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
- Số lượng AO và số electron tối đa trên mỗi lớp:
2. Phân lớp electron
Mỗi lớp electron 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, cụ thể:
- 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 và 3p và 3d
* Số lượng AO trong mỗi phân lớp:
- Phân lớp ns chỉ có 1AO
- Phân lớp np chỉ có 3AO
- Phân lớp nd chỉ có 5AO
- Phân lớp nf chỉ có 7AO
* Phân lớp nào đã có tối đa electron thì được gọi là phân lớp bão hòa
II. Cấu hình 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:
- B1: Điền electron theo thứ tự các mức năng lượng từ thấp đến cao
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
- B2: 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.
2. Biểu diễn cấu hình electron theo orbital
Quy tắc biểu diễn:
- Viết cấu hình electron của nguyên tử
- Biểu diễn mỗi AO bằng một ô vuông [ô lượng tử]
- Điền electron vào từng orbital theo thứ tự lớp và phân lớp
Ví dụ: Cấu hình theo ô orbital của C như sau:
Như vậy nguyên tử carbon có 2 electron độc thân, thuộc AO 2p.
III. Dự đoán tính chất hóa học cơ bản của nguyên tố dựa theo cấu hình elctron của nguyên tử
Từ cấu hình electron, có thể dự đoán các tính chất này theo quy tắc sau:
- Các nguyên tử có 1, 2 hoặc 3 eletron ở lớp ngoài thường là nguyên tố kim loại => Tính khử
- Các nguyên tử có 5, 6 hoặc 7 eletron ở lớp ngoài thường là nguyên tố phi kim => tính oxi hóa
- Các nguyên tố có 8 electron ở lớp ngoài cùng [trừ He có 2 electron] là các nguyên tố khí hiếm => tính trơ [khó tham gia phản ứng hóa học]
Mức năng lượng obitan nguyên tử là các electron trong nguyên tử nằm trên mỗi obitan nguyên tử, các electron có năng lượng xác định. Các electron trên các obitan khác nhau của cùng một phân lớp có năng lượng như nhau.
Ví dụ: Phân lớp 2p có 3 AO: 2px, 2py, 2pz. Các electron của các obitan p này tuy có sự định hướng trong không gian khác nhau, nhưng chúng có cùng mức năng lượng AO.
Trật tự các mức năng lượng obitan nguyên tử: Khi số hiệu nguyên tử Z tăng, các mức năng lượng AO tăng dần theo trình tự sau:
1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d…
Khi điện tích hạt nhân tăng, có sự chèn mức năng lượng: mức 4s trở nên thấp hơn 3d, mức 5s thấp hơp 4d, 6d thấp hơn 4f, 5d…
2. Các nguyên lí và quy tắc phân bố electron trong nguyên tử
- Nguyên lí Pau-li:
Ô lượng tử: Người ta dùng các ô vuông nhỏ để biểu diễn obitan nguyên tử một cách đơn giản, đây được gọi là các ô lượng tử.
– Một ô lượng tử ứng với 1 AO.
VD: n = 1: chỉ có 1 AO-1s => biểu diễn bằng 1 ô vuông
n = 2: có 1 AO-2s và 3 AO-2p => AO 2s được biểu diễn bằng 1 ô vuông
– Nguyên lí Pauli: Trên 1 obitan chỉ có thể có nhiều nhất là 2electron và 2 electron này chuyển động tự quay khác chiều nhau xung quanh trục riêng của mỗi electron.
– Chiều tự quay khác nhau của 2 electron được biểu diễn bằng 2 mũi tên nhỏ: 1 mũi tên có chiều đi lên, 1 mũi tên có chiều đi xuống.
+ Khi trong 1 obitan đã có 2 electron, gọi là các electron ghép đôi:
+ Khi obitan chỉ chứa 1 electron thì electron đó gọi là electron độc thân
– Số electron tối đa trong 1 lớp và 1 phân lớp:
+ Số electron tối đa trong 1 lớp: 2n2
+ Số electron tối đa trong 1 phân lớp:
Phân lớp bão hòa khi các phân lớp s2, p6, d10, f14 có đủ số electron tối đa. Phân lớp chưa bão hòa là phân lớp chưa đủ số electron tối đa. Phân lớp bán bão hòa là phân lớp có 1 nửa số electron tối đa s1, p3, d5, f7.
- Nguyên lí vững bền:
– Ở trạng thái cơ bản, trong nguyên tử các electron chiếm lần lượt những obitan có mức năng lượng từ thấp đến cao.
Ví dụ: Nguyên tử B có Z =5, có 5e sẽ phân bố lần lượt vào các obitan: 1s, 2s, 2p. Trong đó 2e vào AO-1s, 2e vào AO-2s và 1e vào AO-2p
Biểu diễn bằng ô lượng tử đối với nguyên tử B:
- Quy tắc Hun:
– Trong cùng 1 phân lớp, các electron sẽ phân bố trên các obitan sao cho số electron độc thân là tối đa và các electron này phải có chiều tự quay giống nhau. Các e độc thân này được kí hiệu bằng các mũi tên cùng chiều, thường được viết hướng lên trên.
Electron hóa trị là gì lấy 2 ví dụ minh hóa?
- Electron hóa trị là những electron có khả năng tham gia hình thành liên kết hóa học. - Cách xác định electron hoá trị: Electron hoá trị thường nằm ở lớp ngoài cùng hoặc cả phân lớp sát lớp ngoài cùng nếu phân lớp đó chưa bão hòa. - Ví dụ: + Nguyên tử magie có cấu hình electron: 1s22s22p63s2 .
S Co bao nhiêu electron lớp ngoài cùng?
- Vị trí S trong bảng tuần hoàn: + Từ cấu hình electron của S là 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 ta xác định được nguyên tử S có 16 electron, phân bố trên 3 lớp electron và số electron lớp ngoài cùng bằng 6.
Nguyên tử sắt Co số electron hóa trị là bao nhiêu?
- Vị trí Fe trong bảng tuần hoàn: + Từ cấu hình electron của Fe là 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2 ta xác định được nguyên tử Fe có 26 electron, phân bố trên 4 lớp electron và số electron hóa trị bằng 8.
Số electron tối đa trong lớp thứ N là bao nhiêu?
- Lưu ý: Số electron tối đa của lớp thứ n là 2. n [n là số thứ tự lớp]. Lớp electron đã có đủ số electron tối đa gọi là lớp bão hòa.