Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, hay bảng tuần hoàn Mendeleev, hay ngắn gọn bảng tuần hoàn, là một phương pháp liệt kê các nguyên tố hóa học thành bảng, liên quan mật thiết với định luật tuần hoàn.
Các nguyên tố được sắp xếp theo cấu trúc electron. Do cấu trúc electron là yếu tố quyết định các tính chất hóa học của các nguyên tố, việc sắp xếp này tạo nên sự thay đổi đều đặn của các tính chất hóa học theo các hàng và cột.
Mỗi nguyên tố được liệt kê bởi số nguyên tử và ký hiệu hóa học. Bảng tuần hoàn tiêu chuẩn cho biết các dữ liệu cơ bản nhất. Còn có nhiều các trình bày khác cho từng mục đích cụ thể hơn.
Các cố gắng ban đầu để liệt kê các nguyên tố nhằm thể hiện quan hệ giữa chúng thông thường là sắp xếp theo trật tự của nguyên tử lượng. Sự hiểu biết sâu sắc cơ bản của Mendeleev trong phát minh ra bảng tuần hoàn là sắp đặt các nguyên tố để minh họa sự tuần hoàn của các tính chất hóa học (thậm chí nếu như điều đó có nghĩa là một số nguyên tố nhất định không theo trật tự khối lượng, ví dụ Argon có nguyên tử lượng là 39,948(1) trong khi Kali là nguyên tố xếp sau nó lại chỉ có nguyên tử lượng là 39,0983(1).), và để lại các lỗ hổng cho các nguyên tố “bị bỏ sót” (chưa tìm thấy vào thời kỳ đó). Mendeleev sử dụng bảng của mình để dự đoán các tính chất của các “nguyên tố bị bỏ sót” này, và nhiều trong số chúng sau này đã được phát hiện ra là phù hợp khá tốt với các dự đoán.
Với sự phát triển của các học thuyết về cấu trúc nguyên tử (ví dụ thuyết của Henry Moseley) nó trở thành rõ ràng là Mendeleev đã sắp xếp các nguyên tố theo trật tự tăng của số nguyên tử (tức là số lượng proton trong hạt nhân). Trật tự này gần như là đồng nhất với kết quả thu được từ trật tự tăng của nguyên tử lượng.
Nhằm minh họa các thuộc tính tuần hoàn, Mendeleev đã bắt đầu các hàng mới trong bảng của mình sao cho các nguyên tố với các tính chất tương tự nhau nằm trong cùng một cột đứng (“nhóm”).
Với sự phát triển của các lý thuyết trong cơ học lượng tử hiện đại về cấu hình electron trong phạm vi nguyên tử, nó trở thành rõ ràng là mỗi hàng ngang (“chu kỳ”) trong bảng tuần hoàn tương ứng với sự điền đầy lớp lượng tử của các electron. Trong bảng ban đầu của Mendeleev, mỗi chu kỳ đều có độ dài như nhau. Các bảng ngày nay có các chu kỳ dài hơn tăng dần lên về phía cuối bảng, và nhóm các nguyên tố trong các khối s, p, d và f để thể hiện sự hiểu biết của con người về cấu hình electron của chúng.
Trong các bảng in ra, mỗi nguyên tố thường được thể hiện bằng ký hiệu nguyên tố và số nguyên tử; nhiều phiên bản còn liệt kê cả nguyên tử lượng và các thông tin khác, như cấu hình electron vắn tắt của chúng, độ âm điện và các hóa trị phổ biến nhất. Vào thời điểm năm 2005, bảng tuần hoàn chứa 116 nguyên tố hóa học mà sự phát hiện ra chúng đã được xác nhận. Trong số đó, 94 nguyên tố được tìm thấy trong tự nhiên trên Trái Đất, phần còn lại là các nguyên tố tổng hợp đã được tạo ra một cách nhân tạo trong các máy gia tốc hạt.
Tính tuần hoàn của các tính chất hóa học
Giá trị chính của bảng tuần hoàn là khả năng dự đoán các tính chất hóa học của nguyên tố, dựa trên vị trí của nó trong bảng tuần hoàn. Cũng cần lưu ý là các tính chất hóa học đó thay đổi đáng kể khi chuyển từ cột này sang cột kia hơn là khi thay đổi từ hàng này sang hàng kia.
Nhóm và chu kỳ
Nhóm
Một nhóm, còn gọi là một họ, là một cột thẳng đứng trong bảng tuần hoàn.
Các nhóm được coi là phương thức quan trọng nhất trong phân loại các nguyên tố. Trong cùng một nhóm, các nguyên tố có các tính chất rất giống nhau và thể hiện một xu hướng rõ ràng (mạnh dần lên hay yếu dần đi) trong các tính chất dọc theo chiều tăng của nhóm — các nhóm này được đặt các tên gọi chung, chẳng hạn nhóm các kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ, kim loại chuyển tiếp, halogen và khí hiếm. Một số nhóm trong bảng tuần hoàn thể hiện sự giống nhau ít hơn và/hoặc các xu hướng theo chiều đứng cũng ít hơn (ví dụ các nhóm 14 và 15). Các thuyết về cấu trúc nguyên tử trong cơ học lượng tử hiện đại giải thích rằng các nguyên tố trong cùng một nhóm có cấu hình electron như nhau trong lớp hóa trị của chúng, và đây là yếu tố lớn nhất trong việc xem xét sự giống nhau của chúng về các tính chất hóa học.
Trong 1 nhóm A, theo chiểu tăng dần của điện tích hạt nhân, tính kim loại tăng dần, tính phi kim giảm dần.
Giải thích: Trong một nhóm A, theo chiều từ trên xuống dưới, điện tích hạt nhân tăng nhưng đồng thời số lớp electron cũng tăng nhanh, chiếm ưu thế hơn nên khả năng nhận electron của nguyên tố giảm, tính phi kim giảm.[1]
Ví dụ: nhóm IA gồm các kim loại điển hình, tính kim loại tăng rõ rệt từ Li -> Cs. Cs là kim loại mạnh nhất.
Chu kỳ
Một chu kỳ là một hàng ngang trong bảng tuần hoàn gồm những nguyên tố có cùng số lớp electron. Trong một chu kì theo chiều tăng của Z, bán kính nguyên tử giảm dần, độ âm điện và năng lượng ion hóa tăng dần, do đó khả năng nhường e của nguyên tố giảm, đồng thời khả năng nhận e của nguyên tố tăng dần. Do đó trong một chu kì thì tính kim loại giảm còn tính phi kim tăng dần.
Mặc dù nhóm là cách thức thông dụng nhất để phân loại các nguyên tố, nhưng ở đây có một vài vùng trong bảng tuần hoàn mà các xu hướng theo chiều ngang và sự giống nhau trong các tính chất lại là đáng kể hơn so với các xu hướng theo chiều đứng. Điều này có thể là đúng trong khối d (hay “các kim loại chuyển tiếp”), và đặc biệt là trong khối f, trong đó các nguyên tố thuộc các nhóm lanthanoid và actinoid tạo ra hai nhóm cùng gốc giống nhau một cách đáng kể theo chiều ngang. Số chu kỳ cũng chỉ ra là có bao nhiêu lớp điện tử có trong nguyên tố thuộc chu kỳ đó.
Trong một chu kì, theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân, tính kim loại của các nguyên tố giảm dần, tính phi kim của các nguyên tố tăng dần.
Giải thích: Trong một chu kì, khi đi từ trái sang phải, điện tích hạt nhân tăng dần nhưng số lớp electron bằng nhau cho nên lực hút hạt nhân tới các electron lớp ngoài cùng tăng dần, nguyên tử dễ thu thêm electron -> tính kim loại giảm dần, tính phi kim tăng dần.
Ví dụ: Chu kì 3 bắt đầu bằng natri là một kim loại điển hình, rồi đến magie là một kim loại hoạt động mạnh nhưng kém natri, Al, một kim loại nhưng hiđrôxit mang tính chất lưỡng tính, Si là một phi kim, rồi từ P->S->Cl, tính phi kim mạnh dần, Cl là phi kim điển hình, cuối cùng là khí hiếm Ar. Qui luật trên được lặp lại trên mỗi chu kì.
Leave a Reply