Giáo án Bài 6. Xu hướng biến đổi một số tính chất của nguyên tử các nguyên tố trong một chu kì và trong một nhóm

Nhận ra vấn đề: kích thước nguyên tử thay đổi có quy luật khi đi qua các nguyên tố trong cùng chu kì và cùng nhóm A; kết nối với số lớp electron và điện tích hạt nhân.

HS quan sát mô phỏng khay 7 × 4 ô trên NeoEdu (GV chỉ kéo Z qua chu kì 2 và nhóm IA), trả lời hai câu hỏi:

• Câu hỏi 1: Các nguyên tố Li, Be, B, C, N, O, F thuộc chu kì 2 có cùng số lớp electron không? Khi Z tăng, quả cầu lớn dần hay nhỏ dần?
• Câu hỏi 2: Li (167 pm) và Rb (265 pm) thuộc cùng nhóm IA. Nguyên tử nào có nhiều lớp electron hơn? Vì sao Rb có bán kính lớn hơn?

Dự kiến HS trả lời:

• Các nguyên tố chu kì 2 đều có 2 lớp electron; khi Z tăng, quả cầu nhỏ dần (từ Li 167 pm đến F 42 pm).
• Rb có nhiều lớp electron hơn Li (Rb thuộc chu kì 5, Li thuộc chu kì 2) nên bán kính lớn hơn.
  Kết luận ban đầu: bán kính nguyên tử phụ thuộc số lớp electron và điện tích hạt nhân; đây là nội dung cần khám phá trong bài.

Nhận xét được sự biến đổi tuần hoàn cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tố nhóm A; giải thích được xu hướng biến đổi bán kính trong một chu kì và trong một nhóm A.

Nhóm 4 HS hoàn thành Phiếu học tập số 1 gồm:

• Nhiệm vụ 1: Viết cấu hình electron lớp ngoài cùng của Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl (chu kì 3) và Li, Na, K (nhóm IA). Nhận xét số electron lớp ngoài cùng khi đi từ Na đến Cl và từ Li đến K.
• Nhiệm vụ 2: Với chu kì 3, cho biết số lớp electron có đổi không; khi Z tăng, lực hút hiệu dụng lên electron ngoài cùng thay đổi thế nào; từ đó nhận xét bán kính Na > Mg > Al.
• Nhiệm vụ 3: Với nhóm IA, K và Na khác nhau về số lớp electron nào; giải thích vì sao bán kính K lớn hơn Na.
• Dùng mô phỏng khay nguyên tố để kiểm chứng kết quả.

Kết quả dự kiến:

• Cấu hình lớp ngoài cùng chu kì 3: Na $3s^1$; Mg $3s^2$; Al $3s^2 3p^1$; Si $3s^2 3p^2$; P $3s^2 3p^3$; S $3s^2 3p^4$; Cl $3s^2 3p^5$.
• Nhóm IA: Li $2s^1$; Na $3s^1$; K $4s^1$.
• Nhận xét: trong chu kì 3, số electron lớp ngoài cùng tăng dần từ 1 đến 7; trong nhóm IA, các nguyên tố đều có 1 electron lớp ngoài cùng, nên cấu hình lặp lại tuần hoàn.
• Chu kì 3: số lớp không đổi (3 lớp), Z tăng nên lực hút hiệu dụng lên electron ngoài cùng tăng, bán kính giảm: Na > Mg > Al.
• Nhóm IA: K có 4 lớp, Na có 3 lớp; K có thêm một lớp nên bán kính K lớn hơn Na.
  Kiến thức HS rút ra:
• Trong một chu kì nhóm A, bán kính giảm dần từ trái sang phải.
• Trong một nhóm A, bán kính tăng dần từ trên xuống dưới.

Nêu được khái niệm độ âm điện; giải thích được xu hướng biến đổi độ âm điện trong một chu kì và trong một nhóm A.

Hoạt động cặp đôi (suy nghĩ – trao đổi – chia sẻ):

• Đọc khái niệm độ âm điện trong SGK và trang bài học NeoEdu; nêu lại bằng lời của mình.
• Quan sát cột độ âm điện trong mô phỏng khay nguyên tố: Na $0{,}93$ → Cl $3{,}16$ trong chu kì 3; F $3{,}98$ → I $2{,}66$ trong nhóm VIIA.
• Trả lời: (1) Độ âm điện tăng hay giảm trong chu kì? Trong nhóm A? (2) Vì sao F có độ âm điện lớn nhất? (3) Khí hiếm có độ âm điện lớn nhất chu kì không? Vì sao phải thận trọng?

Dự kiến HS trả lời:

• Khái niệm: độ âm điện là khả năng của nguyên tử hút cặp electron liên kết về phía mình.
• Trong chu kì: độ âm điện thường tăng từ trái sang phải (Na $0{,}93$ → Cl $3{,}16$), vì lực hút hiệu dụng tăng nên nguyên tử hút electron liên kết mạnh hơn.
• Trong nhóm A: độ âm điện thường giảm từ trên xuống dưới (F $3{,}98$ → I $2{,}66$), vì số lớp tăng, electron liên kết ở xa hạt nhân hơn và sự che chắn tăng.
• F có độ âm điện lớn nhất trong thang Pauling ($3{,}98$).
• Không khẳng định khí hiếm có độ âm điện lớn nhất chu kì; không tự gán độ âm điện Pauling cho khí hiếm.
  Kiến thức HS rút ra: độ âm điện thường tăng trong chu kì và giảm trong nhóm A (xu hướng có phạm vi).

Giải thích được xu hướng biến đổi tính kim loại, tính phi kim trong một chu kì và trong một nhóm A dựa trên khả năng nhường, nhận electron; phân biệt quan sát thí nghiệm với kết luận về khả năng oxi hoá.

Nhóm 4 HS quan sát hai phòng thí nghiệm ảo do GV điều khiển trên máy chiếu (HS không tự tiến hành thí nghiệm với hoá chất thật):

• Thí nghiệm 1: So sánh tính kim loại của Na và Mg qua phản ứng với nước (neoedu.vn/phong-thi-nghiem-hoa-hoc/natri-tac-dung-nuoc).
• Thí nghiệm 2: So sánh tính phi kim của Cl và I qua phản ứng của nước chlorine với dung dịch potassium iodide (neoedu.vn/phong-thi-nghiem-hoa-hoc/halogen-day-nhau).
  Hoàn thành Phiếu học tập số 2 gồm:
• Ghi mức độ phản ứng của Na và Mg với nước.
• Viết phương trình phản ứng của Na với nước và của Cl₂ với KI.
• Xác định chất nhường, nhận electron; so sánh Cl và I về khả năng nhận electron.
• Từ đó rút ra xu hướng tính kim loại, tính phi kim trong chu kì và nhóm A.

Kết quả dự kiến:

• Na phản ứng mạnh với nước ở điều kiện thường, mạnh hơn Mg; nên Na có tính kim loại mạnh hơn Mg.
• Phương trình: $\mathrm{2Na + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2}$ (Na nhường electron; H trong nước nhận electron).
• Phương trình: $\mathrm{Cl_2 + 2KI \rightarrow 2KCl + I_2}$; dung dịch chuyển màu do I₂ tạo thành. Cl₂ nhận electron của I⁻ nên Cl có tính phi kim mạnh hơn I.
• Lưu ý: màu của I₂ là dấu hiệu quan sát; kết luận về khả năng oxi hoá dựa trên việc Cl₂ oxi hoá I⁻ thành I₂.
  Kiến thức HS rút ra:
• Trong chu kì nhóm A: tính kim loại giảm, tính phi kim tăng từ trái sang phải.
• Trong nhóm A: tính kim loại tăng, tính phi kim giảm từ trên xuống dưới.
• Trên bảng tuần hoàn, kim loại mạnh nhất ở góc dưới bên trái, phi kim mạnh nhất ở góc trên bên phải.

Vận dụng được xu hướng biến đổi bán kính, độ âm điện, tính kim loại và tính phi kim để trả lời câu hỏi và đánh giá nhận định.

HS làm cá nhân 3 phút, sau đó nhóm thống nhất đáp án trong trò chơi “Ai đúng – ai sai” (giơ thẻ A/B/C/D hoặc Đ/S):

• Câu 1: Trong cùng chu kì 3, bán kính của Na, Mg, Al có thứ tự nào khi dùng cùng định nghĩa? A. Al > Mg > Na; B. Mg > Na > Al; C. Na = Mg = Al; D. Na > Mg > Al.
• Câu 2: So K và Na trong nhóm IA, nhận định nào đúng? A. K ít lớp electron hơn; B. Hai nguyên tử có cùng số lớp; C. Na luôn có bán kính lớn hơn K; D. K có thêm lớp electron và bán kính lớn hơn.
• Câu 3: Bán kính 0,12 nm tương ứng bao nhiêu pm?
• Câu 4: Hai bán kính cùng định nghĩa là 180 pm và 140 pm. Chênh lệch theo pm bằng bao nhiêu?
• Câu 5: Độ âm điện mô tả khả năng nào? A. Hút electron liên kết trong một liên kết; B. Luôn nhận electron tự do trong mọi môi trường; C. Tự mang điện tích dương lớn nhất; D. Có nhiều neutron nhất.
• Câu 6: Đánh giá đúng (Đ) hoặc sai (S): a) Không so bán kính nếu các số liệu dùng định nghĩa khác nhau. b) Đi xuống nhóm A thường có thêm lớp electron. c) Học sinh có thể tự dùng sodium với nước để kiểm tra xu hướng. d) Cần xét phạm vi khi dùng quy luật chung.

Đáp án:

• Câu 1: D (Na > Mg > Al; số lớp không đổi, lực hút hiệu dụng thường tăng từ trái sang phải).
• Câu 2: D (K thuộc chu kì 4, Na thuộc chu kì 3, K có thêm lớp electron).
• Câu 3: 120 pm (1 nm = 1000 pm nên 0,12 × 1000 = 120 pm).
• Câu 4: 40 pm (180 − 140 = 40 pm; chỉ so sánh khi hai giá trị cùng định nghĩa bán kính).
• Câu 5: A (độ âm điện là khả năng hút electron liên kết, không đồng nhất với số hiệu nguyên tử hay điện tích ion).
• Câu 6: a) Đ; b) Đ; c) S (sodium phản ứng mạnh với nước, có nguy cơ cháy, bắn; chỉ dùng tư liệu hoặc biểu diễn do GV kiểm soát); d) Đ.
  Kiến thức HS củng cố: xu hướng có phạm vi; bán kính, độ âm điện và tính kim loại – phi kim được giải thích theo cấu tạo electron.

Vận dụng được cấu tạo electron và các xu hướng bán kính, tính kim loại, độ âm điện để phản biện nhận định sai và giải thích ứng dụng thực tế.

Chia lớp thành 3 nhóm, mỗi nhóm nhận một tình huống trên Phiếu học tập số 2 (mục vận dụng):

• Tình huống 1: Một bạn nói “Chlorine nặng hơn sodium nên chắc chắn có bán kính lớn hơn.” Hãy phản biện bằng cấu tạo electron.
• Tình huống 2: Vì sao kim loại kiềm như sodium, potassium thường được bảo quản trong dầu hoả?
• Tình huống 3: Vì sao nhôm được dùng làm dây dẫn điện trong một số ứng dụng? Độ âm điện giúp dự đoán loại liên kết trong hợp chất như thế nào?

Dự kiến câu trả lời:

• Tình huống 1: Na có cấu hình lớp ngoài cùng $3s^1$, Cl có $3s^2 3p^5$; cùng 3 lớp electron. Cl có Z lớn hơn, lực hút lên electron ngoài cùng mạnh hơn nên bán kính Cl nhỏ hơn Na. Khối lượng lớn không tự quyết định bán kính; cần xét cấu tạo electron và phạm vi của xu hướng.
• Tình huống 2: Kim loại kiềm có tính kim loại mạnh, dễ phản ứng với hơi nước và oxygen trong không khí; dầu hoả ngăn tiếp xúc với không khí và hơi ẩm để hạn chế phản ứng.
• Tình huống 3: Nhôm có tính kim loại mạnh, electron hoá trị dễ di chuyển nên dẫn điện tốt. Độ âm điện giúp dự đoán liên kết: chênh lệch độ âm điện lớn thường tạo liên kết ion, chênh lệch nhỏ thường tạo liên kết cộng hoá trị.
  Kiến thức HS rút ra: xu hướng biến đổi tính chất nguyên tử là công cụ để dự đoán, giải thích và lựa chọn vật liệu, nhưng phải dùng đúng phạm vi và định nghĩa.