CẨm nang sử DỤng bảng tuần hoàn các nguyên tố HÓa học nhà xuất bảN Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh

Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học đã được Nhà Bác học Menđeleep (người Nga) phát minh năm 1869 lúc ông 35 tuổi, sau đó các nghiên cứu khoa học đã dần bổ sung thêm các nguyên tố mới tìm ra.

Việc phát minh ra định luật tuần hoàn và bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học có giá trị to lớn không những đối với hóa học, mà cả đối với triết học.

Ở Việt Nam ta có một số mẫu Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học dùng cho giáo viên và học sinh trong các Trường phổ thông và Đại học (Ví dụ như: Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học đã có ở sách giáo khoa lớp 10 (ban cơ bản và ban nâng cao) và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học do NXB Giáo dục Việt Nam ấn hành).

1. Những mặt hạn chế của Bảng tuần hoàn hiện hành

Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học đã có ở sách giáo khoa lớp 10 (ban cơ bản và ban nâng cao) và Hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học do NXB Giáo dục Việt Nam ấn hành hiện nay: Chỉ dùng tra cứu những thông tin có trong bảng như Kí hiệu nguyên tố. Tên nguyên tố. Số hiệu nguyên tử. Nguyên tử khối trung bình. Độ âm điện. Cấu hình electron. Số oxi hóa. Sắc màu của khối các nguyên tố s, p, d, f.

Qua nhiều năm giảng dạy và dự giờ của thầy cô bộ môn Hóa học ở Trường phổ thông và việc học tập của học sinh, cho thấy họ gặp nhiều khó khăn trong việc dạy và học, rất vất vả khi nghiên cứu về phần này, không thấy được đầy đủ những yếu tố biến đổi tuần hoàn theo nhóm A và theo chu kì (vì trong Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học không thể hiện).

Vì vậy cần sáng tạo ra một giải pháp để khắc phục những khó khăn trên, bổ sung kịp thời, giúp ích cho việc dạy và học tốt hơn, đó là dùng “Cẩm nang sử dụng bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học” để dạy và học.

2. Sáng tạo mới của Cẩm nang sử dụng Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học:

2.1. “Cẩm nang sử dụng Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học” do Nhà giáo Phạm Đức Bình, giáo viên Hoá Trường THPT Trần Nguyên Hãn, TP. Vũng Tầu nghiên cứu và đề xuất, có đầy đủ những thông tin như Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học hiện có. Đồng thời nó đưa các thông tin biến đổi các yếu tố theo Chu kì và Nhóm các nguyên tố hiển thị vào trong bảng, bằng các kí hiệu qui định của bộ môn Hóa học như: Lực hút giữa hạt nhân và vỏ nguyên tử: F. Bán kính nguyên tử: R. Năng lượng ion hóa: I. Độ âm điện: x

2.2. Các yếu tố biến đổi

• 
  Khi đi từ đầu chu kì đến cuối chu kì có 11 yếu tố biến đổi.
  

• 
  Khi đi từ trên xuống dưới nhóm A có 9 yếu tố biến đổi
  

- Bán kính nguyên tử tăng dần. Năng lượng ion hóa giảm dần. Độ âm điện giảm dần

- Tính axit của các oxit (R₂O_n) và hiđroxit [R(OH)_n] giảm dần. Tính bazơ của các oxit (R₂O_n) và hiđroxit [R(OH)_n] tăng dần

• 
  Hiển thị các thông tin:
  

• 
  Nhóm IA, IIA, He: Khối các nguyên tố s
  
• 
  Nhóm IIIA VIIIA: Khối các nguyên tố p
  
• 
  Nhóm IB VIIIB: Khối các nguyên tố d
  

2.3. Tiến bộ hơn so với kỹ thuật đã biết trước đó: Dưới ánh sáng của Thuyết cấu tạo nguyên tử bổ sung và làm sáng tỏ minh bạch hơn các nội dung của Định luật tuần hoàn:

- Cấu tạo vỏ nguyên tử và các yếu tố: F, R, I, x của nguyên tử các nguyên tố, tính chất của các nguyên tố, tính chất của các đơn chất, tính chất của các hợp chất, thành phần các hợp chất tạo nên từ các nguyên tố đó đều biến đổi tuần hoàn theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân nguyên tử.

- Giáo viên dễ dàng truyền thụ kiến thức, hình thành các kiến thức cần đạt được về tính chất của các nguyên tố, tính chất của các đơn chất, tính chất của các hợp chất, thành phần các hợp chất, dễ dàng so sánh tính chất của chúng với nhau. Giáo viên dễ trình bày bài giảng, giúp cho thầy cô thuận lợi khi dạy (không bị sai sót), tiết kiệm được thời gian khi giảng. Học sinh dễ tiếp thu và vận dụng kiến thức, học ít mà hiểu nhiều.

- Học sinh tự nghiên cứu, suy luận, dự đoán tính chất của các nguyên tố, tính chất của các đơn chất, tính chất của các hợp chất, thành phần các hợp chất. Dễ dàng chủ động so sánh tính chất của chúng với nhau.

- Dễ dạy, dễ học, dễ vận dụng.

CẨM NANG SỬ DỤNG BẢNG TUẦN HOÀN CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC

Do thời điểm lịch sử mà định luật tuần hoàn chưa dựa vào thành tựu của thuyết cấu tạo nguyên tử để nêu ra nguyên nhân trực tiếp dẫn đến sự biến đổi tuần hoàn 4 yếu tố: tính chất của các nguyên tố, tính chất của các đơn chất, tính chất của các hợp chất, thành phần các hợp chất. Giải pháp cũ chưa thể hiện được những yếu tố biến đổi tuần hoàn theo nhóm A và theo chu kì. Đặc biệt chưa thể hiện sự biến đổi tuần hoàn cấu tạo vỏ nguyên tử (đây chính là nguyên nhân làm cho tính chất của các nguyên tố, tính chất của các đơn chất, tính chất của các hợp chất, thành phần các hợp chất… biến đổi tuần hoàn).

Vì vậy cần sử dụng và phát huy hiệu quả thiết bị “Cẩm nang sử dụng bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học” để khắc phục những thiếu sót trên, bổ sung kịp thời, giúp ích cho việc dạy và học bộ môn hóa học tốt hơn.

I. DỰA VÀO THUYẾT CẤU TẠO NGUYÊN TỬ KHẮC SÂU CÁC YẾU TỐ BIẾN ĐỔI TUẦN HOÀN

1. Sự biến đổi tuần hoàn cấu tạo vỏ nguyên tử

Vì tính chất hóa học của các nguyên tố phụ thuộc vào cấu tạo lớp vỏ nguyên tử (cấu hình electron) của chúng, nên cùng với sự biến đổi của số điện tích hạt nhân các electron được phân bố một cách tuần hoàn trên các lớp và các phân lớp, vì vậy các tính chất các nguyên tố phụ thuộc một cách tuần hoàn vào số điện tích hạt nhân.

a. Các nhóm A: Cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử các nguyên tố trong cùng một nhóm A giống nhau và được lặp đi lặp lại sau mỗi chu kì (biến đổi tuần hoàn). Đó là nguyên nhân của sự biến đổi tuần hoàn về tính chất của các nguyên tố.

b. Các chu kì: Cấu hình electron hóa trị được lặp đi lặp lại ở các chu kì (biến đổi tuần hoàn). Đó là nguyên nhân của sự biến đổi tuần hoàn về tính chất của các nguyên tố.

a. Trong cùng chu kì: Từ đầu đến cuối chu kì lực hút giữa hạt nhân & lớp vỏ nguyên tử của các nguyên tố tăng. Điều này được giải thich bằng sự tăng điện tích hạt nhân trong khi số lớp electron không thay đổi.

b. Trong cùng một nhóm A: Từ trên xuống dưới nhóm A lực hút giữa hạt nhân & lớp vỏ nguyên tử của các nguyên tố giảm. Điều này được giải thich bằng sự tăng số lớp electron.

Kết luận: Lực hút giữa hạt nhân & lớp vỏ nguyên tử (F) của các nguyên tố nhóm A biến đổi tuần hoàn theo chiều tăng của số điện tích hạt nhân.

3. Sự biến đổi tuần hoàn bán kính nguyên tử (R) (Hình 1)

a. Trong cùng chu kì:

Các nguyên tố A có bán kính lí thuyết cũng giảm khi số điện tích hạt nhân tăng.

b. Trong cùng một nhóm A:

Bán kính nguyên tử tăng từ trên xuống dưới vì số lớp electron tăng.

Tuy nhiên, đối với những nguyên tố thuộc cùng một nhóm trong hai chu kì 6 và 7 thì không có sự khác nhau nhiều về bán kính vì ngoài các nguyên tố d còn có 14 nguyên tố f nên có sự giảm nhiều về bán kính do số điện tích tăng.

a. Trong cùng chu kì: Từ đầu đến cuối chu kì năng lượng ion hóa tăng. Điều này được giải thich bằng sự tăng điện tích hạt nhân trong khi số lớp electron không thay đổi.

Trong cùng một chu kì, các kim loại kiềm có năng lượng ion hóa nhỏ vì khi cho một electron để trở thành ion dương thì ion này có cấu hình vững bền của khí trơ đứng trước: M (ns¹) M⁺ (ns⁰)

Các khí hiếm có cấu hình vững bền nên có năng lượng ion hóa lớn nhất so với các

nguyên tố trong cùng chu kì. Đối với các nguyên tố d cũng có sự tăng năng lượng ion hóa trong cùng một chu kì khi số điện tích Z tăng.

b. Trong cùng một nhóm A:

Từ trên xuống dưới nhóm A năng lượng ion hóa nói chung giảm. Điều này được giải thich bằng sự tăng khoảng cách từ hạt nhân đến electron ngoài cùng khi số lớp electron tăng. Ví dụ: I (Li) = 5,390 eV, I (Cs) = 3,893 eV.

Cs có năng lượng ion hóa nhỏ nhất nên thường được sử dụng làm tế bào quang điện. Năng lượng ion hóa I₂ cũng biến thiên một cách tuần hoàn. Tuy nhiên các cực tiểu hay cực đại của I₂ được chuyển đi một nhóm.

a. Trong cùng chu kì: Từ đầu đến cuối chu kì độ âm điện của nguyên tử các nguyên tố thường tăng

b. Trong cùng một nhóm A:

Từ trên xuống dưới nhóm A độ âm điện của nguyên tử các nguyên tố nói chung thường giảm.

Đối với các nguyên tố nhóm IIIA, IVA,VA vì giữa các nguyên tố thuộc các chu kì dài còn có những nguyên tố thuộc các nhóm B nên sự biến đổi độ âm điện thường có một số ngoại lệ không theo qui luật chung (Ví dụ Ga, In lại có độ âm điện lớn hơn Al).

Kết luận: Độ âm điện của nguyên tử các nguyên tố nhóm A biến đổi tuần hoàn theo chiều tăng của số điện tích hạt nhân.

6. Sự biến đổi tuần hoàn tính kim loại và phi kim.

a. Trong cùng chu kì: Từ đầu đến cuối chu kì tính kim loại của các nguyên tố giảm dần, đồng thời tính phi kim tăng dần.

Ví dụ : Xét chu kì 3, tính kim loại Na > Mg, nên mức độ phản ứng khác nhau: Na tác dụng mãnh liệt, bốc cháy trên mặt nước, Mg tác dụng chậm với nước ở nhiệt độ cao.

b. Trong cùng một nhóm A: Từ trên xuống dưới nhóm A tính kim loại của các nguyên tố tăng dần, đồng thời tính phi kim giảm dần.

Ví dụ: Xét nhóm IA, tính kim loại Li < Na < K < Rb < Cs, nên mức độ phản ứng khác nhau: Trong không khí Li, Na, K bị oxi hóa nhanh ở nhiệt độ thường còn Rb và Cs tự bốc cháy.

Kết luận: Tính kim loại và tính phi kim của các nguyên tố nhóm A biến đổi tuần hoàn theo chiều tăng của số điện tích hạt nhân.

7. Sự biến đổi tuần hoàn hóa trị các nguyên tố.

Trong cùng chu kì: Hóa trị cao nhất của một nguyên tố đối với oxi tăng từ 1 đến 7, hóa trị của các phi kim với hiđro giảm từ 4 đến 1. Điều đó được lặp đi lặp lại sau mỗi chu kì (biến đổi tuần hoàn).

a. Trong cùng chu kì: Từ đầu đến cuối chu kì tính bazơ của oxit và hiđroxit tương ứng giảm dần đồng thời tính axit của chúng tăng dần.

b. Trong cùng một nhóm A: Từ trên xuống dưới nhóm A tính bazơ của oxit và hiđroxit tương ứng tăng dần đồng thời tính axit của chúng giảm dần.

Kết luận: Tính axit - bazơ của các oxit và hiđroxit tương úng của các nguyên tố nhóm A biến đổi tuần hoàn theo chiều tăng số điện tích hạt nhân.

II. TÓM TẮT





IA, IIA & He: Khối các nguyên tố s

IIIA VIIIA: Khối các nguyên tố p

IB VIIIB: Khối các nguyên tố d

(Trừ Họ Lantan & họ Actini là khối các nguyên tố f).

Dựa vào thành tựu của thuyết cấu tạo nguyên tử khẳng định nguyên nhân cơ bản làm tính chất của các nguyên tố và đơn chất, cũng như thành phần và tính chất của các hợp chất tạo nên từ các nguyên tố đó biến đổi tuần hoàn theo chiều tăng của số điện tích hạt nhân nguyên tử, đó là do sự biến đổi tuần hoàn cấu tạo vỏ nguyên tử và các yếu tố: Lực hút giữa hạt nhân và vỏ nguyên tử ( F), bán kính nguyên tử (R), năng lượng ion hóa (I), độ âm điện (X). Bổ sung cơ sở lí thuyết và làm sáng tỏ các nội dung của định luật tuần hoàn. Khi có Cẩm nang sử dụng bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học: Chúng ta dễ dàng thấy được có 9 yếu tố biến đổi tuần hoàn theo nhóm A và 11 yếu tố biến đổi tuần hoàn theo chu kì. Chúng có quan hệ Nhân Quả với nhau rất chặt chẽ. Giáo viên dễ dàng truyền thụ kiến thức về tính chất của các nguyên tố, tính chất của các đơn chất, tính chất của các hợp chất, thành phần các hợp chất; giải thích, so sánh tính chất của chúng với nhau. Dạy cho học sinh cơ sở giải thích, so sánh, dự đoán tính chất các nguyên tố, các đơn chất, các hợp chất, thành phần các hợp chất…Giáo viên dễ dàng cho học sinh nắm được các qui luật cơ bản của phép biện chứng duy vật trong triết học: Lượng đổi Chất đổi, phủ định của phủ định.