Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về cấu hình electron và cách viết cấu hình electron của nguyên tử. Đây là một khía cạnh quan trọng trong lĩnh vực Hóa học, giúp chúng ta hiểu về sự phân bố các electron trong một nguyên tử.
Thứ tự của các mức năng lượng trong một nguyên tử
Trong trạng thái cơ bản, các electron của nguyên tử sẽ chiếm mức năng lượng từ thấp tới cao. Mức năng lượng tại các lớp sẽ tăng theo thứ tự từ 1 đến 7 và phân lớp cũng sẽ tăng theo thứ tự là s, p, d, f.
Cấu hình electron nguyên tử
Cấu hình electron nguyên tử biểu diễn cách phân bố các electron trên các phân lớp tại các lớp khác nhau. Việc viết cấu hình electron nguyên tử sẽ tuân theo các quy tắc và nguyên lý nhất định.
Cách viết cấu hình electron nguyên tử:
- Xác định số electron của nguyên tử.
- Các electron sẽ được phân bố theo thứ tự tăng dần các mức năng lượng và tuân theo quy tắc Pauli, quy tắc Hund.
- Viết cấu hình electron phải tuân theo thứ tự các phân lớp trong một lớp và theo thứ tự lần lượt của các lớp electron.
- Các phân lớp cần được sắp xếp lại theo thứ tự từng lớp khi viết cấu hình electron.
Ví dụ: Nguyên tử Na có số hiệu Z = 11.
- Na có 11 electron.
- Cấu hình electron của Na sẽ là 1s2 2s2 2p6 3s1.
- Hoặc viết gọn: [Ne]3s1 ([Ne] là cấu hình electron của nguyên tố Neon, là khí hiếm)
Cấu hình electron nguyên tử biểu diễn khả năng phân bố các electron ở các phân lớp thuộc các lớp khác nhau.
Cách viết cấu hình electron nguyên tử
Cấu hình electron của nguyên tử sẽ được viết theo một quy ước nhất định:
- Số thứ tự các lớp electron được biểu diễn bằng các chữ số: 1, 2, 3
- Phân lớp được kí hiệu bằng chữ cái in thường: s, p, d, f
- Số electron trong phân lớp được ghi bằng chỉ số ở phía trên góc bên phải và kí hiệu của phân lớp sẽ là: s2, p6, d10…
Để viết cấu hình electron, chúng ta cần nắm chắc các nguyên lý và quy tắc sau:
- Nguyên lý Pauli: Trên một obitan nguyên tử chỉ có thể chứa tối đa 2 electron và 2 electron này chuyển động tự quay ngược chiều nhau xung quanh trục riêng của mỗi electron.
- Quy tắc Hund: Tại cùng một phân lớp, các electron sẽ được phân bố trên các obitan sao cho số các electron độc thân là tối đa và các electron này bắt buộc có chiều tự quay giống nhau.
- Nguyên lý vững bền: Trong trạng thái cơ bản, các electron sẽ lần lượt chiếm các obitan có mức năng lượng từ thấp tới cao.
Các bước viết cấu hình electron nguyên tử:
Bước 1: Xác định chính xác số electron trong nguyên tử.
Bước 2: Các electron cần được phân bố lần lượt dưới các phân lớp theo chiều hướng tăng của mức năng lượng từ trong ra ngoài. Các phân lớp có số lượng electron tối đa như sau:
- Phân lớp s chứa tối đa là 2 electron.
- Phân lớp p chứa tối đa là 6 electron.
- Phân lớp d chứa tối đa là 10 electron.
- Phân lớp f chứa tối đa là 14 electron.
Bước 3: Viết cấu hình electron bằng cách phân bố các electron trên các phân lớp thuộc vào các lớp khác nhau.
Cách xác định nguyên tố s, p, d, f:
- Nguyên tố s: có electron cuối cùng được viết thuộc phân lớp s.
- Nguyên tố p: có electron cuối cùng được viết thuộc phân lớp p.
- Nguyên tố d: có electron cuối cùng được viết thuộc phân lớp d.
- Nguyên tố f: có electron cuối cùng được viết thuộc phân lớp f.
Lưu ý: Một số nguyên tố có cấu hình nguyên tử kiểu bán bão hòa. Ví dụ:
- Cr (có số hiệu Z = 24) có cấu hình electron là 1s2 2s2 2p6 3s23p63d44s2, chuyển thành 1s2 2s2 2p6 3s23p63d54s1.
- Cu (có số hiệu Z = 29) có cấu hình electron là 1s2 2s2 2p6 3s23p63d94s2, chuyển thành 1s2 2s2 2p6 3s23p63d104s1.
Đăng ký ngay khóa học DUO để được thầy cô lên lộ trình ôn thi tốt nghiệp ngay từ bây giờ nhé!
Đặc điểm của lớp electron ngoài cùng – cấu hình electron nguyên tử
Lớp electron ngoài cùng của hầu hết các nguyên tố có nhiều nhất là 8 electron. Tuy nhiên, có một số nguyên tử có 8 electron ở lớp ngoài cùng, đây là các nguyên tố khí hiếm và tồn tại dưới dạng nguyên tử trong tự nhiên.
Các nguyên tử có 1, 2, 3 electron ở lớp ngoài cùng sẽ dễ nhường electron và là nguyên tử của các nguyên tố kim loại (trừ He, H, B).
Các nguyên tử có 5, 6, 7 electron ở lớp ngoài cùng sẽ dễ nhận electron, thường là nguyên tử của các nguyên tố phi kim.
Các nguyên tử có 4 electron ở lớp ngoài cùng có thể là nguyên tử của các nguyên tố phi kim hoặc kim loại.
Lớp electron ngoài cùng sẽ quyết định tính chất hóa học của một nguyên tử. Khi biết được cấu hình electron của nguyên tử, chúng ta cũng có thể dự đoán được loại nguyên tố đó.
Bảng cấu hình electron nguyên tử của 20 nguyên tố đầu tiên
Để hiểu rõ hơn về cấu hình electron nguyên tử, chúng ta có thể tham khảo bảng cấu hình electron của 20 nguyên tố đầu tiên:
Sơ đồ tư duy cấu hình electron nguyên tử
Bài tập áp dụng lý thuyết cấu hình electron nguyên tử
Bài tập cơ bản và nâng cao SGK Hoá 10
Ví dụ 1: Một nguyên tử của nguyên tố X có 3 lớp electron. Lớp ngoài cùng có 4 electron. Hãy xác định số hiệu nguyên tử của nguyên tử nguyên tố X và viết cấu hình electron của X.
Hướng dẫn giải:
- Số hiệu nguyên tử của X là 14.
- Cấu hình electron của X là 1s2 2s2 2p6 3s23p2.
Ví dụ 2: Một nguyên tố d có 4 lớp electron, số electron ở lớp ngoài cùng đã bão hòa. Tính tổng số electron s và electron p của nguyên tố d.
Hướng dẫn giải:
- Nguyên tố d sẽ có 4 lớp electron, electron cuối cùng thuộc phân lớp 3d.
- Cấu hình electron của nguyên tố này có dạng 1s2 2s2 2p6 3s23p63d04s2.
- Tổng số electron s và electron p của nguyên tố d là 20.
Ví dụ 3: Nguyên tử X có kí hiệu là X2656. Viết cấu hình electron nguyên tử của X và cho biết X là nguyên tố kim loại hay phi kim.
Hướng dẫn giải:
- Cấu hình electron của X là 1s2 2s2 2p6 3s23p63d64s2 hoặc [Ar] 3d64s2.
- X có 2 electron ở lớp ngoài cùng, nên X là nguyên tố kim loại.
- Số hiệu nguyên tử của X là 56 và số electron không mang điện là 30.
- Electron cuối cùng thuộc phân lớp 3d, nên X là nguyên tố nhóm d.
Ví dụ 4: Số lượng electron thuộc lớp ngoài cùng trong nguyên tử của các nguyên tố có số hiệu nguyên tử Z lần lượt là 3, 6, 9, 18 là bao nhiêu?
Hướng dẫn giải:
- Để xác định số electron lớp ngoài cùng, chúng ta viết cấu hình electron của từng nguyên tử.
- Z = 3: 1s2 2s1 → có 1 electron ở lớp ngoài cùng.
- Z = 6: 1s2 2s2 2p2 → có 4 electron ở lớp ngoài cùng.
- Z = 9: 1s2 2s2 2p5 → có 7 electron ở lớp ngoài cùng.
- Z = 18: 1s2 2s2 2p6 3s23p6 → có 8 electron ở lớp ngoài cùng.
Ví dụ 5: Có bao nhiêu loại nguyên tố hóa học mà nguyên tử của nó có lớp ngoài cùng thuộc lớp M?
Hướng dẫn giải:
- Lớp M là lớp n = 3.
- Có 8 nguyên tố hóa học mà nguyên tử của chúng có lớp ngoài cùng thuộc lớp M:
- 1s2 2s2 2p6 3s1
- 1s2 2s2 2p6 3s2
- 1s2 2s2 2p6 3s23p1
- 1s2 2s2 2p6 3s23p2
- 1s2 2s2 2p6 3s23p3
- 1s2 2s2 2p6 3s23p5
- 1s2 2s2 2p6 3s23p6
Bài tập trắc nghiệm về Cấu hình electron nguyên tử
CÂU 1: Ở trạng thái cơ bản, cấu hình electron của nguyên tử Na(Z = 11) là
A. 1s2 2s2 2p5 3s2
B. 1s2 2s2 2p4 3s1
C. 1s2 2s2 2p6 3s2
D. 1s2 2s2 2p6 3s1
CÂU 2: Nguyên tố X có Z = 17. Số electron ở lớp ngoài cùng của nguyên tố X là:
A. 1
B. 5
C. 3
D. 7
CÂU 3: Nguyên tử Z23 có cấu hình e là: 1s2 2s2 2p6 3s1. Z có
A. 11 nơtron, 12 proton.
B. 11 proton, 12 notron.
C. 13 proton, 10 nơtron.
D. 11 proton, 12 electron.
CÂU 4: Nguyên tử của nguyên tố hóa học X có kí hiệu như sau: XZ67. Và nguyên tử có cấu hình electron như sau: [Ar]3d10 4s2. Qua đó, số hạt không mang điện của nguyên tử X là:
A. 36.
B. 37.
C. 38.
D. 35.
CÂU 5: Cho các nguyên tử sau: K(Z = 19), Sc(Z = 21), Cr(Z = 24), Cu(Z = 29). Các nguyên tử mà có số electron lớp ngoài cùng tương đương là
A. K, Sc.
B. Sc, Cr, Cu.
C. K, Cr, Cu.
D. K, Sc, Cr, Cu.
CÂU 6: Một nguyên tố A có tổng số electron ở tất cả phân lớp s là 6 và tổng số electron thuộc lớp ngoài cùng là 7. A là nguyên tố nào trong các nguyên tố dưới đây ?
A. F (Z = 9).
B. P (Z = 15).
C. Cl (Z = 17).
D. S (Z = 16).
CÂU 7: Electron cuối cùng của nguyên tử nguyên tố X phân bố vào phân lớp 3d6. X là:
A. Zn (Z = 30).
B. Fe (Z = 26).
C. Ni (Z = 28).
D. S (Z = 16).
CÂU 8: Số hiệu nguyên tử của nguyên tố có tổng số electron trên các phân lớp p bằng 11 là:
A. 13.
B. 15.
C. 19.
D. 17.
CÂU 9: Một nguyên tử X có tổng số electron thuộc tất cả các phân lớp s là 6 và tổng số electron lớp ngoài cùng bằng 6. Cho biết X sẽ là nguyên tố hoá học nào dưới đây?
A. Oxi (Z = 8)
B. Lưu huỳnh (Z = 16)
C. Flo (Z = 9)
D. Clo (Z = 17)
CÂU 10: Lớp thứ n có số electron tối đa là
A. n.
B. 2n.
C. n2.
D. 2n2.
CÂU 11: Lớp thứ n sẽ có số obitan tối đa là:
A. n.
B. 2n.
C. n2.
D. 2n2.
CÂU 12: Ở tại phân lớp 4d, có số electron tối đa sẽ là
A. 6
B. 10
C. 14
D. 18
CÂU 13: Một nguyên tử R có tổng các loại hạt mang điện và không mang điện bằng 34, trong đó có số hạt mang điện gấp 1,833 lần số hạt không mang điện. Nguyên tố R và cấu hình electron của nguyên tố này là:
A. Na, 1s2 2s2 2p6 3s1
B. Mg, 1s2 2s2 2p6 3s2
C. F, 1s2 2s2 2p6 3s23p5
D. Ne, 1s2 2s2 2p6
CÂU 14: Nguyên tử của nguyên tố X có tổng hạt electron trong tất cả các phân lớp p bằng 7. Nguyên tử của nguyên tố Y có tổng các loại hạt mang điện nhiều hơn tổng các loại hạt mang điện của X bằng 8. X và Y là các nguyên tố nào sau đây?
A. Al và Sc
B. Al và Cl
C. Mg và Cl
D. Si và Br.
CÂU 15: Phát biểu nào dưới đây là không đúng?
A. Những electron thuộc lớp K thì có mức năng lượng thấp nhất.
B. Những electron mà ở gần hạt nhân thì sẽ có mức năng lượng thấp nhất.
C. Electron thuộc obitan 4p sẽ có mức năng lượng thấp hơn những electron thuộc obitan 4s.
D. Các electron ở trong cùng một lớp sẽ có năng lượng gần tương đương nhau.
CÂU 16: Phát biểu nào dưới đây không đúng?
A. Các electron sẽ chuyển động xung quanh hạt nhân theo một quỹ đạo tròn.
B. Các electron ở trong cùng một phân lớp sẽ có mức năng lượng tương đương nhau.
C. Các electron sẽ chuyển động không tuân theo một quỹ đạo nhất định.
D. Các electron ở trong cùng một lớp thì các electron có mức năng lượng gần bằng nhau.
CÂU 17: Trong các cấu hình electron dưới đây, cấu hình nào không tuân theo nguyên lí Pauli?
A. 1s2 2s1
B. 1s2 2s2 2p5
C. 1s2 2s2 2p6 3s2
D. 1s2 2s2 2p7 3s2
CÂU 18: Lớp thứ 3 (n = 3) có số phân lớp là
A. 7.
B. 4.
C. 3.
D. 5.
CÂU 19: Phát biểu nào sau đây là đúng.
A. Những electron có mức năng lượng tương đương nhau thì được xếp vào cùng một phân lớp.
B. Tất cả đều đúng.
C. Năng lượng của các electron thuộc lớp K sẽ là cao nhất.
D. Lớp thứ n sẽ có n phân lớp
CÂU 20: Lớp M (n = 3) có số obitan nguyên tử là:
A. 4.
B. 9.
C. 1.
D. 16.
Đáp án tham khảo:
- D
- D
- A
- B
- C
- C
- B
- C
- A
- C
- C
- B
- A
- A
- C
- C
- D
- B
- B
- D
Qua bài viết này, chúng ta hy vọng đã hiểu thêm một phần nào về cấu hình electron nguyên tử. Để học thêm về các kiến thức Hóa học 10 và Hóa học THPT, hãy truy cập sara.edu.vn hoặc đăng ký khóa học với các giảng viên tại sara.edu.vn ngay từ bây giờ.