Chuong 2 Thay Vien

1. 9/8/2014
1
ĐỊNH LUẬT TUẦN HOÀN, HỆ THỐNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC
Hóa Đại Cương
2
Định luật tuần hoàn
1
Cấu trúc hệ thống tuần hoàn (HTTH)
2
Sự thay đổi tính chất các nguyên tố trong HTTH.
3
NỘI DUNG
Hóa Đại Cương
3
ĐL Tuần Hoàn Mendeleev
Tính chất các đơn chất cũng như tính chất và dạng các hợp chất của những nguyên tố phụ thuộc tuần hoàn vào điện tích hạt nhân nguyên tử của các nguyên tố.
Hóa Đại Cương
4
4
Hóa Đại Cương
5
CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG TUẦN HOÀN
Chu kỳ: Có 7 chu kỳ, 17
Nhóm:
Các nhóm nguyên tố được bố trí thành cột từ I – VIII.
Mỗi nhóm chia thành phân nhóm chính (phân nhóm A) và phân nhóm phụ (phân nhóm B).
Ô:
Vị trí của nguyên tố.
Số thứ tự của ô  điện tích hạt nhân của nguyên tố.
Hóa Đại Cương
6
Chu kỳ:
Chu kỳ là dãy liên tục các nguyên tố sắp xếp theo hàng ngang.
Trong chu kỳ, các họ ng. tố s p, d, f sắp xếp liên tục nhau.
Số thứ tự chu kỳ = số lượng tử chính n (số lớp electron).
Chu kỳ I:
Có 2 nguyên tố: H (1s1) và He (1s2).
Chu kỳ II & III:
Mỗi chu kỳ có 8 nguyên tố: 2 (s) + 6 (p); 2s1  2s22p6.
CHU KỲ

2. 9/8/2014
2
Hóa Đại Cương
7
Chu kỳ IV, V: Có 18 nguyên tố (8 ng. tố pnc + 10 ng. tố chuyển tiếp):
2 (s) + 10 (d) + 6 (p)
 2(ns1,2) + 10 ns2(n-1)d110 +6 (np16)
Chu kỳ VI: Có 32 nguyên tố (8 ng. tố pnc + 10 ng. tố chuyển tiếp+ 14 ng. tố lantanic))
2(s)+14(f)+10(d)+6(p)
 2(ns1,2) + 14 (6s2 4f110)+10(6s2 5d110)+6 (p16)
CHU KỲ
Hóa Đại Cương
8
Chu kỳ VII:
Có 31 nguyên tố, bao gồm 7 ng tố chính, 10 ng tố chuyển tiếp và 14 ng tố actinide.
CHU KỲ
Hóa Đại Cương
9
Nguyên tố họ s (ns1,2): e- cuối cùng điền vào phân mức s ngoài cùng.
ns1 – kim loại kiềm,
ns2 – kim loại kiềm thổ
Các nguyên tố họ p (ns2np1-6) : e- cuối cùng điền vào phân mức p ngoài cùng
ns2np1
ns2np2
ns2np3
ns2np4
ns2np5
ns2np6
B - Al
C - Si
N - P
O - S
Halogen
Khí trơ
CÁC HỌ NGUYÊN TỐ
Hóa Đại Cương
10
Các nguyên tố họ d, (n-1)d1-10ns1,2 :
Có electron điền vào ON (n-1)d.
KL chuyển tiếp.
Các nguyên tố họ f (n-2)f1-14(n-1)d 0-10ns2 :
Có electron điền vào ON (n-2)f
Các nguyên tố đất hiếm:
4f1 – 14 :Lanthanides 5f1 – 14 :actinides
CÁC HỌ NGUYÊN TỐ
Hóa Đại Cương
11
 Nhóm:
Các nhóm nguyên tố được bố trí thành cột từ I – VIII.
Mỗi nhóm chia thành phân nhóm chính (phân nhóm A) và phân nhóm phụ (phân nhóm B).
8 phân nhóm chính A (nguyên tố họ s và p)
8 phân nhóm phụ B (nguyên tố họ d và f)
Lưu ý: Trong HTTH các nguyên tố f (họ lanthanide và actinide được xếp vào nhóm IIIB và được để ngoài bảng chính.
NHÓM
Hóa Đại Cương
12
PHÂN NHÓM
Nhóm
Ng tố s, p
Ng tố d
I
ns1
(n-1)d10ns1
II
ns2
(n-1)d10ns2
III
ns2np1
(n-1)d1ns2
IV
ns2np2
(n-1)d2ns2
V
ns2np3
(n-1)d3ns2
VI
ns2np4
(n-1)d5ns1
VII
ns2np5
(n-1)d5ns2
VIII
ns2np6
(n-1)d6,7,8ns2
Tổng số e- của lớp/phân lớp ngoài cùng = STT của nhóm ?

3. 9/8/2014
3
Hóa Đại Cương
13
Số thứ tự PN chính = tổng số e ở lớp ngoài cùng
(tổng số e- hóa trị).
IA
IIA
IIIA
IVA
VA
VIA
VIIA
VIIIA
ns1
ns2
ns2np1
ns2np2
ns2np3
ns2np4
ns2np5
ns2np6
Gồm các nguyên tố s hoặc p, electron ở lớp ngoài cùng tương ứng với nsx hoặc ns2npx-2.
PHÂN NHÓM CHÍNH A
Hóa Đại Cương
14
Gồm các nguyên tố d có công thức electron ở lớp ngoài cùng (n-1)dx-2ns2.
IIIB
IVB
VB
VIB
ns2(n-1)d1
ns2(n-1)d2
ns2(n-1)d3
ns2(n-1)d4
ns1(n-1)d5
VIIB
VIIIB
IB
IIB
ns2(n-1)d5
ns2(n-1)d6,7,8
ns2(n-1)d9
ns1(n-1)d10
ns2(n-1)d10
x là số thứ tự của phân nhóm (hoặc nhóm).
PHÂN NHÓM PHỤ B
Hóa Đại Cương
15
Nguyên tố d với cấu hình e hóa trị (n-1)dansb
a = 10 số nhóm = b
a < 6 số nhóm = a+b
a = 6,7,8 số nhóm = VIIIB
Nguyên tố f thuộc phân nhóm phụ IIIB
Các trường hợp công thức e- hóa trị gần bào hòa hoặc bán bão hòa:
(n-1)d4ns2  (n-1)d5ns1
(n-1)d9ns2  (n-1)d10ns1
PHÂN NHÓM PHỤ B
Hóa Đại Cương
16
Chỉ rõ tọa độ nguyên tố trong hệ thống tuần hoàn.
Khi biết vị trí của nguyên tố trong HTTH có thể xác định cấu trúc electron nguyên tử của nguyên tố đó.
Ô
Hóa Đại Cương
17
Cấu hình electron có thể xác định từ:
Số hiệu nguyên tử Z
4 số lượng tử của electron cuối cùng.
Cấu hình electron của ion tương ứng.
XÁC ĐỊNH CẤU HÌNH ELECTRON
Hóa Đại Cương
18
Cấu hình electron của Sr, Z=38
1s22s22p63s23p64s23d104p65s2
Sr ở chu kỳ 5
Sr ở phân nhóm IIA  nguyên tố s.
Cấu hình electron của V, Z=23
1s22s22p63s23p64s23d3
V ở chu kỳ 4
V ở phân nhóm VB
V thuộc họ d.
XÁC ĐỊNH TỪ SỐ HIỆU NGUYÊN TỬ Z

4. 9/8/2014
4
Hóa Đại Cương
19
Nguyên tử M có electron cuối cùng có giá trị 4 số lượng tử sau : n =3; ℓ =2; mℓ = 0; ms = - ½





mℓ = -2 -1 0 +1 +2
 Phân lớp cuối cùng: 3d8 : Ni (Z = 28): 1s22s22p63s23p64s23d8 (CK4, PN VIII B)
XÁC ĐỊNH TỪ 4 SỐ LƯỢNG TỬ CỦA e- CUỐI CÙNG
SỰ THAY ĐỔI TÍNH CHẤT CÁC NGUYÊN TỐ TRONG HTTH
Hóa Đại Cương
21
Trong cùng chu kỳ:
Số lớp e- không thay đổi, tổng số e- lớp ngoài cùng tăng Lực hút của hạt nhân đối với e- tăng (khả năng nhường electron giảm).
Tính kim loại giảm.
Tính khử của các nguyên tử giảm.
Đầu chu kỳ
Cuối chu kỳ
Tính kim loại giảm
Tính phi kim loại giảm
TÍNH OXY HÓA KHỬ
Hóa Đại Cương
22
Trong cùng phân nhóm:
Cấu trúc e- hóa trị tương tự nhau  tính chất hóa học tương tự nhau.
Số lớp electron tăng lực hút giữa electron với hạt nhân giảm, khả năng nhường electron tăng.
Tính kim loại tăng, tính phi kim loại giảm.
Tính khử tăng, tính oxy hóa giảm.
TÍNH OXY HÓA KHỬ
Hóa Đại Cương
23
Trong chu kỳ: Từ trái sang phải, bán kính nguyên tử giảm dần (do Z tăng, n không đổi).
Ở các chu kỳ lớn: Sự thay đổi không rõ ràng.
Nguyên nhân ?
Là do electron sắp xếp trên các orbital gần lớp ngoài cùng nên có hiệu ứng chắn đối với electron ở lớp ns lực hút giữa các hạt nhân và electron lớp ngoài cùng thay đổi không rõ ràng.
BÁN KÍNH NGUYÊN TỬ
Hóa Đại Cương
24
Trong phân nhóm: Từ trên xuống, do số lớp electron tăng hiệu ứng chắn tăng R tăng .
Phân nhóm phụ: Nguyên tố 1 đến ng tố 2, bán kính nguyên tử tăng, sau đó hầu như không tăng. Chú ý:
R tăng khi lực hút hạt nhân đối với e- ngoài cùng giảm.
Bán kính ion có xu hướng biến thiên giống nguyên tử.
BÁN KÍNH NGUYÊN TỬ

5. 9/8/2014
5
Hóa Đại Cương 25
25
Giảm dần
Tăng dần
Hóa Đại Cương 26
Ví dụ:
Sắp xếp các nguyên tố sau đây theo chiều tăng dần bán
kính nguyên tử.
55Cs, 9F, 19K, 17Cl
Giải:
F và Cl : ở nhóm VIIA: F<Cl
Na và Cl ở chu kỳ 3: Na>Cl.
Na, K và Cs ở nhóm IA: Na<K<Cs

F<Cl< K< Cs
BÁN KÍNH NGUYÊN TỬ
Hóa Đại Cương 27
Ví dụ:
Sắp xếp các nguyên tố sau đây theo chiều tăng dần bán
kính nguyên tử.
a) Al (z=13), C (z=6), Si (z=14)
b) Na (z=11), Be (z=4), Mg (z=12)
Giải:
C<Si<Al
Be<Mg<Na
BÁN KÍNH NGUYÊN TỬ
Hóa Đại Cương 28
 Lực hút đối với e-:~
R cation< R ng tử < R anion
 Cation của cùng ng tố: R giảm theo chiều tăng điện
tích ion.
 Các ion trong cùng phân nhóm có cùng điện tích
ion, bán kính tăng theo chiều tăng địên tích hạt
nhân nguyên tử.
e
Z
BÁN KÍNH ION
Hóa Đại Cương 29
 Các ion đẳng electron, cation có bán kính nhỏ hơn
anion (do Z của anion nhỏ hơn cation) .
Ví dụ r Na+< rF-
 Các cation đẳng e: Bán kính các cation (3+) nhỏ hơn
cation (2+) và nhỏ hơn cation (1+).
Ví dụ r Al3+ < r Mg2+ < r Na+
 Anion đẳng e: điện tích anion (-1) < anion (-2)
Ví dụ : r F- < r O-2
BÁN KÍNH ION
Hóa Đại Cương 30
 Năng lượng ion hóa (I): là năng lượng tối thiểu cần để
tách 1 electron ra khỏi nguyên tử khí.
Xk + I = X+
k + 1e
 I càng nhỏ ng tử càng dễ nhường electron tính kim
loại và tính khử của nguyên tố càng mạnh.
 Đơn vị của I: eV, hoặc kcal/mol hoặc kJ/mol.
 Năng lượng ion hóa (I) phụ thuộc vào: Z, n, mức độ
chắn và mức độ xâm nhập.
NĂNG LƯỢNG ION HÓA

6. 9/8/2014
6
Hóa Đại Cương
31
Trong một PNC: Số lớp e ↑ hiệu ứng chắn↑ → I↓.
Trong một chu kỳ: Z↑ → lực hút hạt nhân lên e ↑ → I ↑
Đối với nguyên tử nhiều electron, ngoài năng lượng ion hoá thứ nhất (I1) còn có năng lượng ion hoá thứ hai (I2), thứ ba (I3)…
I1 < I2 < I3…
NĂNG LƯỢNG ION HÓA
Hóa Đại Cương
32
NĂNG LƯỢNG ION HÓA
Ví dụ:
Al (k)  Al+(k) + e-, I1=580 kJ/mol
Al+ (k)  Al2+(k) + e-, I2=1815 kJ/mol
Al2+ (k)  Al3+(k) + e-, I3=2740 kJ/mol
Al3+ (k)  Al4+(k) + e-, I4=11600 kJ/mol
Hóa Đại Cương
33
NĂNG LƯỢNG ION HÓA
Hóa Đại Cương
34
NĂNG LƯỢNG ION HÓA
Hóa Đại Cương
35
Các ngoại lệ:
IE của các nguyên tố ở phân nhóm IIIA (ns2np1) nhỏ hơn IE của các nguyên tố ở phân nhóm IIA (ns2).
Do khả năng xâm nhập của e- ngoài cùng của nguyên tố IIA mạnh hơn.
IE của các nguyên tố ở phân nhóm VIA (ns2np4) nhỏ hơn IE của các nguyên tố ở phân nhóm VA (ns2np3).
Do lực đẩy của cặp electron ghép đôi  dễ tách electron của ng tố VIA hơn tách 1 electron từ các orbital chứa e- độc thân của ng tố VA.
NĂNG LƯỢNG ION HÓA
Hóa Đại Cương
36
Ví dụ: Sắp xếp theo thứ tự tăng dần năng lượng ion hóa thứ nhất của các nguyên tố sau Na (z=11), Mg (z=12), Al (z=13), Si (z=14)
Giải: Si (Z=14), e- configuration: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 IE1 (Na)< IE1 (Mg), IE1 (Al) < IE1 (Si) Al (1s2 2s2 2p6 3s2 3p1)  IE1 (Al) < IE1 (Mg) Thus: IE1 (Na)< IE1 (Al)< IE1 (Mg)< IE1 (Si)
NĂNG LƯỢNG ION HÓA

7. 9/8/2014
7
Hóa Đại Cương 37
 Ái lực electron: là năng lượng phát ra hay thu vào khi kết
hợp 1 electron vào nguyên tử (ở thể khí).
Xk + e = X-k
 F
 Ái lực electron (F) đặc trưng cho khả năng nhận electron
của nguyên tử.
 F có giá trị càng âm thì nguyên tử càng dễ nhận e, do đó
tính phi kim và tính oxi hóa của nguyên tố càng mạnh.
ÁI LỰC ELECTRON
Hóa Đại Cương 38
 Trong một chu kỳ: Từ trái sang phải F của các
nguyên tố thường tăng theo chiều tăng Z.
 Trong một nhóm: Từ trên xuống, F của các
nguyên tố giảm dần.
 Các nguyên tố của cấu hình s2, s2p6, s2p3 có F nhỏ
khi có dươcoù F nhỏ, có khi dương
 Ái lực e- của X = - (năng lượng ion hóa của X- ):
  
X X F I
ÁI LỰC ELECTRON
Hóa Đại Cương 39
 Trong moät chu kì: töø traùi sang phaûi F cuûa caùc ngtoá
thường taêng theo chieàu taêng Z.
 Trong moät nhoùm: töø treân xuoáng, F cuûa caùc ngtoá
giaûm daàn.
 Caùc ngtoá coù caáu hình s2, s2p6, s2p3 coù F nhỏ, coù khi
dương
 Ái lực e- của X = - (năng lượng ion hóa của X- ):
  
X X F I
ÁI LỰC ELECTRON
Hóa Đại Cương 40
 Độ âm điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng
hút mật độ electron về phía mình khi tạo liên kết
với nguyên tử của ng tố khác.
 Nguyên tử của nguyên tố có độ âm điện lớn hơn
sẽ hút e về phía mình khi tương tác với nguyên
tử của nguyên tố khác có độ âm điện nhỏ hơn.
ĐỘ ÂM ĐIỆN
Hóa Đại Cương 41
 Trong 1 chu kỳ theo chiều tăng điện tích hạt nhân,
độ âm điện tăng.
 Trong mỗi nhóm, độ âm điện giảm.
 Các nguyên tố s nhóm I có  nhỏ, các ng.tố p nhóm
7 có  lớn nhất.
ĐỘ ÂM ĐIỆN
Hóa Đại Cương 42
Theo Milliken:
Độ âm điện  :
χ = ½ (IA + FA)
Phương pháp này không xác định được hết độ âm
điện của tất cả các nguyên tố vì không biết đầy đủ ái
lực đối với electron của tất cả các nguyên tố
CÁCH XÁC ĐỊNH ĐỘ ÂM ĐIỆN

8. 9/8/2014
8
Hóa Đại Cương 43
Theo Pauling ( 1932):
Độ âm điện xác định dựa trên năng lượng liên kết của các
liên kết tương ứng.
A B A A B B E E E     
2 ( ) A B A A B B A B E  E  E E  const     
Nếu liên kết A-B không có cực thì E=0.
Nếu liên kết A-B có cực thì E0
EA-B là năng lượng phân ly liên kết
CÁCH XÁC ĐỊNH ĐỘ ÂM ĐIỆN
Hóa Đại Cương 44
 Hóa trị của một nguyên tố là số e của mỗi nguyên
tử nguyên tố đó đã bỏ ra góp chung trong liên kết
cộng hóa trị hay đã cho nhận trong liên kết ion.
 Số oxy hóa là điện tích dương hay âm của ng tố
trong hợp chất được tính với giả thiết hợp chất được
tạo thành từ các ion.
SỐ OXY HÓA
Hóa Đại Cương 45
 Số oxy hóa của ng tố tự do bằng 0.
 Số oxy hóa của ion 1 ng tử = điện tích ion đó.
 Số oxy hóa của kim loại kiềm luôn bằng +1, của kiềm
thổ bằng +2.
 Số oxy hóa của oxy bằng -2
 Số oxy hóa của hydro bằng +1 (các hợp chất hydrua
của kim loại hoạt động bằng -1.
CÁC NGUYÊN TẮC XÁC ĐỊNH SỐ OXY HÓA
Hóa Đại Cương 46
 Trong chu kỳ từ trái sang phải, số OXH dương cao nhất
tăng dần và bằng STT của nhóm.
 Tổng số OXH trong phân tử trung hòa của các nguyên
tố bằng 0.
CÁC NGUYÊN TẮC XÁC ĐỊNH SỐ OXY HÓA
Hóa Đại Cương 47
47