BÀI 5. CẤU TẠO BẢNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC

MỞ ĐẦU

Cách đây hàng nghìn năm, người ta chỉ biết đến một số nguyên tố như đồng (copper), bạc (silver) và vàng (gold). Mãi đến năm 1700, cũng chỉ mới có 13 nguyên tố được xác định. Khi đó, các nhà hóa học nghi ngờ rằng vẫn còn nhiều nguyên tố bí ẩn khác chưa được khám phá. Bằng việc sử dụng các phương pháp khoa học hiện đại, chỉ trong một thập kỉ (1765 – 1775) đã có thêm 5 nguyên tố hóa học được xác định. Trong đó, có 3 khí không màu là hydrogen, nitrogen và oxygen. Tính đến năm 2016, tổng cộng đã có 118 nguyên tố hóa học được xác định trên bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Trong bảng tuần hoàn, các nguyên tố được sắp xếp theo nguyên tắc nào và có mối liên hệ như thế nào với cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố đó?

Đáp án chuẩn:

- Theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân.

- Các nguyên tố có cùng số lớp electron và cấu hình electron tương tự nhau được xếp cùng một chu kì.

- Các nguyên tố mà nguyên tử có cấu hình electron tương tự nhau được xếp cùng một nhóm.

1. LỊCH SỬ PHÁT MINH ĐỊNH LUẬT TUẦN HOÀN VÀ BẢNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC

Thảo luận 1: Quan sát hình 5.1, hãy mô tả bằng tuần hoàn các nguyên tố hóa học của Mendeleev. Nhận xét về cách sắp xếp các nguyên tố hóa học theo chiều từ trên xuống dưới trong cùng một cột.

Đáp án chuẩn:

- Gồm kí hiệu các nguyên tố hóa học và khối lượng nguyên tử của chúng.

- Sắp xếp theo chiều tăng dần khối lượng nguyên tử, bắt đầu ở hàng mới khi tính chất của nguyên tố lặp lại.

Thảo luận 2: Quan sát hai nguyên tố Te và I trong Hình 5.1, em nhận thấy điều gì khác thường?

Đáp án chuẩn:

Te có khối lượng nguyên tử lớn hơn I nhưng được sếp xếp trên I.

Thảo luận 3: Hãy cho biết các dấu chấm hỏi trong bảng tuần hoàn ở hình 5.1 có hàm ý gì?

Đáp án chuẩn:

Thể hiện rằng vị trí của các nguyên tố đó mới là dự đoán.

Thảo luận 4: Quan sát hình 5.2, hãy cho biết 3 nguyên tố Sc, Ga và Ge nằm ở vị trí nào trong bảng tuần hoàn của Mendeleev (Hình 5.1).

Đáp án chuẩn:

Sc nằm giữa Ca và Er, Ga và Ge nằm giữa Zn và As

2. BẢNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC

Thảo luận 5: Quan sát hình 5.3, em hãy nêu các thông tin có trong ô nguyên tố aluminium.

Đáp án chuẩn:

Số hiệu nguyên tử, nguyên tử khối trung bình, độ âm điện, kí hiệu hóa học, tên nguyên tố, cấu hình electron, số oxi hóa.

Luyện tập: Quan sát hình 5.3, cho biết số electron lớp ngoài cùng, số proton của nguyên tử aluminium.

Đáp án chuẩn:

3 và 13.

Thảo luận 6: Quan sát hình 5.4, hãy nhận xét về số lớp electron trong nguyên tử của các nguyên tố cùng chu kì.

Đáp án chuẩn:

Các nguyên tố trong cùng chu kì có số lớp electron bằng nhau.

Luyện tập: Dựa vào cấu hình electron, em hãy cho biết nguyên tố có số hiệu nguyên tử là 20 thuộc chu kì nào trong bảng tuần hoàn.

Đáp án chuẩn:

Cấu hình electron: 1s²2s²sp⁶3s²3p⁶4s²  thuộc chu kì 4.

Thảo luận 7: Quan sát hình 5.2, nhận xét đặc điểm cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố trong cùng một nhóm A.

Đáp án chuẩn:

Có số electron lớp ngoài cùng bằng nhau. 

Thảo luận 8: Quan sát nhóm VIIIB trong bảng tuần hoàn, cho biết nhóm này có đặc điểm gì khác biệt so với các nhóm còn lại.

Đáp án chuẩn:

Cấu hình electron không tương tự nhau.

 Thảo luận 9: Quan sát hình 5.5, nhận xét mỗi quan hệ giữa số electron hóa trị của nguyên tử với số thứ tự nhóm của nguyên tố nhóm A.

Đáp án chuẩn:

Số electron hóa trị của nguyên tử = số thứ tự nhóm của nguyên tố nhóm A.

Thảo luận 10: Quan sát hình 5.2, dựa vào cấu hình electron nguyên tử hãy nhận xét mối quan hệ giữa số electron hóa trị của nguyên tử các nguyên tố với số thứ tự nhóm của nguyên tố nhóm B. Nêu rõ các trường hợp đặc biệt.

Đáp án chuẩn:

Số thứ tự của nhóm bằng tổng số electron thuộc hai phân lớp (n -1)d và ns. Nếu tổng số electron của nguyên tử là 8, 9, 10 thì nguyên tố đó thuộc nhóm VIIIB; là 11 thì thuộc nhóm IB; là 12 thì thuộc nhóm IIB. 

Thảo luận 11: Dựa vào cấu hình electron, cho biết nguyên tố có số hiệu nguyên tử là 6, 8, 18, 20 thuộc khối nguyên tố nào trong bảng tuần hoàn. Chúng là kim loại, phi kim hay khí hiếm.

Đáp án chuẩn:

- Số hiệu nguyên tử 6: thuộc khối nguyên tố p, phi kim.

- Số hiệu nguyên tử 8: thuộc khối nguyên tố p, phi kim.

- Số hiệu nguyên tử 18: thuộc khối nguyên tố p, khí hiếm.

- Số hiệu nguyên tử 20: thuộc khối nguyên tố s, kim loại.

 Luyện tập: Nitrogen là thành phần dinh dưỡng cần thiết cho sự sinh trưởng, phát triển và sinh sản của thực vật. Biết nitrogen có số hiệu nguyên tử là 7.

a) Viết cấu hình electron của nitrogen

b) Nitrogen là nguyên tố s, p, d hay f?

c) Nitrogen là kim loại, phi kim hay khí hiếm?

Đáp án chuẩn:

a) 1s²2s²2p³

b) p.

c) Phi kim.

 Thảo luận 12: Quan sát hình 5.2, nhận xét chiều tăng điện tích hạt nhân nguyên tử các nguyên tố trong chu kì và nhóm.

Đáp án chuẩn:

Các nguyên tố hóa học được xếp theo chiều tăng điện tích hạt nhân nguyên tử các nguyên tố trong chu kì và nhóm. 

Vận dụng: Silicon là một nguyên tố phổ biến và có nhiều ứng dụng trong cuộc sống. Silicon siêu tinh khiết là chất bán dẫn, được dùng trong kĩ thuật vô tuyến và điện tử. Ngoài ra, nguyên tố này còn được sử dụng để chế tạo pin mặt trời nhằm mục đích chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện để cung cấp cho các thiết bị trên tàu vũ trụ. Xác định vị trí của nguyên tố silicon (Z = 14) trong bảng tuần hoàn.

Đáp án chuẩn:

Ô 14, chu kì 3, nhóm IVA.

BÀI TẬP

Câu 1: Viết cấu hình electron và xác định vị trí của các nguyên tố sau trong bảng tuần hoàn. Cho biết chúng thuộc khối nguyên tố nào (s,p,d,f) và chúng là kim loại, phi kim hay khí hiếm:

a) Neon tạo ra ánh sáng màu đỏ khi sử dụng trong các ống phóng điện chân không, được sử dụng rộng rãi trong các biển quảng cáo. Cho biết Ne có số hiệu nguyên tử là 10.

b) Magnesium được sử dụng để làm cho hợp kim bền nhẹ, đặc biệt được sử dụng cho ngành công nghiệp hàng không. Cho biết Mg có số hiệu nguyên tử là 12.

Đáp án chuẩn:

a) - 1s²2s²2p⁶  ô 10, chu kì 2, nhóm VIIIA.

- Thuộc khối nguyên tố p, khí hiếm.

b) - 1s²2s²2p⁶3s² ô 12, chu kì 3, nhóm IIA.

- Thuộc khối nguyên tố s, kim loại.

Câu 2: Dãy nào gồm các nguyên tố có tính chất hóa học tương tự nhau? Vì sao?

a) Oxygen (Z=8), nitrogen (Z=7), carbon (Z=6)

b) Lithium (Z=3), sodium (Z=11), potassium (Z=19)

c) Helium (Z=2), neon ( Z= 10), argon (Z= 18)

Đáp án chuẩn:

- b vì cùng thuộc nhóm IA.

- c vì cùng thuộc nhóm VIIIA.

Câu 3: Viết cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố sau:

a) Nguyên tố thuộc chu kì 4, nhóm IIA.    b) Nguyên tố khí hiếm thuộc chu kì 3.

Đáp án chuẩn:

a) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²

b) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶