Bài 5: Cấu hình electron

Tóm tắt lý thuyết

1.1. Thứ tự các mức năng lượng của nguyên tử

Các electron trong nguyên tử ở trạng thái cơ bản lần lượt chiếm các mức năng lượng từ thấp đến cao:   1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s…

Sơ đồ phân bố các mức năng lượng của các lớp và phân lớp

Hình 1: Sơ đồ phân bố các mức năng lượng của các lớp và phân lớp

1.2. Cấu hình electron của nguyên tử

1.2.1. Cấu hình electron

  • Cấu hình e biểu diễn sự phân bố electron trên các phân lớp thuộc các lớp khác nhau.
  • Cách viết cấu hình e như sau:
    • Bước 1: Xác định số electron của nguyên tử
    • Bước 2: Phân bố các electron theo thứ tự mức năng lượng ( 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s…) và tuân theo quy tắc sau: phân lớp s chứa tối đa 2 electron, phân lớp p chứa tối đa 6e, phân lớp d chứa tối đa 10 electron, phân lớp f chứa tối đa 14 e.
  • Qui ước cách viết cấu hình e:
    • Số thứ tự của lớp được viết bằng các số   (1,2,3,…)
    • Phân lớp được kí hiệu bằng các chữ cái thường: s  p  d  f
    • Số e viết trên kí hiệu của các phân lớp như số mũ  (s2, p6)
  • Ví dụ:
    • H (Z=1): 1s1 g H là nguyên tố s
    • Li (Z = 3): 122 2s1  g Li là nguyên tố s
    • Cl (Z=17): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 g Cl là nguyên tố p
    • Fe (Z = 26): 1s2 2s2 2p6 3s23p6 4s2 3d6 g Fe là nguyên tố d  hay   1s2 2s2 2p6 3s23p6 3d6 4s2
  • ​​Ghi chú:
    • ​Nguyên tố s: e cuối cùng điền vào phân lớp s.
    • Nguyên tố p: e cuối cùng điền vào phân lớp p
    • Nguyên tố d: e cuối cùng điền vào phân lớp d

1.2.2. Cấu hình electron của 20 nguyên tố đầu tiên

Z Kí hiệu Cấu hình electron
1 H 1s1  
2 He 1s2  
3 Li 1s22s1  
4 Be 1s22s2  
5 B 1s22s22p1
6 C 1s22s22p2
7 N 1s22s22p3
8 O 1s22s22p4
9 F 1s22s22p5
10 Ne 1s22s22p6
11 Na 1s22s22p6 3s1
12 Mg 1s22s22p6 3s2
13 Al 1s22s22p6 3s2  3p1
14 Si 1s22s22p6 3s2  3p2
15 P 1s22s22p6 3s2  3p3
16 S 1s22s22p6 3s2  3p4
17 Cl 1s22s22p6 3s2  3p5
18 Ar 1s22s22p6 3s2  3p6
19 K 1s22s22p6 3s2  3p6 4s1
20 Ca 1s22s22p6 3s2  3p6 4s2

 

1.2.3. Đặc điểm của lớp electron ngoài cùng

  • Nguyên tử của tất cả các nguyên tố có tối đa 8 e lớp ngoài cùng.
Số e lớp ngoài cùng Tính chất
*1, 2, 3 e

*4 e

*5, 6, 7 e

*8 e (trừ He)

*kim loại (trừ H, He, B)

*kim loại hoặc PK

*phi kim

*khí hiếm (khí trơ)

 

  • Ví dụ:
    • Na (Z=11): 1s2 2s2 2p6 3s1(kim loại)
    • Cl (Z=17): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5(phi kim)
    • Ar (Z=18): 1s2 2s2 2p6 3s23p6(khí hiếm)

Bài tập minh họa



Bài 1:

Hãy viết cấu hình electron của các nguyên tố có Z = 20, Z = 21, Z = 22,
Z = 24, Z = 29 và cho nhận xét cấu hình electron của các nguyên tố đó khác nhau như thế nào ?

Hướng dẫn:

Cấu hình electron của các nguyên tố có :

  • Z = 20 : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2
  • Z = 21 : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d14s2
  • Z = 22 : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2
  • Z = 24 : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s1
  • Z = 29 : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1

Nhận xét:   

  • Cấu hình Z =20 khác với các cấu hình còn lại ở chỗ không có phân lớp 3d.
  • Cấu hình Z =24 và Z = 29 có 1 electron ở phân lớp 4s.

Bài 2:

Nguyên tử Fe có Z = 26. Hãy viết cấu hình elctron của Fe.

Nếu nguyên tử Fe bị mất hai electron, mất ba electron thì các cấu hình electron tương ứng sẽ như thế nào ?

Hướng dẫn:

Fe     (Z = 26) : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p63d6 4s2

Fe2+   (Z = 26) : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p63d6

Fe3+   (Z = 26) : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p63d5