Cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố thường gặp chương trình mới

Ngọc Nguyễn Ngày: 09-05-2023 Tổng hợp kiến thức

339

Toptailieu.vn biên soạn và giới thiệu cách viết Cấu hình electron theo chương trình sách mới của ba bộ sách Kết nối tri thức, Cánh diều, Chân trời sáng tạo giúp học sinh dễ dàng nắm vững cách viết Cấu hình electron từ đó học tốt môn Hóa học.

Cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố thường gặp chương trình mới

1. Cấu hình electron nguyên tử và cách viết cấu hình electron nguyên tử

- Khái niệm: Cấu hình electron nguyên tử biểu diễn sự phân bố electron trên các phân lớp thuộc các lớp khác nhau.

- Quy ước cách viết cấu hình electron nguyên tử:

+ Số thứ tự lớp electron được viết bằng các chữ số (1, 2, 3 …)

+ Phân lớp được kí hiệu bằng chữ cái thường (s, p, d, f)

+ Số electron được ghi bằng chỉ số ở phía trên, bên phải kí hiệu của phân lớp (s²; p⁶ …)

- Cách viết cấu hình electron nguyên tử:

+ Bước 1: Xác định số electron của nguyên tử (chú ý trong nguyên tử số electron = số proton = số hiệu nguyên tử = số thứ thự ô nguyên tố).

+ Bước 2: Điền electron theo thứ tự các mức năng lượng từ thấp đến cao (dãy Klechkovski) theo các nguyên lý và quy tắc phân bố electron trong nguyên tử:

Cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố thường gặp chương trình mới (ảnh 1)

Điền electron bão hòa phân lớp trước rồi mới điền tiếp vào phân lớp sau.

+ Bước 3: 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: Viết cấu hình electron nguyên tử Fe (Z = 26):

Bước 1: Fe có Z = 26 nên có 26 electron trong nguyên tử.

Bước 2: Điền electron vào phân mức năng lượng: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d⁶

Bước 3: Sắp xếp lại vị trí theo đúng thứ tự lớp và phân lớp.

⇒ Cấu hình electron nguyên tử Fe: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²

Viết gọn: [Ar]3d⁶4s².

Chú ý:

- Cách ghi nhớ trật tự phân mức năng lượng bằng cách sử dụng một số câu nói vui:

1s 2s

2p 3s

3p 4s

3d 4p 5s

4d 5p 6s

4f 5d 6p 7s

5f 6d 7p 8s

son son

phấn

son

phấn

son

đánh

phấn son

đánh

phấn son

fải đánh phấn son

fải đánh

phấn son

sáng

sớm

phơi

sắn

phơi

sắn

đi phơi sắn

fải đi phơi

sắn

fải đi phơi

sắn

- Quy tắc đường chéo xác định thứ tự mức năng lượng theo dãy Klechkovski như sau:

Cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố thường gặp chương trình mới (ảnh 2)

- Dưới đây là bảng cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố hay gặp:

2. Cấu hình electron của 20 nguyên tố đầu tiên trong bảng tuần hoàn

Z	Tên nguyên tử	Kí hiệu	Cấu hình electron đầy đủ	Cấu hình electron thu gọn	Tính chất
1	Hydrogen	H	1s¹		Phi kim
2	Helium	He	1s²	[He]	Khí hiếm
3	Lithium	Li	1s²2s¹	[He]2s¹	Kim loại
4	Beryllium	Be	1s²2s²	[He]2s²	Kim loại
5	Boron	B	1s²2s²2p¹	[He]2s²2p¹	Phi kim
6	Carbon	C	1s²2s²2p²	[He]2s²2p²	Phi kim
7	Nitrogen	N	1s²2s²2p³	[He]2s²2p³	Phi kim
8	Oxygen	O	1s²2s²2p⁴	[He]2s²2p⁴	Phi kim
9	Fluorine	F	1s²2s²2p⁵	[He]2s²2p⁵	Phi kim
10	Neon	Ne	1s²2s²2p⁶	[Ne]	Khí hiếm
11	Sodium (natri)	Na	1s²2s²2p⁶3s¹	[Ne]3s¹	Kim loại
12	Magnessium	Mg	1s²2s²2p⁶3s²	[Ne]3s²	Kim loại
13	Aluminium (Nhôm)	Al	1s²2s²2p⁶3s²3p¹	[Ne]3s²3p¹	Kim loại
14	Silicon	Si	1s²2s²2p⁶3s²3p²	[Ne]3s²3p²	Phi kim
15	Phosphorus	P	1s²2s²2p⁶3s²3p³	[Ne]3s²3p³	Phi kim
16	Sulfur (Lưu huỳnh)	S	1s²2s²2p⁶3s²3p⁴	[Ne]3s²3p⁴	Phi kim
17	Chlorine	Cl	1s²2s²2p⁶3s²3p⁵	[Ne]3s²3p⁵	Phi kim
18	Argon	Ar	1s²2s²2p⁶3s²3p⁶	[Ar]	Khí hiếm
19	Potassium (kali)	K	1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹	[Ar]4s¹	Kim loại
20	Calcium (canxi)	Ca	1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²	[Ar]4s²	Kim loại

Một số cấu hình electron đặc biệt

Theo quy tắc thì cấu hình electron của Cr và Cu là:

Cr (Z = 24): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁴4s² hay [Ar]3d⁴4s²

Cu (Z = 29): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁹4s²hay [Ar] 3d⁹4s²

Tuy nhiên, cấu hình electron này không bền vững nên một electron của phân lớp 4s chuyển sang phân lớp 3d để đạt cấu hình electron bền vững hơn (trạng thái bão bán bão hòa ở Cr và bão hòa ở Cu).

⇒ Cấu hình electron của Cr và Cu thực tế là:

Cr (Z = 24): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹ hay [Ar]3d⁵4s¹

Cu (Z = 29): 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹ hay [Ar] 3d¹⁰4s¹.

3. Cấu hình electron một số nguyên tố nhóm B thường gặp (Z = 21 đến Z = 30)

Z	Tên nguyên tử	Kí hiệu	Cấu hình electron đầy đủ	Cấu hình electron thu gọn
21	Scandium	Sc	1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹4s²	[Ar]3d14s2
22	Titanium	Ti	1s22s22p63s23p63d24s2	[Ar]3d24s2
23	Vanadium	V	1s22s22p63s23p63d34s2	[Ar]3d34s2
24	Chromium	Cr	1s22s22p63s23p63d54s1	[Ar]3d54s1
25	Manganese	Mn	1s22s22p63s23p63d54s2	[Ar]3d54s2
26	Iron (sắt)	Fe	1s22s22p63s23p63d64s2	[Ar]3d64s2
27	Cobalt	Co	1s22s22p63s23p63d74s2	[Ar]3d74s2
28	Nickel	Ni	1s22s22p63s23p63d84s2	[Ar]3d84s2
29	Copper (đồng)	Cu	1s22s22p63s23p63d104s1	[Ar] 3d104s1
30	Zinc (kẽm)	Zn	1s22s22p63s23p63d104s2	[Ar] 3d¹⁰4s²

4. Cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố trong bảng tuần hoàn

Z	Tên nguyên tử	Kí hiệu	Cấu hình electron thu gọn	Tính chất
1	Hydrogen	H		Phi kim
2	Helium	He	[He]	Khí hiếm
3	Lithium	Li	[He]2s1	Kim loại
4	Beryllium	Be	[He]2s2	Kim loại
5	Boron	B	[He]2s22p1	Phi kim
6	Carbon	C	[He]2s22p2	Phi kim
7	Nitrogen (nitơ)	N	[He]2s22p3	Phi kim
8	Oxygen (oxi)	O	[He]2s22p4	Phi kim
9	Fluorine (flo)	F	[He]2s22p5	Phi kim
10	Neon	Ne	[Ne]	Khí hiếm
11	Sodium (natri)	Na	[Ne]3s1	Kim loại
12	Magnesium (magie)	Mg	[Ne]3s2	Kim loại
13	Aluminium (nhôm)	Al	[Ne]3s23p1	Kim loại
14	Silicon (silic)	Si	[Ne]3s23p2	Phi kim
15	Phosphorus (photpho)	P	[Ne]3s23p3	Phi kim
16	Sulfur (Lưu huỳnh)	S	[Ne]3s23p4	Phi kim
17	Chlorine (clo)	Cl	[Ne]3s23p5	Phi kim
18	Argon	Ar	[Ar]	Khí hiếm
19	Potassium (kali)	K	[Ar]4s1	Kim loại
20	Calcium (canxi)	Ca	[Ar]4s2	Kim loại
21	Scandium	Sc	[Ar]3d14s2	Kim loại
22	Titanium	Ti	[Ar]3d24s2	Kim loại
23	Vanadium	V	[Ar]3d34s2	Kim loại
24	Chromium (crom)	Cr	[Ar]3d54s1	Kim loại
25	Manganese (mangan)	Mn	[Ar]3d54s2	Kim loại
26	Iron (sắt)	Fe	[Ar]3d64s2	Kim loại
27	Cobaly	Co	[Ar]3d74s2	Kim loại
28	Nickel	Ni	[Ar]3d84s2	Kim loại
29	Copper (đồng)	Cu	[Ar] 3d104s1	Kim loại
30	Zinc (kẽm)	Zn	[Ar] 3d¹⁰4s²	Kim loại
31	Gallium	Ga	[Ar] 3d¹⁰4s²4p1	Kim loại
32	Germanium	Ge	[Ar] 3d¹⁰4s²4p2	Kim loại
33	Arsenic	As	[Ar] 3d¹⁰4s²4p3	Phi kim
34	Selenium	Se	[Ar] 3d¹⁰4s²4p4	Phi kim
35	Bromine (brom)	Br	[Ar] 3d¹⁰4s²4p5	Phi kim
36	Krypton	Kr	[Ar] 3d¹⁰4s²4p6	Khí hiếm
37	Rubidium	Rb	[Kr] 5s1	Kim loại
38	Strontium	Sr	[Kr] 5s2	Kim loại
39	Yttrium	Y	[Kr] 4d15s2	Kim loại
40	Zirconium	Zr	[Kr] 4d25s2	Kim loại
41	Niobium	Nb	[Kr] 4d45s1	Kim loại
42	Molybdenum	Mo	[Kr] 4d55s1	Kim loại
43	Technetium	Tc	[Kr] 4d55s2	Kim loại
44	Ruthenium	Ru	[Kr] 4d75s2	Kim loại
45	Rhodium	Rh	[Kr] 4d85s1	Kim loại
46	Palladium	Pd	[Kr] 4d10	Kim loại
47	Silver (bạc)	Ag	[Kr] 4d105s1	Kim loại
48	Cadmium	Cd	[Kr] 4d105s2	Kim loại
49	Indium	In	[Kr]4d105s25p1	Kim loại
50	Tin (thiếc)	Sn	[Kr]4d105s25p2	Kim loại
51	Antimony	Sb	[Kr]4d105s25p3	Kim loại
52	Tellurium	Te	[Kr]4d105s25p4	Phi kim
53	Iodine (iot)	I	[Kr]4d105s25p5	Phi kim
54	Xenon	Xe	[Kr]4d105s25p6	Khí hiếm
55	Caesium	Cs	[Xe]6s1	Kim loại
56	Barium (bari)	Ba	[Xe]6s2	Kim loại
57	Lanthanum	La	[Xe]5d16s2	Kim loại
58	Cerium	Ce	[Xe]4f15d16s2	Kim loại
59	Praseodymium	Pr	[Xe]4f36s2	Kim loại
60	Neodymium	Nd	[Xe]4f46s2	Kim loại
61	Promethium	Pm	[Xe]4f56s2	Kim loại
62	Samarium	Sm	[Xe]4f66s2	Kim loại
63	Europium	Eu	[Xe]4f76s2	Kim loại
64	Gadolinium	Gd	[Xe]4f75d16s2	Kim loại
65	Terbium	Tb	[Xe]4f96s2	Kim loại
66	Dysprosium	Dy	[Xe]4f106s2	Kim loại
67	Holmium	Ho	[Xe]4f116s2	Kim loại
68	Erbium	Er	[Xe]4f126s2	Kim loại
69	Thulium	Tm	[Xe]4f136s2	Kim loại
70	Ytterbium	Yb	[Xe]4f146s2	Kim loại
71	Lutetium	Lu	[Xe]4f145d16s2	Kim loại
72	Hafnium	Hf	[Xe]4f145d26s2	Kim loại
73	Tantalum	Ta	[Xe]4f145d36s2	Kim loại
74	Tungsten	W	[Xe]4f145d46s2	Kim loại
75	Rhenium	Re	[Xe]4f145d56s2	Kim loại
76	Osmium	Os	[Xe]4f145d66s2	Kim loại
77	Iridium	Ir	[Xe]4f145d76s2	Kim loại
78	Platinum	Pt	[Xe]4f145d96s1	Kim loại
79	Gold (vàng)	Au	[Xe]4f145d106s1	Kim loại
80	Mercury (Thủy ngân)	Hg	[Xe]4f145d106s2	Kim loại
81	Thallium	Tl	[Xe]4f145d106s26p1	Kim loại
82	Lead (chì)	Pb	[Xe]4f145d106s26p2	Kim loại
83	Bismuth	Bi	[Xe]4f145d106s26p3	Kim loại
84	Polonium	Po	[Xe]4f145d106s26p4	Kim loại
85	Astatine	At	[Xe]4f145d106s26p5	Kim loại
86	Radon	Rn	[Xe]4f145d106s26p6	Khí hiếm
87	Francium	Fr	[Rn]7s1	Kim loại
88	Radium	Ra	[Rn]7s2	Kim loại
89	Actinium	Ac	[Rn]6d17s2	Kim loại
90	Thorium	Th	[Rn]6d27s2	Kim loại
91	Protactinium	Pa	[Rn]5f26d17s2	Kim loại
92	Uranium	U	[Rn]5f36d17s2	Kim loại
93	Neptunium	Np	[Rn]5f46d17s2	Kim loại
94	Plutonium	Pu	[Rn]5f67s2	Kim loại
95	Americium	Am	[Rn]5f77s2	Kim loại
96	Curium	Cm	[Rn]5f76d17s2	Kim loại
97	Berkelium	Bk	[Rn]5f97s2	Kim loại
98	Californium	Cf	[Rn]5f107s2	Kim loại
99	Einsteinium	Es	[Rn]5f117s2	Kim loại
100	Fermium	Fm	[Rn]5f127s2	Kim loại
101	Mendelevium	Md	[Rn]5f137s2	Kim loại
102	Nobelium	No	[Rn]5f147s2	Kim loại
103	Lawrencium	Lr	[Rn]5f147s27p1	Kim loại
104	Rutherfordium	Rf	[Rn]5f146d27s2	Kim loại
105	Dubnium	Db	*[Rn]5f146d37s2	Kim loại
106	Seaborgium	Sg	*[Rn]5f146d47s2	Kim loại
107	Bohrium	Bh	*[Rn]5f146d57s2	Kim loại
108	Hassium	Hs	*[Rn]5f146d67s2	Kim loại
109	Meitnerium	Mt	*[Rn]5f146d77s2	Kim loại
110	Darmstadtium	Ds	*[Rn]5f146d97s1	Kim loại
111	Roentgenium	Rg	*[Rn]5f146d107s1	Kim loại
112	Copernicium	Cn	*[Rn]5f146d107s2	Kim loại
113	Nihonium	Nh	*[Rn]5f146d107s27p1	Kim loại
114	Flerovium	Fl	*[Rn]5f146d107s27p2	Kim loại
115	Moscovium	Mc	*[Rn]5f146d107s27p3	Kim loại
116	Livermorium	Lv	*[Rn]5f146d107s27p4	Kim loại
117	Tennessine	Ts	*[Rn]5f146d107s27p5	Kim loại
118	Oganesson	Og	*[Rn]5f146d107s27p6	Khí hiếm

* Cấu hình electron được dự đoán.

5. Biểu diễn cấu hình electron theo ô orbital

- Biểu diễn cấu hình electron theo orbital (còn gọi là cách biểu diễn cấu hình theo ô lượng tử) là một cách biểu diễn sự phân bố electron theo orbital, ta có thể biết được nguyên tử có bao nhiêu electron độc thân, electron độc thân đó nằm ở orbital nào, từ đó thuận lợi cho việc dự đoán trạng thái lai hóa, giải thích sự hình thành liên kết hóa học, ...

- Để biểu diễn cấu hình electron theo ô orbital ta cần nhớ 2 nguyên lý và 1 quy tắc

+ Nguyên lý vững bền: Ở trạng thái cơ bản, các electron trong nguyên tử chiếm lần lượt những orbital có mức năng lượng từ thấp đến cao: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p …

+ Nguyên lí Pauli: Mỗi orbital chỉ chứa tối đa 2 electron và có chiều tự quay ngược nhau.

+ Quy tắc Hund: Trong cùng một phân lớp chưa bão hòa, các electron sẽ phân bố vào các orbital sao cho số electron độc thân là tối đa.

- Các bước biểu diễn cấu hình electron theo orbital:

+ Bước 1: Viết cấu hình electron của nguyên tử

+ Bước 2: Biểu diễn mỗi AO bằng một ô vuông (orbital hay ô lượng tử), các AO trong cùng phân lớp thì viết liền nhau, 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.

Cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố thường gặp chương trình mới (ảnh 3)

+ Bước 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: Biểu diễn cấu hình electron nguyên tử O (Z = 8) theo ô orbital

Bước 1: Nguyên tử O (Z = 8) có cấu hình electron nguyên tử là 1s²2s²2p⁴.

Bước 2: Thứ tự các ô orbital của nguyên tử O:

Cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố thường gặp chương trình mới (ảnh 4)

Bước 3: Cấu hình theo orbital của O như sau:

Cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố thường gặp chương trình mới (ảnh 5)

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

Mở rộng: Electron mang điện tích âm nên hai electron trong cùng một AO sẽ đẩy nhau, vì vậy chúng có xu hướng tách nhau ra và chiếm hai AO khác nhau. Đây là lí do vì sao trong một phân lớp, các electron cần được sắp xếp sao cho số electron độc thân là lớn nhất.

- Dưới đây là bảng cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố theo ô orbital hay gặp:

Z	Kí hiệu nguyên tử	Cấu hình electron đầy đủ	Orbital	Số electron độc thân
1	H	1s¹		1
2	He	1s²		0
3	Li	1s²2s¹		1
4	Be	1s²2s²		0
5	B	1s²2s²2p¹		1
6	C	1s²2s²2p²		2
7	N	1s²2s²2p³		3
8	O	1s²2s²2p⁴		2
9	F	1s²2s²2p⁵		1
10	Ne	1s²2s²2p⁶		0
11	Na	1s²2s²2p⁶3s¹		1
12	Mg	1s²2s²2p⁶3s²		0
13	Al	1s²2s²2p⁶3s²3p¹		1
14	Si	1s²2s²2p⁶3s²3p²		2
15	P	1s²2s²2p⁶3s²3p³		3
16	S	1s²2s²2p⁶3s²3p⁴		2
17	Cl	1s²2s²2p⁶3s²3p⁵		1
18	Ar	1s²2s²2p⁶3s²3p⁶		0
19	K	1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹		1
20	Ca	1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²		0