Skkn: ĐỔI MỚI PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC THEO HƯỚNG TÍCH CỰC TRONG DẠY BÀI “SỰ LAI HOÁ CÁC OBITAN NGUYÊN TỬ” PHẦN 1 – ĐẶT VẤN ĐỀ I/ Lý do chọn đề tài: Khi giảng dạy về chương liên kết hoá học, ta thấy được sự hình thành liên kết là do cặp electron có spin ngược chiều nhau của hai nguyên tử. Trong đó có sự che phủ giữa những obitan của hai nguyên tử tạo nên một vùng có mật độ điện tích cao dẫn đến việc giảm năng lượng của hệ, nghĩa là liên kết được hình thành. Liên kết được hình thành trong không gian theo phương mà khả năng che phủ giữa các obitan nguyên tử là cực đại. Khi hai obitan che phủ càng nhiều, liên kết được tạo nên càng bền. Để xác định được số liên kết cộng hoá trị ta cần xét đến phân bồ electron trên các ô lượng tử ở trạng thái cơ bản và kích thích. Nhưng để giải thích vấn đề hình dạng phân tử cần dùng đến hình dạng obitan nguyên bản của nguyên tử hay các obitan lai hoá của nó. Tuy nhiên trong quá trình dạy bài Sự lai hoá các obitan nguyên tử tôi thấy hiện tượng lai hoá các obitan nguyên tử là một khái niềm trừu tượng và mới mẻ nên để học sinh tiếp cận nó là vấn đề khó khăn. Nhưng lai hoá các obitan nguyên tử lại là khái niệm quan trọng của thuyết hoá trị, giải thích sự định hướng liên kết, độ bền liên kết, ngoài ra giải thích hình dạng của phân tử. Vì vậy tôi đã tổng kết lại cách dạy bài này làm sao cho hoc sinh tiếp cận khái niệm một cách dễ dàng nhất và vận dụng giải thích hình dạng của một số phân tử đơn giản trong chương trình phổ thông. Sau hơn ba năm thực hiện giảng dạy tôi đã cố gắng đưa ra quan điểm và cách thức dạy làm sao cho học dễ tiếp thu nhất, và tôi đã rút ra được ý kiến riêng của mình và vận dụng trong giẳng dạy tôi thấy sự tiếp thu của học sinh đã dễ dàng hơn, có hiệu quả và khắc sâu hơn, vì vậy tôi viết lên đây để chúng ta cùng trao đổi Mỗi kinh nghiệm là của một cá nhân trong quá trình giảng dạy, và ở đây tôi viết theo quan điểm của mình nhằm rút kinh nghiệm vào giảng dạy. Kiến thức là kho 1 tàng giá trị rộng lớn mỗi cá nhân đóng góp sẽ làm cho kho tàng kiến thức càng được rộng lớn hơn rất mong được sự góp ý và đóng góp của bạn bè đồng nghiệp. Trên đây là quan điểm và ý nghĩa của việc tôi chọn chuyên đề này vì vậy tối viết lên đây để chúng ta cùng trao đổi rất mong được sự góp ý kiến của các đồng chí II/ Phạm vi- thời gian thực hiện 1/ Phạm vi : Trên các đối tượng học sinh của trường THPT : lớp 10-11-12 2/ Thời gian : Từ năm 20 . - 20 . và 20 . - 20 . và 20 . - 20 . PHẦN 2 - NỘI DUNG I/ Khảo sát thực hiện : Bài lai hoá là một bài mới trong trương trình phổ thông năm học 20 . - 20 ., lúc đầu khi chúng tôi thực hiện dạy bài này theo đúng trình tự sách giáo khoa khi đó học sinh tiếp thu cũng mơ hồ hiệu quả không cao. Do vậy khi cho học sinh làm bài vận dụng chỉ có khoảng 50% học sinh xác định được kiểu lai hoá sau khi tiếp thu bài Năm đầu dạy cho học sinh các lớp nâng cao. Bản thân thấy khó khăn và rất khó hiểu và quá trừu tượng nên hiệu quả không cao, nếu bám theo sách giáo khoa thì rất khó hiểu được ý nghĩa của bài vì vậy khi xác định kiểu lai hoá học sinh thường lúng túng và không xác định được hình dạng của phân tử vì lí do trên tôi đã thay đổi cách dạy bài này theo một cách riêng của mình và đưa ra những bài tập vận dụng một cách đễ hiểu hơn giúp các em làm bài nhanh hơn. Từ xác định kiểu lai hoá học sinh sẽ so sánh đựoc góc liên kết và độ bền của liên kết một cách hợp lí và nhanh nhất II/ Biện pháp thực hiện: Đưa ra một sườn bài theo cách riêng, sau đây là cách giảng dạy bài sự lai hoá và một số bài tập vận dụng III / Nội dung của phương pháp: 2 Bài Sự lai hoá các obitan nguyên tử I/ Khái niệm về sự lai hoá: 1/ Khái niệm : Sự lai hoá obitan nguyên tử là sự tổ hợp “ trộn lẫn’’ một số obitan trong một nguyên tử để tạo thành từng ấy obitan lai hoá giống hệt nhau nhưng định hướng khác nhau trong không gian 2/ Nguyên nhân: Là do các obitan hoá trị ở các phân lớp khác nhau có năng lượng và hình dạng khác nhau phải đồng nhất để tạo liên kết bền 3/ Điều kiện để các AO hoá trị tham gia lai hoá được - là các AO lai hoá có mức năng lượng xấp xỉ bằng nhau và thuộc cùng một lớp - Các obitan lai hoá có năng lượng và kích thước hoàn toàn như nhau nhưng khác nhau về sự định hướng trong không gian - Số obitan lai hoá thu được bằng tổng số obitan tham gia tổ hợp 3 4/ Đặc điểm của obitan lai hoá là có một đầu nở rộng còn đầu kia bị thu hẹp. II/ Các kiểu lai hoá thường gặp: 1/ Lai hoá sp 3 : Là sự tổ hợp của một AO s với 3 AO –p của một nguyên tử tham gia liên kết tạo thành 4 obitan lai hoá sp 3 định hướng từ tâm đến 4 đỉnh của hình tứ diện đều - Hình dạng của phân tử : hình tứ diện đều -Góc liên kết là : 109 0 28’ - Lai hoá sp 3 gặp trong các phân tử an kan, CH 4 , C 2 H 6 , H 2 O, NH 3 2/ Lai hoá sp 2 : Là sự tổ hợp một obitan s với hai obitan p của một nguyên tử tham gia liên kết tạo thành 3 obitan lai hoá sp 2 định hướng từ tâm đến dỉnh của một tam giác đều - Hình dạng phân tử : Tam giác đều - Góc liên kết là 120 0 - Lai hoá sp 2 gặp trong phân tử C 2 H 4 , BF 3 AlCl 3 BH 3 4 3/ Lai hoá sp: Là sự tổ hợp của một obitan s với một obitan p của một nguyên tử tham gia liên kết tạo thành hai obitan lai hoá sp nằm thảng hàng với nhau hướng về hai phía đối xứng nhau. - Hình dạng phân từ : Đường thẳng - Góc liên kết : 180 0 Lai hoá sp thường gặp trong phân tử BH 2 , C 2 H 2 , BeCl 2 , CO 2 IV /Ý nghĩa : Thuyết lai hoá giúp ta giải thích dạng hình học của phân tử, Cấu trúc phân tử của một chất - Một loại lai hoá có thể tạo ra một hay nhiều cấu trúc nào đó: 5 - Lai hoá sp : Tạo cấu trúc đường thẳng ( như trong phân tử BeH 2 , ZnCl 2 , CO 2 , C 2 H 2 ) - H- C ≡ C- H C lai hoá sp - Lai hoá sp 2 : Tạo cấu trúc chữ V( như trong phân tử SO 2 , O 3 ….), tam giác phẳng ( như trong các phân tử và ion : BF 3 , SO 3 , HNO 3 , NO 3 - , CO 3 2- …) - - Lai hoá sp 3 : Tạo cấu trúc chữ V ( Như trong phân tử H 2 O, H 2 S ), Tháp tam giác như ( NH 3 , H 3 O + ….) và tứ diện ( Như trong các phân tử và ion : CH 4 , CCl 4 , NH 4 + ) V/ Nhận xét : Thông qua các dạng lai hoá trên ta nhận thấy những điều sau: 1 / Tổng số obitan lai hoá được tính bằng số liên kết σ và số obitan còn cặp electron chưa tham gia liên kết. 2 / Các obitan lai hoá chỉ tham gia tạo liên kết σ 3 / Các obitan chỉ lai hoá được với nhau khi năng lượng của chúng xấp xỉ bằng nhau ( thuộc cùng một lớp) 4/ Hình dạng của phân tử ngoài sự ảnh hưởng của obitan lai hoá còn ảnh hưởng của các obitan có đôi electron chưa tham gia liên kết và độ âm điện của các phối tử với nguyên tố trung tâm. Ví dụ : Phân tử NH 3 có nguyên tử N ở trạng thái lai hoá sp 3 . Nhưng đó là sự tổ hợp của 1 obitan s có 1cặp electron tự do chưa liên kết và 3 electron p độc thân tạo nên 4 obitan lai hoá giống hệt nhau. Trong 4 obitan lai hoá có ba obitan có một electron độc thân sẽ tham gia tạo liên kết với ba obitan s của ba nguyên tử H theo kiểu xen phủ trục hình thành nên phân tử NH 3 với cấu trúc không phải tứ diện đều mà là cấu trúc hình chóp tam giác. Nguyên nhân ở đây là do obitan có đôi electron chưa liên kết chiếm thể tích không gian lớn đã gây nên hiện tượng ép góc liên kết làm cho góc liên kết trong phân tử bị thu hẹp, nên góc hoá trị trong phân tử NH 3 chỉ có 107 0 mà không phải là 109 0 28’ 6 Ví dụ 2: Phân tử H 2 S : Nguyên tử S ở trạng thái lai hoá sp 3 nhưng phân tử có cấu trúc gấp khúc và góc hoá trị là 92 0 , đó là do ảnh hưởng của hai obitan lai hoá mỗi obitan còn một đôi electron không liên kết đã tạo ra lực đẩy lớn gây ra hiện tượng ép góc liên kết VI/ Bài tập vận dụng vào thuyết lai hoá: Để xác định kiểu lai hoá người ta cũng dựa trên lý thuyết : Số obitan lai hoá n= Tổng số liên kết σ mà nguyên tử tạo ra và số cặp electron tự do của nguyên tử trung tâm tham gia tạo lai hoá. Giá trị n được tính bằng 2,3,4,5,6 tương ứng với các trạng thái lai hoá sp, sp 2 ,sp 3 ,sp 3 d, sp 3 d 2 Ví dụ: 1. H-O-H. Trên oxi có 2 liên kết σ và có hai cặp electron tự do chưa tham gia liên kết nên số obitan lai hoá của oxi là 2+2=4. Vậy oxi ở trạng thái lai hoá Sp 3 Phân tử SO 2 O=S → O. Số obitan lai hoá của S = 2+1=3. Vậy S ở trạng thái lai hoá sp 2 Phân tử CO 2 O=C=O. Số obitan lai hoá của O = 2 +0 =2. Vậy O ở trạng thái lai hoá sp Phân tử C 2 H 4 CH 2 =CH 2 . Số obitan lai hoá của C = 3+0 =3. Vậy C ỏ trạng thái lai hoá sp 2 Bài tập 1. Cho biết kiểu lai hoá của các nguyên tử trong các hợp chất sau: a/ Cl-CH 2 -CH=O ; CH 2 =CH-C ≡ N ; CH 2 =C=O HD Sp 3 sp 2 sp 2 sp 2 sp 2 sp sp sp 2 sp sp 2 Bài tập 2: Có ba hidrocacbon C 2 H 6 ; C 2 H 4 ; C 2 H 2 . Người ta ghi được các số liệu sau: Về góc hoá trị : 120 0 ; 180 0 ; 109 0 . Về độ dài liên kết : 1,05A 0 ; 1,07 A 0 ; 1,09A 0 ; 1,200 A 0 ; 1,34A 0 ; 1,54A 0 Độ âm điện của nguyên tử cacbon : 2,5 ; 2,69 ; 2,75 7 Hãy điền các giá trị phù hợp với từng hiđrocacbon theo bảng sau: Hiđrocacbon Kiểu lai hoá của cacbon Góc hoá trị Độ âm điện của nguyên tử C Độ dài liên kết C-C Độ dài liên kết C-H CH 3 -CH 3 Sp 3 109 0 2,5 1,54A 0 1,09A 0 CH 2 =CH 2 Sp 2 120 0 2,69 1,34A 0 1,07A 0 CH ≡ CH sp 180 0 2,75 1,200A 0 1,05A 0 Bài tập 3: Dùng thuyết obitan lai hoá giải thích liên kết hoá học trong phân tử H 2 S, BeH 2 , SO 2 O 3 PHẦN 3 – KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Trên đây là phương pháp dạy bài lai hoá các obitan mà tôi đã áp dụng trong bài dạy qua bốn năm ở trường THPT trong chương trình nâng cao, qua quá trình đó tôi thấy với trình tự đề mục của bài như trên học sinh tiếp thu dễ hơn và làm bài tập nhanh, nhìn vào cấu tạo học snh có thể nhận ra kiểu lai hoá trong các nguyên tử trung tâm Kết quả những năm đầu khi khảo sát trên 45 học sinh thì 50% học sinh sau khi học còn lúng túng. Nhưng sau mấy năm gần đây học sinh vận dụng được nhanh hơn và khao sát trên 45 học sinh thì có 40 học sinh có thể vận dụng ngay vào bai làm trên lớp. Chuyên đề này đi sâu nghiên cứu giúp đưa ra nhiều bài tập hay trong việc bồi dưỡng học sinh giỏi và dạy cho học sinh có nhu cầu ôn luyện thi vào các trường đại học và học sâu về hoá học 8 Trên đây là ý kiến của bản thân tôi về cách dạy bài trên, rất mong được sự chia sẻ góp ý của các bạn đồng nghiệp trong nghành để giúp tôi có khản năng hoàn thành tốt hơn công việc của mình trong sự nghiệp giáo dục ngày nay …………… , ngày … tháng … năm 20 . Người viết 9