Bài 6. Xu hướng biến đổi một số tính chất của nguyên tử các nguyên tố trong một chu kì và trong một nhóm

Giải thích được xu hướng biến đổi bản kính nguyên tử trong một chu kì, trong một nhóm
(nhóm A) (dựa theo lực hút tĩnh điện của hạt nhân với electron ngoài cùng và dựa theo số lớp
electron tăng trong một nhóm theo chiều từ trên xuống dưới).
Nhận xét và giải thích được xu hướng biến đổi độ âm điện và tính kim loại, phi kim của nguyên
tử các nguyên tố trong một chu kì, trong một nhóm (nhóm A).

Bảng 6.1. Cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử các nguyên tố nhóm A

Nhóm
Chu kì
| IA
| IIA
| IIIA
| IVA
| VA
| VIA
| VIIA
| VIIIA
1
| H
| | | | | | | He
| $1s^1$
| | | | | | | $1s^2$
2
| Li
$2s^1$
| Be
$2s^2$
| B
$2s^{2}2p^1$
| C
$2s^{2}2p^2$
| N
$2s^{2}2p^3$
| O
$2s^{2}2p^4$
| F
$2s^{2}2p^5$
| Ne
$2s^{2}2p^6$
3
| Na
$3s^1$
| Mg
$3s^2$
| Al
$3s^{2}3p^1$
| Si
$3s^{2}3p^2$
| P
$3s^{2}3p^3$
| S
$3s^{2}3p^4$
| Cl
$3s^{2}3p^5$
| Ar
$3s^{2}3p^6$
4
| K
$4s^1$
| Ca
$4s^2$
| Ga
$4s^{2}4p^1$
| Ge
$4s^{2}4p^2$
| As
$4s^{2}4p^3$
| Se
$4s^{2}4p^4$
| Br
$4s^{2}4p^5$
| Kr
$4s^{2}4p^6$
5
| Rb
$5s^1$
| Sr
$5s^2$
| In
$5s^{2}5p^1$
| Sn
$5s^{2}5p^2$
| Sb
$5s^{2}5p^3$
| Te
$5s^{2}5p^4$
| I
$5s^{2}5p^5$
| Xe
$5s^{2}5p^6$
6
| Cs
$6s^1$
| Ba
$6s^2$
| Tl
$6s^{2}6p^1$
| Pb
$6s^{2}6p^2$
| Bi
$6s^{2}6p^3$
| Po
$6s^{2}6p^4$
| At
$6s^{2}6p^5$
| Rn
$6s^{2}6p^6$
7
| Fr
$7s^1$
| Ra
$7s^2$
| | | | | |

Nhóm A gồm các nguyên tố s và p. Nguyên tử của các nguyên tố cùng một nhóm A có số electron lớp ngoài cùng (electron hoá trị) bằng nhau (trừ He trong nhóm VIIIA). Sự giống nhau về số electron hoá trị dẫn đến sự tương tự nhau về tính chất hoá học của các nguyên tố trong cùng nhóm A.

Sau mỗi chu kì, cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử các nguyên tố nhóm A được lặp đi lặp lại một cách tuần hoàn. Sự biến đổi tuần hoàn cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử các nguyên tố khi điện tích hạt nhân tăng dần là nguyên nhân của sự biến đổi tuần hoàn về tính chất của các nguyên tố.

Một cách gần đúng, bán kính nguyên tử được xác định bằng nửa khoảng cách trung bình giữa hai hạt nhân nguyên tử gần nhau nhất trong chất rắn đơn chất hoặc trong phân tử hai nguyên tử giống nhau.

Bán kính nguyên tử phụ thuộc vào lực hút giữa hạt nhân với các electron lớp ngoài cùng. Bán kính giảm là do lực hút tăng và ngược lại, bán kính tăng là do lực hút giảm.

Xu hướng biến đổi bán kính nguyên tử:

• Trong một chu kì, bán kính nguyên tử giảm theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân.
• Trong một nhóm A, bán kính nguyên tử tăng theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân.

(*) Nguồn: Martin S. Silberberg. (2007). Principles of GENERAL CHEMISTRY. McGraw-Hill.

Năng lượng ion hoá thứ nhất của nguyên tử là năng lượng tối thiểu cần thiết để tách electron thứ nhất ra khỏi nguyên tử ở thể khí, ở trạng thái cơ bản:
$X(g)\to X^{+}(g)+e$
Năng lượng ion hoá thứ nhất kí hiệu là $I_1$, đơn vị là kJ/mol.
Ví dụ : Để tách một mol electron ra khỏi một mol nguyên tử hydrogen theo quá trình:
$H(g)\to H^{+}(g)+e$ phải tiêu tốn một năng lượng là 1312 kJ, do đó $I_1=1312kJ\mathrm{/}mol$.

• Trong một chu kì, năng lượng ion hoá thứ nhất có xu hướng tăng theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân.
• Trong một nhóm A, năng lượng ion hoá thứ nhất có xu hướng giảm theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân.

Khi tham gia liên kết hoá học, nguyên tử có độ âm điện nhỏ dễ nhường electron, nguyên tử có độ âm điện lớn dễ nhận electron.

Dưới đây là bảng giá trị độ âm điện do nhà hoá học L. C. Pauling (Pau-linh) thiết lập vào năm 1932.

Bảng 6.2. Giá trị độ âm điện tương đối theo L. C. Pauling
Nhóm
Chu kì
| IA
| IIA
| IIIA
| IVA
| VA
| VIA
| VIIA
1
| H
(2,20)
| | | | | |
2
| $2\mathrm{L}\mathrm{i}$
(0,98)
| $4\mathrm{B}\mathrm{e}$
(1,57)
| $5\mathrm{B}$
(2,04)
| $6\mathrm{C}$
(2,55)
| $7\mathrm{N}$
(3,04)
| $8\mathrm{O}$
(3,44)
| $9\mathrm{F}$
(3,98)
3
| $11\mathrm{N}\mathrm{a}$
(0,93)
| $12\mathrm{M}\mathrm{g}$
(1,31)
| $13\mathrm{A}\mathrm{l}$
(1,61)
| $14\mathrm{S}\mathrm{i}$
(1,90)
| $15\mathrm{P}$
(2,19)
| $16\mathrm{S}$
(2,58)
| $17\mathrm{C}\mathrm{l}$
(3,16)
4
| $19\mathrm{K}$
(0,82)
| $20\mathrm{C}\mathrm{a}$
(1,00)
| $31\mathrm{G}\mathrm{a}$
(1,81)
| $32\mathrm{G}\mathrm{e}$
(2,01)
| $33\mathrm{A}\mathrm{s}$
(2,18)
| $34\mathrm{S}\mathrm{e}$
(2,55)
| $35\mathrm{B}\mathrm{r}$
(2,96)
5
| $37\mathrm{R}\mathrm{b}$
(0,82)
| $38\mathrm{S}\mathrm{r}$
(0,95)
| $49\mathrm{I}\mathrm{n}$
(1.78)
| $50\mathrm{S}\mathrm{n}$
(1,96)
| $51\mathrm{S}\mathrm{b}$
(2,05)
| $52\mathrm{T}\mathrm{e}$
(2,10)
| $53\mathrm{I}$
(2,66)
6
| $55\mathrm{C}\mathrm{s}$
(0,79)
| $56\mathrm{B}\mathrm{a}$
(0,89)
| $81\mathrm{T}\mathrm{l}$
(1,62)
| $82\mathrm{P}\mathrm{b}$
(2,33)
| $83\mathrm{B}\mathrm{i}$
(2,02)
| $84\mathrm{P}\mathrm{o}$
(2,00)
| $85\mathrm{A}\mathrm{t}$
(2,20)

Xu hướng biến đổi độ âm điện theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân:

• Độ âm điện tăng từ trái qua phải trong một chu kì.

Trong một chu kì, khi số electron lớp ngoài cùng tăng, điện tích hạt nhân tăng thì lực hút giữa hạt nhân với các electron lớp ngoài cùng tăng nên độ âm điện tăng.

• Độ âm điện giảm từ trên xuống dưới trong một nhóm A.

Trong một nhóm A, khi số lớp electron tăng, lực hút giữa hạt nhân với các electron lớp ngoài cùng giảm nên độ âm điện giảm.

Xu hướng biến đổi tính kim loại và tính phi kim:
Trong một chu kì, theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân, tính kim loại giảm dần và tính phi kim tăng dần. Do bán kính nguyên tử giảm, lực hút giữa hạt nhân với các electron lớp ngoài cùng tăng, dẫn đến khả năng nhường electron giảm nên tính kim loại giảm, khả năng nhận electron tăng nên tính phi kim tăng.

(*) Nguồn: Youtube.com

Ví dụ:

Chu kì
| $11\mathrm{N}\mathrm{a}$
| $12\mathrm{M}\mathrm{g}$
| $13\mathrm{A}\mathrm{l}$
| $14\mathrm{S}\mathrm{i}$
| $15\mathrm{P}$
| $16\mathrm{S}$
| $17\mathrm{C}\mathrm{l}$
3
| Kim loại
điển hình
| Kim loại
mạnh
| Kim loại
hoạt động
| Phi kim
rất yếu
| Phi kim
yếu
| Phi kim
trung bình
| Phi kim
điển hình

Chiều giảm tính kim loại và tăng tính phi kim

Trong một nhóm A, theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân, tính kim loại tăng dần và tính phi kim giảm dần. Tuy điện tích hạt nhân tăng dần, nhưng bán kính nguyên tử tăng nhanh hơn, lực hút giữa hạt nhân với các electron lớp ngoài cùng giảm dẫn đến khả năng nhường electron tăng nên tính kim loại tăng, khả năng nhận electron giảm nên tính phi kim giảm.

Nhóm IA:
$3\mathrm{L}\mathrm{i}$
$11\mathrm{N}\mathrm{a}$
$19\mathrm{K}$
$37\mathrm{R}\mathrm{b}$
$55\mathrm{C}\mathrm{s}$

Chiều tăng tính kim loại

Nhóm VIIA:
$9\mathrm{F}$
$17\mathrm{C}\mathrm{l}$
$35\mathrm{B}\mathrm{r}$
$53\mathrm{I}$

Chiều giảm tính phi kim