Đang tải... (xem toàn văn)
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.
LỜI CẢM ƠN! Sau thời gian nghiên cứu, đề tài “Tìm hiểu bảng tuần hồn ngun tố hóa học Mendeleev” hoàn thành Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc đến thầy Trần Dương hướng dẫn tận tình suốt q trình xây dựng hồn thiện đề tài Em xin chân thành cảm ơn quý thầy khoa Hóa học - Trường Đại học Sư phạm Huế tất thầy cô giáo tận tình giảng dạy, trang bị kiến thức cho em suốt q trình học tập, nghiên cứu Tuy có nhiều cố gắng, kiến thức hạn hẹp vốn từ vựng thuật ngữ hạn chế, ỏi trình bày đề tài em sơ sài, nhiều thiếu sót, dịch chưa sát Em mong nhận ý kiến đóng góp từ q thầy để đề tài hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! LỜI MỞ ĐẦU Đầu kỷ XIX giới tích lũy nhiều kiến thức tài liệu thực nghiệm nguyên tố hóa học, có lẫn lộn sai Đến lúc có 60 ngun tố tìm ra, nhiều hợp chất hóa học khác nghiên cứu, nhiều tính chất đặc trưng nguyên tố, hợp chất thiết lập,… Tuy nhiên, phát triển khoa học kỹ thuật công nghiệp đòi hỏi phải tiếp tục nghiên cứu nguyên tố hợp chất chúng cách mạnh mẽ có hệ thống Điều đặt cho nhà khoa học vấn đề hệ thống hóa nguyên tố nhằm tìm quy luật chung nói lên mối quan hệ chúng với Nhiều cơng trình nghiên cứu đề cách phân loại nguyên tố tìm số quy luật biến đổi tính chất chúng Chẳng hạn Berzelins phân chia nguyên tố thành kim loại, kim; Dobreiner xếp nguyên tố thành ba giống nhau, định luật “bát bộ” Newland, biến đổi tuần hồn thể tích ngun tử theo khối lượng nguyên tử Mayer,… Tuy nhà bác học chưa khám phá thực chất định luật tuần hồn Trong q trình nghiên cứu xếp nguyên tố, nhà bác học người Nga Medneleev phân tích cách sâu sắc mối quan hệ khối lượng nguyên tử với tính chất lý, hóa học, đặc biệt hóa trị chúng Ơng nhận thấy có biến đổi tuần hồn tính chất theo chiều tăng khối lượng ngun tử Năm 1869, Mendeleev cơng bố định luật tuần hồn thể định luật dạng bảng: Bảng tuần hồn ngun tố hóa học hay gọi hệ thống tuần hồn Hệ thống tuần hồn khơng xếp giản đơn nguyên tố theo tính chất hóa học số tính chất vật lý chúng, mà thể định luật tự nhiên Vì vừa đời tỏ cơng cụ sắc bén việc nghiên cứu hóa học số ngành khoa học khác Trong nghiên cứu, giảng dạy học tập mơn hóa học bảng tuần hồn cơng cụ vơ quan trọng hữu ích Đó lý tơi chọn đề tài “Tìm hiểu bảng tuần hồn ngun tố hóa học Mendeleev” CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ BẢNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC MENDELEEV Vài nét Dmitri Ivanovich Mendeleev Dmitri Ivanovich Mendeleev (cũng La tinh hoá Mendeleyev; tiếng Nga: Дмии́трий Иваи́нович Менделеи́ев, đọc theo tiếng Việt Đi-mi-tri I-va-no-vích Men-đê-lê-ép), sinh ngày 27 tháng năm 1934 thành phố To-bon (Tobonxk), gia đình có 17 người con, bố hiệu trưởng trường trung học To-bon Sau tốt nghiệp Trường Trung học To-bon, ông vào học Trường Đại học Sư phạm Pê-téc2 bua năm 1855, tốt nghiệp, ông nhận huy chương vàng Trong hai năm 1859, 1860 Men-đê-lê-ép làm việc Đức Sau đó, ơng trở nước Nga bổ nhiệm giáo sư Trường Đại học Kĩ thuật Pe-téc-bua Hai năm sau, ông bổ nhiệm giáo sư Trường Đại học Tổng hợp Pê-téc-bua Sau 33 năm nghiên cứu khoa học giảng dạy, năm 1892 Men-đê-lê-ép bổ nhiệm làm giám đốc khoa học bảo tồn Trạm Cân đo mẫu Năm 1893, trạm đổi thành Viện Nghiên cứu khoa học đo lường mang tên Men-đê-lê-ép Kết hoạt động sáng tạo vĩ đại Men-đê-lê-ép phát minh định luật tuần hoàn nguyên tố năm 1869, lúc ơng 35 tuổi Ngồi ra, ơng có nhiều cơng trình khác có giá trị như: nghiên cứu trọng lượng riêng dung dịch nước, dung dịch rượu - nước khái niệm dung dịch Những cơng trình nghiên cứu Men-đê-lê-ép dung dịch phần quan trọng thuyết dung dịch đại Sơ lược phát minh bảng tuần hoàn: Thời Trung cổ, loài người biết nguyên tố vàng, bạc, đồng, chì, sắt, thuỷ ngân lưu huỳnh Năm 1649, lồi người tìm nguyên tố photpho Đến năm 1869, có 63 ngun tố tìm Năm 1817, Đơ-be-rai-nơ (J.Dobereiner) nhận thấy khối lượng nguyên tử stronti khối lượng nguyên tử hai nguyên tố bari canxi Bộ ba ngun tố có tính chất tương tự Tiếp theo, nhà khoa học tìm ba khác có quy luật tương tự Năm 1862, nhà địa chất Pháp Đờ Săng - cuốc - toa (De Chancourtoi) xếp nguyên tố hoá học theo chiều tăng khối lượng nguyên tử lên băng giấy (băng giấy quanh hình trụ theo hình lò xo xoắn) Ơng nhận thấy tính chất nguyên tố giống tính chất số, tính chất lặp lại sau nguyên tố Năm 1864, Giôn Niu-lan (John Newlands), nhà hố học Anh, tìm quy luật: Mỗi ngun tố hố học thể tính chất tương tự nguyên tố thứ xếp nguyên tố theo khối lượng nguyên tử tăng dần Năm bác 1860, nhà học người Nga Men-đê-lê- ép đề xuất tưởng xây ý dựng bảng tuần hoàn ngun tố hố học Năm 1869, ơng cơng bố "bảng tuần hồn ngun tố hố học" Năm 1870, nhà khoa học người Đức Lô-tha Mây-ơ (Lothar Mayer) nghiên cứu độc lập đưa bảng tuần hồn ngun tố hố học tương tự bảng Men-đê-lê-ép Trong trình nghiên cứu xếp nguyên tố, nhà bác học người Nga Medneleev phân tích cách sâu sắc mối quan hệ khối lượng nguyên tử với tính chất lý, hóa học, đặc biệt hóa trị chúng Ơng nhận thấy có biến đổi tuần hồn tính chất theo chiều tăng khối lượng ngun tử Hệ thống tuần hồn khơng xếp giản đơn nguyên tố theo tính chất hóa học số tính chất vật lý chúng, mà thể định luật tự nhiên Vì vừa đời tỏ cơng cụ sắc bén việc nghiên cứu hóa học số ngành khoa học khác Dựa vào bảng tuần hoàn, Mendeleev sửa lại khối lượng nguyên tử khoảng 1/3 số nguyên tố biết lúc giờ, tiên đoán tồn 11 nguyên tố lúc chưa biết, ơng dự đốn đầy đủ tính chất ba ngun tố, lâu sau người ta tìm ba ngun tố Sc, Ga, Ge với tính chất phù hợp cách kỳ lạ với dự đoán Mendeleev Bảng tuần hồn Mendeleev, xuất Tạp chí Đức Annalen der Chemie und Pharmacie năm 1872 Các tiêu đề cột “Reihen” “Gruppe” tiếng Đức cho “hàng” “nhóm.” Cơng thức loại hợp chất hình thành nhóm, với chữ “R” chữ “bất kỳ phần tử” chữ viết tắt sử dụng sử dụng bảng Khối lượng nguyên tử hiển thị sau dấu hiệu tăng hàng từ trái sang phải Bảng tuần hoàn nguyên tố có ảnh hưởng lớn đến phát triển hố học Nó khơng phân loại tự nhiên nguyên tố hoá học, cho biết nguyên tố có mối liên hệ chặt chẽ hệ thống, mà định hướng cho việc nghiên cứu tiếp tục nguyên tố Ngày nay, định luật tuần hồn sợi dẫn đường lí thuyết chủ đạo hố học Trên sở đó, năm gần nguyên tố sau urani điều chế nhân tạo xếp sau urani bảng tuần hoàn Một nguyên tố nguyên tố 101 điều chế lần năm 1955 đặt tên mendelevi để tỏ lòng kính trọng nhà bác học Nga vĩ đại Việc phát minh định luật tuần hồn bảng tuần hồn ngun tố hố học có giá trị to lớn khơng hố học, mà triết học Thuyết cấu tạo nguyên tử kỷ XX soi sáng vào định luật tuần hoàn bảng tuần hoàn nguyên tố, tìm nhiều điều mẻ sâu sắc Những lời tiên tri Men-đê-lê-ép "Định luật tuần hoàn khơng bị đe doạ phá vỡ, mà có bổ sung phát triển" có chứng tuyệt vời CHƯƠNG 2: ĐỊNH LUẬT TUẦN HOÀN Giá trị lớn định luật định rõ thành cơng Mendeleev vào năm 1871 việc tìm thuộc tính 17 ngun tố tương quan với nguyên tố khác cách di chuyển 17 đến vị trí từ vị trí trọng lượng nguyên tử chúng Sự thay đổi có sai số nhỏ trọng lượng nguyên tử chấp nhận trước số nguyên tố sai số lớn số yếu tố khác kết hợp với trọng lượng định tiêu chuẩn) Mendeleyev dự đốn tồn tại, nhiều đặc tính, nguyên tố chưa khám phá eka-boron, eka-aluminium eka-silicon, xác định với nguyên tố scandium ,gallium , germanium , tương ứng Tương tự, sau phát helium argon, định luật cho phép dự đoán tồn neon, krypton, xenon radon Hơn nữa, Bohr nguyên tố thiếu 72 mong đợi, từ vị trí hệ thống tuần hoàn, tương tự zirconi tính chất khơng phải với đất hiếm; quan sát dẫn G de Hevesy D Coster vào năm 1922 để kiểm tra quặng zirconi khám phá nguyên tố không rõ, mà chúng đặt tên hafni 2.1 Định luật tuần hồn Mendeleev (giai đoạn hóa học) Định luật tuần hồn Mendeleev phát biểu sau: “Tính chất nguyên tố tính chất đơn chất hợp chất cấu tạo nên từ nguyên tố đó, phụ thuộc tuần hồn vào khối lượng ngun tử chúng” Thực chất định luật là: Nếu xếp nguyên tố theo chiều tăng dần khối lượng nguyên tử, qua số nguyên tố định có lặp lại tính chất hóa học (chu kỳ lặp lại) Như tính chất hóa học nguyên tố hàm số tuần hoàn với khối lượng nguyên tử chúng Nhưng lấy chiều tăng dần khối lượng nguyên tử làm nguyên tắc xếp số trường hợp, để đảm bảo tuần hồn phải đổi vị trí số nguyên tố, chẳng hạn Co Ni, Te I… vậy, phải vi phạm nguyên tắc Số nguyên tố đất vị trí chúng hệ thống tuần hoàn chưa xác định dứt khoát Rõ ràng cấu tạo nội ngun tử có điều gây nên tượng tuần hoàn mà dựa vào khối lượng nguyên tử không giải đáp 2.2 Định luật tuần hoàn đại (giai đoạn electron) Bước tiến quan trọng việc giải vấn đề nêu tìm phương pháp xác định điện tích hạt nhân nguyên tử Từ nhà khoa học kết luận: “Điện tích hạt nhân nguyên tử, trị số số học số thứ tự nguyên tố bảng hệ thống tuần hoàn” Như vậy, nguyên tố hệ thống tuần hoàn xếp theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân nguyên tử, đồng thời số thứ tự nguyên tố hệ thống tuần hoàn Mỗi nguyên tố ứng với điện tích hạt nhân xác định, quy định số electron lớp vỏ ngun tử trung hòa lớp vỏ electron quy định tính chất hóa học nguyên tố Ngày nhân loại biết hiều dạng ngun tử có điện tích hạt nhân nhau, khối lượng khác có tính chất tương tự (hiện tượng đồng vị) Ví dụ: Clo có hai đồng vị 35Cl 37Cl Từ đó, mà ngày định luật tuần hồn phát biểu sau: “Tính chất đơn chất tính chất dạng hợp chất ngun tố phụ thuộc tuần hồn vào điện tích hạt nhân nguyên tử nguyên tố” Giữa khối lượng nguyên tử điện tích hạt nhân ngun tử có mối liên hệ chặt chẽ với Khi điện tích hạt nhân tăng (số proton tăng) khói lượng trung bình đồng vị nguyên tố tăng (tức tăng khối lượng nguyên tử) Nhưng hạt nhân nguyên tử, số proton số notron không thay đổi theo tỷ lệ định nên số trường hợp thay đổi khổi lượng nguyên tử không theo trật tự với thay đổi điện tích hạt nhân Định luật tuần hồn đại khơng phủ định mà trái lại khẳng định xác hóa định luật tuần hồn Mendeleev khởi xướng 2.3 Định luật tuần hoàn giai đoạn (giai đoạn hạt nhân) Sự khám phá cấu tạo hạt nhân nguyên tử mối liên quan có tính quy luật cấu tạo với tính chất hạt nhân phát biểu định luật tuần hoàn dạng sâu sắc tổng quát sau: “Các đặc tính nguyên tử, đơn chất, hợp chất hạt nhân nguyên tố thay đổi tuần hoàn theo chiều tăng số nuclon hạt nhân electron vỏ nguyên tử nguyên tố” Như vậy, định luật tuần hoàn mối liên hệ có tính quy luật khơng nguyên tử với mà thành phần chúng lớp vỏ electron hạt nhân nguyên tử Sự phát triển học thuyết cấu tạo nguyên tử cho phép mở rộng tính chất tuần hoàn so với giai đoạn Mendeleev cho phép phát hàng loạt hợp chất vơ khác có tính chất điều kiện tạo thành xác định vị trí nguyên tố hệ thống tuần hoàn (các hyđrua, cacbua, nitrua, borua, sunfua, kim loại, khí trơ…) Từ thành tựu dựa sở định luật tuần hoàn hệ thống tuần hoàn người ta thiết lập hàng trăm hệ thống tuần hồn khác khơng tiểu phân nguyên tử, phân tử ion, hạt nhân electron mà tính chất chúng CHƯƠNG 3: CẤU TRÚC HỆ THỐNG TUẦN HOÀN DƯỚI ÁNH SÁNG CẤU TẠO NGUYÊN TỬ 3.1 Nguyên tắc xếp nguyên tố bảng tuần hoàn Ngày nay, ánh sáng thuyết cấu tạo nguyên tử, nguyên tố hóa học xếp bảng tuần hoàn theo nguyên tắc: - Các nguyên tố xếp theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân nguyên tử - Các nguyên tố có số lớp electron nguyên tử xếp thành hàng - Các nguyên tố có số electron hóa trị nguyên tử xếp thành cột 3.2 Cấu tạo bảng tuần hồn ngun tố hóa học 3.2.1 Ơ ngun tố Mỗi ngun tố hóa học xếp vào ô bảng, gọi ô nguyên tố Ô nguyên tố cho biết: Số hiệu nguyên tử, kí hiệu hố học, tên ngun tố, ngun tử khối ngun tố Số hiệu ngun tử gọi số thứ tự nguyên tố bảng tuần hồn Số hiệu ngun tử có số trị số đơn vị điện tích hạt nhân số nguyên tử electron Ví dụ: Hiđro (H) chiếm bảng tuần hoàn, số hiệu nguyên tử nguyên tố H 1, số đơn vị điện tích hạt nhân 1, hạt nhân có proton vỏ nguyên tử H có electron 3.2.2 Chu kỳ Chu kỳ dãy nguyên tố mà nguyên tử chúng có số lớp electron (có trị số n), khác số electron lớp bên xếp theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân Mỗi hình thành lớp electron lại xuất chu kì Số chu kỳ ứng với số lớp electron Một chu kỳ hàng ngang bảng tuần hoàn Mỗi chu kỳ gồm số nguyên tố định ứng với số lớp electron điền vào lớp bên từ lúc bắt đầu xây dựng phân lớp ns (hyđro kim loại kiềm) đến kết thúc phân lớp np (các khí trơ) Mặc dù nhóm thường có xu hướng quan trọng có vùng mà xu hướng nằm ngang đáng kể so với xu hướng nhóm theo chiều dọc, chẳng hạn khối nguyên tố f, nơi mà nguyên tố nhóm Lantan Actini tạo thành hai dãy quan trọng theo chiều ngang nguyên tố Các nguyên tố chu kỳ có xu hướng tương tự bán kính ngun tử, lượng ion hóa, lực electron độ âm điện Chuyển từ trái sang phải qua chu kỳ, bán kính nguyên tử thường giảm Điều xảy phần tử liên tiếp có thêm proton electron mà nguyên nhân electron rút gần gũi với hạt nhân Giảm bán kính nguyên tử khiến lượng ion hóa tăng Giảm bán kính ngun tử khiến lượng ion hóa tăng di chuyển từ trái sang phải qua chu kì Các ràng buộc chặt chẽ phần tử lượng cần thiết để loại bỏ electron Độ âm điện tăng theo cách tương tự lượng ion hóa kéo tác dụng lên điện tử hạt nhân Ái lực electron cho thấy xu hướng nhẹ qua chu kì Kim loại (bên trái chu kỳ) thường có 10 - 14 nguyên tố họ Lantanit - 14 nguyêntố họ Actinit Tất Lantanit cho cation hóa trị 3, tạo thành muối bền nhiều mặt (hầu tất cả) giống với muối tương ứng Sc Y Trong số đặc tính họ đặc tính chủ yếu có hóa trị bất thường nguyên tố đầu, cuối dãy; (Ce, Tb có hóa trị bền; Eu, Yb có hóa trị bền) Cũng giống nguyên tố chuyển tiếp nguyên nhân tương tự, Lantanit cho ion có màu thuận từ Tính chất Lantanit giống nhau, cấu hình electron 14 nguyên tố họ khác phân lớp 4f Ví dụ: Ce 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 4f2 5s2 5p6 6s2 Pr ………………………………… …4f3… …… Nd ………………………………… …4f4… …… Pm ………………………………… …4f5… … Yb ………………………………… …4f14… … Phân lớp (n-2)f lớp thứ kể từ ngồi vào nên ảnh hưởng đến tính chất nguyên tố họ Tính chất Actinit tương tự Lantanit phức tạp Về nhiều mặt, Th tương tự Ce nguyên tố tiếp sau từ Pa đến Am thể đặc tính mà khơng có ngun tố hệ thống tuần hồn có Tuy nhiên đến Cm tính chất lại giống với Gd, nguyên tố lại giống nhiều với Lantanit tương ứng CHƯƠNG 5: SỰ BIẾN ĐỔI TUẦN HỒN CỦA MỘT SỐ TÍNH CHẤT QUAN TRỌNG 5.1 Bán kính nguyên tử 17 Bán kính ngun tử thay đổi theo cách dự đốn giải thích tồn bảng tuần hồn Ví dụ, bán kính nguyên tử thường giảm dọc theo chu kỳ bảng tuần hoàn, từ kim loại kiềm đến khí hiếm; tăng theo chiều từ xuống nhóm Bán kính tăng mạnh khí cuối chu kỳ kim loại kiềm đầu chu kỳ Các xu hướng bán kính nguyên tử (cũng nhiều tính chất vật lý hóa học khác nguyên tố) giải thích lý thuyết lớp vỏ electron nguyên tử; chúng cung cấp chứng quan trọng cho phát triển xác nhận học lượng tử Các electron phân lớp 4f, lấp đầy từ xeri (Z = 58) đến ytterbi (Z = 70) tỏ không hiệu việc che chắn điện tích hạt nhân tăng lên từ phân lớp Kết ngun tố sau nhóm lantan có bán kính ngun tử nhỏ dự đoán bán kính nguyên tử nguyên tố nằm phía chúng Hiện tượng gọi co họ lantanit, bật từ đầu họ tới platin (Z = 78), từ sau bị che khuất hiệu ứng tương đối tính gọi "hiệu ứng cặp trơ" Một hiệu ứng có nguồn gốc biểu tương tự, co khối d, xảy khối d khối p khó nhận thấy so với co họ lantan Quan hệ số nguyên tử bán kính nguyên tử 5.2 Năng lượng ion hóa 18 Mức lượng ion hóa thứ (IE1 hay I1) lượng cần thiết để tách electron khỏi nguyên tử, mức lượng thứ 2, thứ 3,… định nghĩa tương tự Đối với nguyên tử cho trước, mức lượng ion hóa tăng theo mức độ ion hóa Các electron orbital gần chịu lực hút tĩnh điện lớn; lượng lượng cần thiết để tách electron tăng nhiều Năng lượng ion hóa tăng phía bên phải bảng tuần hoàn Các bước nhảy lớn lượng ion hóa phân tử liên tiếp xuất tách electron khỏi cấu hình khí (lớp vỏ bão hòa) Chẳng hạn, lượng ion hóa thứ thứ hai magiê 738 kJ/mol 1450 kJ/mol, lượng ion hóa thứ ba, từ Mg 2+(có cấu hình khí 1s 22s22p2) xuống Mg3+ (1s22s22p1) đạt tới 7730 kJ/mol Năng lượng ion hóa Mỗi chu kỳ bắt đầu mức thấp kim loại kiềm, kết thúc lớn khí 5.3 Độ âm điện Độ âm điện khuynh hướng nguyên tử hút electron Độ âm điện nguyên tử chịu ảnh hưởng số hiệu nguyên tử khoảng cách electron hóa trị hạt nhân Độ âm điện cao khả hút electron mạnh 19 Khái niệm Linus Pauling đề xuất năm 1932 thang Pauling sở tham chiếu rộng rãi cho độ âm điện tới ngày nay, tồn phương pháp khác Nhìn chung, độ âm điện tăng từ trái qua phải chu kỳ, giảm từ xuống nhóm Do flo có độ âm điện lớn nguyên tố, xêsi có độ âm điện thấp nhất, chí theo nguồn liệu chủ chốt có Có ngoại lệ nguyên tắc chung Galli germani có độ âm điện cao nhôm silic theo thứ tự co khối d Những nguyên tố chu kỳ nằm sau dòng kim loại chuyển tiếp có bán kính ngun tử nhỏ bất thường electron 3d không che chắn hiệu điện tích hạt nhân gia tăng, kích thước nguyên tử nhỏ tương ứng độ âm điện lớn Độ âm điện cao bất thường chì, so sánh với thalli bismuth, dường hệ chọn lọc liệu công bố (cũng thiếu thốn liệu) - phương pháp tính tốn khác phương pháp Pauling thể xu hướng tuần hồn bình thường ngun tố Đồ thị thể gia tăng độ âm điện so với số nhóm chọn 20 5.4 Ái lực electron Ái lực electron nguyên tử lượng lượng giải phóng electron thêm vào nguyên tử trung hòa để tạo thành ion âm Mặc dù lực electron thay đổi với khoảng lớn, người ta quan sát thấy có dáng điệu định Nhìn chung, phi kim có giá trị lực electron dương nhiều kim loại, với clo có giá trị lực electron cao Ái lực electron khí chưa đo đạc cách thuyết phục, chúng có khơng có giá trị âm nhỏ Ái lực electron tăng theo chu kỳ Điều lấp đầy lớp vỏ hóa trị nguyên tử; nguyên tử nhóm 17 giải phóng nhiều lượng nguyên tử nhóm nhận electron đạt đến lớp vỏ hóa trị bão hóa bền Với cách giải thích tương tự, ta trơng đợi quan sát thấy xu hướng giảm lực electron từ xuống nhóm Electron thêm vào rơi vào orbital nằm xa hạt nhân Do electron bị hút vào hạt nhân giải phóng lượng thêm vào Tuy nhiên, theo chiều từ xuống, khoảng 1/3 nguyên tố bất thường, với nguyên tố nặng có lực electron cao so với nguyên tố nhóm mà nhẹ Phần lớn điều che chắn electron lớp d f Việc giảm đặn lực electron với nguyên tử nhóm 21 Sự phụ thuộc lực nguyên tử vào số hiệu nguyên tử Các giá trị thường tăng theo chu kì, lên cao halogen trước giảm dốc đứng khí Các đỉnh địa phương xuất hiđrô, kim loại kiềm thổ nguyên tố nhóm 11 Các chỗ lõm địa phương xuất kim loại kiềm thổ, nitơ, phôtpho, mangan rheni 5.5 Tính kim loại Năng lượng ion hóa, độ âm điện lực electron thấp tính kim loại mạnh ngược lại, tính phi kim tăng giá trị lớn Theo đó, tính kim loại có khuynh hướng giảm chu kỳ và, với số vị trí khơng đặn chủ yếu khả chắn hạt nhân electron phân lớp d f hiệu ứng tương đối tính, có khuynh hướng tăng dần nhóm Vì vậy, hầu hết ngun tố có tính kim loại mạnh (như xezi franci) nằm góc bên trái bảng tuần hoàn truyền thống hầu hết ngun tố có tính phi kim mạnh (oxi, flo, clo) góc bên phải Sự kết hợp xu hướng theo chiều đứng chiều ngang tính kim loại giải thích ranh giới gấp khúc chia tách kim loại phi kim số phiên bảng tuần hồn, việc xếp nhóm số nguyên tố nằm cạnh đường ranh thành kim CHƯƠNG 6: CÁC KIỂU BẢNG TUẦN HOÀN C H U K Y NHOM CAC NGUYEN TO H ChoA đếnI ngàyIInay, người ta Vcố gắng nhiều việc hoàn thiện cách biểu IV VIII III VI VII N IA IBtiần IVB công IVA VB bố IIA IIB VA VIIIB diễn Định hoàn IIIB IIIA VIIB VIIA kiểu bảng khác VIIIA Ta xét qua G luật VIB VIA500 I H He F Ne Cl Ar (H) đặc điểm số kiểu bảng phổ biến tìm hiểu kĩ dạng phổ biến Be II Li dạng3 chuIIIkỳNangắnMgvà C B dạngAlchu kỳSi dài N O P S IV KtuầnCa V ngắn Cr 6.1 Bảng hoàn Scdạng Tichu kỳ V Cu VI Ag Ba Fr X OXIT CAO NHAT Ra R2O Zr RO Sn Tl Ac HYDRUA Sb Pb Se Te W Po RO2 R O5 RO3 RH4 RH3 Ni Kr Ru Rh Pd Xe I Re Bi Co Br Tc Mo Ta Ir Os Pt Rn At Ns Ku R2O3 As Nb Hf La Hg Au Ge In Cd VIII Cs IX Y Sr Rb VII Ga Zn Fe Mn RH2 R2O7 RO4 RH 22 LANTANIT Ce Pr Nd Pm Sm Np Pu Eu Gd Tb Dy Ho Cm Bk Cf Es Er Tm Yb Lu Md No Lr ACTINIT Pa Am Fm 6.1.1.Nhóm - Phân nhóm Các ngun tố bố trí thành cột dọc,có số thứ tự từ I đến VIII Trong nhóm chia thành phân nhóm phân nhóm phụ, tạo nên hàng dọc Các phân nhóm gồm ngun tố điển hình nhóm, nguyên tố nằm chu kỳ II , tạo thành cột dọc dài Các phân nhóm phụ gồm nguyên tố hợp thành cột dọc ngắn bắt đầu nguyên tố nằm chu kỳ IV Riêng phân nhóm phụ có 14 phân nhóm phụ thứ cấp tạo nguyên tử ô với nguyên tố La (Z=57) Ac (Z=89) Chúng thường đặt thành dãy nằm riêng cuối bẳng có tên gọi nguyên tố Lantanit Actinit Mỗi phân nhóm phụ thứ cấp gồm nguyên tố Lantanit nguyên tố Actinit 6.1.2 Chu kỳ Được bố trí thành hàng ngang có số thứ tự từ đến Chúng kim loại kiềm kết thúc nguyên tố khí (trừ chu kỳ 1) chu kỳ đầu chu kỳ nhỏ, chu kỳ chu kỳ đặc biệt nguyên tố, chu kỳ có nguyên tố chúng nguyên tố điển hình chu kỳ điển hình chu kỳ sau chu kỳ dài Trong 23 - Chu kỳ có 18 nguyên tố, có ngun tố điển hình làm thành hàng ngang 10 nguyên tố phân nhóm phụ (nguyên tố chuyển tiếp) làm thành hàng ngang thứ - Chu kỳ có 32 nguyên tố (8 nguyên tố điển hình, 10 nguyên tố chuyển tiếp 14 nguyên tố họ lantanit), chúng bố trí hàng ngang (có hàng ngang họ lantanit để ngồi bảng chính) - Chu kỳ 7: lý thuyết có 32 nguyên tố chưa đầy đủ (chỉ có 19 nguyên tố) gồm nguyên tố phân nhóm chính, ngun tố chuyển tiếp 14 nguyên tố nhóm actinit Đây chu kỳ dở dang Nhiều tác giả cho dạng ngắn có nhiều ưu điểm: - Phản ánh tốt mối liên hệ quan trọng nguyên tố - Nêu lên tuần hoàn nội chu kỳ - Sự phân chia phân nhóm phụ nêu lên khác tính chất nguyên tố phân nhóm nêu lên giống số oxi hóa chúng với số nhóm Tuy vậy, số tác giả cho dạng ngắn thiếu sót: - Các Lantanit Actinit thực tế bị đặt ngồi hệ thống chung khơng cho thấy mối liên hệ hữu với nguyên tố khác hệ thống - Không phản ánh phát triển liên tục chu kỳ (đối với chu kỳ lớn) - Không nêu đầy đủ mức độ liên quan nguyên tố nhóm 6.2 Bảng tuần hồn dạng chu kỳ dài 24 Khí trơ wefasrarttttrtrtrttrơhiếm KL kiềm KL kiềm thổ Halogen KL chuyển tiếp 6.2.1.Nhóm - Phân nhóm Các nguyên tố có electron cuối điền vào phân lớp s lớp gọi ngun tố nhóm s + Cấu hình ns1 : kim loại kiềm + Cấu hình ns2 : kim loại kiềm thổ Các nguyên tố có electron cuối điền vào phân lớp p lớp ngồi gọi ngun tố nhóm p Vậy, nguyên tố mà nguyên tử, electron cuối điền vào phân mức s p lớp lượng tử ngồi hợp thành ngun tố thuộc phân nhóm ( hay nhóm A) : Là ngun tố điển hình Các ngun tố có electron điền vào phân lớp d lớp trước gọi nguyên tố nhóm d nguyên tố hợp thành phân nhóm phụ loại (n-1)d1-10ns2 (nguyên tố kim loại chuyển tiếp) 25 Các nguyên tố mà nguyên tử ,electron điền vào phân mức f lớp trước lớp gọi nguyên tố nhóm f Những nguyên tố hợp thành phân nhóm phụ loại (họ Lantanit: 4f1-145d0-106s2 họ Actinit: 5f1-146d0-107s2) Các nguyên tố d f nguyên tố thuộc phân nhóm phụ (hay nhóm B) 6.2.2 Chu kỳ Hệ thống tuần hồn trải theo hàng ngang, chu kỳ có hàng, họ nguyên tố s,p,d,f xếp liên tục Do mà phân nhóm nguyên tố tách hẳn thành cột riêng, phân nhóm ký hiệu A, phân nhóm phụ ký hiệu B + Chu kỳ 1: electron xếp vào lớp K(n=1) phân lớp s + Chu kỳ 2: electron bổ sung thứ 3,4 trở tiếp tục phân bố vào lớp L(n=2) Đầu tiên vào 2s, sau đủ vào phân lớp 2p + Chu kỳ 3: Tương tự chu kỳ 2, electron bổ sung từ thứ 11 đến 18 tiếp tục phân bố vào lớp M(n=3), vào 3s, sau đến 3p Khác với lớp L, lớp phân lớp 3d tự Qua việc phân tích cấu trúc electron chu kỳ nhỏ, thấy: Cứ sang chu kỳ electron bổ sung lại tiếp tục xếp vào lớp lượng tử có số lường tử n số thứ tự chu kỳ + Chu kỳ 4: K (Z=19) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 … Kr (Z=36) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 +Chu kỳ 5: Rb (Z=37) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 5s1 … Xe (Z=54) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p6 +Chu kỳ 6: Cs (Z=55) 4s2 4p6 4d10 5s2 5p6 6s1 26 … Rn (Z=86) 4s2 4p6 4d10 4f14 5s2 5p6 5d10 6s2 6p6 +Chu kỳ 7: chưa hoàn thiện Fr (Z=87)[Rn] 7s1 … Ns (Z=105) [Rn] 5f14 6d3 7s2 Ta thấy có ngun tố khơng theo quy luật ví dụ như: Cr (Z=24) 3d5 4s1 thay 3d4 4s2 Mo (Z=42) 4d5 5s1 thay 4d4 5s2 (Theo quy tắc bán bão hòa) Cu (Z=29) 3d10 4s1 thay 3d9 4s2 Ag (Z=47) 4d10 5s1 thay 4d9 5s2 (Theo quy tắc bão hòa) La (Z=57) : electron xếp vào phân nhóm 5d thay 4f mức lượng thấp (quy tắc Kleshkovski II) Nhận xét: Quá trình hình thành lớp vỏ electron ngun tử ngun tố có tính chất tuần hoàn Cứ sau dãy nguyên tố lại bắt dầu xây dựng lớp electron Dãy nguyên tố bắt đầu xây dựng lớp electron gọi chu kỳ - Chu kỳ gồm nguyên tố mà nguyên tử chúng có số lớp electron tức có trị số n - Số thứ tự chu kỳ ứng với số lớp electron - Đầu chu kỳ nguyên tố bắt đầu xây dựng phân lớp ns, cuối chu kỳ nguyên tố kết thúc việc xây dựng phân lớp np 6.3 Bảng tuần hoàn dạng tháp 27 Dạng khắc phục đáng kể thiếu sót nêu dạng kể Về dạng có kiểu đáng ý: + Kiểu bảng N.Bo công bố, kiểu bao gồm cách tự nhiên họ Lantanit Actinit + Kiểu bảng Necraxop hoàn thiện từ kiểu bảng Bo Ưu điểm phân biệt hai loại đồng đẳng electron: - Đồng đẳng toàn phần: nguyên tố mà kiến trúc lớp e ngồi đồng hóa trị nào.Ví dụ: Trong nhóm V: N P; As, Sb Bi; V, Nb Ta đồng đẳng toàn phần - Đồng đẳng khơng tồn phần: Những ngun tố mà kiến trúc e lớp đồng vài hóa trị riêng biệt Vd: N P đồng đẳng với V, Nb, Ta hóa trị dương cao N P đồng đẳng với As, Sb, Bi hóa trị -3 ; ; +3 Tuy nhiên có số ý kiến cho việc xếp nguyên tố chu kỳ dài hang san vị trí chúng hệ thống tuần hồn việc điền e vào phân lớp nguyên tử không diễn liên tục đặn 6.4 Bảng tuần hồn dạng tròn hệ mặt trời 28 Các dạng chưa phản ánh phát triển biện chứng hệ thống tuần hoàn chưa giải ổn thỏa việc xếp nguyên tố hydro “bộ ba” nguyên tố nhóm VIII Để khắc phục, số tác giả đề nghị biểu diễn hệ thống tuần hồn theo dạng vòng Đặc điểm: Các vòng tròn đồng tâm tương ứng với lớp e khác Hệ thống vòng tròn tạo nên chu kỳ Các nguyên tố nhóm phân bố theo bán kính Các chữ số Ả rập chu kỳ, số La Mã nhóm Các Lantan phân bố vào tất nhóm trừ nhóm I II, trừ nhóm I II nhóm có phân nhóm Hệ thống có ưu điểm: - Phản ánh cấu tạo lớp lectron s, p, d, f nguyên tử nguyên tố - Có chu kỳ đến đồng đẳng electron (tồn phần khơng tồn phần) - Sắp xếp ổn thỏa vị trí hydro (cả nhóm I VII) Tuy nhiên tồn số nhược điểm: - Tất nguyên tố chu kỳ phân bố vòng tròn, khơng thể biến đổi tính chất nguyên tố từ kim loại điển hình đến kim điển hình kết thúc khí trơ 29 - Tồn hệ thống khơng cân đối, phức tạp, khó theo dõi Ở nửa vòng tròn tập trung hầu hết ngun tố từ nhóm I đến VII, nửa gồm nguyên tố nhóm VIII 6.5 Bảng tuần hồn dạng xốy ốc Dạng xoáy ốc đời nhằm khắc phục điểm yếu dạng vòng Hệ thống có đặc điểm: - Hydro xếp vào tâm hình xốy ốc với ý nghĩa tất nguyên tố xây dựng nên từ hạt (electron, proton, notron) hydro nguyên tố Trong hệ thống, hydro coi nguyên tố tương đồng với nguyên tố nhóm I VII - Đường xoáy ốc chia thành khu vực, nhóm nguyên tố chia thành khu vực - Mỗi nhóm ngun tố gồm phân nhóm phụ - Các Lantanit Actinit coi nguyên tố thuộc phân nhóm phụ nhóm III - Trong nhóm VIII, ngun tố thuộc phân nhóm khí trơ, thuộc phân nhóm phụ ba Fe, Co, Ni ; Ru, Rh, Pd ; Os, Ir, Pt 30 - Ở nhóm IV tính chất ngun tố thuộc phân nhóm phụ giống nhiều Càng xa nhóm IV phía nhóm I VIII, tính chất nguyên tố thuộc hai phân nhóm khác Điều thể góc khác bán kính xếp ngun tố hai nhóm - Tất nguyên tố hệ thống xếp đường xốy ốc, điều phản ánh tính chất biện chứng định luật tuần hoàn Cuối chu kỳ bắt đầu chu kỳ có chuyển lên vòng Cách biểu diễn định luật tuần hồn theo dạng xốy ốc có nhiều ưu điểm, thể cách đầy đủ đắn định luật tuần hoàn Tuy thực tế dạng không phổ biến nhiều thuận tiện Ngồi có nhiều dạng bảng tuần hoàn khác dạng có ưu điểm riêng thiếu sót riêng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ball, Philip (2002) The Ingredients: A Guided Tour of the Elements Oxford: Oxford University Press [2] Bảng tuần hoàn, Bách khoa toàn thư mở Wikipedia, https://vi.wikipedia.org/wiki/B%E1%BA%A3ng_tu%E1%BA%A7n_ho%C3%A0n [3] Bảng tuần hồn ngun tố hóa học Từ điển bách khoa Việt Nam [4] Greenwood, Norman N.; Earnshaw, A (1984), Chemistry of the Elements, Oxford: Pergamon [5] Lưu Thị Quỳnh, https://123doc.org//document/74635-tim-hieu-bang-tuan-hoancac-nguyen-to-hoa-hoc-cua-mendeleev.htm [6] Periodic Table of Elements, http://periodic.lanl.gov/index.shtml [7] Trần Dương, Bài giảng Cơ sở lý thuyết hóa học vơ (2012), Trường ĐHSP Huế - Khoa Hóa học 31 ... Periodic Table of Elements, http://periodic.lanl.gov/index.shtml [7] Trần Dương, Bài giảng Cơ sở lý thuyết hóa học vơ (2012), Trường ĐHSP Huế - Khoa Hóa học 31 ... loại kiềm đầu chu kỳ Các xu hướng bán kính nguyên tử (cũng nhiều tính chất vật lý hóa học khác nguyên tố) giải thích lý thuyết lớp vỏ electron nguyên tử; chúng cung cấp chứng quan trọng cho phát... nhiều cơng trình khác có giá trị như: nghiên cứu trọng lượng riêng dung dịch nước, dung dịch rượu - nước khái niệm dung dịch Những cơng trình nghiên cứu Men-đê-lê-ép dung dịch phần quan trọng thuyết