I. THỨ TỰ CÁC MỨC NĂNG LƯỢNG TRONG NGUYÊN TỬ
1. Nguyên lý Pauli: Trên 1 obitan có tối đa 2e và 2e này chuyển động tự quay khác chiều nhau:
1 obitan có 2e: 2e
1 obitan có 1e: 1e
2. Nguyên lý vững bền: Ở trạng thái cơ bản, trong nguyên tử các electron chiếm lần lượt các obitan có mức năng lượng từ thấp đến cao.
3. Quy tắc Hund: Trong 1 phân lớp, các electron sẽ phân bố trên các obitan sao cho số electron độc thân là tối đa và có chiều tự quay giống nhau.
Ví dụ:
4. Trật tự các mức năng lượng nguyên tử: Trong nguyên tử, các electron trên các obitan khác nhau, nhưng cùng 1 phân lớp có mức năng lượng như nhau. Các mức năng lượng nguyên tử tăng dần theo trình tự:
1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p
II. 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,...]
VD: Xác định cấu hình e của N có Z = 7
Cấu hình e của N là: 1s22s22p3.
Như vậy, nguyên tử N có tất cả 2 lớp e, [2+3] = 5 e lớp ngoài cùng và có 3 phân lớp.
- 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.
VD: Nguyên tử N thuộc nhóm nguyên tố p
III. ĐẶC ĐIỂM CỦA 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 [1 s2] 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 hiếm. Trong tự nhiên, phân tử khí hiếm chỉ có một nguyên tử.
- Các nguyên tử có 1, 2, 3 electron ở lớp ngoài cùng dễ nhường electron là nguyên tử của các nguyên tố kim loại [trừ H, He và B].
- Các nguyên từ có 5, 6, 7 electron ở lớp ngoài cùng dễ nhận electron thường là nguyên tử của nguyên tố phi kim.
Khi nhắc tới cấu hình electron, thì đây được biết tới như một lý thuyết rất quan trọng, là tiền đề để có thể làm và hiểu được các bài toán hóa học khó hơn sau này.
Vậy cấu hình electron có gì đặc biệt? Cấu hình này được viết như thế nào? Các dạng bài tập chính về cấu hình electron nguyên tử gồm những gì? Đây là những câu hỏi được các bạn học sinh thắc mắc khi bắt đầu được học về cấu tạo nguyên tử ở hóa học lớp 10. Hãy cùng Toppy tìm hiểu chi tiết ở bài viết sau.
Khái niệm về cấu hình electron là gì
Cấu hình electron hay còn được gọi là cấu hình điện tử, là sự phân bố các lớp electron trong phần vỏ của hạt nguyên tử ở các mức trạng thái năng lượng khác nhau của chúng.
Cấu hình electron
Nhờ vào cấu hình của vỏ nguyên tử mà chúng ta có thể xác định được các tính chất cơ bản của một nguyên tố bất kì. Bài tập về việc xác định các loại hạt cũng rất phổ biến và là tiền đề để giái các bài hóa học sau này.
>> Xem thêm thông tin về cấu tạo vỏ nguyên tử tại:
Sự phân bố electron theo các mức năng lượng
Mỗi nguyên tử đều có các mức năng lượng khác nhau,. Chính vì thế mà electron được chia ra và phân bố ở các mức năng lượng riêng. Có thể hiểu rõ được mức năng lượng chính là tiền đề để các bạn học sinh viết được một cách nhanh và chính xác nhất.
- Cấu hình electron nguyên tử ở trạng thái cơ bản được sắp xếp theo mức năng lượng tăng dần
- Mức năng lượng được tăng theo cấp bậc từ 1 tới 7 và xếp lớp theo thứ tự s,p,d,f.
- Với mức điện tích hạt nhân lớn hơn thì mức năng lượng 4s sẽ thấp hơn 3d.
- Số electron tối đa có thể xếp ở mỗi phân lớp là s2 , p6 , d10 , f14 .
- Số electron tối đa được xếp ở mỗi lớp thứ n là 2n2 với n là 1 2 3 4
>> Tìm hiểu thêm về thánh phần nguyên tử:
Ta có bảng mức năng lượng nguyên tử để sắp xếp các electron vào các lớp như sau:
Bảng mức năng lượng cấu hình electron
Ngoài các lớp K L M N thì còn có các lớp sau là O P Q ….. cho tới khi các electron được sắp xếp đủ vào các lớp.
Các bạn học sinh cũng có thể dựa vào các mẹo vặt để ghi nhớ thứ tự mức năng lượng một cách dễ dàng hơn. Hoặc cũng có thể dựa vào bảng tuần hoàn hóa học để xem cả kết cấu vỏ nguyên tử. Lẫn tính chất của nguyên tố đó.
Một ô trong bảng tuần hoàn hóa học
Các đặc điểm của electron lớp ngoài cùng ở vỏ nguyên tử
Dựa vào số hạt electron ở lớp ngoài cùng mà ta có thể biết được cấu hình vỏ nguyên tử. Từ đó phán đoán được tính chất của nguyên tố cấu tạo và loại nguyên tố đó.
- Đối với nguyên tử của tất cả các nguyên tố trong bảng tuần hoàn, số e tối đa có thể ở lớp ngoài cùng là 8 electron.
- Nguyên tử Heli và các nguyên từ gồm 1,2 hay 3 electron lớp ngoài cùng thường không tham gia các phản ứng hóa học. Vì các liên kết này rất bền vững. Các nguyên tố này thường là khí hiếm.
- Các nguyên tử mà lớp ngoài cùng có 1,2 hay 3 electron dễ nhường electron. Thường là các nguyên tử kim loại trừ các khi H,He và B.
- Các nguyên tử có lớp ngoài cùng gồm 5,6 hay 7 electron dễ nhận thêm electron để đạt trạng thái bền vững là 8 electron thường là các phi kim.
- Các nguyên tử lớp ngoài cùng có 4 electron lớp ngoài cùng có thể là phi kim lẫn kim loại.
Một số dạng bài tập có thể gặp về cấu hình electron nguyên tử
Dạng 1: Viết cấu hình vỏ nguyên tử
Đề bài có thể sẽ cho học sinh một số lượng electron Z nhất định để có thể viết ra cấu hình electron cho nguyên tử đó. Ta có thể tuân theo 3 bước để có thể làm bài tập này như sau:
- Bước 1: Xác định số Z mà đề bài cho
- Bước 2: Phân bố các electron vào các mức năng lượng tăng dần theo lý thuyết đã học
1s 2s 3p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s ………………
Cứ như vậy sắp xếp các hạt electron vào các mức năng lượng.
- Bước 3: Chuyển các electron về theo thứ tự các phân lớp
Theo dạng: nd4 [n+1]s2 sẽ được chuyển thành nd5 [n+1]s1
nd9 [n+1]s2 sẽ được chuyển thành nd10 [n+1]s1
Dạng 2: Xác định tính chất hóa học dựa vào cấu hình electron
Sau khi viết được một cấu hình hoàn chỉnh, đề bài có thể sẽ bắt học sinh xác định được các tính chất cơ bản của một nguyên tố. Như nguyên tố đó là phi kim hay kim loại hay khí hiếm? Dựa vào bảng sau, có lẽ sẽ giúp bạn dễ dàng xác định được tính chất của một nguyên tố dựa vào các electron lớp ngoài cùng khi viết được cấu hình hoàn chỉnh.
Bảng tính chất hóa học cơ bản của nguyên tố nhờ nhìn vào cấu hình electron nguyên tử
Dạng 3: Yêu cầu xác định ra nguyên tố hóa học nhờ vào đặc điểm electron cuối cùng.
Cần lưu ý để tránh trường hợp các electron chưa bão hòa ở các lớp gây nhầm lẫn.
Mong rằng qua bài viết trên, Toppy đã giúp các bạn học sinh có thêm một số thông tin về bài học cấu hình electron. Hiểu rõ được cách sắp xếp các hạt electron vào các mức năng lượng và cách giải một số dạng bài tập thường gặp. Hãy tìm hiểu thật kỹ để nắm chắc kiến thức này nhé. Chúc các bạn học sinh học tập tốt!
>>> Xem thêm các bài viết cùng chủ đề tại:
Giải pháp toàn diện giúp con đạt điểm 9-10 dễ dàng cùng Toppy
Với mục tiêu lấy học sinh làm trung tâm, Toppy chú trọng việc xây dựng cho học sinh một lộ trình học tập cá nhân, giúp học sinh nắm vững căn bản và tiếp cận kiến thức nâng cao nhờ hệ thống nhắc học, thư viện bài tập và đề thi chuẩn khung năng lực từ 9 lên 10.
Kho học liệu khổng lồ
Kho video bài giảng, nội dung minh hoạ sinh động, dễ hiểu, gắn kết học sinh vào hoạt động tự học. Thư viên bài tập, đề thi phong phú, bài tập tự luyện phân cấp nhiều trình độ.Tự luyện – tự chữa bài giúp tăng hiệu quả và rút ngắn thời gian học. Kết hợp phòng thi ảo [Mock Test] có giám thị thật để chuẩn bị sẵn sàng và tháo gỡ nỗi lo về bài thi IELTS.
Học online cùng Toppy
Nền tảng học tập thông minh, không giới hạn, cam kết hiệu quả
Chỉ cần điện thoại hoặc máy tính/laptop là bạn có thể học bất cứ lúc nào, bất cứ nơi đâu. 100% học viên trải nghiệm tự học cùng TOPPY đều đạt kết quả như mong muốn. Các kỹ năng cần tập trung đều được cải thiện đạt hiệu quả cao. Học lại miễn phí tới khi đạt!
Tự động thiết lập lộ trình học tập tối ưu nhất
Lộ trình học tập cá nhân hóa cho mỗi học viên dựa trên bài kiểm tra đầu vào, hành vi học tập, kết quả luyện tập [tốc độ, điểm số] trên từng đơn vị kiến thức; từ đó tập trung vào các kỹ năng còn yếu và những phần kiến thức học viên chưa nắm vững.
Trợ lý ảo và Cố vấn học tập Online đồng hành hỗ trợ xuyên suốt quá trình học tập
Kết hợp với ứng dụng AI nhắc học, đánh giá học tập thông minh, chi tiết và đội ngũ hỗ trợ thắc mắc 24/7, giúp kèm cặp và động viên học sinh trong suốt quá trình học, tạo sự yên tâm giao phó cho phụ huynh.