Giải Hóa 10: Bài 5. Cấu hình electron nguyên tử

BÀI 5. CẤU HÌNH ELECTRON NGUYÊN TỬ
A. KIẾN THỨC CẦN NHỚ
THỨ Tự CÁC MỨC NĂNG LƯỢNG TRONG NGUYÊN TỬ
Các electron trong nguyên tử ỏ- trạng thái co' bản lần lượt chiếm các mức năng lượng từ thấp đến cao.
Bằng phép tính và bằng thực nghiệm người ta đã xác định được 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 thấp hơn 3d,
5s thấp hơn 4d,...
Có thế dựa vào quy tắc Klepkopski đế’ 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 thấp hơn (xem hình vẽ bên).
CẤU HÌNH ELECTRON CỦA NGUYÊN TỬ
Cấu hình electron của nguyên tử
Cấu hình electron nguyên tử biểu diễn sự phân bố electron trên các phân lớp thuộc các lớp khác nhau.
Người ta quy ước cách viết cấu hình electron nguyên tử như sau:
Số thứ tự lớp electron được viết bằng các chữ số (1, 2, 3...).
Phân lớp được kí hiệu bàng chữ cái thường (s, p, d, f).
Số electron được ghi bằng chỉ số ở phía trên, bên phải kí hiệu của phân lớp (s2, p2, ...).
Cách viết cấu liỉnh electron nguyên tử gồm các bước sau:
Bước 1: Xác định số electron của nguyên tử.
Bước 2: Các electron được phân bố lần lượt vào các phân lớp theo chiều tăng dần của mức năng lượng trong nguyên tử (ls 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 6 electron, phân lớp d chứa tôi 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 (ls 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s...)
Thí dụ:
Nguyên tử liti, z = 3, có 3 electron. Cấu hình electron của nguyên tử liti là: ls22sx.
Electron cuối cùng của nguyên tử liti điền vào phân lớp s. Liti là nguyền tố s.
Cl (Z = 17) có 17 electron. Cấu hình electron của nguyên tử C1 được điền như sau: ls22s22p63s23p5.
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 tử Fe được phân bô" như sau: ls22s22p63s23p64s23d6.
Electron cuối cùng của nguyên tử Fe điền vào phân lớp d. sắt là nguyên tố d.
Cấu hình electron của nguyên tử Fe: ls22s22p63s23p63d64s2.
Vậy: Nguyên tố s là những nguyên tố mà nguyên tử có electron cuối cùng được điển vào phân lớp s.
Nguyên tô 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 phàn lớp f.
2. Cấu hình electron nguyên tử của một số nguyên tố
Bảng cấu hình electron nguyên tử của 20 nguyên tố đầu tiên trong bảng tuần hoàn.
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
ls1
2
Heli
He
2
ls2
3
Liti
Li
2
1
ls^s1
4
Beri
Be
2
2
1s22s2
5
Bo
B
2
3
ls22s22px
6
Cacbon
c
2
4
ls22s22p2
7
Nitơ
N
2
5
ls22s22p3
8
Oxi
0
2
6
ls22s22p4
9
Flo
F
2
7
ls22s22p5
10
Neon
Ne
2
8
ls22s22p6
11
Natri
Na
2
8
1
ls22s22p63s1
12
Magie
Mg
2
8
2
ls22s22p63s2
13
Nhôm
AI
2
8
3
ls^s^p^s^p1
14
Silic
Si
2
8
4
ls22s22p63s23p2
15
Photpho
p
2
8
5
ls22s22p63s23p3
16
Lưu huỳnh
s
2
8
6
ls22s22p63s23p4
17
Clo
Cl
2
8
7
ls22s22p63s23p5
18
Agon
Ar
2
8
8
ls22s22p63s23p6
19
Kali
K
2
8
8
1
ls22s22p63s23p64s1
20
Canxi
Ca
2
8
8
2
ls22s22p63s23p64s2
Đặc điểm của lớp electron ngoài cùng
Đối với nguyên tử của tất cá các nguyên tố, lớp electron ngoài cùng có nhiều nhât là 8 electron (trừ heli).
Các nguyên tử có 8 electron lớp ngoài cùng (ns2np6) và nguyên tử heli (ls2) không tham gia vào các phản ứng hóa học (trừ khi có 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 thường là nguyên tử 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 từ của các nguyên tố phi kim.
Các nguyên tử có 4 electron ngoài cùng có thề là nguyên tử của nguyên tố kim loại hoặc phi kim (xem bảng tuần hoàn).
Như vậy, khi biết cấu hình electron của nguyên tủ có thể dự đoán dược loại nguyên tố.
B. IIƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP SGK TRANG 27-28
Câu 1. Từ z = 11 —> Cấu hình electron: ls22s22p63s1.
Nguyên tố có electron ngoài cùng điền vào phân lớp 3s nên thuộc loại nguyên tô s.	Chọn A
Câu 2. Cấu hình electron cúa lưu huỳnh (Z = 16) là: ls22s22p63s23p4.
Chọn C
Câu 3. Câu hình electron cua nhôm (Al) là: ls22s22p63s23p' có thê được viết theo lớp là: 2, 8, 3.	Câu D sai
Câu 4. Gọi tổng số hạt proton là z, tổng số hạt nơtron là N, tồng số hạt electron là E.
Ta có: z + N + E = 13. Vì z = E nên 2Z + N = 13.
Các nguyên tố có số hiệu nguyên tứ từ 2 đến 82 trong bàng hệ thông tuần hoàn thì:
1 < -C- < 1,5 (tức là z < N < 1,5Z) z
z 3Z < 13. Do đó z < 4,33.
N 13 < 3,5Z.
Do đó z > 3,7
Vì z nguyên dương nên trong khoảng 3,7 < z < 4,33, ta chọn z =
Suy ra số N = 13 - 4 - 4 = 5 và nguyên tử khối là 4 + 5 = 9.
Với z = 4, cấu hình electron là: ls22s2 : nguyên tố Beri (Be).
Câu 5.
Nguyên tố có z = 3: ls^s1 => có 1 electron ở lớp ngoài cùng.
Nguyên tố có z = 6: ls22s22p2=> có 4 electron ở lớp ngoài cùng.
Nguyên tố có z = 9: ls22s22p5=> có 7 electron ở lớp ngoài cùng.
» Nguyên tố có z = 18: ls22s22pe3s23p6 => có 8 electron ở lớp ngoài cùng.
Đáp số: 1, 4, 7, 8
Câu 6. a) * z = 1: ls1
z = 3: 1s22s1
Cả hai nguyên tố đều là kim loại vì có 1 electron ở lớp ngoài cùng.
* z = 8: ls22s22p4.
z = 16: ls22s22p63s23p4.
Cả hai nguyên tố đều là phi kim vì có 6 electron ở lớp ngoài cùng.
* z = 7: ls22s22p3, là nguyên tố phi kim có 5 electron ở lớp ngoài cùng.
* z = 9: ls22s22p5, là nguyên tố phi kim vì có 7 electron ở lớp ngoài cùng.