Mô phỏng Hóa học

Chế độ dạng ion: kéo thanh pH từ 0 đến 14, công thức của amino acid đổi ngay theo — dạng cation ở môi trường acid, ion lưỡng cực ở gần điểm đẳng điện, anion ở môi trường base; thanh tỉ lệ các dạng và điện tích trung bình tính từ pKa thật, đồng thời phân tử dịch chuyển về cực âm hay cực dương trong điện trường và đứng yên đúng tại pI. Chế độ peptide: chọn số gốc rồi bấm Chạy để các amino acid nối lại bằng liên kết –CO–NH–, mỗi liên kết giải phóng một phân tử nước.

Từng bước: xác định số oxi hoá của các nguyên tố, tìm nguyên tố tăng/giảm số oxi hoá, viết quá trình oxi hoá và quá trình khử, nhân hệ số để số electron nhường bằng số electron nhận (hoạt hình electron chuyển từ chất khử sang chất oxi hoá), rồi đặt hệ số vào phương trình. Học sinh chọn phản ứng mẫu trong SGK và bấm Bước tiếp hoặc để chạy tự động.

Chọn nguyên tố trên bảng tuần hoàn mini, xem electron lần lượt điền vào các lớp (mô hình Bohr) và ô orbital theo nguyên lí vững bền, nguyên lí Pauli, quy tắc Hund. Hiện cấu hình electron đầy đủ / thu gọn, số electron lớp ngoài cùng, chu kì, nhóm, khối nguyên tố và dự đoán kim loại/phi kim.

Ba chuyên đề học tập của Hoá học 10 trong một mẫu, chọn bằng tham số chuyên đề. Cơ sở hoá học: đổi nhiệt độ để xem ΔG = ΔH − TΔS của phản ứng nung vôi CaCO₃ → CaO + CO₂ đổi dấu ở nhiệt độ nào thì phản ứng mới tự xảy ra. Hoá học trong phòng chống cháy nổ: tam giác cháy, vùng nồng độ gây nổ của methane, khí hoá lỏng và hydrogen, bấm mồi lửa để xem có cháy nổ hay không và chọn chất chữa cháy phù hợp. Thực hành hoá học và công nghệ thông tin: kéo các điểm thí nghiệm để máy tính dựng đường chuẩn A = ε·l·C, tính hệ số tương quan và suy ra nồng độ mẫu chưa biết.

Giản đồ enthalpy theo tiến trình phản ứng: chất phản ứng vượt hàng rào năng lượng hoạt hoá Ea rồi xuống mức sản phẩm (toả nhiệt, ΔH < 0) hoặc lên mức cao hơn (thu nhiệt, ΔH > 0). Bên cạnh là cốc dung dịch với nhiệt kế thay đổi theo nhiệt lượng q = n·|ΔH|. Học sinh chọn phản ứng có ΔrH°298 thật trong SGK, kéo đỉnh để đổi Ea, bật xúc tác để thấy đường phản ứng thấp hơn.

Chọn F₂, Cl₂, Br₂ hay I₂ rồi kéo nhiệt độ: bình chứa hiện đúng màu và đúng trạng thái của đơn chất theo nhiệt độ nóng chảy – nhiệt độ sôi thật. Bấm Chạy phản ứng để cho halogen tác dụng với Fe nung đỏ, với H₂ hoặc với dung dịch NaCl, NaBr, NaI: mô phỏng cho biết phản ứng có xảy ra không, cần điều kiện gì, hiện phương trình hoá học và màu dung dịch sau phản ứng. Học sinh thấy tính oxi hoá giảm dần F₂ > Cl₂ > Br₂ > I₂ và halogen mạnh đẩy halogen yếu ra khỏi muối.

Hai nguyên tử tiến lại gần nhau: kim loại nhường hẳn electron cho phi kim tạo ion trái dấu hút nhau (liên kết ion), hoặc hai phi kim góp chung cặp electron (liên kết cộng hoá trị, lệch về nguyên tử có độ âm điện lớn hơn nếu phân cực). Học sinh chọn phân tử, xem hiệu độ âm điện Δχ trên thang 0,4 – 1,7, công thức Lewis và loại liên kết.

Nhỏ dung dịch AgNO₃ vào các dung dịch NaF, NaCl, NaBr, NaI. Mô phỏng hiện đúng màu kết tủa (AgCl trắng, AgBr vàng nhạt, AgI vàng, F⁻ không kết tủa) và cho thử tiếp bằng NH₃ dư – chỉ AgCl tan, đây chính là cách phân biệt bốn ion trong phòng thí nghiệm.

Chọn cặp nguyên tử rồi kéo chúng lại gần nhau để xem lực hút, lực đẩy và đồ thị thế năng theo khoảng cách. Học sinh tìm khoảng cách cân bằng và so sánh độ mạnh tương tác giữa các cặp nguyên tử khác nhau. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.

Thêm bớt neutron để tạo các đồng vị của một nguyên tố rồi xem tỉ lệ của chúng trong tự nhiên. Học sinh tự trộn hỗn hợp đồng vị và tính nguyên tử khối trung bình, so với giá trị trong bảng tuần hoàn. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.

Bắn electron vào nguyên tử hydrogen và so sánh dự đoán của các mô hình Thomson, Rutherford, Bohr và mô hình hiện đại. Học sinh quan sát vạch quang phổ phát ra khi electron chuyển giữa các mức năng lượng. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.

Đổi độ âm điện của các nguyên tử trong phân tử hai, ba nguyên tử và xem mật độ điện tích dịch về phía nào. Học sinh đặt phân tử vào điện trường để kiểm tra phân tử đó có cực hay không cực. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.

Gắn các liên kết đơn, đôi, ba và cặp electron chưa liên kết quanh nguyên tử trung tâm rồi đo góc liên kết. Học sinh so sánh hình dạng thu được với các phân tử thật như nước, ammonia, methane. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.

Bắn chùm hạt alpha vào lá vàng và theo dõi đường đi của từng hạt bị lệch hoặc bật ngược trở lại. Học sinh so sánh kết quả với dự đoán của mô hình nguyên tử Thomson để hiểu vì sao Rutherford kết luận nguyên tử có hạt nhân rất nhỏ mang điện dương. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.

Hạt khí A va chạm với chất rắn B (dạng khối hoặc bột); chỉ va chạm đủ năng lượng hoạt hoá mới tạo sản phẩm C. Đồ thị số hạt C theo thời gian giữ lại đường của lần chạy trước để so sánh khi tăng nồng độ A, tăng nhiệt độ (Arrhenius, quy tắc van 't Hoff), thêm xúc tác hoặc nghiền nhỏ B; tốc độ trung bình và xác suất va chạm hiệu quả hiện trực tiếp.

Bảng tuần hoàn 36 nguyên tố đầu tô màu/kích thước theo bán kính nguyên tử, độ âm điện Pauling, năng lượng ion hoá thứ nhất hoặc tính kim loại – phi kim. Bấm một nguyên tố để xem số liệu thật và đồ thị biến đổi theo chu kì hoặc theo nhóm; kết luận xu hướng hiện ngay bên dưới.

Chọn ethanol (bậc I), propan-2-ol (bậc II), 2-methylpropan-2-ol (bậc III) hoặc phenol: mô phỏng vẽ công thức cấu tạo, tô đậm nhóm –OH và tự đếm số nguyên tử carbon gắn vào carbon mang nhóm –OH để xác định bậc. Chọn tác nhân (Na, CuO đun nóng, H₂SO₄ đặc, nước bromine, dung dịch NaOH) rồi bấm Chạy: ống nghiệm hiện đúng hiện tượng — bọt khí H₂, kết tủa trắng 2,4,6-tribromophenol, chất rắn Cu đỏ, hoặc không phản ứng — kèm phương trình và điều kiện nhiệt độ.

Bình khí chứa cân bằng N₂O₄ (không màu) ⇌ 2NO₂ (nâu đỏ). Đổi nhiệt độ hoặc nén/giãn bình rồi theo dõi màu bình cùng đồ thị nồng độ theo thời gian: hệ dịch chuyển đúng theo nguyên lí Le Chatelier rồi lập cân bằng mới, trong khi K chỉ đổi khi nhiệt độ đổi.

Ba chuyên đề học tập của Hoá học 11 trong một mẫu, chọn bằng tham số chuyên đề. Phân bón: chọn loại phân và lượng bón cho một hecta, xem hàm lượng nguyên tố dinh dưỡng thực tế, cây lớn lên và năng suất tăng theo đường cong rồi chững lại, bón thừa gây phú dưỡng nguồn nước. Trải nghiệm hoá học hữu cơ: phản ứng ester hoá CH₃COOH + C₂H₅OH ⇌ CH₃COOC₂H₅ + H₂O đạt cân bằng với K = 4, đổi tỉ lệ mol ancol/acid để thấy hiệu suất thay đổi. Dầu mỏ: tháp chưng cất phân đoạn với nhiệt độ theo chiều cao, thành phần và ứng dụng từng phân đoạn.

Chế độ ester hoá: carboxylic acid và alcohol gặp nhau trong ống nghiệm có H₂SO₄ đặc xúc tác, phân tử ester và nước hình thành rồi phản ứng dừng lại ở cân bằng; đổi tỉ lệ mol alcohol : acid thì hiệu suất tính lại theo hằng số cân bằng K = 4 và thanh hiệu suất chạy theo. Chế độ tráng bạc: đun nhẹ hợp chất carbonyl với thuốc thử Tollens, aldehyde tạo lớp bạc sáng bám thành ống nghiệm còn ketone thì không, kèm phương trình và khối lượng Ag thu được.

Mô hình quả cầu – que (hoặc đặc) của methane, ethane, propane, butane, 2-methylpropane, ethylene, propene, acetylene, benzene tự dựng theo hình học sp³/sp²/sp; kéo chuột hoặc chạm để xoay. Với alkene, alkyne bấm Cộng Br₂: phân tử Br₂ tiến đến liên kết bội, liên kết π mở ra, hai nguyên tử Br gắn vào hai carbon và dung dịch bromine mất màu; so sánh đồng phân C₄H₁₀.

Chọn acid hoặc base mạnh, yếu rồi đổi nồng độ và hằng số phân li để thấy tỉ lệ phân tử, ion trong dung dịch. Học sinh dùng máy đo pH, giấy quỳ và bóng đèn dẫn điện để so sánh độ mạnh yếu của từng dung dịch. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.

Đo pH của nước chanh, nước ngọt, máu, nước xà phòng và nhiều dung dịch quen thuộc bằng máy đo pH và giấy chỉ thị. Pha loãng bằng nước hoặc đổi thể tích để thấy pH thay đổi, chuyển sang chế độ hiện số mol H₃O⁺ và OH⁻ để liên hệ pH với nồng độ ion. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.

Đo pH của các dung dịch quen thuộc, pha loãng bằng nước. Mô phỏng của PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, giấy phép CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu); cần mạng để tải.