoạt động hoá ngời học.
Trớc 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 ngời về một vấn đề
nào đó (một khái niệm, định luật...) thờng 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 :