Mục lục bài họcĐang ở d02-b1
Atomic structure and the Periodic Table
Inside the atom
| particle | relative mass | relative charge | where |
| proton | $1$ | $+1$ | nucleus |
| neutron | $1$ | $0$ | nucleus |
| electron | $\frac{1}{1840}$ | $-1$ | shells around the nucleus |
The proton number $Z$ decides which element it is. The nucleon number $A$ is protons plus neutrons, so neutrons $=A-Z$. A neutral atom has as many electrons as protons.
Electron shells
Electrons fill shells from the inside out: 2, 8, 8 for the first twenty elements. Chlorine ($Z=17$) is therefore $2,8,7$.
Two rules follow directly, and they carry most of the marks in this chapter:
- group number = number of electrons in the outer shell (for Groups I–VII);
- period number = number of occupied shells.
Chemical behaviour is decided almost entirely by the outer shell, which is why elements in the same group react alike.
Ions
Atoms gain or lose electrons to reach a full outer shell.
- Metals (Groups I, II, III) lose electrons and form positive ions: $\ce{Na+}$, $\ce{Mg^2+}$, $\ce{Al^3+}$;
- Non-metals (Groups V, VI, VII) gain electrons and form negative ions: $\ce{N^3-}$, $\ce{O^2-}$, $\ce{Cl-}$.
The charge follows the group: Group I gives $+1$, Group II gives $+2$, Group VI gives $-2$, Group VII gives $-1$. Group 0 forms no ions because its outer shell is already full.
Isotopes
Isotopes have the same proton number but different nucleon numbers. Same number of electrons means identical chemical properties; different numbers of neutrons mean different mass and possibly different nuclear stability.
Bên trong nguyên tử.
- proton — khối lượng tương đối $1$, điện tích $+1$, nằm trong hạt nhân;
- neutron — khối lượng tương đối $1$, điện tích $0$, nằm trong hạt nhân;
- electron — khối lượng tương đối $\frac{1}{1840}$, điện tích $-1$, nằm ở các lớp quanh hạt nhân.
Số proton $Z$ quyết định đó là nguyên tố nào. Số khối $A$ là proton cộng neutron, nên số neutron $=A-Z$. Nguyên tử trung hoà có số electron bằng số proton.
Lớp electron. Electron điền vào các lớp từ trong ra: 2, 8, 8 với hai mươi nguyên tố đầu. Clo ($Z=17$) vì thế có cấu hình $2,8,7$.
Hai quy tắc suy ra trực tiếp từ đó, và chúng mang phần lớn số điểm của chương:
- số nhóm = số electron ở lớp ngoài cùng (với nhóm I đến VII);
- số chu kỳ = số lớp electron đã có.
Tính chất hoá học hầu như hoàn toàn do lớp ngoài cùng quyết định — đó là lý do các nguyên tố cùng nhóm phản ứng giống nhau.
Ion. Nguyên tử nhường hoặc nhận electron để đạt lớp ngoài cùng đầy đủ.
- Kim loại (nhóm I, II, III) nhường electron và tạo ion dương: $\ce{Na+}$, $\ce{Mg^2+}$, $\ce{Al^3+}$;
- Phi kim (nhóm V, VI, VII) nhận electron và tạo ion âm: $\ce{N^3-}$, $\ce{O^2-}$, $\ce{Cl-}$.
Điện tích đi theo số nhóm: nhóm I cho $+1$, nhóm II cho $+2$, nhóm VI cho $-2$, nhóm VII cho $-1$. Nhóm 0 không tạo ion vì lớp ngoài đã đầy sẵn.
Đồng vị. Đồng vị có cùng số proton nhưng khác số khối. Cùng số electron nghĩa là tính chất hoá học giống hệt nhau; khác số neutron nghĩa là khối lượng khác và có thể độ bền hạt nhân khác.
Một nguyên tử có ký hiệu $^{24}_{12}\text{Mg}$. (a) Viết cấu hình electron. (b) Suy ra nhóm và chu kỳ của nó. (c) Cho biết nó tạo ion gì, và ion đó có bao nhiêu electron.
(a) $Z=12$ nên nguyên tử trung hoà có $12$ electron. Điền từ trong ra theo quy tắc $2,8,8$:
$$2,\ 8,\ 2$$(b) Lớp ngoài cùng có $2$ electron → nhóm II. Có $3$ lớp đã dùng → chu kỳ 3.
Kiểm nhanh bằng bảng tuần hoàn: magie đúng là nằm ở nhóm II, chu kỳ 3 ✓.
(c) Với $2$ electron ở lớp ngoài, magie đạt lớp ngoài đầy dễ nhất bằng cách nhường cả hai — nhanh hơn nhiều so với nhận thêm sáu. Nó là kim loại, và kim loại thì nhường electron.
$$\ce{Mg -> Mg^2+ + 2e-}$$Ion $\ce{Mg^2+}$ có $10$ electron: mất hai electron nhưng số proton vẫn là $12$, và đó chính là lý do ion mang điện $+2$.
Chú ý cấu hình của $\ce{Mg^2+}$ là $2,8$ — giống hệt neon. Đó là điều mọi ion đang “nhắm tới”: cấu hình bền của khí hiếm gần nhất.
Clo có hai đồng vị bền, $^{35}\text{Cl}$ và $^{37}\text{Cl}$. (a) Nêu số proton, neutron và electron của mỗi đồng vị. (b) Giải thích vì sao chúng có tính chất hoá học giống hệt nhau.
(a) Cả hai đều là clo nên $Z=17$.
$^{35}\text{Cl}$: $17$ proton, $35-17=18$ neutron, $17$ electron.
$^{37}\text{Cl}$: $17$ proton, $37-17=20$ neutron, $17$ electron.
(b) Chuỗi ba mắt xích.
Một. Tính chất hoá học của một nguyên tử do electron lớp ngoài cùng quyết định — chính chúng tham gia vào việc nhường, nhận hay dùng chung khi tạo liên kết.
Hai. Trong nguyên tử trung hoà, số electron bằng số proton. Hai đồng vị có cùng $17$ proton nên có cùng $17$ electron, xếp giống hệt nhau thành $2,8,7$.
Ba. Vì cấu hình electron y hệt, cả hai phản ứng theo đúng một cách và với cùng tốc độ.
Neutron thì sao? Neutron nằm trong hạt nhân và không mang điện, nên chúng không ảnh hưởng gì tới việc tạo liên kết. Chúng chỉ làm đổi khối lượng — và với một số đồng vị, làm đổi độ bền hạt nhân, tức tính phóng xạ.
Đó là lý do không phản ứng hoá học nào tách được hai đồng vị của cùng một nguyên tố; muốn tách phải dùng phương pháp vật lý dựa trên chênh lệch khối lượng.
Đọc xong rồi — làm thử ngay
Bài tập của chương Atoms, Elements and Compounds gồm 14 câu trắc nghiệm và 3 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.