BÀI 5. CẤU HÌNH ELECTRON NGUYÊN TỬ
A. LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM
I. THỨ TỰ CÁC MỨC NĂNG LƯỢNG TRONG NGUYÊN TỬ
Như đã được học ở bài trước, các electron trong nguyên tử ở trạng thái cơ bản lần lượt chiếm các mức năng lượng từ thấp đến cao tuy nhiên khi điện tich hạt nhân tăng có sự chèn mức năng lượng giữa các phân lớp
Thực nghiệm khảo sát được thứ tự sắp xếp các phân lớp theo chiều tăng mức năng lượng là:
1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s…
II. CẤU HÌNH ELECTRON 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 ghi bằng chữ số (1, 2, 3...).
+ Phân lớp được ghi bằng các chữ cái thường (s, p, d, f).
+ Số electron trong một phân lớp được ghi bằng số ở phía trên bên phải của phân lớp (s2, p6,...)
- Cách viết cấu hình electron nguyên tử:
+ Xác định số electron của nguyên tử.
+ Các electron được phân bố lần lượt vào các phân lớp theo chiều tăng dần của năng lượng trong nguyên tử và tuân theo quy tắc sau: phân lớp s tối đa 2 electron, phân lớp p tối đa 6 electron, phân lớp d tối đa 10 electron, phân lớp f tối đa 14 electron
+ Viết cấu hình electron theo thứ tự các phân lớp trong 1 lớp và theo thứ tự của các lớp electron.
Ví dụ: Xác định cấu hình e của Fe có Z = 26.
Sự phân bổ electron theo mức năng lượng: 1s22s22p63s23p64s23d6.
Þ Cấu hình e của Fe là: 1s22s22p63s23p63d64s2.
- Nguyên tố s là những nguyên tố mà nguyên tử có electron cuối cùng được điền vào phân lớp 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.
- Nguyên tố f là những nguyên tố mà nguyên tử có electron cuối cùng được điền vào phân lớp f.
Þ Nguyên tử Fe thuộc nhóm nguyên tố d.
III. ĐẶC ĐIỂM CỦA ELECTRON NGOÀI CÙNG.
- Đối với nguyên tử của tất cả các nguyên tố, lớp electron ngoài cùng có nhiều nhất là 8 electron.
- Các nguyên tử có 8 electron ở lớp electron ngoài cùng (ns2np6) và nguyên tử heli có 2 electron ở lớp ngoài cùng (1s2) không tham gia vào các phản ứng hoá học (trừ trong 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 dễ nhường electron 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 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.
B. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP
Phương pháp giải bài tập về viết cấu hình electron
+ Xác định số electron của nguyên tử.
+ Các electron được phân bố lần lượt vào các phân lớp theo chiều tăng dần của năng lượng trong nguyên tử và tuân theo quy tắc sau: phân lớp s tối đa 2 electron, phân lớp p tối đa 6 electron, phân lớp d tối đa 10 electron, phân lớp f tối đa 14 electron
+ Viết cấu hình electron theo thứ tự các phân lớp trong 1 lớp và theo thứ tự của các lớp electron.
Phương pháp giải bài tập về đặc điểm của electron lớp ngoài cùng
- Các nguyên tử có 8 electron ở lớp electron ngoài cùng (ns2np6) và nguyên tử heli có 2 electron ở lớp ngoài cùng (1s2) là các nguyên tử của nguyên tố khí hiếm
- 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 và 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.
Phương pháp giải bài tập tìm số hạt proton, electron, notron khi biết tổng số hạt:
Giải hệ sau:
2P + N = tổng số hạt
P ≤ N ≤ 1,5P
C. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA
Bài 1 (trang 27 SGK Hóa 10):
Nguyên tử có Z = 11 thuộc loại nguyên tố:
A. s.
B. p.
C. d.
D. f.
Chọn đáp án đúng.
Hướng dẫn giải:
Chọn A.
Z = 11 ⇒ cấu hình e: 1s22s22p63s1 ⇒ e cuối cùng xếp vào phân lớp s nên thuộc nguyên tố s.
Bài 2 (trang 27 SGK Hóa 10):
Cấu hình electron nguyên tử nào sau đây của lưu huỳnh (Z = 16):
A. 1s22s22p53s23p5
B. 1s22s22p63s23p6
C. 1s22s22p63s23p4
D. 1s22s22p63s23p3
Chọn đáp án đúng.
Hướng dẫn giải:
Chọn C.
1s22s22p63s23p4 có Z = 16.
Bài 3 (trang 28 SGK Hóa 10):
Cấu hình electron của nguyên tử nhôm (Z = 13) là 1s22s22p63s23p1. Vậy:
A. Lớp thứ nhất (Lớp K) có 2 electron.
B. Lớp thứ hai (Lớp L) có 8 electron.
C. Lớp thứ ba (Lớp M) có 3 electron.
D. Lớp ngoài cùng có 1 electron.
Tìm câu sai.
Hướng dẫn giải:
Chọn D.
Lớp ngoài cùng của nguyên tử nhôm (3s23p1) có 3 electron.
Bài 4 (trang 28 SGK Hóa 10):
Tổng số hạt proton, notron và electron trong nguyên tử của một nguyên tố là 13.
a) Xác định nguyên tử khối.
b) Viết cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố đó.
(Cho biết : các nguyên tô cỏ sô hiệu nguyên tử từ 2 đến 82 trong N bảng tuần hoàn thì 1 ≤ N/Z ≤ 1,5)
Hướng dẫn giải:
a) Tổng số hạt proton, nowtron, electron trong 1 nguyên tử của nguyên tố đã cho là 13. Mà số proton bằng số electron nên ta có phương trình sau:
2Z + N =13
Mặt khác từ nguyên tố số 2 đến 82 trong bảng tuần ta có :
Z ≤ N; mà N =13 – 2Z ⇒ Z ≤ 13 – 2Z ⇒ Z ≤ 4,333 (1)
N ≤ 1,5Z ⇒ 13-2Z ≤ 1,5Z ⇒ 3,5Z ≥ 13 ⇒ Z ≥ 3,7 (2)
Từ (1) và (2) và vì Z nguyên dương 3,7 ≤ Z ≤ 4,333 Þ Z =4.
Suy ra số nơtron: N =13 – 2Z = 13 - 2.4 = 5
Vậy nguyên tử khối cần tìm theo yêu cầu bài toán là 4+5=9.
b) Viết cấu hình electron: Z=4 có cấu hình là 1s22s2. Đây là nguyên tố s
Bài 5 (trang 28 SGK Hóa 10):
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 giải:
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.
Bài 6 (trang 28 SGK Hóa 10):
Viết cấu hình electron của nguyên tử các cặp nguyên tố mà hạt nhân nguyên tử có số proton là:
a) 1, 3.
b) 8, 16.
c) 7, 9.
Những nguyên tố nào là kim loại? là phi kim? Vì sao?
Hướng dẫn giải:
a) Z = 1 : 1s1 ; Z = 3 : 1s22s1;
b) Z = 8 : 1s22s22p4 ; Z = 16: 1s22s22p63s23p4;
c) Z = 7 : 1s22s22p3 ; Z = 9: 1s22s22p5.
Nguyên tố kim loại có 1, 2, 3 electron lớp ngoài cùng, nên nguyên tố có Z = 3 là kim loại, còn nguyên tố Z = 1 là H giống kim loại nhưng không phải là kim loại.
Nguyên tố phi kim có 5, 6, 7 electron ở lớp ngoài cùng nên các nguyên tố có Z = 8, 16, 7, 9 là phi kim.
Trên đây là gợi ý giải bài tập Hóa 10 bài Cấu hình electron nguyên tử do giáo viên Ican trực tiếp biên soạn theo chương trình mới nhất. Chúc các bạn học tập vui vẻ