Bảng tuần hoàn là gì?

Sắp xếp theo số hiệu nguyên tử

Mỗi nguyên tố có số hiệu nguyên tử riêng. Hiđro có 1 proton nên số hiệu nguyên tử là 1; heli có 2, cacbon có 6, sắt có 26, và oganesson, nguyên tố nặng nhất được đặt tên đến nay, có 118. Đọc mỗi hàng từ trái sang phải, số hiệu nguyên tử tăng thêm một từ ô này sang ô kế tiếp, trừ chỗ các lantanit và actinit được chuyển xuống các hàng bên dưới.

Nguyên tử trung hòa có số electron bằng số proton, nên số hiệu nguyên tử cũng cho biết số electron. Các electron đó, đặc biệt là những electron ngoài cùng, quyết định cách một nguyên tố phản ứng, nên việc sắp xếp theo số hiệu nguyên tử làm các tính chất lặp lại theo những khoảng đều đặn. Quy luật lặp lại đó chính là nghĩa của từ “tuần hoàn”.

Ai đã tạo ra bảng tuần hoàn?

Nhiều nhà hóa học đã thử phân loại các nguyên tố trong thế kỉ 19, nhưng nhà hóa học người Nga Dmitri Mendeleev đã công bố phiên bản làm nên danh tiếng cho bảng vào năm 1869. Ông sắp xếp 63 nguyên tố được biết vào thời đó theo khối lượng nguyên tử và nhóm các nguyên tố có tính chất tương tự lại với nhau.

Mendeleev để trống những chỗ mà quy luật của ông cho rằng phải có một nguyên tố, và dự đoán tính chất của những nguyên tố còn thiếu đó. Sau này, gali (phát hiện năm 1875), scanđi (1879) và gecmani (1886) đã lấp đầy ba chỗ trống, với tính chất gần giống dự đoán của ông.

Năm 1913, nhà vật lí người Anh Henry Moseley chứng minh rằng số hiệu nguyên tử, chứ không phải khối lượng nguyên tử, mới là cơ sở thật sự của thứ tự này. Điều đó giải thích vì sao một vài cặp, chẳng hạn telu (khối lượng nguyên tử 127,6) và iot (126,9), phải được đặt lệch thứ tự khối lượng để rơi vào đúng nhóm.

Cách đọc một ô nguyên tố

Mỗi ô vuông trong bảng mô tả một nguyên tố. Hầu hết các bảng cho thấy ít nhất bốn thông tin: số hiệu nguyên tử, kí hiệu hóa học gồm một hoặc hai chữ cái, tên nguyên tố và khối lượng nguyên tử.

Lấy sắt làm ví dụ: số hiệu nguyên tử 26, kí hiệu Fe, khối lượng nguyên tử 55,845. Khối lượng nguyên tử là trung bình có trọng số khối lượng các đồng vị tự nhiên của nguyên tố, nên thường không phải số nguyên. Con số này cũng cho biết khối lượng một mol nguyên tố tính bằng gam, vì vậy khối lượng mol của sắt là 55,845 g/mol.

Kí hiệu luôn bắt đầu bằng chữ cái viết hoa, và chữ cái thứ hai, nếu có, viết thường. Co là coban, còn CO là cacbon monoxit, một hợp chất của cacbon và oxi.

Nhóm và chu kì

18 cột dọc được gọi là nhóm. Các nguyên tố cùng nhóm thường có cùng số electron lớp ngoài, nên phản ứng theo cách tương tự: các kim loại kiềm ở nhóm 1 đều phản ứng với nước, còn các khí hiếm ở nhóm 18 hầu như không phản ứng với bất cứ chất nào.

7 hàng ngang được gọi là chu kì. Số thứ tự chu kì cho biết nguyên tử dùng bao nhiêu lớp electron; natri, ở chu kì 3, có electron trong ba lớp. Đi dọc theo một chu kì, mỗi nguyên tố có nhiều hơn nguyên tố trước một proton và một electron, và các nguyên tố biến đổi từng bước từ kim loại ở bên trái sang phi kim ở bên phải.

Kim loại, phi kim và hai hàng ở phía dưới

Một đường “bậc thang” hình zigzag ở phía bên phải của bảng ngăn cách kim loại với phi kim. Hơn 80 nguyên tố là kim loại, và chúng chiếm bên trái và phần giữa. Các phi kim như cacbon, nitơ, oxi, các halogen và các khí hiếm nằm ở phía trên bên phải; hiđro cũng là phi kim, dù được đặt ở đầu nhóm 1. Các á kim như silic nằm dọc theo bậc thang và có tính chất của cả hai.

Hai hàng riêng biệt dưới bảng chính là các lantanit (nguyên tố 57–71) và các actinit (nguyên tố 89–103). Chúng thuộc về chu kì 6 và 7 nhưng được in bên dưới để bảng giữ được chiều rộng thuận tiện.

Vì sao bảng tuần hoàn hữu ích

Khi biết vị trí của một nguyên tố, bạn có thể dự đoán cách nó hoạt động. Natri ở nhóm 1 nên mất một electron để tạo thành Na⁺; clo ở nhóm 17 nên nhận một electron để tạo thành Cl⁻. Mỗi loại một ion thì cân bằng điện tích, đó là lý do muối ăn là NaCl. Cách lập luận tương tự giúp bạn dự đoán công thức, điện tích và loại liên kết mà không cần học thuộc từng dữ kiện.