Nhóm

Một nhóm, còn gọi là một họ, là một cột đứng trong bảng tuần hoàn. Các nhóm thường thể nhiều xu hướng tuần hoàn quan trọng hơn là các chu kỳ và các khối. Các thuyết về cấu trúc nguyên tử trong cơ học lượng tử hiện đại giải thích rằng các nguyên tố trong cùng một nhóm có cấu hình electron như nhau trong lớp hóa trị của chúng,[9] và do đó các nguyên tố trong cùng một nhóm có tính chất hóa học giống nhau và thể hiện một xu hướng rõ ràng trong các tính chất với số hiệu nguyên tử tăng dần.[10] Tuy nhiên, trong một vài phần của bảng tuần hoàn, như các khối d và f, tính tương đồng theo chiều ngang có thể quan trọng không kém, hoặc thậm chí quan trọng hơn, tính tương đồng theo chiều dọc.[11][12][13]

Theo quy ước đặt tên quốc tế, các nhóm đánh số từ 1 đến 18 từ cột đầu tiên bên trái (kim loại kiềm) đến cột cuối cùng bên phải (khí hiếm).[14] Trước đây, chúng được đánh thứ tự theo số La Mã. Ở Hoa Kỳ (và một số nước khác) trước kia, người ta phân các nhóm vào loại "A" nếu nhóm đó chỉ chứa lớp s hoặc p, hoặc "B" nếu nhóm đó chứa lớp d. Số La Mã bằng hàng đơn vị của thứ tự cột từ trái sang phải (chẳng hạn, cột thứ 4 là nhóm IVB, và cột thứ 14 là IVA). Các nhóm thứ 8, 9, 10 được xếp chung thành một nhóm lớn là VIIIB. Tiêu chuẩn cũ của IUPAC từng lưu hành ở châu Âu cũng tương tự, trừ chữ "A" được dùng nếu nhóm nằm trước 10 và "B" được dùng cho nhóm 10 trở về sau; ngoài ra nhóm VIIIB ở đây gọi là nhóm VIII còn nhóm VIIIA là nhóm 0. Năm 1988, hệ thống đặt tên IUPAC mới có hiệu lực, và các tên gọi nhóm cũ theo chữ số La Mã đã bị loại bỏ,[15] nhưng vẫn tồn tại ở một số nước như Việt Nam. Tham khảo các cách gọi tên nhóm cũ và mới ở bảng phía dưới.

Một số nhóm này có tên thông thường, chẳng hạn nhóm 2 được gọi là nhóm kim loại kiềm thổ. Nhóm 3–10 không có tên chung của 3 nhóm và được xem là đơn giản bởi các nhóm của chúng hoặc bởi tên gọi của nhóm đầu tiên trong nhóm của chúng (như 'nhóm scandi' cho nhóm 3), vì chúng thể hiện các xu hướng ít tương đồng hơn theo phương đứng.[14]

Các nguyên tố cùng nhóm có khuynh hướng thể hiện các dáng điệu tương tự về bán kính nguyên tử, năng lượng ion hóa, và độ âm điện. Từ trên xuống trong cùng một nhóm, bán kính nguyên tử tăng dần. Do có nhiều mức năng lượng được lấp đầy hơn, các electron hóa trị xuất hiện ở xa hạt nhân hơn. Từ trên xuống, các nguyên tố sau có mức năng lượng ion hóa thấp hơn, tức là dễ tách electron ra khỏi nguyên tử bởi liên kết lỏng lẻo đi. Tương tự, trong một nhóm từ trên cuống sẽ giảm độ âm điện do khoảng cách giữa các electron hóa trị và hạt nhân tăng dần.[16] Tuy nhiên các xu hướng này cũng có ngoại lệ, ví dụ trong nhóm 11 thì độ âm điện tăng từ trên xuống.[17]

Chu kỳ

Một chu kỳ là một hàng ngang trong bảng tuần hoàn. Mặc dù nhóm thông thường có các xu hướng quan trọng hơn, có những vùng trong bảng mà xu hướng theo chiều ngang quan trọng hơn chiều dọc, như ở khối f, với các họ Lantan và họ Actini tạo nên hai chuỗi hàng ngang quan trọng.[18]

Trong một chu kì từ trái sang phải, bán kính nguyên tử giảm dần do mỗi nguyên tố thêm vào proton khiến cho electron lớp ngoài bị kéo lại gần hạt nhân hơn.[19] Bán kính nguyên tử giảm làm năng lượng ion hóa và độ âm điện tăng dần[16] Ái lực electron cũng ít nhiều có một xu hướng, với kim loại (phía trái) thường có ái lực electron thấp hơn phi kim (phía bên phải) với ngoại lệ là các khí hiếm.[20]

Khối

Các vùng khác nhau trên bảng tuần hoàn đôi khi được xem là "khối" (tiếng Anh: "block") theo cách mà các vỏ electron của các nguyên tố được lấp đầy. Mỗi lớp được đặt tên theo sự sắp xếp các electron cuối cùng trong vỏ.[21][chú thích 3] Khối s gồm hai nhóm đầu tiên (kim loại kiềm và kiềm thổ) cũng như hydro và heli. Khối p gồm 6 nhóm cuối từ số 13 đến 18 theo IUPAC (3A đến 8A theo bảng hiện hành ở Việt Nam), trong đó có tất cả các á kim và một số kim loại cùng phi kim. Khối d gồm các nhóm thứ 3 đến 12 theo IUPAC (tức 3B đến 2B) và chứa tất cả kim loại chuyển tiếp. Khối f, thường xếp riêng bên dưới bản tuần hoàn, gồm những nguyên tố kim loại thuộc các họ lantan và actini.[22]

Phân loại và các quy ước khác

Tùy theo tính chất, các nguyên tố trong bảng tuần hoàn có thể chia làm các loại chính là kim loại, phi kim và á kim. Kim loại thường nằm bên trái và phía dưới bảng tuần hoàn. Đặc trưng của chúng là chất rắn, có ánh kim, dẫn điện và nhiệt tốt, có thể tạo thành hợp kim với nhau và hợp chất với phi kim. Phi kim nằm ở bên phải và phía trên. Chúng thường là các khí có màu hoặc không màu, cách điện và nhiệt, hình thành hợp chất hóa trị với nhau. Ở giữa kim loại và phi kim là á kim, có tính chất trung gian hoặc kết hợp giữa hai loại trên.[23]

Kim loại và phi kim có thể chia làm các tiểu loại thể hiện nguyên tố giảm tính kim loại và tăng tính phi kim từ trái sang phải. Kim loại chia làm kim loại kiềm hoạt động mạnh, kim loại kiềm thổ ít hoạt động hơn, rồi đến các họ lantan và actini, rồi tới các kim loại chuyển tiếp nguyên hình, và kết thúc ở các kim loại yếu hơn về hóa học lẫn vật lý. Các phi kim đơn giản chia làm phi kim đa nguyên tử, nằm gần á kim nhất, thể hiện chút ít đặc tính kim loại, các phi kim hai nguyên tử, thể hiện tính phi kim rõ ràng, và cuối cùng là các phi kim đơn nguyên tử tức khí hiếm, gần như hoàn toàn trơ và phi kim. Các loại đặc biệt như kim loại chịu nhiệt và các kim loại hiếm đều thuộc vào kim loại chuyển tiếp[24] và đôi khi cũng được thể hiện trong bảng tuần hoàn.[25] Việc phân loại như thế này tồn tại từ rất lâu, ít nhất là từ năm 1869 khi Hinrichs khẳng định rằng có thể vạch những đường đơn giản trên bảng tuần hoàn để chia ra thành kim loại, phi kim hay nguyên tố khí.[26] Thực tế cách phân loại này không hoàn hảo vì có rất nhiều chồng lấn về tính chất ở gần biên của các loại trên bảng tuần hoàn, và có những nguyên tố, như beri, khó mà phân vào một loại nào.[27]

Trong cách biểu diễn bảng tuần hoàn, họ lantan và họ actini thường thể hiện thành hai hàng dưới thân chính của bảng tuần hoàn, với các vị trí giữa bari và hafni, giữa radi và rutherfordi được đánh dấu bằng ký hiệu hoặc bằng một nguyên tố đại diện (lantan và actini hoặc luteti và lawrenci)[28] Quy ước này thuần túy là một vấn đề thẩm mỹ và tính tiện lợi; một dạng bảng rộng hiếm gặp chèn các họ nguyên tố này vào vị trí chính xác của chúng, tức là một phần của các hàng (chu kỳ) 6 và 7. Một quy ước khác cũng hay gặp là một đường chia giữa kim loại và phi kim, tuy đường này cũng có những biến thể khác nhau và không nằm trong bảng tuần hoàn chính thức của IUPAC.[29]