1.6.1.1. Định luật tuần hoàn các nguyên tố hóa học:
Tính chất của các đơn chất, thành phần và tính chất của các hợp chất của các nguyên tố hoá học biến thiên tuần hoàn theo chiều tăng của điện tích hạt nhân nguyên tử.
Như vậy, sự biến đổi tuần hoàn tính chất của các nguyên tố là do sự biến đổi tuần hoàn cấu trúc electron của nguyên tửở các nguyên tốđó.
27
1.6.1.2. Cấu tạo bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học:
Hiện nay người ta đã biết trên 100 nguyên tố hoá học được xếp thành bảy chu kỳ và tám nhóm A và tám nhóm B.
* Chu kỳ
Các nguyên tử của các nguyên tố trong cùng một chu kỳ đều có cùng số lớp electron và bằng số thứ tự chu kỳ chứa chúng.
Ví dụ, các nguyên tử của các nguyên tố chu kỳ2 đều có 2 lớp e là lớp K và lớp L Các nguyên tử của các nguyên tố chu kỳ3 đều có 3 lớp e là lớp K, lớp L và lớp
M.
Hệ thống tuần hoàn gồm 7 chu kỳđánh số thứ tự từ 1 – 7. + Chu kỳ 1: có 2 nguyên tố.
+ Chu kỳ 2 và 3: mỗi chu kỳ có 8 nguyên tố. + Chu kỳ 4 và 5: mỗi chu kỳ có 18 nguyên tố. + Chu kỳ 6: có 32 nguyên tố.
+ Chu kỳ7: chưa hoàn thành.
Các chu kỳ 1,2,3 gọi là các chu kỳ ngắn; 4,5,6,7 gọi là các chu kỳ dài.
(Đặc biệt trong chu kỳ 6 có 14 nguyên tố xếp sau La (Z = 57) được xếp tách riêng thành 1 hàng ngang ở dưới bảng gọi là họ Lantan).
Chu kỳ 7 gồm các nguyên tốđang xây dựng từ Fr (Z = 87) trởđi.
(Trong chu kỳ 7 có 14 nguyên tố xếp sau Ac (Z = 89) được tách riêng thành họ
Actini); Các nguyên tố này được xếp ra ngoài bảng thành 2 hàng, mỗi hàng gồm 14 nguyên tố.
Trừ các nguyên tố xếp ra ngoài bảng, mỗi chu kỳ dài có 18 nguyên tố (trừ chu kỳ7 chưa hoàn thành) tạo thành 18 cột: Các nguyên tố thuộc các cột 1,2 và các cột từ
13 đến 18 tạo thành 8 nhóm A; Mười cột giữa còn lại tạo thành 8 nhóm B. * Nhóm
28
Số thứ tự của nhóm bằng số electron hoá trị mà các nguyên tố có. Mỗi nhóm được chia thành 2 phân nhóm: phân nhóm chính và phân nhóm phụ.
- Phân nhóm chính (nhóm A): bao gồm các nguyên tố s hoặc p. - Phân nhóm phụ (nhóm B): bao gồm các nguyên tố d hoặc f.
Ví dụ: - Cu (z = 29) có cấu hình electron [Ar]3d104s1: thuộc nhóm IB - Zn (z = 30) có cấu hình electron [Ar]3d104s2: thuộc nhóm IIB - Fe (z = 26) có cấu hình electron [Ar]3d64s2: thuộc nhóm VIIIB - Li (z = 3) có cấu hình electron 1s22s1: thuộc nhóm IA
- Mg (z = 12) có cấu hình electron [Ne]3s2: thuộc nhóm IIA
1.6.2. Cấu hình electron các nguyên tố trong hệ thống tuần hoàn:
1.6.2.1. Nhóm A (phân nhóm chính):
Nguyên tử của các nguyên tố nhóm A có những đặc điểm về cấu hình điện tửnhư
29
- Sựđiền electron cuối cùng vào nguyên tử theo quy tắc kleckowski đều xảy ra ở
các phân lớp ns hoặc np (n là lớp electron ngoài cùng).
- Số electron ở lớp ngoài cùng của nguyên tử đúng bằng số thứ tự nhóm chứa nó.
Điều này được khẳng định hoàn toàn khi số electron lớp ngoài cùng lớn hơn hai.
- Khi nguyên tử của nguyên tố có số electron lớp ngoài cùng nhỏ hơn ba thì nguyên tố đó có thể là nhóm A hoặc nhóm B. Nguyên tố loại này được khẳng định ở
nhóm A khi
sựđiền electron cuối cùng xảy ra ởns. Khi đó số electron lớp ngoài cùng của nguyên tử cũng bằng số thứ tự của nhóm.
Để nhận biết một nguyên tố thuộc nhóm A nào ta dựa vào cấu hình electron nguyên tửnhư sau:
- IA : Sựđiền electron cuối cùng vào nguyên tử kết thúc ở ns1 (trừ H). - IIA : Sựđiền electron cuối cùng vào nguyên tử kết thúc ở ns2 (trừ He). - IIIA : Phân lớp electron ngoài cùng của nguyên tử là np1
- IVA : Phân lớp electron ngoài cùng của nguyên tử là np2 - VA : Phân lớp electron ngoài cùng của nguyên tử là np3. - VIA : Phân lớp electron ngoài cùng của nguyên tử là np4. - VIIA : Phân lớp electron ngoài cùng của nguyên tử là np5. - VIIIA: Phân lớp electron ngoài cùng của nguyên tử là np6.
1.6.2.2. Nhóm B (phân nhóm phụ):
Nguyên tử của các nguyên tố nhóm B có những đặc điểm về cấu hình điện tửnhư
sau:
- Sựđiền electron cuối cùng vào nguyên tử của các nguyên tố nhóm B xảy ra ở (n- 1) d hoặc (n – 2) f . Với n là lớp electron ngoài cùng.
Ví dụ:
Z = 21: 1s22s22p63s23p64s23d1.
30
- Số electron ở lớp ngoài cùng của nguyên tử nguyên tố nhóm B là hai (ns2), của một
số ít nguyên tử là một (ns1) và của một trường hợp nguyên tử palađi (Z = 46) không chứa electron ở lớp ngoài cùng (5s0). Vậy số electron lớp ngoài cùng của các nguyên tử
nguyên tốnhóm B ít hơn ba.
Nếu viết cấu hình electron nguyên tử dựa vào dãy năng lượng theo nguyên lý vững bền thì tất cả các nguyên tử nguyên tố nhóm B đều có 2 electron ở lớp ngoài cùng ns2. Tuy nhiên thực nghiệm xác nhận ở một số nguyên tử của nguyên tố nhóm B, một electron ở ns2 chuyển vào (n - 1)d, trừ một trường hợp ở palađi cả 2 electron ở 5s2 đều chuyển vào 4d.
Các trường hợp nói trên thường xảy ra khi phân lớp (n – 1)d gần nửa bão hoà hoặc bão hoà. Vì các phân lớp nửa bão hoà hoặc bão hoà là các phân lớp bền và năng lượng hai phân lớp (n – 1)d và ns xấp xỉ nhau.
Để nhận biết một nguyên tố thuộc nhóm B nào ta dựa vào cấu hình electron nguyên tửnhư sau:
- IIIB: Phân lớp electron ngoài cùng (n -1)d1ns2 - IVB: Phân lớp electron ngoài cùng (n -1)d2ns2. - VB: Phân lớp electron ngoài cùng (n -1)d3ns2. - VIB: Phân lớp electron ngoài cùng (n -1)d4ns2. - VIIB: Phân lớp electron ngoài cùng (n -1)d5ns2. - VIIIB: Phân lớp electron ngoài cùng (n -1 )d6,7,8ns2. - IB: Phân lớp electron ngoài cùng (n -1)d10ns1. - IIB: Phân lớp electron ngoài cùng (n -1)d10ns2.
Các nguyên tố f mà sựđiền electron cuối cùng vào nguyên tử xảy ra ở 4f được gọi là các nguyên tố lantanonit hoặc các nguyên tố họ lantan, còn các nguyên tố f mà sự điền electron cuối cùng vào nguyên tử xảy ra ở 5f được gọi là các nguyên tố actinoit hoặc các nguyên tố họ actini.
31