Hoá học 10 Bài 5: Cấu hình electron

A. Lý thuyết

I. Thứ tự các mức năng lượng của nguyên tử

Các electron trong nguyên tử ở trạng thái cơ bản lần lượt chiếm các mức năng lượng từ thấp đến cao:

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s…

Hình 1: Sơ đồ phân bố các mức năng lượng của các lớp và phân lớp

II. Cấu hình electron của nguyên tử

1. Cấu hình electron

- Cấu hình e biểu diễn sự phân bố electron trên các phân lớp thuộc các lớp khác nhau.

- Cách viết cấu hình e như sau:

+ Bước 1: Xác định số electron của nguyên tử

+ Bước 2: Phân bố các electron theo thứ tự mức năng lượng (1s2s2p3s3p4s3d4p5s…) và tuân theo quy tắc sau: phân lớp s chứa tối đa 2 electron, phân lớp p chứa tối đa 6e, phân lớp d chứa tối đa 10 electron, phân lớp f chứa tối đa 14 e.

- Quy ước cách viết cấu hình e:

+ Số thứ tự của lớp được viết bằng các số   (1,2,3,...)

+ Phân lớp được kí hiệu bằng các chữ cái thường: s  p  d  f

+ Số e viết trên kí hiệu của các phân lớp như số mũ  (s2, p6)

- Ví dụ:

+ H (Z=1): 1s1 → H là nguyên tố s

+ Li (Z = 3): 122 2s1  → Li là nguyên tố s

+ Cl (Z=17): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 → Cl là nguyên tố p

+ Fe (Z = 26): 1s2 2s2 2p6 3s23p6 4s2 3d6

→ Fe là nguyên tố d hay 1s2 2s2 2p6 3s23p6 3d6 4s2

​​- Ghi chú:

+ ​Nguyên tố s: e cuối cùng điền vào phân lớp s.

+ Nguyên tố p: e cuối cùng điền vào phân lớp p

+ Nguyên tố d: e cuối cùng điền vào phân lớp d

2. Cấu hình electron của 20 nguyên tố đầu tiên

H ( Z = 1): 1s1  

He (Z = 2): 1s2

Li (Z = 3): 1s22s1  

Be (Z = 4): 1s22s2  

B (Z = 5): 1s22s22p1  

C (Z = 6): 1s22s22p2 

N (Z = 7): 1s22s22p3  

O (Z = 8): 1s22s22p4  

F (Z = 9): 1s22s22p5

Ne (Z = 10): 1s22s22p6

Na (Z = 11): 1s22s22p63s1

Mg (Z = 12): 1s22s22p63s2

Al (Z = 13): 1s22s22p63s23p1

Si (Z = 14): 1s22s22p63s23p2

P (Z = 15): 1s22s22p63s23p3

S (Z = 16): 1s22s22p63s23p4

Cl (Z = 17): 1s22s22p63s23p5

Ar (Z = 18): 1s22s22p63s23p6

K (Z = 19): 1s22s22p63s23p64s1

Ca (Z = 20): 1s22s22p63s23p64s2

3. Đặc điểm của lớp electron ngoài cùng

- Nguyên tử của tất cả các nguyên tố có tối đa 8 e lớp ngoài cùng.

+ Số e lớp ngoài cùng: 1, 2, 3 e → kim loại (trừ H, He, B)

+ Số e lớp ngoài cùng: 4e → kim loại hoặc phi kim

+ Số e lớp ngoài cùng: 5, 6, 7 → phi kim

+ Số e lớp ngoài cùng: 8e (trừ He) → khí hiếm (khí trơ)

- Ví dụ:

+ Na (Z=11): 1s2 2s2 2p6 3s1 (kim loại)

+ Cl (Z=17): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 (phi kim)

+ Ar (Z=18): 1s2 2s2 2p6 3s23p6 (khí hiếm)

B. Trả Lời Câu Hỏi SGK

1. Giải bài 1 trang 27 SGK Hóa 10

Nguyên tố có Z = 11 thuộc loại nguyên tố:

A. s.

B. p.

C. d.

D. f.

Chọn đáp án đúng.

Hướng dẫn giải

Nguyên tử có Z = 11 có cấu hình electron: 1s22s22p63s1
→ Electron cuối cùng điền vào phân lớp s

→ Thuộc nguyên tố s

Chọn đáp án A.

2. Giải 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

Lưu huỳnh (Z = 16) có cấu hình electron: 1s22s22p63s23p4

⇒ Chọn C.

3. Giải 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

Cấu hình electron của nguyên tử nhôm (Z = 13) là 1s22s22p63s23p1

→ Electron ở lớp ngoài cùng có 3 electron.

→ Ý D sai.

4. Giải 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 tố có số hiệu nguyên tử từ 2 đến 82 trong bảng tuần hoàn thì 1 ≤ $\frac{N}{Z}$ ≤ 1,5)).

Hướng dẫn giải

Câu a

Gọi tổng số hạt proton, tổng số hạt nơtron, tổng số hạt electron lần lượt là z, n, e.

Ta có n + z + e = 13 vì z = e nên 2z + n = 13

2z + n = 13 → n = 13 - 2z

Mặt khác từ nguyên tố số 2 đến 82 trong bảng tuần hoàn thì:

1 ≤ $\frac{N}{Z}$≤ 1,5 ⇒  z ≤ n ≤ 1,5z, ta có:

 → 3,7 ≤ z ≤ 4,3 (z nguyên dương)

Nguyên tố có z = 4, n = 5

→ Nguyên tử khối  A là 4 + 5 = 9 

Câu b

Cấu hình electron của nguyên tố đó là: 1s22s2

5. Giải 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

6. Giải 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

Hạt nhân nguyên tử cho biết số proton (nghĩa là cho biết số đơn vị điện tích hạt nhân) nên theo yêu cầu của đề bài ta có thể viết cấu hình electron của nguyên tử các cặp nguyên tố như sau:

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.