Phần kiến thức về nhóm nguyên tố trong bảng tuần hoàn nguyên tố hóa học vô cùng cần thiết đối với các bạn học sinh trong quá trình học tập môn hóa học, nhất là đối với các bạn học sinh học khối tự nhiên.
Mục lục bài viết
1. Nhóm nguyên tố được hiểu như thế nào?
Nhóm nguyên tố là một khái niệm trong hóa học để phân loại các nguyên tố hoá học dựa trên các đặc điểm chung của chúng. Nguyên tố là các chất không thể phân hủy thành các chất đơn giản hơn bằng các phản ứng hóa học thông thường. Các nguyên tố được xếp vào các nhóm dựa trên cấu trúc điện tử và tính chất hóa học của chúng.
Nhóm nguyên tố là tập hợp các nguyên tố mà nguyên tử có cấu hình electron tương tự nhau, do đó có tính chất hóa học gần giống nhau và được sắp xếp thành một cột trong bảng tuần hoàn.
Bảng tuần hoàn có 18 cột và được chia thành 8 nhóm A và 8 nhóm B. Nhóm A gồm các nguyên tố có số electron lớp ngoài cùng bằng số nhóm, ví dụ nhóm I A có 1 electron lớp ngoài cùng. Nhóm B gồm các nguyên tố chuyển tiếp có số electron lớp ngoài cùng không bằng số nhóm, ví dụ nhóm III B có 2 electron lớp ngoài cùng. Một số nhóm nguyên tố được đặt tên riêng, ví dụ nhóm halogen là những nguyên tố thuộc nhóm VII A có khả năng sinh ra muối.
2. Có bao nhiêu nhóm nguyên tố?
Nhóm nguyên tố là tập hợp các nguyên tố hoá học có đặc điểm nguyên tử của nó có cấu hình electron tương tự nhau, vì vậy chúng có tính chất hóa học gần giống nhau và được sắp xếp chung một cột trong bảng tuần hoàn. Các nhóm nguyên tố được đánh số từ 1 đến 18 theo thứ tự từ trái sang phải. Các nhóm nguyên tố có thể được phân loại thành hai loại: nhóm A và nhóm B.
Nhóm A gồm các nhóm nguyên tố có số electron hóa trị bằng số thứ tự của nhóm. Các nhóm A bao gồm:
– Nhóm 1: Kim loại kiềm, gồm các nguyên tố có 1 electron hóa trị, chẳng hạn như Li, Na, K, Rb, Cs, Fr.
– Nhóm 2: Kim loại kiềm thổ, gồm các nguyên tố có 2 electron hóa trị, chẳng hạn như Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra.
– Nhóm 13: Nhóm Boron, gồm các nguyên tố có 3 electron hóa trị, chẳng hạn như B, Al, Ga, In, Tl.
– Nhóm 14: Nhóm Carbon, gồm các nguyên tố có 4 electron hóa trị, chẳng hạn như C, Si, Ge, Sn, Pb.
– Nhóm 15: Nhóm Nitơ, gồm các nguyên tố có 5 electron hóa trị, chẳng hạn như N, P, As, Sb, Bi.
– Nhóm 16: Nhóm Oxi (hay còn gọi là nhóm cacbon), gồm các nguyên tố có 6 electron hóa trị, chẳng hạn như O, S, Se, Te, Po.
– Nhóm 17: Nhóm Halogen (hay còn gọi là nhóm muối), gồm các nguyên tố có 7 electron hóa trị, chẳng hạn như F, Cl, Br, I, At.
– Nhóm 18: Nhóm Khí hiếm (hay còn gọi là nhóm không tan), gồm các nguyên tố có 8 electron hóa trị (ngoại trừ He chỉ có 2 electron), chẳng hạn như He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn.
Nhóm B gồm các nhóm nguyên tố có số electron hóa trị không bằng số thứ tự của nhóm. Các nhóm B bao gồm:
– Nhóm 3: Gồm Sc và Y cùng với các nguyên tố thuộc dãy Lantan (La đến Lu). Các nguyên tố này có số electron hóa trị là 3 hoặc biến thiên từ 2 đến 4.
– Nhóm 4: Gồm Ti và Zr cùng với các nguyên tố thuộc dãy Actini (Ac đến Lr). Các nguyên tố này có số electron hóa trị là 4 hoặc biến thiên từ 2 đến 6.
– Nhóm từ 5 đến 12: Gồm các kim loại chuyển tiếp từ V đến Zn. Các nguyên tố này có số electron hóa trị biến thiên từ 1 đến 8.
3. Các nguyên tắc sắp xếp các nguyên tố trong bảng tuần hoàn hóa học:
Các nguyên tắc sắp xếp các nguyên tố trong bảng tuần hoàn hóa học bao gồm:
– Nguyên tắc số nguyên tử: Các nguyên tố được sắp xếp theo thứ tự tăng dần của số nguyên tử, từ trái sang phải và từ trên xuống dưới. Số nguyên tử là số proton trong nhân của một nguyên tử, cũng là số hiệu của nguyên tố. Ví dụ, hydro có số nguyên tử là 1, nên nó được xếp ở vị trí đầu tiên trong bảng tuần hoàn. Heli có số nguyên tử là 2, nên nó được xếp ở vị trí thứ hai. Và cứ tiếp tục như vậy cho đến ununoctium có số nguyên tử là 118, nó được xếp ở vị trí cuối cùng trong bảng tuần hoàn.
– Nguyên tắc nhóm hóa trị: Các nguyên tố có cùng số electron ở lớp vỏ ngoài cùng được xếp vào cùng một nhóm (cột dọc) trong bảng tuần hoàn. Số electron ở lớp vỏ ngoài cùng quyết định tính chất hóa học của nguyên tố, cũng là số hóa trị của nó. Ví dụ, các nguyên tố ở nhóm 1 (nhóm kiềm) đều có 1 electron ở lớp vỏ ngoài cùng, nên chúng có tính chất hóa học giống nhau, đều có khả năng nhường đi electron để tạo thành ion dương. Các nguyên tố ở nhóm 18 (nhóm khí hiếm) đều có 8 electron ở lớp vỏ ngoài cùng, nên chúng có tính chất hóa học giống nhau, đều không tham gia vào phản ứng hóa học do đã đạt cấu hình bền nhất.
– Nguyên tắc chu kỳ: Các nguyên tố có cùng số lớp electron được xếp vào cùng một chu kỳ (hàng ngang) trong bảng tuần hoàn. Số lớp electron quyết định kích thước của nguyên tử, cũng là số phân lớp của nó. Ví dụ, các nguyên tố ở chu kỳ 1 chỉ có 1 lớp electron, nên chúng có kích thước nhỏ nhất và chỉ có 1 phân lớp s. Các nguyên tố ở chu kỳ 2 có 2 lớp electron, nên chúng có kích thước lớn hơn và có 2 phân lớp s và p. Các nguyên tố ở chu kỳ 3 có 3 lớp electron, nên chúng có kích thước lớn hơn nữa và có 3 phân lớp s, p và d.
Các nguyên tắc sắp xếp các nguyên tố trong bảng tuần hoàn hóa học giúp chúng ta hiểu được sự liên quan giữa cấu trúc nguyên tử và tính chất hóa học của các nguyên tố, cũng như dự đoán được các phản ứng hóa học có thể xảy ra giữa chúng.
4. Cách xác định nhóm nguyên tố:
Cách xác định vị trí của một nguyên tố trong bảng tuần hoàn dựa vào số hiệu nguyên tử (Z) của nó. Nếu biết Z của một nguyên tố thì ta có thể xác định được chu kì và nhóm của nó theo các bước sau:
– Bước 1: Viết cấu hình electron của nguyên tử theo thứ tự tăng dần của số lượng phân lớp.
– Bước 2: Xác định số lớp electron của nguyên tử bằng số thứ tự của phân lớp có electron cao nhất. Số lớp electron bằng số thứ tự của chu kì mà nguyên tố đó thuộc về.
– Bước 3: Xác định số electron hóa trị của nguyên tử bằng số electron ở lớp ngoài cùng hoặc phân lớp gần ngoài cùng chưa bão hòa. Số electron hóa trị bằng số thứ tự của nhóm mà nguyên tố đó thuộc về (nếu là nhóm A) hoặc là một trong các giá trị có thể có (nếu là nhóm B).
Ví dụ: Xác định vị trí của nguyên tố Fe (Z=26) trong bảng tuần hoàn.
– Bước 1: Cấu hình electron của Fe là 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6.
– Bước 2: Số lớp electron của Fe là 4, vì phân lớp có electron cao nhất là 4s. Vậy Fe thuộc chu kì 4.
– Bước 3: Số electron hóa trị của Fe là 8, vì có 2 electron ở lớp ngoài cùng (4s) và 6 electron ở phân lớp gần ngoài cùng chưa bão hòa (3d). Vậy Fe thuộc nhóm B và có thể có các giá trị hóa trị từ 1 đến 8.
5. Bài tập vận dụng liên quan về cách xác định nhóm nguyên tố:
Bài 1: A và B là 2 nguyên tố nằm cùng 1 nhóm và thuộc 2 chu kì liên tiếp trong bảng tuần hoàn. Tổng số proton của 2 hạt nhân nguyên tử của A và B bằng 32. Hãy viết cấu hình electron của A, B Và của các ion mà A và B có thể tạo thành.
Hướng dẫn giải:
Theo bài ra, tổng số proton trong 2 hạt nhân nguyên tử của A và B bằng 32 nên ZA + ZB = 32.
Trường hợp 1: ZB – ZA = 8. Ta tìm được ZA = 12; ZB = 20.
Cấu hình electron:
A : 1s22s22p63s2 (chu kỳ 3, nhóm IIA).
và B: 1s22s22p63s23p64s2 (chu kỳ 4, nhóm IIA).
Ion A2+: 1s22s22p6 và B2+: 1s22s22p63s23p6.
Trường hợp 2: ZB – ZA = 18. Ta tìm được ZA = 7; D = 25.
Cấu hình electron:
A : 1s22s22p3 (chu kỳ 2, nhóm VA).
và B: 1s22s22p63s23p63d54s2 (chu kỳ 4, nhóm VIIB).
Trường hợp này A, B không cùng nhóm nên không thỏa mãn.
Bài 2: Cho 8,8g một hỗn hợp 2 kim loại nằm ở 2 chu kì liên tiếp nhau và thuộc nhóm IIIA, tác dụng với HCl dư thì thu được 6,72 lít khí H (đktc). Dựa vào bảng tuần hoàn cho biết tên 2 kim loại đó.
Hướng dẫn giải:
Kí hiệu hai kim loại nhóm IIIA là M, nguyên tử khối trung bình là M−
Phương trình hóa học có dạng: 2M + HCl → 2MCl2 + 3H2
nH2 = 6,72/22,4 = 0,3 (mol)
nM = 2/3 nH2 = 0,2 (mol)
theo đầu bài: M− .0,2 = 8,8 → M− = 44
2 kim loại thuộc 2 chu kì liên tiếp, 1 kim loại có nguyên tử khối nhỏ hơn 44 và 1 kim loại có nguyên tử khối lớn hơn 44.
Dựa vào bảng tuần hoàn, hai kim loại đó là:
Al (M = 27 < 44) và Ga (M = 69,72 > 44).
Bài 3: Hòa tan 20,2 gam hỗn hợp 2 kim loại nằm ở 2 chu kì liên tiếp thuộc nhóm IA trong bảng tuần hoàn tác dụng với nước thu được 6,72 lít khí (đktc) và dung dịch A. Xác định tên và khối lượng 2 kim loại.
Hướng dẫn giải:
Gọi R là kí hiệu chung của 2 kim loại nhóm iA, R cũng là nguyên tử khối trung bình của 2 kim loại.
2R + 2H2O → 2ROH + H2 ↑
0,6 0,3
nH2 = 6,72/22,4 = 0,3 (mol)
R = 20,2/0,6 = 33,67
Vì hai kim loại thuộc hai chu kì liên tiếp nên một kim loại phải có nguyên tử khối nhỏ hơn 33,67 và kim loại còn lại có nguyên tử khối lớn hơn 33,67.
Vậy ta có: R1 = 23 (Na) < R = 33,67 < R2 = 39 (K)
Dựa vào bảng tuần hoàn hai kim loại đó là Na, K
2Na + 2H2O → 2NaOH + H2 ↑
x x/2
2K + 2H2O → 2KOH + H2 ↑
y y/2
Ta có hệ phương trình:
mNa = 23.0,2 = 4,6 (gam)
mK = 39.0,4 = 15,6 (gam)
