Cấu hình e nguyên tử: Định nghĩa, cách viết và bài tập vận dụng

Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về cấu hình e nguyên tử, cách viết nó và áp dụng bài tập. Hãy cùng VUIHOC khám phá nhé!

1. Thứ tự của các mức năng lượng trong một nguyên tử

Trạng thái cơ bản của một nguyên tử cho thấy các electron chiếm mức năng lượng từ thấp đến cao. Mức năng lượng tại các lớp tăng theo thứ tự từ 1 đến 7 và phân lớp tăng theo thứ tự s, p, d, f.

Thứ tự sắp xếp các phân lớp theo chiều tăng năng lượng là: 1s 2s 3s 3p 4s 3d 4p 5s… Khi điện tích hạt nhân tăng, mức năng lượng ở phân lớp 4s thấp hơn phân lớp 3d.

2. Cấu hình e nguyên tử

Cấu hình e nguyên tử biểu diễn phân bố electron trên các phân lớp trong các lớp khác nhau.

Cách viết cấu hình e nguyên tử:

• Xác định số electron của nguyên tử.
• Electron được phân bố theo thứ tự các mức năng lượng AO và tuân theo nguyên lý Pauli, quy tắc Hund.
• Viết cấu hình e theo thứ tự của các phân lớp trong một lớp electron.
• Lưu ý: phân lớp electron được sắp xếp theo thứ tự tăng dần năng lượng, không theo thứ tự lớp.

Ví dụ: Nguyên tử Na có số hiệu nguyên tử Z = 11.

• Na có 11 electron.
• Phân bố electron như sau: 1s2 2s2 2p6 3s1.
• Có thể viết gọn: [Ne]3s1 ([Ne] là cấu hình e nguyên tử của nguyên tố Neon, là khí hiếm).

2.1. Cấu hình e nguyên tử biểu diễn điều gì?

Cấu hình e nguyên tử biểu diễn khả năng phân bố electron ở các phân lớp thuộc các lớp khác nhau.

2.2. Cách viết cấu hình e nguyên tử

2.2.1. Quy ước cách viết cấu hình electron nguyên tử

Cấu hình e nguyên tử được viết theo quy ước sau:

• Số thứ tự các lớp electron được kí hiệu bằng chữ số: 1, 2, 3.
• Phân lớp được kí hiệu bằng chữ cái in thường: s, p, d, f.
• Số electron trong phân lớp được ghi bằng chỉ số ở phía trên góc bên phải và kí hiệu của phân lớp được đặt sau chỉ số: s2, p6, d10…

2.2.2. Viết cấu hình e nguyên tử cần tuân theo quy tắc nào?

Để viết cấu hình e nguyên tử, chúng ta cần tuân theo các nguyên tắc sau:

• Nguyên lý Pauli: Mỗi obitan nguyên tử chỉ có thể chứa tối đa 2 electron, và hai electron này cần có chiều tự quay ngược chiều nhau xung quanh trục riêng của mỗi electron.
• Quy tắc Hund: Cùng một phân lớp, electron sẽ được phân bố trên obitan sao cho số electron cô lập là tối đa và các electron này có chiều tự quay giống nhau.
• Nguyên lý vững bền: Trong trạng thái cơ bản, các electron sẽ lần lượt chiếm các obitan có mức năng lượng tăng từ thấp đến cao.

2.2.3. Các bước viết cấu hình e nguyên tử

Bước 1: Xác định số electron chính xác trong nguyên tử.
Bước 2: Phân bố electron lần lượt trên các phân lớp theo chiều tăng năng lượng trong các nguyên tử như: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p… và tuân thủ các quy tắc sau:

• Phân lớp s chứa tối đa 2 electron.
• Phân lớp p chứa tối đa 6 electron.
• Phân lớp d chứa tối đa 10 electron.
• Phân lớp f chứa tối đa 14 electron.
  Bước 3: Viết cấu hình e bằng cách phân bố electron trên các phân lớp thuộc các lớp khác nhau như: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p…

2.2.4. Cách xác định nguyên tố s, p, d, f

• Nguyên tố s: có electron cuối cùng thuộc phân lớp s.
• Nguyên tố p: có electron cuối cùng thuộc phân lớp p.
• Nguyên tố d: có electron cuối cùng thuộc phân lớp d.
• Nguyên tố f: có electron cuối cùng thuộc phân lớp f.

Lưu ý: Một số nguyên tố có cấu hình nguyên tử kiểu bán bão hòa:

• Cr (Z = 24) 1s2 2s2 2p6 3s23p63d44s2 chuyển thành 1s2 2s2 2p6 3s23p63d54s1.
• Cu (Z = 29) 1s2 2s2 2p6 3s23p63d94s2 chuyển thành 1s2 2s2 2p6 3s23p63d104s1.

Đến đây, chúng ta đã tìm hiểu về cấu hình e nguyên tử, cách viết và áp dụng bài tập. Hy vọng bài viết đã giúp bạn hiểu rõ hơn về chủ đề này!

3. Đặc điểm của lớp e ngoài cùng – cấu hình e nguyên tử

Hầu hết các nguyên tố có lớp e ngoài cùng chứa tối đa 8 electron.

Trong vài trường hợp, các nguyên tử có 8 electron ở lớp ngoài cùng sẽ có cấu hình nguyên tử rất ổn định. Đây thường là các nguyên tố thuộc khí hiếm và tồn tại dưới dạng nguyên tử trong tự nhiên.

Các nguyên tử có 1, 2, 3 electron ở lớp ngoài cùng dễ nhường electron và là các nguyên tố kim loại (trừ He, H, B).

Các nguyên tử có 5, 6, 7 electron ở lớp ngoài cùng dễ nhận electron và thường là các nguyên tố phi kim.

Các nguyên tử có 4 electron ở lớp ngoài cùng có thể là các nguyên tố phi kim hoặc kim loại.

Lớp electron ngoài cùng quyết định tính chất hóa học của một nguyên tử. Viết cấu hình e của một nguyên tử cũng có thể dự đoán được loại nguyên tố đó.

4. Bảng cấu hình electron nguyên tử của 20 nguyên tố đầu tiên

Để hiểu thêm về cấu hình e nguyên tử, nhiều sách đã tổng hợp bảng cấu hình electron của 20 nguyên tố đầu tiên. Dưới đây là bảng gồm 20 nguyên tố phổ biến nhất:

Chèn bảng 20 nguyên tố ở đây

5. Sơ đồ tư duy cấu hình e nguyên tử

Sơ đồ tư duy ở đây

6. Bài tập áp dụng lý thuyết cấu hình e nguyên tử

6.1. Bài tập cơ bản và nâng cao SGK Hoá 10

Ví dụ 1: Một nguyên tử của nguyên tố X có 3 lớp electron. Lớp ngoài cùng có 4 electron. Hãy xác định số hiệu nguyên tử của nguyên tố X và viết cấu hình e của X.

Hướng dẫn giải:
Z = 2 + 8 + 4 = 14
Cấu hình e của X là 1s2 2s2 2p6 3s23p2

Ví dụ 2: Một nguyên tố d có 4 lớp electron, phân lớp ngoài cùng đã bão hòa electron. Tính tổng số electron s và electron p của nguyên tố d.

Hướng dẫn giải:
Nguyên tố d có 4 lớp electron → electron cuối cùng thuộc phân lớp 3d.
Cấu hình electron của nguyên tố này là 1s2 2s2 2p6 3s23p63d04s2.
Tổng số electron s và electron p của nguyên tố d là 20.

Ví dụ 3: Nguyên tử X có ký hiệu là X2656. Viết cấu hình e nguyên tử của X và cho biết X là nguyên tố kim loại hay phi kim.

Hướng dẫn giải:
Do có sự chèn mức năng lượng, electron được phân bố như sau: 1s2 2s2 2p6 3s23p64s23d6.
Cấu hình electron của X là 1s2 2s2 2p6 3s23p63d64s2 hay [Ar] 3d64s2.

• Số electron lớp ngoài cùng của nguyên tử X là 2, do đó X là nguyên tố kim loại.
• N = A – Z = 56 – 26 = 30
• Electron cuối cùng của nguyên tử thuộc phân lớp 3d, nên X là nguyên tử nhóm d.

Ví dụ 4: Số lượng electron thuộc lớp ngoài cùng trong nguyên tử của các nguyên tố có số hiệu nguyên tử Z lần lượt bằng 3, 6, 9, 18 là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải:
Dựa trên số hiệu nguyên tử Z, ta có thể viết cấu hình e và từ đó xác định số electron thuộc lớp ngoài cùng.

• Z = 3: 1s2 2s1 → có 1 electron thuộc lớp ngoài cùng.
• Z = 6: 1s2 2s2 2p2 → có 4 electron thuộc lớp ngoài cùng.
• Z = 9: 1s2 2s2 2p5 → có 7 electron thuộc lớp ngoài cùng.
• Z = 18: 1s2 2s2 2p6 3s23p6 → có 8 electron thuộc lớp ngoài cùng.

6.2. Bài tập trắc nghiệm về Cấu hình e nguyên tử

CÂU 1: Ở trạng thái cơ bản, cấu hình electron của nguyên tử Na (Z = 11) là:
A. 1s2 2s2 2p5 3s2
B. 1s2 2s2 2p4 3s1
C. 1s2 2s2 2p6 3s2
D. 1s2 2s2 2p6 3s1

CÂU 2: Nguyên tố X có Z = 17. Số electron ở lớp ngoài cùng của nguyên tố X là:
A. 1.
B. 5.
C. 3.
D. 7.

CÂU 3: Nguyên tử Z23 có cấu hình e là: 1s2 2s2 2p6 3s1. Z có:
A. 11 nơtron, 12 proton.
B. 11 proton, 12 nơtron.
C. 13 proton, 10 nơtron.
D. 11 proton, 12 electron.

CÂU 4: Nguyên tử của nguyên tố hóa học X có kí hiệu như sau: XZ67. Và nguyên tử có cấu hình electron như sau: [Ar]3d10 4s2. Qua đó, số hạt không mang điện của nguyên tử X là:
A. 36.
B. 37.
C. 38.
D. 35.

CÂU 5: Cho các nguyên tử sau: K (Z = 19), Sc (Z = 21), Cr (Z = 24), Cu (Z = 29). Các nguyên tử mà có số electron lớp ngoài cùng tương đương là:
A. K, Sc.
B. Sc, Cr, Cu.
C. K, Cr, Cu.
D. K, Sc, Cr, Cu.

CÂU 6: Một nguyên tố A có tổng số electron ở tất cả phân lớp s là 6 và tổng số electron thuộc lớp ngoài cùng là 7. A là nguyên tố nào trong các nguyên tố dưới đây?
A. F (Z = 9).
B. P (Z = 15).
C. Cl (Z = 17).
D. S (Z = 16).

CÂU 7: Electron cuối cùng của nguyên tử nguyên tố X phân bố vào phân lớp 3d6. X là:
A. Zn (Z = 30).
B. Fe (Z = 26).
C. Ni (Z = 28).
D. S (Z = 16).

CÂU 8: Số hiệu nguyên tử của nguyên tố có tổng số electron trên các phân lớp p bằng 11 là:
A. 13.
B. 15.
C. 19.
D. 17.

CÂU 9: Một nguyên tử X có tổng số electron thuộc tất cả các phân lớp s là 6 và tổng số electron lớp ngoài cùng bằng 6. Cho biết X sẽ là nguyên tố hoá học nào dưới đây?
A. Oxi (Z = 8).
B. Lưu huỳnh (Z = 16).
C. Flo (Z = 9).
D. Clo (Z = 17).

CÂU 10: Lớp thứ n có số electron tối đa là:
A. n.
B. 2n.
C. n^2.
D. 2n^2.

CÂU 11: Lớp thứ n sẽ có số obitan tối đa là:
A. n.
B. 2n.
C. n^2.
D. 2n^2.

CÂU 12: Ở tại phân lớp 4d, có số electron tối đa sẽ là:
A. 6
B. 10
C. 14
D. 18

CÂU 13: Một nguyên tử R có tổng các loại hạt mang điện và không mang điện bằng 34, trong đó có số hạt mang điện gấp 1,833 lần số hạt không mang điện. Nguyên tố R và cấu hình electron của nguyên tố này là:
A. Na, 1s2 2s2 2p1
B. Mg, 1s2 2s2 2p2
C. F, 1s2 2s2 2p5
D. Ne, 1s2 2s2 2p6

CÂU 14: Nguyên tử của nguyên tố X có tổng hạt electron trong tất cả các phân lớp p bằng 7. Nguyên tử của nguyên tố Y có tổng các loại hạt mang điện nhiều hơn tổng các loại hạt mang điện của X bằng 8. X và Y là các nguyên tố nào sau đây?
A. Al và Sc
B. Al và Cl
C. Mg và Cl
D. Si và Br.

CÂU 15: Phát biểu nào dưới đây là không đúng?
A. Những electron thuộc lớp K có mức năng lượng thấp nhất.
B. Những electron ở gần hạt nhân sẽ có mức năng lượng thấp nhất.
C. Electron thuộc obitan 4p có mức năng lượng thấp hơn những electron thuộc obitan 4s.
D. Các electron ở trong cùng một lớp sẽ có năng lượng gần tương đương nhau.

CÂU 16: Phát biểu nào dưới đây không đúng?
A. Các electron sẽ chuyển động xung quanh hạt nhân theo một quỹ đạo tròn.
B. Các electron ở trong cùng một phân lớp sẽ có mức năng lượng tương đương nhau.
C. Các electron sẽ chuyển động không tuân theo một quỹ đạo nhất định.
D. Các electron ở trong cùng một lớp thì các electron có mức năng lượng gần bằng nhau.

CÂU 17: Trong các cấu hình electron dưới đây, cấu hình nào không tuân theo nguyên lí Pauli?
A. 1s2 2s1
B. 1s2 2s2 2p5
C. 1s2 2s2 2p6 3s2
D. 1s2 2s2 2p7 3s2

CÂU 18: Lớp thứ 3 (n = 3) có số phân lớp là:
A. 7.
B. 4.
C. 3.
D. 5.

CÂU 19: Phát biểu nào sau đây là đúng.
A. Những electron có mức năng lượng tương đương nhau thì được xếp vào cùng một phân lớp.
B. Tất cả đều đúng.
C. Năng lượng của các electron thuộc lớp K sẽ là cao nhất.
D. Lớp thứ n sẽ có n phân lớp.

CÂU 20: Lớp M (n = 3) có số obitan nguyên tử là:
A. 4.
B. 9.
C. 1.
D. 16.

Đáp án tham khảo:

1. D 2. D 3. B 4. A 5. D 6. C 7. A 8. D 9. C 10. D
2. A 12. B 13. B 14. B 15. D 16. C 17. B 18. C 19. B 20. D

Hy vọng bài tập này sẽ giúp bạn ôn tập và nâng cao kiến thức về cấu hình e nguyên tử.

Kết luận

Với những kiến thức về cấu hình e nguyên tử, chúng ta có thể hiểu và dự đoán tính chất hóa học của các nguyên tố. Hãy ôn tập và thực hành để nắm vững kiến thức này. Chúc bạn thành công!