Phương pháp viết cấu hình electron nguyên tử

Cấu hình electron nguyên tử cho thấy được sự phân bố của các obitan nguyên tử trên các lớp. Qua cấu hình electron lớp ngoài cùng để nhận dạng nguyên tử đó là nguyên tử kim loại, phi kim. Vậy cấu hình electron là gì? Cách viết cấu hình electron nguyên tử như thế nào? Chúng ta cùng tìm hiểu nội dung của kiến thức Hóa học 10 này ngay sau đây.

Hóa học 10: Bài 5 Cấu hình electron nguyên tử
Hóa học 10: Bài 5 Cấu hình electron nguyên tử

Thứ tự các mức năng lượng trong nguyên tử

– Các electron trong nguyên tử ở trạng thái cơ bản lần lượt chiếm các mức năng lượng từ thấp đến cao.

– Từ trong ra ngoài, mức năng lượng của các lớp tăng theo thứ tự từ 1 đến 7 và tăng theo năng lượng của phân lớp theo thứ tự từ s đến p đến d và đến f: s, p, d, f.

– Khi điện tích hạt nhân tăng, có sự chèn mức năng lượng nên mức năng lượng 4s thấp hơn 3d.

Phân mức năng lượng nguyên tử
Phân mức năng lượng nguyên tử

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.

– Quy ước cách viết cấu hình electron nguyên tử:

+ 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 phân lớp được ghi bằng số ở phía trên góc phải của phân lớp (s2, p6…).

– 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.

Phân bố electron theo từng lớp.
Phân bố electron theo từng lớp.

– Phân bố electron trong từng phân lớp: 

+ 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

Ví dụ: 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, có 3 phân lớp và có 5 e lớp ngoài cùng.

Đặc điểm của electron lớp 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 hóa 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, 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 cùng có thể là nguyên tử của nguyên tố kim loại hoặc phi kim.

Cách viết cấu hình electron

  1. Nắm chắc cách viết cấu hình electron nguyên tử dựa vào nguyên lý vững bền, nguyên lý Pauli và quy tắc Hund:

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

Quy tắc Hund. Trong cùng một phân lớp, các electron sẽ phân bố trên các obitan sao cho số electron độc thân là tối đa và các electron này phải có chiều tự quay giống nhau.

Nguyên lý vững bền. Ở trạng thái cơ bản, trong nguyên tử các electron lần lượt chiếm các obitan có mức năng lượng từ thấp đến cao.

  1. Cách viết cấu hình electron nguyên tử gồm có 3 bước cơ bản là: 

Bước 1. Xác định số electron của nguyên tử.

Bước 2. Phân bố lần lượt electron vào các phân lớp theo chiều tăng của năng lượng trong nguyên tử 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.

Z = p = e
Z = p = e

Ví dụ: Viết cấu hình e nguyên tử của các nguyên tố sau:

– Nguyên tử Hidro có Z = 1 => Cấu hình electron nguyên tử là: 1s1.

– Nguyên tử Heli có Z = 2 => Cấu hình electron nguyên tử là: 1s2.

– Nguyên tử Liti có Z = 3 => Cấu hình electron nguyên tử là: 1s22s1

– Nguyên tử Neon có Z = 10 => Cấu hình electron nguyên tử là: 1s22s22p6

– Nguyên tử Clo có Z = 17 => Cấu hình electron nguyên tử là: 1s22s22p63s23p5.

Viết gọn lại cấu hình của Clo là [Ne]3s23p5. 

Vì electron điền cuối cùng là phân lớp nào thì nguyên tố thuộc nhóm đó, nên Clo là nguyên tố nhóm p.

Chú ý: Trường hợp điền electron vào phân lớp s trước phân lớp d. 

– Do phân lớp s có mức năng lượng thấp hơn phân lớp d, nên khi electron di chuyển thì nó sẽ vào lớp s cho đủ 2 electron rồi mới vào lớp d.

Ví dụ: titan có Z = 22

– Cấu hình theo thứ tự các lớp 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d4 4s0 nhưng do năng lượng của lớp 4s thấp hơn lớp 3d nên 4 electron còn lại sẽ điền đầy vào lớp 4s (2) trước, sau đấy mới đến lớp 3d (2), cấu hình đúng của titan là 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2.

– Nguyên tử Fe có Z bằng 26 => Cấu hình electron nguyên tử Fe là: 1s22s22p63s23p64s23d6.

Xem thêm: Bảng tuần hoàn hóa học và những điều cần biết

Xem thêm: Bảng nguyên tử khối

 

Cấu hình electron của một vài nguyên tố

Khí hiếm

Nguyên tốZCấu hình electron
Heli21s2
Neon101s2 2s2 2p6
Argon181s2 2s2 2p6 3s2 3p6
Krypton361s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6

 

Nguyên tố có Z từ 11 đến 17

Nguyên tốZCấu hình electronCấu hình viết tắt
Natri111s2 2s2 2p6 3s1[Ne] 3s1
Magiê121s2 2s2 2p6 3s2[Ne] 3s2
Nhôm131s2 2s2 2p6 3s2 3p1[Ne] 3s2 3p1
Silic141s2 2s2 2p6 3s2 3p2[Ne] 3s2 3p2
Phốtpho151s2 2s2 2p6 3s2 3p3[Ne] 3s2 3p3
Lưu huỳnh161s2 2s2 2p6 3s2 3p4[Ne] 3s2 3p4
Clo171s2 2s2 2p6 3s2 3p5[Ne] 3s2 3p5

Nguyên tố có Z từ 21 đến 31

Nguyên tốZCấu hình electronCấu hình viết tắt
Scandi211s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1[Ar] 4s2 3d1
Titanium221s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d2[Ar] 4s2 3d2
Vanadi231s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d3[Ar] 4s2 3d3
Crôm241s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5[Ar] 4s1 3d5
Mangan251s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5[Ar] 4s2 3d5
Sắt261s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6[Ar] 4s2 3d6
Coban271s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d7[Ar] 4s2 3d7
Niken281s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d8[Ar] 4s2 3d8
Đồng291s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d10[Ar] 4s1 3d10
Kẽm301s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10[Ar] 4s2 3d10
Gali311s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p1[Ar] 3d10 4s2 4p1

Nguyên tố có Z từ 39 đến 49

Nguyên tốZCấu hình electronCấu hình viết tắt
Yttri391s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d1[Kr] 5s2 4d1
Zirconi401s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d2[Kr] 5s2 4d2
Niobi411s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d4[Kr] 5s1 4d4
Molybden421s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d5[Kr] 5s1 4d5
Techneti431s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d5[Kr] 5s2 4d5
Rutheni441s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d7[Kr] 5s1 4d7
Rhodi451s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d8[Kr] 5s1 4d8
Palladi461s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 4d10[Kr] 4d10
Bạc471s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d10[Kr] 5s1 4d10
Cadmi481s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10[Kr] 5s2 4d10
Indi491s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p1[Kr] 5s2 4d10 5p1

 

Giải bài tập về cấu hình electron nguyên tử

Giải bài tập Hóa: Bài 5 Cấu hình electron nguyên tử chi tiết
Giải bài tập Hóa: Bài 5 Cấu hình electron nguyên tử chi tiết

Trả lời bài 1 trang 27 sgk hoá học 10

Nguyên tố có z = 11 thuộc loại nguyên tố :                                                                                                                                    A. s         B. p          C.d          D.f

Chọn đáp án đúng.

Giải:

Nguyên tố Z=11, ta có cấu hình electron của nguyên tố đó như sau: 1s22s22p63s1 . Vậy nguyên tố đã cho là s. 

=> A.

Trả lời bài 2 trang 27 sgk hoá học 10

Cấu hình electron nguyên tử nào sau đây của lưu huỳnh (Z = 16) :                                                                                                         A.  1s2 2s2 2p5 3s2 3p5 ;           B. 1 s2 2s1 2p6 3s2 3p6 ;                                                                                               C.  1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 ;           D. 1 s2 2s2 2p6 3s2 3p3.

Chọn đáp án đúng.

Giải: 

Nguyên tử lưu huỳnh có Z=16 có cấu hình là: 1s22s22p63s23p4 

=> C.

Trả lời bài 3 trang 28 sgk hoá học 10

Cấu hình electron của nguyên tử nhôm (Z = 13) là 1s22s22p63s23p1. Vậy:                                                                            A.  Lớp thứ nhất (Lớp K) có 2 electron ;                                                                                                                            B.  Lớp thứ hai (Lớp L) có 8 electron ;                                                                                                                                C.  Lớp thứ ba (Lớp M) có 3 electron ;                                                                                                                              D.  Lớp ngoài cùng có 1 electron.

Tìm câu sai.

Giải:

câu sai là câu D.

Trả lời bài 4 trang 28 sgk hoá học 10

Tổng số hạt proton, nơtron và electron trong nguyên tử của một nguyên tố là 13.

a) Xác định nguyên tử khối.

b) Viết cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố đó.

(Cho biết : các nguyên tố có số hiệu nguyên tử từ 2 đến 82 trong N bảng tuần hoàn thì 1 ≤ N/Z ≤ 1,5)

Giải: 

a) Tổng số hạt proton, nơtron, electron trong 1 nguyên tử của nguyên tố đã cho là 13. Mà số proton bằng số electron nên ta có phương trình sau:

2Z + N =13

Mặt khác từ nguyên tố số 2 đến 82 trong bảng tuần ta có :

Z ≤ N; mà N =13 – 2Z Z ≤ 13 – 2Z Z  ≤ 4,333  (1)

N ≤ 1,5Z 13-2Z ≤ 1,5Z 3,5Z ≥ 13 Z ≥ 3,7 (2)

Từ (1) và (2) và vì Z nguyên dương 3,7 ≤ Z ≤ 4,333 . vậy Z =4

Suy ra số nơtron: N = 13 – 2Z = 13 -2.4 = 5

Vậy nguyên tử khối cần tìm theo yêu cầu bài toán là 4+5=9.

b) Viết cấu hình electron: Z = 4 có cấu hình là 1s22s2. Đây là nguyên tố s.

Trả lời bài 5 trang 28 sgk hoá học 10

Có bao nhiêu electron ở lớp ngoài cùng trong nguyên tử của các nguyên tố có số hiệu nguyên tử lần lượt bằng 3, 6, 9, 18 ?

Giải: 

Số electron lớp ngoài cùng trong nguyên tử của các nguyên tố có số hiệu nguyên tử bằng 3, 6, 9, 18 lần lượt là 1, 4, 7, 8. Do các nguyên tử có cấu hình electron như sau:

z = 3 : 1s2 2s1  

z = 6 : 1s2 2s2 2p2

z = 9 : 1s2 2s2 2p5 

z = 18 : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6.

Trả lời bài 6 trang 28 sgk hoá học 10

Viết cấu hình electron của nguyên tử các cặp nguyên tố mà hạt nhân nguyên tử có số proton là :

a) 1, 3;       b)8, 16;          c) 7, 9.

Những nguyên tố nào là kim loại ? Là phi kim ? Vì sao ?

Giải: 

Hạt nhân nguyên tử cho biết số proton (nghĩa là cho biết số đơn vị điện tích hạt nhân) nên theo yêu cầu của đề bài ta có thế viết cấu hình electron của nguyên tử các cặp nguyên tố như sau :

a) z = 1 : 1s1                  

z = 3 : 1s2 2S1 

b) z = 8 : 1s2 2s2 2p4 

z = 16 : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 

c) z = 7 : 1s2 2s2 2p3 

z = 9 : 1s2 2s2 2p5.

Nguyên tố kim loại có 1, 2, 3 electron lớp ngoài cùng, nên nguyên tố có z = 3 là kim loại, còn nguyên tố z = 1 là H giống kim loại nhưng không phải là kim loại.

Nguyên tố phi kim có 5, 6, 7 electron ở lớp ngoài cùng nên các nguyên tố có z = 8, z = 16, z = 7, z = 9 là phi kim.

Viết cấu hình electron của nguyên tử các cặp nguyên tố mà hạt nhân nguyên tử có số proton là :

a) 1, 3;       b)8, 16;          c) 7, 9.

Những nguyên tố nào là kim loại ? Là phi kim ? Vì sao ?

Giải: 

Hạt nhân nguyên tử cho biết số proton (nghĩa là cho biết số đơn vị điện tích hạt nhân) nên theo yêu cầu của đề bài ta có thế viết cấu hình electron của nguyên tử các cặp nguyên tố như sau :

a) z = 1 : 1s1                  

z = 3 : 1s2 2S1 

b) z = 8 : 1s2 2s2 2p4 

z = 16 : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 

c) z = 7 : 1s2 2s2 2p3 

z = 9 : 1s2 2s2 2p5.

Nguyên tố kim loại có 1, 2, 3 electron lớp ngoài cùng, nên nguyên tố có z = 3 là kim loại, còn nguyên tố z = 1 là H giống kim loại nhưng không phải là kim loại.

Nguyên tố phi kim có 5, 6, 7 electron ở lớp ngoài cùng nên các nguyên tố có z = 8, z = 16, z = 7, z = 9 là phi kim.

Với bài viết của lessonopoly về Cấu hình electron trên đây đã khái quát lại nội dung quan trọng của phần mở đầu hóa học lớp 10. Hy vọng các em nắm được bài học và vận dụng tốt để làm bài tập. Nếu có câu hỏi nào hãy để lại comment cho chúng tôi nhé. Cảm ơn các em. 

Trả lời