Giáo án Bài 1. Thành phần của nguyên tử

Gợi nhớ quan niệm nguyên tử là hạt nhỏ nhất, từ đó tạo tình huống có vấn đề và xác định nhiệm vụ học tập của bài.

GV đặt câu hỏi: Nguyên tử có phải là phần nhỏ nhất không thể chia tách của vật chất không? Nếu nguyên tử có cấu tạo bên trong thì nó gồm những hạt nào và các hạt đó mang điện gì? Làm sao biết được điều này khi không thể nhìn thấy nguyên tử? HS dự đoán ý kiến cá nhân rồi ghi vào vở.

Danh sách dự đoán của HS, ví dụ: nguyên tử có hạt mang điện dương và hạt mang điện âm; hạt mang điện âm có thể là electron; khối lượng và kích thước các hạt khác nhau. GV chốt được ba câu hỏi cần giải quyết: (1) Electron được phát hiện như thế nào? (2) Hạt nhân nguyên tử được phát hiện ra sao? (3) Nguyên tử gồm những hạt nào, có điện tích và khối lượng ra sao?

Trình bày được thí nghiệm tia âm cực và rút ra bằng chứng về sự tồn tại của electron mang điện âm.

HS hoạt động nhóm 4 người. Quan sát video hoặc mô phỏng thí nghiệm phóng điện qua ống thuỷ tinh hút gần hết không khí, có hai điện cực nối nguồn cao áp và màn huỳnh quang. Trả lời Phiếu học tập số 1, phần A: (1) Khi đặt bản điện trường hoặc nam châm gần tia, tia có bị lệch không? (2) Tia lệch về phía nào, từ đó suy ra tia mang điện gì? (3) Vì sao có thể kết luận tồn tại hạt mang điện âm trong nguyên tử?

Kết quả quan sát: khi có bản điện trường hoặc nam châm, tia bị lệch khỏi đường thẳng ban đầu; tia lệch về phía bản mang điện dương nên tia mang điện âm. Kết luận: tia âm cực là dòng hạt mang điện âm, gọi là electron, chứng tỏ electron tồn tại trong nguyên tử.

Mô tả được thí nghiệm bắn phá lá vàng của Rutherford và rút ra kết luận về hạt nhân nguyên tử: nhỏ, đặc, mang điện dương, tập trung hầu hết khối lượng.

HS hoạt động theo cặp đôi, sử dụng mô phỏng 3D trong trang bài học NeoEdu. Nhiệm vụ: (1) Quan sát chùm hạt alpha bay qua lá vàng, ghi nhận các chớp sáng trên màn huỳnh quang ở những vị trí khác nhau. (2) So sánh hai trường hợp: hạt bay xa hạt nhân với b = $300\,\mathrm{fm}$ lệch $8{,}7^\circ$; hạt đi đúng tâm (b = 0) dừng cách hạt nhân $45\,\mathrm{fm}$ rồi bật ngược $180^\circ$. (3) Trả lời phần B của Phiếu học tập số 1: Đa số hạt đi thẳng gợi ý điều gì về cấu tạo nguyên tử? Vì sao một số ít hạt bị lệch mạnh? Hạt nhân có đặc điểm gì?

Kết quả quan sát: đa số hạt alpha đi gần như thẳng qua lá vàng; rất ít hạt bị lệch lớn hoặc bật ngược. Suy luận: phần lớn không gian nguyên tử không chứa điện tích dương tập trung; phần tâm rất nhỏ, đặc và mang điện dương là hạt nhân nguyên tử. Kết luận: hạt nhân nguyên tử nhỏ, nặng, mang điện dương, nằm ở tâm nguyên tử.

Nêu được cấu tạo nguyên tử gồm hạt nhân (proton, neutron) và vỏ electron; so sánh được điện tích, khối lượng của ba loại hạt; so sánh kích thước, khối lượng của hạt nhân với nguyên tử; giải thích được nguyên tử trung hoà điện.

HS hoạt động theo kĩ thuật mảnh ghép. Vòng 1: nhóm chuyên gia được phát mỗi nhóm một mảnh tư liệu: (a) electron; (b) proton; (c) neutron; (d) đơn vị $\mathrm{u}$ và kích thước hạt nhân. Mỗi chuyên gia đọc tư liệu, tóm tắt đặc điểm (điện tích, khối lượng, vị trí). Vòng 2: nhóm mới gồm đủ 4 chuyên gia; ghép thông tin vào bảng ở Phiếu học tập số 2, sau đó trả lời: (1) Vì sao nguyên tử trung hoà điện? (2) Vì sao khối lượng nguyên tử gần bằng khối lượng hạt nhân? (3) Hạt nhân có chiếm phần lớn thể tích nguyên tử không? Vì sao?

Bảng tổng hợp: electron mang điện $-e$ (quy ước $-1$), khối lượng khoảng $0{,}00055\,\mathrm{u}$, chuyển động ở vỏ nguyên tử; proton mang điện $+e$ (quy ước $+1$), khối lượng xấp xỉ $1\,\mathrm{u}$, nằm trong hạt nhân; neutron không mang điện, khối lượng xấp xỉ $1\,\mathrm{u}$, nằm trong hạt nhân. Đơn vị: $1\,\mathrm{u} = \frac{1}{12}\,m\left({}^{12}\mathrm{C}\right)\approx 1{,}6605\times10^{-27}\,\mathrm{kg}$. Kết luận: nguyên tử trung hoà có số electron bằng số proton nên tổng điện tích bằng 0; $m_{\text{nguyên tử}} \approx Z\,m_p + N\,m_n$ vì electron rất nhẹ; hạt nhân chiếm rất ít thể tích nguyên tử (đường kính hạt nhân nhỏ hơn nguyên tử khoảng $10^4$–$10^5$ lần) nhưng tập trung gần như toàn bộ khối lượng.

Vận dụng kiến thức về điện tích, khối lượng và số electron để chọn đáp án và giải thích đúng; củng cố cách tính số electron của nguyên tử và ion.

HS làm nhanh các bài 1 đến 4 theo cá nhân, sau đó đổi vở kiểm tra chéo theo cặp. Đề bài: (1) Hạt nào mang điện âm trong nguyên tử? A. Hạt nhân thông thường; B. Electron; C. Neutron; D. Proton. (2) Nguyên tử trung hoà có 13 proton. Có bao nhiêu electron? (3) Ion $\mathrm{Mg^{2+}}$ có hạt nhân 12 proton. Có bao nhiêu electron? (4) Nguyên tử trung hoà có 12 proton, 12 neutron. Tổng số proton, neutron và electron bằng bao nhiêu?

Đáp án: (1) B, vì electron có điện tích $-e$; proton mang dương, neutron trung hoà. (2) 13, vì trung hoà điện nên số electron bằng số proton. (3) 10, vì $\mathrm{Mg^{2+}}$ mất 2 electron so với nguyên tử trung hoà 12 electron: $12-2=10$. (4) 36, vì $12+12+12=36$ (12 electron).

Tính được khối lượng theo đơn vị $\mathrm{kg}$; nhận xét được về kích thước và khối lượng của hạt nhân; đánh giá đúng sai các mô tả về hạt.

HS làm cặp đôi các bài 5 đến 7 trong Phiếu học tập số 2, phần C. Bài 5: Cho $1\,\mathrm{u}=1{,}6605\times10^{-27}\,\mathrm{kg}$. Khối lượng $12\,\mathrm{u}$ bằng bao nhiêu theo đơn vị $10^{-26}\,\mathrm{kg}$? Bài 6: Nhận định nào phù hợp về kích thước và khối lượng? A. Hạt nhân rất nhỏ nhưng chứa gần toàn bộ khối lượng; B. Electron nặng hơn neutron; C. Mọi nguyên tử đều không có neutron; D. Hạt nhân chiếm gần hết thể tích nguyên tử. Bài 7: Đánh giá đúng (Đ) hoặc sai (S): a) Proton mang điện $+e$; b) Neutron có điện tích $-e$; c) Tạo cation trong phản ứng hoá học thường là nhường electron; d) Đổi số proton vẫn giữ nguyên nguyên tố.

Đáp án: Bài 5: $12\times1{,}6605\times10^{-27}=1{,}9926\times10^{-26}\,\mathrm{kg}$, tức giá trị $1{,}9926$ theo đơn vị $10^{-26}\,\mathrm{kg}$. Bài 6: A. Bài 7: a) Đ; b) S (neutron không mang điện); c) Đ; d) S (số proton xác định nguyên tố).

Vận dụng mô hình nguyên tử để xác định số hạt, số khối, khối lượng gần đúng và số electron của ion; liên hệ với ứng dụng thực tế của ống tia âm cực và hạt nhân.

HS làm việc nhóm 4 người. Nhiệm vụ: (1) Một nguyên tử X có 9 proton và 10 neutron. Tính số electron của nguyên tử trung hoà, số khối và khối lượng gần đúng theo $\mathrm{u}$ (bỏ qua khối lượng electron). (2) Ion $\mathrm{X^-}$ có cùng số proton với X, tính số electron của $\mathrm{X^-}$. (3) Nêu một ứng dụng trong thực tế liên quan đến ống tia âm cực hoặc đồng vị phóng xạ mà nhóm biết và giải thích ngắn gọn dựa trên kiến thức đã học về electron và hạt nhân.

Đáp án: (1) Số electron của X trung hoà là 9; số khối $A = 9+10 = 19$; khối lượng gần đúng khoảng $19\,\mathrm{u}$. (2) $\mathrm{X^-}$ nhận thêm 1 electron nên có $9+1=10$ electron. (3) Ví dụ sản phẩm: ống tia âm cực là tiền thân của màn hình CRT và ống tia X; hiểu hạt nhân giúp giải thích đồng vị phóng xạ trong y học. Kết luận: mô hình nguyên tử là nền tảng để giải thích phản ứng hoá học và các ứng dụng công nghệ.