Giáo án Hóa học 10 - Sự biến đổi tuần hoàn tính chất của các nguyên tố hoá học định luật tuần hoàn

SỰ BIẾN ĐỔI TUẦN HOÀN TÍNH CHẤT CỦA CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC. ĐỊNH LUẬT TUẦN HOÀN Yêu cầu cần đạt được khi học sinh học xong bài này: • Thế nào là tính kim loại, tính phi kim của các nguyên tố. Sự biến đổi tuần hoàn tính kim loại và tính phi kim. Khái niệm độ âm điện. Sự biến đổi tuần hoàn độ âm điện. Sự biến đổi tuần hoàn hóa trị cao nhất với oxi và hóa trị với hidro. • Sự biến thiên tính chất oxit và hidroxit của các nguyên tố nhóm A. • Vận dụng quy luật đã biết để nghiên cứu các bảng thống kê tính chất, từ đó học được quy luật mới. I. Tính kim loại, tính phi kim - Tính kim loại là tính chất của một nguyên tố mà nguyên tử của nó dễ mất e để trở thành ion dương. Nguyên tử càng dễ mất electron, tính kim loại của nguyên tố càng mạnh. - Tính phi kim là tính chất của một nguyên tố mà nguyên tử của nó dễ thu electron để trở thành ion âm. Nguyên tử càng dễ thu electron, tính phi kim của nguyên tố càng mạnh. 1. Sự biến đổi tính chất trong một chu kì Trong một chu kì, theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân, tính kim loại của các nguyên tố yếu dần, đồng thời tính phi kim tăng dần. Giải thích: Trong một chu kì từ trái qua phải, điện tích hạt nhân tăng dần nhưng số lớp electron của các nguyên tử bằng nhau do đó lực hút của hạt nhân lên các electron lớp ngoài cùng tăng làm cho bán kính nguyên tử giảm nên khả năng dễ nhường electron giảm dần, đồng thời khả năng thu electron tăng dần. Bán kính của một số nguyên tố Xem thêm bán kính tương đối của các nguyên tố trong bảng tuần hoàn » 2. Sự biến đổi tính chất trong một nhóm A Trong một nhóm A, theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân tính kim loại của các nguyên tố mạnh dần đồng thời tính phi kim yếu dần. Giải thích: Trong một nhóm A, theo chiều từ trên xuống dưới, điện tích hạt nhân tăng nhưng đồng thời số lớp electron của các nguyên tử cũng tăng làm cho bán kính nguyên tử của các nguyên tố tăng nhanh và chiếm ưu thế nên khả năng dễ nhường electron của các nguyên tố tăng lên, đồng thời khả năng thu electron giảm dần. Xesi là nguyên tố kim loại mạnh nhất. Flo là nguyên tố phi kim mạnh nhất. 3. Độ âm điện a) Khái niệm Độ âm điện của một nguyên tử đặc trưng cho khả năng hút e của nguyên tử đó khi hình thành liên kết hóa học.
I - SỰ BIẾN ĐỔI TÍNH KIM LOẠI, TÍNH PHI KIM CỦA CÁC NGUYÊN TỐ HÓA HỌC
1. Tính kim loại, tính phi kim
Tính kim loại là tính chất của một nguyên tố mà nguyên tử của nó dễ nhường electron để trở thành ion dương.
Nguyên tử của nguyên tố nào càng dễ nhường electron, tính kim loại của nguyên tố đó càng mạnh.
Tính phi kim là tính chất của một nguyên tố mà nguyên tử của nó dễ nhận thêm electron để trở thành ion âm.
Nguyên tử của nguyên tố nào càng dễ nhận electron, tính phi kim của nguyên tố đó càng mạnh.
Thực ra không có ranh giới rõ rệt giữa tính kim loại và tính phi kim. Một cách tương đối, trong bảng tuần hoàn các nguyên tố kim loại và phi kim được phân cách bằng đường kẻ đậm (xem bảng tuần hoàn trang  4141) . Bên phải là các nguyên tố phi kim, bên trái là các nguyên tố kim loại.
2. Sự biến đổi tính kim loại, tính phi kim
Trong mỗi chu kì, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân, tính kim loại của các nguyên tố giảm dần, đồng thời tính phi kim tăng dần.
Thí dụ: Chu kì  33  bắt đầu từ nguyên tố  natri(Z=11)natri(Z=11) , một kim loại điển hình, rồi lần lượt đến  magie(Z=12)magie(Z=12)  là kim loại mạnh nhưng hoạt động kém  natrinatri. Nhôm  (Z=13)(Z=13)  là kim loại nhưng hiđroxit của nó đã có tính lưỡng tính.
Silic(Z=14)Silic(Z=14)  là phi kim.Từ  photpho(Z=15)photpho(Z=15)   đến lưu huỳnh  (Z=16)(Z=16), tính phi kim mạnh dần, clo(Z=17)clo(Z=17)  là một phi kim điển hình.
Quy luật trên được lặp lại đối với mỗi chu kì.
Có thể giải thích quy luật biến đổi tính chất trên như sau:
Trong một chu kì, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân (từ trái sang phải) thì năng lượng ion hóa, độ âm điện tăng dần đồng thời bán kính nguyên tử giảm dần làm cho khả năng nhường electron giảm nên tính kim loại giảm, khả năng nhận electron tăng nên tính phi kim tăng.
Trong một nhóm  AA, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân tính kim loại của các nguyên tố tăng dần, đồng thời tính phi kim giảm dần.
Thí dụ: nhóm  IAIA  và nhóm  VIIAVIIA.
Trong nhóm  IA:IA:  Tính kim loại tăng rõ rệt từ  liti(Z=3)liti(Z=3)  đến  xesi(Z=55)xesi(Z=55)  tức là khả năng nhường electron tăng dần. Nhóm  VIIAVIIA (nhóm halogen)  gồm những phi kim điển hình: Tính phi kim giảm dần từ  flo(Z=9)flo(Z=9)  đến  iot(Z=53)iot(Z=53), tức là khả năng nhận electron giảm dần.
Quy luật đó được lặp lại đối với các nhóm  AA khác và được giải thích như sau:
Trong một nhóm  AA, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân (từ trên xuống dưới) thì năng lượng ion hóa, độ âm điện giảm dần đồng thời bán kính nguyên tử tăng nhanh làm cho khả năng nhường electron tăng, nên tính kim loại tăng, khả năng nhận electron giảm, nên tính phi kim giảm.
Tính kim loại, tính phi kim của các nguyên tố phụ thuộc chủ yếu vào cấu hình electron nguyên tử. Cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố trong bảng tuần hoàn có tính biến đổi tuần hoàn nên tính kim loại, tính phi kim biến đổi tuần hoàn.
Nhận xét: Tính kim loại, tính phi kim của các nguyên tố nhóm  AA  biến đổi tuần hoàn theo chiều tăng của điện tích hạt nhân.
II - SỰ BIẾN ĐỔI VỀ HÓA TRỊ CỦA CÁC NGUYÊN TỐ
Trong một chu kì, đi từ trái sang phải, hóa trị cao nhất của các nguyên tố với oxi tăng lần lượt từ  11  đến 77, còn hoá trị với hiđro của các phi kim giảm từ  44  đến  11.
Thí dụ: Trong chu kì  33, ba nguyên tố đầu chu kì  (Na,Mg,Al)(Na,Mg,Al)  tạo thành hợp chất oxit trong đó các nguyên tố có hóa trị lần lượt là  1,2,31,2,3. Các nguyên tố tiếp theo  (Si,P,S,Cl)(Si,P,S,Cl)  có hóa trị lần lượt là  4,5,6,74,5,6,7  trong oxit cao nhất.
Các nguyên tố phi kim  Si,P,S,ClSi,P,S,Cl  tạo được hợp chất khí với hiđro, trong đó chúng có hóa trị lần lượt là  4,3,2,14,3,2,1.
Đối với các chu kì khác, sự biến đổi hóa trị của các nguyên tố cũng diễn ra tương tự (bảng  2.42.4)
Bảng  2.42.4
Sự biến đổi tuần hoàn hóa trị của các nguyên tố ở chu kì  22  và  33
Nhận xét: Hóa trị cao nhất của một nguyên tố với oxi, hóa trị với hiđro của các phi kim biến đổi tuần hoàn theo chiều tăng của điện tích hạt nhân.
III - SỰ BIẾN ĐỔI TÍNH AXIT - BAZƠ CỦA OXIT VÀ HIĐROXIT TƯƠNG ỨNG
Tính axit - bazơ của oxit và hiđroxit tương ứng của các nguyên tố ở chu kì  22  và  33  được trình bày trong bảng  2.52.5.
Bảng  2.52.5
Tính axit - bazơ của oxit và hiđroxit tương ứng của các nguyên tố ở chu kì  22  và  33           
Trong một chu kì, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân, tính bazơ của oxit và hiđroxit tương ứng giảm dần, đồng thời tính axit của chúng tăng dần.
Trong một nhóm  AA, theo chiều tăng của điện tích hạt nhân, tính bazơ của các oxit và hiđroxit tương ứng tăng dần, đồng thời tính axit của chúng giảm dần.
Nhận xét: Tính axit - bazơ của các oxit và hiđroxit tương ứng của các nguyên tố biến đổi tuần hoàn theo chiều tăng của điện tích hạt nhân nguyên tử
.SỰ BIẾN ĐỔI TUẦN HOÀN TÍNH CHẤT CỦA CÁC NGUYÊN TỐ HOÁ HỌC
ĐỊNH LUẬT TUẦN HOÀN
I/ TÍNH KIM LOẠI, TÍNH PHI KIM
1/ Tính kim loại – phi kim :
 · Tính kim loại :
                        M  - ne    ® Mn+
- Tính KL là tính chất của một nguyên tố mà nguyên tử dễ nhường e để trở thành ion dương.
- Nguyên tử càng dễ nhường e ® tính KL càng mạnh
 · Tính phi kim:
                        X + ne ® Xn-
- Tính PK là tính chất của một nguyên tố mà nguyên tử dễ nhận thêm e để trở thành ion âm.
- Nguyên tử càng dễ nhận e ® tính PK càng mạnh.
 · Không có ranh giới rõ rệt giữa tính KL và PK.
2/ Sự biến đổi tính kim lọai – phi kim :
         a/ Trong một chu kì : Trong 1 chu kì khi đi từ trái sang phải : Z+ tăng dần nhưng số lớp e không đổi à lực hút giữa hạt nhân với e ngoài cùng tăng à bán kính giảm à khả năng nhường e giảm( Tính KL yếu dần) à khả năng nhận thêm e tăng dần => tính PK mạnh dần
ð Trong mỗi chu kì theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân, tính KL của các nguyên tố yếu dần, đồng thời tính PK mạnh dần.
Nhóm
IA
Na
IIA
Mg
IIIA
Al
IVA
Si
VA
P
VIA
S
VIIA
Cl
Tính
Chất
Kl
điển
hình
Kl
mạnh
Kl
Pk
yếu
Pk
TB
Pk
mạnh
Pk
điển hình
Kim loại
                        Phi kim
b/ Trong một nhóm A : Trong 1 nhóm A khi đi từ trên xuống : Z+ tăng dần và số lớp e cũng tăng à bán kính nguyên tử tăng và chiếm ưu thế hơn à khả năng nhường e tăng à tính kim loại tăng và khả năng nhận e giảm => tính PK giảm.
 => Trong một nhóm A, theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân, tính KL của các nguyên tố tăng dần, đồng thời tính PK giảm dần.
Kết luận :
Tính KL-PK biến đổi tuần hoàn theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân.
3/ Độ âm điện :
      a/ Khái niệm
Độ âm điện của một nguyên tố đặc trưng cho khả năng hút electron của nguyên tử đó khi hình thành liên kết hóa học.
      b/ Sự biến đổi độ âm điện các nguyên tố.
       - Trong một chu kì, đi từ trái sang phải theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân thì độ âm điện tăng dần.
      - Trong một nhóm A, đi từ trên xuống theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân thì độ âm điện giảm dần.
            Kết luận : Vậy độ âm điện của các nguyên tố biến đổi tuần hoàn theo chiều tăng dần của Z+.
II/ HÓA TRỊ CỦA CÁC NGUYÊN TỐ
         · Trong 1 chu kì: đi từ trái sang phải, hóa trị cao nhất với oxi của các nguyên tố tăng lần lượt từ 1 đến 7, hóa trị với hiđro của các PK giảm từ 4 đến 1.
IA
IIA
IIIA
IVA
VA
VIA
VIIA
Hchất oxit cao nhất
R2O
RO
R2O3
RO2
R2O5
RO3
R2O7
Hc khí với
hiđro
RH4
RH3
RH2
RH
             · Kết luận:    Hóa trị cao nhất của một nguyên tố với oxi, hóa trị với hiđro biến đổi tuần hoàn theo chiều tăng của điện tích  hạt nhân
III/ SỰ BIẾN ĐỔI TÍNH AXIT-BAZƠ CỦA OXIT VÀ HIĐROXIT
 · Trong 1 chu kì: từ trái sang phải theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân, tính bazơ của oxit và hiđroxit tương ứng giảm dần, đồng thời tính axit của chúng tăng dần.
Oxit
Na2O
Oxit
bazơ
MgO
Oxit
bazơ
Al2O3
Oxit
l/tính
SiO2
Oxit
axit
P2O5
Oxit
axit
SO3
Oxit
axit
Cl2O7
Oxit
axit
Hidroxit
NaOH
Bazơ mạnh
kiềm
Mg(OH)2
Bazơ
yếu
Al(OH)3
Hidroxit
lưỡng tính
H2SiO3
Axit
yếu
H3PO4
Axit
TB
H2SO4
Axit
mạnh
HClO4
Axit
rất
mạnh
Bazơ
                             Axit
· Trong 1 nhóm A : Đi từ trên xuống, theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân : tính bazơ của các oxit và hidroxit tăng, tính axit giảm dần.
IV/ ĐỊNH LUẬT TUẦN HOÀN :
Định luật tuần hoàn:
“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 điện tích hạt nhân nguyên tử”
6. Đặc điểm của lớp electron ngoài cùng :
Các electron lớp ngoài cùng quyết định tính chất hóa học của các nguyên tố  .
Nguyên tố  có Số electron lớp ngoài cùng là 8. Nguyên tố  gọi là khí hiếm ví chúng không tham gia trao đổi electron.
Nguyên tố  có Số electron lớp ngoài cùng là 1, 2, 3 . Nguyên tố  gọi là kim loại ví chúng có thể  nhường electron.
Nguyên tố  có Số electron lớp ngoài cùng là 5, 6, 7 . Nguyên tố  gọi là phi loại ví chúng có thể  nhận electron.
Nguyên tố  có Số electron lớp ngoài cùng là 4 . Nguyên tố  có thể là phi loại hoặc kim loại ví chúng có thể  nhận hoặc nhường electron.
Cấu tạo Bảng tuần hoàn :
Nguyên tố  s là những nguyên tố  mà nguyên tử có electron cuối cùng được điền vào phân lớp s.
Nguyên tố  p là những nguyên tố  mà nguyên tử có electron cuối cùng được điền vào phân lớp p.
Nguyên tố  d là những nguyên tố  mà nguyên tử có electron cuối cùng được điền vào phân lớp d.
Nguyên tố  f là những nguyên tố  mà nguyên tử có electron cuối cùng được điền vào phân lớp f.
Các nhóm A (chính) gồm các nguyên tố  s và nguyên tố  p.
có cấu hình electron : nsa npb
n : số thứ tự của chu kì.
a + b : số thứ tự của nhóm.
Các nhóm B (phụ) gồm các nguyên tố  d và nguyên tố  f.
có cấu hình electron : (n – 1)da nsb
b = 2 ; a = 1 – 10.
b = 1 khi a + b = 6, 11;
a + b < 8 : số thứ tự nhóm (a + b).
a + b > 10 : số thứ tự nhóm (a + b – 10).
a + b = 8, 9 ,10 : số thứ tự nhóm 8
V. Sự biến đổi tuần hoàn tính chất của các nguyên tố  hóa học :
1. Bán kính nguyên tử  (R) :
Trong một chu kì , tuy nguyên tử của các nguyên tố  có cùng số lớp electron, nhưng khi  điện tích hạt nhân tăng thì lực hút giữa hạt nhân và các electron cũng tăng, nên Bán kính nguyên tử  (R) giảm dần.
Trong nhóm A, theo chiều từ trên xuống dưới, số lớp electron tăng, nên bán kính nguyên tử  (R) tăng dần.
2. Năng lượng ion hóa (I) :
Năng lượng ion hóa thứ nhất (I1) của nguyên tử là năng lượng tối thiểu cần để tách electron thứ nhất ra khỏi trạng thái cơ bản.
Trong một chu kì ,theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân, lực liên kết giữa hạt nhân và các electron cũng tăng, làm cho năng lượng ion hóa (I) cũng tăng.
Trong nhóm A, chiều tăng dần điện tích hạt nhân,khoảng cách giữa hạt nhân và các electron lớp ngoài cùng, lực liên kết giữa hạt nhân và các electron giảm, làm cho năng lượng ion hóa (I) cũng giảm.
3. Độ âm điện :
Độ âm điện của một nguyên tử đặc trưng cho khả năng hút electron của nguyên tử đó khi tạo liên kết hóa học.
Trong một chu kì ,theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân, Độ âm điện của một nguyên tử của nguyên tố  thường tăng.
Trong một nhóm A, chiều tăng dần điện tích hạt nhân, Độ âm điện của một nguyên tử của nguyên tố  thường giảm.
4. Tính kim loại – tính phi kim :
Tính kim loại là tính chất của một nguyên tố  mà nguyên tử của nó dễ nhường electron  để trở thành ion dương.
M – ne -> Mn+.
Tính phi kim là tính chất của một nguyên tố  mà nguyên tử của nó dễ nhân electron  để trở thành ion âm.
M + ne -> Mn-.
Trong một chu kì ,theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân, Tính kim loại của một nguyên tố giảm. Đồng thời tính phi kim của một nguyên tố tăng.
Trong một nhóm A, theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân, Tính kim loại của một nguyên tố tăng. Đồng thời tính phi kim của một nguyên tố giảm.
5. Hóa trị :
Trong một chu kì, đi từ trái sang phải, hóa trị cao nhất của các nguyên tố  với oxi lần lượt từ 1 đến 7, hóa trị cao nhất của các nguyên tố  với hidro lần lượt giảm từ 4 đến 1.
6. Tính axit – bazơ của oxit và hidroxit tương ứng :
Trong một chu kì ,theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân, Tính bazơ của oxit và hidroxit tương ứng giảm. Tính axit của oxit và hidroxit tương ứng tăng.
Trong một nhóm A, theo chiều tăng dần điện tích hạt nhân, Tính bazơ của oxit và hidroxit tương ứng tăng dần. Tính axit của oxit và hidroxit tương ứng giảm dần