Cấu tạo của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học

I. Lịch sử phát minh bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học

Năm 1789, A. Lavoisier (La-voa-di-ê, người Pháp) thực hiện xếp 33 nguyên tố hóa học thành nhóm các chất khí, kim loại, phi kim và “đất”

A. Lavoisier (1943 - 1974)

Năm 1829, J. W. Dobereiner (Đô-be-rai-nơ, người Đức) phân loại các nguyên tố thành các nhóm có tính chất hóa học giống nhau.

J. W. Dobereine (1780 - 1849)

Năm 1866, J. Newlands (Niu-lan, người Anh) đã xếp các nguyên tố hóa học theo chiều tăng khối lượng nguyên tử thành các octave (quãng tám), trong đó nguyên tố thứ tám lặp lại tính chất của nguyên tố đầu tiên.

J. Newlands (1837 - 1898)

Năm 1869, hai nhà hóa học, D. I. Mendeleev (Men-đê-lê-ép, người Nga) và J. L. Mayer (May-ơ, người Đức) đều sắp xếp các nguyên tố theo chiều tăng khối lượng nguyên tử vào các hàng và cột, bắt đầu mỗi hàng (bảng của Mendeleev) hoặc cột mới (bảng của Mayer) khi các tính chất của nguyên tố bắt đầu lặp lại. 

Sau này, các nguyên tố ở vị trí còn trống đó được tìm ra và tính chất của chúng đều phù hợp với dự đoán của Mendeleev.

Đến năm 2016, với những hiểu biết về cấu tạo nguyên tử, bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học sắp xếp 118 nguyên tố theo chiều tăng của điện tích hạt nhân nguyên tử.

II. Nguyên tắc sắp xếp các nguyên tố trong bảng tuần hoàn

Bảng tuần hoàn chứa 118 nguyên tố được sắp xếp theo các nguyên tắc sau:

• Các nguyên tố được sắp xếp theo chiều tăng dần 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 cùng số electron hóa trị trong nguyên tử được xếp thành một cột.

III. Cấu tạo của bảng tuần hoàn

1. Ô nguyên tố

Trong bảng tuần hoàn, mỗi nguyên tố được xếp vào một ô, gọi là ô nguyên tố. Số thứ tự của ô là số hiệu nguyên tử của nguyên tố đó.

Tùy theo từng loại bảng, các thông tin của một ô nguyên tố có thể là số hiệu nguyên tử, kí hiệu nguyên tố, tên nguyên tố, nguyên tử khối trung bình, …

Một ô nguyên tố

Ví dụ: Nguyên tử nguyên tố sodium có Z = 11. Nguyên tố sodium ở ô 11 trong bảng tuần hoàn.

2. Chu kì

Chu kì là dãy các nguyên tố mà nguyên tử của chúng có cùng số lớp electron, được xếp theo chiều điện tích hạt nhân tăng dần.

Bảng tuần hoàn hiện nay có 7 chu kì. Số thứ tự chu kì bằng số lớp electron của nguyên tử các nguyên tố trong chu kì.

Ví dụ: Cấu hình electron của nguyên tử nguyên tố oxygen (Z = 8): 1s²2s²2p⁴.

Nguyên tử oxygen có 2 lớp electron.

Số thứ tự chu kì = số lớp electron = 2.

→ Nguyên tố oxygen thuộc chu kì 2 trong bảng tuần hoàn.

3. Nhóm nguyên tố

Nhóm nguyên tố gồm các nguyên tố mà nguyên tử của chúng có cấu hình electron tương tự nhau, do đó có tính chất hóa học gần giống nhau và được xếp thành một cột.

Nhóm IA và nhóm IIA trong bảng tuần hoàn

Bảng tuần toàn hiện nay có 18 cột, chia thành 8 nhóm A (IA đến VIIIA) và 8 nhóm B (IB đến VIIIB). Mỗi nhóm là một cột, riêng nhóm VIIIB gồm 3 cột.

Ví dụ: Nhóm kim loại kiềm – nhóm IA, nhóm halogen – nhóm VIIA.

Nguyên tử các nguyên tố trong cùng một nhóm A có số electron hóa trị bằng nhau và bằng số thứ tự của nhóm (trừ He).

4. Phân loại nguyên tố

4.1. Theo cấu hình electron

Các nguyên tố s, p, d, f là những nguyên tố mà nguyên tử có electron cuối cùng được điền vào phân lớp s, p, d, f tương ứng.

Ví dụ: ₁₁Na: 1s²2s²2p⁶3s¹ (nguyên tố s).

Các nhóm A: gồm các nguyên tố s và nguyên tố p.

Các nhóm B: gồm các nguyên tố d và nguyên tố f.

4.2. Theo tính chất hóa học

Các nhóm IA, IIA, IIIA: gồm các nguyên tố s và p là kim loại (trừ H và B).

Các nhóm VA, VIA, VIIA: gồm các nguyên tố p, thường là phi kim.

Nhóm VIIIA: gồm các nguyên tố khí hiếm.

Các nhóm B: gồm các nguyên tố d và f đều là kim loại chuyển tiếp.

Ví dụ 1: Nguyên tố chlorine có Z = 17. Xác định vị trí của nguyên tố chlorine trong bảng tuần hoàn và cho biết chúng thuộc loại nguyên tố s, p hay d; là kim loại, phi kim hay khí hiếm.

Hướng dẫn giải

Cấu hình electron của nguyên tử nguyên tố chlorine (Z = 17): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵.

Số thứ tự ô = số electron = 17.

Số thứ tự chu kì = số lớp electron = 3.

Nguyên tử chlorine có electron cuối cùng điền vào phân lớp p nên chlorine là nguyên tố p và thuộc nhóm A.

Số thứ tự nhóm A = số electron hóa trị = 7 →nhóm VIIA.

Vậy, nguyên tố chlorine thuộc ô 17, chu kì 3, nhóm VIIA.

Nguyên tố chlorine thuộc nhóm VIIA → Chlorine là nguyên tố phi kim.

Ví dụ 2: Nguyên tố phosphorus có Z = 15, có trong thành phần của 1 loại phân bón, diêm, pháo hoa. Xác định vị trí của nguyên tố phosphorus trong bảng tuần hoàn và cho biết nguyên tố đó loại nguyên tố s, p, hay d; là kim loại, phi kim hay khí hiếm.

Hướng dẫn giải

Cấu hình electron của nguyên tử nguyên tố  phosphorus (Z = 15): 1s²2s²2p⁶3s²3p³.

Nguyên tố P có số thứ tự 15 

Nguyên tử phosphorus có electron cuối cùng điền vào phân lớp p nên phosphorus là nguyên tố p và thuộc nhóm A.

Số thứ tự nhóm A = số electron hóa trị = 5 →nhóm VA.

Vậy, nguyên tố phosphorus thuộc ô 15, chu kì 3, nhóm VA.

Nguyên tố phosphorus thuộc nhóm VIIA → Phosphorus là nguyên tố phi kim.