Giải bài tập Hóa 10 Bài 5: Cấu hình electron nguyên tử
§5. CẤU HÌNH ELECTRON CỦA NGUYÊN TỬ A. Lí THUYẺT THỨ Tự CÁC MỨC NĂNG LƯỢNG TRONG NGUYÊN TỬ Các electron trong nguyên tử ở trạng thái cơ bàn lần lượt chiếm các mức năng lượng từ thâ'p đến cao. Bằng tính toán lí thuyết và bằng thực nghiệm, người ta đã xác định được các mức năng lượng từ thấp đến cao như sau: ls 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f... Khi điện tích hạt nhân tăng, có sự “chèn” mức năng lượng nên mức năng lượng 4s thâ'p hơn 3d, 5s thấp hơn 4d,... Có thể dựa vào quy tắc Kleckopski để xác định thứ tự mức năng lượng. + Viết các phân lớp obitan của từng lớp (theo thứ tự từ trong ra ngoài). + Gạch chéo (theo chiều mũi tên), phân lớp nào bị gạch trước thì có mức năng lượng thâ'p hơn (hình vẽ bên). CẤU HÌNH ELECTRON CỦA NGUYÊN TỬ Cấu hình electron của nguyên tử Cấu hình electron của nguyên tử biểu diễn sự phân bố electron trên các phân lớp thuộc các lớp khác nhau. Người ta quy ước cách viết câ'u hình electron nguyên tử như sau: Số thứ tự lớp electron được ghi bằng chữ sô' (1, 2, 3,...); Phân lớp được ghi băng các chữ cái thường (s, p, d, f); Số electron được ghi bằng số phía trên bên phải của phân lớp (s2, p6,...). Cách viết cấu hỉnh nguyên tử gồm các bước sau: Bước 1: Xác định số electron cùa nguyên từ: Bước 2: Các electron được phàn bố lần lượt vào các phân lớp theo chiều tăng của năng lượng trong nguyên tử (Is 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s...) và tuân theo quy tắc sau: Phàn lớp s chứa tôi đa 2 electron, phân lớp p chứa tô'i đa 6 electron, phân lớp d chứa tối đa 10 electron, phân lớp f chứa tô'i đa 14 electron; Bước 3: Viết cấu hình electron biểu diễn sự phân bố electron trên các phân lớp thuộc các lớp khác nhau (ls 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s...). Ví dụ: Nguyên tử liti, z = 3, có 3 electron. Cấu hình electron của nguyên tữ liti là ls22s'. Electron cuối cùng của nguyên tủ litỉ điền vào phân lớp s. Liti là nguyên tố s. Cl (Z = 17) có 17 electron. Cấu hình electron của nguyên tứ C1 được điền như sau: ls22s22p"3s23p Electron cuối cùng của nguyên tử clo điền vào phân lớp p. Clo là nguyên tố p. Fe (Z = 26) có 26 electron. Các electron của nguyên tư Fe được phân bô’ như sau: ls22s22p63s23p64s23dH. Electron cuối cùng của nguyên tử Fe điền vào phân lớp d. Sắt là nguyên tô d. Câu hình electron của nguyên tứ Fe: ls22s22p63s23p63dG4s2. Vậy: Nguyên tố s là những nguyên tố mà nguyên tử có electron cuối cùng dược điển vào phân lóp 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. Nguyễn tố f là những nguyên tố mà nguyên tử có electron cuối cùng được điền vào phân lớp f. 2. Cấu hình electron nguyên tử của 20 nguyên tố đầu z Tên nguyên tố Kí hiệu hóa học Sô' electron Cấu hình electron của nguyên tử n = 1 (lớp K) n = 2 (Lớp L) n = 3 (Lớp M) n = 4 (Lớp N) 1 hiđro H 1 1s1 2 heli He 2 1s2 3 liti Li 2 1 1 s22s1 4 beri Be 2 2 1s22s2 5 bo B 2 3 1s22s22p1 6 cacbon c 2 4 1s22s22p2 7 nitơ N 2 5 1s22s22p Đặc điểm của lớp electron ngoài cùng 8 oxi 0 2 6 1 s22s22p- Đối với nguyên tử của tất cả các nguyên tô', lớp electron ngoài cùng 9 flo F 2 7 1s22s22pcó nhiều nhâ't là 8 electron. 10 neon Ne 2 8 1 s22s22p6 11 natri Na 2 8 1 1 s22s22p63s1 12 magie Mg - 2 8 2 1 s22s22p63s2 .13 'nhôm AI 2 8 3 1 s22s22p63s23p1 14 silic Si 2 8 4 1 s22s22p63s23p2 15 photpho p 2 8 5 1 s22s22p63s23p3 16 lưu huỳnh s 2 8 6 1 s22s22p63s23p4 17 clo Cl 2 8 7 1 s22s22p63s23p5 18 agon Ar 2 8 8 1s22s22p63s23p6 19 kali K 2 8 8 1 1 s^s^p^s^pMs1 20 canxi Ca 2 8 8 2 Is^s^p^s^pMs2 Các nguyên tử có 8 electron ỏ' lớp electron ngoài cùng (ns2np6) và nguyên tử heli (ls2) không tham gia vào các phản ứng hóa học (trừ khi có một sô' điều kiện đặc biệt) vì cấu hình electron của các nguyên tử này râ't bền. Đó là các nguyên tử của nguyên tô' 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 thường là nguyên tứ của các nguyên tố kim loại (trừ H, He và B). Các nguyên tử có 5, 6, 7 electron ở lớp ngoài cùng thường là nguyên tứ của các nguyên tố phi kim. Các nguyên tứ có 4 electron ngoài cùng có thế là nguyên tử của nguyên tô' kim loại hoặc phi kim (xem bảng tuần hoàn). Như vậy, It/ìi biết can /lỉnh electron cíia nguyên tiĩ có thê' dự đoán dược loại nguyên tố. B. BÀI TẬP Nguyên ló có z = 11 thuộc loại nguyên ló: A. s B. p c. d D. f CÌIỌII (láp án dùng. Giải z = 11 —> Cấu hình electron: ls22s22p<i3s1. Nguyên tô' có electron ngoài cùng điền vào phân lớp 3s nên thuộc loại nguyên tô' s. Đáp án A Cấu hình electron cùa nguyên tứ lưu huỳnh (Z = 16) là: A. lp22s22ps3s23p5; B. ls22s22))l!3s23p/i; c. ls22s22p63s23p'; D. ls22s22pi:3s23p:l. Chọn đáp án đúng. Giải Cấu hình electron của lưu huỳnh là: s (Z = 16): ls22s22p63s23p4. Đáp án c Cấu hình electron cùa nguyên lử nhôm (Z = 13) là ls22s22pe3s23p'. Vậy: Lớp thứ nhất (lớp K) có 2 electron. Lớp thứ hai (láp L) có 8 electron. Lớp thịt ba (lớp M) có 3 electron. Lớp ngoài cùng có 1 electron. Tỉm câu sai. Giải Cấu hình electron của nhôm (Al) là: ls22s22píi3s23p1 có thế được viêt theo lớp là: 2, 8, 3. Lớp ngoài cùng có 3e. Câu D sai Tống số hạt proton, natron và electron trong nguyên tử của một nguyên tố là 13. Xác định nguyên tử khối. Viết cấu hỉnh electron nguyên tử của nguyên tố dó. (Cho biết: Các nguyên to có số hiệu nguyên từ từ 2 đến 82 trong báng tuần hoàn thì 1 < -—■ < 1,5). z Giải Gọi tổng số hạt proton là z, tổng số hạt nơtron là N, tổng số hạt electron là E. Ta có: z + N + E = 13. Vì z = E nên 2Z + N = 13. Từ nguyên tô' sô' 2 đến 82 trong bảng hệ thống tuần hoàn thì: 1 < “ < 1,5 (tức là z < N < 1,5Z) z z < N; 2Z + N = 13 nên 2Z + z < 13 và 3Z < 13. Do đó z < 4,33. N < 1,5Z; 2Z + N = 13 nên 13 < 3,5 z. Do đó z > 3,7. Vì z nguyên dương nên trong khoáng 3,7 < z < 4,33, ta chọn z = 4. Suy ra số N = 13 - 4 - 4 = 5. Vậy nguyên tử khôi là 4 + 5 = 9. z = 4 nên câ'u hình electron là: ls"2s“. Đây là nguyên tô Beri (Be). Có bao nhiêu electron ở lớp ngoài cùng trong nguyên tử cùa các nguyên tố có số hiệu nguyên từ lần lượt bàng 3, 6, 9. 18? Nguyên tô' có (Z = 3): ls'2s’ Nguyên tô' có (Z = 6): ls22s22p2 Nguyên tô' có (Z = 9): ls22s22p5 Nguyên tô' có (Z = 18): ls22s22p63s23p6 Giải =i> có 1 electron ở lớp ngoài cùng. => có 4 electron ỡ lớp ngoài cùng. => có 7 electron ở lớp ngoài cùng. => có 8 electron ở lớp ngoài cùng. Đáp số: 1, 4, 7, 8 Viết câu hình electron nguyên tứ cua các cặp nguyên tố mà hạt nhân nguyên tứ có số proton là: 1, 3; b) 8. 16; c) 7. 9. Những nguyên tố nào là kim loại? Là phi kim? Vi sao? Giải z = 1 : is1. —> H là phi kim (trường hợp đặc biệt) z - 3: ls22s1. -> có le ở lớp ngoài cùng là kim loại Có một nguyên tô' kim loại và một nguyên tô' là phi kim. z = 8: ls22s22p'i. : là phi kim vì có 6e ở lớp ngoài cùng z = 16: ls22s22p63s23p4.: là phi kim vì có 6e ở lớp ngoài cùng Cả hai nguyên tô' đều là phi kim vì có 6 electron ở lớp ngoài cùng. z = 7: ls22s22p3, là nguyên tô' phi kim vì có 5 electron ở lớp ngoài cùng. z - 9: ls22s22p5, là nguyên tô' phi kim vì có 7 electron ở lớp ngoài cùng.