Cấu Hình Electron: Bí quyết để hiểu sâu hơn về nguyên tử

1. Thứ tự của các mức năng lượng trong một nguyên tử

Trong trạng thái cơ bản, các electron của nguyên tử chiếm mức năng lượng từ thấp đến cao. Cụ thể, các lớp sẽ tăng dần theo thứ tự từ 1 đến 7, và năng lượng của phân lớp cũng tăng dần theo thứ tự s, p, d, f.

Thứ tự sắp xếp các phân lớp theo chiều tăng năng lượng là: 1s 2s 3s 3p 4s 3d 4p 5s… Hiện tượng chèn ép mức năng lượng khi điện tích hạt nhân gia tăng làm mức năng lượng của 4s thấp hơn so với 3d.

2. Cấu hình electron nguyên tử

Cấu hình electron nguyên tử biểu diễn cách electron được phân bố trên các phân lớp tại các lớp khác nhau.

Cách viết cấu hình electron nguyên tử:

• Xác định số electron của nguyên tử.
• Phân bố electron theo thứ tự tăng dần của mức năng lượng và tuân theo nguyên lý Pauli, nguyên lý Hund và nguyên lý vững bền.
• Viết cấu hình electron theo thứ tự các phân lớp trong 1 lớp và theo thứ tự của các lớp electron.
• Lưu ý: các electron được phân bố vào các obitan theo chiều tăng mức năng lượng và đã có sự chèn mức năng lượng. Tuy nhiên, khi viết cấu hình electron, các phân mức năng lượng cần phải được sắp xếp lại theo hình thức từng lớp.

Ví dụ: Nguyên tử Na có Z = 11.

• Có 11 electron.
• Các electron sẽ được phân bố như sau: 1s2 2s2 2p6 3s1.
• Hoặc viết gọn: [Ne]3s1 ([Ne] là cấu hình e nguyên tử của nguyên tố Neon, là khí hiếm).

2.1. Cấu hình electron nguyên tử biểu diễn điều gì?

Cấu hình electron của nguyên tử biểu diễn khả năng phân bố electron ở các phân lớp thuộc các lớp khác nhau.

2.2. Cách viết cấu hình electron nguyên tử

2.2.1. Quy ước cách viết cấu hình electron nguyên tử

Quy ước cách viết cấu hình electron nguyên tử như sau:

• 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 trên góc bên phải và kí hiệu của phân lớp là: s2, p6, d10…

2.2.2. Viết cấu hình electron cần tuân theo quy tắc nào?

Để viết cấu hình electron, chúng ta cần nắm chắc nguyên lý và quy tắc sau:

• Nguyên lý Pauli: Một orbital 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 orbital sao cho số lượng electron đơn lẻ là tối đa và các electron này bắt buộc có cùng chiều tự quay.
• Nguyên lý vững bền: Trong trạng thái cơ bản, các electron sẽ chiếm các orbital có mức năng lượng từ thấp đến cao.

2.2.3. Các bước viết cấu hình electron nguyên tử

Bước 1: Xác định số electron chính xác của nguyên tử.

Bước 2: Phân bố electron lần lượt vào các phân lớp theo chiều tăng mức năng lượng trong nguyên tử, chẳng hạn: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p…

• 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 bằng cách phân bố electron vào các phân lớp thuộc các lớp khác nhau, ví dụ: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p…

2.2.4. Cách xác định nguyên tố s, p, d, f

• Nguyên tố s: có electron cuối cùng thuộc phân lớp s.
• Nguyên tố p: có electron cuối cùng thuộc phân lớp p.
• Nguyên tố d: có electron cuối cùng thuộc phân lớp d.
• Nguyên tố f: có electron cuối cùng thuộc phân lớp f.

Lưu ý: Một số nguyên tố có cấu hình nguyên tử kiểu bán bão hòa, ví dụ:

• Cr (có Z = 24) 1s2 2s2 2p6 3s23p63d44s2 chuyển thành 1s2 2s2 2p6 3s23p63d54s1.
• Cu (có Z = 29) 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!

3. Đặc điểm của lớp e ngoài cùng – cấu hình e nguyên tử

Đối với hầu hết các nguyên tố, lớp e ngoài cùng có tối đa 8 electron.

Ở một số trường hợp, các nguyên tử có 8 electron ở lớp ngoài cùng có cấu hình electron vô cùng bền. Đây thường là các nguyên tố thuộc khí hiếm. Các nguyên tố khí hiếm này tồn tại dưới dạng nguyên tử trong tự nhiên.

Các nguyên tử có 1, 2, 3 electron ở lớp ngoài cùng dễ “nhường” electron và thường là các nguyên tử của các nguyên tố kim loại (trừ các nguyên tử He, H, B).

Các nguyên tử có 5, 6, 7 electron ở lớp ngoài cùng dễ “nhận” electron và thường là các 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 tố. Cấu hình electron của một nguyên tử cũng có thể dự đoán được loại nguyên tố tương ứng.

4. Bảng cấu hình electron nguyên tử của 20 nguyên tố đầu tiên

Để hiểu rõ hơn về cấu hình electron nguyên tử, hãy xem bảng cấu hình electron của 20 nguyên tố đầu tiên:

• H (1): 1s1
• He (2): 1s2
• Li (3): 1s2 2s1
• Be (4): 1s2 2s2
• B (5): 1s2 2s2 2p1
• C (6): 1s2 2s2 2p2
• N (7): 1s2 2s2 2p3
• O (8): 1s2 2s2 2p4
• F (9): 1s2 2s2 2p5
• Ne (10): 1s2 2s2 2p6
• Na (11): 1s2 2s2 2p6 3s1
• Mg (12): 1s2 2s2 2p6 3s2
• Al (13): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1
• Si (14): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2
• P (15): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3
• S (16): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4
• Cl (17): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5
• Ar (18): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
• K (19): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1
• Ca (20): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2

5. Sơ đồ tư duy cấu hình electron nguyên tử

Qua bài viết, chúng ta đã biết cách viết cấu hình electron cho nguyên tử. Để tăng khả năng hiểu và nhớ lâu hơn về cấu hình electron, bạn có thể sử dụng sơ đồ tư duy sau:

6. Bài tập áp dụng lý thuyết cấu hình electron nguyên tử

6.1. 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:

• Z = 2 + 8 + 4 = 14
• Cấu hình e của X là 1s2 2s2 2p6 3s23p2

Ví dụ 2: Một nguyên tố d có 4 lớp electron, phân lớp ngoài cùng đã bão hòa electron. Tính tổng số electron s và electron p của nguyên tố d.

Hướng dẫn giải:

• Nguyên tố d có 4 lớp electron → electron cuối cùng thuộc phân lớp 3d.
• Cấu hình electron của nguyên tố này là 1s2 2s2 2p6 3s23p63d04s2.
• Tổng số electron s và electron p của nguyên tố d là 20.

Ví dụ 3: Nguyên tử X có ký 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:

• Do có sự chèn mức năng lượng, electron được phân bố như sau: 1s2 2s2 2p6 3s23p63d6.
• Cấu hình electron của X: 1s2 2s2 2p6 3s23p63d64s2 hay [Ar] 3d64s2.
• X là nguyên tố kim loại vì có 2 electron ở lớp ngoài cùng.
• N = A – Z = 56 – 26 = 30.
• Electron cuối cùng thuộc phân lớp 3d, 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:

• Dựa trên số hiệu nguyên tử Z, ta có thể viết cấu hình electron và xác định số electron thuộc lớp ngoài cùng.
• 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.

6.2. Bài tập trắc nghiệm về Cấu hình e 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 nơtron.
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 2p1
B. Mg, 1s2 2s2 2p6 3s2
C. F, 1s2 2s2 2p5
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 có mức năng lượng thấp nhất.
B. Những electron gần hạt nhân có mức năng lượng thấp nhất.
C. Electron thuộc obitan 4p có mức năng lượng thấp hơn obitan 4s.
D. Các electron ở cùng một lớp sẽ có năng lượng gần tương đương nhau.

CÂU 16: Phát biểu nào dưới đây không đúng?
A. Các electron 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 chuyển động không tuân theo một quỹ đạo nhất định.
D. Các electron ở trong cùng một lớp 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 sẽ 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:
1-D, 2-B, 3-A, 4-A, 5-D, 6-C, 7-B, 8-A, 9-A, 10-B, 11-B, 12-C, 13-D, 14-A, 15-A, 16-C, 17-D, 18-D, 19-B, 20-A

Qua bài viết này, VUIHOC hy vọng rằng các bạn đã học được phần nào kiến thức về cấu hình electron. Để học nhiều hơn các kiến thức Hóa học 10 cũng như Hóa học THPT, hãy truy cập fptskillking.edu.vn hoặc đăng ký khoá học với các thầy cô VUIHOC ngay bây giờ!