Lý thuyết Xác định vị trí nguyên tố trong bảng tuần hoàn

1. Xác định vị trí nguyên tố trong bảng tuần hoàn dựa vào cấu hình electron nguyên tử

Từ cấu hình electron nguyên tử của một nguyên tố hóa học, ta có thể xác định được vị trí của nguyên tố đó trong bảng tuần hoàn theo quy tắc sau:

- Số thứ tự của ô nguyên tố bằng số hiệu nguyên tử của nguyên tố đó.

- Số thứ tự của chu kì bằng số lớp electron trong nguyên tử của nguyên tố.

- Nguyên tố nhóm A có cấu hình electron lớp ngoài cùng dạng ns^1-2 hoặc ns²np^1-6 và nguyên tố nhóm B có cấu hình electron phân lớp ngoài cùng và sát ngoài cùng dạng (n – 1)d^1-10ns^1-2.

+ Với nguyên tố nhóm A, số thứ tự của nhóm bằng số electron lớp ngoài cùng của nguyên tố đó.

+ Các nguyên tố nhóm B: Số thứ tự của nhóm bằng tổng số electron thuộc hai phân lớp (n – 1)d và ns. Nếu tổng số electron của nguyên tử là 8, 9, 10 thì nguyên tố đó thuộc nhóm VIIIB; là 11 thì thuộc nhóm IB; là 12 thì thuộc nhóm IIB.

Ví dụ 1: Cấu hình electron của nguyên tử F (Z = 9) là: 1s²2s²2p⁵.

+ Số thứ tự ô = số hiệu nguyên tử (Z) = 9.

+ Số thứ tự chu kì = số lớp electron = 2.

+ Cấu hình electron lớp ngoài cùng của F là 2s²2p⁵ ® F thuộc nhóm A.

Số thứ tự nhóm A = Số e lớp ngoài cùng = 7 ® F thuộc nhóm VIIA.

Vậy: Nguyên tố F ở ô số 9, chu kì 2, nhóm VIIA trong bảng tuần hoàn.

Ví dụ 2: Cấu hình electron của nguyên tử Fe (Z = 26) là: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s².

+ Số thứ tự ô = số hiệu nguyên tử (Z) = 26.

+ Số thứ tự chu kì = số lớp electron = 4.

+ Cấu hình electron phân lớp ngoài cùng và sát lớp ngoài cùng là 3d⁶4s² ® Fe thuộc nhóm B.

Tổng số e của hai phân lớp 3d và 4s là: 6 + 2 = 8 ® Fe thuộc nhóm VIIIB.

Vậy: Trong bảng tuần hoàn, nguyên tố Fe nằm ở ô số 26, chu kì 4, nhóm VIIIB.

2. Xác định vị trí 2 nguyên tố liên tiếp trong 1 chu kì

Xét hai nguyên tố A và B liên tiếp nhau trong 1 chu kì, trong đó Z_B > Z_A.

Ta có: Z_B – Z_A = 1.

Ví dụ: Hai nguyên tố A, B (Z_B > Z_A) đứng liên tiếp nhau trong một chu kì của bảng tuần hoàn, có tổng số đơn vị điện tích hạt nhân là 17. Xác định nguyên tố A, B.

Hướng dẫn giải

Ta có hệ phương trình: \[\left\{ \begin{array}{l}{Z_A} + {Z_B} = 17\\{Z_B} - {Z_A} = 1\end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}{Z_A} = 8\\{Z_B} = 9\end{array} \right.\].

+) Z_A = 8 ® A là nguyên tố oxygen (O).

Cấu hình electron của nguyên tử A (Z = 8): 1s²2s²2p⁴ (thuộc ô 8, chu kì 2, nhóm VIA).

+) Z_B = 9 ® B là nguyên tố fluorine (F).

Cấu hình electron của nguyên tử B (Z = 9): 1s²2s²2p⁵ (thuộc ô 9, chu kì 2, nhóm VIIA).

3. Xác định vị trí 2 nguyên tố liên tiếp trong cùng 1 nhóm A

Xét hai nguyên tố A và B kế tiếp nhau trong 1 chu kì, trong đó Z_B > Z_A.

+ Nếu 4 < Z_A + Z_B ≤ 32 thì: Z_B - Z_A = 8.

+ Nếu Z_A + Z_B > 32, xảy ra hai trường hợp:

Trường hợp 1: Z_B – Z_A = 18.

Trường hợp 2: Z_B – Z_A = 32.

Ví dụ: Hai nguyên tố A và B thuộc cùng một nhóm chính (nhóm A) và thuộc hai chu kì liên tiếp. Tổng số hiệu nguyên tử của 2 nguyên tố A, B là 22. Xác định các nguyên tố A, B.

Hướng dẫn giải

Giả sử Z_B > Z_A

Nhận xét: Z_A + Z_B = 22 < 32 ® Z_B - Z_A = 8.

Ta có hệ phương trình: \[\left\{ \begin{array}{l}{Z_A} + {Z_B} = 22\\{Z_B} - {Z_A} = 8\end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}{Z_A} = 7\\{Z_B} = 15\end{array} \right.\].

+) Z_A = 7 ® A là nguyên tố nitrogen (N).

Cấu hình electron của nguyên tử A (Z = 7): 1s²2s²2p³ (thuộc ô 7, chu kì 2, nhóm VA).

+) Z_B = 15 ® B là nguyên tố phosphorus (P).

Cấu hình electron của nguyên tử B (Z = 15): [Ne]3s²3p³ (thuộc ô 15, chu kì 3, nhóm VA).

Ví dụ 1: Xác định vị trí của các nguyên tố sau trong bảng tuần hoàn:

a) Nguyên tố X (Z = 12).

b) Nguyên tố Y (Z = 30).

Hướng dẫn giải

a) Nguyên tố X (Z = 12)

Cấu hình electron của nguyên tử X (Z = 12) là: 1s²2s²2p⁶3s² hay [Ne]3s².

+ Số thứ tự ô = số hiệu nguyên tử (Z) = 12.

+ Số thứ tự chu kì = số lớp electron = 3.

+ Cấu hình electron lớp ngoài cùng của X là 3s² ® X thuộc nhóm A.

Số thứ tự nhóm A = Số e lớp ngoài cùng = 2 ® X thuộc nhóm IIA.

Vậy: Nguyên tố X ở ô số 12, chu kì 3, nhóm IIA trong bảng tuần hoàn.

b) Nguyên tố Y (Z = 30)

Cấu hình electron của nguyên tử Y (Z = 30) là: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s² hay [Ne]3d¹⁰4s².

+ Số thứ tự ô = số hiệu nguyên tử (Z) = 30.

+ Số thứ tự chu kì = số lớp electron = 4.

+ Cấu hình electron phân lớp ngoài cùng và sát lớp ngoài cùng là 3d¹⁰4s².

® Y thuộc nhóm B.

Tổng số e của hai phân lớp 3d và 4s là: 10 + 2 = 12 ® Y thuộc nhóm IIB.

Vậy: Trong bảng tuần hoàn, nguyên tố Y nằm ở ô số 30, chu kì 4, nhóm IIB.

Ví dụ 2: Hai nguyên tố X, Y (Z_X < Z_Y) đứng liên tiếp nhau trong cùng một chu kì và có tổng số proton là 25. Xác định nguyên tố X, Y.

Hướng dẫn giải

a) Ta có hệ phương trình: \[\left\{ \begin{array}{l}{Z_X} + {Z_Y} = 25\\{Z_Y} - {Z_X} = 1\end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}{Z_A} = 12\\{Z_B} = 13\end{array} \right.\].

Z_X = 12 ® X là nguyên tố magnesium (Mg).

Cấu hình electron của nguyên tử X (Z = 12): [Ne]3s² (thuộc ô 12, chu kì 3, nhóm IIA).

Z_Y = 13 ® Y là nguyên tố aluminium (Al)

Cấu hình electron của nguyên tử Y (Z = 13): [Ne]3s²3p¹ (thuộc ô 13, chu kì 3, nhóm IIIA).

Ví dụ 3: Hai nguyên tố X, Y thuộc cùng một nhóm A và thuộc 2 chu kì kế tiếp nhau trong bảng tuần hoàn. Biết tổng số đơn vị điện tích hạt nhân của X, Y là 32. Xác định hai nguyên tố X, Y (giả sử Z_X < Z_Y)

Hướng dẫn giải

Nhận xét: Z_X + Z_Y = 32 ® Z_Y - Z_X = 8.

Ta có hệ phương trình: \[\left\{ \begin{array}{l}{Z_X} + {Z_Y} = 32\\{Z_Y} - {Z_X} = 8\end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}{Z_X} = 12\\{Z_Y} = 20\end{array} \right.\].

+) Z_X = 12 ® X là nguyên tố magnesium (Mg).

Cấu hình electron của X (Z = 12): [Ne]3s² ® X thuộc ô 12, chu kì 3, nhóm IIA.

+) Z_Y = 20 ® Y là nguyên tố calcium (Ca).

Cấu hình electron của Y (Z = 20): [Ar]4s² ® X thuộc ô 20, chu kì 4, nhóm IIA.