Bài học

Chu kì trong bảng tuần hoàn

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em xác định được số thứ tự chu kì của một nguyên tố từ cấu hình electron (bằng số lớp electron), và phân biệt được chu kì với nhóm — hai khái niệm học sinh rất dễ nhầm lẫn.

Kiến thức nền cần nhớ

Ở Course 2, em đã viết được cấu hình electron cho các nguyên tố có Z ≤ 20 theo nguyên lí vững (mức năng lượng tăng dần) và biết đếm số lớp electron (lớp n = 1, 2, 3…) của một nguyên tử. Bài trước vừa nhắc lại: các nguyên tố có cùng số lớp electron được xếp vào cùng một hàng của bảng tuần hoàn. Bài này làm rõ hàng đó — gọi là chu kì — hoạt động như thế nào.

Khởi động

Sodium (Na, Z = 11) và potassium (K, Z = 19) đều có đúng 1 electron ở lớp ngoài cùng, đều là kim loại kiềm phản ứng mạnh với nước. Tính chất hoá học của chúng gần như giống hệt nhau. Vậy vì sao hai nguyên tố "anh em" này lại không đứng cạnh nhau trong bảng, mà cách nhau một khoảng cả một hàng?

Kiến thức trọng tâm

Chu kì là dãy các nguyên tố mà nguyên tử có cùng số lớp electron, được xếp theo chiều Z tăng dần từ trái sang phải. Số thứ tự chu kì đúng bằng số lớp electron của nguyên tử (số n lớn nhất có electron trong cấu hình).

Bảng tuần hoàn hiện có 7 chu kì. Chu kì 1 chỉ có 2 nguyên tố (H, He — chỉ có lớp thứ nhất, tối đa 2 electron). Chu kì 2 có 8 nguyên tố (Li đến Ne, lớp ngoài cùng là lớp thứ hai). Chu kì 3 cũng có 8 nguyên tố (Na đến Ar, lớp ngoài cùng là lớp thứ ba) — đây là chu kì em sẽ gặp nhiều nhất trong chương trình lớp 10 vì nó minh hoạ rõ nhất các xu hướng biến đổi tính chất ở những bài sau. Từ chu kì 4 trở đi, số nguyên tố mỗi chu kì tăng lên 18 hoặc 32 do xuất hiện thêm các phân lớp d, f — phần này chương trình lớp 10 chỉ cần biết sơ lược, không yêu cầu viết đầy đủ cấu hình.

Điều quan trọng cần nắm: trong một chu kì, khi đi từ trái sang phải, điện tích hạt nhân Z tăng dần đều đặn từng đơn vị một, nhưng số lớp electron không đổi. Ví dụ ở chu kì 3: Na (Z=11) có cấu hình $1s^2 2s^2 2p^6 3s^1$ (3 lớp, 1 electron lớp ngoài cùng); Cl (Z=17) có cấu hình $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5$ (vẫn 3 lớp, nhưng 7 electron lớp ngoài cùng). Cùng 3 lớp electron, nhưng điện tích hạt nhân của Cl lớn hơn Na tới 6 đơn vị, kéo electron lớp ngoài cùng lại gần hạt nhân hơn nhiều. Chính sự kết hợp "Z tăng, số lớp không đổi" này là nguyên nhân sâu xa của mọi xu hướng biến đổi tính chất theo chu kì mà em sẽ học ở Chương 3.

**Chu kì** là dãy các nguyên tố mà nguyên tử có **cùng số lớp electron**, được xếp theo chiều Z tăng dần từ trái sang phải. **Số thứ tự chu kì đúng bằng số lớp electron** của nguyên tử (số n lớn nhất có electron trong cấu hình). Bảng tuần hoàn hiện có 7 chu kì. Chu kì 1 chỉ có 2 nguyên tố (H, He — chỉ có lớp thứ nhất, tối đa 2 electron). Chu kì 2 có 8 nguyên tố (Li đến Ne, lớp ngoài cùng là lớp thứ hai). Chu kì 3 cũng có 8 nguyên tố (Na đến Ar, lớp ngoài cùng là lớp thứ ba) — đây là chu kì em sẽ gặp nhiều nhất trong chương trình lớp 10 vì nó minh hoạ rõ nhất các xu hướng biến đổi tính chất ở những bài sau. Từ chu kì 4 trở đi, số nguyên tố mỗi chu kì tăng lên 18 hoặc 32 do xuất hiện thêm các phân lớp d, f — phần này chương trình lớp 10 chỉ cần biết sơ lược, không yêu cầu viết đầy đủ cấu hình. Điều quan trọng cần nắm: trong một chu kì, khi đi từ trái sang phải, **điện tích hạt nhân Z tăng dần đều đặn từng đơn vị một, nhưng số lớp electron không đổi**. Ví dụ ở chu kì 3: Na (Z=11) có cấu hình $1s^2 2s^2 2p^6 3s^1$ (3 lớp, 1 electron lớp ngoài cùng); Cl (Z=17) có cấu hình $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5$ (vẫn 3 lớp, nhưng 7 electron lớp ngoài cùng). Cùng 3 lớp electron, nhưng điện tích hạt nhân của Cl lớn hơn Na tới 6 đơn vị, kéo electron lớp ngoài cùng lại gần hạt nhân hơn nhiều. Chính sự kết hợp "Z tăng, số lớp không đổi" này là nguyên nhân sâu xa của mọi xu hướng biến đổi tính chất theo chu kì mà em sẽ học ở Chương 3.

Ví dụ

Xác định chu kì từ cấu hình electron

1
Nguyên tử magnesium có cấu hình electron $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2$ . Xác định số thứ tự chu kì của magnesium.
Nguyên tử magnesium có cấu hình electron $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2$. Xác định số thứ tự chu kì của magnesium.
2
Cấu hình có các lớp n = 1, n = 2, n = 3 đều có electron; lớp lớn nhất có electron là lớp n = 3.
3
Số thứ tự chu kì bằng số lớp electron lớn nhất, tức bằng 3.
4
Vậy magnesium thuộc chu kì 3 của bảng tuần hoàn.

Ví dụ

Phân biệt chu kì của hai nguyên tố cùng tính chất hoá học

1
Hai nguyên tố X (Z = 12) và Y (Z = 20) đều có 2 electron ở lớp ngoài cùng và đều là kim loại kiềm thổ, tính chất hoá học tương tự nhau. Viết cấu hình electron của X, Y và cho biết chúng có cùng chu kì hay không, giải thích.
2
X có Z = 12: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2$ — lớp lớn nhất có electron là n = 3.
X có Z = 12: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2$ — lớp lớn nhất có electron là n = 3.
3
Y có Z = 20: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2$ — lớp lớn nhất có electron là n = 4.
Y có Z = 20: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2$ — lớp lớn nhất có electron là n = 4.
4
X (magnesium) có 3 lớp electron nên thuộc chu kì 3; Y (calcium) có 4 lớp electron nên thuộc chu kì 4. Dù cùng có 2 electron lớp ngoài cùng và tính chất hoá học tương tự (cùng nhóm), hai nguyên tố này KHÔNG cùng chu kì vì số lớp electron khác nhau.
5
Vậy X và Y không cùng chu kì: X ở chu kì 3, Y ở chu kì 4 — số electron lớp ngoài cùng giống nhau quyết định chúng cùng nhóm, còn số lớp electron khác nhau mới quyết định chu kì.

Ví dụ

Đếm số nguyên tố trong một chu kì từ vị trí đầu và cuối

1
Chu kì 3 của bảng tuần hoàn bắt đầu từ sodium (Z = 11) và kết thúc ở argon (Z = 18). Hỏi chu kì 3 có bao nhiêu nguyên tố, và điều đó có khớp với việc phân lớp 3s, 3p chứa tối đa bao nhiêu electron hay không?
2
Từ Z = 11 đến Z = 18, số nguyên tố là 18 − 11 + 1 = 8 nguyên tố.
3
Các nguyên tố chu kì 3 lần lượt lấp đầy phân lớp 3s (tối đa 2 electron) rồi 3p (tối đa 6 electron, theo Course 2), tổng cộng tối đa 2 + 6 = 8 electron lớp ngoài cùng có thể xếp — khớp đúng với 8 nguyên tố.
4
Vậy chu kì 3 có 8 nguyên tố, con số này không phải ngẫu nhiên mà bằng đúng dung lượng tối đa của hai phân lớp 3s và 3p mà chu kì 3 lấp đầy.

Sai lầm thường gặp

Sai lầm phổ biến nhất ở bài này là lẫn lộn chu kì với nhóm: nhìn thấy hai nguyên tố có cùng số electron lớp ngoài cùng (ví dụ Na và K cùng 1 electron) rồi vội kết luận chúng "cùng chu kì" vì tính chất giống nhau. Thực ra tính chất giống nhau là do CÙNG NHÓM (sẽ học ở bài sau), còn chu kì chỉ phụ thuộc vào SỐ LỚP electron — hai đại lượng hoàn toàn khác nhau.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Chu kì = hàng ngang = các nguyên tố có cùng số lớp electron. Số thứ tự chu kì = số lớp electron lớn nhất có electron trong cấu hình. Trong một chu kì, Z tăng dần đều nhưng số lớp không đổi — đừng nhầm chu kì (số lớp) với nhóm (số electron lớp ngoài cùng), hai khái niệm độc lập với nhau.

Bài tiếp theo học cột dọc của bảng — nhóm — nơi các nguyên tố có cấu hình electron lớp ngoài cùng tương tự nhau xếp chung, mang tính chất hoá học giống nhau dù khác chu kì.