Bài giảng Hóa đại cương: Chương 3 - Huỳnh Kỳ Phương Hạ

CHÖÔNG 3

ÑÒNH LUAÄT TUAÀN HOAØN, HEÄ THOÁNG TUAÀN HOAØN CAÙC NGUYEÂN TOÁ HOÙA HOÏC (HTTH)

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Sô löôïc lòch söû phaùt trieån HTTH

„ * Coå nhaát laø Aristotle (nhaø trieát hoïc Hy laïp), phaân loaïi

vaät chaát laøm 4 loaïi chính: Khí, löûa, ñaát vaø nöôùc.

„ * Cuøng thôøi, trieát hoïc Trung Hoa cuõng phaân vaät chaát

thaønh nguõ haønh: Kim, moäc, thuûy, hoûa, thoå.

„ * Naêm 1829, nhaø baùc hoïc Ñöùc, Johann Wolfgang Dobereiner, ñaõ nhoùm 3 nguyeân toá moät vaø ñöa ra luaät Nhoùm ba: Nguyeân toá ôû giöõa coù khoái löôïng nguyeân töû baèng trung bình cuûa hai nguyeân toá laân caän. Ngay sau ñoù caùc nhaø khoa hoïc khaùc phaùt trieån theâm caùc nhoùm lôùn hôn. ‟ Ví duï: Nhoùm Cl/Br/I , nhoùm sulfur, oxy, selen vaø tellu, nhoùm vaø caùc nhoùm

nito, phospho, arsen, antimon, vaø bismuth khaùc.

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

„ Naêm 1864-1865, nhaø baùc hoïc ngöôøi Anh, John Newlands ñaõ coá gaéng saép xeáp caùc nguyeân toá theo nhoùm 8 vaø ñöa ra luaät nhoùm 8: ‟ Caùc nguyeân toá hoùa hoïc saép xeáp theo traät töï taêng daàn khoái löôïng nguyeân töû, tính chaát caùc nguyeân toá laëp laïi töøng nhoùm 8 nguyeân toá.

OÂng saép xeáp caùc nguyeân toá nhö sau: O B S Al

C Si

N P

F Cl

Be Li Na Mg Ca K

„ Nhöng luaät nhoùm 8 cuûa Newland sai do:

1. Khoâng phuø hôïp vôùi caùc nguyeân toá coù khoái löôïng nguyeân töû lôùn hôn Ca. 2. Khi nhieàu nguyeân toá môùi ñöôïc phaùt hieän, nhö caùc khí trô He, Ne, Ar, thì khoâng thích hôïp theo saép xeáp naøy.

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

„ Naêm 1869 nhaø baùc hoïc Nga Dmitri Ivanovich Mendeleev vaø 4 thaùng sau, nhaø baùc hoïc Ñöùc Julius Lothar Meyer ñoäc laäp ñöa ra baûng tuaàn hoaøn. Nhöng baûng cuûa Mendeleev hoaøn chænh hôn vaø khoâng coù nhieàu ngoaïi leä nhö cuûa Meyer. Baûng cuûa Mendeleev ñöôïc chöùng minh laø ñuùng ñaén döïa treân caáu truùc ñieän töû veà sau, cuoái theá kyû 19 ñaàu theá kyû 20.

„ Ñònh luaät tuaàn hoaøn Mendeleev „ Tính chaát caùc ñôn chaát cuõng nhö daïng vaø tính chaát caùc hôïp chaát cuûa nhöõng nguyeân toá hoùa hoïc phuï thuoäc tuaàn hoaøn vaøo troïng löôïng nguyeân töû cuûa caùc nguyeân toá.

„ Baûng heä thoáng tuaàn hoaøn ban ñaàu cuûa Mendeleev coù daïng

nhö sau:

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Baûng naøy coøn thieáu nhieàu nguyeân toá , caùc nguyeân toá trong daáu hoûi ñöôïc Mendeleev ñeà caäp nhöng chöa bieát teân, sau naøy ñöôïc laép vaøo.

Dmitri Ivanovich Mendeleev

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Baûng heä thoáng tuaàn hoaøn hieän ñaïi

„ Naêm 1913 Henry Gwyn Jeffreys Moseley (Anh, 1887-1915) qua caùc nghieân cöùu vaø thí nghieäm cuûa mình chöùng minh raèng soá thöù töï nguyeân toá (Z) baèng vôùi ñieän tích haït nhaân. Töø ñoù ñònh luaät tuaàn hoaøn phaùt bieåu laïi nhö sau:

„ Tính chaát caùc ñôn chaát cuõng nhö daïng vaø tính chaát caùc hôùp chaát cuûa nhöõng nguyeân toá hoùa hoïc phuï thuoäc tuaàn hoaøn vaøo ñieän tích haït nhaân nguyeân töû caùc nguyeân toá.

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

„ Caáu truùc Baûng Heä thoáng tuaàn hoaøn caùc nguyeân toá hoùa hoïc

‟ Chu kyø: Coù 7 chu kyø töø 1 ñeán 7 (öùng vôùi n=1 ñeán 7).

‟ Nhoùm: Coù 8 nhoùm goàm coù nhoùm chính vaø nhoùm phuï

(hay coøn goïi laø phaân nhoùm A vaø phaân nhoùm B).

‟ OÂ: Laø vò trí cuï theå cuûa moãi nguyeân toá trong baûng, laø soá thöù töï nguyeân toá truøng soá Z, cuõng laø soá electron trong nguyeân töû. (Veà nguyeân taéc, khi bieát nguyeân toá naèm ôû oâ naøo laø xaùc ñònh ñöôïc caáu truùc electron nguyeân töû).

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

„ Chu kyø

„ Khôûi ñaàu chu kyø laø caùc nguyeân toá kim loaïi kieàm (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) keát thuùc baèng nhöõng nguyeân toá khí trô (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rr).

„ Ba chu kyø ñaàu laø chu kyø nhoû, chæ goàm moät daõy nguyeân

toá. ‟ Chu kyø 1 goïi laø chu kyø ñaëc bieät, chæ coù H vaø He (1s1, 1s2). ‟ Chu kyø 2, 3 goïi laø chu kyø ñieån hình, coù 8 nguyeân toá (2s1 ñeán

2s22p8).

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

„ Boán chu kyø coøn laïi coù hai daõy nguyeân toá, goïi laø chu kyø

lôùn: ‟ Chu kyø 4, 5 coù 18 nguyeân toá (8 nguyeân toá phaân nhoùm chính ns1 ñeán ns1np8, 10 nguyeân toá phaân nhoùm phuï hay nguyeân toá chuyeån tieáp ns2(n-1)d1-10).

‟ Chu kyø 6 coù 32 nguyeân toá (8 nguyeân toá phaân nhoùm chính 6s1 ñeán 6s16p8, 10 nguyeân toá phaân nhoùm phuï 6s25d1-10 vaø 14 nguyeân toá hoï lantanit 6s24f1-14).

‟ Chu kyø 7 veà lyù thuyeát cuõng coù 32 nguyeân toá nhöng chæ môùi phaùt hieän 31 (7 chính, 10 chuyeån tieáp vaø 14 actinit) goïi laø chu kyø dôû dang

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

(Theo http://en.wikipedia.org/wiki/Periodic_table).

„ Vaøo naêm 2006, baûng chöùa 117 nguyeân toá hoùa hoïc ñaõ

ñöôïc xaùc nhaän.

‟ 92 nguyeân toá ñöôïc tìm trong töï nhieân trong quaû ñaát, coøn laïi

laø caùc nguyeân toá toång hôïp trong phoøng thí nghieäm.

‟ Nguyeân toá thöù 43 (technetium) vaø 61 (promethium), maëc duø soá thöù töï nhoû hôn nguyeân toá töï nhieân 92, uranium, cuõng laø do toång hôïp.

‟ Nguyeân toá 93 (neptunium) vaø 94 (plutonium) maëc duø ñöôïc xeáp chung vôùi caùc nguyeân toá toång hôïp, nhöng thöïc ra ñöôïc tìm thaáy trong voû quaû ñaát daïng veát.

„ Nguyeân toá thöù 117 laø ununseptium (Uus), nguyeân toá thöù

118 döï kieán laø Uuo (ununoctium).

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

„ Moät soá nhaän xeùt:

‟ Soá thöù töï nguyeân toá (oâ) truøng vôùi soá ñieän tích haït nhaân Z. ‟ Soá thöù töï chu kyø truøng vôùi soá n (soá lôùp electron). ‟ Nguyeân toá s (hoï s) laø caùc nguyeân toá coù electron cuoái cuøng ñieàn vaøo phaân möùc s ngoaøi cuøng (kieàm, kieàm thoå), coù hai nguyeân toá s ôù ñaàu chu kyø.

‟ Nguyeân toá p (hoï p) coù electron cuoái cuøng ñieàn vaøo phaân möùc

p ngoaøi cuøng, ñoù laø 6 nguyeân toá cuoái chu kyø.

‟ Giöõa chu kyø laø 10 nguyeân toá d coù electron ñieàn vaøo ON (n ‟ 1)d sau nguyeân toá d thöù nhaát laø 14 nguyeân toá f coù electron ñieàn vaøo ON (n ‟ 2)f

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

„ Nhoùm „ Laø daõy doïc caùc nguyeân toá coù toång soá electron lôùp ngoaøi cuøng baèng nhau vaø baèng soá thöù töï cuûa nhoùm hay phaân nhoùm.

„ Phaân nhoùm chính: (A) Goàm caùc nguyeân toá s hoaëc p coù coâng thöùc electron ôû lôùp ngoaøi cuøng töông öùng vôùi nsx hoaëc ns2npx-2.

„ Phaân nhoùm phuï: (B) goàm caùc nguyeân toá d coù coâng thöùc electron lôùp ngoaøi cuøng (n-1)dx-2ns2, moãi nhoùm coù 4 nguyeân toá.

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

„ Rieâng caùc nguyeân toá ôû nhoùm VIII B (VD: Co, Ni) tuy coù soá electron ôû phaân lôùp ngoaøi cuøng lôùn hôn 8 vaãn ñöôïc ñaët vaøo nhoùm VIII B (Fe, Co, Ni coù caáu hình electron laø 4s23d6,7,8), vì vaäy nhoùm naøy coù 12 nguyeân toá.

„ Ngoaøi ra caùc nguyeân toá lantanit vaø actinit coù caáu taïo ñaëc bieät ñöôïc xeáp vaøo nhoùm III B (caáu hình electron lôùp ngoaøi cuøng laø ns2(n-2)f1-14.

„ Ngoaïi leä: „ Caùc tröôøng hôïp gaàn caáu truùc baõo hoøa hoaëc baùn baûo hoøa ñeàu

chuyeån veà ñoù.

(n-1)d5ns1 (n-1)d4ns2 (n-1)d10ns1 (n-1)d9ns2 „ Cuï theå: Phaân nhoùm IB coù (n-1)d9ns2

(n-1)d10ns1

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Caáu truùc electron, nguyeân töû vaø söï thay ñoåi tính chaát

cuûa caùc nguyeân toá trong heä thoáng tuaàn hoaøn

„ Baùn kính nguyeân töû vaø ion (r)

‟ Trong cuøng chu kyø: Töø traùi sang phaûi baùn kính nguyeân töû giaûm, do Z taêng vaø n khoâng ñoåi. ÔÛ caùc chu kyø lôùn khoâng roõ raøng, do hieäu öùng chaén.

‟ Trong nhoùm chính: Treân xuoáng baùn kính nguyeân töû taêng do n taêng vaø hieäu öùng chaén chieám öu theá so vôùi Z taêng. ‟ Phaân nhoùm phuï: Nguyeân toá 1 ñeán nguyeân toá 2 baùn kính

nguyeân töû taêng, sau ñoù haàu nhö khoâng taêng.

‟ Baùn kính ion coù xu höôùng bieán thieân gioáng nguyeân töû. ‟ Baùn kính ion döông nhoû hôn nguyeân töû trung hoaø. ‟ Baùn kính ion aâm lôùn hôn nguyeân töû trung hoaø.

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Bieán thieân cuûa baùn kính nguyeân töû theo soá nguyeân toá

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Baùn kính nguyeân töû

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

„ Naêng löôïng ion hoùa (I hay EI)

‟ Laø naêng löôïng caàn thieát böùt moät electron (khoûi nguyeân töû hay ion döông) ñeå taïo ion döông (hay ion döông cao hôn). ‟ Naêng löôïng ion hoùa caøng nhoû thì caøng deã nhöôøng electron,

do ñoù tính kim loaïi vaø khöû taêng.

‟ Taùch electron ñeå taïo cation caøng veà sau caøng khoù. „ Ví duï: Taùch electron thöù hai cho ra X+2 coù I2>>I1. ‟ Z taêng vaø hieäu öùng xaâm nhaäp taêng daãn ñeán I taêng. ‟ Hieäu öùng chaén taêng daãn ñeán I giaûm Trong 1 chu kyø töø traùi

sang phaûi I taêng, tính kim loaïi giaûm (Z taêng).

‟ Töø treân xuoáng, phaân nhoùm chính I giaûm. ‟ Phaân nhoùm phuï I taêng (ít) do hieäu öùng xaâm nhaäp taêng.

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Naêng löôïng ion hoùa vs. soá nguyeân toá

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Successive ionization energies (in kJ/mol)

Element First Second Third Fourth

Fifth

Sixth Seventh

Na

496

4,560

Mg

738

1,450 7,730

Al

577

1,816 2,881 11,600

Si

786

1,577 3,228

4,354 16,100

P

1,060

1,890 2,905

4,950

6,270 21,200

S

999.6

2,260 3,375

4,565

6,950

8,490

27,107

Cl

1,256

2,295 3,850

5,160

6,560

9,360

11,000

Ar

1,520

2,665 3,945

5,770

7,230

8,780

12,000

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

„ Aùi löïc electron (F hay Eea)

‟ Laø naêng löôïng phaùt ra khi keát hôïp moät electron vaøo nguyeân

töû trung hoøa, taïo ion aâm. „ X0 + e

X- F (Hay Eea), F = Einitial ‟ Efinal

aùi löïc electron (F) taêng.

‟ Tính phi kim taêng ‟ Trong chu kyø: Traùi sang phaûi F taêng. ‟ Phaân nhoùm chính: Töø treân xuoáng F giaûm.

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

„ Chuù yù laø kyù hieäu quy öôùc cho Eea ngöôïc vôùi nhieät

ñoäng hoïc: Eea döông nghóa laø naêng löôïng thoaùt ra töø nguyeân töû ñeå taïo anion.

„ Taát caû caùc nguyeân toá coù Eea döông (moät soá taøi lieäu cuõ nhaàm laãn khi cho raèng moät soá nguyeân toá coù Eea aâm, nghóa laø chuùng ñaåy electron).

„ Chlorin coù aùi löïc electron maïnh nhaát, thuûy ngaân

thuoäc loaïi yeáu nhaát. AÙi löïc electron cuûa khí trô gaàn baèng 0.

„ Toång quaùt, phi kim coù aùi löïc electron lôùn hôn kim

loaïi. (Nguoàn: http://en.wikipedia.org/wiki/Electron_affinity)

„

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Eea ñöôïc tính baèng KJ/mol

1 H 73

He *

B 27 C 122 N * O 141 F 328

2 Li 60

Be * Ne *

Al 42 Si 134 P 72 S 200 Cl 349

3 Na 53

Mg * Ar *

Sc 18 Ti 8 V 51 Cr 65 Mn * Fe 15 Co 64 Ni 112 Cu 119 Zn * Ga 41 Ge 119 As 79 Se 195 Br 343

4 K 48

Ca 2 Kr *

Y 30 Zr 41 Nb 86 Mo 72 Tc * Ru 101 Rh 110 Pd 54 Ag 126 Cd * In 39 Sn 107 Sb 101 Te 190 I 295

5 Rb 47

Sr 5 Xe *

* Hf Po At Ta 31 W 79 Re * Os 104 Ir 150 Pt 205 Au 223 Hg * Tl 36 Pb 35 Bi 91

6 Cs 46

Ba 14 Rn *

** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Ub Uut Uuq Up Uu Uus Uuo Ra

7 Fr

* Lanthanides Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Yb La 45 Ce 92 Tm 99 Lu 33

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

** Actinides Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

„ Ñoä aâm ñieän

‟ Cho bieát khaû naêng moät nguyeân töû cuûa moät nguyeân toá huùt maät ñoä electron veà phía mình khi taïo lieân keát vôùi nguyeân töû cuûa moät nguyeân toá khaùc. ‟ Ñoä aâm ñieän tuyeät ñoái:

„ Theo Mulliken = ½(I+F) (Robert Mulliken) „ Theo Pauling (Linus Pauling): „

„ Vôùi

vaø E tính baèng eV. EXY : naêng löôïng phaân ly cuûa XY

‟ lôùn thì söï huùt electron lôùn. ‟ Trong chu kyø: Traùi sang phaûi X taêng. ‟ Trong nhoùm: Töø treân xuoáng X giaûm

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

„ Ñoä aâm ñieän: ‟ Theo Pauling

„ EXY la naêng löôïng phaân ly lieân keát X-Y.

„ Ví du:ï EH‟Br= 3.79 eV; EH‟H =4.52 eV; EBr‟Br =2.00 eV

‟ Theo Mulliken:

= 0.187(I + F) + 0.17

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

(Nguoàn : http://en.wikipedia.org/wiki/Electronegativity)

„ Soá oxy hoùa

„ Laø ñieän tích döông hay aâm cuûa nguyeân toá trong hôïp chaát ñöôïc tính vôùi giaû

thieát raèng hôïp chaát ñöôïc taïo thaønh töø caùc ion.

„ Moät soá quy taéc xaùc ñònh soá oxy hoùa cuûa caùc nguyeân toá:

‟ Soá oxy hoùa cuûa nguyeân toá töï do baèng 0.

‟ Soá oxy hoùa cuûa moãi ion moät nguyeân töû baèng ñieän tích cuûa ion ñoù.

‟ Soá oxy hoùa cuûa moãi nguyeân toá trong hôïp chaát coäng hoùa trò baèng ñieän tích cuûa nguyeân töû ñoù khi xem caëp electron lieän keát seõ chuyeån haún veà nguyeân töû coù ñoä aâm ñieän lôùn hôn. (Ví duï NH3 N laø +3). ‟ Soá oxy hoùa cuûa kim loaïi kieàm luoân baèng +1, kieàm thoå +2. ‟ Soá oxy hoùa cuûa Oxy baèng -2 (tröø F2O vaø O-2 laø +2 vaø -1) ‟ Soá oxy hoùa Hydro baèng +1 (tröø caùc hôïp chaát Hidrua cuûa kim loaïi hoaït

ñoäng baèng -1)

„

“Toång soá oxy hoùa trong phaân töû trung hoøa cuûa caùc nguyeân toá baèng 0”

‟ Theo nguyeân taéc naøy tính soá oxy hoùa cuûa caùc nguyeân toá

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt

Töø tính

„ Keát quaû cuûa söï töï quay cuûa caùc electron (spin). „ Nghòch töø (diamagnetism) ‟ Khoâng coù electron töï do „ Thuaän töø (paramagnetism) ‟ Coù 1 hay nhieàu electron

töï do.

„ Saét töø (ferromagentism) ‟ Laø tröôøng hôïp thuaän töø

nhöng ôû ñaây baûn thaân vaät chaát coù töø tính.

CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt