Bài viết này sẽ cung cấp kiến thức đầy đủ và chi tiết về Cách Tính Số E Lớp Ngoài Cùng, một khái niệm quan trọng trong hóa học. Chúng ta sẽ đi từ những kiến thức cơ bản về lớp và phân lớp electron, cấu hình electron nguyên tử, đến các ví dụ minh họa giúp bạn nắm vững cách xác định số electron lớp ngoài cùng và ý nghĩa của nó.
I. Lớp Electron
Các electron trong nguyên tử không phân bố ngẫu nhiên mà được sắp xếp thành các lớp. Mỗi lớp electron tương ứng với một mức năng lượng gần bằng nhau.
Mỗi lớp electron chứa một hoặc nhiều orbital nguyên tử (AO).
Số lượng AO và số electron tối đa trong mỗi lớp:
| 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) tuân theo quy tắc:
- Lớp thứ n có n2 AO.
- Lớp thứ n chứa tối đa 2n2 electron.
Ví dụ: Lớp thứ tư (lớp N, n = 4) có 42 = 16 AO và chứa tối đa 2 * 42 = 32 electron.
Lưu ý: Năng lượng của electron phụ thuộc vào khoảng cách từ electron đó đến hạt nhân. Electron càng xa hạt nhân, năng lượng càng cao. Thứ tự mức năng lượng từ thấp đến cao: K, L, M, N…
II. Phân Lớp Electron
Mỗi lớp electron (trừ lớp K) lại được chia thành các phân lớp. Các electron trong cùng một phân lớp có năng lượng bằng nhau.
Số lượng và kí hiệu các phân lớp: Lớp electron thứ n có n phân lớp, kí hiệu lần lượt là ns, np, nd, nf,… 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, 3p và 3d.
Số lượng AO trong mỗi phân lớp:
- Phân lớp ns 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 bão hòa là phân lớp chứa số electron tối đa.
Ví dụ: Kí hiệu 1s2 cho biết phân lớp 1s có 2 electron. Vì phân lớp 1s chỉ có 1 AO, nên 1s2 là phân lớp bão hòa.
Lưu ý: Số lượng electron tối đa trong mỗi phân lớp:
- Phân lớp ns chứa tối đa 2 electron.
- Phân lớp np chứa tối đa 6 electron.
- Phân lớp nd chứa tối đa 10 electron.
- Phân lớp nf chứa tối đa 14 electron.
III. 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.
Cách viết cấu hình electron nguyên tử:
Tuân theo các nguyên tắc sau:
-
Nguyên tắc 1: Điền electron theo thứ tự mức năng lượng tăng dần (dãy Klechkovski): 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s… Điền electron bão hòa phân lớp trước khi điền tiếp vào phân lớp sau.
-
Nguyên tắc 2: Sắp xếp 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.
Ảnh minh họa mô hình nguyên tử, thể hiện sự sắp xếp electron theo lớp và phân lớp, giúp hình dung trực quan cấu trúc electron.
Ví dụ: Nguyên tử Fe có Z = 26, sau khi điền electron vào dãy Klechkovski nhận được dãy 1s22s22p63s23p64s23d6. Sắp xếp lại vị trí phân lớp 4s2 và 3d6 thu được cấu hình electron là 1s22s22p63s23p63d64s2.
Cấu hình electron cho biết thứ tự mức năng lượng của 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 của oxygen (O) là 1s22s22p4. 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.
IV. Đặc Điểm của Electron Lớp Ngoài Cùng
- Lớp electron ngoài cùng của mọi nguyên tử có tối đa 8 electron.
- Các nguyên tử có 1, 2, 3 electron ở lớp ngoài cùng dễ nhường electron, thường là nguyên tử của các nguyên tố kim loại (trừ H, He, B).
- Các nguyên tử có 5, 6, 7 electron ở lớp ngoài cùng dễ nhận electron, thường là nguyên tử của các nguyên tố phi kim.
- Các nguyên tử có 4 electron ngoài cùng có thể là nguyên tử của nguyên tố kim loại hoặc phi kim.
- Nguyên tử Heli (He) có cấu hình bền vững 1s2
Bảng so sánh cấu hình electron lớp ngoài cùng với tính kim loại/phi kim, giúp dễ dàng phân loại nguyên tố dựa trên số electron lớp ngoài cùng.
Kết luận: Số electron lớp ngoài cùng quyết định tính chất hóa học của một nguyên tố. Biết cấu hình electron giúp dự đoán loại nguyên tố.
| Cấu hình e lớp ngoài cùng | ns1, ns2, ns2np1 | ns2np2 | ns2np3, ns2np4, ns2np5 | ns2np6 (He : 1s2) |
|---|---|---|---|---|
| Số electron lớp ngoài cùng | 1, 2, 3 | 4 | 5, 6, 7 | 8 (2 ở He) |
| Loại nguyên tố | Kim loại (trừ H, He, B) | Kim loại hoặc phi kim | Thường là phi kim | Khí hiếm |
| Tính chất cơ bản | Tính kim loại | Có thể là kim loại hoặc phi kim | Thường có tính phi kim | Tương đối trơ về mặt hóa học |
V. Ví Dụ Minh Họa
Ví dụ 1: Xác định số e lớp ngoài cùng của nguyên tử Fe (Z = 26).
- Có 26 electron.
- Phân bố electron: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6.
- Sắp xếp lại: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2 hay [Ar] 3d6 4s2.
Có 4 lớp electron, lớp ngoài cùng (lớp 4) có 2 electron.
Ví dụ 2: Cấu hình electron của ion Fe2+ (Z=26) là gì?
Trả lời: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6
Ví dụ 3: Nguyên tố X có Z = 17. Electron lớp ngoài cùng của nguyên tử X thuộc lớp nào?
Trả lời:
- X có 17 electron.
- Cấu hình electron: 1s22s22p63s23p5.
- Electron lớp ngoài cùng của X thuộc lớp 3 (lớp M).
Ví dụ 4: Nguyên tố X (Z = 12) và Y (Z = 17). Viết cấu hình electron và xác định đặc điểm lớp ngoài cùng khi X nhường 2e và Y nhận 1e.
Trả lời:
- X (Z = 12): 1s22s22p63s2. Khi nhường 2e: X2+ là 1s22s22p6 (8 electron lớp ngoài cùng, giống Ne).
- Y (Z = 17): 1s22s22p63s23p5. Khi nhận 1e: Y– là 1s22s22p63s23p6 (8 electron lớp ngoài cùng, giống Ar).
Ví dụ 5: Xác định kim loại, phi kim và họ nguyên tố (s, p, d) từ cấu hình electron:
- 1s22s22p6 3s1
- 1s22s22p6 3s2 3p5
- 1s22s22p2
- 1s22s22p63s23p63d64s2
- 1s22s2
- 1s22s22p1
- 1s1
- 1s2
Trả lời:
- Kim loại: (a), (d), (e), (f), (h)
- Phi kim: (b), (c), (g)
- Họ s: (a), (e), (g), (h)
- Họ p: (b), (c)
- Họ d: (f)
- Nguyên tố có thể nhận 1 electron: (b) (vì có 7e lớp ngoài cùng).
Ví dụ 6: Số electron lớp ngoài cùng của các nguyên tố có Z = 3, 6, 9, 18 lần lượt là bao nhiêu?
Trả lời:
- Z = 3: 1s22s1 (1 electron)
- Z = 6: 1s22s22p2 (4 electron)
- Z = 9: 1s22s22p5 (7 electron)
- Z = 18: 1s22s22p63s23p6 (8 electron)
Hy vọng bài viết này đã cung cấp cho bạn kiến thức toàn diện về cách tính số e lớp ngoài cùng và ứng dụng của nó trong việc xác định tính chất của các nguyên tố.
