tiểu luận tìm hiểu bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa họcLỜI MỞ ĐẦUĐầu giữa thế kỷ XIX thế giới đã tích lũy được nhiều kiến thức và tài liệu thực nghiệm về các nguyên tố hóa học, trong đó có lẫn lộn cả đúng cả sai. Đến lúc bấy giờ đã có hơn 60 nguyên tố được tìm ra, nhiều hợp chất hóa học khác nhau đã được nghiên cứu, nhiều tính chất đặc trưng của nguyên tố, hợp chất đã được thiết lập,…Tuy nhiên, sự phát triển của khoa học kỹ thuật và công nghiệp bấy giờ đòi hỏi phải tiếp tục nghiên cứu về các nguyên tố và hợp chất của chúng một cách mạnh mẽ và có hệ thống. Điều này đã đặt ra cho các nhà khoa học vấn đề hệ thống hóa các nguyên tố nhằm tìm ra các quy luật chung nói lên mối quan hệ giữa chúng với nhau.Nhiều công trình nghiên cứu đã đề ra những cách phân loại nguyên tố hoặc tìm ra một số quy luật biến đổi tính chất của chúng. Chẳng hạn như Berzelins phân chia các nguyên tố thành kim loại, á kim; Dobreiner sắp xếp các nguyên tố thành từng bộ ba giống nhau, định luật “bát bộ” của Newland, sự biến đổi tuần hoàn thể tích nguyên tử theo khối lượng nguyên tử của Mayer,… Tuy vậy các nhà bác học đó vẫn chưa khám phá được thực chất của định luật tuần hoàn.Trong quá trình nghiên cứu và sắp xếp các nguyên tố, nhà bác học người Nga Medneleev đã phân tích một cách sâu sắc mối quan hệ giữa khối lượng nguyên tử với những tính chất lý, hóa học, đặc biệt là hóa trị của chúng. Ông nhận thấy có sự biến đổi tuần hoàn những tính chất đó theo chiều tăng của khối lượng nguyên tử.Năm 1869, Mendeleev công bố định luật tuần hoàn và thể hiện định luật đó dưới dạng một bảng: Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học hay gọi là hệ thống tuần hoàn.Hệ thống tuần hoàn không chỉ là sự sắp xếp giản đơn các nguyên tố theo tính chất hóa học và một số tính chất vật lý của chúng, mà nó còn thể hiện một trong những định luật cơ bản của tự nhiên. Vì vậy vừa mới ra đời nó đã tỏ ra là một công cụ sắc bén trong việc nghiên cứu hóa học và một số ngành khoa học khác. Trong nghiên cứu, giảng dạy và học tập môn hóa học bảng tuần hoàn là công cụ vô cùng quan trọng và hữu ích. Đó là lý do tôi chọn đề tài “Tìm hiểu bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học Mendeleev” CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ BẢNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC MENDELEEV.Vài nét về Dmitri Ivanovich Mendeleev Dmitri Ivanovich Mendeleev (cũng được La tinh hoá là Mendeleyev; tiếng Nga: Дми́трий Ива́нович Менделе́ев, đọc theo tiếng Việt là Đimitri Ivanovích Menđêlêép), sinh ngày 27 tháng 1 năm 1934 ở thành phố Tobon (Tobonxk), trong một gia đình có 17 người con, bố là hiệu trưởng trường trung học Tobon. Sau khi tốt nghiệp Trường Trung học Tobon, ông vào học tại Trường Đại học Sư phạm Pêtécbua và năm 1855, khi tốt nghiệp, ông đã được nhận huy chương vàng. Trong hai năm 1859, 1860 Menđêlêép làm việc ở Đức. Sau đó, ông trở về nước Nga và được bổ nhiệm là giáo sư của Trường Đại học Kĩ thuật Petécbua. Hai năm sau, ông được bổ nhiệm là giáo sư của Trường Đại học Tổng hợp Pêtécbua. Sau 33 năm nghiên cứu khoa học và giảng dạy, năm 1892 Menđêlêép được bổ nhiệm làm giám đốc khoa học bảo tồn của Trạm Cân đo mẫu. Năm 1893, trạm này đổi thành Viện Nghiên cứu khoa học đo lường mang tên Menđêlêép.Kết quả hoạt động sáng tạo vĩ đại nhất của Menđêlêép là sự phát minh ra định luật tuần hoàn các nguyên tố năm 1869, lúc đó ông mới 35 tuổi. Ngoài ra, ông còn có nhiều công trình khác có giá trị như: các nghiên cứu về trọng lượng riêng của dung dịch nước, dung dịch của rượu nước và khái niệm về dung dịch. Những công trình nghiên cứu của Menđêlêép về dung dịch và phần quan trọng của thuyết dung dịch hiện đại.
Trang 1Tuy đã có nhiều cố gắng, nhưng do kiến thức còn hạn hẹp cũng như vốn từ vựng
về các thuật ngữ còn hạn chế, ít ỏi nền trình bày đề tài của em còn sơ sài, nhiều thiếusót, bản dịch còn chưa sát Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ quýthầy cô để đề tài này có thể hoàn thiện hơn
Em xin chân thành cảm ơn!
Trang 2và có hệ thống Điều này đã đặt ra cho các nhà khoa học vấn đề hệ thống hóa cácnguyên tố nhằm tìm ra các quy luật chung nói lên mối quan hệ giữa chúng với nhau.Nhiều công trình nghiên cứu đã đề ra những cách phân loại nguyên tố hoặc tìm
ra một số quy luật biến đổi tính chất của chúng Chẳng hạn như Berzelins phân chiacác nguyên tố thành kim loại, á kim; Dobreiner sắp xếp các nguyên tố thành từng bộ
ba giống nhau, định luật “bát bộ” của Newland, sự biến đổi tuần hoàn thể tích nguyên
tử theo khối lượng nguyên tử của Mayer,… Tuy vậy các nhà bác học đó vẫn chưakhám phá được thực chất của định luật tuần hoàn
Trong quá trình nghiên cứu và sắp xếp các nguyên tố, nhà bác học người NgaMedneleev đã phân tích một cách sâu sắc mối quan hệ giữa khối lượng nguyên tử vớinhững tính chất lý, hóa học, đặc biệt là hóa trị của chúng Ông nhận thấy có sự biếnđổi tuần hoàn những tính chất đó theo chiều tăng của khối lượng nguyên tử
Năm 1869, Mendeleev công bố định luật tuần hoàn và thể hiện định luật đó dướidạng một bảng: Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học hay gọi là hệ thống tuần hoàn
Hệ thống tuần hoàn không chỉ là sự sắp xếp giản đơn các nguyên tố theo tínhchất hóa học và một số tính chất vật lý của chúng, mà nó còn thể hiện một trongnhững định luật cơ bản của tự nhiên Vì vậy vừa mới ra đời nó đã tỏ ra là một công cụsắc bén trong việc nghiên cứu hóa học và một số ngành khoa học khác
Trong nghiên cứu, giảng dạy và học tập môn hóa học bảng tuần hoàn là công cụ
vô cùng quan trọng và hữu ích Đó là lý do tôi chọn đề tài “Tìm hiểu bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học Mendeleev”
Trang 3CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ BẢNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC MENDELEEV.
Vài nét về Dmitri Ivanovich Mendeleev
Dmitri Ivanovich Mendeleev (cũng được La tinh hoá là Mendeleyev; tiếng Nga: Дми́трий Ива́нович Менделе́ев, đọc theo tiếng Việt là Đi-mi- tri I-va-no-vích Men-đê-lê-ép), sinh ngày 27 tháng 1
năm 1934 ở thành phố To-bon (Tobonxk), trong mộtgia đình có 17 người con, bố là hiệu trưởng trườngtrung học To-bon Sau khi tốt nghiệp Trường Trunghọc To-bon, ông vào học tại Trường Đại học Sư phạmPê-téc-bua và năm 1855, khi tốt nghiệp, ông đã đượcnhận huy chương vàng Trong hai năm 1859, 1860 Men-đê-lê-ép làm việc ở Đức Sau
đó, ông trở về nước Nga và được bổ nhiệm là giáo sư của Trường Đại học Kĩ thuậtPe-téc-bua Hai năm sau, ông được bổ nhiệm là giáo sư của Trường Đại học Tổng hợpPê-téc-bua Sau 33 năm nghiên cứu khoa học và giảng dạy, năm 1892 Men-đê-lê-épđược bổ nhiệm làm giám đốc khoa học bảo tồn của Trạm Cân đo mẫu Năm 1893,trạm này đổi thành Viện Nghiên cứu khoa học đo lường mang tên Men-đê-lê-ép.Kết quả hoạt động sáng tạo vĩ đại nhất của Men-đê-lê-ép là sự phát minh ra địnhluật tuần hoàn các nguyên tố năm 1869, lúc đó ông mới 35 tuổi Ngoài ra, ông còn cónhiều công trình khác có giá trị như: các nghiên cứu về trọng lượng riêng của dungdịch nước, dung dịch của rượu - nước và khái niệm về dung dịch Những công trìnhnghiên cứu của Men-đê-lê-ép về dung dịch và phần quan trọng của thuyết dung dịchhiện đại
Sơ lược về sự phát minh ra bảng tuần hoàn:
Thời Trung cổ, loài người đã biết các nguyên tố vàng, bạc, đồng, chì, sắt, thuỷngân và lưu huỳnh Năm 1649, loài người tìm ra nguyên tố photpho Đến năm 1869,
Trang 4mới có 63 nguyên tố được tìm ra Năm 1817, Đô-be-rai-nơ (J.Dobereiner) nhận thấykhối lượng nguyên tử của stronti ở giữa khối lượng nguyên tử của hai nguyên tố bari
và canxi Bộ ba nguyên tố đầu tiên này có tính chất tương tự nhau Tiếp theo, các nhàkhoa học đã tìm ra các bộ ba khác có quy luật tương tự
Năm 1862, nhà địa chất Pháp Đờ Săng - cuốc - toa (De Chancourtoi) đã sắp xếpcác nguyên tố hoá học theo chiều tăng của khối lượng nguyên tử lên một băng giấy(băng giấy này được cuốn quanh hình trụ theo hình lò xo xoắn) Ông nhận thấy tínhchất của các nguyên tố giống như tính chất của các con số, tính chất đó lặp lại sau mỗi
7 nguyên tố
Năm 1864, Giôn Niu-lan (John Newlands), nhà hoá học Anh, đã tìm ra quy luật:Mỗi nguyên tố hoá học đều thể hiện tính chất tương tự như nguyên tố thứ 8 khi xếpcác nguyên tố theo khối lượng nguyên tử tăng dần
Trang 5Năm 1860, nhà bác học người Nga Men-đê-lê-ép đã đề xuất ý tưởng xâydựng bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học Năm 1869, ông công bố bản "bảngtuần hoàn các nguyên tố hoá học" đầu tiên Năm 1870, nhà khoa học người ĐứcLô-tha Mây-ơ (Lothar Mayer) nghiên cứu độc lập cũng đã đưa ra một bảng tuầnhoàn các nguyên tố hoá học tương tự như bảng của Men-đê-lê-ép.
Trong quá trình nghiên cứu và sắp xếp các nguyên tố, nhà bác học người NgaMedneleev đã phân tích một cách sâu sắc mối quan hệ giữa khối lượng nguyên tử vớinhững tính chất lý, hóa học, đặc biệt là hóa trị của chúng Ông nhận thấy có sự biếnđổi tuần hoàn những tính chất đó theo chiều tăng của khối lượng nguyên tử
Hệ thống tuần hoàn không chỉ là sự sắp xếp giản đơn các nguyên tố theo tínhchất hóa học và một số tính chất vật lý của chúng, mà nó còn thể hiện một trongnhững định luật cơ bản của tự nhiên Vì vậy vừa mới ra đời nó đã tỏ ra là một công cụsắc bén trong việc nghiên cứu hóa học và một số ngành khoa học khác Dựa vào bảngtuần hoàn, Mendeleev đã sửa lại khối lượng nguyên tử của khoảng 1/3 số nguyên tố
đã biết lúc bấy giờ, đã tiên đoán sự tồn tại của 11 nguyên tố lúc bấy giờ còn chưa biết,trong đó ông đã dự đoán đầy đủ tính chất của ba nguyên tố, ít lâu sau người ta tìm ra
ba nguyên tố đó là Sc, Ga, Ge với những tính chất phù hợp một cách kỳ lạ với dựđoán của Mendeleev
Trang 6Bảng tuần hoàn của Mendeleev, được xuất bản trong Tạp chí Đức Annalen der Chemie und Pharmacie năm 1872 Các tiêu đề cột “Reihen” và “Gruppe” là tiếng Đức cho “hàng” và “nhóm.” Công thức chỉ ra loại hợp chất được hình thành bởi mỗi nhóm, với chữ “R” là chữ “bất kỳ phần tử” nào và các chữ viết tắt được sử dụng khi chúng ta sử dụng các bảng con Khối lượng nguyên tử được hiển thị sau khi các dấu
hiệu bằng nhau và tăng trên mỗi hàng từ trái sang phải.
Bảng tuần hoàn các nguyên tố có ảnh hưởng lớn đến sự phát triển của hoá học
Nó không những là sự phân loại tự nhiên đầu tiên các nguyên tố hoá học, cho biết cácnguyên tố có mối liên hệ chặt chẽ và hệ thống, mà còn định hướng cho việc nghiêncứu tiếp tục các nguyên tố mới
Ngày nay, định luật tuần hoàn vẫn còn là sợi chỉ dẫn đường và là lí thuyết chủđạo của hoá học Trên cơ sở đó, trong những năm gần đây các nguyên tố sau urani đãđược điều chế nhân tạo và được xếp sau urani trong bảng tuần hoàn Một trong cácnguyên tố đó là nguyên tố 101 đã được điều chế lần đầu tiên năm 1955 và được đặttên là mendelevi để tỏ lòng kính trọng nhà bác học Nga vĩ đại
Việc phát minh ra định luật tuần hoàn và bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học
có giá trị to lớn không những đối với hoá học, mà cả đối với triết học
Trang 7Thuyết cấu tạo nguyên tử ở thế kỷ XX đã soi sáng vào định luật tuần hoàn vàbảng tuần hoàn các nguyên tố, tìm ra nhiều điều mới mẻ sâu sắc hơn Những lời tiêntri của Men-đê-lê-ép "Định luật tuần hoàn sẽ không bị đe doạ phá vỡ, mà chỉ có sự bổsung và phát triển" đã có những bằng chứng tuyệt vời.
Trang 8CHƯƠNG 2: ĐỊNH LUẬT TUẦN HOÀN.
Giá trị lớn của định luật được định rõ bởi thành công của Mendeleev vào năm
1871 trong việc tìm ra rằng các thuộc tính của 17 nguyên tố có thể tương quan với cácnguyên tố khác bằng cách di chuyển 17 đến các vị trí mới từ những vị trí được chỉ rabởi trọng lượng nguyên tử của chúng Sự thay đổi này chỉ ra rằng có những sai số nhỏtrong trọng lượng nguyên tử được chấp nhận trước đây của một số nguyên tố và sai sốlớn đối với một số yếu tố khác kết hợp với một trọng lượng nhất định của một tiêuchuẩn) Mendeleyev cũng có thể dự đoán sự tồn tại, và nhiều đặc tính, của các nguyên
tố chưa được khám phá eka-boron, eka-aluminium và eka-silicon, bây giờ được xácđịnh với các nguyên tố scandium ,gallium , và germanium , tương ứng Tương tự, saukhi phát hiện ra helium và argon, định luật đã cho phép dự đoán sự tồn tại của neon,krypton, xenon và radon Hơn nữa, Bohr đã chỉ ra rằng nguyên tố còn thiếu 72 sẽđược mong đợi, từ vị trí của nó trong hệ thống tuần hoàn, tương tự như zirconi trongcác tính chất của nó chứ không phải với các đất hiếm; quan sát này đã dẫn G deHevesy và D Coster vào năm 1922 để kiểm tra quặng zirconi và khám phá ra nguyên
tố không rõ, mà chúng đặt tên hafni
2.1 Định luật tuần hoàn của Mendeleev (giai đoạn hóa học).
Định luật tuần hoàn được Mendeleev phát biểu như sau: “Tính chất của cácnguyên tố cũng như tính chất của các đơn chất và hợp chất cấu tạo nên từ nguyên tố
đó, phụ thuộc tuần hoàn vào khối lượng nguyên tử của chúng”
Thực chất của định luật là: Nếu sắp xếp các nguyên tố theo chiều tăng dần củakhối lượng nguyên tử, thì qua một số nguyên tố nhất định có sự lặp lại những tính chấthóa học cơ bản (chu kỳ lặp lại) Như vậy tính chất hóa học của các nguyên tố là hàm
số tuần hoàn với khối lượng nguyên tử của chúng
Nhưng nếu lấy chiều tăng dần của khối lượng nguyên tử làm nguyên tắc sắp xếpthì trong một số trường hợp, để đảm bảo sự tuần hoàn phải đổi vị trí của một sốnguyên tố, chẳng hạn Co và Ni, Te và I… và như vậy, phải vi phạm nguyên tắc trên
Trang 9Số nguyên tố đất hiếm và vị trí của chúng trong hệ thống tuần hoàn cũng chưađược xác định một các dứt khoát Rõ ràng trong cấu tạo nội tại của nguyên tử có điều
gì đó gây nên hiện tượng tuần hoàn mà dựa vào khối lượng nguyên tử không giải đápđược
2.2 Định luật tuần hoàn hiện đại (giai đoạn electron).
Bước tiến quan trọng trong việc giải quyết vấn đề nêu trên là tìm được phươngpháp xác định điện tích hạt nhân nguyên tử Từ đó các nhà khoa học đã kết luận:
“Điện tích hạt nhân nguyên tử, về trị số số học bằng số thứ tự của nguyên tố trongbảng hệ thống tuần hoàn”
Như vậy, các nguyên tố trong hệ thống tuần hoàn được sắp xếp theo chiều tăngdần của điện tích hạt nhân nguyên tử, đồng thời là số thứ tự của nguyên tố trong hệthống tuần hoàn Mỗi nguyên tố ứng với một điện tích hạt nhân xác định, nó quy định
số electron trong lớp vỏ nguyên tử trung hòa và chính lớp vỏ electron này quy địnhtính chất hóa học của nguyên tố Ngày nay nhân loại đã biết hiều dạng nguyên tử cóđiện tích hạt nhân như nhau, khối lượng khác nhau nhưng vẫn có tính chất tương tựnhau (hiện tượng đó là các đồng vị)
Ví dụ: Clo có hai đồng vị là 35Cl và 37Cl
Từ đó, mà ngày nay định luật tuần hoàn được phát biểu như sau: “Tính chất củacác đơn chất cũng như tính chất các dạng hợp chất của các nguyên tố phụ thuộc tuầnhoàn vào điện tích hạt nhân nguyên tử của nguyên tố”
Giữa khối lượng nguyên tử và điện tích hạt nhân nguyên tử có mối liên hệ chặtchẽ với nhau Khi điện tích hạt nhân tăng (số proton tăng) thì khói lượng trung bìnhcủa các đồng vị của một nguyên tố cũng tăng (tức là tăng khối lượng nguyên tử).Nhưng vì trong hạt nhân nguyên tử, số proton và số notron không thay đổi theo một tỷ
lệ nhất định nên ở một số ít trường hợp sự thay đổi khổi lượng nguyên tử không theocùng trật tự với sự thay đổi điện tích hạt nhân
Định luật tuần hoàn hiện đại không phủ định mà trái lại còn khẳng định và chínhxác hóa định luật tuần hoàn do Mendeleev khởi xướng
Trang 102.3 Định luật tuần hoàn dưới giai đoạn mới (giai đoạn hạt nhân).
Sự khám phá ra cấu tạo hạt nhân nguyên tử và mối liên quan có tính quy luậtgiữa cấu tạo với các tính chất của hạt nhân có thể phát biểu định luật tuần hoàn dướidạng mới sâu sắc và tổng quát hơn như sau: “Các đặc tính của nguyên tử, đơn chất,hợp chất cũng như của hạt nhân các nguyên tố thay đổi tuần hoàn theo chiều tăng sốnuclon trong hạt nhân và electron trong vỏ nguyên tử của các nguyên tố”
Như vậy, định luật tuần hoàn mới đã chỉ ra mối liên hệ có tính quy luật khôngnhững giữa các nguyên tử với nhau mà còn giữa các thành phần của chúng là lớp vỏelectron và hạt nhân nguyên tử
Sự phát triển học thuyết cấu tạo nguyên tử đã cho phép mở rộng tính chất tuầnhoàn so với giai đoạn Mendeleev cho phép phát hiện hàng loạt hợp chất vô cơ khácnhau có tính chất và điều kiện tạo thành được xác định bởi vị trí của các nguyên tốtrong hệ thống tuần hoàn (các hyđrua, cacbua, nitrua, borua, sunfua, kim loại, khítrơ…) Từ những thành tựu mới này dựa trên cơ sở định luật tuần hoàn và hệ thốngtuần hoàn người ta đã thiết lập hàng trăm hệ thống tuần hoàn khác nhau không nhữngđối với các tiểu phân như nguyên tử, phân tử ion, hạt nhân và các electron mà còn đốivới tính chất của chúng
Trang 11CHƯƠNG 3: CẤU TRÚC HỆ THỐNG TUẦN HOÀN DƯỚI ÁNH SÁNG CẤU TẠO NGUYÊN TỬ.
3.1 Nguyên tắc sắp xếp các nguyên tố trong bảng tuần hoàn.
Ngày nay, dưới ánh sáng của thuyết cấu tạo nguyên tử, các nguyên tố hóa họcđược sắp xếp trong bảng tuần hoàn theo nguyên tắc:
- Các nguyên tố được sắp xếp theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân nguyêntử
- Các nguyên tố có cùng số lớp electron trong nguyên tử được xếp thành mộthàng
- Các nguyên tố có số electron hóa trị trong nguyên tử như nhau được xếp thànhmột cột
3.2 Cấu tạo của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học.
3.2.1 Ô nguyên tố.
Mỗi nguyên tố hóa học được xếp vào một ô của bảng, gọi là ô nguyên tố Ônguyên tố cho biết: Số hiệu nguyên tử, kí hiệu hoá học, tên nguyên tố, nguyên tử khốicủa nguyên tố đó
Số hiệu nguyên tử còn gọi là số thứ tự của nguyên tố trong bảng tuần hoàn Sốhiệu nguyên tử có số trị bằng số đơn vị điện tích hạt nhân và bằng số electron trongnguyên tử
Ví dụ:
Hiđro (H) chiếm ô 1 trong bảng tuần hoàn, vậy số hiệu nguyên tử của nguyên tố
H là 1, số đơn vị điện tích hạt nhân là 1, trong hạt nhân có 1 proton và vỏ nguyên tửcủa H có 1 electron
Trang 123.2.2 Chu kỳ.
Chu kỳ là dãy các nguyên tố mà nguyên tử của chúng có cùng số lớp electron (cócùng trị số n), chỉ khác nhau ở số electron của các lớp bên ngoài và được sắp xếp theochiều tăng dần của điện tích hạt nhân Mỗi khi hình thành một lớp electron mới lạixuất hiện một chu kì mới Số chu kỳ ứng với số lớp electron
Một chu kỳ là một hàng ngang trong bảng tuần hoàn Mỗi chu kỳ gồm một sốnguyên tố nhất định ứng với số lớp electron điền vào các lớp bên ngoài từ lúc bắt đầuxây dựng phân lớp ns (hyđro hoặc kim loại kiềm) đến khi kết thúc phân lớp np6 (cáckhí trơ) Mặc dù các nhóm thường có xu hướng quan trọng hơn nhưng có những vùng
mà xu hướng nằm ngang đáng kể hơn so với xu hướng nhóm theo chiều dọc, chẳnghạn như khối các nguyên tố f, nơi mà các nguyên tố nhóm Lantan và Actini tạo thànhhai dãy quan trọng theo chiều ngang của nguyên tố
Các nguyên tố trong cùng chu kỳ có xu hướng tương tự trong bán kính nguyên
tử, năng lượng ion hóa, ái lực electron và độ âm điện Chuyển từ trái sang phải quamột chu kỳ, bán kính nguyên tử thường giảm Điều này xảy ra bởi vì mỗi phần tử liêntiếp có thêm proton và electron mà nguyên nhân của electron được rút ra gần gũi hơnvới các hạt nhân Giảm bán kính nguyên tử này cũng khiến năng lượng ion hóa tăngGiảm bán kính nguyên tử này cũng khiến năng lượng ion hóa tăng khi di chuyển từtrái sang phải qua một chu kì Các ràng buộc chặt chẽ hơn một phần tử là năng lượngcần thiết để loại bỏ một electron Độ âm điện tăng theo cách tương tự như năng lượngion hóa vì kéo tác dụng lên các điện tử bằng hạt nhân Ái lực electron cũng cho thấymột xu hướng nhẹ qua một chu kì Kim loại (bên trái của một chu kỳ) thường có một
ái lực electron thấp hơn so với phi kim (bên phải của một thời kỳ), với ngoại trừ cáckhí hiếm
Bảng tuần hoàn gồm có 7 chu kì được đánh số từ 1 đến 7 Số thứ tự của chu kìtrùng với số lớp electron của nguyên tử các nguyên tố trong chu kì đó
Chu kì 1
Trang 13Chu kì đầu tiên chứa ít nguyên tố hơn các chu kỳ khác, chỉ có hai nguyên tố làhiđro và heli Vì thế chúng không tuân theo quy tắc bát tử Về mặt hóa học, heli vớinhững tính chất của nó được xem là một khí hiếm, và do đó được xem là một phầncủa nhóm 18 nguyên tố Tuy nhiên, về mặt cấu trúc hạt nhân của nó thuộc về khối s,
và do đó đôi khi được phân loại như là một nguyên tố nhóm 2, hoặc đồng thời cả 2 và
18 Hiđro dễ mất và nhận một electron, và do đó thể hiện tính chất hóa học như làmột nguyên tố nhóm 1 và nhóm 17
Chu kì 2
Chu kì hai có 8 nguyên tố: liti, beri, bo, cacbon, nitơ, oxy, flo và neon Chu kìnày tương ứng với các electron điền vào obitan 2s và 2p Các nguyên tố của chu kì 2tuân theo quy tắc bát tử trong đó chúng cần 8 electron để hoàn thành vỏ hóa trị Sốlượng tối đa electron mà các nguyên tố này có thể chứa được là 10, 2 trong obitan 1s,
2 trong obitan 2s và 6 trong obitan 2p Tất cả các nguyên tố trong chu kỳ này có thểhình thành các phân tử hai nguyên tử trừ beri và neon
Chu kì 3
Chu kì thứ ba bao gồm tám nguyên tố: natri, magiê, nhôm, silic, photpho, lưuhuỳnh, clo và argon Hai nguyên tố đầu tiên natri và magiê đều là thành viên của khốinguyên tố s của bảng tuần hoàn, trong khi những nguyên tố khác là thành viêncủa khối nguyên tố p Lưu ý rằng có một obitan 3d, nhưng nó không được điền chođến chu kì 4 Tất cả các nguyên tố của chu kì có trong tự nhiên và có ít nhất một đồng
vị ổn định
Chu kì 4
Chu kì bốn chứa 18 nguyên tố, bắt đầu với kali và kết thúc với krypton Theoquy tắc, các nguyên tố của chu kì 4 điền vào phân lớp 4s đầu tiên cho đủ 2 electron ởnguyên tử kim loại kiềm kali và kim loại kiềm thổ canxi, sau đó sau đó mới phân bốelectron tiếp tục vào phân lớp 3d từ 1 đến 10 electron cho các nguyên tử của 10nguyên tố kim loại chuyển tiếp (từ Sc đến Zn) Tiếp theo là sự phân bố electron vào
Trang 14phân lớp 4p của các nguyên tử 6 nguyên tố từ Ga cho đến Kr theo thứ tự, tuy nhiên cónhững trường hợp ngoại lệ, chẳng hạn như crom.
Chu kì 5
Chu kì năm chứa 18 nguyên tố, bắt đầu với rubidi và kết thúc với xenon Theoquy luật, sự phân bố electron cũng diễn ra tương tự chu kì 4, các nguyên tố chu kì 5điền vào phân lớp 5s đầu tiên, sau đó là phân lớp 4d và phân lớp 5p theo thứ tự đó.Tuy nhiên cũng có những trường hợp ngoại lệ, chẳng hạn như rhodi
Chu kì 7
Tất cả các nguyên tố của chu kì 7 là chất phóng xạ Chu kì này có chứa cácnguyên tố nặng nhất xảy ra một cách tự nhiên trên trái đất Tất cả những nguyên tốtiếp theo trong chu kì được tổng hợp nhân tạo Chu kì này vẫn chưa hoàn thành
Phân loại chu kì:
Trang 15số lượng nguyên tử Tuy nhiên trong một số phần của bảng tuần hoàn, chẳng hạn nhưcác khối các nguyên tố d và f, sự tương tự theo chiều ngang có thể cũng quan trọngbằng hoặc rõ rệt hơn sự tương tự theo chiều dọc
Theo một quy ước đặt tên quốc tế, các nhóm được đánh số từ số 1-18 từ cột bêntrái (kim loại kiềm) tới cột ngoài cùng bên phải (khí trơ) Trước đây, chúng được gọibằng chữ số La Mã Ở Mỹ, các chữ số La Mã đã được theo sau bởi "A" nếu nhóm làkhối các nguyên tố s và p, hoặc một "B" nếu nhóm là khối các nguyên tố d Các chữ
số La Mã sử dụng tương ứng với chữ số cuối cùng của quy ước đặt tên ngày nay (ví
dụ như các nhóm 4 nguyên tố là nhóm IVB, và nhóm 14 nguyên tố là nhóm IVA) Tạichâu Âu, các ký tự tương tự, ngoại trừ việc "A" đã được sử dụng nếu nhóm là trướckhi nhóm 10, và "B" đã được sử dụng cho các nhóm bao gồm và sau nhóm 10 Ngoài
ra, nhóm 8, 9 và 10 được coi như là một nhóm, được gọi chung trong cùng ký hiệu lànhóm VIII Năm 1988, hệ thống đặt tên IUPAC mới được đưa vào sử dụng, và các tênnhóm cũ đã bị phản đối
Một số nhóm này đã được đặt những cái tên thường mặc dù chỉ một số ít được sửdụng, có thể xem trong bảng dưới đây Nhóm 3-10 không có tên thường và thườngđược gọi đơn giản bằng số nhóm hoặc theo tên của các thành viên đầu tiên trongnhóm của họ (chẳng hạn như nhóm scanđi cho nhóm 3), bởi vì chúng biểu thị ít điểmtương đồng theo xu hướng dọc này
Các nguyên tố trong cùng một nhóm có xu hướng thể hiện cùng các tính chấttrong bán kính nguyên tử, năng lượng ion hóa, và độ âm điện Từ trên xuống dướitrong một nhóm, bán kính nguyên tử của các nguyên tố tăng Từ trên đỉnh, mỗi phần
tử liên tiếp có năng lượng ion hóa thấp hơn vì nó dễ dàng hơn để loại bỏ một electron
từ các nguyên tử bị ràng buộc chặt chẽ hơn Tương tự như vậy, độ âm điện trong mộtnhóm giảm từ trên xuống dưới do khoảng cách ngày càng tăng giữa các electron hóatrị và hạt nhân Tuy nhiên, vẫn có những ngoại lệ cho những xu hướng này, ví dụ,trong nhóm 11 nơi độ âm điện tăng mạnh theo chiều dọc
3.2.4 Phân nhóm.
Trang 16Phân nhóm gồm các nguyên tố có cấu trúc electron ở lớp ngoài cùng hoặc củanhững phân lớp ngoài cùng giống nhau.
Phân nhóm chính gồm các nguyên tố s hoặc p có cấu hình electron lớp ngoàicùng tương ứng là nsx hoặc ns2npx-2 Chúng luôn có số electron ngoài cùng bằng sốnhóm (x là số thứ tự phân nhóm)
Phân nhóm phụ gồm các nguyên tố d có cấu hình electron các phân lớp ngoàicùng là (n-1)dx-2ns2 ( có một số ngoại lệ Cu, Ag, Au có cấu hình (n-1)d10ns1)
Phân nhóm phụ thứ cấp gồm các nguyên tố f có cấu hình electron lớp ngoài cùng
là (n-2)f2-14(n-1)d0-1ns2
Ghi chú: Các nguyên tố Zn, Cd, Hg có cấu hình electron là d10 chúng khôngđược coi là nguyên tố chuyển tiếp cũng không phải là kim loại điển hình
Trang 17CHƯƠNG 4: SỰ PHÂN LOẠI CÁC NGUYÊN TỐ
4.1 Khí trơ.
Nguyên tử của chúng có cấu hình electron ns2 np6 ( trừ He : 1s2) Ở các nguyên
tố này tất cả các lớp electron đều đã bão hòa hoặc giả bão hòa.Sự giả bão hòa xảy rakhi có 8 hoặc có 18 electron ở những lớp M ,N, O, P (nếu là bão hòa thì lớp M phải có
18 electron, lớp N: 32 electron, lớp O:50 electron…) Tất cả các electron đều nằm ởcác phân lớp đã đầy đủ, các electron ngoài cùng là electron s và electron p đã đầy đủ
Vì vậy chúng khó tham gia phản ứng hóa học hơn các nguyên tố khác Cho đến naychưa tìm thấy hợp chất bền của các khí trơ nhẹ như heli, argon
Trong tất cả các trạng thái tập hợp, chúng tồn tại ở dạng nguyên tử riêng biệt vàtạo thành rất ít hợp chất hóa học Các lực tác dụng giữa các nguyên tử khí trơ rất yếu
và không định hướng (lực khuếch tán, lực Vanđevan) Vì vậy các khí trơ có nhiệt độnóng chảy và nhiệt độ sôi thấp, các tinh thể được sắp xếp đặc khít nhất
Thuộc loại này gồm các kim loại mạnh và tất cả các á kim
+ Các kim loại mạnh nguyên tử của chúng có từ 1 đến 3 electron bên ngoài cấuhình trơ và có khả năng tạo thành các cation đơn có cấu hình trơ Những ion nàythường không màu và nghịch tử Các nguyên tố này rất ít có khuynh hướng tạo thànhliên kết cộng hóa trị Hóa trị của chúng thường không thay đổi hoặc ít thay đổi
Đó là các kim loại kiềm, kiềm thổ, các nguyên tố IIIA (trừ Bo)
+ Các á kim gốm các nguyên tố có từ 4 đến 7 electron lớp ngoài cùng Chúng cóthể tạo thành các liên kết cộng hóa trị và chính những liên kết đó là đặc trưng chotương tác hóa học của chúng