chương trình học trên lớp, các em học sinh chỉ được nói qua trong chương trình ban cơ bản (nhắc sơ lược qua Bài 09: Sự biến đổi tuần hoàn tính chất của các nguyên tố hóa học. Định luật tuần hoàn và được nói kĩ hơn trong chương trình ban nâng cao: Bài 11: Sự biến đổi một số đại lượng vật lí của các nguyên tố hóa học). Nhưng chúng chưa có sự phân tích sâu và chi tiết . Với mong muốn giúp đỡ các em học sinh, giúp các em hiểu rõ hơn về chuyên đề này, tôi gửi tới các bạn bài viết này. Tôi mong rằng với nguồn tư liệu này sẽ giúp hữu ích cho các em cũng như các bạn đồng nghiệp trong quá trình tìm hiểu về chuyên đề này . --- o O o --- Trong nguyên tử, các electron chuyển động rất nhanh trong khu vực xung quanh hạt nhân nguyên tử không theo những quỹ đạo xác định tạo nên vỏ nguyên tử hỗn độn xung quanh hạt nhân nguyên tử tạo thành lớp vỏ nguyên tử . Nên về mặt lí thuyết sẽ không có đường biên rõ nét của vị trí các electron, nhưng có thể vẽ thành một mặt cong bao quanh hầu như toàn bộ vị trí của các electron. Bán kính nguyên tử phụ thuộc vào bản chất nguyên tử, đặc điểm liên kết hóa học, độ bội liên kết, cấu trúc tinh thể => Bán kính nguyên tử hoặc ion được xác định phải gắn liền với 1 kiểu liên kết hóa học xác định. Bán kính nguyên tử kim loại: Được xác định bằng 1/2 khoảng cách giữa 2 hạt nhân nguyên tử trong tinh thể. Bán kính cộng hóa trị: Được xác định bằng 1/2 khoảng cách giữa các hạt nhân trong phân tử hoặc các định thể đơn chất tương ứng: Ví dụ: Trong phân tử H 2 và Cl 2 , người ta xác định được khoảng cách giữa tâm của hai nguyên tử hidro là 0,74 0 A và giữa tâm của hai nguyên tử clo là 1,98 0 A \=> r H \= 0,37 0 A và r Cl \= 0,99 0 A . Đối với bán kính của O, C và S chẳng hạn, có thể xác định bằng cách đo khoảng cách O – H, C – Cl, H – S trong các phân tử H 2 O, CCl 4 và H 2 Bằng cách đó hoặc 1 vài cách khác ta có thể xác định được bán kính nguyên tử của hầu hết các nguyên tố. Người ta còn biết rằng, trong một phân tử cộng hóa trị AB, độ dài lien kết A – B gần bằng một nữa khoảng cách A – A cộng với nửa khoảng cách B – Vì vậy biết bán kính nguyên tử, ta có thể đánh giá được một cách gần đúng độ dài lien kết hóa học. Khi chụi tác dụng của một yếu tố, các electron trong lớp vỏ có thể bị tách ra khỏi nguyên tử tạo thành các cation (ion dương) hoặc nhận thêm các electron (ion âm). Qua đó một nguyên tử có thể tồn tại ở dạng nguyên tử hay dạng ion => Có bán kính nguyên tử và bán kính ion nguyên tử. Bán kinh ion nguyên t ử : Kho ả ng cách gi ữ a 2 h ạ t nhân c ủ a cation và anion ở trong tinh th ể b ằ ng t ổ ng bán kính nguyên t ử c ủ a cation và anion. B ằ ng th ự c nghi ệ m, kho ả ng cách gi ữ a các cation và anion c ủ a m ộ t lo ạ t các tinh th ể ion (b ằ ng phương pháp nhiễ u x ạ tia X, ph ổ vi sóng, …) ngườ i ta có th ể xác định đượ c bán kinh c ủ a các ion riêng bi ệ
ụ : Kho ả ng cách gi ữ a 2 h ạ t nhân c ủ a ion Na + và F - b ằ ng 2.31 0 A . - F r (được xđ bằ ng pp quang h ọ
0 A Na r \= 2.31 – 1.35 = 0.96 0 A Trong chương trình hóa học phổ th ông , chúng ta thường có bài tập dạng so sánh bán kính nguyên tử và bán kính của ion (amin – ion âm; cation – ion dương) dựa trên cơ sở của lí thuyết về mặt cấu hình electron và điện tích của hạt nhân. Vì vậy, để so sánh được chính xác (ở mức độ lý thuyết) chúng ta cần chú ý và quan tâm tới lớp vỏ nguyên tử và điện tích của hạt nhân để có căn cứ so sánh. + Số lớp electron tăng thì bán kinh nguyên tử tăng (tỉ lệ thuận với bán kính) + Điện tích hạt nhân càng lớn thì bán kính nguyên tử càng giảm (tỉ lệ nghịch với bán kính) Bán kính nguyên tử + Trong một chu kì: Theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân (đi từ trái sang phải ) trong một chu kỳ thì bán kính nguyên tử giảm: Giải thích: Khi đi từ nguyên tố nọ đến nguyên tố kia điện tích hạt nh ân tang them một đơn vị, electron tang them được điền vào lớp n đang được xây dựng dở ( các nguyên tố trong cùng một chu kì có cùng số lớp electron ) => lực hút giữa hạt nhân với các electron lớp ngoài cùng cũng tang theo \=> bán kính nguyên tử nói chung giảm dần. * Trong chu kì nhỏ: + Gồm những nguyên tố thuộc phân lớp s, p + Sự sắp xếp electron ở lớp ngoài cùng => bán kính nguyên tử giảm đi 1 cách rõ ràng Chu kỳ II Li Be B C N O F Bán kính, A o 1.52 1.13 0.88 0.77 0.77 0.66 0.64 * Trong chu kì lớn: - Gồm các nguyên tố thuộc phân lớp d, f. - Sự sắp xếp electron ở lớp thứ 2 (các nguyên tố d) và lớp thứ 3 (các nguyên tố f) kể từ ngoài vào. - Sự sắp xếp electron ở các nguyên tố d và f ít ảnh hưởng đến bk nguyên tử. - Bk nguyên tử của các nguyên tố thuộc chu kỳ lớn giảm từ từ hoặc rất chậm. _ Hiện tượng co d, co f Xuất hiện hiệu ứng chắn của các electron lớp d và f đối với các electron ở lớp ngoài cùng (ns) làm cho lực hút giữa hạt nhân và các electron ngoài cùng giảm. Nguyên tử K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Bán kính, A o 2.31 1.97 1.60 1.46 1.31 1.25 1.29 1.26 Nguyên tử Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Bán kính, A o 1.25 1.24 1.28 1.33 1.22 1.22 1.21 1.17 1.14 + Trong một nhóm: Theo chiều tang dần của điện tích hạt nhân (từ trên xuống dưới) trong một nhóm bán kính nguyên tử tang. Giải thích: Theo chiều từ trên xuống dưới, tuy điện tích hạt nhân có tang nhưng số lớp electron cũng tang theo lên làm giảm sức hút của hạt nhân với các electron => làm cho bán kính nguyên tử tang lên. Bán kính ion nguyên t ử + Bán kính c ủ a các cation bao gi ờ cũng nhỏ hơn bán kính củ a các nguyên t ử tương ứ ng. Giải thích: Khi electron bị mất đi thì không còn tương tác đẩy của nó với các electron khác và các electron còn lại trong nguyên tử bị hút mạnh hơn về phía hạt nhân => làm cho bán kính ion bị co lại. Sự giảm kích thước của ion đặc biệt lớn khi cả lớp electron ngoài cùng bị mất đi. *Cách giải thích sâu* Cation được hình thành do nguyên tử mất electron hằng số chắn của các electron giảm điện tích hiệu dụng của hạt nhân Z* tăng bk Cation bé hơn bk nguyên tử. Ví dụ Ti Ti 2+ Ti 3+ V V 2+ V 3+ V 4+ r, A o 1.46 0.90 0.69 1.31 0.88 0.71 0.60 + Bán kính của các anion bao giờ cũng lớn hơn bán kính của các nguyên tử tương ứng. Giải thích: Khi nguyên tử biến thành anion, electron nhận them vào làm tang tương tác đẩy electron – |
