"Bài 5: Cấu hình electron nguyên tử đưa chúng ta vào một hành trình tìm hiểu sâu hơn về cấu trúc và sự tổ chức của thế giới vi micro. Những electron vô hình, nhỏ bé nhưng đầy quan trọng, đang tạo nên sự đa dạng và tính chất độc đáo cho từng nguyên tố hóa học. Bài học này không chỉ là việc giải những bài tập trên giấy, mà còn là việc khám phá những nguyên tắc cơ bản đằng sau cấu hình electron, từ đó mở ra cánh cửa tri thức về sự phức tạp và kỳ diệu của vũ trụ."
A. LÝ THUYẾT
I. THỨ TỰ CÁC MỨC NĂNG LƯỢNG TRONG NGUYÊN TỬ
-
Trong trạng thái cơ bản, các electron của nguyên tử có mức năng lượng từ thấp đến cao.
- Năng lượng của các lớp tăng từ 1 đến 7 từ trong ra ngoài và năng lượng của các phân lớp tăng theo thứ tự s, p, d và f.
- Sau đây là thứ tự sắp xếp của các phân lớp theo chiều tăng của năng lượng, được xác định bằng cả lý thuyết và thực nghiệm:
1s, 2s, 2p, 3s, 4s, 3d, 4p, 5s...
- Khi điện tích hạt nhân tăng, có sự chèn mức năng lượng nên mức năng lượng 4s thấp hơn 3d.
II. CẤU HÌNH ELECTRON NGUYÊN TỬ
1. Cấu hình electron nguyên tử
- Cấu hình electron nguyên tử biểu diễn sự phân bố electron trên các phân lớp thuộc các lớp khác nhau.
- Người ta quy ước cách viết cấu hình electron nguyên tử như sau :
– Số thứ tự lớp electron được ghi bằng chữ số (1, 2, 3...).
– Phân lớp được ghi bằng các chữ cái thường (s, p, d, f).
– Số electron trong một phân lớp được ghi bằng số ở phía trên bên phải của phân lớp (s2, p6....).
- Cách viết cấu hình electron nguyên tử gồm các bước sau :
Bước 1. Xác định số electron của nguyên tử.
Bước 2. Các electron được phân bố lần lượt vào các phân lớp theo chiều tăng của năng lượng trong nguyên tử (1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s... ) và tuân theo quy tắc sau : phân lớp s chứa tối đa 2 electron ; phân lớp p chứa tối đa 6 electron ; phân lớp d chứa tối đa 10 electron ; phân lớp f chứa tối đa 14 electron.
Bước 3. Viết cấu hình electron biểu diễn sự phân bố electron trên các phân lớp thuộc các lớp khác nhau (1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p ...).
Thí dụ :
– Nguyên tử hiđro, Z = 1, có 1 electron. Cấu hình electron của nguyên tử H là 1s1.
– Nguyên tử heli, Z = 2, có 2 electron. Cấu hình electron của nguyên tử He là 1s2, đã bão hoà.
– Nguyên tử liti, Z = 3, có 3 electron. Cấu hình electron của nguyên tử Li là 1s22s1.
Electron cuối cùng của nguyên tử liti điền vào phân lớp s. Liti là nguyên tố .
– Nguyên tử clo, Z = 17, có 17 electron. Cấu hình electron của nguyên tử CI được viết như sau : 1s22s22p63s23p5.
Hoặc viết gọn là : [Ne] 3s23p5.
Electron cuối cùng của nguyên tử clo điền vào phân lớp p. Clo là nguyên tố p. [Ne] là kí hiệu cấu hình electron của nguyên tử neon, là khí hiếm gần nhất đứng trước clo.
– Nguyên tử sắt, Z = 26, có 26 electron. Các electron của nguyên tử Fe được phân bố như sau : 1s22s22p63s23p64s23d6
Electron cuối cùng của nguyên tử Fe điền vào phân lớp d. Sắt là nguyên tố d.
Cấu hình electron của nguyên tử Fe : 1s22s22p63s23p63d64s2. Hoặc viết gọn là : [Ar] 3d64s2.
Vậy:
Nguyên tố s là những nguyên tố mà nguyên tử có electron cuối cùng được điền vào phân lớp s.
Nguyên tố p là những nguyên tố mà nguyên tử có electron cuối cùng được điền vào phân lớp p.
Nguyên tố d là những nguyên tố mà nguyên tử có electron cuối cùng được điền vào phân lớp d.
Nguyên tố f là những nguyên tố mà nguyên tử có electron cuối cùng được điền vào phân lớp f.
2. Cấu hình electron nguyên tử của 20 nguyên tố đầu
Có thể viết cấu hình electron theo lớp. Thí dụ : Cấu hình electron của Na là 1s22s22p63s1 hay có thể được viết theo lớp là 2, 8, 1.
3. Đặc điểm của lớp electron ngoài cùng
– Đối với nguyên tử của tất cả các nguyên tố, lớp electron ngoài cùng có nhiều nhất là 8 electron.
- Các nguyên tử có 8 electron ở lớp electron ngoài cùng (ns2np6) và nguyên tử heli (1s2) không tham gia vào các phản ứng hoá học (trừ trong một số điều kiện đặc biệt) vì cấu hình electron của các nguyên tử này rất bền. Đó là các nguyên tử của nguyên tố khí hiểm. Trong tự nhiên, phân tử khí hiếm chỉ có một nguyên tử,
- Các nguyên tử có 1, 2, 3 electron ở lớp ngoài cùng để nhường electron là nguyên tử của các nguyên tố kim loại (trừ H, He và B).
– Các nguyên tử có 5, 6, 7 electron ở lớp ngoài cùng dễ nhận electron thường là nguyên tử của nguyên tố phi kim.
– Các nguyên tử có 4 electron ngoài cũng có thể là nguyên tử của nguyên tố kim loại hoặc phi kim (xem bảng tuần hoàn),
Như vậy, khi biết cấu hình electron của nguyên tử có thể dự đoán được loại nguyên tố.
Mời bạn xem thêm: BÀI 6: LUYỆN TẬP : CẤU TẠO VỎ NGUYÊN TỬ CÓ GIẢI BÀI TẬP
B. BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI:
Câu 1 (Trang 27/SGK).
Nguyên tố có Z = 11 thuộc loại nguyên tố :
A. s
B. p
C.d
D.f
Bài giải:
Đáp án A
Nguyên tố có Z = 11 có cấu hình electron 1s22s22p63s1
Electron cuối cùng được điền vào phân lớp s vậy thuộc nhóm nguyên tố s
Câu 2 (Trang 27/SGK).
Cấu hình electron nguyên tử nào sau đây của lưu huỳnh (Z = 16) :
A. 1s2 2s2 2p5 3s2 3p5