text:
Trang chủ
Phim mới
Thể loại
»
Hành Động
Hình Sự
Chiếu Rạp
Phiêu Lưu
Dã Sử Cổ Trang
HD
Truyền Hình
Xã Hội Đen
Chiến Tranh
Tuyển Chọn
Võ Thuật - Kiếm Hiệp
Tình Cảm
Hoạt Hình
Kinh Dị - Ma
Hài Hước
Tâm Lý
Viễn Tưởng
Thần Thoại
Việt Nam
Bộ Trung Quốc
Bộ Đài Loan
Bộ Hàn Quốc
Other
Thể Thao Âm Nhạc
Quốc gia
»
Hàn Quốc
Ấn Độ
Đài Loan
Thái Lan
Nhật Bản
Việt Nam
Hồng Kông
Trung Quốc
Philipin
Châu Á
Châu Âu
Mỹ
Pháp
Khác
Phim lẻ
Phim Bộ
Danh sách phim
Nguoi Quan He Tinh Duc Voi Dong Vat
Không tìm thấy phim :
Nguoi Quan He Tinh Duc Voi Dong Vat
Bạn vui lòng gõ tên
phim
chính xác hơn, tên ngắn không dấu và đúng chính tả.
Bạn đang xem danh sách Nguoi Quan He Tinh Duc Voi Dong Vat online chất lượng cao - Xem Nguoi Quan He Tinh Duc Voi Dong Vat hay nhất
Video phim liên quan đến Nguoi Quan He Tinh Duc Voi Dong Vat
00:01:50
2 ông, 9 bà đang quan hệ tình dục tập thể trong nhà nghỉ
00:09:58
Xúc động giữa tình cảm của người và động vật
00:27:45
Hài Tình Người Duyên Ma Thu Trang -Trấn Thành -Tiến Luật - Anh Đức-Huỳnh Đông[Official]
00:16:32
Phát xít Đức và đĩa bay - Người ngoài hành tinh cổ đại 1/3
00:08:20
Thổ dân, con người và cuộc sống - tập 02 - cực hay
00:00:42
Dong vat Giao phoi
00:10:00
Bản tin JAV Quan hệ tình dục trực tiếp trên truyền hình tại Nhật Bản
00:44:54
[Doko.VN] Và Con Người Tạo Ra Loài Chó
00:02:13
Người đàn ông sống chung với bầy sói , clip hay 2014 giữa người và động vật
00:02:28
Làm tăng kích thước dương vật Giới thiệu & Tổng quan
Có Thể Bạn Quan Tâm
Loading
Phim bộ HOT
Hôm nay
Xem nhiều
1
Vụ Án Loạn Luân
Lượt xem: 286 |
2
Gái Có Chồng
Lượt xem: 199 |
3
Hãy Làm Chuyện Ấy Với Em Nhé
Lượt xem: 181 |
4
Gái Gọi Tuổi Teen
Lượt xem: 158 |
5
Cha Dượng
Lượt xem: 154 |
6
Cô Giáo Trên Đảo Nhỏ
Lượt xem: 143 |
7
Vợ Chồng Mới Cưới
Lượt xem: 107 |
8
Nữ Bác Sĩ
Lượt xem: 93 |
9
Ngoại Tình
Lượt xem: 85 |
10
Người Đẹp Ngủ Trong Rừng (18 )
Lượt xem: 79 |
11
Vỏ Ngoài Của Vợ Tôi
Lượt xem: 50 |
12
Thẩm Mỹ Viện Paris
Lượt xem: 40 |
Xem thêm...
1
Vụ Án Loạn Luân
Lượt xem: 286 |
2
Gái Có Chồng
Lượt xem: 199 |
3
Hãy Làm Chuyện Ấy Với Em Nhé
Lượt xem: 181 |
4
Gái Gọi Tuổi Teen
Lượt xem: 158 |
5
Cha Dượng
Lượt xem: 154 |
6
Cô Giáo Trên Đảo Nhỏ
Lượt xem: 143 |
7
Vợ Chồng Mới Cưới
Lượt xem: 107 |
8
Nữ Bác Sĩ
Lượt xem: 93 |
9
Ngoại Tình
Lượt xem: 85 |
10
Người Đẹp Ngủ Trong Rừng (18 )
Lượt xem: 79 |
11
Vỏ Ngoài Của Vợ Tôi
Lượt xem: 50 |
12
Thẩm Mỹ Viện Paris
Lượt xem: 40 |
Xem thêm...
1
Hãy Làm Chuyện Ấy Với Em Nhé
Lượt xem: 8,848 |
2
Vụ Án Loạn Luân
Lượt xem: 6,648 |
3
Cha Dượng
Lượt xem: 6,528 |
4
Ngoại Tình
Lượt xem: 5,715 |
5
Cô Giáo Trên Đảo Nhỏ
Lượt xem: 5,435 |
6
Vợ Chồng Mới Cưới
Lượt xem: 4,742 |
7
Người Đẹp Ngủ Trong Rừng (18 )
Lượt xem: 3,890 |
8
Gái Gọi Tuổi Teen
Lượt xem: 3,324 |
9
Gái Nhà Quê
Lượt xem: 1,991 |
10
Ăn Cơm Trước Kẻng
Lượt xem: 1,393 |
11
Tình Yêu Trái Cấm (18 )
Lượt xem: 914 |
12
Người Giúp Việc
Lượt xem: 812 |
Xem thêm...
FaceBook
Home
Phim Bộ
Phim Lẻ
Rss
Site map
Author
To top
RapPhim.org là trang Xem Phim hd miễn phí, Phim Bộ, Phim tâm lý, Phim 18+, những bộ phim hay, Phim Việt Nam, phim chiếu rạp cập nhật nhanh và chất lượng tốt nhất.
Hãy truy cập RapPhim.org mỗi ngày để Xem Phim hd miễn phí, Phim Bộ, Phim tâm lý, Phim 18+, những bộ phim hay, Phim Việt Nam phim chiếu rạp hot nhất.
xem phim
,
phim tam ly
,
phim hai
..
Copyright © 2013. Nguồn phim được tổng hợp từ Internet. Chúng tôi không chịu bất cứ trách nhiệm nào về bản quyền
Powered by
RapPhim.org
.


text:
Click vào đây để tiếp tục
Đang chuyển trang, vui lòng đợi...
Click vào đây nếu đợi quá lâu

WARC-Type: response

Content-Type: application/http; msgtype=response

Connection: close

Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, post-check=0, pre-check=0

Pragma: no-cache

Vary: Accept-Encoding,User-Agent

Content-Encoding: gzip

X-Powered-By: SVIT Engine / 1.1


text:
BẢNG THUYẾT MINH ĐỒ DÙNG DẠY HỌC TỰ LÀM
Chia sẻ: Hà Nguyễn Thúy Quỳnh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:17
lượt xem 114
download
BẢNG THUYẾT MINH ĐỒ DÙNG DẠY HỌC TỰ LÀM
I. XUẤT PHÁT ĐIỂM 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN Thiết bị dạy học là một trong những điều kiện vật chất của nhà trường, có ý nghĩa to lớn trong việc thực hiện mục tiêu, nguyên lý giáo dục của Đảng và nhà nước: “Hoạt động giáo dục phải thực hiện theo nguyên lý học đi đôi với hành, giáo dục kết hợp với lao động sản xuất, lý luận gắn liền với thực tiễn, giáo dục nhà trường kết hợp với giáo dục gia đình và giáo dục xã hội” (Trích điều 3 của luật giáo dục năm 2005)...
Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!
Nội dung Text: BẢNG THUYẾT MINH ĐỒ DÙNG DẠY HỌC TỰ LÀM
- BẢNG THUYẾT MINH ĐỒ DÙNG DẠY HỌC TỰ LÀM I. XUẤT PHÁT ĐIỂM 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN Thiết bị dạy học là một trong những điều kiện vật chất của nhà trường, có ý nghĩa to lớn trong việc thực hiện mục tiêu, nguyên lý giáo dục của Đảng và nhà nước: “Hoạt động giáo dục phải thực hiện theo nguyên lý học đi đôi với hành, giáo dục kết hợp với lao động sản xuất, lý luận gắn liền với thực tiễn, giáo dục nhà trường kết hợp với giáo dục gia đình và giáo dục xã hội” (Trích điều 3 của luật giáo dục năm 2005) Sử dụng thiết bị trong dạy học cũng đã được nêu trong Nghị quyết hội nghị Ban chấp hành Trung ương lần 2 – khoá III: “…Tất cả các nhà truờng phổ thông đều có các trang thiết bị tối thiểu để thực hiện các thí nghiệm trong chương trình, sớm chấm dứt tình trạng dạy chay” Chính vì vậy việc sử dụng, bảo quản và bổ sung các thiết bị dạy học trong nhà trường phải được ban Giám Hiệu, giáo viên bộ môn hết sức chú trọng, đặc biệt đối với
- giáo viên chuyên trách thiết bị phải luôn tìm phương pháp hoạt động nhằm phát huy hiệu quả thiết bị dạy học trong nhà trường là một nhiệm vụ quan trọng và đầy ý nghĩa… Bất kỳ một phương tiện trực quan nào cũng chỉ mang nguồn thông tin khoa học nhất định và có chức năng sư phạm riêng biệt. Chúng cần được bổ sung lẫn nhau để góp phần xây dựng một cách hoàn chỉnh những biểu tượng hình ảnh, khái niệm, quy luật thích hợp của đối tượng nghiên cứu. Lời nói của giáo viên, câu định nghĩa trong sách giáo khoa có thể cung cấp một loại thông tin hoàn chỉnh, có hệ thống; các vật thực, các đối tượng tự nhiên cho biết hình dáng thực, kích thước, màu sắc bề ngoài của chúng làm cho học sinh hiểu đuợc những tính chất vật lý của đối tượng nghiên cứu; thí nghiệm cho học sinh hiểu được bản chất của các hiện tượng và các quá trình xảy ra trong tự nhiên, trong phòng thí nghiệm, trong sản xuất nhưng bảng vẽ, tranh, sơ đồ, hình vẽ có tác dụng định hướng để nhấn mạnh những vấn đề, những điểm chủ yếu cần chú ý trong quá trình tiếp thu kiến thức Trong việc dạy học dù là phương pháp truyền thống, cải cách hay đổi mới thì việc sử dụng đồ dùng dạy học là một vấn đề cần thiết dù là môn khoa học tự nhiên hay môn khoa học xã hội, có sử dụng đồ dùng dạy học đều mang lại hiệu quả cao 2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Việc sử dụng phối hợp các tài liệu trực quan khác nhau trong giờ học, một mặt phù hợp với đặc tính của tài liệu nghi ên cứu, đặc điểm và nhiệm vụ nhận thức, mặt khác thoả mãn với chức năng giáo dục của các phương tiện dạy học Bộ phương tiện dạy học trực quan “Sơ đồ điều chế các hợp chất vô cơ” là tổng hợp các vận dụng dùng trong việc dạy học, đáp ứng đầy đủ và thích hợp nhất với yêu cầu khoa học để nghiên cứu các vấn đề cụ thể của nội dung bài học, được hoàn thiện cao về mặt kỷ thuật, giá thành hạ, góp phần giúp giáo viên giảng dạy một cách tốt nhất (mất ít thời gian, sức lực, phương tiện nhất) làm cho học sinh nắm được tốt nhất những kiến thức khoa học, kỹ năng, kỹ xảo, trau dồi thế giới quan khoa học 3. QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN a) Thuận lợi: Trong quá trình thực hiện đồ dùng dạy học tự làm bộ sơ đồ điều chế các hợp chất vô cơ được sự hỗ trợ và động viên của ban Giám Hiệu, sự đóng góp ý kiến của tổ chuyên môn. Bản thân học hỏi, tìm tòi và rút ra được nhiều kinh nghiệm, do đó cũng đạt được những kết quả đáng khích lệ b) Hạn chế + Việc thực hiện đổi mới phương pháp hoá học vẫn còn những khó khăn nhất định, đặc biệt là điều kiện cơ sở vật chất thiết bị, chỉ đạo thực hiện và kỷ thuật thực hiện. Một số
- bài hoá học vẫn chủ yếu được dạy chay, ít sử dụng phương tiện dạy học. Nếu có sử dụng thì lại chưa khai thác được các hiện tượng, chưa tổ chức cho học sinh nghiên cứu, tư duy và hệ thống hoá các kiến thức trong chương trình + Việc sử dụng các phương tiện dạy học, tổ chức học tập hợp tác theo nhóm …theo hướng tích cực còn rất hạn chế + Một số không ít học sinh còn rụt rè, chưa mạnh dạn trình bày ý kiến của mình trước chỗ đông người. Một phần là do học sinh chưa chuẩn bị bài, không biết gì để phát biểu xây dựng bài. Một số học sinh có tư duy nhưng “sợ sai” nên không dám trình bày chủ kiến của mình, đợi “ai nói thì nghe, sau đó chờ đọc - chép rồi về nhà học thuộc là xong” !. + Hóa học là một môn học đòi hỏi học sinh phải có tính chăm chỉ, cần cù và có hứng thú. Mặt khác, đây là môn khoa học thực nghi ệm, học sinh cần có sự hợp tác giữa các thành viên trong nhóm để quan sát, tư duy, phân tích, giải thích các hiện tượng trong thực tế, phán đoán hiện tượng sau thí nghi ệm. II. CẤU TẠO VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN SƠ ĐỒ 1. Cấu tạo - Bộ sơ đồ gồm 4 bảng riêng biệt được lắp ghép thành 2 bảng (có chú ý tính hệ thống bài dạy) để sử dụng cả 2 mặt phù hợp với nội dung yêu cầu của chương trình, của từng tiết luyện tập. Bảng có cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ, dễ làm, có độ bền cao và được làm chủ yếu bằng giấy ép carton, một loại vật liệu phổ biến trên thị trường, giá thành hợp lí - Kích thước mỗi bảng: 1,2m x 0,8m. Khung nẹp giữa 2 bảng bằng cây và được ốp che lại bằng các thanh nhôm mỏng, màu (chữ V) nhằm tạo độ bền chắc và tính thẩm mỹ cho đồ dùng. Các ô cửa và tấm kéo được rọc cắt bằng dao 2.Thiết kế: Nội dung chi tiết được thiết kế 2 mặt trên nền trắng, phông chữ xanh và đỏ, ở đó có các ô cửa kéo (đóng và mở), thể hiện rõ các tác chất cần thiết khi điều chế các hợp chất vô cơ. Mặt sau của từng bảng là các rãnh kéo, được dán bằng keo và cũng làm bằng vật liệu chủ yếu trên 3. Mục đích: - Bộ sơ đồ được sử dụng rất thuận tiện, phù hợp điều kiện các vùng, các trường, đặc biệt đối với những trường (vùng sâu, vùng xa…) nơi mà cơ sở vật chất còn gặp rất nhiềư khó khăn, trang thiết bị còn hạn chế. - Bộ sơ đồ dùng thực hiện cho các tiết luyện tập và ôn tập ( thí dụ: bài 5/tiết 8: Luyện tập tính chất hoá học của oxit và axit; bài 12, 13/tiết 17, 18: mối quan hệ giũa các
- loại hợp chất vô cơ, các tiết ôn tập học kì, cuối năm …), trong công tác phụ đạo học sinh yếu, bồi dưỡng học sinh giỏi và tổ chức các buổi ngoại khoá như: hái hoa ôn tập, ngày hội hoá học, nhà khoa học tương lai….. nhằm kích thích tính hứng thú, ham mê bộ môn của học sinh 4. Phương pháp thực hiện cụ thể Sử dụng phương tiện trong dạy học hoá học đã được coi là tích cực. Tuy nhiên sẽ tích cực hơn khi phương tiện dạy học tạo nguồn kiến thức để học sinh tìm kiếm, phát hiện, xây dựng kiến thức hoá học mới Sử dụng hình vẽ, sơ đồ…có thể được dùng để: - Minh hoạ cho lời nói, nội dung, tính chất - Khai thác các thông tin (kiến thức cần biết) - Vừa chứng minh, vừa khai thác kiến thức Các phương tiện này được sử dụng ở hầu hết các loại bài hoá học. Thí dụ: Tính chất hoá học, sản xuất các chất, ôn luyện tập, thực hành… + Hoạt động của giáo viên và học sinh khi dùng hình vẽ, sơ đồ…theo hướng tích cực để khai thác các thông tin thường như sau: Hoạt động của GV Hoạt động của HS - Nêu mục đích và phương pháp - Nắm được mục đích quan sát hình vẽ, sơ đồ.. - Trưng bày, cho xem - Quan sát tìm ra đặc điểm giống và - Yêu cầu quan sát khác nhau - Yêu cầu nhận xét và rút ra kết luận - Rút ra nhận xét + Để thực hiện hoạt động có hiệu quả, khâu chuẩn bị vô cùng quan trọng. Chuẩn bị tốt là điều kiện cần để thu được kết quả tốt. GV và học sinh cần chuẩn bị: * Giáo viên: - Bộ sơ đồ điều chế các hợp chất vô cơ - Bảng phụ: Ghi sẵn một số nội dung (nếu cần). - Nghiên cứu tìm ra những câu hỏi thật sự cô đọng, xúc tích, có khả năng phát huy tư duy, sáng tạo của học sinh. Có sự chuẩn bị trước cho những tình huống sư phạm có thể xảy ra ngoài yêu cầu của bài để không bị động trước tư duy của học sinh. * Học sinh: - Cần có sự chuẩn bị thật kĩ theo yêu cầu của GV từ tiết trước (mỗi học sinh đều phải soạn bài mới vào tập, GV thường xuyên kiểm tra tập soạn của học sinh).
- - Học sinh có thể tự tìm tòi, sưu tầm thêm kiến thức từ các nguồn ngoài SGK phục vụ cho bài học. Trên lớp, GV tiến hành các bước: - Chia nhóm: GV chia lớp thành từng nhóm theo vị trí chỗ ngồi - Thông qua từng mũi tên sơ đồ GV nêu yêu cầu để học sinh thực hiện. - GV đánh giá kết quả học tập của học sinh, nhận xét, bổ sung (nếu cần). Về phía học sinh: - Phải có ý thức học tập cao, không ỷ lại người khác, tránh thảo luận đi xa yêu cầu của nội dung câu hỏi - Không thảo luận quá lớn tiếng ảnh hưởng đến nhóm khác. Kinh nghiệm sư phạm cho thấy rằng mu ốn học sinh nắm được đầy đủ các kiến thức khoa học về các đối tượng nghiên cứu thì trong quá trình dạy học phải sử dụng phối hợp một cách hợp lý các phương tiện trực quan và kết hợp chặt chẽ với lời nói của giáo viên. Tức là trước hết dùng các câu hỏi gợi ý để kích thích tư duy trừu tượng của học sinh sau đó dùng các phương tiện dạy học góp phần chứng minh những kết luận rút ra đến việc hình thành các biểu tượng cụ thể Ví dụ: Ôn tập hệ thống hoá kiến thức cần nhớ của học kỳ I hoá học 9 - Giáo viên yêu cầu học sinh tóm tắt những kiến thức cơ bản trong học kỳ I - Học sinh thực hiện các nhiệm vụ của giáo viên giao cho và tóm tắt thành 2 vấn đề lớn: + Mối liên hệ giữa các hợp chất vô cơ: Oxit, axit, bazơ, mu ối. Sự chuyển đổi từ kim loại thành các hợp chất khác nhau + Mối liên hệ giữa các hợp chất vô cơ và kim loại. Sự chuyển đổi từ các hợp chất vô cơ thành kim loại Có thể có 2 cách: Cách 1: Cho học sinh biết chất cụ thể để điều chế các hợp chất vô cơ. Học sinh lập sơ dồ điều chế, viết các phương trình hoá học. Từ đó khái quát hoá thành mối liên hệ giữa các loại chất khác nhau Cách 2: Cho học sinh chọn hợp chất cần điều chế ở mỗi bảng, suy nghĩ và đưa ra các phương pháp điều chế. Sau đó lấy ví dụ từng chất cụ thể phù hợp với cách điều chế. Viết các phương trình hoá học để minh hoạ
- - Giáo viên đánh giá và cho điểm những học sinh tích cực hoạt động và trả lời tốt các câu hỏi nhằm khuyến khích và bắt buộc mọi học sinh cần làm việc tích cực và có hiệu quả 5. Cách sử dụng Khi thực hiện hoạt động, giáo viên cho lần lượt từng học sinh, từng nhóm hoặc đội chọn ô số trên bảng, khi ô cửa được mở ra, học sinh phải nêu được tính chất hoá học và viết đúng các phương trình phản ứng theo yêu cầu của ô số, nếu chưa đúng học sinh khác nhận xét và bổ sung Ví dụ: Trong bài 5-tiết 8: Luyện tập tính chất hoá học của oxit và axit. Để nắm được cách điều chế axit? Giáo viên gọi học sinh nhắc lại tính chất hoá học của oxit, axit, tiếp đó dùng sơ đồ, bảng yêu cầu học sinh chọn ô cửa điều chế: 1, 2, 3…trả lời và viết các phương trình phản ứng lên bảng để minh hoạ cơ chế của các quá trình điều chế axit theo yêu cầu của từng ô cửa. Cuối cùng giáo viên kết luận và có thể mở rộng thêm một số cách điều chế axit (tuỳ theo đối tượng học sinh và nội dung của chương trình) 6. Phương pháp chung khi thực hiện điều chế các chất vô cơ + Dựa vào tính chất hoá học và phương pháp điều chế từng loại chất vô cơ đã học để viết đúng phương trình hoá học + Khi thực hiện bài tập điều chế chất vô cơ cần nhớ các cách điều chế, con đường điều chế phải ngắn gọn, phương pháp đơn giản, dễ thực hiện Bảng 1: Năm cách điều chế oxit thường dùng Cách Kim loại + O2 Oxit (thường là oxit bazơ) Thí dụ: 3Fe (rắn)+ 2O2 (khí) Fe3O4(rắn) Cách Phi kim + O2 Oxit Thí dụ: S (rắn)+ O2 (khí) SO2 Cách Hợp chất + O2 Oxit Thí dụ: 4FeS2 (rắn)+ 11O2 khí) 2Fe2O3 (rắn)+ 8SO2 Cách Bazơ không tan Oxit + H 2O
- Thí dụ: 2Fe(OH)3 (rắn) Fe2O3 (rắn) + 3H2O (hơi) Cách Muối (không bền với nhiệt) Oxit Thí dụ: CaCO3 (rắn) CaO (rắn) + CO2 Bảng 2: Ba cách điều chế Axit thường dùng Cách Axit (không chứa oxi) H2 + Phi kim Thí dụ: H2 (khí)+ Cl2 (khí) 2HCl (hoà tan HCl vào nước tạo dung dịch axit HCl) Cách Axit (thường là axit có chứa oxi) Oxit axit + H2O Thí dụ: SO3 (khí)+ H2O (hơi) H2SO4 (lỏng) Cách Axit mạnh (khó bay hơi) + Muối Mưối (mới) + Axit (dễ bay hơi) Thí dụ: H2SO4 (dd)+ BaCl2 (dd) BaSO4 + 2HCl (dd) Bảng 3: Ba cách điều chế Bazơ thường dùng Cách Oxit bazơ + H2O Bazơ tan (kiềm) Thí dụ: CaO (rắn)+ H2O (l) Ca(OH)2 Cách Bazơ tan (kiềm) + Dd mu ối Bazơ mới + Muối mới Thí dụ: Ca(OH)2 (dd) + Na2CO3 (dd) CaCO3 (rắn)+ 2NaOH (dd) Cách Dd mu ối Bazơ tan (kiềm) Thí dụ: 2NaCl + 2H2O 2NaOH (dd) + Cl2 + H2 Chú ý: Với hiđroxit lưỡng tính do chương trình mới không đi sâu nên việc điều chế loại chất này học sinh chỉ cần tham khảo cách sau: Muối(của nguyên tố lưỡng tính)+Dd NH3(hay NaOH vừa đủ) Hiđroxit luỡng tính + Muối mới
- Thí dụ: AlCl3 + 3NH3 + 3H2O Al(OH)3 + 3NH4Cl AlCl3 + 3NaOH (vừa đủ) Al(OH)3 + 3NaCl Ngoài ra có thể điều chế bazơ bằng cách cho một số kim loại mạnh tác dụng với nước Thí dụ: 2Na + 2H2O 2NaOH + H2 Bảng 4: Mười cách điều chế Muối thuờng dùng Cách Kim loại + Phi kim Muối Thí dụ: 2Al + 3Cl2 2AlCl3 Cách Kim loại + Dd Axit Muối + …….. Thí dụ: Zn + H2SO4 (loãng) ZnSO4 + H2 Cu + 2H2SO4 (đặc nóng) CuSO4 + SO2 + 2H2O Cách Kim loại + Dd mu ối Muối mới + Kim loại mới Thí dụ: Cu (rắn) + 2AgNO3 (dd) Cu(NO3)2 (dd) + 2Ag (rắn) Cách Axit + Bazơ Muối + H2O Thí dụ: H2SO4 + NaOH NaHSO4 + H2O hay H2SO4 + 2NaOH Na2SO4 + 2H2O Cách Oxit bazơ + Axit Muối + H 2O Thí dụ: CuO + 2HCl CuCl2 + H2O Cách Oxit axit + Dd bazơ (kiềm) Muối (+H2O) Thí dụ: CO2 + NaOH NaHCO3 hay CO2 + 2NaOH Na2CO3 + H2O Cách Oxit axit + Oxit bazơ Muối Thí dụ: SO2 + CaO CaSO3
- Cách Dd bazơ (kiềm) + Dd mu ối Muối mới + Bazơ mới Thí dụ: Ba(OH)2 + Na2SO4 BaSO4 + 2NaOH Cách Dd axit + Dd muối Muối mới + Axit mới Thí dụ: 2HCl + K2CO3 2KCl + CO2 + H2O Cách Dd mu ối + Dd mu ối 2 mu ối mới Thí dụ: NaCl + AgNO3 AgCl + NaNO3 Lưu ý: - Phần lớn các phản ứng khi xảy ra đều có điều kiện - Trên đây chỉ là các cách điều chế thường dùng 7. Những chú ý khi sử dụng đồ dùng dạy học + Nếu chỉ đưa hình vẽ, sơ đồ…trong chốc lát để chứng minh cho một vấn đề hoá học thì sẽ giảm tích cực đi rất nhiều + Khi sử dụng các phương tiện trực quan, không những chỉ sử dụng mọi khả năng thích hợp nhất của mỗi loại mà còn phải kết hợp chặt chẽ giữa quan sát - quá trình - hiện tượng của sự vật + Để tập trung vào những vấn đề bản chất nhất của bài học, phải sử dụng các phương tiện nào thích hợp nhất, có tác dụng mạnh nhất đối với bài học đó. Những phương tiện đó phải diễn tả nội dung chính của bài học. Phải sử dụng đúng lúc, đúng chỗ, đúng liều lượng mỗi loại phương tiện + Việc sử dụng hình vẽ, sơ đồ…nên thực hiện đa dạng như sau: - Hình vẽ, sơ đồ…có đầy đủ chú thích là nguồn để học sinh khai thác thông tin, hình thành và củng cố kiến thức hoá học - Hình vẽ, sơ đồ…có không đầy đủ chú thích sẽ giúp học sinh kiểm tra những thông tin còn thiếu - Hình vẽ, sơ đồ… không chú thích nhằm yêu cầu học sinh phát hiện kiến thức hoặc kiểm tra kiến thức hóa học của học sinh III. BÀI HỌC KINH NGHIỆM Qua việc tự làm và sử dụng các thiết bị đồ dùng dạy học trên lớp tôi đã rút ra được bài học kinh nghiệm sau: a) Giáo viên giảng dạy các bộ môn phải luôn luôn tìm tòi, sáng tạo và đổi mới trong phương pháp dạy học
- b) Có kế hoạch cụ thể trong việc tìm kiếm và thiết kế các đồ dùng dạy học: đẹp, chính xác, phù hợp với kinh tế và nội dung bài dạy c) Sử dụng triệt để các phương pháp dạy học tích cực nhằm thu hút sự chú ý của học sinh d) Tuy đã có cơ quan chuyên trách cung cấp các thiết bị dạy học, nhưng trong thực tế không thể có đầy đủ những thiết bị cần thiết cho từng môn học. Người giáo viên phải thường xuyên tự làm, sưu tầm, tích luỹ các đồ dùng cần thiết cho bộ môn, đồng thời cần hướng dẫn và tổ chức cho học sinh tham gia vào công việc này IV. KẾT LUẬN Cơ sở vật chất và thiết bị giáo dục là một trong những điều kiện quan trọng góp phần thực hiện thắng lợi nội dung cải cách, đổi mới giáo dục. Hoá học là môn học nghiên cứu về các chất, sự biến đổi chất này thành chất khác và những hiện tuợng xảy ra xung quanh sự biến đổi đó. Vì vậy việc trang bị, bổ sung, tự làm và sử dụng thiết bị dạy học nhằm thực hiện nguyên tắc giảng dạy trực quan cho bộ môn hoá học ở trường THCS, có tầm quan trọng đặc biệt trong đổi mới giáo dục ở nước ta hiện nay Mục đích của phong trào làm đồ dùng dạy học nhằm tạo điều kiện thuận lợi để cán bộ quản lí, giáo viên phát huy khả năng sáng tạo trong các hoạt động giảng dạy và giáo dục học sinh nhằm thực hiện tốt mục tiêu giáo dục của trường THCS, tạo ra các sản phẩm có tính sáng tạo và đạt hiệu quả cao trong các hoạt động giáo dục, phù hợp với điều kiện của nhà trường. Nội dung của phong trào làm đồ dùng dạy học gắn với việc triển khai cuộc vận động “Mỗi thầy giáo, cô giáo là một tấm gương đạo đức, tự học và sáng tạo” và phong trào “Xây dựng trường học thân thiện, học sinh tích cực”. V. Ý KIẾN ĐỀ XUẤT Thực ra trong các nhà trường hiện nay đã được cấp rất nhiều các thiết bị dạy học cho các bộ môn, đặc biệt là các khối lớp 6, 7. Tuy vậy đối với bộ môn hoá học thì các đồ dùng dạy học như: biều đồ, sơ đồ, mô hình, phim….còn quá ít. Vì vậy mu ốn đạt được hiệu quả cao ở bộ môn này, tôi có một số kiến nghị: - Các cơ quan thiết bị trường học cần có đầy đủ tranh ảnh về: ứng dụng, sản xuất hoá học, các sơ đồ liên kết của các nguyên tử, phân tử hoặc các sơ đồ biểu thị mối quan hệ giữa các chất với nhau, để cung cấp về các trường, giúp giáo viên thuận lợi hơn trong việc tìm kiếm các đồ dùng dạy học
- - Nhà trường cần bổ sung, cập nhật và phổ biến kịp thời những tư liệu, tài liệu có liên quan đến hoạt động bộ môn và phương pháp giảng dạy bộ môn - Nhà trường cần tạo điều kiện và chi trả hợp lý về kinh phí khi giáo viên tự thiết kế các đồ dùng dạy học còn thiếu - Tổ chức thường xuyên các cuộc thi sáng tạo và sử dụng đồ dùng dạy học nhằm kích thích lòng yêu nghề và tư duy sáng tạo của giáo viên đồng thời bổ sung những trang thiết bị cần thiết cho các hoạt động dạy học - Đối với giáo viên của từng bộ môn hãy phấn đấu để trong mỗi tiết học bình thường học sinh được: Hoạt động nhiều hơn, thực hành nhiều hơn, thảo luận nhiều hơn và suy nghĩ nhiều hơn Trên đây chỉ là kinh nghiệm nhỏ mà tôi đã tích luỹ được trong quá trình giảng dạy bộ môn hoá học. Với sự hiểu biết và kinh nghiệm có hạn, chắc chắn không tránh khỏi những sơ sót, rất mong được sự góp ý chân thành của các bạn đồng nghiệp. Xin chân thành cảm ơn! Long Định, ngày 24 tháng 01 năm 2009 GV thực hiện NguyÔn Anh Dòng
- TÀI LIỆU THAM KHẢO - Tài liệu BDTX hoá học chu kì III (2004-2007), NXB giáo dục, 2007 (Vũ Anh Tuấn – Cao Thị Thặng)
- - PP dạy học hoá học ở trường phổ thông, NXB giáo dục, 2005 (PGS.TS. Nguyễn Xuân Trường) - Bồi dưỡng hoá học THCS, NXB giáo dục, 2005 (Vũ Anh Tuấn-Hoàng Vũ) - Sử dụng phương tiện nghe nhìn trong quá trình đổi mới phương pháp dạy học, NXB giáo dục, 2000 (TS. Phùng Quốc Việt) - SGK hoá học 9, NXB giáo dục 2005 (Lê Xuân Trọng-Cao Thị Thặng-Ngô Văn Vụ) MỤC LỤC *** ** Trang I. Xuất phát điểm ……………………………………………………. 1 1.Cơ sở lý luận ………………………………………………… ... 1 2. Mục đích nghiên cứu ………………………………………… .. 2 3. Quá trình thực hiện ……………………………………………. 2 a) Thuận lợi …………………………………………………. 2 b) Hạn chế …………………………………………………... 2 II. Cấu tạo và phương pháp thực hiện sơ đồ …………………………… 3 1. Cấu tạo ……………………………………………………….. 3 2. Thiết kế ……………………………………………………….. 3
- 3. Mục đích ……………………………………………………… 4 4. Phương pháp thực hiện cụ thể ………………………………… 4 5. Cách sử dụng ………………………………………………….. 6. Phương pháp 6 7. Những chú ý khi sử dụng đồ chung …………………………………………… 7 dùng dạy học …………………… 10 III. Bài học kinh nghiệm ………………………………………………… 10 IV. Kết luận …………………………………………………………….. 11 V. Ý kiến đề xuất ………………………………………………………. 11 Phụ lục: Ảnh minh hoạ bộ sơ đồ điều chế các hợp chất vô cơ …….. 13 Tài liệu tham khảo …………………………………………………… 17 Mục lục ……………………………………………………………… 18
CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

markdown:
# BẢNG THUYẾT MINH ĐỒ DÙNG DẠY HỌC TỰ LÀM
Chia sẻ: Hà Nguyễn Thúy Quỳnh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:17
![](images/blank.gif)
![](images/blank.gif)
lượt xem 114
download
![](http://image.tlvnimg.com/document/thumbnail/2011/20111003/kimku11/80x100/bang_thuyet_min2_0339.jpg)
##
BẢNG THUYẾT MINH ĐỒ DÙNG DẠY HỌC TỰ LÀM
[Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ](javascript:void(0);)
Download
![](images/down16x21.png)
I. XUẤT PHÁT ĐIỂM 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN Thiết bị dạy học là một trong những điều kiện vật chất của nhà trường, có ý nghĩa to lớn trong việc thực hiện mục tiêu, nguyên lý giáo dục của Đảng và nhà nước: “Hoạt động giáo dục phải thực hiện theo nguyên lý học đi đôi với hành, giáo dục kết hợp với lao động sản xuất, lý luận gắn liền với thực tiễn, giáo dục nhà trường kết hợp với giáo dục gia đình và giáo dục xã hội” (Trích điều 3 của luật giáo dục năm 2005)...
![](images/graphics/blank.gif)
Bình luận(0)
[Đăng nhập để gửi bình luận!](javascript:void(0);)
##
Nội dung Text: BẢNG THUYẾT MINH ĐỒ DÙNG DẠY HỌC TỰ LÀM
- BẢNG THUYẾT MINH ĐỒ DÙNG DẠY HỌC TỰ LÀM I. XUẤT PHÁT ĐIỂM 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN Thiết bị dạy học là một trong những điều kiện vật chất của nhà trường, có ý nghĩa to lớn trong việc thực hiện mục tiêu, nguyên lý giáo dục của Đảng và nhà nước: “Hoạt động giáo dục phải thực hiện theo nguyên lý học đi đôi với hành, giáo dục kết hợp với lao động sản xuất, lý luận gắn liền với thực tiễn, giáo dục nhà trường kết hợp với giáo dục gia đình và giáo dục xã hội” (Trích điều 3 của luật giáo dục năm 2005) Sử dụng thiết bị trong dạy học cũng đã được nêu trong Nghị quyết hội nghị Ban chấp hành Trung ương lần 2 – khoá III: “…Tất cả các nhà truờng phổ thông đều có các trang thiết bị tối thiểu để thực hiện các thí nghiệm trong chương trình, sớm chấm dứt tình trạng dạy chay” Chính vì vậy việc sử dụng, bảo quản và bổ sung các thiết bị dạy học trong nhà trường phải được ban Giám Hiệu, giáo viên bộ môn hết sức chú trọng, đặc biệt đối với
- giáo viên chuyên trách thiết bị phải luôn tìm phương pháp hoạt động nhằm phát huy hiệu quả thiết bị dạy học trong nhà trường là một nhiệm vụ quan trọng và đầy ý nghĩa… Bất kỳ một phương tiện trực quan nào cũng chỉ mang nguồn thông tin khoa học nhất định và có chức năng sư phạm riêng biệt. Chúng cần được bổ sung lẫn nhau để góp phần xây dựng một cách hoàn chỉnh những biểu tượng hình ảnh, khái niệm, quy luật thích hợp của đối tượng nghiên cứu. Lời nói của giáo viên, câu định nghĩa trong sách giáo khoa có thể cung cấp một loại thông tin hoàn chỉnh, có hệ thống; các vật thực, các đối tượng tự nhiên cho biết hình dáng thực, kích thước, màu sắc bề ngoài của chúng làm cho học sinh hiểu đuợc những tính chất vật lý của đối tượng nghiên cứu; thí nghiệm cho học sinh hiểu được bản chất của các hiện tượng và các quá trình xảy ra trong tự nhiên, trong phòng thí nghiệm, trong sản xuất nhưng bảng vẽ, tranh, sơ đồ, hình vẽ có tác dụng định hướng để nhấn mạnh những vấn đề, những điểm chủ yếu cần chú ý trong quá trình tiếp thu kiến thức Trong việc dạy học dù là phương pháp truyền thống, cải cách hay đổi mới thì việc sử dụng đồ dùng dạy học là một vấn đề cần thiết dù là môn khoa học tự nhiên hay môn khoa học xã hội, có sử dụng đồ dùng dạy học đều mang lại hiệu quả cao 2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Việc sử dụng phối hợp các tài liệu trực quan khác nhau trong giờ học, một mặt phù hợp với đặc tính của tài liệu nghi ên cứu, đặc điểm và nhiệm vụ nhận thức, mặt khác thoả mãn với chức năng giáo dục của các phương tiện dạy học Bộ phương tiện dạy học trực quan “Sơ đồ điều chế các hợp chất vô cơ” là tổng hợp các vận dụng dùng trong việc dạy học, đáp ứng đầy đủ và thích hợp nhất với yêu cầu khoa học để nghiên cứu các vấn đề cụ thể của nội dung bài học, được hoàn thiện cao về mặt kỷ thuật, giá thành hạ, góp phần giúp giáo viên giảng dạy một cách tốt nhất (mất ít thời gian, sức lực, phương tiện nhất) làm cho học sinh nắm được tốt nhất những kiến thức khoa học, kỹ năng, kỹ xảo, trau dồi thế giới quan khoa học 3. QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN a) Thuận lợi: Trong quá trình thực hiện đồ dùng dạy học tự làm bộ sơ đồ điều chế các hợp chất vô cơ được sự hỗ trợ và động viên của ban Giám Hiệu, sự đóng góp ý kiến của tổ chuyên môn. Bản thân học hỏi, tìm tòi và rút ra được nhiều kinh nghiệm, do đó cũng đạt được những kết quả đáng khích lệ b) Hạn chế + Việc thực hiện đổi mới phương pháp hoá học vẫn còn những khó khăn nhất định, đặc biệt là điều kiện cơ sở vật chất thiết bị, chỉ đạo thực hiện và kỷ thuật thực hiện. Một số
- bài hoá học vẫn chủ yếu được dạy chay, ít sử dụng phương tiện dạy học. Nếu có sử dụng thì lại chưa khai thác được các hiện tượng, chưa tổ chức cho học sinh nghiên cứu, tư duy và hệ thống hoá các kiến thức trong chương trình + Việc sử dụng các phương tiện dạy học, tổ chức học tập hợp tác theo nhóm …theo hướng tích cực còn rất hạn chế + Một số không ít học sinh còn rụt rè, chưa mạnh dạn trình bày ý kiến của mình trước chỗ đông người. Một phần là do học sinh chưa chuẩn bị bài, không biết gì để phát biểu xây dựng bài. Một số học sinh có tư duy nhưng “sợ sai” nên không dám trình bày chủ kiến của mình, đợi “ai nói thì nghe, sau đó chờ đọc - chép rồi về nhà học thuộc là xong” !. + Hóa học là một môn học đòi hỏi học sinh phải có tính chăm chỉ, cần cù và có hứng thú. Mặt khác, đây là môn khoa học thực nghi ệm, học sinh cần có sự hợp tác giữa các thành viên trong nhóm để quan sát, tư duy, phân tích, giải thích các hiện tượng trong thực tế, phán đoán hiện tượng sau thí nghi ệm. II. CẤU TẠO VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN SƠ ĐỒ 1. Cấu tạo - Bộ sơ đồ gồm 4 bảng riêng biệt được lắp ghép thành 2 bảng (có chú ý tính hệ thống bài dạy) để sử dụng cả 2 mặt phù hợp với nội dung yêu cầu của chương trình, của từng tiết luyện tập. Bảng có cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ, dễ làm, có độ bền cao và được làm chủ yếu bằng giấy ép carton, một loại vật liệu phổ biến trên thị trường, giá thành hợp lí - Kích thước mỗi bảng: 1,2m x 0,8m. Khung nẹp giữa 2 bảng bằng cây và được ốp che lại bằng các thanh nhôm mỏng, màu (chữ V) nhằm tạo độ bền chắc và tính thẩm mỹ cho đồ dùng. Các ô cửa và tấm kéo được rọc cắt bằng dao 2.Thiết kế: Nội dung chi tiết được thiết kế 2 mặt trên nền trắng, phông chữ xanh và đỏ, ở đó có các ô cửa kéo (đóng và mở), thể hiện rõ các tác chất cần thiết khi điều chế các hợp chất vô cơ. Mặt sau của từng bảng là các rãnh kéo, được dán bằng keo và cũng làm bằng vật liệu chủ yếu trên 3. Mục đích: - Bộ sơ đồ được sử dụng rất thuận tiện, phù hợp điều kiện các vùng, các trường, đặc biệt đối với những trường (vùng sâu, vùng xa…) nơi mà cơ sở vật chất còn gặp rất nhiềư khó khăn, trang thiết bị còn hạn chế. - Bộ sơ đồ dùng thực hiện cho các tiết luyện tập và ôn tập ( thí dụ: bài 5/tiết 8: Luyện tập tính chất hoá học của oxit và axit; bài 12, 13/tiết 17, 18: mối quan hệ giũa các
- loại hợp chất vô cơ, các tiết ôn tập học kì, cuối năm …), trong công tác phụ đạo học sinh yếu, bồi dưỡng học sinh giỏi và tổ chức các buổi ngoại khoá như: hái hoa ôn tập, ngày hội hoá học, nhà khoa học tương lai….. nhằm kích thích tính hứng thú, ham mê bộ môn của học sinh 4. Phương pháp thực hiện cụ thể Sử dụng phương tiện trong dạy học hoá học đã được coi là tích cực. Tuy nhiên sẽ tích cực hơn khi phương tiện dạy học tạo nguồn kiến thức để học sinh tìm kiếm, phát hiện, xây dựng kiến thức hoá học mới Sử dụng hình vẽ, sơ đồ…có thể được dùng để: - Minh hoạ cho lời nói, nội dung, tính chất - Khai thác các thông tin (kiến thức cần biết) - Vừa chứng minh, vừa khai thác kiến thức Các phương tiện này được sử dụng ở hầu hết các loại bài hoá học. Thí dụ: Tính chất hoá học, sản xuất các chất, ôn luyện tập, thực hành… + Hoạt động của giáo viên và học sinh khi dùng hình vẽ, sơ đồ…theo hướng tích cực để khai thác các thông tin thường như sau: Hoạt động của GV Hoạt động của HS - Nêu mục đích và phương pháp - Nắm được mục đích quan sát hình vẽ, sơ đồ.. - Trưng bày, cho xem - Quan sát tìm ra đặc điểm giống và - Yêu cầu quan sát khác nhau - Yêu cầu nhận xét và rút ra kết luận - Rút ra nhận xét + Để thực hiện hoạt động có hiệu quả, khâu chuẩn bị vô cùng quan trọng. Chuẩn bị tốt là điều kiện cần để thu được kết quả tốt. GV và học sinh cần chuẩn bị: * Giáo viên: - Bộ sơ đồ điều chế các hợp chất vô cơ - Bảng phụ: Ghi sẵn một số nội dung (nếu cần). - Nghiên cứu tìm ra những câu hỏi thật sự cô đọng, xúc tích, có khả năng phát huy tư duy, sáng tạo của học sinh. Có sự chuẩn bị trước cho những tình huống sư phạm có thể xảy ra ngoài yêu cầu của bài để không bị động trước tư duy của học sinh. * Học sinh: - Cần có sự chuẩn bị thật kĩ theo yêu cầu của GV từ tiết trước (mỗi học sinh đều phải soạn bài mới vào tập, GV thường xuyên kiểm tra tập soạn của học sinh).
- - Học sinh có thể tự tìm tòi, sưu tầm thêm kiến thức từ các nguồn ngoài SGK phục vụ cho bài học. Trên lớp, GV tiến hành các bước: - Chia nhóm: GV chia lớp thành từng nhóm theo vị trí chỗ ngồi - Thông qua từng mũi tên sơ đồ GV nêu yêu cầu để học sinh thực hiện. - GV đánh giá kết quả học tập của học sinh, nhận xét, bổ sung (nếu cần). Về phía học sinh: - Phải có ý thức học tập cao, không ỷ lại người khác, tránh thảo luận đi xa yêu cầu của nội dung câu hỏi - Không thảo luận quá lớn tiếng ảnh hưởng đến nhóm khác. Kinh nghiệm sư phạm cho thấy rằng mu ốn học sinh nắm được đầy đủ các kiến thức khoa học về các đối tượng nghiên cứu thì trong quá trình dạy học phải sử dụng phối hợp một cách hợp lý các phương tiện trực quan và kết hợp chặt chẽ với lời nói của giáo viên. Tức là trước hết dùng các câu hỏi gợi ý để kích thích tư duy trừu tượng của học sinh sau đó dùng các phương tiện dạy học góp phần chứng minh những kết luận rút ra đến việc hình thành các biểu tượng cụ thể Ví dụ: Ôn tập hệ thống hoá kiến thức cần nhớ của học kỳ I hoá học 9 - Giáo viên yêu cầu học sinh tóm tắt những kiến thức cơ bản trong học kỳ I - Học sinh thực hiện các nhiệm vụ của giáo viên giao cho và tóm tắt thành 2 vấn đề lớn: + Mối liên hệ giữa các hợp chất vô cơ: Oxit, axit, bazơ, mu ối. Sự chuyển đổi từ kim loại thành các hợp chất khác nhau + Mối liên hệ giữa các hợp chất vô cơ và kim loại. Sự chuyển đổi từ các hợp chất vô cơ thành kim loại Có thể có 2 cách: Cách 1: Cho học sinh biết chất cụ thể để điều chế các hợp chất vô cơ. Học sinh lập sơ dồ điều chế, viết các phương trình hoá học. Từ đó khái quát hoá thành mối liên hệ giữa các loại chất khác nhau Cách 2: Cho học sinh chọn hợp chất cần điều chế ở mỗi bảng, suy nghĩ và đưa ra các phương pháp điều chế. Sau đó lấy ví dụ từng chất cụ thể phù hợp với cách điều chế. Viết các phương trình hoá học để minh hoạ
- - Giáo viên đánh giá và cho điểm những học sinh tích cực hoạt động và trả lời tốt các câu hỏi nhằm khuyến khích và bắt buộc mọi học sinh cần làm việc tích cực và có hiệu quả 5. Cách sử dụng Khi thực hiện hoạt động, giáo viên cho lần lượt từng học sinh, từng nhóm hoặc đội chọn ô số trên bảng, khi ô cửa được mở ra, học sinh phải nêu được tính chất hoá học và viết đúng các phương trình phản ứng theo yêu cầu của ô số, nếu chưa đúng học sinh khác nhận xét và bổ sung Ví dụ: Trong bài 5-tiết 8: Luyện tập tính chất hoá học của oxit và axit. Để nắm được cách điều chế axit? Giáo viên gọi học sinh nhắc lại tính chất hoá học của oxit, axit, tiếp đó dùng sơ đồ, bảng yêu cầu học sinh chọn ô cửa điều chế: 1, 2, 3…trả lời và viết các phương trình phản ứng lên bảng để minh hoạ cơ chế của các quá trình điều chế axit theo yêu cầu của từng ô cửa. Cuối cùng giáo viên kết luận và có thể mở rộng thêm một số cách điều chế axit (tuỳ theo đối tượng học sinh và nội dung của chương trình) 6. Phương pháp chung khi thực hiện điều chế các chất vô cơ + Dựa vào tính chất hoá học và phương pháp điều chế từng loại chất vô cơ đã học để viết đúng phương trình hoá học + Khi thực hiện bài tập điều chế chất vô cơ cần nhớ các cách điều chế, con đường điều chế phải ngắn gọn, phương pháp đơn giản, dễ thực hiện Bảng 1: Năm cách điều chế oxit thường dùng Cách Kim loại + O2 Oxit (thường là oxit bazơ) Thí dụ: 3Fe (rắn)+ 2O2 (khí) Fe3O4(rắn) Cách Phi kim + O2 Oxit Thí dụ: S (rắn)+ O2 (khí) SO2 Cách Hợp chất + O2 Oxit Thí dụ: 4FeS2 (rắn)+ 11O2 khí) 2Fe2O3 (rắn)+ 8SO2 Cách Bazơ không tan Oxit + H 2O
- Thí dụ: 2Fe(OH)3 (rắn) Fe2O3 (rắn) + 3H2O (hơi) Cách Muối (không bền với nhiệt) Oxit Thí dụ: CaCO3 (rắn) CaO (rắn) + CO2 Bảng 2: Ba cách điều chế Axit thường dùng Cách Axit (không chứa oxi) H2 + Phi kim Thí dụ: H2 (khí)+ Cl2 (khí) 2HCl (hoà tan HCl vào nước tạo dung dịch axit HCl) Cách Axit (thường là axit có chứa oxi) Oxit axit + H2O Thí dụ: SO3 (khí)+ H2O (hơi) H2SO4 (lỏng) Cách Axit mạnh (khó bay hơi) + Muối Mưối (mới) + Axit (dễ bay hơi) Thí dụ: H2SO4 (dd)+ BaCl2 (dd) BaSO4 + 2HCl (dd) Bảng 3: Ba cách điều chế Bazơ thường dùng Cách Oxit bazơ + H2O Bazơ tan (kiềm) Thí dụ: CaO (rắn)+ H2O (l) Ca(OH)2 Cách Bazơ tan (kiềm) + Dd mu ối Bazơ mới + Muối mới Thí dụ: Ca(OH)2 (dd) + Na2CO3 (dd) CaCO3 (rắn)+ 2NaOH (dd) Cách Dd mu ối Bazơ tan (kiềm) Thí dụ: 2NaCl + 2H2O 2NaOH (dd) + Cl2 + H2 Chú ý: Với hiđroxit lưỡng tính do chương trình mới không đi sâu nên việc điều chế loại chất này học sinh chỉ cần tham khảo cách sau: Muối(của nguyên tố lưỡng tính)+Dd NH3(hay NaOH vừa đủ) Hiđroxit luỡng tính + Muối mới
- Thí dụ: AlCl3 + 3NH3 + 3H2O Al(OH)3 + 3NH4Cl AlCl3 + 3NaOH (vừa đủ) Al(OH)3 + 3NaCl Ngoài ra có thể điều chế bazơ bằng cách cho một số kim loại mạnh tác dụng với nước Thí dụ: 2Na + 2H2O 2NaOH + H2 Bảng 4: Mười cách điều chế Muối thuờng dùng Cách Kim loại + Phi kim Muối Thí dụ: 2Al + 3Cl2 2AlCl3 Cách Kim loại + Dd Axit Muối + …….. Thí dụ: Zn + H2SO4 (loãng) ZnSO4 + H2 Cu + 2H2SO4 (đặc nóng) CuSO4 + SO2 + 2H2O Cách Kim loại + Dd mu ối Muối mới + Kim loại mới Thí dụ: Cu (rắn) + 2AgNO3 (dd) Cu(NO3)2 (dd) + 2Ag (rắn) Cách Axit + Bazơ Muối + H2O Thí dụ: H2SO4 + NaOH NaHSO4 + H2O hay H2SO4 + 2NaOH Na2SO4 + 2H2O Cách Oxit bazơ + Axit Muối + H 2O Thí dụ: CuO + 2HCl CuCl2 + H2O Cách Oxit axit + Dd bazơ (kiềm) Muối (+H2O) Thí dụ: CO2 + NaOH NaHCO3 hay CO2 + 2NaOH Na2CO3 + H2O Cách Oxit axit + Oxit bazơ Muối Thí dụ: SO2 + CaO CaSO3
- Cách Dd bazơ (kiềm) + Dd mu ối Muối mới + Bazơ mới Thí dụ: Ba(OH)2 + Na2SO4 BaSO4 + 2NaOH Cách Dd axit + Dd muối Muối mới + Axit mới Thí dụ: 2HCl + K2CO3 2KCl + CO2 + H2O Cách Dd mu ối + Dd mu ối 2 mu ối mới Thí dụ: NaCl + AgNO3 AgCl + NaNO3 Lưu ý: - Phần lớn các phản ứng khi xảy ra đều có điều kiện - Trên đây chỉ là các cách điều chế thường dùng 7. Những chú ý khi sử dụng đồ dùng dạy học + Nếu chỉ đưa hình vẽ, sơ đồ…trong chốc lát để chứng minh cho một vấn đề hoá học thì sẽ giảm tích cực đi rất nhiều + Khi sử dụng các phương tiện trực quan, không những chỉ sử dụng mọi khả năng thích hợp nhất của mỗi loại mà còn phải kết hợp chặt chẽ giữa quan sát - quá trình - hiện tượng của sự vật + Để tập trung vào những vấn đề bản chất nhất của bài học, phải sử dụng các phương tiện nào thích hợp nhất, có tác dụng mạnh nhất đối với bài học đó. Những phương tiện đó phải diễn tả nội dung chính của bài học. Phải sử dụng đúng lúc, đúng chỗ, đúng liều lượng mỗi loại phương tiện + Việc sử dụng hình vẽ, sơ đồ…nên thực hiện đa dạng như sau: - Hình vẽ, sơ đồ…có đầy đủ chú thích là nguồn để học sinh khai thác thông tin, hình thành và củng cố kiến thức hoá học - Hình vẽ, sơ đồ…có không đầy đủ chú thích sẽ giúp học sinh kiểm tra những thông tin còn thiếu - Hình vẽ, sơ đồ… không chú thích nhằm yêu cầu học sinh phát hiện kiến thức hoặc kiểm tra kiến thức hóa học của học sinh III. BÀI HỌC KINH NGHIỆM Qua việc tự làm và sử dụng các thiết bị đồ dùng dạy học trên lớp tôi đã rút ra được bài học kinh nghiệm sau: a) Giáo viên giảng dạy các bộ môn phải luôn luôn tìm tòi, sáng tạo và đổi mới trong phương pháp dạy học
- b) Có kế hoạch cụ thể trong việc tìm kiếm và thiết kế các đồ dùng dạy học: đẹp, chính xác, phù hợp với kinh tế và nội dung bài dạy c) Sử dụng triệt để các phương pháp dạy học tích cực nhằm thu hút sự chú ý của học sinh d) Tuy đã có cơ quan chuyên trách cung cấp các thiết bị dạy học, nhưng trong thực tế không thể có đầy đủ những thiết bị cần thiết cho từng môn học. Người giáo viên phải thường xuyên tự làm, sưu tầm, tích luỹ các đồ dùng cần thiết cho bộ môn, đồng thời cần hướng dẫn và tổ chức cho học sinh tham gia vào công việc này IV. KẾT LUẬN Cơ sở vật chất và thiết bị giáo dục là một trong những điều kiện quan trọng góp phần thực hiện thắng lợi nội dung cải cách, đổi mới giáo dục. Hoá học là môn học nghiên cứu về các chất, sự biến đổi chất này thành chất khác và những hiện tuợng xảy ra xung quanh sự biến đổi đó. Vì vậy việc trang bị, bổ sung, tự làm và sử dụng thiết bị dạy học nhằm thực hiện nguyên tắc giảng dạy trực quan cho bộ môn hoá học ở trường THCS, có tầm quan trọng đặc biệt trong đổi mới giáo dục ở nước ta hiện nay Mục đích của phong trào làm đồ dùng dạy học nhằm tạo điều kiện thuận lợi để cán bộ quản lí, giáo viên phát huy khả năng sáng tạo trong các hoạt động giảng dạy và giáo dục học sinh nhằm thực hiện tốt mục tiêu giáo dục của trường THCS, tạo ra các sản phẩm có tính sáng tạo và đạt hiệu quả cao trong các hoạt động giáo dục, phù hợp với điều kiện của nhà trường. Nội dung của phong trào làm đồ dùng dạy học gắn với việc triển khai cuộc vận động “Mỗi thầy giáo, cô giáo là một tấm gương đạo đức, tự học và sáng tạo” và phong trào “Xây dựng trường học thân thiện, học sinh tích cực”. V. Ý KIẾN ĐỀ XUẤT Thực ra trong các nhà trường hiện nay đã được cấp rất nhiều các thiết bị dạy học cho các bộ môn, đặc biệt là các khối lớp 6, 7. Tuy vậy đối với bộ môn hoá học thì các đồ dùng dạy học như: biều đồ, sơ đồ, mô hình, phim….còn quá ít. Vì vậy mu ốn đạt được hiệu quả cao ở bộ môn này, tôi có một số kiến nghị: - Các cơ quan thiết bị trường học cần có đầy đủ tranh ảnh về: ứng dụng, sản xuất hoá học, các sơ đồ liên kết của các nguyên tử, phân tử hoặc các sơ đồ biểu thị mối quan hệ giữa các chất với nhau, để cung cấp về các trường, giúp giáo viên thuận lợi hơn trong việc tìm kiếm các đồ dùng dạy học
- - Nhà trường cần bổ sung, cập nhật và phổ biến kịp thời những tư liệu, tài liệu có liên quan đến hoạt động bộ môn và phương pháp giảng dạy bộ môn - Nhà trường cần tạo điều kiện và chi trả hợp lý về kinh phí khi giáo viên tự thiết kế các đồ dùng dạy học còn thiếu - Tổ chức thường xuyên các cuộc thi sáng tạo và sử dụng đồ dùng dạy học nhằm kích thích lòng yêu nghề và tư duy sáng tạo của giáo viên đồng thời bổ sung những trang thiết bị cần thiết cho các hoạt động dạy học - Đối với giáo viên của từng bộ môn hãy phấn đấu để trong mỗi tiết học bình thường học sinh được: Hoạt động nhiều hơn, thực hành nhiều hơn, thảo luận nhiều hơn và suy nghĩ nhiều hơn Trên đây chỉ là kinh nghiệm nhỏ mà tôi đã tích luỹ được trong quá trình giảng dạy bộ môn hoá học. Với sự hiểu biết và kinh nghiệm có hạn, chắc chắn không tránh khỏi những sơ sót, rất mong được sự góp ý chân thành của các bạn đồng nghiệp. Xin chân thành cảm ơn! Long Định, ngày 24 tháng 01 năm 2009 GV thực hiện NguyÔn Anh Dòng
- TÀI LIỆU THAM KHẢO - Tài liệu BDTX hoá học chu kì III (2004-2007), NXB giáo dục, 2007 (Vũ Anh Tuấn – Cao Thị Thặng)
- - PP dạy học hoá học ở trường phổ thông, NXB giáo dục, 2005 (PGS.TS. Nguyễn Xuân Trường) - Bồi dưỡng hoá học THCS, NXB giáo dục, 2005 (Vũ Anh Tuấn-Hoàng Vũ) - Sử dụng phương tiện nghe nhìn trong quá trình đổi mới phương pháp dạy học, NXB giáo dục, 2000 (TS. Phùng Quốc Việt) - SGK hoá học 9, NXB giáo dục 2005 (Lê Xuân Trọng-Cao Thị Thặng-Ngô Văn Vụ) MỤC LỤC *** ** Trang I. Xuất phát điểm ……………………………………………………. 1 1.Cơ sở lý luận ………………………………………………… ... 1 2. Mục đích nghiên cứu ………………………………………… .. 2 3. Quá trình thực hiện ……………………………………………. 2 a) Thuận lợi …………………………………………………. 2 b) Hạn chế …………………………………………………... 2 II. Cấu tạo và phương pháp thực hiện sơ đồ …………………………… 3 1. Cấu tạo ……………………………………………………….. 3 2. Thiết kế ……………………………………………………….. 3
- 3. Mục đích ……………………………………………………… 4 4. Phương pháp thực hiện cụ thể ………………………………… 4 5. Cách sử dụng ………………………………………………….. 6. Phương pháp 6 7. Những chú ý khi sử dụng đồ chung …………………………………………… 7 dùng dạy học …………………… 10 III. Bài học kinh nghiệm ………………………………………………… 10 IV. Kết luận …………………………………………………………….. 11 V. Ý kiến đề xuất ………………………………………………………. 11 Phụ lục: Ảnh minh hoạ bộ sơ đồ điều chế các hợp chất vô cơ …….. 13 Tài liệu tham khảo …………………………………………………… 17 Mục lục ……………………………………………………………… 18
CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Server: Apache/2.2.15 (CentOS)

Vary: Accept-Encoding

Content-Type: text/html; charset=UTF-8


text:
Điện tử p và polymer dẫn điện
Chia sẻ: Abcdef_44 Abcdef_44 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:11
lượt xem 20
download
Điện tử p và polymer dẫn điện
1. Dẫn nhập Cơ chế dẫn điện của polymer dẫn điện là một khái niệm mới. Nó không tuân theo cơ chế cổ điển của kim loại. Nhưng dù là khái niệm mới hay cơ chế cũ, cách lý giải những hiện tượng dẫn điện vẫn phải dựa vào một nền tảng chung và thống nhất. Đó là những kiến thức cơ bản trong hóa lý, về vân đạo nguyên tử, vân đạo phân tử, các loại liên kết hóa học (chemical bonding) giữa các nguyên tố và các mực năng lượng điện tử được thành hình trong quá trình...
Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!
Nội dung Text: Điện tử p và polymer dẫn điện
- Điện tử p và polymer dẫn điện 1. Dẫn nhập Cơ chế dẫn điện của polymer dẫn điện là một khái niệm mới. Nó không tuân theo cơ chế cổ điển của kim loại. Nhưng dù là khái niệm mới hay cơ chế cũ, cách lý giải những hiện tượng dẫn điện vẫn phải dựa vào một nền tảng chung và thống nhất. Đó là những kiến thức cơ bản trong hóa lý, về vân đạo nguyên tử, vân đạo phân tử, các loại liên kết hóa học (chemical bonding) giữa các nguyên tố và các mực năng lượng điện tử được thành hình trong quá trình kết hợp. Cốt lõi của những kiến thức nầy là các khái niệm trong vật lý chất rắn và cơ học lượng tử. Giải thích một khái niệm mới bằng một ngôn ngữ giản dị không dễ, nhưng nếu dùng những khái niệm đã biết để dẫn đến khái niệm chưa biết có lẽ sẽ làm người đọc thoải mái hơn. Bài viết nầy được viết theo chiều hướng đó. 2. Điện tử p trong nối liên hợp Nối đôi của polyacetylene (PA) (Hình 1) biểu hiện sự khác biệt cấu trúc phân tử giữa polyethylene (PE) (Hình 2) và PA. Các nối trong PE là liên kết cộng hóa trị do sự tạp chủng giữa 1 vân đạo s và 3 vân đạo p (= 4 vân đạo tạp chủng sp3) cho ra 4 nối s (sigma) rất bền xung quanh nguyên tố carbon (2 nối C - H, 2 nối C - C), điện tử của nối s được gọi là điện tử s [1]. Trong PA, do tạp chủng giữa 1 vân đạo s và 2 vân đạo p (= 3 vân đạo tạp chủng sp2) cho ra 3 nối s (1 nối C - H, 2 nối C - C) và 1 nối p (pi) do của vân đạo pz của hai nguyên tố kề nhau tạo thành. Vì vậy, thực chất của nối đôi C = C là do 1 nối s và 1 nối p. Hình 1: Cấu trúc polyacetylene
- Hình 2: Cấu trúc polyethylene Liên kết p không bền, có nghĩa là điện tử p có nhiều hoạt tính hóa học, sẵn sàng phản ứng nếu có điều kiện thích hợp. Điện tử p, nhất là điện tử p trong các nối liên hợp (nối đơn và nối đôi tuần tự thay nhau, - C = C - C = C –) cho nhiều hiện tượng và áp dụng thú vị. Vì không bền nên chỉ cần một năng lượng nhỏ cũng đủ kích hoạt điện tử p sang một trạng thái khác. Ngay trong sinh vật và thực vật, điện tử p cho nhiều biến đổi kỳ diệu. Mắt của các sinh vật kể cả con người có một loại enzyme gọi là retinene ở võng mạc của mắt. Retinene có cấu trúc nối liên hợp - C = C - C = C – (Hình 3). Điện tử p của retinene chỉ cần năng lượng nhỏ như năng lượng ánh sáng là có thể biến chuyển hình dạng phân tử retinene, trạng thái điện tử và điện tính của retinene, gây ra một tín hiệu truyền đến não bộ và làm cho ta thấy được. hực vật có diệp lục tố (chlorophyll), cho ta màu xanh của lá. Cấu trúc của diệp lục tố cũng là một cấu trúc nối liên hợp (Hình 3). Dưới ánh sáng mặt trời các điện tử p được kích hoạt để hiện tượng quang hợp xảy ra. Diệp lục tố trở thành một chất xúc tác biến khí CO2 và nước trong không khí thành đường glucose và thải ra oxygen. Glucose là nguồn năng lượng chính của thực vật. Glucose có thể trùng hợp để biến thành tinh bột trong trái cây, các loại củ và ngũ cốc. Ngoài ra, heme trong hồng huyết cầu là phân tử vòng có nối liên hợp và chứa nguyên tố sắt. Chức năng của heme là tải oxygen để nuôi dưỡng các tế bào. Có thể nói rằng nối liên hợp một cách gián tiếp đóng một vai trò cực kỳ quan trọng để duy trì sự sống của toàn thể thực vật và sinh vật trên quả địa cầu. Chất dẫn điện và chất cách điện khác nhau ở chỗ dòng điện có thể truyền qua vật chất đó được hay không. Vật chất là tập hợp của nhiều nguyên tử. Sự truyền điện của vật chất tùy thuộc vào bản chất và cách liên kết của các nguyên tử. Kim loại được liên kết tạo ra những điện tử tự do. Những điện tử nầy là phần tử tải điện (charge carrier). Khi có điện áp, điện tử di động và dòng điện xuất hiện. Vì một lý do nào đó những điện tử không còn di động được nữa thì dòng điện biến mất. Dòng chảy của phần tử tải điện (trong trường hợp kim loại là điện tử) như là dòng nước. Khi nước bị đóng băng ta không có dòng nước. Khi băng tan, dòng nước xuất hiện. Một thí dụ về sự di động tự do của điện tử là sự khác biệt về đặc tính dẫn điện giữa than chì (graphite) và kim cương. Cùng được tạo thành từ nguyên tố carbon, than chì là vật dẫn điện nhưng kim cương là vật cách điện tuyệt vời. Than chì được dùng làm lõi bút chì, rất mềm và rẻ tiền. Kim cương là đá quí có độ cứng cao nhất trong các vật liệu, được dùng làm đồ trang
- sức cho các bậc mệnh phụ từ khi con người biết làm đẹp. Nếu ta dùng một điện trở kế đặt vào hai đầu bút chì thì ta sẽ đo được điện trở trong khoảng 10 – 50 Ω (Ohm). Điện trở than chì cao hơn kim loại nhưng vẫn là vật dẫn điện tốt (điện trở càng thấp thì độ dẫn điện càng cao). Để hiểu rõ sự khác biệt một trời một vực điện tính giữa than chì và kim cương, ta hãy quan sát cấu trúc của hai vật liệu nầy. Than chì là một tập hợp của nhân benzene liên kết thành những mảng hình tổ ong chồng chập lên nhau (Hình 4). Các sách hóa hữu cơ đều cho biết một điều cơ bản là điện tử p di động tự do trong nhân benzene do sự chuyển vị (delocalization) gây ra bởi hiệu ứng cộng hưởng. Ta không còn phân biệt được nối đơn hay nối đôi vì điện tử p di chuyển tự do và phân bố đều trong nhân (Hình 5). Trạng thái nầy là trạng thái bền nhất của benzene vì ở năng lượng thấp nhất. Khi các nhân benzene kết hợp lại tạo thành những mảng tổ ong của than chì, các điện tử p tạo thành những "đám mây" dải rộng, di chuyển tự do trên mặt phẳng của tổ ong. Những điện tử tự do nầy, giống như kim loại, là nguyên nhân của sự dẫn điện trong than chì. Ngược lại, trong kim cương những tổ ong nầy được liên kết bằng những nối tạo ra một tinh thể 3 chiều (Hình 4), ta không còn những đám mây điện tử di động tự do. Vì "dòng sông" điện tử bây giờ đã bị đóng băng, kim cương là vật cách điện. 3. Dải năng lượng điện tử Lối giải thích "dòng sông" điện tử lúc chảy, lúc bị "đóng băng" chỉ mang tính chất định tính để người đọc có thể hình dung được cơ chế dẫn điện và cách điện. Giải thích mang tính định lượng của cơ chế nầy đòi hỏi sự lý giải cấu trúc điện tử dựa trên sự thành hình của các mức năng lượng điện tử trong quá trình nguyên tử kết hợp thành phân tử, phân tử kết hợp thành vật liệu. Việc nầy đòi hỏi một kiến thức cơ bản về vật lý chất rắn và cơ học lượng tử. Nói một cách đơn giản, điện tính của tất cả mọi vật liệu được quyết định bởi cấu trúc điện tử của vật liệu đó. Và cấu trúc điện tử có thể được giải thích rành mạch theo quan điểm "dải năng lượng điện tử" (electronic energy band). Vật liệu được khảo sát ở đây là thể rắn. Ở thể rắn, các vân đạo nguyên tử liên kết, chồng chập lên nhau ở mọi phương hướng để tạo nên vân đạo phân tử. Trong trường hợp đơn giản nhất, khi hai nguyên tử kết hợp với nhau cho hai vân đạo phân tử. Các điện tử của hai nguyên tử bây giờ trở thành điện tử của phân tử và các điện tử nầy chỉ được phép ở những mức năng lượng nhất định. Cơ học lượng tử giúp ta tính toán những giá trị của mức năng lượng. Chất rắn được tạo thành do sự chồng chập của các tập hợp nguyên tử. Người ta phỏng tính 1 cm3 chất rắn được 1022 (22 số 0 sau số 1, hay là 10 ngàn tỷ tỷ) nguyên tử tạo thành. Trong quá trình nầy, theo cơ học lượng tử, những mực năng lượng điện tử sẽ được thành hình và các điện tử sẽ chiếm cứ các mực năng lượng nầy. Như vậy, ta có 1022 vân đạo phân tử và 1022 mức năng lượng tương ứng được tạo thành. Các mức năng lượng nầy chồng chập lên nhau theo thứ tự trị số của chúng, trở thành dải được gọi là "dải năng lượng điện tử". Dải ở năng lượng thấp gọi là dải hóa trị (valence band) và dải ở năng lượng cao
- hơn gọi là dải dẫn điện (conduction band) (Hình 6). Vì con số 1022 là một con số rất lớn, những mức năng lượng chồng chập nhau trông giống như một dải liên tục. Như bề dày của một quyển tự điển, từ xa nhìn thì trông như một khối liên tục, nhìn gần thì mới thấy những trang giấy rời rạc. Sự thành hình dải năng lượng của chất rắn có thể không liên tục, khi đó sẽ có một "khoảng trống" xuất hiện, giống như cái mương chia ra hai dải (miền) năng lượng. Khoảng trống đó gọi là khe dải năng lượng (energy band gap) (Hình 6). Như ta sẽ thấy ở phần sau, khe dải không phải là một khái niệm trừu tượng mà là một thực thể có thể kiểm chứng bằng thí nghiệm. Trị số khe dải được tính bằng electron volt (eV) [2]. Khe dải quyết định sự dẫn điện hay không dẫn điện của chất rắn. Sự dẫn điện hay không dẫn điện là do khả năng "nhảy mương" của các điện tử. Nếu điện tử của chất rắn không thể nhảy từ miền năng lượng thấp lên miền năng lượng cao, ta có vật cách điện. Những vật liệu kết hợp bằng nối s như polyethylene hay kim cương có khe dải lớn hơn 8 eV; cái "mương" quá rộng để điện tử có thể nhảy qua trong điều kiện bình thường (nhiệt độ 22 °C, áp suất 1 atm). Đây là những vật cách điện tuyệt vời. Ngược lại, khe dải của kim loại là zero. Khe dải zero có nghĩa dải hóa trị và dải dẫn điện tiếp cận hoặc đan vào nhau. Nhờ đó các điện tử không cần phải "nhảy mương" mà chỉ di chuyển qua lại thoải mái, nên sự dẫn điện xảy ra một cách tự nhiên. Than chì có khe dải rất hẹp giống như kim loại. Ở giữa hai cực đoan nầy là chất bán dẫn (thí dụ: silicon). Khe dải các chất bán dẫn nằm trong khoảng 1 - 1,5 eV. Trong điều kiện bình thường, một số các điện tử có thể nhảy lên mức năng lượng cao hơn nhờ nhiệt năng (thermal energy) chiếm cứ dải dẫn điện. Vì vậy, hiện tượng bán dẫn xảy ra. Khe dải năng lượng là một đặc tính vô cùng quan trọng của vật chất không những cho điện tính (cách điện, dẫn điện hay bán dẫn), mà còn trong việc thiết kế một vật liệu trong những áp dụng quang học, hay quang điện tử (optoelectronics) mà sự phát quang là một thí dụ điển hình. Hai điều kiện cần cho sự dẫn điện trong polymer dẫn điện là (1) nối liên hợp và (2) dopant [3]. Chỉ có nối liên hợp thì chưa đủ. Nếu không có dopant, khe dải của các polymer tiêu biểu có nối liên hợp như polyacetylene (PA), poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), polypyrrole (PPy), polyaniline (PAn), polythiophene (PT), polyphenylenevinylene (PPV) có giá trị từ 1,4 đến 3,6 eV (Bảng 1). Đây là giá trị của những chất cách điện; cùng lắm thì chỉ là chất bán dẫn hạng bét... Bảng 1: Trị số khe dải của các polymer dẫn điện tiêu biểu Khe dải (eV) Polymer Polyacetylene (PA) 1,4 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) 1,5 Polythiophene (PT) 2,0 Poly(phenylene vinylene) (PPV) 2,5 Polyaniline (PAn) 3,2 Poly(para-phenylene) (PPP) 3,5 Polypyrrole (PPy) 3,6 Theo sự suy nghỉ thông thường dựa trên hiệu ứng cộng hưởng hay là sự chuyển vị trong nhân benzene (Hình 5), có một lúc các nhà hóa học hữu cơ tin rằng trong polymer mang nối
- liên hợp các điện tử p cũng sẽ di chuyển tự do dọc theo mạch phân tử. Ta không còn phân biệt được nối đơn hay nối đôi và con người sẽ có sợi dây dẫn điện giống như kim loại ở thang phân tử. Nếu điều nầy phản ảnh một sự thật khách quan thì dây dẫn điện ở độ vi mô phân tử quả là một vật liệu trên cả tuyệt vời! Tập hợp những sợi dây nầy sẽ cho ta một chất hữu cơ dẫn điện hay ít nhất bán dẫn. Tiếc thay, sự thật lắm lúc rất phủ phàng và khắc nghiệt. Tạo hóa rất khó tính đối với con người; những phương pháp tính toán trong vật lý chất rắn và các kết quả thí nghiệm cho biết rằng thực tế không như vậy bởi vì mô hình chuyển vị điện tử p trong nhân benzene (hai thứ nguyên) không thể áp dụng cho mạch phân tử đường thẳng của polymer (một thứ nguyên). Thật vậy, theo nhà vật lý Peierls, nối liên hợp của mạch phân tử đường thẳng chỉ có thể ở trạng thái bền có năng lượng thấp nhất khi các điện tử p được định vị (localization). Có nghĩa là nối liên hợp muốn giữ cái nguyên trạng tuần tự của "nối đơn - nối đôi" cố hữu. Chỉ ở cấu trúc nầy điện tử mới có thể đạt đến năng lượng thấp nhất. Cũng xin nói thêm ở đây, mọi vật trong vũ trụ đều có khuynh hướng đi đến năng lượng thấp nhất vì đó là trạng thái bền nhất. Trạng thái chuyển hoán từ chuyển vị đến định vị gọi là "chuyển hoá Peierls" (Peierls transition) (Hình 7). Nếu ta nhìn một cách phiến diện theo quan điểm cơ học, vì nối đơn dài hơn nối đôi, nối liên hợp có tuần tự "nối đơn - nối đôi" cho một hình dạng cũn cỡn, so le tạo ra sự "căng" trong mạch polymer. Sự căng lại gây ra một năng lượng đưa toàn bộ mạch lên một mức năng lượng cao hơn và vì vậy kém bền hơn mạch có những nối cùng một độ dài. Như vậy thì có khác gì nhân benzene với hiệu ứng cộng hưởng? Nhưng ta chớ vội mừng! Trên quan điểm năng lượng điện tử, như Peierls đã diễn giải một chuỗi có tuần tự "nối đơn - nối đôi" sẽ cho năng lượng điện tử thấp. Tổng cộng của hai loại năng lượng (cơ học và điện tử) nầy cho thấy toàn thể năng lượng của mạch phân tử có tuần tự "nối đơn - nối đôi" vẫn còn thấp hơn mạch phân tử có nối cùng một độ dài do sự chuyển vị của điện tử p. Rõ ràng là polymer mang nối liên hợp chỉ có thể ở trạng thái định vị và do đó là một chất cách điện hay là một chất bán dẫn tồi. Chuyển hoá Peierls là một hiện tượng đặc thù của mạch phân tử polymer đường thẳng, ngược lại với hiệu ứng cộng hưởng trong nhân benzene. Như vậy, "dòng sông" điện tử p của mạch nối liên hợp bị "đóng băng". Những điện tử p khi định vị đương nhiên sẽ mất đi tính di động. Tuy nhiên những "dòng băng" sẽ biến thành "dòng sông" khi nhiệt độ gia tăng, vì nhiệt năng đủ để kích động một số điện tử "nhảy sào" qua một khe dải rất cao; chuyển hoá Peierls sẽ bị đảo lộn, đi ngược từ trạng thái định vị đến trạng thái chuyển vị, lúc đó dòng điện xuất hiện. Hiện tượng nầy đã được quan sát khi đun nóng kim cương, nhưng thí nghiệm tương tự không thể thực hiện cho polymer vì ở nhiệt độ cao polymer sẽ bị phân hủy. Có lẽ do ảnh hưởng quá nặng nề của nhân benzene, các nhà hóa học đã phải trải qua một thời gian dài và nhờ vào những lý luận vật lý sắc bén để có thể phân biệt sự khác nhau của nối p trong cầu trúc vòng và cấu trúc thẳng. Ở điểm nầy, ngoài Peierls chúng ta phải tôn vinh nhà vật lý Heeger (một trong ba người đoạt giải Nobel Hóa học năm 2000) đã có những đóng góp rất lớn trong lĩnh vực lý thuyết về năng lượng điện tử của nối liên hợp.
- 4. Các chất dopant Phương pháp tăng nhiệt độ để "lật ngược" chuyển hoá Peierls biến chất cách điện thành dẫn điện không phải là cách làm thực tế. Câu chuyện về polymer dẫn điện xem chừng như phải chấm dứt ở đây, nếu không có sự hiện hữu của dopant. Phương pháp doping của MacDiarmid, Heeger và Shirakawa khi cho PA tiếp xúc với khí iodine làm tăng độ dẫn điện hơn 1 tỷ (109) lần là một bước đột phá mang tính lịch sử và cũng là nền tảng trong việc nghiên cứu cơ bản và áp dụng thực tế của polymer dẫn điện. Bước nhảy của độ dẫn điện từ 1 tỷ đến 10 tỷ lần không phải chỉ xảy ra ở PA mà còn thấy được ở PPy, PAn, PT và những polymer khác có nối liên hợp mà đơn vị monomer là phân tử chứa nhân benzene hoặc có cấu trúc vòng mang nguyên tố sulphur (S) hay nitrogen (N) [3]. Các nhà nghiên cứu cảm nhận ngay cơ chế dẫn điện sẽ rất khác với cơ chế thường thấy trong kim loại hay than chì, nhất là bản chất của phần tử tải điện. Vì sự "đóng băng" hay trạng thái định vị của điện tử p, phần tử tải điện trong polymer dẫn điện chắc chắn không phải là các điện tử p tự do. Bản chất của phần tử tải điện trong polymer dẫn điện nhanh chóng thu hút được sự chú ý của các nhà vật lý lý thuyết. Mặc dù PA không có giá trị trong các ứng dụng thực tiễn do sự lão hóa và tự suy thoái đưa đến việc giảm thiểu độ dẫn điện, PA với cấu trúc mạch phân tử đơn giản nhất trong các polymer có nối liên hợp, đã là một polymer được khảo sát nhiều nhất cho việc phát triển lý thuyết dẫn điện. Khi PA được tiếp xúc với một chất oxít hóa (oxidizing agent) A, PA và A sẽ kết hợp theo một phản ứng hóa học đơn giản, PA + A D (PA)+A- (1) PA trung tính, không dẫn điện. (PA)+A- là polymer dẫn điện. Các nhà vật lý gọi phản ứng nầy là quá trình doping của PA với A, hay là PA được "dope" với dopant A. Các nhà hóa học có thuật ngữ khác, gọi đây là phản ứng oxit hóa của PA vì PA mất đi điện tử cho ra (PA)+, điện tử được nhận bởi A cho ra anion (ion âm) A-. A còn được gọi là chất nhận điện tử (electron acceptor). PA+ và A- được nối kết với nhau bằng nối ion do điện tích (+) và (-). Ngược lại, khi PA được tiếp xúc với chất khử D (reducing agent), phản ứng khử PA sau đây xảy ra, PA + D D (PA)-D+ (2) Trong trường hợp nầy, PA bị khử vì PA nhận điện tử biến thành (PA)- và D cho điện tử trở thành cation (ion dương) D+. D được gọi là chất cho điện tử (electron donor). Phản ứng (1) và (2) chỉ mang tính tượng trưng cho dễ hiểu. Trong trường hợp phản ứng PA giữa khí
- iodine I2 như MacDiarmid, Heeger và Shirakawa đã thực hiện vào năm 1977, phản ứng phải được viết một cách chính xác như sau, [CH]n + 3/2nmI2 D [CHm+(I3)m-]n (3) Ở đây, n là số đơn vị mononer của toàn thể polymer. Trong trường hợp của PA đơn vị là [CH]; m là số đơn vị chịu ảnh hưởng của anion (I3)-. Thí dụ, nếu 1 anion (I3)- ảnh hưởng đến 5 đơn vị [CH], m = 1/5 (Hình 8) [4]. Nếu anion (I3)- làm được việc thì các anion khác cũng sẽ cho một hiệu quả tương tự. Vài năm sau, nhóm MacDiarmid và Heeger làm thí nghiệm với anion perchlorate (ClO4-). Để PA kết hợp với anion nầy, phim PA được nhúng vào một dung dịch có anion ClO4- (chẳng hạn như muối LiClO4 trong một dung môi thích hợp sẽ cho Li+ và ClO4-). Anion nầy sẽ kết hợp bằng phương pháp điện hóa theo phản ứng, [CH]n + nm(ClO4-) D [CHm+(ClO4-)m]n (4) Một thí dụ của phản ứng (2) là nhúng phim PA trong một dung dịch khử chứa cation của sodium, Na+ (thí dụ: dung dịch sodium naphthalide), [CH]n + nm(Na+) D [CHm-(Na+)m]n (5) Trên thực tế, người ta thường dùng phản ứng (1) để tạo ra polymer dẫn điện vì phương pháp nầy dễ thực hiện hơn phản ứng (2). Điều đáng chú ý trong các phản ứng trên là ký hiệu thuận nghịch (D) [5]. Ký hiệu nầy cho biết phản ứng có thể đi từ trái sang phải và cũng đi từ phải sang trái. Sự thuận nghịch cho biết ta có thể điều chỉnh độ dẫn điện của một vật liệu; biến một vật cách điện thành dẫn điện và ngược lại. Phản ứng từ trái sang phải, như đã đề cập bên trên, là quá trình doping trong đó polymer cách điện kết hợp với dopant cho ra chất dẫn điện polymer/dopant. Phản ứng từ phải sang trái là quá trình dedoping trong đó polymer/dopant bị tách rời trả lại polymer cách điện nguyên thủy. Hai phản ứng nầy được thực hiện một cách dễ dàng trong phòng thí nghiệm nhưng lại là một đề tài nghiên cứu nhiều thử thách dưới một cái tên chung "chuyển hoán giữa vật cách điện và kim loại" (insulator - metal transition) của các nhà vật lý chất rắn. Sự thuận nghịch nầy chỉ ra một hướng đi thực tiễn với một tiềm năng áp dụng rất linh
- động trong dạng vật liệu thông minh. Đặc tính nầy đưa đến những áp dụng trong thực tế đã được bàn kỹ trong những bài viết trước. Ngoài khí iodine, các loại khí trong họ halogen như khí chlorine (Cl2), bromine (Br2) đều có tác dụng tăng độ dẫn điện. Ngoài PA, nhiều loại polymer dẫn điện khác trong đó có polyaniline (PAn), polypyrrole (PPy), polythiophene (PT), polyalkylthiophene (chất dẫn xuất (derivatives) của PT), đặc biệt là poly(ethylenedioxythiophene) (PEDOT) đã được khảo sát. Tương tự như PA, khi PT được kết hợp với khí iodine độ dẫn điện tăng đến 10 tỷ lần. Trong bài viết nầy chúng ta chỉ đề cập đến chất nhận điện tử là dopant để cho ra anion (quá trình doping theo phản ứng (1)). Bảng 2 cho thấy những dopant tiêu biểu bao gồm các phân tử, các hợp chất và các phân tử sinh học. Bảng 2: Các loại dopant, A, nhận điện tử cho ra anion A- (A + e- ® A-) Họ halogen Thí dụ: Br2, I2, Cl2 Thí dụ: BF3, PF5, AsF5, SbF5, SO3 Acid Lewis Acid proton (acid chứa H) Thí dụ: HNO3, H2SO4, HClO4, HF, HCl, FSO3H Halide của kim loại chuyển Thí dụ: FeCl3, MoCl5, WCl5, SnCl4, MoF5 tiếp Họ amino, các loại acid Thí dụ: glutamic acid, uridylic acid, protein, enzyme sinh học Các chất hoạt tính bề mặt Thí dụ: dodecylsulfate, dodecylbenzenesulfonate Thí dụ: poly (styrenesulfonic acid) Polymer Bảng 2 cho ta thấy sự chọn lựa dopant cho những polymer nối liên hợp rất phong phú. Dopant có thể là một phân tử, một hợp chất vô cơ, hữu cơ, thậm chí có thể là một polymer hay phân tử sinh học như enzyme. Ngoài yếu tố gây nên sự dẫn điện trong polymer có nối liên hợp, dopant có một vai trò quan trọng trong việc định đoạt sự cao thấp của độ dẫn điện, vật tính (physical properties), cơ tính (mechanical properties), độ bền môi trường (environmental stability) và độ bền nhiệt (thermal stability). Điều nầy hiển nhiên vì dopant trong polymer có thể đạt đến 50 % trọng lượng, nên sự chi phối của dopant rất lớn. 5. Polaron và Bipolaron Sau cuộc chạy đua nâng cao độ dẫn điện của PA trong thập niên 80 của thế kỷ trước, các nhà nghiên cứu nhận thấy đây chẳng qua là một cuộc chơi hàn lâm. Trên thực tế, độ dẫn điện trung bình ở mực của các chất bán dẫn (từ 0,1 đến 100 S/cm) là vừa đủ cho các ứng dụng. Tuy nhiên cũng nhờ cuộc chạy đua nầy các nhà khoa học đã khám phá rất nhiều "bí
- ẩn" của cơ chế dẫn điện trong polymer dẫn điện. Tất cả bí ẩn chỉ nằm gọn trong một câu hỏi cơ bản: Tại sao khi có sự hiện diện của dopant thì polymer mang nối liên hợp chuyển từ trạng thái cách điện sang dẫn điện? Ta hãy khảo sát sự liên hệ giữa quá trình doping và sự biến đổi của dải năng lượng của polypyrrole (PPy) (Hình 9). Pyrrole là một phân tử vòng năm góc chứa một nguyên tố nitrogen (N). Trước quá trình doping (hay bị oxit hóa), PPy có khe dải là 3,2 - 3,6 eV. Trị số nầy cho ta biết đây là một chất cách điện tiêu biểu. Quá trình doping PPy với dopant, A, được biểu hiện trong Hình 9. Khi PPy được tiếp cận với A, PPy sẽ mất một điện tử p, e-, cho A (mất điện tử có nghĩa là bị oxit hóa). Kết quả là trên mạch phân tử của PPy, ta có một lỗ trống mang điện tích dương (+) do sự mất đi của một điện tử [6] và một điện tử p đơn lẻ còn lại được ký hiệu là một chấm (·); A nhận e- trở thành A- [7]. Cặp (+ ·) được gọi là polaron trong vật lý học. Cặp nầy thường cách nhau 3 hoặc 4 đơn vị pyrrole. Trong Hình 9, (+) cách (·) 3 đơn vị. Sự thành hình của polaron làm thay đổi vị trí của các nối p còn lại làm thay đổi cấu trúc của vòng pyrrole và đồng thời tạo ra hai bậc năng lượng mới trong khe dải.
- Hình 9: Polaron, bipolaron và sự hình thành của các dải năng lượng tương ứng. CB: Conduction band (dải dẫn điện), VB: Valence band (dải hóa trị) [8]. Khi dopant được sử dụng ở nồng độ cao, "dân số" A gia tăng cho nên A có khả năng nhận thêm điện tử từ PPy. Polaron (+ ·) cũng gia tăng. Khi hai polaron gần nhau (+ ·) (+ ·), hai điện tử (· ·) trở thành nối p, còn lại cặp điện tích dương (+ +) được gọi là bipolaron (Hình 9). Ở nồng độ cao hơn nữa, mạch PPy xuất hiện càng nhiều bipolaron, các bậc năng lượng hình thành bởi sự hiện diện của bipolaron sẽ hòa vào nhau thành hai dải năng lượng bipolaron. Các kết quả thực nghiệm đã chứng minh rằng polaron và bipolaron là phần tử tải điện của polymer dẫn điện. Tương tự như điện tử tự do trong kim loại hay than chì, khi có một điện áp polaron hay bipolaron sẽ di động. Nói một cách khác, polaron và bipolaron là nguyên nhân của dòng điện trong polymer. Ở nồng độ dopant thấp, khi chỉ có
- một số ít dopant được kết hợp với mạch polymer, polaron là phần tử tải điện. Khi nồng độ gia tăng, bipolaron là phần tử tải điện. Các bậc năng lượng mới thành hình, tồn tại như hai bậc thang giúp điện tử di chuyến từ dải hóa trị đến dải dẫn điện ở bậc cao hơn mà không phải tốn nhiều công sức. Sự dẫn điện xảy ra. Brédas và các cộng sự [9] lần đầu tiên đã báo cáo phương pháp tính toán dựa trên những nguyên lý vật lý cơ bản sự hình thành của dải bipolaron và cho biết các khoảng cách của dải nầy đối với dải dẫn điện và dải hóa trị với những trị số rất chính xác rất phù hợp kết quả thực nghiệm. Những khái niệm về dải năng lượng, khe dải được trình bày ở đây đều mang tính chất trừu tượng đầy lý thuyết. Như một thông lệ trong khoa học, một lý thuyết chỉ có giá trị sau khi được chứng minh bằng thực nghiệm. Như vậy, chúng ta phải làm một thí nghiệm gì để có thể "thấy" được những dải năng lượng và dải bipolaron gây ra bởi sự kết hợp giữa dopant vào mạch polymer. Thật ra, điều nầy cũng không có gì khó khăn nếu chúng ta có một quang phổ kế. Đây là việc mà Brédas và cộng sự thực hiện vào năm 1984, 7 năm sau ngày phát hiện PA dẫn điện. Hình 10 là kết quả thực nghiệm của Brédas và cộng sự [9]. Hình nầy cho thấy đường cong hấp thụ của phim PPy được kết hợp (dope) với anion ClO4- (perchlorate) khi nồng độ của anion trong PPy tăng dần. Nguyên tắc thí nghiệm với quang phổ kế là vật liệu được khảo sát được quét với sóng điện từ với những năng lượng bức xạ khác nhau. Trục ngang của đồ thị là năng lượng bức xạ của sóng điện từ tác động vào phim PPy/ClO4-. Năng lượng được dùng trong thí nghiệm trong khoảng 0,5 đến 6 eV [10]. Đây là vùng của tia hồng ngoại, ánh sáng thấy được và tia tử ngoại. Vật liệu sẽ hấp thụ năng lượng bức xạ khi bản thân vật liệu có khoảng cách năng lượng tương ứng. Khi đó đường cong trong đồ thị xuất hiện một đỉnh cao. Khi nồng độ dopant rất thấp (đường cong dưới cùng), đường cong chỉ có một đỉnh ở 3,2 eV. Đây là khoảng cách giữa dải hóa trị và dải dẫn điện trong PPy. Khi nồng độ dopant gia tăng những đỉnh khác xuất hiện biểu hiện sự hình thành các mực và dải năng lượng tạo nên bởi sự hiện hữu của polaron, bipolaron. Tất cả đều phù hợp với sự tiên liệu của Brédas và cộng sự. Cũng theo cách tính của các tác giả, nếu mạch polymer được kết hợp với dopant 100 % (1 phân tử kết hợp với 1 phân tử đơn vị của polymer) thì dải năng lượng bipolaron sẽ tỏa rộng nối liền dải hóa trị và dải dẫn điện. Lúc đó toàn dải năng lượng giống như kim loại (Hình 6). Ta sẽ có một polymer dẫn điện như kim loại. Hiện nay, 1 dopant chỉ có thể kết hợp (dope) 3 phân tử đơn vị (tỉ lệ 1:3 hay là 33.33 %). Trên thực tế, việc chế tạo polymer với 100 % dopant chỉ là giả thuyết vượt ra ngoài khả năng tổng hợp hiện nay.
CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

markdown:
# Điện tử p và polymer dẫn điện
Chia sẻ: Abcdef_44 Abcdef_44 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:11
![](images/blank.gif)
![](images/blank.gif)
lượt xem 20
download
![](http://image.tlvnimg.com/document/thumbnail/2011/20111027/abcdef_44/80x100/dien_tu_p_va_polymer_dan_dien_6562.jpg)
##
Điện tử p và polymer dẫn điện
[Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ](javascript:void(0);)
Download
![](images/down16x21.png)
1. Dẫn nhập Cơ chế dẫn điện của polymer dẫn điện là một khái niệm mới. Nó không tuân theo cơ chế cổ điển của kim loại. Nhưng dù là khái niệm mới hay cơ chế cũ, cách lý giải những hiện tượng dẫn điện vẫn phải dựa vào một nền tảng chung và thống nhất. Đó là những kiến thức cơ bản trong hóa lý, về vân đạo nguyên tử, vân đạo phân tử, các loại liên kết hóa học (chemical bonding) giữa các nguyên tố và các mực năng lượng điện tử được thành hình trong quá trình...
![](images/graphics/blank.gif)
Bình luận(0)
[Đăng nhập để gửi bình luận!](javascript:void(0);)
##
Nội dung Text: Điện tử p và polymer dẫn điện
- Điện tử p và polymer dẫn điện 1. Dẫn nhập Cơ chế dẫn điện của polymer dẫn điện là một khái niệm mới. Nó không tuân theo cơ chế cổ điển của kim loại. Nhưng dù là khái niệm mới hay cơ chế cũ, cách lý giải những hiện tượng dẫn điện vẫn phải dựa vào một nền tảng chung và thống nhất. Đó là những kiến thức cơ bản trong hóa lý, về vân đạo nguyên tử, vân đạo phân tử, các loại liên kết hóa học (chemical bonding) giữa các nguyên tố và các mực năng lượng điện tử được thành hình trong quá trình kết hợp. Cốt lõi của những kiến thức nầy là các khái niệm trong vật lý chất rắn và cơ học lượng tử. Giải thích một khái niệm mới bằng một ngôn ngữ giản dị không dễ, nhưng nếu dùng những khái niệm đã biết để dẫn đến khái niệm chưa biết có lẽ sẽ làm người đọc thoải mái hơn. Bài viết nầy được viết theo chiều hướng đó. 2. Điện tử p trong nối liên hợp Nối đôi của polyacetylene (PA) (Hình 1) biểu hiện sự khác biệt cấu trúc phân tử giữa polyethylene (PE) (Hình 2) và PA. Các nối trong PE là liên kết cộng hóa trị do sự tạp chủng giữa 1 vân đạo s và 3 vân đạo p (= 4 vân đạo tạp chủng sp3) cho ra 4 nối s (sigma) rất bền xung quanh nguyên tố carbon (2 nối C - H, 2 nối C - C), điện tử của nối s được gọi là điện tử s [1]. Trong PA, do tạp chủng giữa 1 vân đạo s và 2 vân đạo p (= 3 vân đạo tạp chủng sp2) cho ra 3 nối s (1 nối C - H, 2 nối C - C) và 1 nối p (pi) do của vân đạo pz của hai nguyên tố kề nhau tạo thành. Vì vậy, thực chất của nối đôi C = C là do 1 nối s và 1 nối p. Hình 1: Cấu trúc polyacetylene
- Hình 2: Cấu trúc polyethylene Liên kết p không bền, có nghĩa là điện tử p có nhiều hoạt tính hóa học, sẵn sàng phản ứng nếu có điều kiện thích hợp. Điện tử p, nhất là điện tử p trong các nối liên hợp (nối đơn và nối đôi tuần tự thay nhau, - C = C - C = C –) cho nhiều hiện tượng và áp dụng thú vị. Vì không bền nên chỉ cần một năng lượng nhỏ cũng đủ kích hoạt điện tử p sang một trạng thái khác. Ngay trong sinh vật và thực vật, điện tử p cho nhiều biến đổi kỳ diệu. Mắt của các sinh vật kể cả con người có một loại enzyme gọi là retinene ở võng mạc của mắt. Retinene có cấu trúc nối liên hợp - C = C - C = C – (Hình 3). Điện tử p của retinene chỉ cần năng lượng nhỏ như năng lượng ánh sáng là có thể biến chuyển hình dạng phân tử retinene, trạng thái điện tử và điện tính của retinene, gây ra một tín hiệu truyền đến não bộ và làm cho ta thấy được. hực vật có diệp lục tố (chlorophyll), cho ta màu xanh của lá. Cấu trúc của diệp lục tố cũng là một cấu trúc nối liên hợp (Hình 3). Dưới ánh sáng mặt trời các điện tử p được kích hoạt để hiện tượng quang hợp xảy ra. Diệp lục tố trở thành một chất xúc tác biến khí CO2 và nước trong không khí thành đường glucose và thải ra oxygen. Glucose là nguồn năng lượng chính của thực vật. Glucose có thể trùng hợp để biến thành tinh bột trong trái cây, các loại củ và ngũ cốc. Ngoài ra, heme trong hồng huyết cầu là phân tử vòng có nối liên hợp và chứa nguyên tố sắt. Chức năng của heme là tải oxygen để nuôi dưỡng các tế bào. Có thể nói rằng nối liên hợp một cách gián tiếp đóng một vai trò cực kỳ quan trọng để duy trì sự sống của toàn thể thực vật và sinh vật trên quả địa cầu. Chất dẫn điện và chất cách điện khác nhau ở chỗ dòng điện có thể truyền qua vật chất đó được hay không. Vật chất là tập hợp của nhiều nguyên tử. Sự truyền điện của vật chất tùy thuộc vào bản chất và cách liên kết của các nguyên tử. Kim loại được liên kết tạo ra những điện tử tự do. Những điện tử nầy là phần tử tải điện (charge carrier). Khi có điện áp, điện tử di động và dòng điện xuất hiện. Vì một lý do nào đó những điện tử không còn di động được nữa thì dòng điện biến mất. Dòng chảy của phần tử tải điện (trong trường hợp kim loại là điện tử) như là dòng nước. Khi nước bị đóng băng ta không có dòng nước. Khi băng tan, dòng nước xuất hiện. Một thí dụ về sự di động tự do của điện tử là sự khác biệt về đặc tính dẫn điện giữa than chì (graphite) và kim cương. Cùng được tạo thành từ nguyên tố carbon, than chì là vật dẫn điện nhưng kim cương là vật cách điện tuyệt vời. Than chì được dùng làm lõi bút chì, rất mềm và rẻ tiền. Kim cương là đá quí có độ cứng cao nhất trong các vật liệu, được dùng làm đồ trang
- sức cho các bậc mệnh phụ từ khi con người biết làm đẹp. Nếu ta dùng một điện trở kế đặt vào hai đầu bút chì thì ta sẽ đo được điện trở trong khoảng 10 – 50 Ω (Ohm). Điện trở than chì cao hơn kim loại nhưng vẫn là vật dẫn điện tốt (điện trở càng thấp thì độ dẫn điện càng cao). Để hiểu rõ sự khác biệt một trời một vực điện tính giữa than chì và kim cương, ta hãy quan sát cấu trúc của hai vật liệu nầy. Than chì là một tập hợp của nhân benzene liên kết thành những mảng hình tổ ong chồng chập lên nhau (Hình 4). Các sách hóa hữu cơ đều cho biết một điều cơ bản là điện tử p di động tự do trong nhân benzene do sự chuyển vị (delocalization) gây ra bởi hiệu ứng cộng hưởng. Ta không còn phân biệt được nối đơn hay nối đôi vì điện tử p di chuyển tự do và phân bố đều trong nhân (Hình 5). Trạng thái nầy là trạng thái bền nhất của benzene vì ở năng lượng thấp nhất. Khi các nhân benzene kết hợp lại tạo thành những mảng tổ ong của than chì, các điện tử p tạo thành những "đám mây" dải rộng, di chuyển tự do trên mặt phẳng của tổ ong. Những điện tử tự do nầy, giống như kim loại, là nguyên nhân của sự dẫn điện trong than chì. Ngược lại, trong kim cương những tổ ong nầy được liên kết bằng những nối tạo ra một tinh thể 3 chiều (Hình 4), ta không còn những đám mây điện tử di động tự do. Vì "dòng sông" điện tử bây giờ đã bị đóng băng, kim cương là vật cách điện. 3. Dải năng lượng điện tử Lối giải thích "dòng sông" điện tử lúc chảy, lúc bị "đóng băng" chỉ mang tính chất định tính để người đọc có thể hình dung được cơ chế dẫn điện và cách điện. Giải thích mang tính định lượng của cơ chế nầy đòi hỏi sự lý giải cấu trúc điện tử dựa trên sự thành hình của các mức năng lượng điện tử trong quá trình nguyên tử kết hợp thành phân tử, phân tử kết hợp thành vật liệu. Việc nầy đòi hỏi một kiến thức cơ bản về vật lý chất rắn và cơ học lượng tử. Nói một cách đơn giản, điện tính của tất cả mọi vật liệu được quyết định bởi cấu trúc điện tử của vật liệu đó. Và cấu trúc điện tử có thể được giải thích rành mạch theo quan điểm "dải năng lượng điện tử" (electronic energy band). Vật liệu được khảo sát ở đây là thể rắn. Ở thể rắn, các vân đạo nguyên tử liên kết, chồng chập lên nhau ở mọi phương hướng để tạo nên vân đạo phân tử. Trong trường hợp đơn giản nhất, khi hai nguyên tử kết hợp với nhau cho hai vân đạo phân tử. Các điện tử của hai nguyên tử bây giờ trở thành điện tử của phân tử và các điện tử nầy chỉ được phép ở những mức năng lượng nhất định. Cơ học lượng tử giúp ta tính toán những giá trị của mức năng lượng. Chất rắn được tạo thành do sự chồng chập của các tập hợp nguyên tử. Người ta phỏng tính 1 cm3 chất rắn được 1022 (22 số 0 sau số 1, hay là 10 ngàn tỷ tỷ) nguyên tử tạo thành. Trong quá trình nầy, theo cơ học lượng tử, những mực năng lượng điện tử sẽ được thành hình và các điện tử sẽ chiếm cứ các mực năng lượng nầy. Như vậy, ta có 1022 vân đạo phân tử và 1022 mức năng lượng tương ứng được tạo thành. Các mức năng lượng nầy chồng chập lên nhau theo thứ tự trị số của chúng, trở thành dải được gọi là "dải năng lượng điện tử". Dải ở năng lượng thấp gọi là dải hóa trị (valence band) và dải ở năng lượng cao
- hơn gọi là dải dẫn điện (conduction band) (Hình 6). Vì con số 1022 là một con số rất lớn, những mức năng lượng chồng chập nhau trông giống như một dải liên tục. Như bề dày của một quyển tự điển, từ xa nhìn thì trông như một khối liên tục, nhìn gần thì mới thấy những trang giấy rời rạc. Sự thành hình dải năng lượng của chất rắn có thể không liên tục, khi đó sẽ có một "khoảng trống" xuất hiện, giống như cái mương chia ra hai dải (miền) năng lượng. Khoảng trống đó gọi là khe dải năng lượng (energy band gap) (Hình 6). Như ta sẽ thấy ở phần sau, khe dải không phải là một khái niệm trừu tượng mà là một thực thể có thể kiểm chứng bằng thí nghiệm. Trị số khe dải được tính bằng electron volt (eV) [2]. Khe dải quyết định sự dẫn điện hay không dẫn điện của chất rắn. Sự dẫn điện hay không dẫn điện là do khả năng "nhảy mương" của các điện tử. Nếu điện tử của chất rắn không thể nhảy từ miền năng lượng thấp lên miền năng lượng cao, ta có vật cách điện. Những vật liệu kết hợp bằng nối s như polyethylene hay kim cương có khe dải lớn hơn 8 eV; cái "mương" quá rộng để điện tử có thể nhảy qua trong điều kiện bình thường (nhiệt độ 22 °C, áp suất 1 atm). Đây là những vật cách điện tuyệt vời. Ngược lại, khe dải của kim loại là zero. Khe dải zero có nghĩa dải hóa trị và dải dẫn điện tiếp cận hoặc đan vào nhau. Nhờ đó các điện tử không cần phải "nhảy mương" mà chỉ di chuyển qua lại thoải mái, nên sự dẫn điện xảy ra một cách tự nhiên. Than chì có khe dải rất hẹp giống như kim loại. Ở giữa hai cực đoan nầy là chất bán dẫn (thí dụ: silicon). Khe dải các chất bán dẫn nằm trong khoảng 1 - 1,5 eV. Trong điều kiện bình thường, một số các điện tử có thể nhảy lên mức năng lượng cao hơn nhờ nhiệt năng (thermal energy) chiếm cứ dải dẫn điện. Vì vậy, hiện tượng bán dẫn xảy ra. Khe dải năng lượng là một đặc tính vô cùng quan trọng của vật chất không những cho điện tính (cách điện, dẫn điện hay bán dẫn), mà còn trong việc thiết kế một vật liệu trong những áp dụng quang học, hay quang điện tử (optoelectronics) mà sự phát quang là một thí dụ điển hình. Hai điều kiện cần cho sự dẫn điện trong polymer dẫn điện là (1) nối liên hợp và (2) dopant [3]. Chỉ có nối liên hợp thì chưa đủ. Nếu không có dopant, khe dải của các polymer tiêu biểu có nối liên hợp như polyacetylene (PA), poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), polypyrrole (PPy), polyaniline (PAn), polythiophene (PT), polyphenylenevinylene (PPV) có giá trị từ 1,4 đến 3,6 eV (Bảng 1). Đây là giá trị của những chất cách điện; cùng lắm thì chỉ là chất bán dẫn hạng bét... Bảng 1: Trị số khe dải của các polymer dẫn điện tiêu biểu Khe dải (eV) Polymer Polyacetylene (PA) 1,4 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) 1,5 Polythiophene (PT) 2,0 Poly(phenylene vinylene) (PPV) 2,5 Polyaniline (PAn) 3,2 Poly(para-phenylene) (PPP) 3,5 Polypyrrole (PPy) 3,6 Theo sự suy nghỉ thông thường dựa trên hiệu ứng cộng hưởng hay là sự chuyển vị trong nhân benzene (Hình 5), có một lúc các nhà hóa học hữu cơ tin rằng trong polymer mang nối
- liên hợp các điện tử p cũng sẽ di chuyển tự do dọc theo mạch phân tử. Ta không còn phân biệt được nối đơn hay nối đôi và con người sẽ có sợi dây dẫn điện giống như kim loại ở thang phân tử. Nếu điều nầy phản ảnh một sự thật khách quan thì dây dẫn điện ở độ vi mô phân tử quả là một vật liệu trên cả tuyệt vời! Tập hợp những sợi dây nầy sẽ cho ta một chất hữu cơ dẫn điện hay ít nhất bán dẫn. Tiếc thay, sự thật lắm lúc rất phủ phàng và khắc nghiệt. Tạo hóa rất khó tính đối với con người; những phương pháp tính toán trong vật lý chất rắn và các kết quả thí nghiệm cho biết rằng thực tế không như vậy bởi vì mô hình chuyển vị điện tử p trong nhân benzene (hai thứ nguyên) không thể áp dụng cho mạch phân tử đường thẳng của polymer (một thứ nguyên). Thật vậy, theo nhà vật lý Peierls, nối liên hợp của mạch phân tử đường thẳng chỉ có thể ở trạng thái bền có năng lượng thấp nhất khi các điện tử p được định vị (localization). Có nghĩa là nối liên hợp muốn giữ cái nguyên trạng tuần tự của "nối đơn - nối đôi" cố hữu. Chỉ ở cấu trúc nầy điện tử mới có thể đạt đến năng lượng thấp nhất. Cũng xin nói thêm ở đây, mọi vật trong vũ trụ đều có khuynh hướng đi đến năng lượng thấp nhất vì đó là trạng thái bền nhất. Trạng thái chuyển hoán từ chuyển vị đến định vị gọi là "chuyển hoá Peierls" (Peierls transition) (Hình 7). Nếu ta nhìn một cách phiến diện theo quan điểm cơ học, vì nối đơn dài hơn nối đôi, nối liên hợp có tuần tự "nối đơn - nối đôi" cho một hình dạng cũn cỡn, so le tạo ra sự "căng" trong mạch polymer. Sự căng lại gây ra một năng lượng đưa toàn bộ mạch lên một mức năng lượng cao hơn và vì vậy kém bền hơn mạch có những nối cùng một độ dài. Như vậy thì có khác gì nhân benzene với hiệu ứng cộng hưởng? Nhưng ta chớ vội mừng! Trên quan điểm năng lượng điện tử, như Peierls đã diễn giải một chuỗi có tuần tự "nối đơn - nối đôi" sẽ cho năng lượng điện tử thấp. Tổng cộng của hai loại năng lượng (cơ học và điện tử) nầy cho thấy toàn thể năng lượng của mạch phân tử có tuần tự "nối đơn - nối đôi" vẫn còn thấp hơn mạch phân tử có nối cùng một độ dài do sự chuyển vị của điện tử p. Rõ ràng là polymer mang nối liên hợp chỉ có thể ở trạng thái định vị và do đó là một chất cách điện hay là một chất bán dẫn tồi. Chuyển hoá Peierls là một hiện tượng đặc thù của mạch phân tử polymer đường thẳng, ngược lại với hiệu ứng cộng hưởng trong nhân benzene. Như vậy, "dòng sông" điện tử p của mạch nối liên hợp bị "đóng băng". Những điện tử p khi định vị đương nhiên sẽ mất đi tính di động. Tuy nhiên những "dòng băng" sẽ biến thành "dòng sông" khi nhiệt độ gia tăng, vì nhiệt năng đủ để kích động một số điện tử "nhảy sào" qua một khe dải rất cao; chuyển hoá Peierls sẽ bị đảo lộn, đi ngược từ trạng thái định vị đến trạng thái chuyển vị, lúc đó dòng điện xuất hiện. Hiện tượng nầy đã được quan sát khi đun nóng kim cương, nhưng thí nghiệm tương tự không thể thực hiện cho polymer vì ở nhiệt độ cao polymer sẽ bị phân hủy. Có lẽ do ảnh hưởng quá nặng nề của nhân benzene, các nhà hóa học đã phải trải qua một thời gian dài và nhờ vào những lý luận vật lý sắc bén để có thể phân biệt sự khác nhau của nối p trong cầu trúc vòng và cấu trúc thẳng. Ở điểm nầy, ngoài Peierls chúng ta phải tôn vinh nhà vật lý Heeger (một trong ba người đoạt giải Nobel Hóa học năm 2000) đã có những đóng góp rất lớn trong lĩnh vực lý thuyết về năng lượng điện tử của nối liên hợp.
- 4. Các chất dopant Phương pháp tăng nhiệt độ để "lật ngược" chuyển hoá Peierls biến chất cách điện thành dẫn điện không phải là cách làm thực tế. Câu chuyện về polymer dẫn điện xem chừng như phải chấm dứt ở đây, nếu không có sự hiện hữu của dopant. Phương pháp doping của MacDiarmid, Heeger và Shirakawa khi cho PA tiếp xúc với khí iodine làm tăng độ dẫn điện hơn 1 tỷ (109) lần là một bước đột phá mang tính lịch sử và cũng là nền tảng trong việc nghiên cứu cơ bản và áp dụng thực tế của polymer dẫn điện. Bước nhảy của độ dẫn điện từ 1 tỷ đến 10 tỷ lần không phải chỉ xảy ra ở PA mà còn thấy được ở PPy, PAn, PT và những polymer khác có nối liên hợp mà đơn vị monomer là phân tử chứa nhân benzene hoặc có cấu trúc vòng mang nguyên tố sulphur (S) hay nitrogen (N) [3]. Các nhà nghiên cứu cảm nhận ngay cơ chế dẫn điện sẽ rất khác với cơ chế thường thấy trong kim loại hay than chì, nhất là bản chất của phần tử tải điện. Vì sự "đóng băng" hay trạng thái định vị của điện tử p, phần tử tải điện trong polymer dẫn điện chắc chắn không phải là các điện tử p tự do. Bản chất của phần tử tải điện trong polymer dẫn điện nhanh chóng thu hút được sự chú ý của các nhà vật lý lý thuyết. Mặc dù PA không có giá trị trong các ứng dụng thực tiễn do sự lão hóa và tự suy thoái đưa đến việc giảm thiểu độ dẫn điện, PA với cấu trúc mạch phân tử đơn giản nhất trong các polymer có nối liên hợp, đã là một polymer được khảo sát nhiều nhất cho việc phát triển lý thuyết dẫn điện. Khi PA được tiếp xúc với một chất oxít hóa (oxidizing agent) A, PA và A sẽ kết hợp theo một phản ứng hóa học đơn giản, PA + A D (PA)+A- (1) PA trung tính, không dẫn điện. (PA)+A- là polymer dẫn điện. Các nhà vật lý gọi phản ứng nầy là quá trình doping của PA với A, hay là PA được "dope" với dopant A. Các nhà hóa học có thuật ngữ khác, gọi đây là phản ứng oxit hóa của PA vì PA mất đi điện tử cho ra (PA)+, điện tử được nhận bởi A cho ra anion (ion âm) A-. A còn được gọi là chất nhận điện tử (electron acceptor). PA+ và A- được nối kết với nhau bằng nối ion do điện tích (+) và (-). Ngược lại, khi PA được tiếp xúc với chất khử D (reducing agent), phản ứng khử PA sau đây xảy ra, PA + D D (PA)-D+ (2) Trong trường hợp nầy, PA bị khử vì PA nhận điện tử biến thành (PA)- và D cho điện tử trở thành cation (ion dương) D+. D được gọi là chất cho điện tử (electron donor). Phản ứng (1) và (2) chỉ mang tính tượng trưng cho dễ hiểu. Trong trường hợp phản ứng PA giữa khí
- iodine I2 như MacDiarmid, Heeger và Shirakawa đã thực hiện vào năm 1977, phản ứng phải được viết một cách chính xác như sau, [CH]n + 3/2nmI2 D [CHm+(I3)m-]n (3) Ở đây, n là số đơn vị mononer của toàn thể polymer. Trong trường hợp của PA đơn vị là [CH]; m là số đơn vị chịu ảnh hưởng của anion (I3)-. Thí dụ, nếu 1 anion (I3)- ảnh hưởng đến 5 đơn vị [CH], m = 1/5 (Hình 8) [4]. Nếu anion (I3)- làm được việc thì các anion khác cũng sẽ cho một hiệu quả tương tự. Vài năm sau, nhóm MacDiarmid và Heeger làm thí nghiệm với anion perchlorate (ClO4-). Để PA kết hợp với anion nầy, phim PA được nhúng vào một dung dịch có anion ClO4- (chẳng hạn như muối LiClO4 trong một dung môi thích hợp sẽ cho Li+ và ClO4-). Anion nầy sẽ kết hợp bằng phương pháp điện hóa theo phản ứng, [CH]n + nm(ClO4-) D [CHm+(ClO4-)m]n (4) Một thí dụ của phản ứng (2) là nhúng phim PA trong một dung dịch khử chứa cation của sodium, Na+ (thí dụ: dung dịch sodium naphthalide), [CH]n + nm(Na+) D [CHm-(Na+)m]n (5) Trên thực tế, người ta thường dùng phản ứng (1) để tạo ra polymer dẫn điện vì phương pháp nầy dễ thực hiện hơn phản ứng (2). Điều đáng chú ý trong các phản ứng trên là ký hiệu thuận nghịch (D) [5]. Ký hiệu nầy cho biết phản ứng có thể đi từ trái sang phải và cũng đi từ phải sang trái. Sự thuận nghịch cho biết ta có thể điều chỉnh độ dẫn điện của một vật liệu; biến một vật cách điện thành dẫn điện và ngược lại. Phản ứng từ trái sang phải, như đã đề cập bên trên, là quá trình doping trong đó polymer cách điện kết hợp với dopant cho ra chất dẫn điện polymer/dopant. Phản ứng từ phải sang trái là quá trình dedoping trong đó polymer/dopant bị tách rời trả lại polymer cách điện nguyên thủy. Hai phản ứng nầy được thực hiện một cách dễ dàng trong phòng thí nghiệm nhưng lại là một đề tài nghiên cứu nhiều thử thách dưới một cái tên chung "chuyển hoán giữa vật cách điện và kim loại" (insulator - metal transition) của các nhà vật lý chất rắn. Sự thuận nghịch nầy chỉ ra một hướng đi thực tiễn với một tiềm năng áp dụng rất linh
- động trong dạng vật liệu thông minh. Đặc tính nầy đưa đến những áp dụng trong thực tế đã được bàn kỹ trong những bài viết trước. Ngoài khí iodine, các loại khí trong họ halogen như khí chlorine (Cl2), bromine (Br2) đều có tác dụng tăng độ dẫn điện. Ngoài PA, nhiều loại polymer dẫn điện khác trong đó có polyaniline (PAn), polypyrrole (PPy), polythiophene (PT), polyalkylthiophene (chất dẫn xuất (derivatives) của PT), đặc biệt là poly(ethylenedioxythiophene) (PEDOT) đã được khảo sát. Tương tự như PA, khi PT được kết hợp với khí iodine độ dẫn điện tăng đến 10 tỷ lần. Trong bài viết nầy chúng ta chỉ đề cập đến chất nhận điện tử là dopant để cho ra anion (quá trình doping theo phản ứng (1)). Bảng 2 cho thấy những dopant tiêu biểu bao gồm các phân tử, các hợp chất và các phân tử sinh học. Bảng 2: Các loại dopant, A, nhận điện tử cho ra anion A- (A + e- ® A-) Họ halogen Thí dụ: Br2, I2, Cl2 Thí dụ: BF3, PF5, AsF5, SbF5, SO3 Acid Lewis Acid proton (acid chứa H) Thí dụ: HNO3, H2SO4, HClO4, HF, HCl, FSO3H Halide của kim loại chuyển Thí dụ: FeCl3, MoCl5, WCl5, SnCl4, MoF5 tiếp Họ amino, các loại acid Thí dụ: glutamic acid, uridylic acid, protein, enzyme sinh học Các chất hoạt tính bề mặt Thí dụ: dodecylsulfate, dodecylbenzenesulfonate Thí dụ: poly (styrenesulfonic acid) Polymer Bảng 2 cho ta thấy sự chọn lựa dopant cho những polymer nối liên hợp rất phong phú. Dopant có thể là một phân tử, một hợp chất vô cơ, hữu cơ, thậm chí có thể là một polymer hay phân tử sinh học như enzyme. Ngoài yếu tố gây nên sự dẫn điện trong polymer có nối liên hợp, dopant có một vai trò quan trọng trong việc định đoạt sự cao thấp của độ dẫn điện, vật tính (physical properties), cơ tính (mechanical properties), độ bền môi trường (environmental stability) và độ bền nhiệt (thermal stability). Điều nầy hiển nhiên vì dopant trong polymer có thể đạt đến 50 % trọng lượng, nên sự chi phối của dopant rất lớn. 5. Polaron và Bipolaron Sau cuộc chạy đua nâng cao độ dẫn điện của PA trong thập niên 80 của thế kỷ trước, các nhà nghiên cứu nhận thấy đây chẳng qua là một cuộc chơi hàn lâm. Trên thực tế, độ dẫn điện trung bình ở mực của các chất bán dẫn (từ 0,1 đến 100 S/cm) là vừa đủ cho các ứng dụng. Tuy nhiên cũng nhờ cuộc chạy đua nầy các nhà khoa học đã khám phá rất nhiều "bí
- ẩn" của cơ chế dẫn điện trong polymer dẫn điện. Tất cả bí ẩn chỉ nằm gọn trong một câu hỏi cơ bản: Tại sao khi có sự hiện diện của dopant thì polymer mang nối liên hợp chuyển từ trạng thái cách điện sang dẫn điện? Ta hãy khảo sát sự liên hệ giữa quá trình doping và sự biến đổi của dải năng lượng của polypyrrole (PPy) (Hình 9). Pyrrole là một phân tử vòng năm góc chứa một nguyên tố nitrogen (N). Trước quá trình doping (hay bị oxit hóa), PPy có khe dải là 3,2 - 3,6 eV. Trị số nầy cho ta biết đây là một chất cách điện tiêu biểu. Quá trình doping PPy với dopant, A, được biểu hiện trong Hình 9. Khi PPy được tiếp cận với A, PPy sẽ mất một điện tử p, e-, cho A (mất điện tử có nghĩa là bị oxit hóa). Kết quả là trên mạch phân tử của PPy, ta có một lỗ trống mang điện tích dương (+) do sự mất đi của một điện tử [6] và một điện tử p đơn lẻ còn lại được ký hiệu là một chấm (·); A nhận e- trở thành A- [7]. Cặp (+ ·) được gọi là polaron trong vật lý học. Cặp nầy thường cách nhau 3 hoặc 4 đơn vị pyrrole. Trong Hình 9, (+) cách (·) 3 đơn vị. Sự thành hình của polaron làm thay đổi vị trí của các nối p còn lại làm thay đổi cấu trúc của vòng pyrrole và đồng thời tạo ra hai bậc năng lượng mới trong khe dải.
- Hình 9: Polaron, bipolaron và sự hình thành của các dải năng lượng tương ứng. CB: Conduction band (dải dẫn điện), VB: Valence band (dải hóa trị) [8]. Khi dopant được sử dụng ở nồng độ cao, "dân số" A gia tăng cho nên A có khả năng nhận thêm điện tử từ PPy. Polaron (+ ·) cũng gia tăng. Khi hai polaron gần nhau (+ ·) (+ ·), hai điện tử (· ·) trở thành nối p, còn lại cặp điện tích dương (+ +) được gọi là bipolaron (Hình 9). Ở nồng độ cao hơn nữa, mạch PPy xuất hiện càng nhiều bipolaron, các bậc năng lượng hình thành bởi sự hiện diện của bipolaron sẽ hòa vào nhau thành hai dải năng lượng bipolaron. Các kết quả thực nghiệm đã chứng minh rằng polaron và bipolaron là phần tử tải điện của polymer dẫn điện. Tương tự như điện tử tự do trong kim loại hay than chì, khi có một điện áp polaron hay bipolaron sẽ di động. Nói một cách khác, polaron và bipolaron là nguyên nhân của dòng điện trong polymer. Ở nồng độ dopant thấp, khi chỉ có
- một số ít dopant được kết hợp với mạch polymer, polaron là phần tử tải điện. Khi nồng độ gia tăng, bipolaron là phần tử tải điện. Các bậc năng lượng mới thành hình, tồn tại như hai bậc thang giúp điện tử di chuyến từ dải hóa trị đến dải dẫn điện ở bậc cao hơn mà không phải tốn nhiều công sức. Sự dẫn điện xảy ra. Brédas và các cộng sự [9] lần đầu tiên đã báo cáo phương pháp tính toán dựa trên những nguyên lý vật lý cơ bản sự hình thành của dải bipolaron và cho biết các khoảng cách của dải nầy đối với dải dẫn điện và dải hóa trị với những trị số rất chính xác rất phù hợp kết quả thực nghiệm. Những khái niệm về dải năng lượng, khe dải được trình bày ở đây đều mang tính chất trừu tượng đầy lý thuyết. Như một thông lệ trong khoa học, một lý thuyết chỉ có giá trị sau khi được chứng minh bằng thực nghiệm. Như vậy, chúng ta phải làm một thí nghiệm gì để có thể "thấy" được những dải năng lượng và dải bipolaron gây ra bởi sự kết hợp giữa dopant vào mạch polymer. Thật ra, điều nầy cũng không có gì khó khăn nếu chúng ta có một quang phổ kế. Đây là việc mà Brédas và cộng sự thực hiện vào năm 1984, 7 năm sau ngày phát hiện PA dẫn điện. Hình 10 là kết quả thực nghiệm của Brédas và cộng sự [9]. Hình nầy cho thấy đường cong hấp thụ của phim PPy được kết hợp (dope) với anion ClO4- (perchlorate) khi nồng độ của anion trong PPy tăng dần. Nguyên tắc thí nghiệm với quang phổ kế là vật liệu được khảo sát được quét với sóng điện từ với những năng lượng bức xạ khác nhau. Trục ngang của đồ thị là năng lượng bức xạ của sóng điện từ tác động vào phim PPy/ClO4-. Năng lượng được dùng trong thí nghiệm trong khoảng 0,5 đến 6 eV [10]. Đây là vùng của tia hồng ngoại, ánh sáng thấy được và tia tử ngoại. Vật liệu sẽ hấp thụ năng lượng bức xạ khi bản thân vật liệu có khoảng cách năng lượng tương ứng. Khi đó đường cong trong đồ thị xuất hiện một đỉnh cao. Khi nồng độ dopant rất thấp (đường cong dưới cùng), đường cong chỉ có một đỉnh ở 3,2 eV. Đây là khoảng cách giữa dải hóa trị và dải dẫn điện trong PPy. Khi nồng độ dopant gia tăng những đỉnh khác xuất hiện biểu hiện sự hình thành các mực và dải năng lượng tạo nên bởi sự hiện hữu của polaron, bipolaron. Tất cả đều phù hợp với sự tiên liệu của Brédas và cộng sự. Cũng theo cách tính của các tác giả, nếu mạch polymer được kết hợp với dopant 100 % (1 phân tử kết hợp với 1 phân tử đơn vị của polymer) thì dải năng lượng bipolaron sẽ tỏa rộng nối liền dải hóa trị và dải dẫn điện. Lúc đó toàn dải năng lượng giống như kim loại (Hình 6). Ta sẽ có một polymer dẫn điện như kim loại. Hiện nay, 1 dopant chỉ có thể kết hợp (dope) 3 phân tử đơn vị (tỉ lệ 1:3 hay là 33.33 %). Trên thực tế, việc chế tạo polymer với 100 % dopant chỉ là giả thuyết vượt ra ngoài khả năng tổng hợp hiện nay.
CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD