Cách để Tính số electron hóa trị

Trong hóa học, electron hóa trị là các electron nằm ở lớp ngoài cùng của lớp vỏ electron của một nguyên tố. Xác định được số electron hóa trị của một nguyên tố là một kỹ năng quan trọng trong hóa học bởi thông tin này sẽ giúp xác định được loại liên kết mà nguyên tố đó có thể tạo thành. Việc xác định số electron hóa trị có thể dễ dàng thực hiện được với bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học.

Phần 1

Phần 1 của 2:

Tìm số electron hóa trị sử dụng bảng tuần hoàn

Tải về bản PDF

Với kim loại không chuyển tiếp

Chuẩn bị sẵn một bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học (gọi tắt là bảng tuần hoàn) là một bảng gồm nhiều ô được mã hóa theo màu trong đó liệt kê tất cả các nguyên tố mà con người đã biết cũng như một số thông tin thiết yếu về các nguyên tố đó. Dựa trên các thông tin sẵn có trong bảng tuần hoàn, ta có thể xác định được số electron hóa trị của nguyên tố mà ta đang tìm hiểu. Bảng tuần hoàn thường được đính kèm theo sách giáo khoa. Bạn cũng có thể tham khảo bảng tuần hoàn tương tác sẵn có này.^{[1]XNguồn nghiên cứu}
2
Đánh số mỗi cột trong bảng tuần hoàn từ 1 đến 18. Thường thì trong bảng tuần hoàn, tất cả các nguyên tố trong cùng một cột sẽ có số electron hóa trị như nhau. Nếu bảng tuần hoàn của bạn chưa đánh số các cột, hãy tự thực hiện điều đó bằng cách đánh số từ 1 đến 18 theo chiều từ trái sang phải. Xét về khía cạnh khoa học, mỗi cột trong bảng tuần hoàn được gọi là một "nhóm".^{[2]XNguồn nghiên cứu}
- Ví dụ, với bảng tuần hoàn chưa được đánh số, ta sẽ đánh số 1 ở phía trên nguyên tố Hydro (H), số 2 phía trên nguyên tố Beri (Be) và làm tương tự cho đến số 18 phía trên Heli (He).
3
Xác định vị trí của nguyên tố đang xét. Ở bước này, bạn hãy xác định vị trí của nguyên tố bạn đang xét trên bảng tuần hoàn. Bạn có thể tìm vị trí của nguyên tố dựa trên ký hiệu hóa học của nguyên tố đó (chữ cái trong mỗi ô), dựa trên số hiệu nguyên tử (số nằm ở góc trên bên trái mỗi ô), hoặc dựa trên các thông tin có sẵn trên bảng tuần hoàn.
- Ví dụ ta cần tìm số electron hóa trị của nguyên tố Các-bon (C). Số hiệu nguyên tử của nguyên tố này là 6. Các-bon nằm ở phần trên của các nguyên tố nhóm 14. Ở bước tiếp theo ta sẽ xác định số electron hóa trị của nguyên tố này.
- Ở phần này, chúng ta sẽ bỏ qua các Kim loại Chuyển tiếp, tức là các nguyên tố nằm trong khoảng từ nhóm 3 đến nhóm 12. Các kim loại chuyển tiếp này hơi khác so với các nguyên tố còn lại, vì thế các bước nêu trong phần này không áp dụng được với các kim loại đó. Chúng ta sẽ xét đến các nhóm nguyên tố này ở phần sau của bài viết.
4
Sử dụng số thứ tự của nhóm để xác định số electron hóa trị. Số thứ tự Nhóm của một kim loại không chuyển tiếp có thể được sử dụng để tính số electron hóa trị trong nguyên tử của nguyên tố đó. Chữ số “hàng đơn vị của số thứ tự nhóm” chính là số electron hóa trị có trong nguyên tử của các nguyên tố thuộc nhóm đó. Nói cách khác:
- Nhóm 1: 1 electron hóa trị
- Nhóm 2: 2 electron hóa trí
- Nhóm 13: 3 electron hóa trị
- Nhóm 14: 4 electron hóa trị
- Nhóm 15: 5 electron hóa trị
- Nhóm 16: 6 electron hóa trị
- Nhóm 17: 7 electron hóa trị
- Nhóm 18: 8 electron hóa trị (trừ trường hợp Heli có 2 electron hóa trị)
- Trong ví dụ về các-bon, do các-bon nằm ở nhóm 14, ta có thể nói rằng một nguyên tử các-bon có bốn electron hóa trị.
Quảng cáo

Với kim loại chuyển tiếp

1
Xác định một nguyên tố nằm trong khoảng từ Nhóm 3 đến Nhóm 12. Như đã nhắc ở trên, các nguyên tố nằm trong nhóm từ 3 đến 12 được gọi là "các kim loại chuyển tiếp" và khi nhắc tới electron hóa trị thì các nguyên tố này có tính chất khác với các nguyên tố còn lại. Ở phần này, chúng ta sẽ tìm hiểu vì sao ta thường không thể gán electron hóa trị cho nguyên tử của các kim loại chuyển tiếp.
- Trong phần này ta lấy nguyên tố Tantan (Ta) có số hiệu nguyên tử là 73 làm ví dụ. Các bước tiếp theo sẽ giúp xác định số electron hóa trị của nguyên tố này.
- Chú ý, các nguyên tố thuộc nhóm 3 họ lantan và actini (còn được gọi là the "kim loại đất hiếm")cũng thuộc nhóm các kim loại chuyển tiếp — hai nhóm nguyên tố này thường được nêu ở dưới bảng tuần hoàn, bắt đầu bằng lantan và actini.
2
Electron hóa trị ở kim loại chuyển tiếp không giống với electron hóa trị ‘’thông thường’’. Để hiểu được tại sao các kim loại chuyển tiếp không thực sự ‘’hoạt động’’ như các nguyên tố khác trong bảng tuần hoàn, chúng ta cần biết một chút về cách các electron hoạt động trong nguyên tử như phần giải thích dưới đây, hoặc bạn có thể bỏ qua bước này.^{[3]XNguồn nghiên cứu}
- Khi electron được đưa vào một nguyên tử, chúng sẽ được sắp xếp vào các "orbital" khác nhau — tức là các vùng khác nhau xung quanh hạt nhân. Nói ngắn gọn, electron hóa trị là các electron nằm ở orbital lớp ngoài cùng — hay nói cách khác, là những electron cuối cùng được thêm vào nguyên tử đó.
- Để giải thích cặn kẽ về orbital thì có lẽ hơi phức tạp, khi electron được thêm vào phân lớp d ngoài cùng của lớp vỏ nguyên tử của kim loại chuyển tiếp (xem thêm ở dưới), electron đầu tiên trong số này sẽ có tính chất như các electron hóa trị thông thường, nhưng sau đó tính chất của chúng có thể thay đổi, đôi khi electron từ các orbital khác có thể đóng vai trò như electron hóa trị. Tức là, một nguyên tử có thể có nhiều electron hóa trị tùy trường hợp.
- Bạn có thể tìm hiểu sâu hơn nữa về vấn đề này tại trang web về electron hóa trị của Trường Cao đẳng Cộng đồng Clackamas.^{[4]XNguồn nghiên cứu}
3
Xác định số electron hóa trị dựa trên số tự nhóm. Như đã nêu ở trên đối với các kim loại không chuyển tiếp, số thứ tự nhóm trên bảng tuần hoàn có thể giúp ta xác định số electron hóa trị. Tuy nhiên không có một công thức xác định nào để xác định chính xác số electron hóa trị của kim loại chuyển tiếp — trong trường hợp này, số electron hóa trị của một nguyên tố không nằm ở một giá trị cố định nào, số thứ tự nhóm chỉ có thể cho biết một cách tương đối về số electron hóa trị. Cụ thể là: ^{[5]XNguồn nghiên cứu}
- Nhóm 3: 3 electron hóa trị
- Nhóm 4: 2 đến 4 electron hóa trị
- Nhóm 5: 2 đến 5 electron hóa trị
- Nhóm 6: 2 đến 6 electron hóa trị
- Nhóm 7: 2 đến 7 electron hóa trị
- Nhóm 8: 2 đến 3 electron hóa trị
- Nhóm 9: 2 đến 3 electron hóa trị
- Nhóm 10: 2 đến 3 electron hóa trị
- Nhóm 11: 1 đến 2 electron hóa trị
- Nhóm 12: 2 electron hóa trị
- Lấy ví dụ về nguyên tố Tanta (Ta) thuộc nhóm 5, ta có thể nói rằng nguyên tố này có từ 2 đến 5 electron hóa trị, tùy vào từng trường hợp.
Quảng cáo

Phần 2

Phần 2 của 2:

Tìm số electron hóa trị dựa vào cấu hình electron

Tải về bản PDF

1
Học cách đọc cấu hình electron. Dựa trên cấu hình electron của một nguyên tố ta cũng có thể xác định được số electron hóa trị của nguyên tố đó. Trông thì cấu hình electron có vẻ phức tạp, tuy nhiên đó chỉ là cách biểu diễn các orbital của một nguyên tố dưới dạng chữ và số, khi bạn đã nắm được quy luật thì việc hiểu cấu hình electron không có gì khó.
- Xét một ví dụ về cấu hình electron của Natri (Na):
  1s²2s²2p⁶3s¹
- Nếu để ý bạn sẽ thấy rằng cấu hình electron chỉ là một chuỗi ký tự nhắc lại dạng:
  (số)(chữ)^{(số mũ)}(số)(chữ)^{(số mũ)}...
- … và cứ thế tiếp tục. Nhóm (số)(chữ) đầu tiên là tên của orbital đó và ^{(số mũ)} biểu thị số electron có trong orbital đó.
- Vậy, trong trường hợp ta đang xét, ta có thể nói rằng Natri có 2 electron ở orbital 1s, 2 electron ở orbital 2s, 6 electron ở orbital 2p và 1 electron ở orbital 3s. Tổng cộng là 11 electron — số hiệu nguyên tử của natri cũng là 11.
2
Tìm cấu hình electron của nguyên tố bạn đang xét. Khi bạn đã biết cấu hình electron của một nguyên tố, việc tìm cấu hình electron của nguyên tố đó không hề khó (trừ trường hợp kim loại chuyển tiếp). Nếu trong câu hỏi bạn cần giải có sẵn cấu hình electron thì bạn có thể bỏ qua bước này. Nếu bạn cần tìm cấu hình electron, hãy tiến hành các bước sau đây:
- Cấu hình electron hoàn chỉnh của nguyên tố ununocti (Uuo), số hiệu nguyên tử 118 là:
  1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²4f¹⁴5d¹⁰6p⁶7s²5f¹⁴6d¹⁰7p⁶
- Khi đã có cấu hình electron hoàn chỉnh như vậy, để tìm được cấu hình electron của một nguyên tố khác, bạn chỉ cần điền electron vào các orbital, bắt đầu từ orbital đầu tiên, cho đến khi hết electron để điền. Nghe thì phức tạp, nhưng khi thực hiện điều này lại tương đối dễ dàng. Ví dụ, nếu ta muốn viết được cấu hình electron hoàn chỉnh của clo (Cl), nguyên tố số 17, tức là nguyên tử của nguyên tố này có 17 electron, ta sẽ điền như sau:
  1s²2s²2p⁶3s²3p⁵
- Chú ý rằng tổng số electron ở cấu hình electron vừa đúng 17: 2 + 2 + 6 + 2 + 5 = 17. Bạn chỉ cần thay đổi số ở orbital cuối cùng — phần còn lại được giữ nguyên vì orbital gần áp chót đã đầy electron.
- Hãy tìm hiểu thêm về cách viết cấu hình electron của một nguyên tố.
3
Gán electron vào các orbital theo Quy tắc Bát tử. Khi electron được thêm vào một nguyên tử, chúng được xếp vào các orbital theo thứ tự đã nêu ở trên — hai electron đầu tiên sẽ được xếp vào orbital 1s, hai electron tiếp theo vào orbital 2s, sáu electron kế tiếp được xếp vào orbital 2p, làm như vậy đến khi electron được xếp vào orbital tương ứng. Khi ta xét đến nguyên tử của các nguyên tố không chuyển tiếp, ta có thể nói rằng các orbital này sẽ tạo thành các "lớp" xung quanh hạt nhân, trong đó lớp sau sẽ nằm xa hạt nhân hơn lớp trước nó. Ngoài lớp orbital đầu tiên chỉ có thể chứa tối đa hai electron, tất cả các lớp orbital tiếp theo đều có thể chứa tối đa tám electron (trừ trường hợp kim loại chuyển tiếp). Quy tắc này được gọi là Quy tắc Bát tử.
- Ví dụ, xét nguyên tố Bo (B). Số hiệu nguyên tử của nguyên tố này là 5, vì thế ta có cấu hình electron của nguyên tử nguyên tố này như sau: 1s²2s²2p¹. Vì lớp vỏ orbital đầu tiên chỉ chứa được 2 electron, ta có thể xác định được Bo có hai lớp orbital: một phân lớp đầu tiên gồm 2 electron ở orbital 1s và lớp thứ hai với ba electron phân bố ở hai orbital 2s và 2p.
- Lấy ví dụ khác, một nguyên tố tương tự clo sẽ có 3 lớp: một lớp gồm hai electron ở orbital 1s, một lớp gồm hai electron ở orbital 2s và sáu electron ở orbital 2p, và lớp ngoài cùng gồm hai electron ở orbital 3s và năm electron ở orbital 3p.
4
Tìm số electron ở lớp ngoài cùng. Sau khi xác định được cấu hình electron, ta đã biết các lớp của nguyên tố đó, việc tìm số electron hóa trị có thể được thực hiện bằng cách xác định số electron ở lớp ngoài cùng của lớp vỏ electron nguyên tử. Nếu lớp ngoài cùng đã đầy (tức là đã có tổng số electron là tám, hoặc đối với lớp thứ nhất là 2 electron) thì nguyên tố đó được gọi là nguyên tố trơ và hầu như không tham gia vào các phản ứng hóa học. Tuy nhiên, quy tắc này không áp dụng được với kim loại chuyển tiếp.
- Ví dụ với nguyên tố Bo, vì Bo có ba electron ở lớp thứ hai, cũng là lớp ngoài cùng, nên ta có thể nói rằng nguyên tố Bo có ba electron hóa trị.
5
Sử dụng số thứ tự hàng trên bảng tuần hoàn như một cách rút gọn để xác định số lớp orbital. Hàng ngang trên bảng tuần hoàn được gọi là "chu kỳ" của các nguyên tố. Bắt đầu từ hàng đầu tiên, mỗi chu kỳ tương ứng với số ‘’lớp electron’’ của các nguyên tố trong cùng chu kỳ. Do đó, bạn có thể dùng chu kỳ để nhanh chóng xác định được số electron hóa trị của một nguyên tố — bạn chỉ đếm số electron theo thứ tự từ trái sang phải tính từ nguyên tố đầu tiên của chu kỳ đó. Chú ý một lần nữa là cách này không áp dụng được với các kim loại chuyển tiếp.
- Ví dụ, vì Selen thuộc chu kỳ 4, ta có thể xác định được rằng nguyên tố này có bốn lớp electron trong vỏ nguyên tử. Vì theo thứ tự từ trái sang phải, đây là nguyên tố thứ sáu trong chu kỳ 4 (không tính kim loại chuyển tiếp), ta có thể nói rằng lớp vỏ thứ 4 của selen có sáu electron, tức là nguyên tố này có sáu electron hóa trị.
Quảng cáo

Lời khuyên

Chú ý, cấu hình electron có thể được viết ngắn gọn sử dụng các khí hiếm (các nguyên tố thuộc nhóm 18) thay cho các orbital ở đầu cấu hình. Ví dụ, cấu hình electron của Natri có thể được viết là [Ne]3s1 — tức là cấu hình electron của Natri giống với cấu hình electron của Neon tuy nhiên có thêm electron ở orbital 3s.
Kim loại chuyển tiếp có thể có các phân lớp hóa trị chưa đầy. Để xác định chính xác số eletron hóa trị của kim loại chuyển tiếp thì cần phải vận dụng các nguyên lý lượng tử phức tạp không thuộc phạm vi của bài viết này.
Bạn cũng cần chú ý rằng bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học có thể khác nhau ở các quốc gia khác nhau. Vì thế, hãy đảm bảo bạn đang sử dụng bảng tuần hoàn phổ biến ở nơi bạn sinh sống để tránh nhầm lẫn.