Bài 5. Cấu hình electron. Nguyên tử

CẤU HÌNH ELECTRON - NGUYÊN TỬ

I. Cấu hình electron nguyên tử.

1. 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 bằng các chữ số: 1, 2, 3

  + Phân lớp được kí hiệu bằng chữ cái thường: s, p, d, f

  + Số electron trong phân lớp được ghi bằng chỉ số ở phía trên bên phải kí hiệu của phân lớp: s2, p6, d10…

- Cách viết cấu hình electron nguyên tử:

  + Xác định số electron của nguyên tử.

  + Các electron được phân bố theo thứ tự tăng dần các mức năng lượng AO, tuân theo các nguyên lí Pau-li, nguyên lí vững bền và quy tắc Hun.

  + 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 AO theo phân mức năng lượng tăng dần và có sự chèn mức năng lượng. Tuy nhiên, khi viết cấu hình electron, các phân mức năng lượng cần được sắp xếp lại theo từng lớp.

Ví dụ: Nguyên tử Fe có Z= 26.

  + Có 26e

  + Các e được phân bố như sau: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6. Có sự chèn mức năng lượng 4s < 3d

  + Sắp xếp lại các phân lớp theo từng lớp, ta được cấu hình e: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2

Hoặc viết gọn: [Ar] 3d6 4s2 ( [Ar] là cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố argon, là khí hiếm gần nhất đứng trước Fe )

2. Đặc điểm của lớp electron ngoài cùng:

- Các electron ở lớp ngoài cùng quyết định tính chất hóa học của một nguyên tố:

  + Số electron tối đa ở lớp ngoài cùng của nguyên tử mỗi nguyên tố là 8 electron. Các nguyên tử có 8e lớp ngoài cùng đều rất bền vững, chúng hầu như không tham gia vào các phản ứng hóa học. Đó là các nguyên tử khí hiếm ( trừ He có 2e lớp ngoài cùng ).

  + Các nguyên tử có 1, 2, 3e ở lớp ngoài cùng là các nguyên tử kim loại, trừ H, He và B.

  + Các nguyên tử có 5, 6, 7e ở lớp ngoài cùng thường là các nguyên tố phi kim.

  + Các nguyên tử có 4e ở lớp ngoài cùng có thể là nguyên tử kim loại hoặc phi kim

II. Năng lượng của các electron

1. Năng lượng của electron trong nguyên tử:

- Trong nguyên tử, các electron nằm trên mỗi obitan có một mức năng lượng xác định, được gọi là mức năng lượng obitan nguyên tử ( mức năng lượng AO).

- Các electron trên các obitan khác nhau của cùng một phân lớp có năng lượng như nhau.

Ví dụ: Phân lớp 2p có 3 AO: 2px, 2py, 2pz. Các electron của các obitan p này tuy có sự định hướng trong không gian khác nhau, nhưng chúng có cùng mức năng lượng AO.

- Trật tự các mức năng lượng obitan nguyên tử: Khi số hiệu nguyên tử Z tăng, các mức năng lượng AO tăng dần theo trình tự sau:

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d…

- Khi điện tích hạt nhân tăng, có sự chèn mức năng lượng: mức 4s trở nên thấp hơn 3d, mức 5s thấp hơp 4d, 6d thấp hơn 4f, 5d…

2. Các nguyên lí và quy tắc phân bố electron trong nguyên tử:

a. Nguyên lí Pau-li:

- Ô lượng tử: Để biểu diễn obitan nguyên tử một cách đơn giản, người ta dùng các ô vuông nhỏ, được gọi là các ô lượng tử. Một ô lượng tử ứng với 1 AO.

VD: n = 1: chỉ có 1 AO-1s => biểu diễn bằng 1 ô vuông

        n = 2: có 1 AO-2s và 3 AO-2p => AO 2s được biểu diễn bằng 1 ô vuông  , 3 AO-2p được biểu diễn bằng 3 ô vuông vẽ liền nhau 

- Nguyên lí Pauli: Trên 1 obitan chỉ có thể có nhiều nhất là 2electron và 2 electron này chuyển động tự quay khác chiều nhau xung quanh trục riêng của mỗi electron.

- Chiều tự quay khác nhau của 2 electron được biểu diễn bằng 2 mũi tên nhỏ: 1 mũi tên có chiều đi lên, 1 mũi tên có chiều đi xuống.

  + Khi trong 1 obitan đã có 2 electron, gọi là các electron ghép đôi:  .

  + Khi obitan chỉ chứa 1 electron thì electron đó gọi là electron độc thân 

- Số electron tối đa trong 1 lớp và 1 phân lớp:

  + Số electron tối đa trong 1 lớp: 2n2

  + Số electron tối đa trong 1 phân lớp:

Phân lớp

Số AO

Số electron tối đa

Trạng thái electron tối đa  ở lớp thứ n

s

1

2

ns2

p

3

6

np6

d

5

10

nd10

f

7

14

nf14

  + Các phân lớp s2, p6, d10, f14 có đủ số electron tối đa gọi là phân lớp bão hòa. Phân lớp chưa đủ số electron tối đa gọi là chưa bão hòa. Phân lớp có 1 nửa số electron tối đa s1, p3, d5, f7 gọi là bán bão hòa.

b. Nguyên lí vững bền:

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

Ví dụ: Nguyên tử B có Z =5, có 5e sẽ phân bố lần lượt vào các obitan: 1s, 2s, 2p. Trong đó 2e vào AO-1s, 2e vào AO-2s và 1e vào AO-2p

Biểu diễn bằng ô lượng tử đối với nguyên tử B:

c. Quy tắc Hun:

- Trong cùng 1 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. Các e độc thân này được kí hiệu bằng các mũi tên cùng chiều, thường được viết hướng lên trên.

- Ví dụ: Nguyên tử N có Z = 7: có 7e, được phân bố vào các AO: 1s, 2s, 2p

               

III. Lớp và phân lớp electron

1. Lớp electron:

- Trong nguyên tử, các e được sắp xếp thành từng lớp, các lớp được sắp xếp từ gần hạt nhân ra ngoài. Các e có năng lượng gần bằng nhau được sắp xếp trên cùng 1 lớp.

- Những e ở lớp trong liên kết với hạt nhân bền chặt hơn những e ở lớp ngoài. Năng lượng của e lớp trong thấp hơn năng lượng e ở lớp ngoài. Năng lượng của e chủ yếu phụ thuộc vào số thứ tự của lớp.

- Thứ tự các lớp e được ghi bằng các số nguyên n = 1,2,3….,7

n =       1         2          3          4          5          6          7

Tên lớp:          K         L          M        N         O         P          Q

- Lớp K có n = 1 là lớp gần hạt nhân nhất, lớp Q có n=7  là lớp xa hạt nhân nhất.

2. Phân lớp electron:

- Mỗi lớp e phân chia thành các phân lớp được kí hiệu bằng các chữ cái viết thường: s, p, d, f…

- Các e trên cùng một phân lớp có năng lượng bằng nhau.

- Số phân lớp trong mỗi lớp bằng số thứ tự của lớp đó.Lớp thứ n có n phân lớp e. Tuy nhiên, trên thực tế, với các nguyên tố đã biết, chỉ có số e điền vào 4 phân lớp: s, p, d và f.

Lớp

n

Phân lớp

K

1

1 phân lớp: 1s

L

2

2 phân lớp: 2s, 2p

M

3

3 phân lớp: 3s, 3p, 3d

N

4

4 phân lớp: 4s, 4p, 4d, 4f

O

5

5s, 5p, 5d, 5f

P

6

6s, 6p, 6d, 6f

Q

7

7s, 7p, 7d, 7f

- Các e ở phân lớp s được gọi là các electron s, các e ở phân lớp p được gọi là các electron p….

3. Obitan nguyên tử. Số obitan nguyên tử trong một phân lớp và 1 lớp electron:

- Trong nguyên tử, các electron chuyển động rất nhanh xung quanh hạt nhân không theo một quỹ đạo xác định nào. Có thể hình dung sự chuyển động của các electron như một đám mây điện tích âm. Vùng không gian bao quanh hạt nhân nguyên tử chứa hầu như toàn bộ điện tích của đám mây được gọi là obitan nguyên tử. Obitan nguyên tử ( automic orbital: AO ) là khu vực không gian xung quanh hạt nhân mà tại đó xác suất có mặt ( tìm thấy) electron là lớn nhất, khoảng 90%.

- Số obitan nguyên tử trong các phân lớp s, p, d, f lần lượt là 1, 3, 5, 7

- Số obitan trong lớp e thứ n là n2 obitan.

- Các obitan s có dạng hình cầu, các obitan p có dạng hình số 8 nổi và được định hướng khác nhau trong không gian. Các obitan d, f có hình dạng phức tạp hơn.

Hỏi đáp, trao đổi bài Gửi câu hỏi cho chủ đề này
Luyện trắc nghiệm Trao đổi bài

Tài trợ


Tính năng này đang được xây dựng...