Bài 5. Cấu tạo bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học
A/ Câu hỏi đầu bài
Mở đầu trang 35 SGK Hóa học 10: Cách đây hàng nghìn năm, người ta chỉ biết đến một số nguyên tố như đồng (copper), bạc (silver) và vàng (gold). Mãi đến năm 1700, cũng chỉ mới có 13 nguyên tố được xác định. Khi đó, các nhà hóa học nghi ngờ rằng vẫn còn nhiều nguyên tố bí ẩn khác chưa được khám phá. Bằng việc sử dụng các phương pháp khoa học hiện đại, chỉ trong một thập kỉ (1765 – 1775) đã có thêm 5 nguyên tố hóa học được xác định. Trong đó, có 3 khí không màu là hydrogen, nitrogen và oxygen. Tính đến năm 2016, tổng cộng đã có 118 nguyên tố hóa học được xác định trên bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Trong bảng tuần hoàn, các nguyên tố được sắp xếp theo nguyên tắc nào và có mối liên hệ như thế nào với cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố đó?
Trả lời:
Trong bảng tuần hoàn, các nguyên tố được sắp xếp theo nguyên tắc:
- Các nguyên tố được xếp theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân nguyên tử.
- Các nguyên tố có cùng số lớp electron trong nguyên tử và cấu hình electron tương tự nhau được xếp cùng một chu kì.
- Các nguyên tố mà nguyên tử có cấu hình electron tương tự nhau được xếp cùng một nhóm.
⇒ Biết cấu hình electron nguyên tử có thể xác định được vị trí nguyên tố trong bảng tuần hoàn và ngược lại.
B/ Câu hỏi giữa bài
1. Lịch sử phát minh định luật tuần hoàn và bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học
Hình thành kiến thức mới 1 trang 36 SGK Hóa học 10: Quan sát hình 5.1, hãy mô tả bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học của Mendeleev. Nhận xét về cách sắp xếp các nguyên tố hóa học theo chiều từ trên xuống dưới trong cùng một cột.
Trả lời:
Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học của Mendeleev gồm kí hiệu các nguyên tố hóa học và khối lượng nguyên tử của chúng.
Cách sắp xếp các nguyên tố theo Mendeleev: Các nguyên tố được sắp xếp vào các hàng và các cột theo chiều tăng dần khối lượng nguyên tử, bắt đầu mỗi hàng khi tính chất của nguyên tố bắt đầu lặp lại.
Hình thành kiến thức mới 2 trang 36 SGK Hóa học 10: Quan sát hai nguyên tố Te và I trong Hình 5.1, em nhận thấy điều gì khác thường?
Trả lời:
Quan sát hai nguyên tố Te và I trong Hình 5.1 ta thấy: Nguyên tố Te có khối lượng nguyên tử (bằng 128) lớn hơn khối lượng nguyên tử I (bằng 127) nhưng được xếp trên I.
Hình thành kiến thức mới 3 trang 36 SGK Hóa học 10: Hãy cho biết các dấu chấm hỏi trong bảng tuần hoàn ở hình 5.1 có hàm ý gì?
Trả lời:
Các dấu chấm hỏi trong bảng tuần hoàn ở hình 5.1 (cụ thể 10 dấu chấm hỏi) là các dự đoán của Mendeleev về các nguyên tố mới (gồm 10 nguyên tố). Trong đó có 3 nguyên tố (sau này chính là Sc; Ga và Ge) được ông miêu tả khá tỉ mỉ về tính chất vật lí của đơn chất và một số hợp chất của chúng, 7 nguyên tố còn lại do vị trí của chúng trong bảng tuần hoàn không thuận lợi cho việc tiên đoán, nên ông mới chỉ ước lượng được khối lượng nguyên tử của chúng.
Hình thành kiến thức mới 4 trang 36 SGK Hóa học 10: Quan sát hình 5.2, hãy cho biết 3 nguyên tố Sc, Ga và Ge nằm ở vị trí nào trong bảng tuần hoàn của Mendeleev (Hình 5.1)
Trả lời:
- Dựa vào bảng tuần hoàn (Hình 5.2) ta thấy:
+ Sc có khối lượng nguyên tử bằng 44,96 (≈ 45) ⇒ Trong bảng tuần hoàn của Mendeleev (Hình 5.1) Sc nằm giữa Ca (khối lượng nguyên tử bằng 40) và Er (khối lượng nguyên tử bằng 56).
+ Ga có khối lượng nguyên tử bằng 69,72 và đứng ngay sau Al, cạnh Zn ⇒ Trong bảng tuần hoàn của Mendeleev (Hình 5.1) Ga được dự đoán có khối lượng nguyên tử bằng 68 và nằm ngay dưới Zn (khối lượng nguyên tử bằng 65,2), cạnh Al.
+ Ge có khối lượng nguyên tử bằng 72,64 ⇒ Trong bảng tuần hoàn của Mendeleev (Hình 5.1) Ge được dự đoán có khối lượng nguyên tử bằng 70, nằm ngay trên As (khối lượng nguyên tử bằng 75) và nằm dưới Ga.
2. Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học
Hình thành kiến thức mới 5 trang 38 Hóa học 10: Quan sát hình 5.3, em hãy nêu các thông tin có trong ô nguyên tố aluminium.
Trả lời:
Các thông tin có trong ô nguyên tố aluminium:
Số hiệu nguyên tử: 13 Kí hiệu hóa học: Al
Tên nguyên tố: Aluminium
Nguyên tử khối trung bình: 26,98 Độ âm điện: 1,61
Cấu hình electron: [Ne]3s23p1 Số oxi hóa: 3
Luyện tập trang 38 SGK Hóa học 10: Quan sát Hình 5.3, cho biết số electron lớp ngoài cùng, số proton của nguyên tử aluminium
Trả lời:
Dựa vào cấu hình electron xác định nguyên tử aluminium có 3 electron lớp ngoài cùng.
Dựa vào số hiệu nguyên tử (Z) = 13, xác định nguyên tử aluminium có 13 electron.
Hình thành kiến thức mới 6 trang 38 SGK Hóa học 10: Quan sát hình 5.4, hãy nhận xét về số lớp electron trong nguyên tử của các nguyên tố cùng chu kì
Trả lời:
Các nguyên tố thuộc chu kì 2 đều có 2 lớp electron.
Các nguyên tố thuộc chu kì 3 đều có 3 lớp electron.
⇒ Các nguyên tố trong cùng chu kì có cùng số lớp electron trong nguyên tử.
Luyện tập trang 38 SGK Hóa học 10: Dựa vào cấu hình electron, em hãy cho biết nguyên tố có số hiệu nguyên tử là 20 thuộc chu kì nào trong bảng tuần hoàn.
Trả lời:
Cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố có Z = 20 là: 1s22s22p63s23p64s2
⇒ Số thứ tự chu kì = số lớp electron = 4.
Hình thành kiến thức mới 7 trang 38 SGK Hóa học 10: Quan sát hình 5.2, nhận xét đặc điểm cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố trong cùng một nhóm A.
Trả lời:
Các nguyên tố trong cùng một nhóm A có số electron lớp ngoài cùng bằng nhau.
Hình thành kiến thức mới 8 trang 38 SGK Hóa học 10: Quan sát nhóm VIIIB trong bảng tuần hoàn, cho viết nhóm này có đặc điểm gì khác biệt so với các nhóm còn lại.
Trả lời:
Bảng tuần hoàn hiện nay có 18 cột, chia thành 8 nhóm A (từ IA đến VIIIA) và 8 nhóm B (IB đến VIIIB). Mỗi cột tương ứng với một nhóm, riêng nhóm VIIIB có 3 cột.
Hình thành kiến thức mới 9 trang 39 SGK Hóa học 10: Quan sát Hình 5.5, nhận xét mỗi quan hệ giữa số electron hóa trị của nguyên tử với số thứ tự nhóm của nguyên tố nhóm A.
Trả lời:
Với các nguyên tố nhóm A: Số electron hóa trị của nguyên tử bằng số thứ tự nhóm.
Hình thành kiến thức mới 10 trang 39 SGK Hóa học 10: Quan sát hình 5.2, dựa vào cấu hình electron nguyên tử, hãy nhận xét mối quan hệ giữa số electron hóa trị của nguyên tử các nguyên tố với số thứ tự nhóm của nguyên tố nhóm B. Nêu rõ các trường hợp đặc biệt.
Trả lời:
Các nguyên tố nhóm B: Số thứ tự của nhóm bằng tổng số electron thuộc hai phân lớp (n -1)d và ns. Nếu tổng số electron trên hai phân lớp này của nguyên tử là 8, 9, 10 thì nguyên tố đó thuộc nhóm VIIIB; là 11 thì thuộc nhóm IB; là 12 thì thuộc nhóm IIB.
Hình thành kiến thức mới 11 trang 39 SGK Hóa học 10: Dựa vào cấu hình electron, cho biết nguyên tố có số hiệu nguyên tử là 6, 8, 18, 20 thuộc khối nguyên tố nào trong bảng tuần hoàn. Chúng là kim loại, phi kim hay khí hiếm.
Trả lời:
Số hiệu nguyên tử
Cấu hình electron Khối nguyên tố Tính chất
6 1s22s22p2 p Phi kim
8 1s22s22p4 p Phi kim
18 1s22s22p63s23p6 p Khí hiếm
20 1s22s22p63s23p64s2 s Kim loại
Luyện tập trang 40 SGK Hóa học 10: Nitrogen là thành phần dinh dưỡng cần thiết cho sự sinh trưởng, phát triển và sinh sản của thực vật. Biết nitrogen có số hiệu nguyên tử là 7.
a) Viết cấu hình electron của nitrogen b) Nitrogen là nguyên tố s, p, d hay f?
c) Nitrogen là kim loại, phi kim hay khí hiếm?
Trả lời:
a) Cấu hình electron của nitrogen: 1s22s22p3 hay [He] 2s22p3. b) Nitrogen thuộc nhóm VA ⇒ nitrogen là nguyên tố p.
Hoặc dựa vào cấu hình electron lớp ngoài cùng có dạng ns2npa xác định.
c) Nitrogen có 5 electron lớp ngoài cùng ⇒ là phi kim.
Hình thành kiến thức mới 12 trang 40 SGK Hóa học 10: Quan sát hình 5.2, nhận xét chiều tăng điện tích hạt nhân nguyên tử các nguyên tố trong chu kì và nhóm.
Trả lời:
+ Trong một chu kì, theo chiều từ trái sang phải, điện tích hạt nhân tăng dần;
+ Trong một nhóm, theo chiều từ trên xuống dưới, điện tích hạt nhân tăng dần;
Vận dụng trang 40 SGK Hóa học 10: Silicon là một nguyên tố phổ biến và có nhiều ứng dụng trong cuộc sống. Silicon siêu tinh khiết là chất bán dẫn, được dùng trong kĩ thuật vô tuyến và điện tử. Ngoài ra, nguyên tố này còn được sử dụng để chế tạo pin mặt trời nhằm mục đích chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng
điện để cung cấp cho các thiết bị trên tàu vũ trụ. Xác định vị trí của nguyên tố silicon (Z = 14) trong bảng tuần hoàn.
Trả lời:
Cấu hình electron của nguyên tố silicon (Z = 14): 1s22s22p63s23p2 hay [Ne]3s23p2. Vậy silicon ở:
+ Ô thứ 14 do Z = 14;
+ Chu kì 3 do có 3 lớp electron;
+ Nhóm IVA do có 4 electron lớp ngoài cùng, nguyên tố p.
Bài tập
Bài tập 1 trang 42 SGK Hóa học 10: Viết cấu hình electron và xác định vị trí của các nguyên tố sau trong bảng tuần hoàn. Cho biết chúng thuộc khối nguyên tố nào (s, p, d, f) và chúng là kim loại, phi kim hay khí hiếm:
a) Neon tạo ra ánh sáng màu đỏ khi sử dụng trong các ống phóng điện chân không, được sử dụng rộng rãi trong các biển quảng cáo. Cho biết Ne có số hiệu nguyên tử là 10.
b) Magnesium được sử dụng để làm cho hợp kim bền nhẹ, đặc biệt được sử dụng cho ngành công nghiệp hàng không. Cho biết Mg có số hiệu nguyên tử là 12.
Trả lời:
a) Cấu hình electron Ne (Z = 10): 1s22s22p6 + Ne thuộc khối nguyên tố p;
+ Ne có 8 electron lớp ngoài cùng ⇒ là khí hiếm.
b) Cấu hình electron của Mg (Z = 12): 1s22s22p63s2 hay [Ne]3s2. + Mg thuộc khối nguyên tố s;
+ Mg có 2 electron lớp ngoài cùng ⇒ là kim loại.
Bài tập 2 trang 42 SGK Hóa học 10: Dãy nào gồm các nguyên tố có tính chất hóa học tương tự nhau? Vì sao?
a) Oxygen (Z = 8), nitrogen (Z = 7), carbon (Z = 6).
b) Lithium (Z = 3), sodium (Z = 11), potassium (Z = 19).
c) Helium (Z = 2), neon (Z = 10), argon (Z = 18).
Trả lời:
Dãy (b) và (c) gồm các nguyên tố có tính chất hóa học tương tự nhau.
Giải thích: Các nguyên tố thuộc cùng một nhóm trong bảng tuần hoàn có tính chất hóa học tương tự nhau:
+ Dãy (b) gồm các nguyên tố thuộc nhóm IA;
+ Dãy (c) gồm các nguyên tố thuộc nhóm VIIIA.
Bài tập 3 trang 42 SGK Hóa học 10: Viết cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố sau:
a) Nguyên tố thuộc chu kì 4, nhóm IIA b) Nguyên tố khí hiếm thuộc chu kì 3 Trả lời:
a) Nguyên tố thuộc chu kì 4 ⇒ có 4 lớp electron
Thuộc nhóm IIA ⇒ Có 2 electron lớp ngoài cùng, nguyên tố s.
⇒ Cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố đó là: 1s22s22p63s23p64s2 hay [Ar]4s2. b) Nguyên tố khí hiếm ⇒ Thuộc nhóm VIIIA
Thuộc chu kì 3 ⇒ Có 3 lớp electron
⇒ Cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố đó là: 1s22s22p63s23p6.
