tổng quan về bảng tuần hoàn

II.Phần nội dung : 1.Lịch sử hình thành: Những nỗ lực hệ thống hóa đầu tiên Năm 1789, Antoine Lavoisier công bố danh sách 33 nguyên tố hóa học, xếp nhóm thành các chất khí, kim loại, ph

Họ và tên : Lưu Thị Ngọc

Lớp :56A sư phạm hóa

MSV :155D1402121053

………

Tổng quan về bảng tuần hoàn hóa học

I.Phần mở đầu

-Lý do nghiên cứu : Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học: cung cấp nhiều kiến

thức bổ ích về các nguyên tố hóa học Bảng tuần hoàn hóa học thường được treo trước các lớp học hóa và trong các phòng thí nghiệm khoa học trên khắp thế giới Bảng tuần hoàn là vật không thể thiếu trong quá trình học và nghiên cứu hóa học

Vì thế nên việc hiểu rõ về bảng tuần hoàn giúp chúng ta rất nhiều trong việc học và nghiên cứu hóa học Chính vì thế nghiên cứu tổng quan về bảng tuần hoàn giúp chúng ta hiểu rõ một cách sơ lược nhất về bảng tuần hoàn

-Mục đích cần đạt :nắm được lịch sử hình thành ,cấu trúc ,bảng tuần hoàn hóa học

hiện đại ,ý nghĩa khoa học ,thong tin từ các kiểu bảng tuần hoàn

II.Phần nội dung :

1.Lịch sử hình thành:

Những nỗ lực hệ thống hóa đầu tiên

Năm 1789, Antoine Lavoisier công bố danh sách 33 nguyên tố hóa học, xếp nhóm thành các chất khí, kim loại, phi kim và "đất".Các nhà hóa học đã dành cả một thế

kỉ sau đó để tìm kiếm một sơ đồ phân loại chính xác hơn Năm 1829, Johann Wolfgang Döbereiner nhận thấy nhiều nguyên tố có thể nhóm thành các bộ ba dựa trên tính chất hóa học Liti, natri và kali chẳng hạn, có thể xếp vào nhóm các kim loại mềm, dễ phản ứng Döbereiner cũng nhận thấy rằng khi sắp xếp theo khối lượng, nguyên tố thứ hai trong mỗi bộ ba thường gần bằng trung bình cộng của hai nguyên tố kia; sau này được gọi là "định luật bộ ba nguyên tố" Nhà hóa học Đức Leopold Gmelin làm nghiên cứu hệ thống này, và tới năm 1843 ông đã nhận diện được 10 bộ ba, ba nhóm bộ 4 và 1 nhóm bộ 5 Năm 1857 Jean-Baptiste Dumas công bố công trình mô tả mối quan hệ giữa các nhóm kim loại khác nhau Mặc dù nhiều nhà khoa học có thể nhận diện mối quan hệ giữa các nhóm nguyên

tố nhỏ, họ chưa thể dựng lên một sơ đồ định hướng toàn bộ chúng

Năm 1858, August Kekulé quan sát thấy rằng cacbon thường có 4 nguyên tử khác liên kết với nó Ví dụ như Metan có một nguyên tử cacbon và 4 nguyên tử hiđrô Quan niệm hóa trị hình thành từ đây; các nguyên tố khác nhau liên kết với những

số nguyên tử khác nhau

Năm 1862, Alexandre-Emile Béguyer de Chancourtois, một nhà địa chất Pháp, công bố một dạng bảng tuần hoàn sơ khai, mà ông gọi là "đường xoắn telua" hay

"đinh vít telua" (tiếng Pháp: vis tellurique) De Chancourtois là người đầu tiên

nhận thấy tính tuần hoàn của các nguyên tố Khi tố xếp theo một đường xoắn trên một hình ống theo khối lượng nguyên tử tăng dần, ông chỉ ra rằng các ngyên tố với tính chất tương tự nhau dường như xuất hiện theo những khoảng cách đều đặn Bảng mà de Chancourtois đề xuất bao gồm một số ion và hợp chất bên cạnh các nguyên tố Bài viết của ông cũng sử dụng các thuật ngữ địa chất hơn là hóa học và không sử dụng một giản đồ nào; kết quả là nó không nhận được chú ý cho đến khi công trình của Dmitri Mendeleev xuất hiện

Năm 1864, Julius Lothar Meyer, một nhà hóa học Đức, công bố một bảng bao gồm

44 nguyên tố xếp theo hóa trị Bảng này chỉ ra các nguyên tố với tính chất tương tự thường có chung hóa trị Đồng thời, nhà hóa học William Odling cũng công bố một bảng sắp xếp 57 nguyên tố dựa trên khối lượng nguyên tử Với một số chỗ trống và tính không đều đặn, ông nhận thấy rằng cái có vẻ như là tính tuần hoàn về khối lượng nguyên tử trong số các nguyên tố đó và rằng điều này tương ứng với "các cách ghép nhóm được ghi nhận của chúng." Odling ám chỉ tới ý tưởng về một định luật tuần hoàn nhưng không theo đuổi đến cùng Về sau (năm 1870) ông quay sang đề xuất một sự phân loại nguyên tố dựa trên hóa trị

Nhà hóa học người Anh John Newlands công bố một loạt bài báo từ năm 1863 tới năm 1866 ghi nhận rằng khi các yếu tố được xếp theo thứ tự khối lượng nguyên tử tăng dần, các tính chất vật lý và hóa học tái tục theo những khoảng 8 đơn vị, ông gọi chúng là "octave" (bộ tám) theo cách gọi các quãng tám trong âm nhạc Điều này cũng được gọi là Định luật về các bộ tám, tuy nhiên bị những người cùng thời chế diễu, và Hội Hóa học London từ chối ấn hành công trình này Tuy nhiên Newlands đã thảo ra một bảng nguyên tố và dùng nó để tiên đoán sự tồn tại của những nguyên tố còn thiếu, chẳng hạn germani Hội Hóa học chỉ ghi nhận ý nghĩa những khám phá của ông 5 năm sau khi họ công nhận Mendeleev

Năm 1867, Gustavus Hinrichs, một nhà hóa học gốc Đan Mạch làm việc ở Hoa

Kỳ, công bố một hệ thống tuần hoàn xoắn ốc dựa trên phổ và khối lượng nguyên

tử, và những tính tương đồng hóa học Công trình của ông bị xem là lập dị, khoe

mẽ, rắm rối và điều này có thể đã cản trở sự thừa nhận của cộng đồng khoa học

Bảng tuần hoàn của Mendeleev

Hai nhà hóa học, Dmitri Mendeleev người Nga và Julius Lothar Meyer người Đức độc lập với nhau đã công bố bảng tuần hoàn lần lượt vào năm 1869 và 1870 Bảng của Mendeleev là phiên bản đầu tiên của ông công bố, bản của Meyer là phiên bản

mở rộng của một bảng khác năm 1864 Cả hai đều xây dựng bảng bằng cách liệt kê các nguyên tố theo hàng hoặc cột theo thứ tự khối lượng nguyên tử và bắt đầu mỗi hàng hoặc cột mới khi các thuộc tính của nguyên tố bắt đầu lặp lại

Sự ghi công dành cho bảng của Mendeleev đến từ hai quyết định quan trọng của ông Thứ nhất là ông để dành chỗ trống mà dường như tương ứng với những nguyên tố còn chưa được khám phá Mendeleev không phải là nhà khoa học đầu tiên làm vậy, nhưng ông là người đầu tiên được công nhận là sử dụng các xu hướng trong bảng tuần hoàn để tiên đoán tính chất của những nguyên tố bị thiếu, như galli và germani Quyết định thứ hai là đôi khi bỏ qua trật tự cứng nhắc theo khối lượng nguyên tử và hoán chuyển các nguyên tố lân cận, chẳng hạn như telua và iốt, để phân loại chúng thành các họ hóa học tốt hơn Với sư phát triển của các lý thuyết về cấu trúc nguyên tử, người ta nhận thấy rõ ràng là Mendeleev

đã vô tình liệt kê các nguyên tố theo trật tự số hiệu nguyên tử (hay điện tích hạt nhân) tăng dần Tầm quan trọng của số hiệu nguyên tử đối với việc tổ chức bảng tuần hoàn không được thừa nhận cho tới khi sự tồn tại và tính chất của proton và nơtron được nghiên cứu chi tiết hơn Các bảng tuần hoàn của Mendeleev sử dụng khối lượng nguyên tử thay vì số hiệu nguyên tử để tổ chức các nguyên tố, thông tin

có thể xác định với độ chính xác tương đối cao ở thời bấy giờ Khối lượng nguyên

tử thỏa mãn hầu hết các trường hợp, đem lại một sự mô tả có khả năng tiên đoán tính chất của các nguyên tố chưa biết chính xác hơn bất kỳ phương pháp cùng thời nào khác Việc thay thế bằng số hiệu nguyên tử sau này đem lại mỗi chuỗi xác định, dựa trên số nguyên cho nguyên tố vẫn được sử dụng tới ngày nay ngay cả khi các nguyên tố tổng hợp đang được chế tạo và nghiên cứu

Những phát triển về sau

Bảng tuần hoàn năm 1871 của Mendeleev với 8 nhóm nguyên tố xếp thành các cột Các đường nét đứt biểu diễn các các nguyên tố chưa biết vào thời điểm năm 1871 Năm 1871, Mendeleev công bố một dạng bảng tuần hoàn, có các nhóm nguyên tố tương tự nhau xếp thành các cột từ I tới VIII Ông cũng đưa ra các tiên đoán chi tiết về tính chất của các nguyên tố mà trước đó ông từng ghi nhận là bị khuyết nhưng hẳn phải tồn tại Những khoảng trống này lần lượt lấp đầy khi các nhà khoa học khám phá thêm những nguyên tố tồn tại trong tự nhiên Người ta từng nghĩ rằng nguyên tố tự nhiên cuối cùng được khám phá là franci (mà Mendeleev

gọi eka-caesium) vào năm 1939 Nhưng một nguyên tố được tổng hợp lần đầu tiên

vào năm 1940 là plutoni về sau (1971) lại tìm thấy với một lượng rất nhỏ xuất hiện

trong tự nhiên, và tới năm 2011 người ta biết rằng tất cả các nguyên tố cho tới californi có thể xuất hiện trong tự nhiên ít nhất là dưới dạng vết (hàm lượng cực nhỏ) trong các mỏ quặng urani do bắt giữ nơtron và phân rã beta

Dạng bảng tuần hoàn phổ biến hiện nay, thường gọi là dạng tiêu chuẩn hay dạng thông thường, là bản do Horace Groves Deming hiệu chỉnh Năm 1923, nhà hóa học Hoa Kỳ này công bố các bảng tuần hoàn dạng ngắn (gọi là kiểu Mendeleev) và vừa (dạng 18 cột) Merck and Company chuẩn bị dạng bảng vừa 18 cột của Deming năm 1928 và phát hành rộng rãi trong các trường học ở Hoa Kỳ Tới những năm

1930 bảng của Deming đã xuất hiện trong các cuốn sổ tay và từ điển bách khoa hóa học Sự phổ biến của nó cũng một phần nhờ được Sargent-Welch Scientific Company phát hành trong nhiều năm

Với sự phát triển của các lý thuyết cơ học lượng tử về cấu hình electron trong nguyên tử, người ta nhận thấy rằng mỗi chu kỳ (hàng) trong bảng ứng với sự lấp đầy một lớp vỏ lượng tử electron Những nguyên tử lớn hơn có nhiều phân lớp electron hơn, cho nên các bảng về sau có những chu kỳ ngày càng dài hơn

Năm 1945, Glenn Seaborg, một nhà khoa học Hoa Kỳ, đề xuất rằng các nguyên tố

họ actini, cũng giống họ lantan lấp đầy một phân lớp f Trước đó họ actini được cho là tạo thành một hàng khối d thứ tư Đồng nghiệp của Seaborg khuyên ông không nên công bố một đề xuất táo bạo như vậy vì nó có thể làm hỏng toàn bộ sự nghiệp của ông Seaborg vẫn bất chấp công bố và giả thuyết này về sau được chứng minh là đúng, góp phần giúp ông nhận giải Nobel Hóa học năm 1951

Mặc dù những lượng rất nhỏ một vài nguyên tố siêu urani tồn tại trong tự nhiên, con người biết tới chúng đầu tiên qua tổng hợp nhân tạo Việc chế tạo ra chúng đã mở rộng bảng tuần hoàn đáng kể, với thành viên đầu tiên

là neptuni (1939) Vì nhiều nguyên tố siêu urani hết sức không bền và phân rã nhanh chóng, chúng thách thức việc phát hiện và tìm hiểu tính chất Đã có nhiều tranh cãi liên quan tới việc các phòng thí nghiệm khác nhau đòi ghi công phát minh

và kéo theo đó là quyền đặt tên cho các nguyên tố mới Các nguyên tố có tên riêng chính thức được công nhận gần đây nhất là flerovi (nguyên tố 114)

và livermori (nguyên tố 116), cả hai được đặt tên ngày 31 tháng 5 năm 2012 Năm

2010, một nhóm cộng tác nghiên cứu giữa Nga và Hoa Kỳ ở Dubna, Moskva, Nga, tuyên bố tổng hợp thành công 6 nguyên tử của nguyên tố thứ 117 ununsepti, khiến

nó trở thành nguyên tố được tuyên bố phát hiện gần đây nhất

2.Cấu trúc :

Bảng tuần hoàn biểu diễn sự tương quan giữa các nguyên tố hóa học

theo số điện tích hạt nhân, gồm 2 dạng chính:

- Bảng ngắn gồm 8 cột

- Bảng dài gồm 16 cột

Sau đây chúng ta chỉ quan tâm đến bảng dài gồm 16 cột.

1) Ô nguyên tố

Bảng tuần hoàn có khoảng 110 ô, mỗi một nguyên tố được sắp xếp vào một ô gọi

là ô nguyên tố

- Ô nguyên tố cho biết:

+ số hiệu nguyên tử

+ Kí hiệu hóa học

+ Tên nguyên tố

+ Nguyên tử khối của nguyên tố

- Số hiệu nguyên tử là số thứ tự của nguyên tố trong bảng hệ thống tuần hoàn Số hiệu nguyên tử có trị số bằng số đơn vị điện tích hạt nhân và bằng số electron trong nguyên tử

Ví dụ: Ô thứ 11, xếp nguyên tố natri (Na)

Ta có:

+ Số hiệu nguyên tử = số proton = số electron = 11

+ Kí hiệu hóa học: Na

+ Tên nguyên tố: natri

+ Nguyên tử khối: 23

2) Chu kì

- Chu kì là dãy các nguyên tố được sắp xếp theo hàng ngang

- Trong bảng tuần hoàn các nguyên tố gồm 7 chu kì Trong đó 3 chu kì nhỏ (chu kì 1,2,3) và 4 chu kì lớn (chu kì 4,5,6,7)

- Chu kì gồm các nguyên tố mà nguyên tử của chúng có cùng số lớp electron và

được xếp thành hàng theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân.

- Số thứ tự của chu kì bằng số lớp electron trong nguyên tử của các nguyên tố nằm trong chu kì

Ví dụ: chu kì II, tất cả các nguyên tử đều có 2 lớp electron

- Trong bảng tuần hoàn gồm 7 chu kì (mỗi chu kì là một hàng)

- Trừ chu kì I, các chu kì còn lại đều bắt đầu là kim loại kiềm và kết thúc là khí hiếm

Ví dụ: chu kì 3: bắt đầu là kim loại kiềm Na và kết thúc là khí trơ: Ar (agon)

3) Nhóm

- Nhóm là dãy các nguyên tố được sắp xếp theo cột dọc

- Nhóm gồm các nguyên tố mà nguyên tử của chúng có số electron lớp ngoài cùng bằng nhau và được xếp thành cột theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân

nguyên tử.

- Số thứ tự của nhóm bằng số electron lớp ngoài cùng của nguyên tử của các

nguyên tố trong nhóm

Ví dụ: nguyên tử của các nguyên tố nhóm II, có 2 electron ở lớp vỏ ngoài cùng

3.Bảng hệ thống tuần hoàn hiện đại :

Những thay đổi sau hết và chủ yếu của bảng HTTH là những nghiên cứu của

Glenn Seaborg vào giữa thế kỉ 20 với khám phá của ông về nguyên tố plutonium vào năm 1940 , ông đã tìm ra tất cả các nguyên tố có số nguyên tử cao hơn

uranium đó là là các nguyên tử có số nguyên tố từ 94 đến 102 Ông đã sắp xếp lại bảng HTTH bằng việc đặt các nguyên tố thuộc họ Actini bên dưới các nguyên tố đất hiếm Năm 1951, Seaborg đã nhậm được giải thưởng Nobel về hóa học cho công trình của ông.Nguên tố thứ 106 đã được đặt tên Seaborgium để tưởng nhớ đến Seaborg

4.Ỹ nghĩa khoa học :

a,Quan hệ giữa vị trí nguyên tố và cấu tạo nguyên tử của nó :

* Biết vị trí của một nguyên tố trong bảng tuần hoàn, có thể suy ra cấu tạo của nguyên tố đó và ngược lại

_ Số thứ tự của nguyên tố « Số proton, số electron

_ Số thự tự của chu kì « Số lớp electron

_ Số thứ tự của nhóm A « Số electron lớp ngoài cùng

Ví dụ 1 :Nguyên tố có STT 20, chu kì 4, nhóm IIA,thì:

- Nguyên tử có 20p, 20e

- Nguyên tử có 4 lớp e

- Số e lớp ngoài cùng là 2

- Đó là nguyên tố Ca

Ví dụ 2: Biết cấu hình electron nguyên tử của một nguyên tố là 1s22s22p63s23p4 có thể suy ra:

Tổng số electron của nguyên tử nguyên tố đó là 16, vậy nguyên tố đó chiếm ô thứ 16 trong bảng tuần hoàn (vì nguyên tử 16 electron, 16 proton, số đơn vị điện tích hạt nhân là 16 bằng số thứ tự của nguyên tố trong bảng tuần hoàn)

Nguyên tố đó thuộc chu kì 3 (vì có 3 lớp electron), nhóm VIA (vì có 6 electron lớp ngoài cùng) Đó là nguyên tố lưu huỳnh.

b,Quan hệ giữa vị trí và tính chất của các nguyên tố:

Biết vị trí một nguyên tố trong bảng tuần hoàn, ta có thể suy ra những tính chất hóa học cơ bản của nó :

_ Tính kim loại, tính phi kim:

+Các nguyên tố ở các nhóm IA, IIA, IIIA (trừ H và B) có tính kim loại

+ Các nguyên tố ở các nhóm VA, VIA, VIIA (trừ antimon, bitmut và poloni) có tính phi kim

_ Hóa trị cao nhất của nguyên tố trong hợp chất với oxi, hóa trị của nguyên tố trong hợp chất với hiđro

_ Công thức oxit cao nhất

_ Công thức hợp chất khí với hiđro (nếu có)

Hợpchất oxit cao nhất R2O RO R2O3 RO2 R2O5 RO3 R2O7

_ Công thức hiđroxit tương ứng (nếu có) và tính axit hay bazơ của chúng

c,So sánh tính chất của một nguyên tố với các nguyên tố lân cận:

Dựa vào qui luật biến đổi tính chất của các nguyên tố trong bảng tuần hoàn có thể

so sánh tính chất hóa học của một nguyên tố với các nguyên tố lân cận

Vd : So sánh: P(Z=15) với Si(Z=14) và S(Z=16)

P(Z=15) với N(Z=7) và As(Z=33)

_ Si, P, S thuộc cùng một chu kì => theo chiều tăng của Z => tính PK tăng dần Si <

P < S

_ N, P, As thuộc cùng nhóm A => theo chiều tăng của Z => tính PK tăng dần As <

P < N

5.Thông tin từ các kiểu bảng tuần hoàn :

Có nhiều bảng tuần hoàn với dạng khác dạng tiêu chuẩn Trong khoảng 100 năm từ khi bảng của Mendeleev xuất hiện năm 1869 người ta ước tính có khoảng 700 phiên bản bảng tuần hoàn khác nhau ấn hành Cùng với rất nhiều biến thể hình chữ nhật, cũng có những hình dạng khác, như các dạng tròn, lập phương, ống trụ, mặt tiền (kiều ngôi nhà), chuỗi xoắn, lăng trụ 8 cạnh, kim tự tháp, dạng chia cắt, dạng cầu, tam giác và, lemniscate, Mục đích của những bảng này thường là nhằm tô

đậm hoặc nêu bật các thuộc tính hóa học hoặc vật lý của các nguyên tố khó nhận thấy trong bảng tuần hoàn thông thường

Trong số các biến thể, một phiên bản khá phổ biến là bản của Theodor Benfey (1960), trong đó các nguyên tố được sắp xếp theo một chuỗi xoắn ốc liên tục, với hiđrô ở trung tâm và các nguyên tố kim loại chuyển tiếp, các họ lantan và actini chiếm các bán đảo

Hầu hết các bảng tuần hoàn ở dạng phẳng nhưng cũng có những phiên bản ba chiều tồn tại ít nhất là từ năm 1862 (trước cả bảng 2 chiều của Mendeleev) Các ví

dụ gần đây hơn bao gồm Phân loại Tuần hoàn của Courtines (1925), Hệ thống Phiến của Wringley (1949), Chuỗi xoắn tuần hoàn của Giguère (1965) và Cây Tuần hoàn của Dufour (1996) Đi xa hơn nữa, Stowe mô tả Bảng tuần hoàn cho Nhà vật lý (1989) của mình là 4 chiều (ba chiều không gian và một chiều màu sắc)

Các dạng bảng khác nhau được cho là nằm trên một continuum hóa-lý Về cực điểm phía hóa học trong continuum này có thể thấy bảng Bảng tuần hoàn hóa học của Nhà hóa học vô cơ 'vô nguyên tắc' của Rayner-Canham (2002), nhấn mạnh các xu hướng và hình thái tuần hoàn, và các mối quan hệ cùng thuộc tính hóa học

dị thường Ở gần cực vật lý là Bảng tuần hoàn hóa học bước trái của Janet (1928) Bảng này có một cấu trúc thể hiện mối liên hệ gần gũi hơn với mức độ lấp đầy lớp

vỏ electron và do đó gầm hơn với cơ học lượng tử Ở khoảng giữa là dạng tiêu chuẩn phổ biến, được xem là mô tả các xu hướng tuần hoàn thực nghiệm trong các trạng thái vật lý, tính dẫn điện và dẫn nhiệt, và các số oxi hóa, cùng các nguyên tố khác dễ dàng suy ra từ các kĩ thuật truyền thống trong phòng thí nghiệm hóa học

III.Phần kết :

-Qua việc tìm hiểu về bảng tuần hoàn thì thu được nhiều kiến thức bổ ích mới mẻ

về bảng tuần hoàn như:

+Rõ hơn về lịch sử hình thành nên bảng tuần hoàn

+bảng tuần hoàn hóa học hiện đại có gì mới

+Ỹ nghĩa khoa học của bảng tuần hoàn

+Biết thêm được nhiều kiểu bảng tuần hoàn thú vị ,độc đáo khác bảng tuần hoàn đang dùng

-Có cái nhìn tổng quan về bảng tuần hoàn ,rõ hơn ,có thêm nhiều thong tin cho việc nghiên cứu hóa học

Tài liệu tham khảo : -Sách giáo khoa lớp 10

-wikipedia tiếng việt về bảng tuần hoàn