Bài giảng Hóa học đại cương - Phần 1: Cấu tạo chất - Chương 2: Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học

HOÁ HỌC ĐẠI CƢƠNG Phần I CẤU TẠO CHẤT Chƣơng II BẢNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HOÁ HỌC II.1. Mở đầu - Mendeleep (1869)  khám phá ra đ/l tuần hoàn (↑m) xếp 63 nguyên tố thành HTTH theo chiều ↑m - Ƣu điểm: suy đoán sự xuất hiện các nguyên tố mới - Hạn chế: + Không gthích đƣợc NN của tính tuần hoàn. + Không gt đƣợc sự ≠ nhau về số ntố giữa các hàng. + Có trƣờng hợp ngoại lệ: m ntử của ntố đứng trƣớc > m ntử của ntố đứng sau: Ar(Z=18): 39,948 > K (Z= 19) : 39,698 Co (Z=27): 58,933> Ni(Z=28): 58,70 Te (Z= 52): 127,60> I (Z=53): 126,9015 Chƣơng II- Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học II.2. Đ/l tuần hoàn - HTTH theo thuyết c/tạo hiện đại II.2.1. Định luật tuần hoàn: - Định luật: Z↑ - NN tính tuần hoàn: do sự biến đổi tuần hoàn trong cấu tạo lớp vỏ e theo chiều Z↑ - T/c nguyên tố và hợp chất của chúng do Z quyết định. Chƣơng II- Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học II.2. Đ/l tuần hoàn - HTTH theo thuyết c/tạo hiện đại II.2.2. Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học: Nguyên tắc xếp: - Xếp theo chiều tăng của điện tích hạt nhân. - Đảm bảo tính tuần hoàn về c/h e ntử: xếp theo chu kỳ và nhóm. Chƣơng II- Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học II.2. Đ/l tuần hoàn - HTTH theo thuyết c/tạo hiện đại I.2.2. Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học: a. Chu kỳ: *) Định nghĩa: *) Đặc điểm: - Số lớp vỏ e = số TT chu kỳ (=n). - Gồm 7 chu kỳ  7 hàng ngang Chƣơng II- Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học II.2. Đ/l tuần hoàn - HTTH theo thuyết c/tạo hiện đại II.2.2. Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học: b. Nhóm: *) Định nghĩa: *) Gồm 8 nhóm (IVIII): - Nhóm A (pnc): + Nguyên tử đang đƣợc điền e vào plớp ns hoặc np + Số e lớp ngoài cùng của ngtử = số TT nhóm + Để nhận biết 1 ntố thuộc nhóm A nàodựa vào c/h e: Chƣơng II- Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học II.2. Đ/l tuần hoàn - HTTH theo thuyết c/tạo hiện đại II.2.2. Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học: b. Nhóm: - Nhóm A (pnc): + Để nhận biết 1 ngtố thuộc nhóm A nào: dựa vào c/h e: Nhóm IA: có p/lớp e ngoài cùng: ns1 (trừ H:1s1) Nhóm IIA: ns2 (trừ He 2s2 nhóm khí trơ) Nhóm IIIA: ns2np1 Nhóm IVA: ns2np2 Nhóm VA: ns2np3 Nhóm VIA: ns2np4 Nhóm VIIA: ns2np5 Nhóm VIIIA: ns2np6 (khí trơ) Chƣơng II- Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học II.2. Đ/l tuần hoàn - HTTH theo thuyết c/tạo hiện đại II.2.2. Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học: b. Nhóm: - Nhóm B (pnp): + Ngtử đang đƣợc điền e vào p/lớp (n-1)d hoặc (n-2)f + Để nhận biết 1 ntố thuộc nhóm B nào: dựa vào c/h e: Nhóm IIIB: có 2 plớp ngoài cùng là: ns2(n-1)d1, (n-2)f Nhóm IVB: ns2(n-1)d2 Nhóm VB: ns2(n-1)d3; trừ Nb(Z=41): 5s14d4 Nhóm VIB: ns2(n-1)d4; trừ Cr và Mo: (n-1)d5ns1 Nhóm VIIB: ns2(n-1)d5 Nhóm VIIIB: ns2(n-1)d6,7,8; trừ Ru 5s14d7, Rh 5s14d85s1, Pd 5s04d10, Pt 6s15d96s1 Nhóm IB: ns1(n-1)d 10 Nhóm IIB: ns2(n-1)d 10 Chƣơng II- Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học II.2. Đ/l tuần hoàn - HTTH theo thuyết c/tạo hiện đại II.2.2. Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học: b. Nhóm: *) Nhận xét: - Số e lớp ngoài cùng của hầu hết các ngtử ngtố nhóm B là 2(1,0)hầu hết là KL. - Một số ngoại lệ: chỉ có 1 e ở ns (do 1e ở ns chuyển sang (n-1)d; riêng Pd: 2e ở 5s2 đều chuyển vào 4d  xảy ra khi phân lớp (n-1)d gần nửa bão hoà (d5) hoặc bão hòa (d10) là các plớp bền và E (n-1)d ~ Ens. Chƣơng II- Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học II.2. Đ/l tuần hoàn - HTTH theo thuyết c/tạo hiện đại II.2.2. Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học: *) Nguyên tố s, p, d, f: - Nguyên tố s: e cuối cùng điền vào ngtử xảy ra ở ns. - Nguyên tố p, d, f: Đ/n tƣơng tự + Các nguyên tố nhóm IA, IIA: nguyên tố s + Các nguyên tố nhóm IIIAIIIA:nguyên tố p. + Các ng/tố nhóm B: các ng/tố d (riêng nhóm IIIB có cả nguyên tố f). + Các ngtố f: e cuối điền ở 4f họ lantan (lantanoit) e cuối điền ở 5f  họ actini (actinoit). Chƣơng II- Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học II.2. Đ/l tuần hoàn - HTTH theo thuyết c/tạo hiện đại II.2.3. Một số dạng bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học: a. Dạng bảng ngắn b. Dạng bảng dài Chƣơng II- Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học II.3. Sự biến đổi tuần hoàn một số t/c theo chiều Z↑ II.3.1. Hiệu ứng chắn: a. Nhận xét: - Trong ngtử 1 e  e này bị toàn bộ điện tích hạt nhân hút - Trong ngtử nhiều e, mỗi e đều bị chắn bởi các e còn lại và chính nó lại chắn các e khác trong ngtử: n: số e có trong ngtử s: Hệ số chắn tổng cộng của các e còn lại đ/v e xét si: Hệ số chắn của e thứ i đối với e khảo sát. Vì chắn không hoàn toàn: si <1. Chƣơng II- Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học 1 1 n i i s s II.3. Sự biến đổi tuần hoàn một số t/c theo chiều Z↑ II.3.1. Hiệu ứng chắn: b. Quy luật chắn: - Các e càng xa nhân (có n và l lớn) bị chắn càng nhiều và t/d chắn của nó đối với e càng ít . - Các e trong cùng 1 lớp (cùng n) chắn lẫn nhau kém và theo chiều ns-np-nd-nf t/d chắn giảm dần, khả năng bị chắn tăng dần. - Các e trong cùng 1 plớp (cùng n,l) chắn lẫn nhau càng kém, đặc biệt các e trong cùng 1 plớp đầy 1 nửa số e có spin song song nhau chắn lẫn nhau kém nhất. - Các plớp bão hòa e thuộc lớp bên trong mật độ e dày đặc chắn mạnh e bên ngoài. Chƣơng II- Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học II.3. Sự biến đổi tuần hoàn một số t/c theo chiều Z↑ II.3.2. Năng lƣợng orbital hoá trị: a. Công thức tính: b. Nhận xét: - Z’ tăng  EAO giảm - n tăng EAO tăng Chƣơng II- Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học 2 ' 2 2 2 1 3 , 6 1 3 , 6 , A O Z sZ E e V n n II.3. Sự biến đổi tuần hoàn một số t/c theo chiều Z↑ II.3.2. Năng lƣợng orbital hoá trị: c. Qui luật biến đổi: *) Trong 1 chu kì: từ đầu  cuối: - EAO↓. Do: + n=const + Z ↑ đều 1 đơn vị từ ngtố này sang ngtố kia; s ↑ chậm hơn do các e tăng thêm đƣợc điền vào cùng một lớp nên t/d chắn lẫn nhau kém  Z’ = (Z - s)↑ - ΔE = (Enp-Ens) ↑ Chƣơng II- Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học II.3. Sự biến đổi tuần hoàn một số t/c theo chiều Z↑ II.3.2. Năng lƣợng orbital hoá trị: b. Trong 1 nhóm: từ trên xuống: - EAO ↑. Do: + Z’↑ (Z-s; Z ↑ nhiều từ 8-18, s ↑ nhanh do cấu trúc bão hoà e bên trong chắn mạnh các e ngoài) EAO ↓ + Số lớp e ↑ (n ↑)  EAO ↑ Nhƣng tác động của yếu tố thứ 2 lớn hơn: n tăng nhanh hơn Z’ - ΔE=(Enp-Ens) ↓. Chƣơng II- Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học II.3. Sự biến đổi tuần hoàn một số t/c theo chiều Z↑ II.3.3. Năng lƣợng ion hoá của nguyên tử, I (eV, kJ.mol-1): a. Định nghĩa: X(k,cb) - 1e X+(k,cb) ; I1 X+(k,cb) - 1e X2+(k,cb) ; I2 X2+(k,cb) - 1e X3+(k,cb) ; I3 I1 < I2 < I3 b. Electron nào bị tách khỏi ngtử khi bị ion hóa: e lk yếu nhất với hạt nhân sẽ bị bứt ra trƣớc tiên  e ở lớp ngoài cùng (có n lớn nhất) có E lớn nhất. Ví dụ: Ti (Z=22): 1s22s22p63s23p64s23d2  Ti+ (Z=22): 1s22s22p63s23p64s13d2 Chƣơng II- Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học II.3. Sự biến đổi tuần hoàn một số t/c theo chiều Z↑ II.3.3. Năng lƣợng ion hoá của nguyên tử, I (eV, kJ.mol-1): c. Các yếu tố ảnh hƣởng: Khi ntử bị ion hoá  e sẽ ra xa ∞ E - năng lƣợng của e ở xa ∞ (E = 0) Ee - năng lƣợng của electron bị tách I =f(n, Z’): I ↑ khi n ↓ và Z’ ↑ Chƣơng II- Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học II.3. Sự biến đổi tuần hoàn một số t/c theo chiều Z↑ II.3.3. Năng lƣợng ion hoá của nguyên tử, I (eV, kJ.mol-1): d. Quy luật biến đổi I1 trong 1 chu kỳ: ngƣợc với EAO - Từ đầucuối CK: nói chung I1↑(ngƣợc với EAO): I1 min ở KLK ns1, max ở khí trơ ns2np6 (do với ns1 lớp bên trong bão hòa chắn tốtI1 min; ns 2np6 bão hòa  khó tách e I1 max) lặp lại ở các CK sự tuần hoàn của I1. - Trong 1 CK, có 2 sự đột biến: có 2 cực đại nhỏ ở ngtố có c/h bền: ns2 (bh) và np3(nửa bh)  có 2 cực tiểu ở ngtố np1` và np4lặp lại ở các CK sự tuần hoàn nội của I1. Chƣơng II- Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học II.3. Sự biến đổi tuần hoàn một số t/c theo chiều Z↑ II.3.3. Năng lƣợng ion hoá của nguyên tử, I (eV, kJ.mol-1): d. Quy luật biến đổi I1 trong 1 chu kỳ: Chƣơng II- Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học II.3. Sự biến đổi tuần hoàn một số t/c theo chiều Z↑ II.3.3. Năng lƣợng ion hoá của nguyên tử, I (eV, kJ.mol-1): e. Quy luật biến đổi I1 trong nhóm: - Trong một phân nhóm A, từ trên  xuống I1 ↓(ngƣợc với EAO) - Trong một phân nhóm B, sự biến thiên I1 chậm và không đều. Chƣơng II- Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học II.3. Sự biến đổi tuần hoàn một số t/c theo chiều Z↑ II.3.4. Ái lực với e của nguyên tử, A (eV, kJ): *) Định nghĩa: X(k,cb) + 1e  X- (k,cb); A *) A là năng lượng kết hợp e: có thể âm, dƣơng hoặc bằng 0 *) Qui luật biến thiên: trong một CK, từ trái  phải: giá trị A ↑ và đạt max ở các ngtố nhóm VIIA. Chƣơng II- Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học II.3. Sự biến đổi tuần hoàn một số t/c theo chiều Z↑ II.3.5. Độ điện âm của 1 nguyên tố, χ: *) Định nghĩa: *) Công thức tính theo phương pháp Miuliken: Ix, AX: năng lƣợng ion hóa và ái lực e của nguyên tử X. Tổng (Ix+AX) càng lớn  khả năng hút e của ngtử càng lớn. Chƣơng II- Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học II.3. Sự biến đổi tuần hoàn một số t/c theo chiều Z↑ II.3.5. Độ điện âm của 1 nguyên tố, χ: *) Qui luật biến thiên: - Trong 1 CK: từ đầu  cuối: χ ↑ Ví dụ: Chu kỳ 2: Nguyên tố Li Be B C N O F χ 1,0 1,5 2,0 2,5 3,07 3,5 4,0 - Trong 1 nhóm A, từ trên xuống: χ ↓ Ví dụ: Nhóm VIIA: Nguyên tố F Cl Br I χ 4,0 3,0 2,8 2,5 Chƣơng II- Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học II.3. Sự biến đổi tuần hoàn một số t/c theo chiều Z↑ II.3.6. Tính kim loại và phi kim: a. Tính kim loại: Tính dễ nhƣờng e - Số e lớp ngoài cùng < 4 (≤ 3), trừ B (Z = 5) và H (Z=1) - Gồm: các ngtố nhóm IA, IIA, IIIA, 1 số ngtố KL có số e hoá trị là 4 (Ge, Sn, Pb) và 5 (Bi, Sb). b. Tính phi kim: Tính dễ nhận e - Số e lớp ngoài cùng > 3 - Gồm các ngtố nhóm IVA, VA, VIA, VIIA (trừ các ngoại lệ trên: Sn, Pb, Ge (IVA) và Sb, Bi(VA) là các KL). Chƣơng II- Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học II.3. Sự biến đổi tuần hoàn một số t/c theo chiều Z↑ II.3.6. Tính kim loại và phi kim: c. Quy luật biến đổi: - Trong 1 CK, từ đầucuối CK: tính KL ↓, còn tính PK↑. - Trong 1 phân nhóm A, từ trên xuống: tính KL↑, tính PK ↓. Trong phân nhóm B, từ trên xuống tính KL ↓. Chƣơng II- Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học II.3. Sự biến đổi tuần hoàn một số t/c theo chiều Z↑ II.3.7. Số oxi hoá của nguyên tố: *) Định nghĩa: số e hoá trị nhƣờng hoặc nhận.... *) Số oxh (+) max: - Là số e hoá trị max có thể nhƣờng - Số oxh (+) max = số TT nhóm (trừ F, O, các nguyên tố nhóm IB, VIIIB, họ La và Ac). *) Số oxh (-) min: - Là số e hoá trị max có thể nhậnđạt c/h e của khí trơ - Số oxh (-) min = số TT nhóm - 8. Chƣơng II- Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học II.3. Sự biến đổi tuần hoàn một số t/c theo chiều Z↑ II.3.7. Số oxi hoá của nguyên tố: Ví dụ: - Số oxh (-) min của các halogen nhóm VIIA = 7-8 = -1 - Số oxh (-) min của các ngtố nhóm VIA = 6-8 = -2 - Số oxh (+) max của các ngtố nhóm V(A,B) là +5 - Số oxh (+) max của các ntố nhóm VII(A,B) là +7 (trừ F) Chƣơng II- Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học II.4. Mối liên hệ giữa cấu tạo nguyên tử với vị trí và t/c của các ngtố trong HTTH II.4.1. Biết cấu tạo vỏ electron suy ra vị trí và tính chất Ví dụ 1: Nguyên tố có Z = 22 Biết Z  Cấu hình electron: 1s22s22p63s23p63d24s2 - Lớp ngoài cùng có n= 4 ntố ở CK 4 - Các e cuối cùng đang đƣợc điền ở plớp d  là ngtố d và thuộc nhóm B - Vì các e cuối cùng điền ở plớp d2 ngtố thuộc nhóm IV - Vì có số e lớp ngoài cùng = 2 < 4  là KL Chƣơng II- Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học II.4. Mối liên hệ giữa cấu tạo nguyên tử với vị trí và t/c của các ngtố trong HTTH II.4.1. Biết cấu tạo vỏ electron suy ra vị trí và tính chất Ví dụ 2: Nguyên tố có Z = 35 Cấu hình electron của ngtử ngtố là: 1s22s22p63s23p64s23d104p5 - Nguyên tố thuộc CK 4 (vì n=4) - Là ntố p vì các e cuối cùng đang điền ở phân lớp 4p - Số e lớp ngoài cùng = 7 > 3 là PK, thuộc nhóm VIIA Chƣơng II- Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học II.4. Mối liên hệ giữa cấu tạo nguyên tử với vị trí và t/c của các ngtố trong HTTH II.4.2. Biết vị trí trong HHTH  cấu tạo vỏ electron Ví dụ 1: Nguyên tố X, chu kỳ III, nhóm VIIA - Vì ngtố ở CK III  có 3 lớp e (n=3) Vì ở nhóm VIIA nên cấu trúc lớp e ngoài cùng là ns2np5 - Cấu hình electron: 1s22s22p63s23p5 Ví dụ 2: Nguyên tố A ở chu kỳ IV, nhóm VIIB - Vì ở chu kỳ IV  có 4 lớp vỏ electron n = 4 - Nhóm VIIB cấu trúc lớp vỏ e ngoài cùng là: (n-1)d5ns2: 3d54s2 - Cấu hìmh electron: 1s22s22p63s23p63d54s2 Chƣơng II- Bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học