Tìm hiểu các học thuyết về cấu tạo nguyên tử và áp dụng vào giảng dạy chương trình hóa học lớp 10

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Năm 1794, ông mô tả khuyết tật của thị giác gọi là chứng mù màu. Phát minh 3 định luật làm cơ sở cho thuyết nguyên tử của hỗn hợp khí. Định luật áp suất riêng phần của các khí 1801. Định luật sự phụ thuộc giãn nở khí vào nhiệt độ ở áp suất cố định 1802. Định luật của sự phụ thuộc của độ tan khí vào áp suất riêng phần của chúng 1803. Vào 1808, Dalton đã đưa ra lý thuyết nguyên tử của ông để giải thích định luật bảo toàn khối lượng và định luật tỉ lệ các chất trong các phản ứng hóa học. Lý thuyết của ông dựa trên 5 giả thuyết: Giả thuyết thứ 1: Tất cả các vật chất đều được tạo thành từ các nguyên tử. Giả thuyết thứ 2: Các nguyên tử của cùng một nguyên tố sẽ có cùng một cấu trúc và tính chất. Giả thuyết thứ 3: Các nguyên tử không thể bị phân chia, không thể được sinh ra hoặc mất đi. Giả thuyết thứ 4: Các nguyên tử của các nguyên tố khác nhau kết hợp với nhau để tạo ra các hợp chất. Giả thuyết thứ 5: Trong các phản ứng hóa học, các nguyên tử có thể kết hợp, phân tách hoặc tái sắp xếp lại. Như vậy lý thuyết của Dalton không chỉ giải thích các định luật trên mà còn là cơ sở để xây dựng các lý thuyết khác về nguyên tử sau này, tiên đoán và phát minh định luật tỉ lệ bội 1803: Nếu hai nguyên tố tạo thành với nhau một số hợp chất, thì những khối lượng của nguyên tố này kết hợp với cùng một khối lượng của nguyên tố kia sẽ tỉ lệ bội với nhau như tỉ lệ giữa những số nguyên đơn giản. Ví dụ: cacbon và oxi tạo thành hai hợp chất có thành phần sau đây: Cacbon oxit: CO – 3 phần khối lượng cacbon và 4 phần khối lượng oxi Dương Thị Bích 7 K33A – Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Cacbon đioxit: CO2 – 3 phần khối lượng cacbon và 8 phần khối lượng oxi. Trong những hợp chất này các phần khối lượng oxi kết hợp với cùng một phần khối lượng cacbon (3 phần khối lượng) tuân theo tỉ lệ 4:8 hoặc 1:2 1803, thành lập bảng đầu tiên về khối lượng nguyên tử của hidro, nito, cacbon, lưu huỳnh, photpho, lấy khối hidro làm đơn vị. Đề xướng hệ thống kí hiệu hóa học cho các nguyên tử đơn giản và phức tạp 1804. Hình 1.1. Mô hình nguyên tử của Dalton 1.2.3. Thành công Lý thuyết nguyên tử của Dalton được thế giới chấp nhận ngay và quan niệm nguyên tử là phần tử nhỏ nhất của vật chất tồn tại khá lâu dài. 1.2.4. Hạn chế Cả Democritus và John Dalton đều cho rằng nguyên tử không có cấu trúc, tức là nguyên tử không được tạo thành từ các phần tử nhỏ hơn, chính vì thế người ta thường gọi các mô hình đó là mô hình sơ khai về nguyên tử. Cùng với sự phát triển của khoa học, các giả thuyết của John Dalton được xem xét lại và người ta thấy rằng không phải nguyên tử là hạt không có cấu trúc mà ngay cả nguyên tử của cùng một nguyên tố cũng có thể có tính chất khác nhau. Dương Thị Bích 8 K33A – Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp 1.2.5. Sự phóng điện trong khí loãng 1.2.5.1. Sự tìm ra electron Cuối thế khỉ XIX, nhiều nhà vật lý, đặc biệt là Crookes và Lenard đi sâu vào nghiên cứu hiện tượng phóng điện trong khí loãng (p nhỏ). - Chuẩn bị: Dùng một ống thủy tinh kín, dài khoảng 50cm, trong chứa một chất khí, 2 đầu có 2 điện cực kim loại, giữa 2 điện cực là một hiệu điện thế lớn khoảng vài chục KV. - Cách tiến hành: Dùng bơm hút dần khí trong bình, khi p trong ống < 6 mmHg, sự phóng điện bắt đầu xảy ra. - Hiện tượng: P = 6 mmHg thì thấy xuất hiện trong ống một dải sáng chạy từ cực âm đến cực dương. Nếu tiếp tục giảm p = 1 mmHg thì: Dưới những p khác nhau trong ống lại xuất hiện những miền tối sáng khác nhau. Khi p = 0,01 mmHg: những miền sáng trông thấy đều biến mất. Tuy nhiên, lúc này trên thành thủy tinh đối diện với âm cực vẫn có vết sáng. Âm cực vẫn còn phát ra một tia đặc biệt không trông thấy nhưng có khả năng gây ra hiện tượng huỳnh quang ở thành ống đối diện. - Đặc điểm và tính chất của tia đặc biệt: Là những hạt vật chất xuất phát từ âm cực. Chuyển động thẳng với một vận tốc rất lớn (v= 2.107 m/s). Làm chuyển động một bánh xe trên đường đi. Bị lệch hướng trong từ trường và điện trường (về phía cực dương). Tia đặc biệt này được gọi là tia âm cực. Dương Thị Bích 9 K33A – Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Tia âm cực là những hạt vật chất mang điện tích âm (e), có khối lượng e me= 9,1094.10-31 kg hay 0,00055u. qe= - 1,602.10-19c hay 1- đvđt. - Hình vẽ: Hình 1.2. Sự phóng điện trong khí loãng Hình 1.3. Quỹ đạo thẳng của tia âm cực Hình 1.4 Tia âm cực gồm những hạt vật chất Hình 1.5. Tia âm cực bị lệch hướng Dương Thị Bích 10 K33A – Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp 1.2.5.2. Sự phát minh ra tia dương cực - Thí nghiệm: Nghiên cứu về hiện tượng phóng điện trong khí loãng. - Hiện tượng: Trong ống âm, đồng thời với sự xuất hiện các điện tử (tia âm cực) còn xuất hiện những phần tử đi ngược chiều với điện tử nghĩa là đi từ phía dương cực (anot) về phía âm cực (catot). Nếu âm cực có khe hở (rãnh) thì những phần tử này có thể đi thẳng ra phía sau âm cực. Loại tia này được nhà bác học Đức Goldstein (Gôn-đơ-xtai) tìm ra 1886 và được gọi là tia dương cực hay tia rãnh. - Đặc điểm tia dương cực: Bị lệch hướng dưới tác dụng của điện trường hay từ trường. Vì chiều lệch của tia dương cực ngược với chiều lệch của tia âm cực nên những phần tử này phải mang điện tích trái dấu với điện tử, nghĩa là mang điện tích dương. Kết quả nghiên cứu cho thấy là điện tích này có giá trị bằng bội số nguyên điện tích của điện tử và khối lượng của các phần tử tạo nên tia dương cực lớn xấp xỉ bằng khối lượng nguyên tử hay phân tử khí trong ống âm cực. Do những đặc điểm trên, người ta có thể kết luận là tia dương cực gồm những ion dương. Do sự phóng điện trong khí loãng, các nguyên tử hay phân tử khí trong ống bị ion hóa, các điện tử được giải phóng đi về phía dương cực tạo thành tia âm cực, còn các ion dương chạy về âm cực và tạo thành tia dương cực. Dương Thị Bích 11 K33A – Hóa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Khóa luận tốt nghiệp Hình vẽ: Hình 1.6. Tia dương cực 1.2.5.3. Sự khám phá ra tia X và hiện tượng phóng xạ 1895, nhà vật lý học Đức w.Rownghen nhận thấy khi cho tia âm cực đập vào thủy tinh hay kim loại thì từ thủy tinh hay kim loại lại phát ra những bức xạ mới có năng lượng rất cao và có khả năng đâm xuyên vào vật chất rất mạnh. Rownghen gọi đó là tia X. Ngày nay, chúng ta biết đó là một loại bức xạ điện từ có bước sóng rất ngắn được phát ra khi tia âm cực bắn vào nguyên tử kim loại làm cho e ở lớp bên trong gần hạt nhân bị bật ra và e ở lớp bên ngoài nhảy vào đồng thời giải phóng năng lượng. Tia X là loại tia không nhìn thấy được, không bị lệch trong từ trường và điện trường nhưng có thể làm đen giấy ảnh và gây ra hiện tượng huỳnh quang ở nhiều chất . Không lâu sau phát minh của Rơnghen, giáo sư vật lý A.Becquerel ở trường Đại học Pari khi nghiên cứu hiện tượng phát lân quang đã ngẫu nhiên phát hiện ra rằng một số hợp chất có chứa Urani tự phát ra những tia không nhìn thấy được nhưng có khả năng làm đen phim ảnh. Một nữ sinh viên của Pecquerel là Marie Curie đề nghị đặt tên cho hiện tượng này là hiện tượng phóng xạ. các nguyên tố có hiện tượng phóng xạ gọi là nguyên tố phóng xạ. Những công trình nghiên cứu về sau cho thấy các tia phóng xạ gồm ba loại tia: Dương Thị Bích 12 K33A – Hóa học