Cấu Hình Electron Nguyên Tử Chuẩn Xác Nhất 2024

Cấu hình Electron nguyên tử là phần kiến thức rất quan trọng với Hóa học lớp 10 và tiến xa hơn là lớp 11, 12. Tuy nhiên một số em học sinh vẫn chưa hiểu rõ cũng như nắm vững điều này. Cùng NgonAZ tìm hiểu ngay thông tin cụ thể về cấu hình nguyên tử của từng nguyên tố dưới đây nhé. Đảm bảo chúng sẽ giúp bạn tiếp thu nhanh và hiệu quả hơn. Bởi lẽ chúng mình đã đầu tư xây dựng đầy đủ 118 nguyên tố hoá học trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học.

Cấu Hình Electron Nguyên Tử Chuẩn nhất 2024

Cấu hình electron của một nguyên tử là cách mà các electron được phân bố trong các lớp và vùng của nguyên tử đó. Cấu hình electron xác định tính chất hóa học của nguyên tử, bao gồm khả năng tạo liên kết hóa học với các nguyên tử khác.

Cấu hình electron của một nguyên tử được viết dưới dạng số lượng electron của mỗi lớp và vùng electron. Ví dụ, cấu hình electron của nguyên tử hiđrô (H) là 1s1, nghĩa là có một electron ở lớp và vùng s. Cấu hình electron của nguyên tử carbon (C) là 1s2 2s2 2p2, nghĩa là có hai electron ở lớp và vùng s, và bốn electron ở lớp và vùng p.

Cấu hình electron của một nguyên tử có thể được xác định bằng nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm sử dụng bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học và các quy tắc định lượng như quy tắc Hund và quy tắc Klechkowski. Cấu hình electron của một nguyên tử cũng có thể được tính toán bằng các phương pháp lý thuyết như phương trình Schrödinger và phương pháp cấu trúc electron.

Cấu hình electron nguyên tử có những bộ phận nào?

Cấu hình electron hay cấu hình điện tử nguyên tử được hiểu là sự phân bố của các electron trong lớp vỏ nguyên tử ở các trạng thái năng lượng khác nhau hay ở vùng hiện diện của chúng.

-> Xem thêm: Bảng Tuần Hoàn Hóa Học

Chúng ta có thể hình dung nguyên tử như một quả cầu siêu nhỏ với đường kính chỉ khoảng 0.00000001 cm, được cấu tạo từ các hạt proton, notron và electron (e). Trong đó, electron được sắp xếp, phân lớp theo chiều tăng dần của năng lượng với thứ tự s, p, d, f.

Ví dụ: Cấu hình electron của 1 vài nguyên tố thường gặp

Nguyên tố hoá học	Z	Cấu hình e
Al	13	1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹
K	19	1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹
Fe	26	1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²
Cu	29	1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹4s²

Như vậy, cấu hình electron của nguyên tử là chuỗi số đại diện cho các obitan electron. Nhờ cấu hình electron, bạn nhanh chóng xác định được số lượng obitan electron trong nguyên tử cũng như số electron trong từng obitan.

Lớp electron

Khi nhắc đến lớp electron, bạn cần nhớ kiến thức quan trọng sau:

Các electron thuộc cùng một lớp có năng lượng gần bằng nhau
Trong mỗi lớp electron, có thể có một hoặc nhiều AO.
Năng lượng của một electron phụ thuộc vào khoảng cách từ electron đó tới hạt nhân. Electron càng xa hạt nhân thì có năng lượng càng cao

Số lượng AO và số electron tối đa trong mỗi lớp cụ thể như sau:

Lớp	K (n = 1)	L (n = 2)	M (n = 3)	N (n = 4)
Số lượng AO	1	4	9	16
Số electron tối đa	2	8	18	32

– Số electron và số lượng AO trong lớp 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

Phân lớp electron

Mỗi lớp electron trừ lớp đầu tiên được chia thành các phân lớp theo nguyên tắc: Các electron thuộc cùng một phân lớp có năng lượng bằng nhau.

– Số lượng và ký hiệu các phân lớp trong một lớp: Lớp electron thứ n có n phân lớp và được kí hiệu lần lượt là ns, np, nd, nf,… Cụ thể như sau:

Lớp K (n= 1): có 1 phân lớp, được kí hiệu là 1s
Lớp L (n= 2): có 2 phân lớp, được kí hiệu là 2s và 2p
Lớp M (n= 3): có 3 phân lớp, được kí hiệu là 3s, 3p và 3d

– 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 7 AO

– 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 được gọi là phân lớp bão hòa.

– Số lượng electron tối đa trong mỗi phân lớp

Phân lớp ns chứa tối đa 2 electron	Phân lớp nd chứa tối đa 10 electron
Phân lớp np chứa tối đa 6 electron	Phân lớp nf chứa tối đa 14 electron

Thứ tự các mức năng lượng trong nguyên tử

Nếu cùng 1 phân lớp, các electron trên các obitan khác nhau có cùng mức năng lượng như nhau. Các mức năng lượng nguyên tử được sắp xếp theo thứ tự tăng dần.

Ở trạng thái cơ bản, các electron trong nguyên tử lần lượt chiếm các mức năng lượng từ thấp đến cao.

Từ trong ra ngoài, mức năng lượng của các lớp tăng theo thứ tự tăng dần từ 1 đến 7. Năng lượng của phân lớp theo thứ tự là s, p, d, f. (1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p)

Lưu ý: Khi điện tích hạt nhân tăng, có sự chèn mức năng lượng vì vậy mức năng lượng 4s thấp hơn 3d.

Các quy tắc viết cấu hình electron nguyên tử chính xác

Để viết được cấu hình electron, đầu tiên chúng ta cần nắm chắc những nguyên lý và quy tắc sau:

+ Nguyên lý Pauli: Trên một obital nguyên tử chỉ có thể chứa tối đa là hai electron và hai electron này chuyển động tự quay khác chiều nhau xung quanh trục riêng của mỗi electron.

+ Quy tắc Hund: Trong cùng một phân lớp, các electron sẽ phân bố trên các obital sao cho số electron độc thân là tối đa và các electron này phải có chiều tự quay giống nhau.

+ Nguyên lý vững bền: Ở trạng thái cơ bản, trong nguyên tử các electron lần lượt chiếm các obital có mức năng lượng từ thấp đến cao

Cấu hình electron biểu diễn sự phân bố của electron theo các lớp và phân lớp. Do vậy khi viết, bạn tuân thủ những quy tắc sau:

– Quy tắc 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…

Nghĩa là, bạn điền electron bão hòa phân lớp trước rồi mới điền tiếp vào phân lớp sau.

– Quy tắc 2: 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.

Ví dụ: Nguyên tử Fe có Z = 26. Sau khi bạn điền electron vào dãy Klechkovski sẽ nhận được dãy chưa hoàn thiện là 1s22s22p63s23p64s23d6. Bạn sắp xếp lại phân lớp 4s2 và 3d6 thu được cấu hình electron là 1s22s22p63s23p63d64s2.

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

Ví dụ: Cấu hình electron nguyên tử của oxygen là 1s22s22p4. Trong nguyên tử oxygen, năng lượng của electron thuộc phân lớp 2s cao hơn electron thuộc phân lớp 1s. Năng lượng của electron thuộc phân lớp 2p cao hơn electron thuộc phân lớp 2s.

-> Xem thêm: Dãy Điện Hoá Của Kim Loại

Cách viết cấu hình electron nguyên tử chính xác

Sau khi đã có được những kiến thức ở trên, công việc tiếp theo chính là viết cấu hình electron nguyên tử đơn giản, dễ nhớ.

Bước 1: Trước tiên, bạn xác định số electron của nguyên tử.
Bước 2: Sau đó, sắp xếp các electron theo thứ tự tăng dần mức năng lượng theo quy tắc: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s…
Bước 3: Sắp xếp theo thứ tự từng lớp (1→7). Trong mỗi lớp sắp xếp theo thứ tự từng phân lớp (s → p→ d→ f). Ví dụ: 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s…

– Lưu ý khi viết cấu hình electron:

Bạn cần xác định đúng số e của nguyên tử hay ion (Số electron(e) = số proton(n) = Z).
Cần hiểu rõ nguyên lý, quy tắc của lớp, phân lớp
Quy tắc bão hòa và bán bão hòa trên d và cấu hình electron bền khi các electron điền vào phân lớp 4 đạt bão hòa (d, f) hoặc bán bão hòa (d, f).

– Ví dụ: Viết cấu hình e nguyên tử của các nguyên tố sau: Na (Z=11)

Bước 1: Xác định E = Z = 11
Bước 2: Sắp xếp các electron theo thứ tự tăng dần: 1s2 2s2 2p6 3s1
Bước 3: Viết cấu hình electron: 1s²2s²2p⁶3s^1.

Cấu hình electron nguyên tử 3 — Quy tắc đường chéo xác định dãy Klechkovski

Cách biểu diễn cấu hình electron theo ô orbital

Biểu diễn cấu hình electron theo orbital hay còn gọi biểu diễn cấu hình theo ô lượng tử là cách thể hiện sự phân bố electron theo orbital. Từ đó bạn sẽ biết được nguyên tử có bao nhiêu electron độc thân, electron độc thân đó nằm ở orbital nào.

Những quy tắc bạn cần nhớ khi biểu diễn cấu hình electron theo orbital:

– Quy tắc 1: Viết cấu hình electron của nguyên tử

– Quy tắc 2: Biểu diễn mỗi AO bằng một ô vuông (orbital hay ô lượng tử). Với các AO trong cùng phân lớp thì viết liền nhau. Với các AO khác phân lớp thì viết tách nhau. Thứ tự các ô orbital từ trái sang phải theo thứ tự như ở cấu hình electron.

– Quy tắc 3: Điền electron vào từng ô orbital theo thứ tự lớp và phân lớp, mỗi electron biểu diễn bằng một mũi tên.

Lưu ý:

Trong mỗi phân lớp, electron được phân bố sao cho số electron độc thân là lớn nhất. Electron được điền vào các 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:

Nguyên tử O (Z = 8) có cấu hình electron nguyên tử là 1s² 2s² 2p⁴.
Cấu hình theo orbital của O như sau

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

Ngoài ra, bạn cần biết electron mang điện tích âm nên 2 electron trong cùng một AO sẽ đẩy nhau. Chúng có xu hướng tách nhau ra và chiếm 2 AO khác nhau. Vậu nên trong 1 phân lớp, các electron cần được sắp xếp sao cho số electron độc thân là lớn nhất.

Dự đoán tính chất hóa học dựa vào cấu hình electron

Cấu hình electron có vai trò quyết định đến tính chất hóa học đặc trưng của nguyên tố đó. Từ cấu hình này, bạn dự đoán điều đó theo quy tắc sau:

– Quy tắc 1:

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

Ví dụ: Nguyên tử Na (Z= 11) có 1 electron ở lớp ngoài cùng nên Na là nguyên tố kim loại.

– Quy tắc 2:

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 hóa).

Ví dụ: Nguyên tử O (Z= 8) có 6 electron ở lớp ngoài cùng nên O là nguyên tố phi kim.

– Quy tắc 3:

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

Ví dụ: Nguyên tử Ne (Z= 10) có 8 electron ở lớp ngoài cùng nên Ne là nguyên tố khí hiếm.

– Quy tắc 4:

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

Lời kết

Như vậy bạn đã hiểu cấu hình electron được cấu tạo như thế nào. Quy tắc để viết được cấu hình electron chính xác nhất. Ngoài ra, dựa vào cấu hình này còn dự đoán được tính chất của nguyên tố. Hi vọng các thông tin trên sẽ giúp bạn học Hóa tiến bộ hơn nhé.