Bài 12. Sự biến đổi tính kim loại, tính phi kim của các nguyên tố hóa học. Định luật tuần hoàn

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  41) . 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  3  bắt đầu từ nguyên tố  natri(Z=11) , một kim loại điển hình, rồi lần lượt đến  magie(Z=12)  là kim loại mạnh nhưng hoạt động kém  natri. Nhôm  (Z=13)  là kim loại nhưng hiđroxit của nó đã có tính lưỡng tính.

Silic(Z=14)  là phi kim.Từ  photpho(Z=15)   đến lưu huỳnh  (Z=16), tính phi kim mạnh dần, 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  A, 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  IA  và nhóm  VIIA.

Trong nhóm  IA:  Tính kim loại tăng rõ rệt từ  liti(Z=3)  đến  xesi(Z=55)  tức là khả năng nhường electron tăng dần. Nhóm  VIIA (nhóm halogen)  gồm những phi kim điển hình: Tính phi kim giảm dần từ  flo(Z=9)  đến  iot(Z=53), tức là khả năng nhận electron giảm dần.

Quy luật đó được lặp lại đối với các nhóm  A khác và được giải thích như sau:

Trong một nhóm  A, 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  A  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  1  đến  7, còn hoá trị với hiđro của các phi kim giảm từ  4  đến  1.

Thí dụ: Trong chu kì  3, ba nguyên tố đầu chu kì  (Na,Mg,Al)  tạo thành hợp chất oxit trong đó các nguyên tố có hóa trị lần lượt là  1,2,3. Các nguyên tố tiếp theo  (Si,P,S,Cl)  có hóa trị lần lượt là  4,5,6,7  trong oxit cao nhất.

Các nguyên tố phi kim  Si,P,S,Cl  tạo được hợp chất khí với hiđro, trong đó chúng có hóa trị lần lượt là  4,3,2,1.

Đối với các chu kì khác, sự biến đổi hóa trị của các nguyên tố cũng diễn ra tương tự (bảng  2.4)

Bảng  2.4

Sự biến đổi tuần hoàn hóa trị của các nguyên tố ở chu kì  2  và  3

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  2  và  3  được trình bày trong bảng  2.5.

Bảng  2.5

Tính axit - bazơ của oxit và hiđroxit tương ứng của các nguyên tố ở chu kì  2  và  3 

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  A, 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.

IV - ĐỊNH LUẬT TUẦN HOÀN

Định luật tuần hoàn được phát biểu như sau:

"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."