Cấu trúc lớp vỏ electron nguyên tử SVIP

I. CHUYỂN ĐỘNG CỦA ELECTRON TRONG NGUYÊN TỬ

- Ban đầu, người ta cho rằng electron chuyển động theo quỹ đạo tròn cố định quanh hạt nhân giống như các hành tinh quay quanh Mặt Trời.

Mô hình hành tinh nguyên tử của Rutherford, Bohr và Sommerfeld

- Theo cơ học lượng tử hiện đại, electron chuyển động rất nhanh và tồn tại trong orbital (vùng không gian có xác suất xuất hiện cao) chứ không xác định theo quỹ đạo rõ ràng.

Mô hình đám mây electron của nguyên tử hydrogen

1. Hình dạng orbital nguyên tử

Orbital s có dạng hình cầu, orbital p có dạng hình số 8 nổi, còn orbital d và f có dạng phức tạp hơn.

Hình dạng AO s và AO p 

2. Ô orbital

Mỗi orbital được biểu diễn bằng một ô vuông và chỉ có thể chứa tối đa 2 electron (biểu diễn bằng hai mũi tên ngược chiều nhau).

Cách biểu diễn orbital

II. LỚP VÀ PHÂN LỚP ELECTRON

1. Lớp electron

Electron càng gần hạt nhân càng có năng lượng thấp hơn. Các electron trong cùng một lớp có mức năng lượng gần như nhau.

Số thứ tự và tên gọi của các lớp electron

2. Phân lớp electron

Mỗi lớp electron (ngoại trừ lớp thứ nhất) được chia thành các phân lớp là s, p, d và f. Trong đó, các electron trên cùng một phân lớp có mức năng lượng bằng nhau.

3. Số lượng orbital trong một phân lớp, trong một lớp

Các orbital trong cùng một phân lớp có cùng mức năng lượng. Số orbital trên các phân lớp s, p, d, f lần lượt là 1, 3, 5 và 7.

III. CẤU HÌNH ELECTRON CỦA NGUYÊN TỬ

Cấu hình electron biểu diễn cách sắp xếp electron vào các lớp và phân lớp của nguyên tử, theo hai quy tắc chính:

- Nguyên lý vững bền: Electron điền vào các orbital theo thứ tự mức năng lượng tăng dần (1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s,...), orbital có mức năng lượng thấp được lấp đầy trước.

- Quy tắc Hund: Trong cùng một phân lớp, electron phân bố sao cho số electron độc thân là tối đa và các electron đó có chiều tự quay giống nhau.

Cấu hình electron của nguyên tử helium

1. Viết cấu hình electron của nguyên tử

Bước 1: Xác định số electron của nguyên tử dựa vào số hiệu nguyên tử.
Bước 2: Liệt kê thứ tự các phân lớp theo mức năng lượng tăng dần: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s,...
Bước 3: Phân bố electron vào các phân lớp theo nguyên lí vững bền.

Ví dụ: Viết cấu hình electron của nguyên tử sodium (Z = 11).

- Bước 1: Số hiệu nguyên tử là Z = 11 nên nguyên tử Na có 11 electron.

- Bước 2: Viết thứ tự các phân lớp theo mức năng lượng tăng dần.

1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s,...

- Bước 3: Điền các electron theo nguyên lí vững bền và bỏ những phân lớp thừa.

1s²2s²2p⁶3s¹

Viết gọn là [Ne] 3s¹ hoặc (2, 8, 1).

3. Biểu diễn cấu hình electron theo ô orbital

Bước 1: Viết cấu hình electron của nguyên tử.
Bước 2: Vẽ các ô vuông biểu diễn orbital theo thứ tự cấu hình (1s, 2s, 2p, 3s,...).
Bước 3: Điền electron (mũi tên) vào các ô theo thứ tự năng lượng, tuân theo nguyên lí vững bền và quy tắc Hund.

Ví dụ: Biểu diễn cấu hình electron của oxygen (Z = 8) theo ô orbital.

Bước 1: Oxygen có Z = 8 nên có cấu hình electron là 1s²2s²2p⁴.

Bước 2: Vẽ các ô vuông biểu diễn orbital.

Bước 3: Điền electron (mũi tên) vào các ô orbital.

3. Đặc điểm của lớp electron ngoài cùng

Tính chất hóa học cơ bản của nguyên tố được quyết định bởi cấu hình electron ở lớp vỏ ngoài cùng.