Cấu Hình Electron Nguyên Tử, Lý Thuyết, Cách Viết Và Bài Tập Vận Dụng

Trong chương trình Hóa học lớp 10, các em sẽ học về cấu hình electron nguyên tử, cách viết cấu hình electron cũng như những đặc điểm của lớp electron ngoài cùng. Team Marathon Education sẽ giúp các em ghi nhớ những kiến thức này thông qua bài viết dưới đây.

Bài tập về cấu hình electron nguyên tử

Thứ tự của các mức năng lượng trong một nguyên tử:

• Ở trạng thái cơ bản, các electron (e) nguyên tử lần lượt chiếm mức năng lượng từ thấp đến cao.
• Mức năng lượng của các lớp tăng theo thứ tự từ 1 đến 7 và năng lượng của phân lớp tăng theo thứ tự là s, p, d, f.

Cụ thể, thứ tự sắp xếp các phân lớp theo chiều tăng của năng lượng được xác định như sau: 1s 2s 3s 3p 4s 3d 4p 5s…

Khi điện tích hạt nhân tăng xảy ra hiện tượng chèn mức năng lượng nên mức năng lượng 4s thấp hơn 3d.

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.

Cách viết cấu hình electron nguyên tử được quy ước như sau:

1. Số thứ tự lớp electron được ghi bằng các chữ số 1, 2, 3,…
2. Phân lớp được biểu diễn bằng các chữ cái thường như s, p, d, f.
3. Số electron trong một phân lớp được ghi bằng số phía trên bên phải của phân lớp ấy như s2, p6…

Ví dụ: Heli có cấu hình electron là 1s2. Kali có cấu hình electron là 1s22s22p63s23p64s1.

Các nguyên lý và quy tắc cần nhớ

• Nguyên lý Pauli: Mỗi Obitan nguyên tử chỉ chứa tối đa hai electron.
• Quy tắc Hund: Trong cùng một phân lớp, các electron được phân bố sao cho số electron độc thân là tối đa trên các obitan.
• Nguyên lý vững bền: Ở trạng thái cơ bản, các electron sẽ phân bố lần lượt vào các obital có mức năng lượng từ thấp đến cao.

Các bước viết cấu hình electron nguyên tử

Các em có thể viết cấu hình electron nguyên tử theo các bước như sau:

1. Bước 1: Xác định đúng số electron của nguyên tử.
2. Bước 2: Các electron được phân bố lần lượt vào các phân lớp theo chiều tăng của năng lượng trong nguyên tử như: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p…
   và tuân thủ theo quy tắc sau:
   • Phân lớp s chứa tối đa 2e.
   • Phân lớp p chứa tối đa 6e.
   • Phân lớp d chứa tối đa 10e.
   • Phân lớp f chứa tối đa 14e.
3. Bước 3: Viết cấu hình electron bằng cách phân bố electron trên các phân lớp thuộc các lớp khác nhau như: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p…

Lưu ý khi viết cấu hình electron:

• Sắp xếp cấu hình electron theo thứ tự từng lớp (1 → 7), trong mỗi lớp theo thứ tự từng phân lớp (s → p → d → f).
• Cần xác định chính xác số electron nguyên tử hay ion (số e (electron) = số p (proton) = Z (số đơn vị điện tích hạt nhân)).
• Nắm vững các quy tắc và nguyên lý , kí hiệu của lớp và phân lớp.
• Nắm vững quy tắc bán bão hòa hay bão hòa trên phân lớp d và f.

Ví dụ: Viết cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố hóa học sau:

• Nguyên tử Hidro có 1e và Z = 1 ⇒ H: 1s¹
• Nguyên tử Liti có 3e và Z = 3 ⇒ Li: 1s² 2s¹
• Nguyên tử Neon có 10e và Z = 10 ⇒ Ne: 1s² 2s² 2p⁶
• Nguyên tử Clo có 17e và Z = 17 ⇒ Cl: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵. Cấu hình electron viết gọn của Clo là [Ne] 3s² 3p⁵ với electron cuối cùng của Clo điền vào phân lớp p và [Ne] là ký hiệu cấu hình e của nguyên tử Neon.
• Nguyên tử sắt Fe có 26e và Z = 26 ⇒ Fe: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶. Cấu hình electron viết gọn của Fe có thể viết: [Ar] 3d⁶ 4s² và electron cuối cùng của Fe điền vào phân lớp d.

Cách xác định nguyên tố s, p, d, f

Nguyên tố s: có electron cuối cùng được viết vào phân lớp s.

Nguyên tố p: có electron cuối cùng được viết vào phân lớp p.

Nguyên tố d: có electron cuối cùng được viết vào phân lớp d.

Nguyên tố f: có electron cuối cùng được viết vào phân lớp f.

* Lưu ý một số trường hợp đặc biệt:

• Các nguyên tố có cấu hình nguyên tử bán bão hòa:
  • Cr (có Z = 24): 1s ² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁴ 4s² chuyển thành 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁵ 4s¹.
  • Cu (có Z = 29): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁹ 4s² chuyển thành 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s¹.

Đặc điểm cấu tạo của lớp electron ngoài cùng

Đối với hầu hết các nguyên tố thì lớp e ngoài cùng có nhiều nhất là 8e.

Trong trường hợp các nguyên tử có 8 electron lớp ngoài cùng thì cấu hình electron của các nguyên tử này rất bền. Đây thường là các nguyên tố khí hiếm. Các nguyên tố khí hiếm tồn tại ở dạng nguyên tử trong tự nhiên.

Các nguyên tử có 1, 2, 3 e lớp ngoài cùng dễ “NHƯỜNG” e là nguyên tử của các nguyên tố kim loại (trừ He, H, B).

Các nguyên tử có 5, 6, 7 e lớp ngoài cùng dễ “NHẬN” e, thông thường đều là những nguyên tử của nguyên tố phi kim.

Các nguyên tử có 4 e lớp ngoài cùng có thể là nguyên tử của nguyên tố phi kim hay kim loại.

Do vậy, lớp electron ngoài cùng quyết định tính chất hóa học của một nguyên tố. Khi biết cấu hình electron nguyên tử cũng có thể dự đoán được loại nguyên tố.