Đang tải bài học…

AP Chemistry

nhóm

group

Còn gọi: nhóm trong bảng tuần hoàn · cột trong bảng tuần hoàn · họ nguyên tố · periodic table group · column

Nhóm là cột dọc của bảng tuần hoàn chứa các nguyên tố có cấu hình electron hóa trị tương đồng nên thể hiện tính chất hóa học gần giống nhau.

Trong hệ thống bảng tuần hoàn (periodic table), mỗi cột dọc được gọi là một nhóm, được đánh số thứ tự từ 1 đến 18 chạy dọc từ trên xuống dưới. Điểm chung cốt lõi liên kết các nguyên tố trong cùng một cột là chúng có cùng số electron hóa trị, tức là những electron nằm ở lớp ngoài cùng và tham gia trực tiếp vào liên kết. Chính sự tương đồng về cấu hình electron lớp ngoài cùng này quy định nên tính chất hóa học (chemical properties) đặc trưng cho cả họ nguyên tố.

Do có cùng số electron hóa trị, các nguyên tố trong cùng một nhóm thể hiện tính chất hóa học rất giống nhau, bất kể sự khác biệt về số khối hay số lớp electron bên trong. Chẳng hạn, mọi nguyên tố ở nhóm 1 đều là kim loại kiềm có một electron độc thân ở phân lớp $s$ ngoài cùng, nên đều phản ứng mạnh với nước để tạo dung dịch bazơ. Ngược lại, các nguyên tố ở nhóm 18 là khí hiếm (noble gas) với lớp vỏ electron bão hòa, khiến chúng trơ về mặt hóa học.

Tuy nhiên, khi di chuyển từ trên xuống dưới trong cùng một nhóm, số lớp electron tăng lên làm cho bán kính nguyên tử (atomic radius) lớn dần, khiến lực hút tĩnh điện giữa hạt nhân và electron hóa trị yếu đi. Hệ quả là độ âm điện (electronegativity) giảm dần trong khi tính kim loại tăng dần, tạo nên những biến đổi tính chất có quy luật dọc theo cột. Nhờ đó, thí sinh có thể dự đoán hành vi hóa học của một nguyên tố chỉ dựa trên vị trí cột của nó.

Trực giác: Hãy hình dung bảng tuần hoàn như một tòa chung cư, trong đó mỗi cột là một đại gia đình mà các thành viên, dù ở các tầng khác nhau, đều thừa hưởng cùng một đặc điểm di truyền nổi trội là số electron hóa trị.

Thử nghiệm tương tác

Đi từ O xuống S, Se, Te — mỗi bước thêm một vòng, nhưng vòng ngoài vẫn đúng sáu electron

Hay hiểu sai

Nhóm là cột dọc, chu kỳ (period) là hàng ngang — đừng đảo ngược hai khái niệm này.

Số thứ tự nhóm 16 không có nghĩa là nguyên tố có 16 electron hóa trị.

Giải thích bán kính tăng dần xuống nhóm bằng "có nhiều electron hơn nên đẩy nhau" sẽ không được điểm.

Cùng nhóm không có nghĩa là mọi tính chất đều giống hệt nhau.

Mẹo phòng thi

Ví dụ có lời giải

1Ví dụ 1/1

Bảng dưới đây cho một số dữ liệu của ba nguyên tố thuộc nhóm 16 (Group 16) trong bảng tuần hoàn: | Nguyên tố | Số hiệu nguyên tử | Bán kính cộng hóa trị (pm) | Năng lượng ion hóa thứ nhất (kJ/mol) | |---|---|---|---|O8661314S161051000Se34120941 Ba nguyên tố này được xếp cùng một cột dọc của bảng tuần hoàn. Hãy dùng các nguyên lý về cấu trúc nguyên tử để trả lời các câu hỏi sau. Mọi lập luận phải nêu rõ căn cứ; chỉ nêu quy luật chung mà không giải thích thì không được trọn điểm.

aViết cấu hình electron rút gọn của S và Se, rồi chỉ ra đặc điểm chung nào của cấu hình khiến hai nguyên tố này được xếp cùng nhóm với O.
bGiải thích vì sao năng lượng ion hóa thứ nhất của S (1000 kJ/mol) nhỏ hơn của O (1314 kJ/mol).
cGiải thích vì sao mức giảm năng lượng ion hóa từ O xuống S (314 kJ/mol) lớn hơn nhiều so với mức giảm từ S xuống Se (59 kJ/mol).

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

Cần trướcbảng tuần hoàn electron hóa trị

Hay nhầm với

Thuật ngữKhác nhau ở đâuHay nhầm khi

chu kì (period)period

Khác nhau ở đâuNhóm là cột dọc của bảng tuần hoàn, chứa các nguyên tố có cùng số electron hóa trị. Chu kì là hàng ngang, chứa các nguyên tố có cùng số lớp electron.

Hay nhầm khiđề hỏi về xu hướng biến đổi tính chất theo chiều dọc (nhóm) hay chiều ngang (chu kì)

Nguồn tham khảo

[1]Chemistry The Central Science in SI Units 15th Expanded Global Edition. tr. 1, 15, 20.

1Bước 1 — ý (a): viết cấu hình và tìm điểm chung: Lưu huỳnh có

Z=16

nên cấu hình rút gọn là

\mathrm{[Ne]}3s^2 3p^4

, còn selen có

Z=34

nên cấu hình là

\mathrm{[Ar]}3d^{10}4s^2 4p^4

. Đếm số electron ở lớp electron ngoài cùng (shell) của mỗi nguyên tố: S có

2+4=6

, Se có

2+4=6

, và oxygen với cấu hình

\mathrm{[He]}2s^2 2p^4

cũng có

6

. Vì vậy điểm chung không nằm ở tổng số electron mà ở dạng cấu hình lớp ngoài cùng

ns^2np^4

, tức đều có sáu electron hóa trị (valence electrons). Chính sự giống nhau về lớp ngoài cùng này quy định tính chất hóa học tương tự và là lý do ba nguyên tố được xếp vào cùng một nhóm.

2Bước 2 — ý (b): so sánh điện tích hạt nhân hiệu dụng: Ước lượng đơn giản điện tích hạt nhân hiệu dụng (effective nuclear charge) bằng cách lấy điện tích hạt nhân trừ đi số electron lõi: với O thì

Z_{\text{eff}} \approx 8-2 = 6

, với S thì

Z_{\text{eff}} \approx 16-10 = 6

. Kết quả cho thấy electron ngoài cùng của hai nguyên tố chịu lực hút gần như bằng nhau, nên không thể lấy điện tích hạt nhân để giải thích chênh lệch. Khác biệt thật sự nằm ở số lớp electron: electron bị tách của O ở lớp

n=2

, còn của S ở lớp

n=3

, xa hạt nhân hơn (bán kính

105

pm so với

66

pm).

3Bước 3 — ý (b): kết luận theo lực hút Coulomb: Lực hút giữa hạt nhân và electron ngoài cùng giảm nhanh khi khoảng cách tăng, theo

F \propto \dfrac{Z_{\text{eff}}\,e^2}{r^2}

, trong đó

r

là khoảng cách trung bình từ hạt nhân đến electron bị tách. Vì

Z_{\text{eff}}

của O và S xấp xỉ bằng nhau nhưng

r

của S lớn hơn hẳn, electron

3p

của S bị giữ yếu hơn electron

2p

của O. Do đó cần ít năng lượng hơn để tách nó, đúng như số liệu

1000 < 1314

kJ/mol.

4Bước 4 — ý (c): xét vai trò của phân lớp 3d: Đi từ S xuống Se, số hiệu nguyên tử nhảy tới

34-16 = 18

đơn vị chứ không phải

8

như khi đi từ O xuống S, vì giữa hai nguyên tố này có dãy mười nguyên tố khối

d

chen vào. Các electron

3d

nằm khá gần vùng của electron

4p

nên hiệu ứng che chắn (shielding effect) của chúng kém hiệu quả, khiến electron ngoài cùng của Se cảm nhận lực hút hạt nhân mạnh hơn dự đoán. Nhờ đó bán kính chỉ tăng

120-105 = 15

pm, nhỏ hơn nhiều so với mức tăng

105-66 = 39

pm ở bước O sang S.

5Bước 5 — ý (c): nối khoảng cách với năng lượng: Vì khoảng cách chỉ nhích lên chút ít trong khi lực hút hiệu dụng lại được bù bởi phần che chắn kém của phân lớp

3d

, năng lượng ion hóa thứ nhất (first ionization energy) chỉ giảm

1000-941 = 59

kJ/mol. Ngược lại, ở bước O sang S, electron ngoài cùng chuyển hẳn sang một lớp mới ở xa mà không có hiệu ứng bù nào, nên năng lượng rơi tới

1314-1000 = 314

kJ/mol, gấp hơn năm lần. Sự chênh lệch giữa hai mức giảm này chính là dấu hiệu cho thấy quy luật trong một nhóm không phải lúc nào cũng đều đặn.