Bài 5: Lớp, phân lớp và cấu hình electron

I. Lớp và phân lớp electron

- Các electron trong lớp vỏ nguyên tử được phân bố vào các lớp và phân lớp dựa theo năng lượng của chúng.

1. 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 trên mỗi lớp như sau:

- Số electron và số AO trong lớp electron 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.

2. Phân lớp electron

- Mỗi lớp electron (trừ lớp thứ nhất) lại được chia thành các phân lớp theo nguyên tắc sau: Các electron thuộc cùng một phân lớp có năng lượng bằng nhau.

- Số lượng và kí hiệu các phân lớp trong một lớp:

• Lớp K, n = 1: có 1 phân lớp, kí hiệu là 1s.
• Lớp L, n = 2: có 2 phân lớp, kí hiệu là 2s và 2p.
• Lớp M, n = 3: có 3 phân lớp, kí hiệu là 3s, 3p và 3d.
• Lớp N, n = 4: có 4 phân lớp, kí hiệu là 4s, 4p, 4d và 4f.

- 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 7AO.

- 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 thì được gọi là phân lớp bão hoà.

Cách biểu diễn lớp vỏ electron của nguyên tử hydrogen

II. Cấu hình electron nguyên tử

1. 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:

Bước 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,...

Bước 2: Đổi lại vị trí các phân lớp sao cho số thứ tự lớp (n) tăng dần từ trái qua phải.

Ví dụ 1: Nguyên tử Li có Z = 3. Điền 3 electron vào dãy Klechkovski theo bước 1 được 1s²2s¹. Đây cũng chính là cấu hình electron của Li vì trường hợp này không cần sử dụng đến bước 2.

Ví dụ 2: Nguyên tử Fe có Z = 26. Sau khi điền 26 electron vào dãy Klechkovski nhận được cấu hình 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d⁶. Sắp xếp lại vị trí phân lớp 4s và 3d theo bước 2, ta được cấu hình là 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s². Trong nguyên tử Fe, electron có năng lượng cao nhất thuộc lớp 4s. Cấu hình này có thể viết gọn là [Ar]3d⁶4s², kí hiệu [Ar] thay cho cấu hình nguyên tử khí hiếm argon là 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶.

- Cấu hình electron cho biết thứ tự mức năng lượng các electron giữa các phân lớp. Năng lượng electron trên mỗi phân lớp tăng theo chiều từ trái qua phải.

2. Biểu diễn cấu hình electron theo ô orbital

- Biểu diễn cấu hình electron theo ô orbital có thể biết được sự phân bố electron theo orbital, từ đó biết được số electron độc thân của nguyên tử.

- Cách biểu diễn cấu hình theo ô orbital:

Bước 1: Viết cấu hình electron của nguyên tử.

Bước 2: Biểu diễn mỗi AO bằng một ô vuông (ô orbital hay ô lượng tử), các AO trong cùng phân lớp thì viết liền nhau, các AO khác phân lớp thì viết tách nhau. Thứ tự các ô orbital từ trái sang phải được biểu diễn như sau:

Bước 3: Điền electron vào từng ô orbital theo thứ tự lớp và phân lớp. Mỗi electron biểu diễn bằng một mũi tên. Trong phân lớp, electron được phân bố sao cho số electron độc thân là lớn nhất, electron được điền vào các ô orbital theo thứ tự từ trái sang phải. Trong một ô orbital, electron đầu tiên được biểu diễn bằng mũi tên quay lên, electron thứ hai được biểu diễn bằng mũi tên quay xuống.

Ví dụ 3: Cấu hình electron theo ô orbital của O như sau:

Như vậy, nguyên tử oxygen có 2 electron độc thân thuộc AO 2p.

@200114585114@

 III. Dự đoán tính chất hoá học cơ bản của nguyên tố dựa theo cấu hình electron

Các electron ngoài cùng (còn gọi là electron hoá trị) có vai trò quyết định đến tính chất hoá học đặc trưng của nguyên tố (tính kim loại, tính phi kim, tính trơ,...). Từ cấu hình electron, có thể dự đoán các tính chất này theo quy tắc sau:

- Các nguyên tử có 1, 2 hoặc 3 electron ở lớp ngoài cùng thường là các nguyên tử nguyên tố kim loại. Tính kim loại thể hiện qua khả năng nhường electron trong các phản ứng hóa học (tính khử).

- Các nguyên tử có 5, 6 hoặc 7 electron ở lớp ngoài cùng thường là các nguyên tử nguyên tố phi kim. Tính phi kim thể hiện qua khả năng nhận electron trong các phản ứng hóa học (tính oxi hoá).

- Các nguyên tử có 8 electron ở lớp ngoài cùng là các nguyên tử nguyên tố khí hiếm (trừ He chỉ có 2 electron). Các nguyên tố này rất khó tham gia phản ứng hóa học (tính trơ).

- Nếu lớp electron ngoài cùng có 4 electron thì nguyên tử nguyên tố có thể là kim loại hoặc phi kim.

1. Dựa theo năng lượng, các electron trong lớp vỏ nguyên tử được phân bố vào các lớp và phân lớp. Các electron thuộc cùng một phần lớp có năng lượng bằng nhau, các electron, thuộc cùng một lớp có năng lượng gần bằng nhau.

2. Cấu hình electron biểu diễn sự phân bố electron vào lớp vỏ nguyên tử theo các lớp và phân lớp.

3. Từ cấu hình electron của nguyên tử, có thể dự đoán được tính chất hóa học cơ bản của nguyên tố hóa học.