Cách xác định số e lớp ngoài cùng I. Lớp electron
Các electron thuộc cùng một lớp có năng lượng gần bằng nhau.
Trong mỗi lớp electron, có thể có một hoặc nhiều AO.
Số lượng AO và số electron tối đa trong mỗi lớp Lớp K (n = 1) L (n = 2) M (n = 3) N (n = 4) Số lượng AO 1 4 9 16 Số electron tối đa 2 8 18 32
- Số electron và số lượng AO trong lớp thứ n (n ≤ 4) được ghi nhớ theo quy tắc sau: + Lớp thứ n có n2 AO.
+ Lớp thứ n có tối đa 2n2 electron.
Ví dụ: Dựa vào công thức này tính được lớp thứ tư (lớp N, n = 4) có 42 = 16 AO và
chứa tối đa 2.42 = 32 electron.
Lưu ý: Năng lượng của một electron phụ thuộc vào khoảng cách từ electron đó tới hạt
nhân. Electron càng xa hạt nhân thì có năng lượng càng cao.
Ví dụ: Các lớp electron xếp theo thứ tự mức năng lượng từ thấp đến cao: K, L, M, N .. II. Phân lớp electron
Mỗi lớp electron (trừ lớp thứ nhất) lại được chia thành các phân lớp theo nguyên tắc:
Các electron thuộc cùng một phân lớp có năng lượng bằng nhau.
Số lượng và kí hiệu các phân lớp trong một lớp: Lớp electron thứ n có n phân lớp và
được kí hiệu lần lượt là ns, np, nd, nf, ... Cụ thể:
+ Lớp K (n =1): có 1 phân lớp, được kí hiệu là 1s.
+ Lớp L (n =2): có 2 phân lớp, được kí hiệu là 2s và 2p.
+ Lớp M (n =3): có 3 phân lớp, được kí hiệu là 3s, 3p và 3d.
- Số lượng AO trong mỗi phân lớp
+ Phân lớp ns chỉ có 1 AO. + Phân lớp np có 3 AO. + Phân lớp nd có 5 AO. + Phân lớp nf có 7 AO.
- Số electron trong mỗi phân lớp được biểu diễn bằng chỉ số phía trên, bên phải kí hiệu
phân lớp. Phân lớp nào đã có tối đa electron được gọi là phân lớp bão hòa.
Ví dụ: Kí hiệu 1s2 cho biết phân lớp 1s có 2 electron. Do phân lớp 1s chỉ có 1 AO nên
phân lớp 1s chứa tối đa 2 electron, 1s2 được gọi là phân lớp bão hòa.
Lưu ý: Số lượng electron tối đa trong mỗi phân lớp
Phân lớp ns chứa tối đa 2 electron.
Phân lớp np chứa tối đa 6 electron.
Phân lớp nd chứa tối đa 10 electron.
Phân lớp nf chứa tối đa 14 electron.
III. Cấu hình electron nguyên tử
Cách viết cấu hình electron nguyên tử
Cấu hình electron biểu diễn sự phân bố electron vào lớp vỏ nguyên tử theo các lớp và phân lớp.
Các bước viết cấu hình electron nguyên tử theo những nguyên tắc sau:
+ Quy tắc 1: Điền electron theo thứ tự các mức năng lượng từ thấp đến cao (dãy Klechkovski):
1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s...
Điền electron bão hòa phân lớp trước rồi mới điền tiếp vào phân lớp sau.
- Quy tắc 2: Đổi lại vị trí các phân lớp sao cho số thứ tự lớp (n) tăng dần từ trái qua phải,
các phân lớp trong cùng một lớp theo thứ tự s, p, d, f.
Ví dụ: Nguyên tử Fe có Z = 26, sau khi điền electron vào dãy Klechkovski nhận được
dãy 1s22s22p63s23p64s23d6. Sắp xếp lại vị trí phân lớp 4s2 và 3d6 thu được cấu hình
electron là 1s22s22p63s23p63d64s2.
- Cấu hình electron cho biết thứ tự mức năng lượng các electron giữa các phân lớp.
Năng lượng của electron trong mỗi phân lớp tăng theo chiều từ trái qua phải.
Ví dụ: Cấu hình electron nguyên tử của oxygen là 1s22s22p4. Trong nguyên tử oxygen,
năng lượng của electron thuộc phân lớp 2s cao hơn electron thuộc phân lớp 1s, năng
lượng của electron thuộc phân lớp 2p cao hơn electron thuộc phân lớp 2s.
IV. Đặc điểm của electron lớp ngoài cùng của nguyên tử
- Đối với nguyên tử của tất cả các nguyên tố, lớp electron ngoài cùng có nhiều nhất là 8 electron.
- Các nguyên tử có 1, 2, 3 electron ở lớp ngoài cùng và nguyên tử heli không tham gia
vào các phản ứng hóa học (trừ 1 số điều kiện đặc biệt) ví dụ cấu hình electron của các
nguyên tử này rất bền. Đó là các nguyên tố khí hiếm chỉ có một nguyên tử.
- Các nguyên tử có 1, 2, 3 electron ở lớp ngoài cùng dễ nhường electron là nguyên tử
của các nguyên tố kim loại (trừ H, He, B).
- Các nguyên tử có 5, 6, 7 electron ở lớp ngoài cùng dễ nhận electron thường là nguyên
tử của nguyên tố phi kim.
- Các nguyên tử có 4 electron ngoài cùng có thể là nguyên tử của nguyên tố kim loại hoặc phi kim.
=> Như vậy, lớp e ngoài cùng quyết định tính chất hoá học của một nguyên tố, và khi biết
được cấu hình e của nguyên tử có thể dự đoán được loại nguyên tố.
Cấu hình e lớp ns1, ns2, ns2np2 ns2np3, ns2np6 ngoài cùng ns2np1 ns2np4, và (He : 1s2) ns2np5
Số electron thuộc 1,2,3 4 5,6 hoặc 7 8 (2 ở He) lớp ngoài cùng Loại nguyên tố
Kim loại Có thể là kim loại Thường là Khí hiếm (trừ H, hoặc phi kim phi kim He, B)
Tính chất cơ bản Tính kim Có thể là tính kim Thường có Tương đối trơ của nguyên tố loại
loại hay tính phi tính phi kim về mặt hóa kim học
V. Ví dụ về xác định số e trong nguyên tử
Ví dụ 1: 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 3d64s2 .
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) có 4 lớp e, lớp ngoài cùng có 2 e.
Ví dụ 2: Cho biết sắt có số hiệu nguyên tử là Z = 26
Hướng dẫn trả lời câu hỏi
Cấu hình electron của ion Fe2+là: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6
Ví dụ 3: Nguyên tố X có Z = 17. Electron lớp ngoài cùng của nguyên tử nguyên tố X thuộc lớp
Hướng dẫn trả lời câu hỏi
X có Z = 17 nên nguyên tử X có 17 electron.
Viết thứ tự các lớp và phân lớp electron theo chiều tăng của năng lượng: 1s 2s 2p 3s 3p 4s …
Điền các electron vào các phân lớp electron theo nguyên lí vững bền: 1s22s22p63s23p5.
⇒ Cấu hình electron của nguyên tử X là: 1s22s22p63s23p5.
⇒ Electron lớp ngoài cùng của X thuộc lớp thứ 3 (lớp M)
Ví dụ 4. Nguyên tố X có Z = 12 và nguyên tố Y có Z = 17. Viết cấu hình electron nguyên
tử của nguyên tố X và Y. Khi nguyên tử của nguyên tố X nhường đi hai electron và
nguyên tử của nguyên tố Y nhận thêm một electron thì lớp electron ngoài cùng của
chúng có đặc điểm gì?
Hướng dẫn trả lời câu hỏi
 Nguyên tử X (Z = 12) có cấu hình electron: 1s22s22p63s2
X nhường đi 2 electron: X → X2+ + 2e
Cấu hình electron của ion X2+ là 1s22s22p6
 Nguyên tử Y (Z = 17) có cấu hình electron: 1s22s22p63s23p5
Y nhận thêm 1 electron: Y + e → Y-
Cấu hình electron của Y- là 1s22s22p63s23p6
Cấu hình electron của ion X2+ giống khí hiếm Ne, có 8 electron lớp ngoài cùng.
Cấu hình electron của ion Y- giống với cấu hình electron của khí hiếm Ar, có 8 electron lớp ngoài cùng.
Ví dụ 5. Cho biết cấu hình electron của nguyên tử một số nguyên tố sau a. 1s22s22p6 3s1 b. 1s22s22p6 3s2 3p5 c. 1s22s22p2 d. 1s22s22p63s23p63d64s2 e. 1s22s2 f. 1s22s22p1 g. 1s1 h. 1s2
Hãy cho biết những nguyên tố nào là kim loại, phi kim?
Nguyên tố nào trong các nguyên tố trên thuộc họ s, p hay d?
Nguyên tố nào có thể nhận 1 electron trong các phản ứng hóa học?
Hướng dẫn trả lời câu hỏi
Những nguyên tố kim loại là: (a), (d), (e), (f), (h)
Những nguyên tố phi kim là: (b), (c), (g)
Nguyên tố thuộc họ s là: (a), (e), (g), (h)
Nguyên tố thuộc họ p là: (b), (c)
Nguyên tố thuộc họ d là: (f)
Nguyên tố có thể nhận 1 electron trong các phản ứng hóa học là: (b)
(Vì b có 7e lớp ngoài cùng nên có xu hướng nhận 1 e để đạt được cấu hình bền)
Ví dụ 6. Có bao nhiêu electron ở lớp ngoài cùng trong nguyên tử của các nguyên tố có
số hiệu nguyên tử lần lượt bằng 3, 6, 9, 18?
Hướng dẫn trả lời câu hỏi
Số electron lớp ngoài cùng trong nguyên tử của các nguyên tố có số hiệu nguyên tử bằng
3, 6, 9, 18 lần lượt là 1, 4, 7, 8. Do các nguyên tử có cấu hình electron như sau: Z = 3: 1s22s1 ; Z = 6 : 1s22s22p2; Z = 9: 1s22s22p5; Z = 18: 1s22s22p63s23p6.