Đang tải bài học…

AP Chemistry

chu kì

period

Chu kì là hàng ngang của bảng tuần hoàn, gồm các nguyên tố có cùng số lượng tử chính cao nhất.

Chu kì là một hàng ngang của bảng tuần hoàn chứa các nguyên tố (element) hóa học. Các nguyên tử trong cùng một chu kì đều có cùng số lượng tử chính (principal quantum number) cao nhất là $n$ . Ví dụ, mọi nguyên tố ở chu kì 2 đều có êlectron ngoài cùng nằm ở lớp $n = 2$ . Vì vậy, khi di chuyển từ trái sang phải dọc theo một chu kì, số prôton trong hạt nhân tăng dần kéo theo điện tích hạt nhân hiệu dụng (effective nuclear charge) cũng tăng. Do đó, lực hút giữa hạt nhân và lớp êlectron ngoài cùng mạnh hơn khiến bán kính nguyên tử giảm dần. Ngược lại, năng lượng ion hóa (ionization energy) lại tăng vì cần nhiều năng lượng hơn để tách êlectron ra khỏi nguyên tử. Hơn nữa, bảng tuần hoàn hiện đại gồm bảy chu kì, trong đó chu kì 1 chỉ chứa hai nguyên tố là hydro và heli. Số thứ tự của chu kì cho biết mức năng lượng cao nhất mà êlectron của nguyên tố đó chiếm giữ. Từ đó, chỉ cần nhìn vào số thứ tự chu kì, ta có thể biết được nguyên tố đó có bao nhiêu lớp êlectron.

Ký hiệu

n

— số lượng tử chính (principal quantum number)

Trực giác: Hãy tưởng tượng bảng tuần hoàn như một tòa nhà bảy tầng, mỗi tầng là một chu kì — các căn hộ trên cùng một tầng đều có chung số tầng cao nhất.

Thử nghiệm tương tác

Bấm thêm từng cặp proton–electron: nhìn số lớp đứng yên suốt cả hàng, rồi bật thêm một lớp khi sang hàng mới

Hay hiểu sai

Chu kì là hàng ngang, không phải cột dọc.

Số thứ tự chu kì cho biết số lớp electron, không phải số electron hóa trị.

Không phải chu kì nào cũng có 8 nguyên tố.

Bán kính giảm trong một chu kì không phải vì "thêm electron nên hút nhau chặt hơn".

Ví dụ có lời giải

1Ví dụ 1/2

Khi khảo sát tính chất của một nguyên tố kim loại E ở thể khí, học sinh đo được dãy năng lượng ion hoá liên tiếp (successive ionization energies) của E, tính bằng kJ/mol:

IE_1 = 578

IE_2 = 1817

IE_3 = 2745

IE_4 = 11\,577

IE_5 = 14\,842

. Biết E nằm ở chu kì 3 của bảng tuần hoàn. Cho thêm dữ kiện: nguyên tố Mg đứng ngay trước E trong cùng chu kì có

IE_1 = 738

kJ/mol.

aXác định số electron hoá trị của E và nhóm mà E thuộc về, dựa trên dãy số liệu.
bViết cấu hình electron đầy đủ của E và gọi tên nguyên tố.
cGiải thích vì sao $IE_1$ của E nhỏ hơn $IE_1$ của Mg, mặc dù E có điện tích hạt nhân lớn hơn và cùng nằm trong một chu kì với Mg.

Bạn nắm chắc chưa?

Quiz câu thật từ ngân hàng đề

Vài câu thật gắn đúng khái niệm này, chấm ngay kèm giải thích từng đáp án — hệ thống ghi nhớ bạn nắm tới đâu.

Tạo tài khoản miễn phí

Học tiếp từ đây

Bài học chứa thuật ngữ nàyCấu trúc & tính chất nguyên tử · bài “Xu hướng tuần hoàn” — khoá AP Chemistry

Dẫn tớinăng lượng ion hóa

Hay nhầm với

Thuật ngữKhác nhau ở đâuHay nhầm khi

nhóm (group)group

Khác nhau ở đâuChu kì là hàng ngang bảng tuần hoàn; các nguyên tố cùng chu kì có cùng số lớp electron. Nhóm là cột dọc bảng tuần hoàn; các nguyên tố cùng nhóm có cùng số electron hóa trị.

Hay nhầm khiKhi đề bài hỏi về xu hướng biến đổi tính chất theo chiều ngang hay chiều dọc của bảng tuần hoàn.

Nguồn tham khảo

[1]Chemistry The Central Science in SI Units 15th Expanded Global Edition. tr. 11, 13, 15.

Bấm thêm từng cặp proton–electron: nhìn số lớp đứng yên suốt cả hàng, rồi bật thêm một lớp khi sang hàng mới

Kéo tham số, thấy khái niệm chuyển động — mở khoá bằng tài khoản 0đ.

Tạo tài khoản miễn phí

Mẹo phòng thi

Câu "account for" luôn đòi hai vế: điện tích hạt nhân và khoảng cách hoặc che chắn.

Viết cấu hình electron ra giấy trước khi lập luận về vị trí trong bảng.

Nhớ hai chỗ lõm của năng lượng ion hóa trong chu kì 2 và 3.

Tần suất trong đề AP ChemistryHay gặp

Bước 1: Tìm chỗ nhảy vọt trong dãy số liệu bằng cách lập tỉ số giữa hai giá trị liên tiếp:

1817/578 \approx 3{,}1

;

2745/1817 \approx 1{,}5

;

11\,577/2745 \approx 4{,}2

. Ba giá trị đầu tăng đều đặn, nhưng từ

IE_3

sang

IE_4

năng lượng tăng hơn bốn lần. Chỗ gãy này cho biết electron thứ tư đã bị lấy ra từ một lớp electron sâu hơn, gần hạt nhân hơn hẳn.

2Bước 2: Vì chỉ có ba electron bị tách ra tương đối dễ, E có 3 electron hoá trị (valence electrons). Nguyên tố ở chu kì 3 mà có 3 electron ngoài cùng thì thuộc nhóm 13 (nhóm IIIA). Đến electron thứ tư thì phải phá vào lõi khí hiếm bền vững kiểu neon, nên năng lượng vọt lên hơn 11 000 kJ/mol.

3Bước 3: Chu kì 3 kết hợp với nhóm 13 xác định duy nhất một ô:

Z = 13

, tức nhôm (Al). Cấu hình electron đầy đủ là

1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^1

, tương ứng dạng viết gọn

[\text{Ne}]\,3s^2\,3p^1

. Cấu hình này khớp với kết luận ở Bước 2: ba electron ở lớp

n = 3

là ba electron dễ tách nhất.

4Bước 4: So sánh electron bị tách đầu tiên của hai nguyên tố. Với Mg (

[\text{Ne}]\,3s^2

), electron đó nằm ở phân lớp

3s

; với Al, electron đó nằm ở phân lớp

3p

vốn có năng lượng cao hơn và phân bố xa hạt nhân hơn. Ngoài ra, cặp electron

3s^2

của Al còn chắn bớt lực hút của hạt nhân đối với electron

3p

, làm hiệu ứng chắn (shielding) tăng lên.

5Bước 5: Do đó, dù điện tích hạt nhân tăng từ

Z = 12

lên

Z = 13

, electron

3p

của Al vẫn bị giữ lỏng hơn electron

3s

của Mg. Kết quả là

IE_1(\text{Al}) = 578 < IE_1(\text{Mg}) = 738

kJ/mol. Đây chính là chỗ lõm quen thuộc trong xu hướng tăng chung của năng lượng ion hoá dọc theo một chu kì.

Dãy năng lượng ion hoá cho thấy E có 3 electron hoá trị (chỗ nhảy vọt nằm giữa $IE_3$ và $IE_4$ ), nên E thuộc nhóm 13; kết hợp với dữ kiện chu kì 3 thì E là nhôm, cấu hình $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^1$ . Năng lượng ion hoá thứ nhất của Al thấp hơn của Mg vì electron bị tách của Al nằm ở phân lớp $3p$ có năng lượng cao hơn và được cặp $3s^2$ chắn bớt, chứ không phải vì Al có lực hút hạt nhân yếu hơn.

2Ví dụ 2/2

Bảng dưới đây cho bán kính nguyên tử (atomic radius) của một số nguyên tố, đơn vị pm: Na 186, Mg 160, Al 143, Si 117, P 110, S 104, Cl 99, K 227. Ngoài ra, năng lượng ion hoá thứ nhất của Na là 496 kJ/mol còn của K là 419 kJ/mol.

aGiải thích vì sao bán kính nguyên tử giảm dần từ Na đến Cl.
bGiải thích vì sao K có bán kính lớn hơn Na và năng lượng ion hoá thứ nhất nhỏ hơn Na.

1Bước 1: Xác định vị trí các nguyên tố. Từ Na đến Cl, tất cả đều nằm trên cùng một hàng ngang của bảng tuần hoàn, nghĩa là electron hoá trị của chúng đều được xếp vào cùng lớp electron

n = 3

. Số lớp không đổi thì kích thước nguyên tử sẽ do lực hút của hạt nhân quyết định.

2Bước 2: Ước lượng điện tích hạt nhân hiệu dụng (effective nuclear charge) theo

Z_{\text{eff}} \approx Z - S

, trong đó

Z

là số proton và

S

là số electron lõi làm nhiệm vụ chắn. Cả Na lẫn Cl đều có lõi 10 electron kiểu neon, nên

Z_{\text{eff}}(\text{Na}) \approx 11 - 10 = 1

còn

Z_{\text{eff}}(\text{Cl}) \approx 17 - 10 = 7

. Đi ngang một hàng, số proton tăng nhưng lượng electron chắn hầu như giữ nguyên.

3Bước 3: Vì

Z_{\text{eff}}

tăng đều từ trái sang phải, hạt nhân kéo lớp electron ngoài cùng vào gần hơn. Do đó bán kính co lại liên tục: từ 186 pm ở Na xuống 99 pm ở Cl, tức giảm gần một nửa. Cần nhấn mạnh rằng nguyên nhân không phải là thêm electron mà là lực hút mạnh lên trên cùng một lớp.

4Bước 4: Chuyển sang cặp Na–K. Hai nguyên tố này cùng cột nhưng khác hàng: Na có cấu hình

[\text{Ne}]\,3s^1

, còn K có

[\text{Ar}]\,4s^1

. Electron hoá trị của K nằm ở lớp

n = 4

, xa hạt nhân hơn, đồng thời được che chắn bởi toàn bộ 18 electron lõi thay vì 10.

5Bước 5: Vì vậy

Z_{\text{eff}}

tác dụng lên electron

4s^1

của K xấp xỉ

19 - 18 = 1

, gần bằng giá trị của Na, nhưng khoảng cách tới hạt nhân lại lớn hơn hẳn (227 pm so với 186 pm). Lực hút yếu đi theo bình phương khoảng cách, nên tách electron đó ra tốn ít năng lượng hơn: 419 kJ/mol so với 496 kJ/mol.

Từ Na đến Cl, các nguyên tố nằm cùng một hàng nên electron hoá trị ở cùng lớp $n = 3$ trong khi số proton tăng từ 11 lên 17; điện tích hạt nhân hiệu dụng tăng kéo lớp ngoài vào gần, làm bán kính giảm từ 186 pm xuống 99 pm. Ngược lại, K nằm ở hàng kế tiếp nên electron hoá trị của nó ở lớp $n = 4$ xa hơn và bị lõi 18 electron chắn nhiều hơn, khiến K vừa có bán kính lớn hơn Na vừa dễ mất electron hơn, tức năng lượng ion hoá thứ nhất nhỏ hơn.

Mục tiêu và lộ trình unit xem miễn phí — làm bài tập và lưu tiến độ cần tài khoản 0đ.