🟢 Dễ 45 phút

Bài 5. Cấu tạo của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học

Tìm hiểu cấu trúc của bảng tuần hoàn, nguyên tắc sắp xếp các nguyên tố theo chu kì và nhóm.

Chương: Chương 2: Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học và định luật tuần hoàn

Lý thuyết Cấu tạo của bảng tuần hoàn

1. Nguyên tắc sắp xếp bảng tuần hoàn

Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học được sắp xếp theo nguyên tắc:

Các nguyên tố được sắp xếp theo chiều tăng dần của số hiệu nguyên tử (Z)
Các nguyên tố có cùng số lớp electron được xếp thành một hàng (chu kì)
Các nguyên tố có cấu hình electron lớp ngoài cùng tương tự nhau được xếp thành một cột (nhóm)

Lịch sử: Bảng tuần hoàn được nhà hóa học người Nga Dmitri Mendeleev công bố năm 1869, ban đầu sắp xếp theo khối lượng nguyên tử tăng dần. Sau đó, nhà khoa học Moseley (1913) đã sắp xếp lại theo số hiệu nguyên tử.

2. Ô nguyên tố

Mỗi nguyên tố được biểu diễn trong một ô của bảng tuần hoàn, gọi là ô nguyên tố.

Thông tin trong ô nguyên tố:

Số hiệu nguyên tử (Z): Ghi ở góc trên bên trái
Kí hiệu hóa học: Ghi ở giữa ô
Tên nguyên tố: Ghi dưới kí hiệu
Nguyên tử khối: Ghi dưới tên nguyên tố

Ví dụ: Ô nguyên tố Natri

- Số hiệu: 11

- Kí hiệu: Na

- Tên: Natri

- Nguyên tử khối: 23

3. Chu kì

Định nghĩa: Chu kì là dãy các nguyên tố mà nguyên tử của chúng có cùng số lớp electron, được sắp xếp theo chiều tăng dần của số hiệu nguyên tử.

Bảng tuần hoàn có 7 chu kì:

Chu kì	Số lớp e	Số nguyên tố	Loại chu kì
1	1	2	Chu kì nhỏ
2	2	8	Chu kì nhỏ
3	3	8	Chu kì nhỏ
4	4	18	Chu kì lớn
5	5	18	Chu kì lớn
6	6	32	Chu kì lớn
7	7	32	Chu kì lớn

Lưu ý:

Chu kì 1, 2, 3 là chu kì nhỏ (có ít nguyên tố)
Chu kì 4, 5, 6, 7 là chu kì lớn (có nhiều nguyên tố)
Số thứ tự chu kì = Số lớp electron

4. Nhóm

Định nghĩa: Nhóm là tập hợp các nguyên tố mà nguyên tử của chúng có cấu hình electron tương tự nhau, do đó có tính chất hóa học gần giống nhau, được sắp xếp thành một cột.

Bảng tuần hoàn có 18 nhóm:

Nhóm A (8 nhóm): IA, IIA, IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA, VIIIA
+ Gồm các nguyên tố s và p
+ Số thứ tự nhóm A = Số electron lớp ngoài cùng
Nhóm B (10 nhóm): IB, IIB, IIIB, IVB, VB, VIB, VIIB, VIIIB (3 cột), IB, IIB
+ Gồm các nguyên tố d và f (kim loại chuyển tiếp)

Một số nhóm đặc biệt:

Nhóm IA: Kim loại kiềm (trừ H)
Nhóm IIA: Kim loại kiềm thổ
Nhóm VIIA: Halogen (nhóm nguyên tố phi kim hoạt động mạnh)
Nhóm VIIIA: Khí hiếm (nguyên tố trơ)

5. Phân loại nguyên tố

Dựa vào cấu hình electron, các nguyên tố được chia thành 4 khối:

a) Nguyên tố khối s

Electron cuối cùng điền vào phân lớp s. Gồm các nguyên tố nhóm IA và IIA.

Ví dụ: Na (Z=11): 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹ (nhóm IA)

b) Nguyên tố khối p

Electron cuối cùng điền vào phân lớp p. Gồm các nguyên tố nhóm IIIA đến VIIA và khí hiếm (VIIIA).

Ví dụ: Cl (Z=17): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵ (nhóm VIIA)

c) Nguyên tố khối d

Electron cuối cùng điền vào phân lớp d. Gồm các nguyên tố nhóm B (kim loại chuyển tiếp).

Ví dụ: Fe (Z=26): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶

d) Nguyên tố khối f

Electron cuối cùng điền vào phân lớp f. Gồm các nguyên tố lantanit và actinit.

Phân loại theo tính chất:

Kim loại: Nhóm IA, IIA, nhóm B và một số nguyên tố nhóm IIIA, IVA, VA
Phi kim: Nhóm VIIA, VIA, VA, IVA và một số nguyên tố nhóm IIIA
Khí hiếm: Nhóm VIIIA

Các dạng bài tập

Dạng 1: Dạng 1: Xác định vị trí nguyên tố trong bảng tuần hoàn

Phương pháp giải:

Phương pháp giải:

Viết cấu hình electron dựa trên Z
Xác định chu kì: Số thứ tự chu kì = Số lớp electron
Xác định nhóm:
+ Nguyên tố s, p: Nhóm A, số thứ tự = số electron lớp ngoài
+ Nguyên tố d: Nhóm B (kim loại chuyển tiếp)
+ Khí hiếm: Nhóm VIIIA (8 electron lớp ngoài, trừ He có 2e)

Ví dụ:

Ví dụ 1: Nguyên tố X có Z = 19. a) Viết cấu hình electron của X. b) Xác định vị trí của X trong bảng tuần hoàn (chu kì, nhóm). c) X thuộc khối nguyên tố nào?

Giải:

a) Cấu hình electron:

X (Z=19): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹

b) Vị trí:

- Số lớp electron: 4 → Chu kì 4

- Electron cuối điền vào 4s¹ → Nguyên tố s

- Số electron lớp ngoài: 1 → Nhóm IA

c) Khối nguyên tố:

Electron cuối điền vào phân lớp s → X thuộc khối s

X là Kali (K), kim loại kiềm

Ví dụ 2: Nguyên tố Y thuộc chu kì 3, nhóm VIA. a) Xác định số hiệu nguyên tử của Y. b) Viết cấu hình electron của Y. c) Y là kim loại hay phi kim?

Giải:

a) Xác định Z:

- Chu kì 3 → Y có 3 lớp electron

- Nhóm VIA → Y có 6 electron lớp ngoài

Cấu hình: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴

Tổng electron = 2 + 2 + 6 + 2 + 4 = 16

Vậy Z = 16

b) Cấu hình electron:

Y (Z=16): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴

c) Phân loại:

Y có 6 electron lớp ngoài → Y là phi kim

Y là Lưu huỳnh (S)

Ví dụ 3: Hai nguyên tố X và Y thuộc cùng nhóm VA, X thuộc chu kì 2, Y thuộc chu kì 3. Xác định số hiệu nguyên tử của X và Y.

Giải:

Nguyên tố X:

- Chu kì 2, nhóm VA → 2 lớp electron, 5 electron lớp ngoài

Cấu hình: 1s² 2s² 2p³

Z(X) = 7 (Nitơ - N)

Nguyên tố Y:

- Chu kì 3, nhóm VA → 3 lớp electron, 5 electron lớp ngoài

Cấu hình: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p³

Z(Y) = 15 (Photpho - P)

Dạng 2: Dạng 2: Phân loại nguyên tố theo khối

Phương pháp giải:

Phương pháp giải:

Viết cấu hình electron
Xác định phân lớp cuối cùng nhận electron:
+ Electron cuối vào s → Khối s (nhóm IA, IIA)
+ Electron cuối vào p → Khối p (nhóm IIIA đến VIIIA)
+ Electron cuối vào d → Khối d (nhóm B, kim loại chuyển tiếp)
+ Electron cuối vào f → Khối f (lantanit, actinit)

Ví dụ:

Ví dụ 1: Phân loại các nguyên tố sau theo khối s, p, d: a) Na (Z=11); b) Cl (Z=17); c) Fe (Z=26); d) Ar (Z=18)

Giải:

a) Na (Z=11): 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

Electron cuối vào 3s → Khối s

b) Cl (Z=17): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵

Electron cuối vào 3p → Khối p

c) Fe (Z=26): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶

Electron cuối vào 3d → Khối d

d) Ar (Z=18): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶

Electron cuối vào 3p → Khối p

Ví dụ 2: Nguyên tố X thuộc chu kì 4, nhóm IIA. a) Xác định Z và viết cấu hình electron. b) X thuộc khối nào? c) X là kim loại hay phi kim?

Giải:

a) Xác định Z và cấu hình:

Chu kì 4, nhóm IIA → 4 lớp, 2e lớp ngoài

Cấu hình: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s²

Z = 20 (Canxi - Ca)

b) Khối nguyên tố:

Electron cuối vào 4s → X thuộc khối s

c) Phân loại:

X có 2e lớp ngoài, thuộc nhóm IIA → X là kim loại kiềm thổ

Dạng 3: Dạng 3: Bài toán thực tế về bảng tuần hoàn

Phương pháp giải:

Phương pháp giải:

Phân tích thông tin về nguyên tố trong thực tế
Xác định vị trí trong bảng tuần hoàn
Liên hệ vị trí với tính chất và ứng dụng
Giải thích dựa trên cấu hình electron

Ví dụ:

Ví dụ 1: Natri (Na) là kim loại mềm, màu bạc, phản ứng mạnh với nước, được sử dụng trong đèn chiếu sáng đường phố. Na có Z = 11. a) Xác định vị trí của Na trong bảng tuần hoàn. b) Giải thích tại sao Na lại hoạt động hóa học mạnh.

Giải:

a) Vị trí:

Cấu hình Na (Z=11): 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

- Chu kì 3 (3 lớp electron)

- Nhóm IA (1 electron lớp ngoài)

- Khối s, kim loại kiềm

b) Giải thích:

Na có 1 electron lớp ngoài (3s¹), electron này liên kết yếu với hạt nhân, dễ bị tách ra tạo ion Na⁺ có cấu hình bền vững của khí hiếm Ne.

Phản ứng: Na → Na⁺ + e⁻

Do đó Na rất dễ nhường electron, phản ứng mạnh với nước và oxi.

Ví dụ 2: Clo (Cl) là chất khử trùng quan trọng trong xử lý nước sinh hoạt. Cl có Z = 17, thuộc nhóm halogen. a) Xác định vị trí của Cl. b) Giải thích tại sao Cl có tính oxi hóa mạnh.

Giải:

a) Vị trí:

Cấu hình Cl (Z=17): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵

- Chu kì 3

- Nhóm VIIA (halogen)

- Khối p, phi kim

b) Giải thích:

Cl có 7 electron lớp ngoài (3s² 3p⁵), chỉ cần nhận thêm 1 electron để đạt cấu hình bền vững của khí hiếm Ar (8 electron).

Phản ứng: Cl + e⁻ → Cl⁻

Do đó Cl dễ nhận electron, có tính oxi hóa mạnh, khả năng khử trùng tốt.