Vì sao bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học lại “tuần hoàn”?

Các nguyên tố tương tác với nhau thông qua electron của chúng. Cách electron tương tác với các nguyên tử khác (hoặc bức xạ điện từ) sẽ quyết định tính chất của nguyên tử đó.

Chúng ta có thể thấy rõ điều này thông qua các đồng vị. Các nguyên tố khác nhau được phân biệt bởi số proton có trong hạt nhân của mỗi nguyên tố. Trong khi đó, nếu thay đổi số neutron lại không làm thay đổi quá nhiều tính chất của nguyên tố. Vì sao lại vậy?

Vì sao bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học lại “tuần hoàn”?
Các electron được "chứa" trong nguyên tử theo một cấu hình nhất định. (Ảnh: Getty Images).

Thật ra, không phải proton là thứ làm thay đổi tính chất của nguyên tố, thay vào đó, sự thay đổi số lượng điện tích dương (proton) sẽ dẫn đến sự thay đổi số điện tích âm (electron) mà nguyên tố có thể giữ và từ đó làm thay đổi tính chất của nguyên tố đó. Với số lượng electron khác nhau, đặc biệt là số electron hóa trị (ở lớp ngoài cùng) của nguyên tử, sẽ tạo ra những tính chất khác nhau. Việc thay đổi số neutron sẽ làm biến đổi hạt nhân nhưng lại ít tác động đến khả năng tương tác của electron, vì vậy, chúng ít ảnh hưởng đến khả năng hóa học của nguyên tử.

Loading...

Vậy điều này liên quan gì đến tính "tuần hoàn" của bảng tuần hoàn hóa học? Thật ra, các electron được "chứa" trong nguyên tử theo một cấu hình nhất định. Chúng được gọi là obitan nguyên tử. Để giải đáp cho câu hỏi này sẽ cần kha khá kiến thức về cơ học lượng tử, nhưng về cơ bản là các obitan nguyên tử sẽ có sự lặp lại. Cụ thể là số lượng tử xung lượng l sẽ biểu hiện hình dạng obitan nguyên tử. Mỗi quỹ đạo tương ứng với số lượng tử chính n (gần đúng). Với mỗi lớp n, sẽ có những phân lớp ls đi kèm. Theo quy ước, các obitan nguyên tử có số lượng tử xung lượng l khác nhau sẽ được gắn nhãn lần lượt là s, p, d, f...

Đó là lý do vì sao bạn thấy có sự tuần hoàn trong bảng các nguyên tố hóa học. Các nguyên tố có số electron vừa đủ lấp đầy obitan sp là nguyên tố bền nhất và mỗi n có một cụm sp riêng. Vì vậy, khi bạn viết cấu hình electron của một nguyên tố có số electron vừa đủ lấp đầy phân lớp sp thì đó là cấu hình electron của một khí hiếm. Với nhóm halogen (như clo hay brom), bạn chỉ cần thêm 1 electron nữa là đủ cấu hình obitan sp, có thể hiểu là thêm 1 electron vào cấu hình nhóm halogen ta sẽ được cấu hình khí hiếm. Ngược lại, với kim loại kiềm (như natri và kali) chỉ cần lấy đi 1 electron của kim loại này ta sẽ được cấu hình của khí hiếm, do vậy mà nhóm này thường có xu hướng mang điện tích dương. Đó là cách các nguyên tử lấp đầy electron vào các obitan sp, bất kể số lượng tử chính n. Và chính điều này đã góp phần lớn vào việc tạo nên tính "tuần hoàn" của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học.

Như vậy, hóa ra các obitan sp lại là phân lớp "hoạt động" nhiều nhất và nó đóng vai trò chính trong việc biểu thị hầu hết tính chất của các nguyên tố. Các nguyên tố chỉ khác nhau về số electron trong obitan d có ít sự khác biệt hơn, đó là lý do vì sao các kim loại chuyển tiếp có tính chất tương tự nhau. Với các nguyên tố có sự khác nhau về số electron trong obitan f (như họ Lantan) thậm chí còn có tính chất tương đồng nhau nhiều hơn. Tuy có khác nhau nhưng nó biểu thị ở những đặc điểm tinh tế hơn so với nhưng điểm tạo nên sự khác biệt trong nhóm kim loại kiềm / phi kim / halogen / khí hiếm.

Lưu ý rằng tính tuần hoàn trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học dần bị phá vỡ khi xuống cuối bảng. Đó là vì càng về sau, bạn sẽ bắt đầu thấy những quy luật trên chỉ mang tính tương đối và cách các obitan hoạt động dần thay đổi. Như vậy, có thể nói tính "tuần hoàn" trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học chỉ mang tính xu hướng, không phải tuyệt đối.

Loading...
TIN CŨ HƠN
Vì sao vùng rừng núi thường mưa nhiều?

Vì sao vùng rừng núi thường mưa nhiều?

Theo thống kê, lượng mưa đo được ở những vùng có mật độ rừng núi che phủ lớn gấp mấy lần ở những nơi không có rừng núi.

Đăng ngày: 26/11/2020
Tại sao một số người lại bị mùi hôi chân “đeo bám dai dẳng”?

Tại sao một số người lại bị mùi hôi chân “đeo bám dai dẳng”?

Mùi hôi chân không chỉ là một vấn đề nhỏ, nó có thể là nguồn gốc chính của những bối rối không đáng có. Nhiều người dù đã cố gắng nhưng vẫn không thể thoát khỏi “mùi hương” ấy.

Đăng ngày: 25/11/2020
Vì sao chúng ta tử tế với người ngoài hơn người thân?

Vì sao chúng ta tử tế với người ngoài hơn người thân?

Ở bên người thân, chúng ta tự cho phép mình sống thực với bản thân nên dễ dàng nổi nóng, to tiếng.

Đăng ngày: 24/11/2020
Vì sao nhiều người

Vì sao nhiều người "nghiện like"?

Trong thời đại của mạng xã hội, nút "like" (thích) trở thành công cụ xác định giá trị của một người và đôi khi cũng là cách quên đi nỗi buồn.

Đăng ngày: 23/11/2020
Vì sao loài ngỗng biết cách bay về phương nam trong mùa đông?

Vì sao loài ngỗng biết cách bay về phương nam trong mùa đông?

Để sẵn sàng di cư, ngỗng bắt đầu chuẩn bị vào giữa mùa hè. Những con ngỗng con sinh ra vào mùa xuân đến lúc đó hầu hết đã lớn. Ngỗng trưởng thành sẽ phát triển một bộ lông mới sau khi rụng lông cũ.

Đăng ngày: 21/11/2020
Vì sao cát lại mềm?

Vì sao cát lại mềm?

Cát nào mềm nhất trên thế giới? Vì sao một số loại cát lại mềm hơn loại khác? Đáp án là chúng ta không biết. Không ai hiểu rõ cát hoạt động ra sao.

Đăng ngày: 21/11/2020
Tại sao loài người lại ăn thức ăn nấu chín?

Tại sao loài người lại ăn thức ăn nấu chín?

Ẩm thực của loài người rất đa dạng theo nhiều nền văn hóa khác nhau nhưng hầu hết đều có điểm chung là thức ăn sẽ được chế biến và nấu chín. Vậy thì tại sao loài người lại ăn thức ăn nấu chín?

Đăng ngày: 19/11/2020
Tiêu điểm
Khoa Học News