bảng tuần hoàn hóa học - định luật tuần hoàn
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (559.3 KB, 17 trang )
1. Vài nét về lịch sử xây dựng Hệ thống tuần hoàn
1.1. Các mô hình Hệ thống tuần hoàn trước Mendeleep
Vào năm 330 TCN, Aristotle đã đưa ra học thuyết 4 yếu tố cấu thành nên thế giới, đó
là đất, không khí, lửa và nước. Đây là quan niệm sơ khai, nhưng được xem như là một
học thuyết đầu tiên về các nguyên tố.
Thời Trung cổ, loài người đã biết các nguyên tố vàng, bạc, đồng, chì, sắt, thủy ngân
và lưu huỳnh. Năm 1649, loài người tìm ra nguyên tố photpho. Đến năm 1869, mới có 63
nguyên tố được tìm ra. Nhiều hợp chất hóa học khác nhau đã được nghiên cứu, nhiều tính
chất đặc trưng của nguyên tố, hợp chất đã được thiết lập. Tuy nhiên, sự phát triển của
khoa học kỹ thuật và công nghiệp lúc bấy giờ đòi hỏi phải tiếp tục nghiên cứu về các
nguyên tố và hợp chất của chúng một cách mạnh mẽ và có hệ thống. Vấn đề quan trọng là
có thể sắp xếp chúng theo một quy luật, trật tự nhất định nào đó, nhằm tìm ra những tính
chất chung và phân loại các đơn chất, hợp chất. Chính những yêu cầu này đã khiến cho
các nhà hóa học thời bấy giờ cùng nhau thúc đẩy tư duy để sắp xếp các nguyên tố lại. Và
đã có nhiều quy luật được đưa ra:
1.1.1. Quy tắc tam tử
Năm 1817, Johann W. Dobereiner nhận thấy trọng lượng của nguyên tử Sr rơi vào
khoảng trọng lượng của Ca và Ba. Ông lại quan sát thấy những quy luật như vậy trong
các nhóm halogen (Cl, Br, I) và nhóm kim loại kiềm (Li, Na, K), từ những quan sát này
ông đã chia một số nguyên tố được phát hiện trước đó thành những nhóm 3 nguyên tố và
gọi chúng là những "bộ ba" (tam tử). Tính chất chứa đựng trong các "bộ ba" là nguyên tố
nằm giữa có tính chất bằng trung bình cộng tính chất của hai nguyên tố nằm cạnh nó, thứ
tự các nguyên tố được sắp xếp theo sự tăng dần trọng lượng nguyên tử.
Hình 1: Quan niệm "bộ ba" của Johann W. Dobereiner.
1
Quan niệm về "bộ ba" không được chấp nhận do sự phát hiện ra những nhóm mới
gồm 4 nguyên tố (nhóm cancogen: O, S, Se, Te) hay 5 nguyên tố (N, P, As, Sb, Bi).
1.1.2. Mô hình của De Chancourtois
Hình 2: Mô hình của De Chancourtois
Năm 1862, nhà địa chất
Pháp này đã sắp xếp các nguyên
tố hóa học theo chiều tăng của
khối lượng nguyên tử lên một
băng giấy (băng giấy này được
quấn lên hình trụ theo kiểu lò xo
xoắn). Ông nhận thấy tính chất
của các nguyên tố cũng giống
như tính chất của các con số, và
tính chất đó được lặp lại sau mỗi
7 nguyên tố. Trong mô hình này
các nguyên tố của một "họ" nằm
trên cùng một đường sinh của
hình trụ được chia thành 16 đơn
vị, con số này đã được gắn là
khối lượng của oxi.
1.1.3. Mô hình của John Newlands
Năm 1864, J. Newlands đã tìm ra quy luật: Mỗi nguyên tố hóa học đều thể hiện tính
chất tương tự như nguyên tố thứ 8 khi xếp các nguyên tố theo khối lượng nguyên tử tăng
dần. Ông dựa trên những quan niệm của Chancuortois để xây dựng một hệ thống mới,
cũng dựa trên sự tăng dần khối lượng nguyên tử các nguyên tố. Ông chia các nguyên tố đã
biết thành 7 nhóm, mỗi nhóm gồm 8 nguyên tố, đứng đầu mỗi nhóm là 1 trong 7 nguyên
tố nhẹ nhất đã được xác định thời bấy giờ là H, Li, Be (Gl), B, C, N và O:
Nhóm 1: H, F, Cl, Co/Ni, Br, Pd, I, Pt/Ir
Nhóm 2: Li, Na, K, Cu, Rb, Ag, Cs, Tl
Nhóm 3: Gl, Mg, Ca, Zn, Sr, Cd, Ba/V, Pb
Nhóm 4: Bo, Al, Cr, Y, Ce/La, U, Ta, Th
Nhóm 5: C, Si, Ti, In, Zr, Sn, W, Hg
Nhóm 6: N, P, Mn, As, Di/Mo, Sb, Nb, Bi
Nhóm 7: O, S, Fe, Se, Ro/Ru, Te, Au, Os.
Newlands đã quan niệm sự phân chia, sắp xếp các nguyên tố như bảy nốt trong thang
âm nhạc. Từ Li đến Na là một quãng tám của 8 nguyên tố, nguyên tố thứ 8 lặp lại tính
chất cơ sở của nguyên tố đầu tiên. Quy tắc của ông được gọi là "định luật quãng tám"
2
Hình 3: Sự sắp xếp trên thang âm nhạc.
Ông nói rằng từ Li đến Na là một chu kì của 8 nguyên tố, trên Li và Na là các chu kì
khác. Tuy nhiên đến chu kì thứ 4 của Co/Ni thì đã xảy ra lỗi.
Như vậy lại một hệ thống nữa ra đời nhưng vẫn chưa thể sắp xếp được chính xác các
nguyên tố theo một trật tự nhất định, đồng nhất. Cho đến trước Mendeleep, các nhà bác
học vẫn chưa khám phá được thực chất của Định luật tuần hoàn.
1.2. Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố của Mendeleep
Dmitri Ivanovich Mendeleep (1834-1907) là nhà
hóa học, nhà hoạt động xã hội, nhà sư phạm nổi
tiếng nước Nga. Cống hiến vĩ đại nhất của ông là
nghiên cứu ra Bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên
tố hóa học. Đây là một cống hiến xuyên thời đại đối
với lĩnh vực hóa học, là chìa khóa dẫn đến sự phát
minh nhiều nguyên tố hóa học mới, là kim chỉ nam
cho những nghiên cứu trong hóa học nói chung.
Người sau mệnh danh ông là “thần cửa của khoa học
Nga”.
Hình 4: Dmitri Ivanovich Mendeleep (1834-1907)
Trong quá trình nghiên cứu và sắp xếp các nguyên tố, nhà hóa học Nga Medeleev đã
phân tích một cách sâu sắc mối quan hệ giữa khối lượng nguyên tử với những tính chất lý,
hóa học, đặc biệt là hóa trị của chúng. Ông nhận thấy có sự biến đổi tuần hoàn những tính
chất đó theo chiều tăng của khối lượng nguyên tử.
Năm 1869, Mendeleep công bố định luật tuần hoàn và thể hiện định luật đó dưới dạng
một bảng: Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học hay gọi là Hệ thống tuần hoàn.
Hệ thống tuần hoàn không chỉ là sự sắp xếp giản đơn các nguyên tố theo tính chất hóa
học và một số tính chất vật lý của chúng, mà nó thể hiện một trong những định luật cơ
bản của tự nhiên. Vì vậy vừa mới ra đời xong nó đã tỏ ra là một công cụ sắc bén trong
việc nghiên cứu hóa học và một số ngành khoa học khác. Dựa vào bảng tuần hoàn,
Mendeleep đã sửa lại khối lượng nguyên tử của khoảng 1/3 số nguyên tố đã biết lúc bấy
giờ, đã tiên đoán sự tồn tại của 11 nguyên tố lúc bấy giờ còn chưa biết, trong số đó ông dự
3
đoán đầy đủ tính chất của 3 nguyên tố, ít lâu sau người ta tìm ra ba nguyên tố đó là Sc,
Ga, Ge với những tính chất phù hợp một cách kỳ lạ với dự đoán của Mendeleep.
Định luật tuần hoàn đã dần dần được mọi người thừa nhận.
Năm 1870, nhà khoa học người Đức Lothar Mayernghieen cứu độc lập cũng đã đưa
ra một bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học tương tự như của Mendeleep.
2. Lịch sử phát triển của Định luật tuần hoàn
2.1. Định luật tuần hoàn của Mendeleep (giai đoạn hóa học)
Định luật tuần hoàn được Mendeleep phát biểu như sau: “Tính chất của các nguyên tố
cũng như tính chất của các đơn chất và hợp chất cấu tạo nên từ nguyên tố đó, phụ thuộc
tuần hoàn vào khối lượng nguyên tử của chúng”.
Thực chất của định luật là: Nếu sắp xếp các nguyên tố theo chiều tăng dần của khối
lượng nguyên tử, thì qua một số nguyên tố nhất định có sự lặp lại những tính chất hóa học
cơ bản (chu kỳ lặp lại). Như vậy tính chất hóa học của nguyên tố là hàm số tuần hoàn với
khối lượng nguyên tử của chúng.
Nhưng nếu lấy chiều tăng dần của khối lượng nguyên tử làm nguyên tắc sắp xếp thì
trong một số trường hợp, để đảm bảo sự tuần hoàn phải đổi vị trí của một số nguyên tố,
chẳng hạn Co và Ni, Te và I và như vậy, phải vi phạm nguyên tắc trên.
Số nguyên tố đất hiếm và vị trí của chúng trong hệ thống tuần hoàn cũng chưa được
xác định một cách dứt khoát. Rõ ràng trong cấu tạo nội tại của nguyên tử có điều gì đó
gây nên hiện tượng tuần hoàn mà dựa vào khối lượng nguyên tử không giải đáp được.
2.2. Định luật tuần hoàn hiện đại (giai đoạn electron)
Bước tiến quan trọng trong việc giải quyết vấn đề nêu trên là tìm được phương pháp
xác định điện tích hạt nhân nguyên tử. Từ đó các nhà khoa học đã kết luận: “Điện tích hạt
nhân nguyên tử, về trị số số học bằng số thứ tự của nguyên tố trong bảng hệ thống tuần
hoàn.”
Như vậy, các nguyên tố trong hệ thống tuần hoàn được sắp xếp theo chiều tăng dần
của điện tích hạt nhân nguyên tử, đồng thời là sồ thứ tự của nguyên tố trong hệ thống tuần
hoàn. Mỗi nguyên tố ứng với một điện tích hạt nhân xác định, nó quy định số e trong lớp
vỏ nguyên tử trung hòa và chính lớp vỏ e này quy định tính chất hóa học của nguyên tố.
Ngày nay nhân loại đã biết nhiều dạng nguyên tử có điện tích hạt nhân như nhau, khối
lượng khác nhau nhưng vẫn có tính chất tương tự nhau (hiện tượng đó là các đồng vị).
Ví dụ: Cl có hai đồng vị là
35
Cl và
37
Cl.
Ngược lại, người ta cũng biết được nhiều dạng nguyên tử có khối lượng nguyên tử
như nhau nhưng do điện tích hạt nhân khác nhau nên dẫn đến tính chất hóa học khác nhau
(hiện tượng đó là các đồng lượng).
Ví dụ: Ra và As
Từ đó mà ngày nay Định luật tuần hoàn được phát biểu như sau: “Tính chất của các
đơn chất cũng như tính chất các dạng hợp chất của những nguyên tố phụ thuộc tuần hoàn
vào điện tích hạt nhân nguyên tử của các nguyên tố.”
Giữa khối lượng nguyên tử và điện tích hạt nhân nguyên tử có mối liên hệ chặt chẽ
với nhau. Khi điện tích hạt nhân tăng (số proton tăng) thì khối lượng trung bình của các
4
đồng vị của một nguyên tố cũng tăng (tức là tăng khối lượng nguyên tử). Nhưng vì trong
hạt nhân nguyên tử, số proton và notron không thay đổi theo một tỷ lệ nhất định nên ở
một số ít trường hợp sự thay đổi khối lượng nguyên tử không theo cùng trật tự với sự thay
đổi điện tích hạt nhân.
Định luật tuần hoàn hiện đại không phủ định mà trái lại còn khẳng định và chính xác
hóa Định luật tuần hoàn do Mendeleep khởi xướng.
2.3. Định luật tuần hoàn dưới dạng mới (giai đoạn hạt nhân)
Sự khám phá ra cấu tạo hạt nhân nguyên tử và mối liên quan có tính quy luật giữa cấu
tạo với các tính chất của hạt nhân có thể phát biểu Định luật tuần hoàn dưới dạng mới, sâu
sắc và tổng quát hơn như sau: “Các đặc tính của nguyên tử, đơn chất, hợp chất cũng như
của hạt nhân các nguyên tố thay đổi tuần hoàn theo chiều tăng số nuclon trong hạt nhân
và electron trong lớp vỏ nguyên tử của các nguyên tố”.
Như vậy, định luật tuần hoàn dạng mới đã chỉ ra mối liên hệ có tính quy luật không
những giữa các nguyên tử với nhau mà còn giữa các thành phần của chúng là lớp vỏ e và
hạt nhân nguyên tử.
Sự phát triển học thuyết cấu tạo nguyên tử đã cho phép mở rộng tính chất tuần hoàn
so với giai đoạn Mendeleep cho phép phát hiện hàng loạt hợp chất vô cơ khác nhau có
tính chất và điều kiện tạo thành được xác định bởi vị trí của các nguyên tố trong hệ thống
tuần hoàn (các hydrua, cacbua, nitrua, borua, sunfua, kim loại, phức chất, khí trơ…). Từ
những thành tựu mới này dựa trên cơ sở Định luật tuần hoàn và Hệ thống tuần hoàn người
ta đã thiết lập hàng trăm hệ thống tuần hoàn khác nhau không những đối với các tiểu phân
như nguyên tử, phân tử, ion, hạt nhân và các electron mà còn đối với tính chất của chúng
nữa.
Nói tóm lại, ngày nay Định luật tuần hoàn và hệ thống tuần hoàn các nguyên tố đã trở
thành cơ sở cho hệ thống hóa hóa học.
3. Cấu trúc hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học
3.1. Nguyên tắc sắp xếp các nguyên tố trong bảng tuần hoàn
Ngày nay, dưới ánh sáng của thuyết cấu tạo nguyên tử, các nguyên tố hóa học được
sắp xếp trong bảng tuần hoàn theo các nguyên tắc:
- Các nguyên tố được sắp xếp theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân nguyên tử.
- Các nguyên tố có cùng số lớp electron trong nguyên tử được xếp thành một hàng.
- Các nguyên tố có số electron hóa trị trong nguyên tử như nhau được xếp thành một
cột.
Bảng các nguyên tố được sắp xếp theo các nguyên tắc trên được gọi là bảng tuần
hoàn các nguyên tố hóa học (gọi tắt là bảng tuần hoàn).
5
3.2. Cấu tạo của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học
3.2.1. Ô nguyên tố
Hình 5: Ô nguyên tố Natri
Mỗi nguyên tố hóa học được xếp vào một ô của bảng, gọi là ô nguyên tố. Số thứ tự
của ô nguyên tố đúng bằng số hiệu nguyên tử của nguyên tố đó.
3.2.2. Chu kỳ
Chu kỳ là dãy các nguyên tố của chúng có cùng số lớp electron, được xếp theo chiều
điện tích hạt nhân tăng dần.
Chu kỳ thường bắt đầu bằng một kim loại kiềm và kết thúc bằng một khí hiếm (trừ
chu kỳ 1 chỉ có 2 nguyên tố hidro và heli và chu kỳ 7 chưa hoàn thành). Ba chu kỳ đầu
tiên là các chu kỳ nhỏ, bốn chu kỳ sau là các chu kỳ lớn.
Chu kỳ 1: 2 nguyên tố là hidro và heli
Chu kỳ 2: 8 nguyên tố, bắt đầu từ liti, kết thúc là neon
Chu kỳ 3: 8 nguyên tố, bắt đầu từ natri, kết thúc là argon
Chu kỳ 4: 18 nguyên tố, bắt đầu từ kali, kết thúc là kripton
Chu kỳ 5: 18 nguyên tố, bắt đầu từ rubidi, kết thúc là xenon
Chu kỳ 6: 32 nguyên tố, bắt đầu từ cesi, kết thúc là radon
Chu kỳ 7: theo lý thuyết có 32 nguyên tố, đây là chu kỳ chưa hoàn thiện.
Số thứ tự của chu kỳ bằng số lớp electron trong nguyên tử.
3.2.3. Nhóm và phân nhóm
Nhóm gồm các nguyên tố có số electron lớp ngoài cùng hoặc của những phân lớp
ngoài cùng giống nhau và bằng số thứ tự của nhóm. Nói cách khác, các nguyên tố trong
cùng một nhóm có cấu hình electron lớp ngoài cùng giống nhau, trong đó tổng số electron
của các phân lớp ngoài cùng luôn bằng số thứ tự của nhóm.
Một số nguyên tố như Co, Ni… có số electron ngoài cùng lớn hơn 8 nhưng vẫn đặt
vào nhóm VIII.
Phân nhóm gồm các nguyên tố có cấu trúc electron ở lớp ngoài cùng hoặc của những
phân lớp ngoài cùng giống nhau.
Phân nhóm chính gồm các nguyên tố s hoặc p có cấu hình electron lớp ngoài cùng
tương ứng là ns
x
hoặc ns
2
np
x
.Chúng luôn có số electron ngoài cùng bằng số nhóm. Phân
nhóm chính còn được đặt tên từ nhóm IA đến VIIIA
Phân nhóm phụ gồm các nguyên tố d có cấu hình electron các phân lớp ngoài cùng là
(n-1)d
x-1
ns
2
(có một số ngoại lệ Cu, Ag, Au có cấu hình (n-1)d
10
ns
1
).
Các nguyên tố họ Lantan và họ Actini gồm các nguyên tố f có cấu hình electron lớp
ngoài cùng là (n-2)f
x
(n-1)d
10
ns
2
6
4. Sự biến đổi tuần hoàn tính chất các nguyên tố trong Hệ thống tuần hoàn
4.1. Tính kim loại, tính phi kim
Tính kim loại là tính chất của một nguyên tố mà nguyên tử của nó dễ mất electron để
trở thành ion dương. Nguyên tử càng dễ mất electron, tính kim loại của nguyên tố càng
mạnh.
Tính phi kim là tính chất của một nguyên tố mà nguyên tử của nó dễ thu electron để
trở thành ion âm. Nguyên tử càng dễ thu electron thì tính phi kim của nguyên tố càng
mạnh.
Trong một chu kì, theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân, tính kim loại của các
nguyên tố yếu dần, đồng thời tính phi kim mạnh dần.
Trong một nhóm A, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân, tính kim loại của nguyên
tố mạnh dần, đồng thời tính phi kim yếu dần.
4.2. Bán kính nguyên tử
Trong một chu kỳ, bán kính nguyên tử giảm dần khi điện tích hạt nhân tăng. Sự giảm
bán kính xảy ra nhanh hơn trên chu kỳ nhỏ, chậm hơn ở các chu kỳ lớn.
Trong một phân nhóm, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân thì bán kính nguyên tử
tăng dần do tăng số lớp electron.
4.3. Năng lượng ion hóa
Năng lượng ion hóa I là mức năng lượng cần thiết tối thiểu để tách 1 electron ra khỏi
nguyên tử tự do ở thể khí và ở trạng thái cơ bản. Năng lượng ion hóa biến thiên tuần
hoàn, tăng khi đi từ trái sang phải trong một chu kỳ, giảm khi đi từ trên xuống dưới trong
mỗi nhóm.
4.4. Độ âm điện
Độ âm điện của một nguyên tử đặc trưng cho khả năng hút electron của nguyên tử đó
khi hình thành liên kết hóa học. Như vậy, độ âm điện của nguyên tử càng lớn thì tính phi
kim của nó càng mạnh. Ngược lại, độ âm điện của nguyên tử càng nhỏ thì tính kim loại
của nó càng mạnh.
Trong một chu kì, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân, giá trị độ âm điện của các
nguyên tử nói chung tăng dần. Trong một nhóm A, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân,
giá trị độ âm điện của các nguyên tử nói chung giảm dần.
4.5. Hóa trị của các nguyên tố
Trong một chu kì, đi từ trái sang phải, hóa trị cao nhất của các nguyên tố trong hợp
chất với oxi tăng lần lượt từ 1 đến 7, còn hóa trị của các phi kim trong hợp chất với hiđro
giảm từ 4 đến 1.
4.6. Oxit và hiđroxit của các nguyên tố nhóm A
Trong một chu kì, đi từ trái sang phải theo chiều tăng của điện tích hạt nhân, tính
bazơ của các oxit và hiđroxit tương ứng yếu dần, đồng thời tính axit của chúng mạnh dần.
7
5. Ý nghĩa của Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học của Mendeleep
Dựa vào vị trí của một nguyên tố trong hệ thống tuần hoàn có thể suy ra cấu tạo
nguyên tử của nguyên tố đó và dự đoán các tính chất hóa học cơ bản của nó
5.1. Biết vị trí của nguyên tố trong hệ thống tuần hoàn có thể suy ra cấu tạo nguyên tử
của nguyên tố và ngược lại, từ cấu tạo nguyên tử của nguyên tố đó có thể suy ra được vị
trí của nó trong hệ thống tuần hoàn
5.2. Biết được vị trí của một nguyên tố trong hệ thống tuần hoàn có thể suy ra tính
chất hóa học cơ bản của nó
Đó là tính kim loại, tính phi kim, hóa trị cao nhất, công thức hợp chất với oxi, tính
axit hay bazơ của oxit, hidroxit.
Ví dụ: Canxi có số thứ tự 20, thuộc chu kỳ 4, nhóm IIA. Nó là nguyên tố kim loại,
hóa trị cao nhất là II, công thức oxit CaO. CaO, và Ca(OH)
2
có tính bazơ mạnh.
5.3. Dựa vào quy luật biến đổi tính chất trong hệ thống tuần hoàn có thể so sánh tính
chất hóa học của một nguyên tố với các nguyên tố xung quanh
Ví dụ: Trong một chu kỳ, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân, tính kim loại yếu
dần, tính phi kim mạnh dần. Đầu chu kì là một kim loại kiềm, áp cuối chu kỳ là một
halogen. Trong một nhóm A, tính kim loại tăng dần theo chiều tăng của điện tích hạt
nhân. Vì vậy, có thể so sánh được tính kim loại, phi kim của các nguyên tố với nhau
thông qua quy luật này.
5.4. Dựa vào hệ thống tuần hoàn có thể dự đoán cấu tạo nguyên tử và tính chất hóa
học của các nguyên tố chưa được tìm ra
Nguyên tố có số thứ tự 87 không tồn tại trong tự nhiên, nhưng trước khi được điều
chế nhân tạo được nguyên tố đó, người ta đã dự đoán được tính chất cơ bản của nó là:
nằm ở chu kỳ 7, lớp ngoài cùng có 1e, tính chất kim loại kiềm, là kim loại mạnh nhất.
6. Các dạng bảng tuần hoàn
Cho đến ngày nay, người ta đã cố gắng rất nhiều trong việc hoàn thiện cách biểu diễn
Định luật tuần hoàn và đã công bố trên 500 kiểu bảng khác nhau.
6.1. Bảng tuần hoàn dạng bảng ngắn
6.1.1. Cấu tạo
- Nhóm, phân nhóm
Các nguyên tố được bố trí thành 8 cột dọc, có số thứ tự từ I đến VIII. Trong mỗi
nhóm được chia thành phân nhóm chính và phân nhóm phụ,
Các nguyên tố f thường được đặt thành 2 dãy nằm riêng ở cuối bẳng và có tên gọi các
nguyên tố Lantanit và Actinit.
- Chu kỳ
Được bố trí thành hàng ngang và có số thứ tự từ 1 đến 7. Chúng bắt đầu từ kim loại
kiềm và kết thúc bằng nguyên tố khí hiếm (trừ chu kỳ 1 và chu kỳ 7).
8
Ba chu kỳ đầu là chu kỳ nhỏ, trong đó chu kỳ 1 chỉ 2 nguyên tố, bốn chu kỳ sau là
chu kỳ dài.
6.1.2. Đánh giá
Bảng tuần hoàn dạng bảng ngắn có nhiều ưu điểm:
- Phản ánh tốt nhất mọi mối liên hệ quan trọng nhất giữa các nguyên tố.
- Nêu lên được sự tuần hoàn nội tại trong một chu kỳ.
- Sự phân chia phân nhóm phụ và chính nêu lên được sự khác nhau về tính chất giữa
các nguyên tố của các phân nhóm nhưng cũng nêu lên được sự giống nhau về số oxi hóa
của chúng thì bằng với số nhóm.
Tuy vậy, bảng tuần hoàn dạng ngắn vẫn còn thiếu sót:
- Các Lantanit và Actinit trên thực tế bị đặt ra ngoài hệ thống chung và không cho
thấy mối liên hệ hữu cơ với các nguyên tố khác trong hệ thống.
- Không phản ánh được sự phát triển liên tục trong một chu kỳ (với các chu kỳ lớn).
- Không nêu được đầy đủ mức độ liên quan giữa các nguyên tố trong cùng một nhóm.
Hình 6: Bảng tuần hoàn dạng ngắn
9
6.2. Bảng tuần hoàn dạng bảng dài
6.2.1. Cấu tạo
- Nhóm, phân nhóm
Những nguyên tố mà trong nguyên tử, electron cuối cùng điền vào phân mức s hoặc p
của lớp lượng tử ngoài cùng (nguyên tố s hoặc p) thì hợp thành những nguyên tố thuộc
nhóm A, là những nguyên tố điển hình.
Các nguyên tố có electron tiếp theo điền vào phân lớp d hoặc f gọi là các nguyên tố
nhóm d hoặc f, thuộc nhóm B, là các nguyên tố kim loại chuyển tiếp.
- Chu kỳ
Hệ thống tuần hoàn được trải theo hàng ngang, mỗi chu kỳ chỉ có một hàng, và các
họ nguyên tố s, p, d, f được sắp xếp liên tục nhau. Đầu chu kỳ các nguyên tố bắt đầu xây
dựng phân lớp ns, cuối chu kỳ các nguyên tố kết thúc việc xây dựng phân lớp np.
Hình 7: Bảng tuần hoàn dạng bảng dài
6.2.2. Đánh giá
Bảng tuần hoàn dạng dài không gọn và chặt chẽ bằng dạng ngắn nhưng có ưu điểm là
phản ánh được rõ ràng sự phân chia các họ nguyên tố theo đặc điểm cấu hình electron.
Các nguyên tố nhóm A hoặc B, nguyên tố s, p, d, f đều tập trung lại một chỗ nên rất đễ
nhận xét, tra cứu.
10
6.3. Bảng tuần hoàn dạng tháp
Dạng này đã khắc phục được đáng kể những thiếu sót đã nêu đối với các dạng kể trên.
Về dạng này có 2 kiểu đáng chú ý:
- Kiểu bảng do N.Bo công bố, kiểu này bao gồm một cách tự nhiên các họ Lantanit và
Actinit.
- Kiểu bảng do Necraxop hoàn thiện từ kiểu bảng của Bo.
Hình 8: Bảng tuần hoàn dạng tháp Hình 9: Bảng tuần hoàn dạng vòng
6.4. Bảng tuần hoàn dạng vòng
6.4.1. Cấu tạo
Các vòng tròn đồng tâm tương ứng với các lớp e khác nhau. Hệ thống các vòng tròn
tạo nên các chu kỳ. Các nguyên tố trong nhóm được phân bố theo các bán kính. Các chữ
số Ả rập chỉ các chu kỳ, số La Mã chỉ các nhóm. Các Lantan được phân bố vào tất cả các
nhóm trừ nhóm I và II.
6.4.2. Đánh giá
Hệ thống này có ưu điểm là phản ánh được cấu tạo các lớp electron s, p, d, f trong
nguyên tử các nguyên tố và sắp xếp được ổn thỏa vị trí của hidro.
Tuy nhiên nó vẫn tồn tại một số nhược điểm:
- Tất cả các nguyên tố trong một chu kỳ được phân bố trên một vòng tròn, nó không
thể hiện được sự biến đổi tính chất giữa các nguyên tố từ kim loại điển hình đến các á kim
điển hình và kết thúc là khí trơ.
- Toàn bộ hệ thống này rất không cân đối, phức tạp, khó theo dõi. Ở một nửa vòng
tròn tập trung hầu hết các nguyên tố từ nhóm I đến VII, còn nửa kia chỉ gồm các nguyên
tố nhóm VIII.
6.5. Bảng tuần hoàn dạng xoáy ốc
5.5.1. Cấu tạo
Hydro được xếp vào tâm của hình xoáy ốc với ý nghĩa tất cả các nguyên tố đều được
xây dựng nên từ các hạt cơ bản và hydro là nguyên tố cơ bản nhất. Trong hệ thống, hydro
được coi là nguyên tố tương đồng với các nguyên tố nhóm I và VII.
11
Đường xoáy ốc được chia thành 8 khu vực, mỗi nhóm nguyên tố được chia thành một
khu vực. Mỗi nhóm nguyên tố gồm 2 phân nhóm chính và phụ.
Ở nhóm IV tính chất của các nguyên tố thuộc phân nhóm chính và phụ giống nhau
nhiều nhất. Càng xa nhóm IV về phía nhóm I và VIII, tính chất của các nguyên tố thuộc
hai phân nhóm đó càng khác nhau. Điều đó được thể hiện bằng những góc khác nhau giữa
các bán kính trên đó sắp xếp các nguyên tố của hai nhóm.
Tất cả các nguyên tố trong hệ thống được sắp xếp trên những đường xoáy ốc, điều đó
phản ánh tính chất biện chứng của định luật tuần hoàn. Cuối mỗi chu kỳ và bắt đầu một
chu kỳ mới có sự chuyển lên một vòng mới.
6.5.2. Đánh giá
Dạng xoáy ốc ra đời nhằm khắc phục những điểm yếu của dạng vòng.
Cách biểu diễn định luật tuần hoàn theo dạng xoáy ốc có nhiều ưu điểm, nó thể hiện
một cách khá đầy đủ và đúng đắn định luật tuần hoàn. Tuy vậy trên thực tế dạng này
không phổ biến nhiều vì ít thuận tiện.
Nhìn chung, các dạng kể trên đều có thể sử dụng để biểu diễn định luật tuần hoàn.
Mỗi dạng đều có những ưu điểm riêng và những thiếu sót riêng.
Nhiều ý kiến cho rằng dạng ngắn kinh điển là dạng hoàn hảo nhất tuy vẫn có những
thiếu sót nhất định. Nó là một mẫu mực về tính hệ thống, nó phản ánh một cách sâu sắc
mọi mối liên hệ quan trọng nhất của các nguyên tố, về hình thức dạng này lại cân đối, gọn
nhẹ, và dễ sử dụng. Đặc biệt trong công tác giảng dạy thì dạng ngắn tỏ ra có thuận lợi hơn
cả.
7. Đánh giá vai trò của Định luật tuần hoàn Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa
học
Định luật tuần hoàn và hệ thống tuần hoàn là cống hiến quan trọng nhất của
Mendeleep trong sự phát triển khoa học tự nhiên.
7.1. Đính chính lại các dữ kiện sai lầm và đi sâu tìm hiểu
Dựa vào định luật tuần hoàn, Mendeleep đã đính chính lại khối lượng nguyên tử và
hóa trị của nhiều nguyên tố trước đó bị xác định sai
Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố của Mendeleep kích thích các nhà bác học phải tìm
hiểu nguyên nhân tính chất các nguyên tố lặp đi lặp lại một cách tuần hoàn, tìm hiểu ý
nghĩa bên trong của các khái niệm “nhóm”, “phân nhóm”, “chu kì”, “số thứ tự nguyên
tố”, “số thứ tự chu kì” Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố cũng kích thích sự tìm hiểu
nguyên nhân dẫn đến sự không phù hợp của hóa trị của một vài nguyên tố với số thứ tự
nhóm của chúng. Kết quả là dẫn đến việc tìm hiểu cấu tạo nguyên tử các nguyên tố và đã
tìm thấy sự giải thích dựa vào cấu tạo.
7.2. Tiên đoán tính chất của nhiều nguyên tố chưa tìm ra
Khi xây dựng bảng tuần hoàn đầu tiên, người ta mới chỉ biết đến 63 nguyên tố, như
vậy trong bảng tuần hoàn còn có nhiều ô bỏ trống. Mendeleep cho rằng đó là vị trí của
những nguyên tố chưa biết.
12
Dựa vào định luật tuần hoàn, Mendeleep đã dự đoán được tính chất của nhiều nguyên
tố và đặc biệt mô tả cặn kẽ tính chất của của 3 nguyên tố là eka-bo (giống bo), eka-nhôm,
eka-silic. Chỉ 15 năm sau, người ta đã lần lượt tìm ra 3 nguyên tố với những tính chất
trùng hợp kì lạ với dự đoán của Mendeleep.
7.3. Hướng dẫn tìm ra những nguyên tố mới
Trước đây người ta coi việc tìm ra những nguyên tố mới là hoàn toàn ngẫu nhiên.
Định luật tuần hoàn đã vạch ra một phương hướng cho các nhà bác học. Định luật tuần
hoàn đã mở đường cho việc nghiên cứu, phát triển lý thuyết về cấu tạo chất, nghiên cứu
hiện tượng phóng xạ… Mendeleep đã đưa học thuyết về nguyên tử và nguyên tố lên mức
độ phát triển cao. Trong nhiều thế kỉ, học thuyết nguyên tử và nguyên tố phát triển biệt
lập với nhau và lần đầu tiên Mendeleep đã hợp nhất hai học thuyết này là một. Theo ông,
nguyên tố chỉ là một dạng xác định của nguyên tử. Hơn thế nữa dạng này của các nguyên
tử được đặc trưng bởi vị trí xác định trong hệ thống các dạng đó, nghĩa là trong hệ thống
các nguyên tố.
Ngày nay, trong việc nghiên cứu điều chế các nguyên tố nhân tạo, định luật này vẫn
đóng vai trò là công cụ hướng dẫn.
7.4. Về mặt sư phạm
Định luật tuần hoàn giúp cho việc học tập hóa học một cách có quy luật và hệ thống
7.5. Về mặt triết học
Định luật tuần hoàn là một định luật tổng quát của tự nhiên, là sự phản ánh một cách
đầy đủ và sáng tỏ mối liên hệ giữa các nguyên tố hóa học, sự biến đổi từ nguyên tố này
sang nguyên tố khác. Khi “lượng” proton trong hạt nhân thay đổi, thì “chất”, nghĩa là bản
chất hóa học của nguyên tố cũng thay đổi. Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố của
Mendeleep cũng thể hiện sự thống nhất giữa cái toàn bộ và cái riêng lẻ trong mối quan hệ
của cả hệ thống và từng nguyên tố riêng biệt.
Định luật tuần hoàn là một cơ sở vững chắc của thế giới quan duy vật biện chứng. Nó
đã chứng tỏ rằng vật chất tự nhiên phải phát triển, thường xuyên trở nên phức tạp, đã đập
tan quan điểm duy tâm về sự phát sinh của thế giới và khẳng định rằng, chỉ có phép duy
vật biện chứng mới giải quyết đúng đắn các vấn đề khoa học.
Từ khi ra đời, định luật tuần hoàn luôn luôn là một công cụ sắc bén trong nghiên cứu
hóa học và các ngành khoa học khác, ngày càng được củng cố và nâng cao giá trị.
Viên sĩ Liên Xô A.E. Phesman đã nhận xét về Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố của
Mendeleep như sau: “Những thành tựu đang được nở rộ ở khắp mọi chỗ, nơi mà các nhà
bác học đang ứng dụng Định luật tuần hoàn của Mendeleep để phân tích những hiện
tượng tự nhiên”
Nhà bác học Đan Mạch Ninsbo gọi Hệ thống tuấn hoàn là “ngôi sao chỉ đường trong
việc nghiên cứu hóa học, vật lí, khoáng vật học và kĩ thuật”
Định luật tuần hoàn các nguyên tố hoá học của Mendeleep là phát hiện có tính cách
mạng trong lĩnh vực hoá học. Sau đó, Mendeleep cũng từng dự định tiếp tục nghiên cứu
làm rõ nguyên nhân sự biến hoá có tính tuần hoàn về tính chất của các nguyên tố theo
13
nguyên tử lượng. Nhưng ông không thoát khỏi ảnh hưởng của những quan niệm truyền
thống – nguyên tố không thể chuyển hoá, không thể phân chia. Vì thế đến cuối thế kỷ
XIX, khi người ta phát hiện sự tồn tại của nguyên tố phóng xạ và điện tử, đưa ra những
chứng cứ thực nghiệm mới, chỉ ra sự biến đổi từ lượng sang chất của nguyên tử thì
Mendeleep không lợi dụng thành quả mới này tiếp tục phát triển định luật tuần hoàn của
mình, ngược lại ra sức phủ định tính phức tạp của nguyên tử và sự tồn tại khách quan của
điện tử. Việc phát hiện ra nguyên tố phóng xạ rõ ràng chứng tỏ nguyên tố có thể chuyển
hoá, nhưng ông lại nói: "Chúng ta không nên tin tính chất phức tạp của đơn chất mà
chúng ta đã biết". Ông còn tuyên bố: "Khái niệm nguyên tố không thể chuyển hoá là hết
sức quan trọng, là cơ sở của cả thế giới quan". Tuy vậy, trên cơ sở những phát hiện vĩ đại
về nguyên tố phóng xạ và điện tử, các nhà khoa học đã từng bước vạch ra bản chất của
định luật tuần hoàn các nguyên tố hoá học. Họ dựa vào những nội dung hợp lý trong định
luật tuần hoàn Mendeleep để đưa ra định luật tuần hoàn mới, khoa học hơn so với lý luận
của ông. Định luật này chỉ ra các nguyên tố trong bảng tuần hoàn được sắp xếp theo hoá
trị của nguyên tử, nguyên tử số tăng thì hoá trị của nguyên tử cũng tăng, số lượng neutron
cũng sẽ tăng. Số hoá trị và số neutron kết hợp lại thể hiện gia tăng của nguyên tử lượng.
Nhưng thực tiễn chứng minh không phải có bao nhiêu nguyên tố là có bấy nhiêu loại
nguyên tử. Trong một loại nguyên tố có đồng vị tố chứa nhiều neutron, cũng có đồng vị tố
chứa ít neutron. Nguyên tử lượng của nguyên tố là số bình quân của đồng vị tố. Hoá trị
đây chính là số lượng điện tử bên ngoài nhân nguyên tử, cũng chính là điện tích của nhân
nguyên tử, tức nguyên tử số. Từ đó giải quyết được vấn đề mà Mendeleep còn bỏ ngỏ.
Tính bảo thủ đã khiến một nhà khoa học lớn như Mendeleep thụt lùi trên con đường
nghiên cứu bí ẩn của định luật tuần hoàn, mất đi cơ hội phát triển định luật này.
Theo dòng phát triển của khoa học và với các kiểm định nghiêm túc trên cơ sở những
phát hiện vĩ đại về nguyên tố phóng xạ và điện tử, các nhà khoa học đã từng bước vạch ra
bản chất của định luật tuần hoàn các nguyên tố hoá học. Họ dựa vào những nội dung hợp
lý trong định luật tuần hoàn Mendeleep để đưa ra định luật tuần hoàn mới, khoa học hơn
so với lý luận của ông. Từ đó giải quyết được vấn đề mà Mendeleep còn bỏ ngỏ. Tuy vậy,
chắc chắn một điều rằng không ai có thể phủ nhận bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học
của Mendeleep là phát hiện có tính cách mạng trong lĩnh vực hoá học.
14
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Định luật tuần hoàn và Hệ thống tuần hoàn – Nhà xuất bản Giáo dục.
2. Hoàng Nhâm - Hóa học vô cơ Tập 1 – Nhà xuất bản Giáo dục, 2001.
3. Sách giáo khoa Hóa học 10 – Nhà xuất bản Giáo dục.
4. Cộng đồng hóa học H2VN -
5. Bách khoa toàn thư mở
6.
7.
8.
15
MỤC LỤC
!"#$%&''''(
)*+
,&!"-+.'+#,
/&!"-+01'2+,
,3-+&''''(/
,4(#5-+678
,67-+&''''(9+:;<+=>8
,,67:;9+:;''#>8
,/67$%; %9+:;;>?
/@#A3<+=?
/13**(B(3#CD?
/,@;-+CD3<+=E
/,F3E
/,,GHE
/,/1< (< E
8ICB:JK@3#L
8MNG ;OK(G L
8,PGN3L
8/1Q$R<+L
886S :L
8?<+#-+3L
8ET:#-+3< UL
?VW+-+3<+=-+&''''(X
?,PB:$R#N-+ S3#<5#+K@<+=Y
CD-+<X
?/.+Z7CB:JK@#<5K@<+=-+
S3%3Z+X
?8.+<5:@;3K@<+=-+
3$+:$R[ #+X
E;CDX
EPD;CD*X
16
E@;X
E,6\
E,PD;CD]
E,@;]
E,,6]
E/PD;(
E8@;
E8,6
E?PD;
??@;
E?,6,
L6+#^-+673<+=,
L6NN;_G+ :[ 5,
L,M3:K@-+3$+[ #+,
L/$%`[ #+_3 %/
L8 a$(; /
L? a#B=/
Mbc4cdeMU&fgT?
17
