Bảng tuần hoàn là một thiết kế thông tin rất cô đọng. Mỗi ô chứa danh tính của nguyên tố, nguyên tử khối và, qua vị trí của nó, khá nhiều tính chất hoá học. Phần lớn thời gian bạn cần nó cho một việc: đổi công thức thành khối lượng mol để chuyển gam sang mol. Bài này giải thích cách đọc bảng, vì sao vài nguyên tử khối trông lạ, rồi tính khối lượng mol từng bước với những con số mà giới hoá học dùng hiện nay. Bạn có thể làm theo trên bảng tuần hoàn và máy tính khối lượng mol.
Trong một ô có gì
Lấy sắt làm ví dụ. Ô của nó ghi:
- 26, số hiệu nguyên tử: số proton trong hạt nhân. Chính con số này, và chỉ nó, khiến nguyên tử là sắt. Các nguyên tố được xếp theo số này.
- Fe, kí hiệu, từ tiếng Latin ferrum. Kí hiệu là một chữ hoa, hoặc một chữ hoa theo sau là một chữ thường. Hoa thường mang nghĩa: Co là coban, CO là cacbon monooxit.
- 55,845(2), nguyên tử khối chuẩn: khối lượng trung bình của các nguyên tử sắt trên Trái Đất, so với một phần mười hai nguyên tử cacbon-12, và về số trị chính là khối lượng tính bằng gam của một mol. Số (2) là độ bất định ở các chữ số cuối: 55,845 ± 0,002.
Vị trí cho biết điều gì
Hàng ngang là chu kì. Nguyên tố ở chu kì 4 có electron ngoài cùng ở lớp thứ tư. Cột dọc là nhóm, đánh số từ 1 đến 18; các nguyên tố cùng nhóm có cấu hình electron lớp ngoài giống nhau nên tính chất tương tự: liti, natri, kali ở nhóm 1 đều tác dụng với nước tạo khí hiđro và dung dịch kiềm; flo, clo, brom, iot ở nhóm 17 đều tạo muối với kim loại.
Bảng còn được chia thành các khối theo phân lớp đang được điền: khối s gồm nhóm 1 và 2, khối p gồm nhóm 13 đến 18, khối d (kim loại chuyển tiếp) gồm nhóm 3 đến 12, và khối f là hai hàng tách riêng phía dưới. Hai hàng này được kéo ra chỉ để bảng không rộng tới 32 cột. Khuyến nghị hiện nay của IUPAC (2021) đặt lutexi và lorenxi vào nhóm 3 dưới scanđi và ytri, còn lantan và actini mở đầu hai hàng khối f. Các bảng cũ xếp khác, nên sách giáo khoa không thống nhất về nguyên tố nằm dưới ytri.
Cấu hình electron suy ra từ vị trí. Sắt ở chu kì 4, nhóm 8, nguyên tố thứ sáu của hàng khối d: [Ar] 3d⁶ 4s². Vài nguyên tố phá quy tắc điền đơn giản vì phân lớp d bán bão hoà hoặc bão hoà bền hơn: crom là [Ar] 3d⁵ 4s¹ và đồng là [Ar] 3d¹⁰ 4s¹. Đây là hai ngoại lệ mà chương trình hoá học nào cũng yêu cầu nhớ.
Vì sao có nguyên tử khối là một khoảng hoặc nằm trong ngoặc
Trên bảng mới, hiđro có thể ghi [1,00784; 1,00811] thay vì 1,008. Từ năm 2009, Uỷ ban CIAAW của IUPAC cho một danh sách ngày càng dài các nguyên tố, nay là mười bốn, gồm hiđro, cacbon, nitơ, oxi, lưu huỳnh và clo, một khoảng giá trị, vì tỉ lệ đồng vị của chúng khác nhau đo được giữa các nguồn. Để tính toán, CIAAW công bố một giá trị quy ước: H 1,008; C 12,011; N 14,007; O 15,999; S 32,06; Cl 35,45.
Một số nguyên trong ngoặc vuông, như [97] của tecneti hay [226] của rađi, lại là chuyện khác hẳn. Những nguyên tố này không có đồng vị bền và không có thành phần tự nhiên cố định, nên không có nguyên tử khối chuẩn. Con số đó là số khối của đồng vị sống lâu nhất. Không thể dùng nó để tính khối lượng mol có ý nghĩa; bạn cần biết mình có đồng vị nào.
Tính khối lượng mol từng bước
Khối lượng mol của một hợp chất là tổng nguyên tử khối của mọi nguyên tử trong công thức, tính bằng gam trên mol.
Nước, H2O. Hai hiđro và một oxi: 2 × 1,008 + 15,999 = 18,015 g/mol.
Natri clorua, NaCl. 22,990 + 35,45 = 58,44 g/mol. Vậy 0,25 mol muối nặng 0,25 × 58,44 = 14,61 g.
Canxi hiđroxit, Ca(OH)2. Số 2 sau ngoặc nhân đôi mọi thứ bên trong, được 1 Ca, 2 O và 2 H:
| Nguyên tố | Số nguyên tử | × nguyên tử khối | = khối lượng |
|---|---|---|---|
| Ca | 1 | 40,078 | 40,078 |
| O | 2 | 15,999 | 31,998 |
| H | 2 | 1,008 | 2,016 |
| Tổng | 74,092 g/mol |
Đồng(II) sunfat ngậm 5 nước, CuSO4·5H2O. Dấu chấm trong tinh thể ngậm nước nghĩa là "cộng", và số 5 nhân cả phân tử nước. CuSO4 là 63,546 + 32,06 + 4 × 15,999 = 159,602; năm phân tử nước là 5 × 18,015 = 90,075; tổng cộng 249,677 g/mol, thường làm tròn thành 249,68. Nước chiếm 90,075 ÷ 249,677 = 36,08% khối lượng tinh thể, vì thế nung đồng sunfat xanh thì phần bột trắng còn lại nhẹ đi rõ rệt.
Phần trăm khối lượng cũng lấy từ bảng ấy. Trong nước, hiđro chiếm 2,016 ÷ 18,015 = 11,19% khối lượng và oxi 88,81%. Máy tính liệt kê các phần trăm này cho mọi công thức.
Những lỗi hay gặp
- Sai hoa thường. "CO" và "Co" là hai chất khác nhau. "NaCL" không phải công thức; không có nguyên tố "L".
- Chỉ nhân chỉ số sau ngoặc cho một nguyên tử. (NH4)3PO4 có 3 nitơ và 12 hiđro, không phải 3 nitơ và 4 hiđro.
- Quên nước kết tinh. Cân "đồng sunfat" để pha dung dịch nghĩa là cân dạng ngậm 5 nước nếu trong lọ là dạng đó: 249,68 g/mol chứ không phải 159,60.
- Làm tròn quá sớm. Lấy H = 1, O = 16 được 18 cho nước. Sai 0,015 tuy nhỏ nhưng cộng dồn qua nhiều bước và bị chấm sai khi đề yêu cầu 18,02.
- Tính cả điện tích. Khối lượng mol của ion sunfat bằng của SO4, 96,06 g/mol; hai electron thêm vào chỉ nặng khoảng 0,001 g/mol, dưới mức mọi cân ở trường có thể thấy.
- Dùng số khối làm nguyên tử khối. [226] của rađi là số khối của một đồng vị, không phải giá trị trung bình để dùng trong công thức.
Thử ngay
Mở bảng tuần hoàn, gõ CuSO4·5H2O vào máy tính và so phần phân tích với bảng ở trên, rồi bấm vào crom và đồng để xem cấu hình ngoại lệ của chúng. Muốn đổi đơn vị quanh đáp số, đã có công cụ đổi đơn vị.