Xác Định Hai Nguyên Tố Kế Tiếp Nhau Trong Chu Kỳ Dựa Vào Tổng Điện Tích Hạt Nhân

Bài toán xác định vị trí và tên của các nguyên tố hóa học dựa vào thông tin về vị trí tương đối trong bảng tuần hoàn và tổng số điện tích hạt nhân là một dạng bài tập thường gặp trong chương trình Hóa học lớp 10. Dưới đây là một ví dụ minh họa và phương pháp giải chi tiết cho trường hợp hai nguyên tố X và Y đứng kế tiếp nhau trong một chu kì và có tổng điện tích hạt nhân là 25.

Bài toán: Hai nguyên tố X và Y đứng kế tiếp nhau trong cùng một chu kì có tổng điện tích hạt nhân là 25. Hãy xác định:

a) Cấu hình electron của nguyên tử X và Y.

b) Vị trí (số thứ tự, chu kì, nhóm) của X và Y trong bảng tuần hoàn, từ đó suy ra tên của hai nguyên tố này.

Lời giải chi tiết:

a) Xác định số hiệu nguyên tử của X và Y:

Do X và Y là hai nguyên tố kế tiếp nhau trong cùng một chu kì, số proton (tương đương với điện tích hạt nhân, ký hiệu là Z) của chúng chỉ hơn kém nhau 1 đơn vị.

Giả sử Z_X < Z_Y, ta có: Z_Y = Z_X + 1 (1)

Theo đề bài, tổng điện tích hạt nhân của X và Y là 25:

Z_X + Z_Y = 25 (2)

Thay (1) vào (2), ta được: Z_X + (Z_X + 1) = 25

=> 2Z_X + 1 = 25

=> 2Z_X = 24

=> Z_X = 12

Vậy số hiệu nguyên tử của X là 12 và số hiệu nguyên tử của Y là Z_Y = 12 + 1 = 13.

Viết cấu hình electron:

• Với Z_X = 12, nguyên tố X có cấu hình electron là: 1s²2s²2p⁶3s²
• Với Z_Y = 13, nguyên tố Y có cấu hình electron là: 1s²2s²2p⁶3s²3p¹

Alt text: Sơ đồ cấu hình electron của nguyên tử Magie (Mg), Z=12, với các electron phân bố trên các lớp và phân lớp.

Hình ảnh trên minh họa cách các electron được sắp xếp trong nguyên tử Magie (Mg), nguyên tố X trong bài toán này. Việc hiểu rõ cấu hình electron giúp xác định vị trí của nguyên tố trong bảng tuần hoàn.

b) Xác định vị trí và tên nguyên tố:

Dựa vào cấu hình electron, ta có thể xác định vị trí của X và Y trong bảng tuần hoàn như sau:

• Nguyên tố X (Z = 12):
  • Số thứ tự: 12
  • Chu kì: 3 (do có 3 lớp electron)
  • Nhóm: IIA (do là nguyên tố s, có 2 electron lớp ngoài cùng)
  • Tên nguyên tố: Magnesium (Mg)
• Nguyên tố Y (Z = 13):
  • Số thứ tự: 13
  • Chu kì: 3 (do có 3 lớp electron)
  • Nhóm: IIIA (do là nguyên tố p, có 3 electron ở lớp ngoài cùng)
  • Tên nguyên tố: Aluminium (Al)

Alt text: Biểu diễn cấu hình electron của nguyên tử nhôm (Al), Z=13, hiển thị sự phân bố electron trên các lớp và phân lớp, đặc biệt lớp ngoài cùng có 3 electron.

Hình ảnh trên minh họa cấu hình electron của nguyên tử Nhôm (Al), nguyên tố Y trong bài toán này. Sự khác biệt về cấu hình electron giữa Mg và Al quyết định các tính chất hóa học khác nhau của chúng.

Kết luận:

Qua bài toán này, chúng ta đã ôn tập và củng cố kiến thức về:

• Mối liên hệ giữa vị trí của nguyên tố trong bảng tuần hoàn và cấu hình electron.
• Cách xác định số hiệu nguyên tử dựa vào thông tin về vị trí tương đối và tổng điện tích hạt nhân.
• Khả năng suy luận để giải quyết các bài tập định tính và định lượng liên quan đến bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học.

Việc nắm vững các kiến thức này sẽ giúp học sinh dễ dàng giải quyết các bài tập tương tự và hiểu sâu hơn về cấu trúc và tính chất của các nguyên tố hóa học.