Hóa học Lớp 10. So sánh và giải thích bán kính nguyên tử trong chu kì, nhóm.
Kiến thức cần nhớ
**1. Bán kính nguyên tử biểu thị điều gì?**
Đám mây electron không có ranh giới cứng nên bán kính nguyên tử được xác định theo quy ước thực nghiệm. Trong bài tập phổ thông, ta dùng bán kính để so sánh **kích thước tương đối** của nguyên tử hoặc ion.
Ba yếu tố cần xét là:
- **Số lớp electron:** càng nhiều lớp thì electron ngoài cùng càng xa hạt nhân.
- **Điện tích hạt nhân $Z$:** số proton càng lớn thì lực hút lên electron càng mạnh.
- **Hiệu ứng che chắn:** các electron lớp trong làm giảm phần lực hút hạt nhân tác dụng lên electron lớp ngoài.
**2. Xu hướng trong một chu kì**
Từ trái sang phải trong cùng một chu kì:
- $Z$ tăng dần.
- Electron được thêm chủ yếu vào **cùng một lớp**, nên số lớp không đổi và che chắn không tăng đủ để bù sự tăng của lực hút hạt nhân.
- Lực hút hạt nhân hiệu dụng lên electron ngoài tăng, kéo đám mây electron lại gần hạt nhân hơn.
Vì vậy, bán kính nguyên tử **nhìn chung giảm từ trái sang phải**.
$\text{Trong một chu kì: }Z\uparrow\;\Rightarrow\;r_{\text{nguyên tử}}\downarrow$
Ví dụ chu kì 3: $r(\mathrm{Na})>r(\mathrm{Mg})>r(\mathrm{Al})>\cdots>r(\mathrm{Cl})$.
**3. Xu hướng trong một nhóm A**
Từ trên xuống dưới một nhóm:
- Mỗi chu kì mới làm xuất hiện thêm một lớp electron.
- Electron hóa trị xa hạt nhân hơn và bị các lớp trong che chắn mạnh hơn.
- Dù $Z$ tăng, ảnh hưởng của số lớp và che chắn thường trội hơn.
Vì vậy, bán kính nguyên tử **nhìn chung tăng từ trên xuống dưới**.
$\text{Trong một nhóm: số lớp}\uparrow\;\Rightarrow\;r_{\text{nguyên tử}}\uparrow$
Ví dụ: $r(\mathrm{Li})<r(\mathrm{Na})<r(\mathrm{K})$ và $r(\mathrm{F})<r(\mathrm{Cl})<r(\mathrm{Br})$.
**4. So sánh nguyên tử với ion của chính nó**
- **Cation nhỏ hơn nguyên tử tương ứng:** khi mất electron, lực đẩy giữa các electron giảm; đôi khi nguyên tử còn mất cả lớp ngoài cùng. Các electron còn lại bị hạt nhân hút hiệu quả hơn. Ví dụ $r(\mathrm{Na^+})<r(\mathrm{Na})$.
- **Anion lớn hơn nguyên tử tương ứng:** khi nhận thêm electron nhưng số proton không đổi, lực đẩy electron–electron tăng và lực hút trung bình trên mỗi electron giảm. Ví dụ $r(\mathrm{Cl^-})>r(\mathrm{Cl})$.
Với cùng một nguyên tố, thứ tự định tính thường là:
$r(\text{cation})<r(\text{nguyên tử})<r(\text{anion})$
Điện tích dương không làm ion “phồng lên”; trái lại, cation thường nhỏ hơn.
**5. So sánh dãy đẳng electron**
Các tiểu phân đẳng electron có cùng số electron nên có cấu trúc lớp vỏ tương tự. Khi đó, tiểu phân có **nhiều proton hơn** hút cùng số electron mạnh hơn và có bán kính nhỏ hơn:
$\text{cùng số electron: }Z\uparrow\;\Rightarrow\;r\downarrow$
Ví dụ $O^{2-}$, $F^-$, $Na^+$ và $Mg^{2+}$ đều có 10 electron, còn $Z$ lần lượt là 8, 9, 11, 12. Do đó:
$r(O^{2-})>r(F^-)>r(Na^+)>r(Mg^{2+})$
**6. Quy trình so sánh bán kính**
1. Xác định các tiểu phân là nguyên tử hay ion và tính số electron nếu cần.
2. So sánh **số lớp electron** trước. Tiểu phân có nhiều lớp hơn thường lớn hơn.
3. Nếu các nguyên tử cùng chu kì, dùng quy tắc từ trái sang phải bán kính giảm.
4. Nếu cùng nhóm, dùng quy tắc từ trên xuống bán kính tăng.
5. Nếu các ion đẳng electron, so $Z$: $Z$ lớn hơn thì bán kính nhỏ hơn.
6. Nếu là cùng một nguyên tố ở các trạng thái điện tích khác nhau, cation nhỏ hơn, anion lớn hơn.
Không áp dụng một mũi tên tuần hoàn cho hai nguyên tố khác chu kì mà chưa xét số lớp electron.
**7. Giải thích phải nêu đủ nguyên nhân**
Một lời giải tốt không chỉ viết “vì số proton tăng”. Ví dụ khi giải thích bán kính giảm trong chu kì cần nêu đủ:
- Các nguyên tử vẫn có cùng số lớp electron.
- Điện tích hạt nhân tăng.
- Electron mới điền vào cùng lớp nên che chắn không tăng tương ứng.
- Lực hút hiệu dụng tăng làm đám mây electron co lại.
Khi giải thích bán kính tăng trong nhóm, phải nêu sự xuất hiện lớp electron mới và hiệu ứng che chắn, dù điện tích hạt nhân cũng tăng.
**8. Lỗi thường gặp**
- Học thuộc “sang phải giảm, đi xuống tăng” nhưng dùng cho các tiểu phân không cùng chu kì hoặc nhóm.
- So sánh ion chỉ dựa vào dấu điện tích mà không tính số electron và số lớp.
- Cho rằng cation lớn hơn vì “mang dấu cộng”.
- Trong dãy đẳng electron lại kết luận tiểu phân có $Z$ lớn hơn thì lớn hơn.
- Nhầm bán kính nguyên tử với khối lượng nguyên tử; nguyên tử nặng hơn không nhất thiết có bán kính lớn hơn.
ezonthi