Title Chuyên đề 2. Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học.doc ✅

Trang 1 CHUYÊN ĐỀ  2. BẢNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HOÁ HỌC VÀ ĐỊNH LUẬT TUẦN HOÀN I. CẤU TẠO BẢNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC  1. Ô nguyên tố Mỗi nguyên tố hoá học được xếp vào một ô của bảng, gọi là ô nguyên tố. Số thứ tự nguyên tố Zpe 2. Chu kì  Chu kì là dãy các nguyên tố mà nguyên tử của chúng có cùng số lớp electron, được sắp xếp theo chiều điện tích hạt nhân tăng dân.  Số thứ tự của chu kì = Số lớp electron Bảng tuần hoàn có 7 chu kì.  • Chu kì nhỏ: Có 3 chu kì.   Chu kì 1: 2 nguyên tố 12HHe1 lớp electron ( n1 ) Chu kì 2: 8 nguyên tố 310LiNe2 lớp electron ( n2 ) Chu kì 3: 8 nguyên tố 1118Na Ar3 lớp electron ( n3 )  • Chu kì lớn: Có 4 chu kì. Chu kì 4: 18 nguyên tố 1936K Kr 4 lớp electron ( n4 ) Chu kì 5: 32 nguyên tố 3734 Rb Xe 5 lớp electron ( n5 ) Chu kì 6: 32 nguyên tố 8655Cs Rn 6 lớp electron ( n6 ) Chu kì 7 mới có 23 nguyên tố 87 Fr  nguyên tố thứ 1 10: 7 lớp electron ( n7 )  - Ở chu kì 5, 14 nguyên tố sau La (có Z từ 58 71 ) được đưa ra khỏi bảng, lập thành họ Lantan. Ở chu kì 6, 14 nguyên tố sau Ac (có Z từ 90103 ) được đưa ra khỏi bảng, lập thành họ Actini.  3. Nhóm nguyên tố  Nhóm nguyên tố là tập hợp các nguyên tố mà nguyên tử có cấu hình electron tương tự nhau, do đó có tính chất hoá học gần giống nhau và được sắp xếp thành một cột. Nguyên tử các nguyên tố trong cùng một nhóm có số electron hoá trị bằng nhau và bằng số thứ tự của nhóm (trừ một số trường hợp ngoại lệ).  Bảng tuần hoàn có 18 cột được chia thành 8 nhóm A đánh số từ IA đến VIIIA và 8 nhóm B đánh số từ IB đến VIIIB . Mỗi nhóm là một cột, riêng nhóm VIIIB gồm 3 cột.  • Nhóm A (Nhóm chính). Gồm các nguyên tố s và p Khối các nguyên tố s gồm các nguyên tố nhóm IA và nhóm IIA .  Nguyên tố s là những nguyên tố mà nguyên tử có electron cuối cùng được điền vào phân lớp s .  Thí dụ:  22612262 Na(Z11):1s2s2p3s;Mg(Z12):1s2s2p3s Khối các nguyên tố p gồm các nguyên tố thuộc các nhóm từ IIIA đến VIIIA (trừ He ).  Nguyên tố p là những nguyên tố mà nguyên tử có electron cuối cùng được điền vào phân lớp p .  Thí dụ:  2262122623 Al(Z13):1s2s2p3s3p;P(Z15):1s2s2p3s3p
Trang 2 22624 S(Z16):1s2s2p3s3p Nguyên tử của các nguyên tố thuộc nhóm A có cấu electron ngoài cùng là xnsnpy Số thứ tự (STT) của nhóm Axy Thí dụ: 225261K(Z19):1s2s2p3s3p4sK thuộc nhóm IA   22525Cl(Z17):1s2s2p3s3pCl thuộc nhóm VIIA  • Nhóm B (Nhóm phụ). Gồm các nguyên tố d và f  Nguyên tố d là các nguyên tố mà nguyên tử có electron cuối cùng được điền vào phân lớp d .. Nguyên tử các nguyên tố d có cấu hình electron hoá trị:  1xyndns . Số thứ tự nhóm được xác định như sau:  + Nếu 37xy STT nhóm xy + Nếu 8,9,10xy STT nhóm 8 + Nếu 10xy STT nhóm  –10xy Thí dụ: 2262651Cr(24)1s2s2p3s3p3d4sCrZ thuộc nhóm VIB vì 516.  2262682 Ni(Z28)1s2s2p3s3p3d4sNi thuộc nhóm VIIIB 22626102Zn(730)Is2s2p3s3p3d4s Zn thuộc nhóm IIB vì 10 2102. Khối các nguyên tố f gồm các nguyên tố xếp thành hai hàng ở cuối bảng. Chúng gồm 14 nguyên tố họ Lantan (từ Ce (Z58 ) đến Lu (Z71 )) và 14 nguyên tố họ Actini (từ Th (Z90 ) đến ( Z103 )).  Nguyên tố f là các nguyên tố mà nguyên tử có electron cuối cùng được điền vào phân lớp f Chú ý: Với nguyên tử có cấu hình phân lớp ngoài cùng (1)abndns thì b luôn luôn bằng 2 , a chọn các giá trị từ 1 10 . Trừ hai trường hợp sau:  • 6ab thay vì 4a và 2b phải viết 5a và 1b ( hiện tượng "bán bão hòa gấp phân lớp d " )  • 11ab thay vì 9a và 2b phải viết 10a và 1b (hiện tượng "bão hòa gấp phân lớp d ").  - Hai nguyên tố A và B thuộc cùng một nhóm và ở hai chu kì liên tiếp (trừ H và  Li ) thì luôn cách nhau  8 ô và 18 ô. Thông thường bài toán cho thêm tổng số hạt proton (hoặc điện tích hạt nhân) của A là B (chẳng hạn m ). Khi đó để tìm ABAB(Zvaø ZZZ ) ta chỉ việc giải hai hệ phương trình sau, lựa chọn nghiệm phù hợp.  AB rBA ZZm YZ8     hoặc 111 181 ZZm ZZ18     - Nếu đề cho A và B thuộc hai nhóm liên tiếp thì ta xét hai khả năng. +) Trường hợp 1: A, B thuộc cùng một chu kì tức là khi đó ta có hệ:  AB BA ZZm ZZ1     +) Trường hợp 2: A, B không thuộc cùng chu kì. Khi đó chúng cách nhau 7 ô; 9 ô; 17 ô hoặc 19 ô. Như vậy ta cần tìm nghiệm phù hợp của 4 hệ phương trình sau:  AB BA YZm (I); ZZ7     AB BA ZZm (II) ZZ9     AB BA ZYm (III) ZZ17     BA BA ZZm (IV) ZZ19    
Trang 3 Nếu chứng minh được A, B thuộc chu kì nhỏ thì ta chỉ việc giải hệ  I vaø II . - Nếu đề cho A hoặc B thuộc nhóm nào đó rồi thì căn cứ vào phương trình  BAZZm ta tìm những giá trị phù hợp của AZ hoặc BZ rồi suy ra giá trị Z còn lại. II. SỰ BIẾN ĐỔI TUẦN HOÀN CẤU HÌNH ELECTRON NGUYÊN  TỬ VÀ MỘT SỐ ĐẠI LƯỢNG VẬT LÍ CỦA CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC 1. Cấu hình electron  Sự biến đội tuần hoàn cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử các nguyên tố khi điện tích hạt nhân tăng dần chính là nguyên nhân của sự biến đổi tuần hoàn tính chất của các nguyên tố.  2. Bán kính nguyên tử  Trong một chu kì, tuy nguyên tử các nguyên tố có cùng số lớp electron, nhưng khi điện tích hạt nhân tăng, lực hút giữa hạt nhân với các electron lớp ngoài cùng cũng tăng theo, do đó bán kính nguyên tử nói chung giảm dần. Thí dụ:  Chu kì 2 Li Be B C N O   F  Bán kính nguyên tử  0ntrA 0,123  0,089   0,080  0,077  0,070  0,066 0,064 Trong một nhóm A , theo chiều từ trên xuống dưới, số lớp electron tăng dần, bán kính nguyên tử của các nguyên tố tăng theo, mặc dù điện tích hạt nhân tăng nhanh. Thí dụ:  Nhóm  VIIA  F  Cl Br I Bán kính nguyên tử  0ntrA 0,004 0,099 0,114 0,133  Vậy: Bán kính nguyên tử của các nguyên tố nhóm A biến đổi tuần hoàn theo chiều tăng của điện tích hạt nhân.  3. Năng lượng ion hoá  Năng lượng ion hoả thứ nhất (11) cua nguyên tử là năng lượng tối thiểu cần để tách electron thứ nhất ra khỏi nguyên tử ở trạng thái cơ bản.  Năng lượng ion hoá được tính bằng kJ/mol hoặc electron - von (viết tắt là eV ).  19leV1.602.10J Thí dụ: 1HH1eI1312kJ/mol 1CaCa1eI590kJ/mol   Trong một chu kì, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân, lực liên kết giữa hạt nhân và electron lớp ngoài cùng tăng, làm cho năng lượng ion hoá nói chung cũng tăng theo.  Thí dụ:  Chu kì 2 Li Be B C N O   F  Năng lượng ion hóa 1I (KJ/mol) 520  889 801 1 086 1 402 1 314 1681 Trong cùng một nhóm A , theo chiều tăng của điện tích hạt nhân, khoảng cách giữa electron lớp ngoài cùng đến hạt nhân tăng, lực liên kết giữa hạt nhân và electron lớp ngoài cùng giảm, làm cho năng lượng ion hoá nói chung giảm.  Thí dụ:  Chu kì 2 H Li Na K Rb Cs
Trang 4 Năng lượng ion hóa 1I (KJ/mol) 1312 520 497  419  403  376 Vậy: Năng lượng ion hoá thứ nhất của nguyên từ các nguyên tố nhóm A biến đối tuần hoàn theo chiều tăng của điện tịch hạt nhân.  Năng lượng ion hoá thứ 2 , thứ 3 được kí hiệu 23I, I là năng lượng cần thiết để tách electron thứ 2, 3 ra khỏi các ion tương ứng. Giá trị của chúng lớn hơn năng lượng ion hoá thứ nhất và không theo quy luật như năng lượng ion hoá thứ nhất.  Thí dụ: Biết năng lượng ion hoá thứ nhất 1I của K(Z) 19 nhỏ hơn so với  CaZ()20 ; ngược lại năng lượng ion hoá thứ hai 2(I) của K lại lớn hơn Ca . Hãy giải thích tại sao có sự ngược nhau đó.  Giải 22626122626 K(Z19):1s2s2p3s3p4sK:1s2s2p3s3p 226262226261 Ca(Z20):1s2s2p3s3p4sCa:1s2s2p3s3p4s Việc tách một electron ra khỏi phân lớp chưa bão hoà 14s trong nguyên tử K dễ hơn việc tách một electron ra khỏi phân lớp bão hoà 2 4s trong nguyên tử Ca nên 11IKICa.  Tuy vậy, khi mất một electrron thì K có cấu hình electron bền vững của khí trơ Ar nên việc bứt tiếp một electron từ cấu hình bền vững của K phải tiêu tốn năng lượng hơn nhiều so với việc bứt tiếp một electron từ cấu hình kém bền của Ca . Vì vậy: 22IK ICa  Tuy nhiên, ở đây có một số ngoại lệ khi đi từ nhóm  IIA đến nhóm IIIA , cũng như từ VA đến VIA lại có sự giảm năng lượng ion hoá. Thí dụ:  11I(B)801(kJ/mol)I(Be)899(kJ/mol) nhưng BBeZ5Z4 Điều này được giải thích là do việc tách một electron từ phân lớp 12p chưa bão hoà trong nguyên tử B dễ hơn việc tách 1 electron từ phân lớp 22s đã bão hoà trong nguyên tử Be .  Năng lượng ion hoá của nguyên tử phụ thuộc vào những yếu tố: Điện tích hạt nhân hiệu dụng ** iz:zzb Số lượng tử chính n Mức độ xâm nhập của electron bên ngoài các AO bên trong.  Biểu thức tính: *2 ec*2 Z IEEE13,6(eV) n eE: năng lượng của electron bị tách ra khỏi nguyên tử khi bị ion hoá E:  năng lượng của electron ở xa vô cùng đối với nguyên tử E0  Ví dụ: Trong nguyên tử hoặc ion dương tương ứng có từ 2 electron trở lên, electron chuyển động trong trường lực được tạo ra từ hạt nhân nguyên tử và các electron khác. Do đó mỗi trạng thái của một cấu hình electron có một trị số năng lượng. Với nguyên tố B (số đơn vị điện tích hạt nhân Z5 ) ở trạng thái cơ bản có Số liệu như sau:  Cấu hình electron Năng lượng Cấu hình electron Năng lượng (theo eV )  1 1s 2 1s 21 1s2s 340,000 600,848   637,874  22 1s2s 221 1s2s2p 660,025 669,800