HỆ THỐNG TUẦN HOÀN các NTHH

HỆ THỚNG TÀI LIỆU TRỰC TÚN HÓA HỌC http://hoahoc.edu.vn ─ http://luuhuynhvanlong.com “Học Hóa bằng sự đam mê” ThS LƯU HUỲNH VẠN LONG (Giảng viên Trường ĐH Thủ Dầu Một – Bình Dương) Hệ thống Tuần hoàn nguyên tố Hóa học “Đầu tư vào tri thức đem lại lợi nhuận cao nhất” Benjamin Franklin TRUNG TÂM HỌC LIỆU HÓA HỌC TRỰC TÚN (Học Hóa bằng sự đam mê) www.HOAHOC.edu.vn – www.LUUHUYNHVANLONG.com 11 TRUNG TÂM HỌC LIỆU HÓA HỌC TRỰC TÚN (Học Hóa bằng sự đam mê) www.HOAHOC.edu.vn – www.LUUHUYNHVANLONG.com 12 Chương III HỆ THỚNG TUẦN HOÀN CÁC NGUN TỚ HÓA HỌC I ĐỊNH LUẬT TUẦN HOÀN: 1) Mendeleev: “Tính chất ngun tố, thành phần tính chất hợp chất chúng biến thiên cách tuần hồn theo chiều tăng dần khối lượng ngun tử ngun tố” Theo bảng hệ thống tuần hồn đại có số vị trí khơng : 18 Ar 39.95 ; 19 K 39.1 27 Co 58.93; 28 Ni 58.7 Te 127.6; 52 53 I 126.9 … 2) Theo học lượng tử: “Tính chất đơn chất dạng tính chất hợp chất ngun tố phụ thuộc tuần hồn vào chiều tăng dần điện tích hạt nhân ngun tử ngun tố” II BẢNG HỆ THỚNG TUẦN HOÀN CÁC NGUN TỚ HÓA HỌC Hình 3.1 Bảng hệ thống tuần hồn Các họ ngun tố s, p, d f a Các ngun tố họ s Là ngun tố có electron cuối điền vào phân lớp s lớp ngồi • ns1: kim loại kiềm (IA) • ns2: kim loại kiềm thổ (IIA) TRUNG TÂM HỌC LIỆU HÓA HỌC TRỰC TÚN (Học Hóa bằng sự đam mê) www.HOAHOC.edu.vn – www.LUUHUYNHVANLONG.com 13 b Các ngun tố họ p Là ngun tố có electron cuối điền vào phân lớp p lớp ngồi np1 np2 IIIA IVA np3 np4 np5 np6 VA VIA VIIA VIIIA c Các ngun tố họ d Là ngun tố có electron cuối điền vào phân lớp d lớp kề ngồi • ns2 (n – 1)d1 – 10:đều kim loại chuyển tiếp d Các ngun tố họ f Là ngun tố có electron cuối điền vào phân lớp f hai lớp trước ngồi cùng: ns2 (n – 2)f – 14: ngun tố đất hiếm.Có họ ngun tố f : • 6s2 4f – 14: lantanid (CK6) • 7s2 5f – 14: actinid (CK7) Chu kỳ • Là dãy ngun tố viết theo hàng ngang xếp theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân , bắt đầu ngun tố họ s, kết thúc ngun tố họ p, có (hoặc khơng) ngun tố họ d, f.(trừ CK1 có ngun tố s) • Trong chu kỳ, tính chất ngun tố biến đổi cách tuần hồn • Số thứ tự chu kỳ số lượng tử lớp electron ngồi (n max), số lớp e • Có chu kỳ ( CK nhỏ 4CK lớn): -Chu kỳ I: chu kỳ đặc biệt: có ngun tố họ s -Chu kỳ II, III: chu kỳ nhỏ: chu kỳ có ngun tố, gồm ngun tố họ s ngun tố họ p -Chu kỳ IV, V: chu kỳ lớn: chu kỳ có 18 ngun tố, gồm ngun tố họ s, 10 ngun tố họ d ngun tố họ p -Chu kỳ VI: chu kỳ hồn hảo: có 32 ngun tố, gồm ngun tố họ s, 14 ngun tố họ f, 10 ngun tố họ d ngun tố họ p -Chu kỳ VII: chu kỳ dở dang: có ngun tố họ s, 14 ngun tố họ f số ngun tố họ d(nếu đủ 32 ngun tố) Như bảng HTTH đủ có tổng cộng (2+8+8+18+18+32+32 = 118 ngun tố) Nhóm: • Là cột dọc ngun tố có số electron lớp ngồi phân lớp ngồi giống Có loại phân nhóm : a Phân nhóm (A): TRUNG TÂM HỌC LIỆU HÓA HỌC TRỰC TÚN (Học Hóa bằng sự đam mê) www.HOAHOC.edu.vn – www.LUUHUYNHVANLONG.com 14 • Gồm tất ngun tố s p chu kỳ nhỏ lớn , phân nhóm có 6-7 ngun tố nên cột cao • Số thứ tự phân nhóm tổng số e phân lớp ngồi [ns np]: IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA VIIIA ns1 ns2 ns2np1 ns2np2 ns2np3 ns2np4 ns2np5 ns2np6 b Phân nhóm phụ (B): • Gồm tất ngun tố họ d, có chu kỳ lớn (4-7) nên cột thấp • Mỗi phân nhóm phụ chứa 3-4 ngun tố, riêng PNP VIIIB có ngtố • Đặc biệt chứa tồn kim loại chuyển tiếp • Trong chu kỳ PNP bắt đầu có nhóm IIIB phải sau ngun tố s • Số thứ tự phân nhóm phụ xác định cấu hình e phân lớp cuối : o Nhóm IIIB: ns2(n – 1)d1 o Nhóm VIIB: ns2(n – 1)d5 o Nhóm IVB: ns2(n – 1)d2 o Nhóm VIIIB: ns2(n – 1)d 6,7,8* o Nhóm VB: ns2(n – 1)d3 o Nhóm IB: ns1(n – 1)d10 * o Nhóm VIB: ns1(n- 1)d5 * o Nhóm IIB: ns2(n – 1)d10 c Phân nhóm phụ thứ cấp (phân nhóm phụ phân nhóm phụ IIIB) • PNP IIIB có 14 PNP thứ cấp chứa tất ngun tố f , PNP thứ cấp có ngun tố f chu kỳ 6,7 gọi ngun tố đất hiếm:  6s24f – 14: lantanid  7s25f – 14: actinid Ứng dụng: Xác định vị trí ngun tố bảng HTTH: a Biết Z: TD: A1(Z = 19): 1s22s22p63s23p64s1 : CK4, PN IA , 19K A2(Z = 25) : 1s22s22p63s23p64s23d5 : CK4, PN VIIB , 25Mn A3(Z = 35) : 1s22s22p63s23p64s23d104p5 : CK4, PN VIIA , 35Br b Biết giá trị số lượng tử electron cuối cùng: TD: Ngun tử A4 có electron cuối có giá trị số lượng tử sau : n =3; ℓ =2; ml = 0; ms = - ½ (qui ước ml từ -ℓ đến +ℓ ): => Phân lớp cuối cùng: 3d8 : Ni (Z = 28): 1s22s22p63s23p64s23d8 (CK4, PN VIII B)  mℓ =   -2 -1   +1 +2 c Biết cấu hình electron ion tương ứng: • Ion A2+: Phân lớp cuối là: 3p6 TRUNG TÂM HỌC LIỆU HÓA HỌC TRỰC TÚN (Học Hóa bằng sự đam mê) www.HOAHOC.edu.vn – www.LUUHUYNHVANLONG.com 15 =>A: 4s2 => CK4, PN IIA ( 20Ca) • Ion D2+: Phân lớp cuối là: 3d5 =>D: 4s2 3d5 => CK4, PN VIIB (25Mn) • Ion E3+: Phân lớp cuối là: 3d5 =>E: 4s2 3d6 => CK4, PN VIIIB (26Fe) • Ion M4+: Phân lớp cuối là: 3p6 =>M: 4s23d2 => CK4, PN IVB (22Ti) • Ion G4+ : Phân lớp cuối là: 4d10 =>G: 5s24d105p2 => CK5, PN IVA (50Sn) • Ion X2-: Phân lớp cuối là: 4p6 =>X: 4s23d104p4 => CK4, PN VIA (34Se) d Biết tổng spin ngun tử: TD: Ngun tử Q thuộc chu kỳ có tổng spin = +3 Q có ∑s = +3 => có e độc thân: 4s13d5 => CK4, PN VIB (24Cr) III SỰ THAY ĐỔI TÍNH CHẤT CỦA CÁC NGUN TỚ TRONG BẢNG HTTH Tổng quan: • Tính chất ngun tố hóa học HTTH thay đổi cách tuần hồn theo chiều: ngang, dọc đường chéo (khơng quan trọng): • Trong phân nhóm: cấu trúc electron hóa trị tương tự → tính chất hóa học tương tự Từ xuống dưới, số lớp electron tăng → lực hút hạt nhân e ngồi giảm: o tính kim loại tăng, tính phi kim giảm o tính khử tăng, tính oxi hóa giảm • Trong chu kỳ: từ trái sang phải, số lớp e khơng thay đổi, tổng số e lớp ngồi tăng → lực hút hạt nhân e ngồi tăng: o tính kim loại giảm, tính phi kim tăng o tính khử giảm, tính oxi hóa tăng TRUNG TÂM HỌC LIỆU HÓA HỌC TRỰC TÚN (Học Hóa bằng sự đam mê) www.HOAHOC.edu.vn – www.LUUHUYNHVANLONG.com 16 Bán kính ngun tử ion * Coi ngun tử hay ion hình cầu, hợp chất hình cầu tiếp xúc Bán kính ngun tử hay ion xác định dựa khoảng cách hạt nhân ngun tử tạo nên đơn chất hay hợp chất tương ứng (bán kính hiệu dụng R) * Bán kính hiệu dụng phụ thuộc: o chất ngun tử o đặc trưng liên kết o trạng thái tập hợp a.Bán kính ngun tử: *Trong chu kỳ từ trái sang phải R ngun tử giảm Z tăng o chu kỳ nhỏ R giảm rõ rệt o chu kỳ lớn e điền vào lớp kế ngồi (n – 1)d làm tăng hiệu ứng chắn → R giảm chậm đặn *Trong phân nhóm chính, từ xuống số lớp e tăng → hiệu ứng chắn tăng → R tăng Hình 3.4 Biến đổi bán kính ngun tử theo chu kỳ nhóm *Trong phân nhóm phụ, từ xuống, xu hướng chung: R tăng khơng đặn PNC: -Từ CK4 xuống CK5: R tăng tăng thêm lớp e TRUNG TÂM HỌC LIỆU HÓA HỌC TRỰC TÚN (Học Hóa bằng sự đam mê) www.HOAHOC.edu.vn – www.LUUHUYNHVANLONG.com 17 -Từ CK5 xuống CK6, CK7: R khơng tăng tượng co d, co f b.Bán kính ion: • R ↑ lực hút hạt nhân e ngồi ↓ • Mà: o o lực hút 1e ∼ Z ∑e Nên: R cation < R ngun tử < R anion Đối với cation ngun tố: R giảm theo chiều tăng điện tích ion (R Fe2+ > R Fe3+ ; R Sn2+ > R Sn4+ ) o Đối với ion phân nhóm có điện tích ion giống (cấu trúc e tương tự nhau) R tăng theo chiều tăng điện tích hạt nhân Z (R Li+ < R Na+ < R K+ < R Rb+ < R Cs+ ) ; (R F- < R Cl- < R Br- < R I-) o Đối với ion đẳng e (cấu trúc e giống nhau) R ion giảm theo chiều tăng Z hay theo chiều tăng số oxy hóa (TD: R chuỗi ion đẳng e có 10 e: N3- > O2- > F- > Na+ > Mg2+ > Al3+ ) TRUNG TÂM HỌC LIỆU HÓA HỌC TRỰC TÚN (Học Hóa bằng sự đam mê) www.HOAHOC.edu.vn – www.LUUHUYNHVANLONG.com 18 Hình 3.5 : Bán kính ngun tử ion ngun tố phân nhóm TRUNG TÂM HỌC LIỆU HÓA HỌC TRỰC TÚN (Học Hóa bằng sự đam mê) www.HOAHOC.edu.vn – www.LUUHUYNHVANLONG.com 19 Năng lượng ion hóa I: đặc trưng cho khả nhường e ngun tử, thể tính khử hay tính kim loại Hình 3.5 Biến đổi lượng ion hóa • Năng lượng ion hóa I lượng cần tiêu tốn để tách e khỏi ngun tử thể khí , lập khơng bị kích thích thành cation tương ứng thể khí X(k) + I1 = X+(k) + e X+(k) + I2 = X2+(k) + e … • I nhỏ ngun tử dễ nhường e, tính kim loại tính khử mạnh • Trong chu kỳ từ trái sang phải nhìn chung I tăng dần Z tăng dần • Trong phân nhóm từ xuống I giảm số lớp e tăng → tăng hiệu ứng chắn • Trong phân nhóm phụ từ xuống, I tăng Giải thích: PNP có đặc điểm: e điền vào phân lớp d lớp kế ngồi cùng, e lớp ngồi ns2 khơng thay đổi Do đó: + Z tăng nhanh → tăng lực hút hạt nhân đến e ns2 lớp ngồi + Các AO (n – 1)d có tính đối xứng khác hẳn AO ns nên hiệu ứng chắn khơng tăng → tăng hiệu ứng xâm nhập e s lớp ngồi • Ngoại lệ: + Nếu tách e khỏi cấu hình e bão hòa khó, I tăng lên bất thường + Ngược lại, tách e xong đạt cấu hình e bão hòa dễ, I giảm TD: I1(IIA: ns2) > I1(IIIA: ns2 np1) ; I1(VA: ns2 np3) > I1(VIA: ns2 np4) TRUNG TÂM HỌC LIỆU HÓA HỌC TRỰC TÚN (Học Hóa bằng sự đam mê) www.HOAHOC.edu.vn – www.LUUHUYNHVANLONG.com 20 • Cách tính I1: Z2 Z2 I1 = E∞ - En max = – ( − 13.6 eV) = 13.6 eV n n 5.Ái lực electron F: đặc trưng cho khả nhận e ngun tử , thể tính oxi hóa hay tính phi kim Hình 3.6 Biến đổi lực electron • Ái lực e F lượng phát hay thu vào kết hợp e vào ngun tử thể khí, lập, khơng bị kích thích thành anion tương ứng thể khí = ∆H X(k) + e = X-(k) , F1 • F có giá trị âm ngun tử dễ nhận e, tính phi kim tính oxi hóa ngun tố mạnh • Ái lực e X = lượng ion - hóa X ngược dấu: FX = − I X − Độ âm điện χ( khi): đặc trưng cho khả hút mật độ e phía tạo liên kết với ngun tử ngun tố khác • Ngun tử ngun tố có độ âm điện lớn hút e phía tương tác với ngun tử ngun tố khác có độ âm điện nhỏ • Có nhiều cách khác để xác định độ âm điện • Trong chu kỳ từ trái sang phải, nhìn chung độ âm điện tăng lên • Trong nhóm từ xuống, độ âm điện giảm * Chú ý: độ âm điện khơng phải đại lượng cố định ngun tố xác định phụ thuộc vào thành phần cụ thể hợp chất Hóa trị số oxi hóa ngun tố: • Hóa trị ngun tố số e ngun tử ngun tố bỏ góp chung liên kết cộng hóa trị hay cho nhận liên kết ion • Số oxi hóa ngun tố điện tích hình thức (khơng phải điện tích thật) ngun tử ngun tố qui ước tất liên kết xung quanh liên kết ion cách cho ngun tử có độ âm điện lớn hút e tích điện âm ngược lại o Số oxi hóa dương cao ngun tố = số thứ tự nhóm (trừ nhóm: I B, VIII B) TRUNG TÂM HỌC LIỆU HÓA HỌC TRỰC TÚN (Học Hóa bằng sự đam mê) www.HOAHOC.edu.vn – www.LUUHUYNHVANLONG.com 21 o Số oxi hóa âm thấp phi kim = số thứ tự nhóm - TRUNG TÂM HỌC LIỆU HÓA HỌC TRỰC TÚN (Học Hóa bằng sự đam mê) www.HOAHOC.edu.vn – www.LUUHUYNHVANLONG.com 22 ... thuộc tuần hoàn vào chiều tăng dần điện tích hạt nhân nguyên tử nguyên tố” II BẢNG HỆ THỐNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC Hình 3.1 Bảng hệ thống tuần hoàn Các họ nguyên tố s, p, d f a Các. .. Chương III HỆ THỐNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC I ĐỊNH LUẬT TUẦN HOÀN: 1) Mendeleev: “Tính chất nguyên tố, thành phần tính chất hợp chất chúng biến thiên cách tuần hoàn theo chiều tăng... biến thiên cách tuần hoàn theo chiều tăng dần khối lượng nguyên tử nguyên tố” Theo bảng hệ thống tuần hoàn đại có số vị trí không : 18 Ar 39.95 ; 19 K 39.1 27 Co 58.93; 28 Ni 58.7 Te 127.6; 52