Giáo án Bài 5. Cấu tạo của bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học

Nêu được sơ lược lịch sử phát minh bảng tuần hoàn (Mendeleev, 1869); nhận ra vấn đề cần giải quyết: đại lượng nào làm căn cứ sắp xếp các nguyên tố nhất quán hơn.

HS đọc thông tin ngắn về việc Mendeleev sắp xếp các nguyên tố theo chiều tăng dần nguyên tử khối năm 1869, để trống một số ô và dự đoán tính chất của các nguyên tố chưa được tìm thấy (gallium, germanium).
Câu hỏi GV đặt ra:

• Vì sao Mendeleev để trống một số ô trong bảng của mình?
• Theo em, sắp xếp theo nguyên tử khối có luôn cho kết quả hợp lí không?

• Mendeleev sắp xếp các nguyên tố theo nguyên tử khối tăng dần; để trống ô cho nguyên tố chưa tìm thấy và dự đoán đúng tính chất của gallium, germanium.
• Vấn đề cần giải quyết: cần một đại lượng làm căn cứ sắp xếp nhất quán hơn nguyên tử khối, dẫn đến bảng tuần hoàn hiện đại.

Trình bày được nguyên tắc sắp xếp các nguyên tố trong bảng tuần hoàn hiện đại; mô tả được thông tin trong ô nguyên tố.

HS làm việc theo nhóm 4 người, đọc mục Ô nguyên tố trong sách giáo khoa và quan sát mô phỏng 3D trên NeoEdu: chọn ô Ar (Z = 18) và ô K (Z = 19), so sánh vị trí và nguyên tử khối trên ô.
Câu hỏi GV đặt ra:

• Số thứ tự của ô nguyên tố cho biết đại lượng nào?
• Vì sao Ar (39,95) đứng trước K (39,10) trong bảng?
• Nguyên tử khối trên ô có phải là số khối của mọi hạt nhân không?

• Bảng tuần hoàn hiện đại sắp xếp các nguyên tố theo Z tăng dần.
• Mỗi nguyên tố chiếm một ô; số thứ tự ô bằng số hiệu nguyên tử Z.
• Ar có Z = 18, K có Z = 19: Ar đứng trước K vì Z nhỏ hơn, dù nguyên tử khối Ar lớn hơn. Bảng xếp theo Z chứ không theo nguyên tử khối.
• Nguyên tử khối trên ô là giá trị trung bình, không phải số khối của mọi hạt nhân nên không dùng làm căn cứ sắp xếp.

Mô tả được chu kì, nhóm trong bảng tuần hoàn; giải thích được mối liên hệ giữa cấu hình electron của nguyên tử nhóm A với chu kì và nhóm.

HS làm việc theo cặp đôi với Phiếu học tập số 1, kết hợp đọc mục Chu kì, Nhóm nguyên tố, Nhóm A, Nhóm B trong sách giáo khoa.
HS xét hai ví dụ trong sách: nguyên tố Z = 13 có cấu hình 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^1 và nguyên tố Z = 20 có cấu hình kết thúc 4s^2.
Câu hỏi GV đặt ra:

• Số lớp electron của nguyên tử cho biết điều gì về vị trí chu kì?
• Số electron ngoài cùng của nguyên tố nhóm A liên hệ với số nhóm như thế nào?
• Helium (He, 1s^2) có 2 electron ngoài cùng nhưng thuộc nhóm nào? Vì sao?

Đáp án Phiếu học tập số 1:

• Z = 13: cấu hình 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^1; 3 lớp electron nên chu kì 3; 3 electron ngoài cùng nên nhóm 13 (IIIA); electron cuối thuộc phân lớp p nên là nguyên tố p.
• Z = 20: cấu hình kết thúc 4s^2; 4 lớp electron nên chu kì 4; 2 electron ngoài cùng nên nhóm 2 (IIA); electron cuối thuộc phân lớp s nên là nguyên tố s.
  Kết luận HS rút ra: chu kì bằng số lớp electron với nguyên tử nhóm A; số electron ngoài cùng liên hệ với số nhóm A (IA–VIIIA). He có 2 electron nhưng thuộc nhóm 18 (VIIIA) do là khí hiếm, đây là ngoại lệ cần nhớ.
  Bảng tuần hoàn có 7 chu kì và 18 cột nhóm đánh số 1–18.

Phân loại được nguyên tố theo khối s, p, d, f dựa trên electron cuối cùng điền vào phân lớp; phân loại được nguyên tố theo tính chất (kim loại, phi kim, khí hiếm).

HS làm việc theo nhóm 4 người với Phiếu học tập số 2 và học liệu mô phỏng NeoEdu: dùng chế độ Tháo rời để tách bảng thành các khối s, p, d, f; dùng chế độ Làm nổi để chọn cả khối p hoặc cả nhóm VIIIA.
Câu hỏi GV đặt ra:

• Electron cuối cùng điền vào phân lớp nào thì nguyên tố thuộc khối đó?
• Các nguyên tố nhóm IA, IIA và He nằm ở khối nào?
• Fe (Z = 26) nằm ở nhóm nào và thuộc khối nào trên mô phỏng?
• Khí hiếm nằm ở đâu trong bảng?

Đáp án Phiếu học tập số 2:

• Khối s: nhóm IA, IIA và He (He là nguyên tố s nằm ở nhóm VIIIA).
• Khối p: nhóm IIIA đến VIIIA (trừ He).
• Khối d: các nguyên tố nhóm B, bắt đầu từ chu kì 4; Fe thuộc nhóm VIIIB, khối d, nằm ở vị trí giữa bảng.
• Khối f: dãy riêng phía dưới bảng.
  Phân loại theo tính chất: kim loại (phần lớn nguyên tố nằm bên trái và giữa bảng), phi kim (nằm bên phải phía trên), khí hiếm (nhóm VIIIA, nhóm 18).
  Kết luận HS rút ra: khối nguyên tố được xác định bởi phân lớp chứa electron cuối cùng; nhóm, khối và loại nguyên tố có liên hệ với nhau khi quan sát trên bảng.

Vận dụng được quy tắc về số hiệu, nhóm và chu kì để trả lời nhanh các câu hỏi trắc nghiệm và điền khuyết cơ bản.

HS làm bài tập trắc nghiệm nhanh theo cá nhân, sau đó đối chiếu theo cặp.
Đề:

• Bài 1: Bảng tuần hoàn hiện đại ưu tiên thứ tự tăng của đại lượng nào? A. Số hiệu nguyên tử Z; B. Khối lượng riêng; C. Nhiệt độ sôi; D. Số neutron của một đồng vị bất kì.
• Bài 2: Bảng tuần hoàn dạng dài có bao nhiêu nhóm theo đánh số 1–18?
• Bài 3: Nguyên tử nhóm A có cấu hình 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5 thuộc chu kì mấy?
• Bài 6: Helium thuộc nhóm nào trong hệ 1–18? A. 1; B. 18; C. 13; D. 2.

Đáp án:

• Bài 1: A. Z tăng liên tục và gắn với cấu hình electron.
• Bài 2: 18 nhóm theo hệ đánh số hiện đại.
• Bài 3: Chu kì 3, vì cấu hình có 3 lớp electron (n = 3 ở lớp ngoài cùng).
• Bài 6: B. 18; He là khí hiếm, cấu hình 1s^2 là ngoại lệ của quy tắc đếm electron ngoài cùng kiểu nhóm A.

Xác định được cấu hình electron, chu kì, nhóm và khối của nguyên tố khi biết Z hoặc cấu hình electron.

HS làm việc theo cặp đôi với các bài tập sau:

• Bài 4: Nguyên tử trung hoà có cấu hình 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5. Số nhóm theo hệ 1–18 là bao nhiêu?
• Bài 5: Nguyên tố Mg (Z = 12) có bao nhiêu electron ngoài cùng?
• Bài 7: Ghép cấu hình ngoài cùng với vị trí: Na (3s^1), Cl (3s^2 3p^5), Ca (4s^2) với các lựa chọn chu kì và nhóm tương ứng.
• Bài 8: Từ Z = 16, xác định cấu hình electron, chu kì, nhóm hiện đại và khối.

Đáp án:

• Bài 4: 17 (7 electron ngoài cùng, nhóm 17 (VIIA)).
• Bài 5: 2 (cấu hình 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 có 2 electron ngoài cùng).
• Bài 7: Na (3s^1): chu kì 3, nhóm 1; Cl (3s^2 3p^5): chu kì 3, nhóm 17; Ca (4s^2): chu kì 4, nhóm 2.
• Bài 8: Cấu hình 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^4 (tổng 16 electron); 3 lớp nên chu kì 3; 6 electron ngoài cùng nên nhóm 16 (VIA); electron cuối thuộc phân lớp p nên là nguyên tố khối p.

Vận dụng được cấu hình electron và bảng tuần hoàn để xác định vị trí, khối và loại nguyên tố trong bối cảnh thực tế của phòng thí nghiệm.

Tình huống: Trong phòng thí nghiệm, nhãn một số lọ chỉ ghi số hiệu nguyên tử Z của nguyên tố bên trong. HS được cung cấp ba trường hợp: Z = 11, Z = 17, Z = 36. Nhiệm vụ: với mỗi Z, viết cấu hình electron, xác định chu kì, nhóm, khối và cho biết nguyên tố thuộc loại kim loại, phi kim hay khí hiếm (dựa trên vị trí trong bảng).
Câu hỏi GV đặt ra:

• Nếu chỉ biết Z = 36, em có thể dự đoán nguyên tố này thuộc loại nào không? Vì sao?
• Vì sao tra cứu bảng tuần hoàn giúp tiết kiệm thời gian khi làm việc trong phòng thí nghiệm?

Kết quả dự kiến:

• Z = 11: cấu hình 1s^2 2s^2 2p^6 3s^1; chu kì 3; nhóm 1 (IA); khối s; kim loại.
• Z = 17: cấu hình 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5; chu kì 3; nhóm 17 (VIIA); khối p; phi kim.
• Z = 36: cấu hình 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{10} 4s^2 4p^6; chu kì 4; nhóm 18 (VIIIA); khối p; khí hiếm.
  Kết luận: tra cứu bảng tuần hoàn từ Z hoặc cấu hình giúp xác định nhanh vị trí và tính chất của nguyên tố, đúng với nguyên tắc sắp xếp theo Z.