CHƯƠNG 3 ĐỊNH LUẬT TUẦN HOÀN VÀ HTTH CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC

General Chemistry
Chương 3:Định luật tuần hoàn
và HTTH các nguyên tố hoá học
Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 2 of 35
Nội dung
3.1 Định luật tuần hoàn và điện tích hạt nhân
3.2.Bảng hệ thống tuần hoàn và các nguyên tố hóa
học và cấu trúc electron nguyên tử
3.3 Cấu trúc bảng hệ thống tuần hoàn dưới ánh sáng
cấu tạo nguyên tử
3.4 Sự thay đổi tính chất các nguyên tố trong hệ
thống tuần hòan
Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 3 of 35
3.1 Định luật tuần hoàn
và điện tích hạt nhân
•
1869, Dimitri Mendeleev
Lother Meyer
When the elements are arranged in order
of increasing atomic mass, certain sets of
properties recur periodically.
Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 4 of 35
Nội dung định luật
•
Mendeleev ch n kh i l ng ngt và tính ch t hóa h c làm ọ ố ượ ử ấ ọ
tiêu chu n h th ng hóa các nguyên t , ông cho r ng kh i ẩ để ệ ố ố ằ ố
l ng ngt quy t nh tính ch t hóa h c c a nguyên tượ ử ế đị ấ ọ ủ ố
•
“ Tính ch t c a các n ch t, thành ph n và tính ch t các ấ ủ đơ ấ ầ ấ
h p ch t c a các nguyên t hóa h c ph thu c tu n hoàn vào ợ ấ ủ ố ọ ụ ộ ầ
kh i l ng nguyên t ”ố ượ ử

•
Theo quan i m hi n i thì tính ch t c a các nguyên t đ ể ệ đạ ấ ủ ố
ph thu c vào c u trúc electron, mà s electron b ng i n tích ụ ộ ấ ố ằ đ ệ
h t nhân. Do óạ đ
•
Hi n nay nh lu t c phát bi u ệ đị ậ đượ ể “Tính ch t c a các n ấ ủ đơ
ch t, thành ph n và tính ch t các h p ch t c a các ngt hóa ấ ầ ấ ợ ấ ủ ố
h c ph thu c tu n hoàn vào i n tích h t nhân”ọ ụ ộ ầ đ ệ ạ
•
Nguyên nhân c a tính ch t tu n hoàn là do s tu n hoàn c a ủ ấ ầ ự ầ ủ
l p v electron ớ ỏ
Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 5 of 35
3.2 Bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố
và cấu trúc electron nguyên tử
•
B ng HTTH c chính th c công b n m 1871 g m ả đượ ứ ố ă ồ
66 nguyên t , chia thành 8 nhóm ng và 12 hàng ngang. ố đứ
Trong ó ông ã nh ng ô tr ng cho các nguyên t ch a đ đ để ữ ố ố ư
bi t (Se, Ga, Ge, Tc…) và d oán tính ch t c a chúngế ự đ ấ ủ
•
Sau này nhi u nguyên t khác c phát hi n và c i n ề ố đượ ệ đượ đ ề
vào nh ng ô tr ng ó. S hi n di n c a chúng không làm ữ ố đ ự ệ ệ ủ
thay i gì c b n HTTH mà kh ng nh tính úng n đổ ơ ả ẳ đị đ đắ
c a HTTHủ
•
Cho n nay có h n 400 lo i b ng HTTH khác nhau , đế ơ ạ ả
nh ng b ng HTTH d ng ng n và d ng dài là hai lo i ư ả ạ ắ ạ ạ
c th a nh n r ng rãi và hi n nay ang dùng.đượ ừ ậ ộ ệ đ
Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 6 of 35
3.2.1 Nguyên tắc sắp xếp các nguyên tố trong HTTH

•
Các nguyên t c s p x p theo tr t t t ng d n ố đượ ắ ế ậ ự ă ầ
i n tích h t nhân Z. Do s i n tích h t nhân Z trùng đ ệ ạ ố đ ệ ạ
v i s th t nguyên t , vì v y s th t c a nguyên ớ ố ứ ự ố ậ ố ứ ự ủ
t c ng cho ta bi t s electron trong nguyên tố ũ ế ố ử
•
Các nguyên t có tính ch t hoá h c gi ng nhau c ố ấ ọ ố đượ
x p trong cùng m t c t, m i c t là m t nhómế ộ ộ ỗ ộ ộ
•
M i hàng (b ng dài) c g i là m t chu k . ỗ ả đượ ọ ộ ỳ
Chu k là m t dãy các nguyên t s p x p theo s th t ỳ ộ ố ắ ế ố ứ ự
t ng d n, b t u là m t kim lo i i n hình (kim ă ầ ắ đầ ộ ạ đ ể
lo i ki m), cu i chu k là m t phi kim i n hình ạ ề ố ỳ ộ đ ể
(halogen) và k t thúc là m t khí hi mế ộ ế
Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 7 of 35


3.2.2 Các loại bảng hệ thống
3.2.2 Các loại bảng hệ thống


tuần hồn
tuần hồn
1.Bảng HTTH dạng ngắn:
+ Các nguyên tố được bố trí thành cột (nhóm) có số
thứ tự từ I – VIII gồm nhóm chính và nhóm phụ và 7 chu
kỳ (từ 1 – 7) được xếp thành 10 hàng ngang. Ngồi ra còn
có 2 hàng ngang để ngồi bảng chính là các ngun tố họ
lantanit và actinit
+ Các nhóm ngun tố được bố trí thành 8 cột dọc,

mỗi nhóm chia thành phân nhóm chính và phân nhóm phụ,
tạo nên hai hàng dọc. Các ngun tố phân nhóm chính
gồm các ngun tố điển hình được bắt đầu từ ngun tố
điển hình của chu kỳ 2 tạo cột dọc dài hơn, các ngun tố
phân nhóm phụ họp thành hàng dọc ngắn hơn bắt đầu từ
chu kỳ 4

Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 8 of 35
Baûng HTTH daïng ngaén
+ Các chu kỳ c b trí thành hàng ngang và có s th t đượ ố ố ứ ự
t 1 n 7. Chúng b t u t kim lo i ki m và k t thúc ừ đế ắ đầ ừ ạ ề ế
b ng nguyên t khí hi m.( tr chu k 1)ằ ố ế ừ ỳ
•
3 chu k u là chu k nhỳ đầ ỳ ỏ, trong ó chu k 1 là chu đ ỳ
k c bi t ch 2 nguyên t , chu k 2 và 3 u có 8 ỳ đặ ệ ỉ ố ỳ đề
nguyên t chúng u là nh ng nguyên t i n hình vì ố đề ữ ố đ ể
v y ó là ậ đ nh ng chu k i n hìnhữ ỳ đ ể
•
4 chu k sau là chu k dàiỳ ỳ . Trong óđ
- Chu k 4 và 5 có 18 nguyên t , trong ó có 8 nguyên t ỳ ố đ ố
i n hình làm thành 1 hàng ngang và 10 nguyên t phân đ ể ố
nhóm ph (nguyên t chuy n ti p) làm thành m t hàng ụ ố ể ế ộ
ngang th 2ứ
-
Prentice-Hall â 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 9 of 35
Baỷng HTTH daùng ngaộn
- Chu k 6 cú 32 nguyờn t (8 nguyờn t i n hỡnh, 10 nguyờn t
chuy n ti p v 14 nguyờn t h lantanit), chỳng c b trớ trờn
3 hng ngang
(cú 1 hng ngang c a h lantanit ngoi b ng chớnh)

- Chu k 7: v lý thuy t cú 32 nguyờn t nh ng hi n nay ch a
y (ch cú 23 nguyờn t -B ng c cú 19 nguyờn t ) g m 2
nguyờn t phõn nhúm chớnh, 7 nguyờn t chuy n ti p v 14 nguyờn
t nhúm actinit. õy l chu k d dang
Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 10 of 35
Bảng HTTH dạng ngắn
1
2
3
4
5
6
7
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
I II III
IV
V
VI VII
VIII
IA IB
IIA IIB

IIIB IIIA
IVB IVA
VB VA
VIB VIA
VIIB VIIA
VIIIB
VIIIA
(H)
Li
Na
K
Cu
Rb
Ag
Cs
Au
Fr
Be
Mg
Ca
Zn
Sr
Cd
Ba
Hg
Ra
B
Al
Sc
Ga

Y
In
La
Tl
Ac
C
Si
Ti
Ge
Zr
Sn
Hf
Pb
Ku
N
P
V
As
Nb
Sb
Ta
Bi
Ns
O
S
Cr
Se
Mo
Te
W

Po
F
Cl
Mn
Br
Tc
I
Re
At
Fe
Co Ni
Ru
Rh
Pd
Os
Ir
Pt
H
He
Ne
Ar
Kr
Xe
Rn
NHOM CAC NGUYEN TO
C
H
U
K
Y

H
A
N
G
OXIT
CAO NHAT
HYDRUA
R
2
O
RO
R
2
O
3
RO
2
R
2
O
5
R
2
O
7
RO
4
RH
RH
2

RH
3
RH
4
RO
3
LANTANIT
ACTINIT
Ce Pr Nd
Pm Sm
Eu
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Yb
Lu
Th
Pa
U
Np
Pu
Am
Cm Bk
Cf
Es
Fm
Md No

Lr
Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 11 of 35
2. Bảng hệ thống tuần hoàn dạng dài
•
M i chu k ch x p trong m t hàng (ngoài 2 h lantanit và ỗ ỳ ỉ ế ộ ọ
actinit c x p riêng) và nói chung h các nguyên t s,p,d c đượ ế ọ ố đượ
x p liên t c nhauế ụ
•
Các nhóm nguyên t tách h n thành nh ng c t riêng, trong ó phân ố ẵ ữ ộ đ
nhóm chính c g i là nhóm A còn phân nhóm ph c g i là đượ ọ ụ đượ ọ
nhóm B
•
B ng d ng dài không g n và ch t ch b ng d ng ng n, ả ạ ọ ặ ẽ ằ ạ ắ
nh ng có u i m ph n ánh c rõ ràng s phân chia các h ư ư đ ể ả đượ ự ọ
nguyên t theo c i m c u t o electronố đặ đ ể ấ ạ
Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 12 of 35
Bảng HTTH
Bảng HTTH
KL ki mề
KL ki m thề ổ
KL chuy n ti pể ế
Halogen
Khí hiếm
Lanthanides và Actinides
Nhóm chính
Nhóm chính
Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 13 of 35
3.2.3.Hệ thống tuần hoàn và cấu hình electron nguyên tử
Qua khảo sát cấu trúc e ngtử của các ngtố trong bảng HTTH,
người ta nhận thấy sự sắp xếp e trong lớp vỏ ngtử có tính tuần

hoàn.
Khi chuyển sang chu kỳ mới, các e lại bắt đầu sắp xếp vào lớp
lượng tử mới trong ngtử các nguyên tố và theo chiều tăng điện
tích hạt nhân ngtử của chúng, trật tự sắp xếp e vào các phân
lớp lượng tử lặp lại tuần hoàn.
Số e của lớp ngoài cùng hoặc của những phân lớp ngoài
cùng của ngtử các ngtố lặp lại tuần hoàn theo chiều tăng điện
tích hạt nhân ngtử của chúng
Do tính chất tuần hoàn của cấu trúc vỏ electron nên tính chất của
các đơn chất và hợp chất của các nguyên tố cũng biến đổi tuần hoàn
Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 14 of 35
Sự tuần hoàn về thể tích (cm
3
/mol)
Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 15 of 35
Ví dụ: Cấu hình e của các ngtố thuộc chu kỳ 2 và 3
Chu kỳ 2 Li Be B C N O F Ne
Sự phân
bố e
-
vào
các lớp
2/1 2/2 2/3 2/4 2/5 2/6 2/7 2/8
Sự phân bố
e
-
vào các
phân lớp
1s
2

2s
1
1s
2
2s
2
1s
2
2s
2
2p
1
1s
2
2s
2
2p
2
1s
2
2s
2
2p
3
1s
2
2s
2
2p
4

1s
2
2s
2
2p
5
1s
2
2s
2
2p
6
Chu kỳ 3 Na Mg Al Si P S Cl Ar
Sự phân
bố e
-
vào
các lớp
2/8/1 2/8/2 2/8/3 2/8/4 2/8/5 2/8/6 2/8/7 2/8/8
Sự phân
bố e
-
vào
các phân
lớp
1s
2
2s
2
2p

6
3s
1
1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
1
1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p

2
1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
3
1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
4
1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p

5
1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 16 of 35
Hệ thống tuần hoàn và cấu hình electron nguyên tử
•
Nguyên t mà trong nguyên t phân l p s ang xây d ng và ố ử ớ đ ự
hoàn t t là nguyên t s, nguyên t mà phân l p p ang xây ấ ố ố ớ đ
d ng và hoàn t t là nguyên t p. Các chu k 1, 2, 3 bao g m ự ấ ố ỳ ồ
các nguyên t s và pố . Các nguyên t s và p u thu c nhóm A ố đề ộ
(phân nhóm chính)
•
Chu k 4,5 ngoài các nguyên t s và p, còn có các nguyên t có ỳ ố ố
phân l p 3d và 4d ang xây d ng và hoàn t t ó là ớ đ ự ấ đ các nguyên
t dố thu c nhóm B (phân nhóm ph )ộ ụ
•
Chu k 6: Ngoài các nguyên t s,p,d còn có 14 ỳ ố nguyên t fố ,
chu k 7 m c dù ch a y nh ng v nguyên t c có ỳ ặ ư đầ đủ ư ề ắ
32 nguyên t t ng t nh chu k 6ố ươ ự ư ỳ
Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 17 of 35
3.3 Cấu trúc HTTH dưới ánh sáng cấu tạo nguyên
tử

3.3.1 Chu kỳ
•
Chu k là dãy các nguyên t x p theo s th t t ng d n ỳ ố ế ố ứ ự ă ầ
vi t theo chi u ngang, b t u b ng các nguyên t s ế ề ắ đầ ằ ố
(ns
1
) k t thúc b ng các nguyên t p (npế ằ ố
6
) kho ng gi a ở ả ữ
có th có các nguyên t d,fể ố
•
S th t chu k b ng s l ng t chính n c a l p ố ứ ự ỳ ằ ố ượ ử ủ ớ
electron ngoài cùng
•
Chu k 1: là chu k c bi t ch có 2 nguyên t sỳ ỳ đặ ệ ỉ ố
•
Chu k 2 và 3: là 2 chu k nh m i chu k có 8 nguyên ỳ ỳ ỏ ỗ ỳ
t g m 2 nguyên t s và 6 nguyên t pố ồ ố ố
Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 18 of 35
Chu kỳ
•
Chu k 4 và chu k 5: là 2 chu k l n m i chu k có ỳ ỳ ỳ ớ ỗ ỳ
18 nguyên t g m 2 nguyên t s, 10 nguyên t d và 6 ố ồ ố ố
nguyên t p.ố
•
Nh ng nguyên t có electron i n vào nhóm d ó là ữ ố đ ề đ
nh ng nguyên t chuy n tiữ ố ể ếp. Có 2 dãy nguyên t ố
chuy n ti p: ể ế
+ Dãy th nh t g m m i nguyên t t Sc (s 21) ứ ấ ồ ườ ố ừ ố
n nguyên t Zn (s 30) đế ố ố

+ Dãy th 2 g m 10 nguyên t t Y(39) n Cd (48)ứ ồ ố ừ đế
Các nguyên t 2 dãy trên u có có c u trúc electron ng ố đề ấ ứ
v i công th c chung ( n-1)dớ ứ
1-10
ns
2
.
Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 19 of 35
Chu kỳ
•
Chu k 6 là chu k hoàn ch nh có 32 nguyên t x p ỳ ỳ ỉ ố ế
thành 2 hàng ngang. 14 nguyên t t hi m h lantanit ố đấ ế ọ
c x p vào cùng m t ô v i nguyên t La. V c u trúc đượ ế ộ ớ ố ề ấ
electron g m có 2 nguyên t s, 14 nguyên t f, 10 nguyên ồ ố ố
t nhóm d và 6 nguyên t p .ố ố
•
Chu k 7 là chu k ch a k t thúc, m i có 19 nguyên t ỳ ỳ ư ế ớ ố
c tìm th y g m có 2 nguyên t s, 14 nguyên t f và đượ ấ ồ ố ố
m t s nguyên t d. Chu k 7 gi ng nh chu k 6 có ộ ố ố ỳ ố ư ỳ
14 nguyên t t hi m h actinit x p cùng ô v i ố đấ ế ọ ế ớ
nguyên t Ac.ố
Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 20 of 35
3.3.2 Nhóm

Nhóm g m các nguyên t có s electron l p ngoài cùng ồ ố ố ở ớ
ho c c a nh ng phân l p ngoài cùng gi ng nhauặ ủ ữ ớ ố

S electron l p ngoài cùng ho c nh ng phân l p ố ở ớ ặ ở ữ ớ
ngoài cùng b ng s th t c a nhómằ ố ứ ự ủ


Riêng m t s nguyên t nh :Co, Ni, Ir, Pt, tuy có s e ộ ố ố ư ố
các phân l p ngoài cùng l n h n 8 v n t nhóm ở ớ ớ ơ ẫ đặ ở
VIII

Các nguyên t thu c h lantanit và actinit có c u t o ố ộ ọ ấ ạ
c bi t, các electron ang và ã xây d ng phân l p (n-đặ ệ đ đ ự ở ớ
2)f nh ng c t nhóm III cùng ô v i lantan ư đượ đặ ở ớ
(La) và actini (Ac)
Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 21 of 35
3.3.3 Phân nhóm
° Phân nhóm g m các ngun t có c u trúc electron l p ồ ố ấ ở ớ
ngồi cùng ho c c a nh ng phân l p ngồi cùng gi ng nhauặ ủ ữ ớ ố
°Phân nhóm chính (nhóm A) gồm các ngtố s và p, c u ấ
hình e l p ngồi cùng là nsở ớ
x
ho c nsặ
2
np
x-2
, chúng luôn có
số e ngoài cùng bằng số nhóm (x là s th t phân nhóm)ố ứ ự
° Phân nhóm phụ (nhóm B) là các kim lo iạ (những ngun
tố chuyển tiếp) là các ngun t ố d, có c u hìnhấ electron các
phân l p ngồi cùng là (n-1)dớ
1-10
ns
2
( có m t s ngo i l Cu, ộ ố ạ ệ
Ag, Au,… có c u hình (n-1)dấ
10

ns
1
)
Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 22 of 35
-Ngồi ra còn có các ngun t phân nhóm ph th c p, ngun t f,ố ụ ứ ấ ố
những nguên tố nằm ngoài bảng HTTH , có c u hình e các ấ ở
phân l p ngồi cùng làớ ( n-2)f
1-14
(n-1)d
0-1
ns
2
- Ghi chú: Các ngun t Zn, Cd, Hg có c u hình electron là dố ấ
10,
chúng
khơng c coi là ngun t chuy n ti p c ng khơng ph i là đượ ố ể ế ũ ả
kim lo i i n hìnhạ đ ể
•

Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 23 of 35
Group 1A: The Alkali Metals
Na
Li
K
-
Alkali metals emit characteristic colors when placed
in a high temperature flame.
Nhóm nguyên tố
Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 24 of 35
Nhận xét:

•
Sự dài ngắn khác nhau của các chu kỳ là do thứ tự
sắp xếp e vào các orbital ngtử trong chúng khác nhau
gây nên.
•
Electron lớp ngoài cùng của các nguyên tố sắp xếp
theo quy luật ns
1-2
, np
1-6
, (n – 1)d
1-10
, (n – 2) f
1-14
.
•
Các ngtố trong một phân nhóm luôn có cấu hình e
ngoài cùng bằng nhau và có tính chất tương tự nhau.
•
Biết được cấu hình e ta có thể xác đònh được vò trí và
tính chất của chúng
Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 10 Slide 25 of 35
3.4.4 Ô
•
Ô là v trí c th c a m t nguyên t , ch rõ to c a nguyên t ị ụ ể ủ ộ ố ỉ ạ độ ủ ố
trong HTTH. Nó chính là s th t c a nguyên t và c ng là ố ứ ự ủ ố ũ
i n tích h t nhân c a nguyên t , ch s th t c a chu k s đ ệ ạ ủ ố ỉ ố ứ ự ủ ỳ ố
th t nhóm…ứ ự
•
L u ý: trong HTTH các nguyên t f (h lantanit và actinit c ư ố ọ đượ

x p vào nhóm IIIB và c ngoài b ng chính. Vì v y th t ế đượ để ả ậ ứ ự
c a các ô trong HTTH c a b ng chính không x p m t cách liên ủ ủ ả ế ộ
t cụ