Bảng tuần hoàn — cách đọc, xu hướng và cả nguyên lý đằng sau

Khi mới nhìn bảng tuần hoàn, bạn sẽ khó hình dung vì sao một bảng dày đặc 118 nguyên tố lại có hình dạng như thế. Nhưng mấu chốt chỉ có một. Các nguyên tố nằm cùng một cột dọc (nhóm) sẽ có cách hành xử giống nhau. Chỉ cần nắm được điều này, bạn đã đọc được khoảng 80% bảng tuần hoàn rồi.

Hãy thử chỉ vào các nguyên tố trong bảng tuần hoàn bên dưới. Cùng màu = cùng một phân loại.

Vì sao bảng tuần hoàn lại có hình dạng như vậy?

Nếu sắp xếp các nguyên tố theo số hiệu nguyên tử (số proton), thì cứ sau một khoảng nhất định, tính chất hóa học lại lặp lại. Liti (Li) là một kim loại có tính phản ứng cao, và natri (Na) nằm sau nó 8 ô cũng là một kim loại có tính phản ứng cao.

Tương tự, kali (K) nằm sau đó thêm 8 ô nữa cũng vậy.

Bảng tuần hoàn chính là cách xếp các "nguyên tố có tính chất tương tự lặp lại" theo cột dọc. Vì thế, hình dạng của bảng không phải do con người tùy ý đặt ra, mà là do nó đi theo quy luật mà tự nhiên thể hiện.

Nhóm (cột dọc) cho ta biết điều gì?

Nhóm (Group) là các cột dọc. Lý do các nguyên tố cùng nhóm có cách hành xử giống nhau là vì chúng có cùng số electron lớp ngoài cùng (electron hóa trị).

Hãy xem cụ thể chúng khác nhau thế nào:

• Nhóm 1 (kim loại kiềm): có 1 electron hóa trị → dễ mất electron → tạo ion $+1$ → phản ứng mãnh liệt với nước
• Nhóm 17 (halogen): có 7 electron hóa trị → có xu hướng nhận thêm 1 electron → tạo ion $-1$ → là phi kim có tính phản ứng cao
• Nhóm 18 (khí hiếm): có 8 electron hóa trị (đủ bát tử) → không có lý do để cho hay nhận electron → hầu như không phản ứng

Nếu trong bài kiểm tra có câu hỏi "Vì sao natri phản ứng dễ dàng?", thì câu trả lời là: "Vì nó thuộc nhóm 1, có 1 electron hóa trị, và khi mất electron này thì sẽ đạt được cấu hình electron bền."

Chu kì (hàng ngang) cho ta biết điều gì?

Chu kì (Period) là các hàng ngang. Các nguyên tố trong cùng một chu kì đang điền electron vào cùng một lớp vỏ electron (mức năng lượng).

Các nguyên tố chu kì 2 (từ Li đến Ne) đều điền electron vào lớp thứ 2. Các nguyên tố chu kì 3 (từ Na đến Ar) thì điền vào lớp thứ 3.

Vì sao điều này quan trọng? Khi đi từ trái sang phải trong cùng một chu kì:

• thêm 1 proton mỗi bước → điện tích dương của hạt nhân tăng
• electron cũng được thêm vào cùng một lớp → hiệu ứng che chắn gần như không tăng bao nhiêu
• kết quả: hạt nhân hút electron mạnh hơn

Từ một nguyên lý này, toàn bộ 4 xu hướng chính đều xuất hiện.

4 xu hướng tuần hoàn — tất cả đều từ cùng một nguyên lý

Trong đồ thị bên dưới, hãy so sánh bán kính nguyên tử và năng lượng ion hóa của chu kì 3 (Na → Ar). Bạn sẽ thấy chúng biến đổi theo hai chiều ngược nhau.

Bán kính nguyên tử: càng sang phải càng nhỏ

Khi hạt nhân hút electron mạnh hơn, đám mây electron sẽ co lại.

$\text{Li (152 pm)} \rightarrow \text{Be (112 pm)} \rightarrow \text{B (87 pm)} \rightarrow \cdots \rightarrow \text{F (64 pm)}$

Ngược lại, khi đi xuống dưới trong cùng một nhóm, một lớp electron mới được thêm vào nên nguyên tử sẽ lớn hơn.

Năng lượng ion hóa: càng sang phải càng cao

Năng lượng ion hóa là "năng lượng cần để tách một electron ra khỏi nguyên tử". Nếu hạt nhân giữ electron rất chặt, thì sẽ khó tách nó ra hơn.

Vì vậy, các nguyên tố ở bên phải có năng lượng ion hóa cao hơn, còn các nguyên tố ở phía dưới thì thấp hơn.

Mẹo làm bài: Hãy nối theo chuỗi "năng lượng ion hóa cao = khó mất electron = tính phi kim mạnh" thì sẽ dễ nhớ hơn.

Độ âm điện: càng sang phải càng cao

Độ âm điện là "khả năng hút electron dùng chung trong liên kết mạnh đến mức nào". Hạt nhân càng mang điện tích lớn và nguyên tử càng nhỏ thì nó càng hút electron mạnh.

Đó cũng là lý do flo (F) có độ âm điện lớn nhất — nguyên tử nhỏ nhưng điện tích hạt nhân lại mạnh.

Tính kim loại: càng sang phải càng yếu

Kim loại là những nguyên tố mất electron. Các nguyên tố bên trái dễ mất electron nên có tính kim loại mạnh, còn các nguyên tố bên phải có xu hướng giữ hoặc hút electron nên có tính phi kim mạnh.

Tóm lại:

$\text{같은 주기 오른쪽으로} \rightarrow \text{핵 전하 ↑} \rightarrow \begin{cases} \text{원자 크기 ↓} \\ \text{이온화 에너지 ↑} \\ \text{전기음성도 ↑} \\ \text{금속성 ↓} \end{cases}$

Đừng học thuộc riêng lẻ cả 4 xu hướng. Chỉ cần nhớ một điều: "Sang phải = hạt nhân giữ electron mạnh hơn" là bạn có thể tự suy ra tất cả.

Đọc thử bằng ví dụ: natri và clo

Khi đặt natri và clo cạnh nhau để so sánh, bạn sẽ thấy sức mạnh của bảng tuần hoàn.

Chỉ cần nhìn vị trí của chúng trong bảng tuần hoàn, ta cũng có thể dự đoán rằng "hai nguyên tố này sẽ phản ứng với nhau để tạo thành một hợp chất liên kết ion."

Những lỗi rất hay gặp

"Số hiệu nguyên tử lớn hơn thì nguyên tử cũng lớn hơn" — Không đúng. Trong cùng một chu kì, số hiệu nguyên tử càng tăng thì nguyên tử lại càng nhỏ đi. Kích thước nguyên tử chỉ tăng rõ rệt khi chuyển sang một chu kì mới (một lớp vỏ mới).

"Khí hiếm không phản ứng vì không có electron" — Sai. Khí hiếm vẫn có electron. Chúng ít phản ứng là vì lớp electron ngoài cùng đã đầy (đủ bát tử), nên rất bền.

"Với kim loại chuyển tiếp thì số nhóm = điện tích ion" — Điều này đúng với các nguyên tố nhóm chính như nhóm 1, nhóm 2, nhưng với kim loại chuyển tiếp (nhóm 3~12), chúng có thể có nhiều điện tích ion khác nhau. Ví dụ: sắt (Fe) có thể tạo cả $\text{Fe}^{2+}$ lẫn $\text{Fe}^{3+}$.

Tự kiểm tra thử

1. Hãy tìm liti (Li), natri (Na) và kali (K) trong bảng tuần hoàn ở trên. Chúng cùng màu đúng không? Vì cùng nhóm (nhóm 1) nên chúng có cách hành xử giống nhau.
2. Từ natri (Na) đến argon (Ar) — khi đi dọc theo cùng chu kì 3, bạn có thấy sự chuyển đổi từ kim loại → á kim → phi kim → khí hiếm không?
3. Luyện tập kiểu đề thi: "Hãy giải thích vì sao năng lượng ion hóa của magie (Mg) cao hơn natri (Na) dựa trên vị trí của chúng trong bảng tuần hoàn."