Cấu hình electron nguyên tử là gì

Bài viết này có đồng tác giả là đội ngũ biên tập viên và các nhà nghiên cứu đã qua đào tạo, những người xác nhận tính chính xác và toàn diện của bài viết.

Nhóm Quản lý Nội dung của wikiHow luôn cẩn trọng giám sát công việc của các biên tập viên để đảm bảo rằng mọi bài viết đều đạt tiêu chuẩn chất lượng cao.

Bài viết này đã được xem 309.268 lần.

Cấu hình electron của nguyên tử là chuỗi số đại diện cho các obitan electron. Obitan electron là các khu vực không gian có hình dạng khác nhau bao quanh hạt nhân nguyên tử, trong đó các electron được sắp xếp một cách trật tự. Qua cấu hình electron bạn có thể nhanh chóng xác định được có bao nhiêu obitan electron trong nguyên tử, và số electron trong từng obitan. Một khi hiểu được các nguyên lý cơ bản của cấu hình electron, bạn sẽ tự viết được cấu hình electron và có thể làm các bài kiểm tra hóa học một cách tự tin.

1. 1 Tìm số hiệu nguyên tử của nguyên tử. Mỗi nguyên tử có một số electron cụ thể liên kết với nó. Xác định vị trí của nguyên tố trên bảng tuần hoàn hóa học. Số hiệu nguyên tử là số nguyên dương bắt đầu từ 1 [đối với hiđro] và tăng dần 1 đơn vị cho mỗi nguyên tử sau đó. Số hiệu nguyên tử là số proton của nguyên tử - vì vậy, đó cũng là số electron của nguyên tử ở trạng thái cơ bản.
2. 2

   Xác định điện tích của nguyên tử. Nguyên tử trung hòa về điện có số electron đúng với số thể hiện trên bảng tuần hoàn. Tuy nhiên, nguyên tử có điện tích sẽ có số electron nhiều hoặc ít hơn dựa trên độ lớn điện tích của nó. Nếu bạn làm việc với nguyên tử có điện tích thì hãy cộng hoặc trừ số electron tương ứng: cộng một electron cho từng điện tích âm và trừ một electron cho từng điện tích dương.

   • Ví dụ, nguyên tử natri có điện tích +1 sẽ có một electron bị lấy khỏi số hiệu nguyên tử cơ bản là 11. Do đó, nguyên tử natri sẽ có tổng số 10 electron.
3. 3

   Học thuộc lòng danh sách obitan cơ bản. Khi nguyên tử nhận electron, các electron này sẽ được sắp xếp vào obitan theo một trật tự cụ thể. Khi các electron điền đầy obitan thì số electron trong mỗi obitan là số chẵn. Chúng ta có các obitan sau:

   • Obitan s [bất kì số nào có chữ “s” phía sau trong cấu hình electron ] chỉ có một obitan, và theo Nguyên lý Ngoại trừ Pauli, mỗi obitan chỉ chứa tối đa 2 electron, do đó mỗi obitan s chỉ chứa được 2 electron.
   • Obitan p có 3 obitan, vì vậy có thể chứa tối đa 6 electron.
   • Obitan d có 5 obitan, vì vậy có thể chứa tối đa 10 electron.
   • Obitan f có 7 obitan, vì vậy có thể chứa tối đa 14 electron. Học thuộc lòng trật tự tên các obitan theo câu văn dễ nhớ sau: Son Phấn Dùng Fải Gần Hợp Í Kiến. Đối với các nguyên tử có nhiều electron hơn, các obitan tiếp tục được viết theo bảng chữ cái sau chữ k, bỏ những ký tự đã được dùng.
4. 4

   Tìm hiểu cấu hình electron. Cấu hình electron được viết sao cho thể hiện rõ số electron trong nguyên tử, cũng như số electron trong mỗi obitan. Mỗi obitan được viết theo trật tự nhất định, với số electron trong mỗi obitan được viết ở trên bên phải của tên obitan đó. Cuối cùng cấu hình electron là một chuỗi bao gồm tên các obitan và số electron được viết ở trên bên phải của chúng.

   • Ví dụ sau đây là một cấu hình electron đơn giản: 1s2 2s2 2p6. Cấu hình này cho thấy có hai electron trong obitan 1s, hai electron trong obitan 2s, và sáu electron trong obitan 2p. 2 + 2 + 6 = 10 electron [tổng cộng]. Cấu hình electron này là của nguyên tử neon trung hòa về điện [số hiệu nguyên tử của neon là 10].
5. 5

   Học thuộc lòng trật tự các obitan. Lưu ý rằng các obitan được đánh số theo lớp electron, nhưng có trật tự về mặt năng lượng. Ví dụ, obitan 4s2 bão hòa có năng lượng thấp hơn [hoặc bền hơn] obitan 3d10 bão hòa hay chưa bão hòa, do đó phân lớp 4s được viết trước. Một khi bạn biết trật tự các obitan thì có thể sắp xếp các electron vào chúng theo số electron của nguyên tử đó. Trật tự sắp xếp electron vào obitan như sau: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p, 8s.

   • Cấu hình electron của một nguyên tử có mỗi obitan được điền đầy electron được viết như sau: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d107p6
   • Lưu ý rằng nếu tất cả các lớp được điền đầy, cấu hình electron trên đây là của Og [Oganesson], 118, là nguyên tử có số hiệu cao nhất trên bảng tuần hoàn - chứa tất cả các lớp electron được biết hiện nay đối với một nguyên tử trung hòa về điện.
6. 6

   Sắp xếp electron vào obitan theo số electron của nguyên tử. Ví dụ, nếu bạn muốn viết cấu hình electron của nguyên tử canxi trung hòa về điện, việc đầu tiên là tìm số hiệu nguyên tử của nó trên bảng tuần hoàn. Số hiệu nguyên tử của canxi là 20, do đó chúng ta sẽ viết cấu hình của nguyên tử có 20 electron theo trật tự trên đây.

   • Sắp xếp electron vào các obitan theo trật tự trên đây đến khi đủ 20 electron. Obitan 1s nhận hai electron, 2s nhận hai, 2p nhận sáu, 3s nhận hai, 3p nhận sáu, và 4s nhận hai [2 + 2 + 6 +2 +6 + 2 = 20]. Do đó cấu hình electron của canxi là: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2.
   • Ghi chú: Mức năng lượng thay đổi khi lớp electron tăng dần. Ví dụ, khi bạn viết đến mức năng lượng thứ 4 thì phân lớp 4s được viết trước, sau đó đến 3d. Sau khi viết mức năng lượng thứ tư, bạn sẽ chuyển sang mức thứ năm và bắt đầu lại trật tự sắp xếp phân lớp. Điều này chỉ xảy ra sau mức năng lượng thứ 3.
7. 7

   Sử dụng bảng tuần hoàn làm cách giải tắt trực quan. Có lẽ bạn nhận thấy hình dạng của bảng tuần hoàn tương ứng với trật tự các obitan trong cấu hình electron. Ví dụ, các nguyên tử ở cột thứ hai từ trái sang luôn kết thúc ở “s2”, các nguyên tử ở phía xa bên phải của phần giữa luôn kết thúc ở “d10” v.v... Sử dụng bảng tuần hoàn để viết cấu hình - trật tự sắp xếp electron vào các obitan sẽ tương ứng với vị trí thể hiện trên bảng tuần hoàn. Xem phần dưới đây:

   • Hai cột bên trái ngoài cùng là các nguyên tử có cấu hình electron kết thúc ở obitan s, phần bên phải bảng tuần hoàn là các nguyên tử có cấu hình electron kết thúc ở obitan p, phần giữa là các nguyên tử kết thúc ở obitan d, và phần dưới là các nguyên tử kết thúc ở obitan f.
   • Ví dụ, khi viết cấu hình electron của nguyên tố clo, bạn hãy lập luận như sau: Nguyên tử này nằm ở hàng [hoặc “chu kỳ”] thứ ba của bảng tuần hoàn. Nó cũng nằm ở cột thứ năm của khối obitan p trên bảng tuần hoàn. Do đó cấu hình electron sẽ kết thúc là ...3p5.
   • Cẩn thận! Phân lớp obitan d và f trên bảng tuần hoàn tương ứng với các mức năng lượng khác với chu kỳ của chúng. Ví dụ, hàng thứ nhất của khối obitan d tương ứng với obitan 3d cho dù nó ở chu kỳ 4, trong khi hàng thứ nhất của obitan f tương ứng với obitan 4f cho dù nó ở chu kỳ 6.
8. 8

   Học cách viết cấu hình electron thu gọn. Các nguyên tử dọc theo mép phải của bảng tuần hoàn gọi là khí hiếm. Các nguyên tố này rất trơ về mặt hóa học. Để thu gọn cách viết cấu hình electron dài, bạn hãy viết trong ngoặc vuông ký hiệu hóa học của khí hiếm gần nhất có số electron ít hơn số electron của nguyên tử đó, sau đó tiếp tục viết cấu hình electron của các obitan tiếp theo. Xem phần dưới đây:

   • Để hiểu khái niệm này, bạn hãy viết cấu hình electron thu gọn của một ví dụ. Giả sử chúng ta cần viết cấu hình electron thu gọn của kẽm [số hiệu nguyên tử là 30] thông qua cấu hình khí hiếm. Cấu hình electron đầy đủ của kẽm là: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10. Tuy nhiên, lưu ý rằng 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 là cấu hình của khí hiếm agon. Chỉ cần thay thế phần ký hiệu electron này của kẽm bằng ký hiệu hóa học của agon trong ngoặc vuông [[Ar]].
   • Do đó cấu hình electron thu gọn của kẽm là [Ar]4s2 3d10. Quảng cáo

• Phương pháp viết cấu hình electron này không yêu cầu phải học thuộc lòng. Tuy nhiên, phương pháp này cần phải dùng bảng tuần hoàn sắp xếp lại, vì trong bảng tuần hóa thông thường, kể từ hàng thứ tư, số chu kỳ không tương ứng với lớp electron. Tìm một Bảng tuần hoàn ADOMAH, là bảng tuần hoàn hóa học đặc biệt được nhà khoa học Valery Tsimmerman thiết kế. Bạn có thể tìm được bảng tuần hoàn này trên internet.
• Trên Bảng tuần hoàn ADOMAH, các hàng ngang là những nhóm nguyên tố như halogen, khí trơ, kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ v.v.. Các cột đứng tương ứng với lớp electron và được gọi là “bậc thang” [đường chéo nối các khối s,p,d và f] tương ứng với chu kỳ.
• Heli được sắp xếp cạnh hiđro vì cả hai đều có duy nhất obitan 1s. Các khối chu kỳ [s,p,d và f] được thể hiện ở phía bên phải và số lớp electron thể hiện ở phần gốc. Tên các nguyên tố được viết trong ô chữ nhật có đánh số từ 1 đến 120. Các số này là số hiệu nguyên tử thông thường, đại diện cho tổng số electron trong nguyên tử trung hòa về điện.
• 2 Tìm nguyên tố trên bảng tuần hoàn ADOMAH. Để viết cấu hình electron của một nguyên tố, hãy xác định ký hiệu của nó trên Bảng tuần hoàn ADOMAH và gạch bỏ tất cả các nguyên tố có số hiệu nguyên tử cao hơn. Ví dụ, nếu bạn muốn viết cấu hình electron của eribi [68], hãy gạch bỏ các nguyên tố từ 69 đến 120.
• Chú ý các số từ 1 đến 8 tại gốc của bảng tuần hoàn. Đây là số lớp electron hoặc số cột. Không chú ý các cột chỉ có những nguyên tố bị gạch bỏ. Đối với eribi, các cột còn lại là 1, 2, 3, 4, 5 và 6.
• 3 Đếm số obitan đến vị trí của nguyên tử cần viết cấu hình. Nhìn vào ký hiệu khối thể hiện ở bên phải bảng tuần hoàn [s, p, d và f] và nhìn số cột thể hiện ở gốc bảng, không quan tâm đường chéo giữa các khối, chia cột thành các cột-khối và viết chúng theo trật tự từ dưới lên trên. Bỏ qua các cột-khối chỉ chứa các nguyên tố bị gạch bỏ. Viết ra các cột-khối bắt đầu với số cột và sau đó là ký hiệu khối, giống như sau: 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 6s [trong trường hợp của eribi].
• Ghi chú: Cấu hình electron trên đây của Er được viết theo trật tự tăng dần của số lớp electron. Cấu hình này cũng có thể được viết theo trật tự sắp xếp electron vào obitan. Bạn hãy đi theo các bậc thang từ trên xuống thay vì theo cột khi viết các cột-khối: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f12.
• 4 Đếm số electron cho mỗi obitan. Đếm số electron không bị gạch bỏ trong từng cột-khối, xếp một electron cho mỗi nguyên tố và viết số electron cạnh ký hiệu khối cho mỗi cột-khối, giống như sau: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 4f12 5s2 5p6 6s2. Trong ví dụ này, đây là cấu hình electron của eribi.

5

Nhận biết cấu hình electron bất thường. Có mười tám trường hợp ngoại lệ phổ biến đối với cấu hình electron của các nguyên tử trong trạng thái năng lượng thấp nhất, còn gọi là trạng thái cơ bản. So với nguyên tắc chung, chúng chỉ sai lệch ở hai đến ba vị trí electron cuối cùng. Trong trường hợp này, cấu hình electron thực tế khiến các electron có trạng thái năng lượng thấp hơn cấu hình tiêu chuẩn của nguyên tử đó. Các nguyên tử bất thường là:

Cấu hình electron cho biết điều gì lấy ví dụ?

Trong vật lý nguyên tử và hóa học lượng tử, cấu hình electron là sự phân bố các electron của một nguyên tử hoặc phân tử [hoặc cấu trúc vật chất khác] trong orbital nguyên tử hoặc phân tử. Ví dụ, cấu hình electron của nguyên tử neon là 1s2 2s2 2p6, nghĩa là các phân lớp 1s, 2s và 2p lần lượt có 2, 2 và 6 electron.

Nguyên tử có bao nhiêu lớp electron?

Trong cấu tạo nguyên tử, lớp e là các electron có các mức năng lượng gần bằng nhau, thứ tự sắp xếp tăng dần từ mức năng lượng thấp cho đến mức năng lượng cao và được chia thành 7 lớp.

Mỗi obitan nguyên tử chứa tối đa bao nhiêu electron?

+ Nguyên lý Pauli: Trên một obitan nguyên tử thì chỉ có thể chứa tối đa là 2 electron và 2 electron này chuyển động tự quay ngược chiều nhau xung quanh trục riêng của mỗi electron.

V có bao nhiêu ề lớp ngoài cùng?

Lớp ngoài cùng 4s có 2 electron.