Cách để Viết cấu hình electron của nguyên tử

Cấu hình electron của nguyên tử là chuỗi số đại diện cho các obitan electron. Obitan electron là các khu vực không gian có hình dạng khác nhau bao quanh hạt nhân nguyên tử, trong đó các electron được sắp xếp một cách trật tự. Qua cấu hình electron bạn có thể nhanh chóng xác định được có bao nhiêu obitan electron trong nguyên tử, và số electron trong từng obitan. Một khi hiểu được các nguyên lý cơ bản của cấu hình electron, bạn sẽ tự viết được cấu hình electron và có thể làm các bài kiểm tra hóa học một cách tự tin.

Phương pháp 1

Phương pháp 1 của 2:

Xác định số electron bằng bảng tuần hoàn hóa học

Tải về bản PDF

1
Tìm số hiệu nguyên tử của nguyên tử. Mỗi nguyên tử có một số electron cụ thể liên kết với nó. Xác định vị trí của nguyên tố trên bảng tuần hoàn hóa học. Số hiệu nguyên tử là số nguyên dương bắt đầu từ 1 (đối với hiđro) và tăng dần 1 đơn vị cho mỗi nguyên tử sau đó. Số hiệu nguyên tử là số proton của nguyên tử - vì vậy, đó cũng là số electron của nguyên tử ở trạng thái cơ bản.
2
Xác định điện tích của nguyên tử. Nguyên tử trung hòa về điện có số electron đúng với số thể hiện trên bảng tuần hoàn. Tuy nhiên, nguyên tử có điện tích sẽ có số electron nhiều hoặc ít hơn dựa trên độ lớn điện tích của nó. Nếu bạn làm việc với nguyên tử có điện tích thì hãy cộng hoặc trừ số electron tương ứng: cộng một electron cho từng điện tích âm và trừ một electron cho từng điện tích dương.
- Ví dụ, nguyên tử natri có điện tích +1 sẽ có một electron bị lấy khỏi số hiệu nguyên tử cơ bản là 11. Do đó, nguyên tử natri sẽ có tổng số 10 electron.
3
Học thuộc lòng danh sách obitan cơ bản. Khi nguyên tử nhận electron, các electron này sẽ được sắp xếp vào obitan theo một trật tự cụ thể. Khi các electron điền đầy obitan thì số electron trong mỗi obitan là số chẵn. Chúng ta có các obitan sau:
- Obitan s (bất kì số nào có chữ “s” phía sau trong cấu hình electron ) chỉ có một obitan, và theo Nguyên lý Ngoại trừ Pauli, mỗi obitan chỉ chứa tối đa 2 electron, do đó mỗi obitan s chỉ chứa được 2 electron.
- Obitan p có 3 obitan, vì vậy có thể chứa tối đa 6 electron.
- Obitan d có 5 obitan, vì vậy có thể chứa tối đa 10 electron.
- Obitan f có 7 obitan, vì vậy có thể chứa tối đa 14 electron.
  Học thuộc lòng trật tự tên các obitan theo câu văn dễ nhớ sau:^{[1]XNguồn nghiên cứu}
  Son Phấn Dùng Fải Gần Hợp Í Kiến.
  
  Đối với các nguyên tử có nhiều electron hơn, các obitan tiếp tục được viết theo bảng chữ cái sau chữ k, bỏ những ký tự đã được dùng.
4
Tìm hiểu cấu hình electron. Cấu hình electron được viết sao cho thể hiện rõ số electron trong nguyên tử, cũng như số electron trong mỗi obitan. Mỗi obitan được viết theo trật tự nhất định, với số electron trong mỗi obitan được viết ở trên bên phải của tên obitan đó. Cuối cùng cấu hình electron là một chuỗi bao gồm tên các obitan và số electron được viết ở trên bên phải của chúng.
- Ví dụ sau đây là một cấu hình electron đơn giản: 1s² 2s² 2p⁶. Cấu hình này cho thấy có hai electron trong obitan 1s, hai electron trong obitan 2s, và sáu electron trong obitan 2p. 2 + 2 + 6 = 10 electron (tổng cộng). Cấu hình electron này là của nguyên tử neon trung hòa về điện (số hiệu nguyên tử của neon là 10).
5
Học thuộc lòng trật tự các obitan. Lưu ý rằng các obitan được đánh số theo lớp electron, nhưng có trật tự về mặt năng lượng. Ví dụ, obitan 4s² bão hòa có năng lượng thấp hơn (hoặc bền hơn) obitan 3d¹⁰ bão hòa hay chưa bão hòa, do đó phân lớp 4s được viết trước. Một khi bạn biết trật tự các obitan thì có thể sắp xếp các electron vào chúng theo số electron của nguyên tử đó. Trật tự sắp xếp electron vào obitan như sau: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p, 8s.
- Cấu hình electron của một nguyên tử có mỗi obitan được điền đầy electron được viết như sau: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6p⁶ 7s² 5f¹⁴ 6d¹⁰7p⁶
- Lưu ý rằng nếu tất cả các lớp được điền đầy, cấu hình electron trên đây là của Og (Oganesson), 118, là nguyên tử có số hiệu cao nhất trên bảng tuần hoàn - chứa tất cả các lớp electron được biết hiện nay đối với một nguyên tử trung hòa về điện.
6
Sắp xếp electron vào obitan theo số electron của nguyên tử. Ví dụ, nếu bạn muốn viết cấu hình electron của nguyên tử canxi trung hòa về điện, việc đầu tiên là tìm số hiệu nguyên tử của nó trên bảng tuần hoàn. Số hiệu nguyên tử của canxi là 20, do đó chúng ta sẽ viết cấu hình của nguyên tử có 20 electron theo trật tự trên đây.
- Sắp xếp electron vào các obitan theo trật tự trên đây đến khi đủ 20 electron. Obitan 1s nhận hai electron, 2s nhận hai, 2p nhận sáu, 3s nhận hai, 3p nhận sáu, và 4s nhận hai (2 + 2 + 6 +2 +6 + 2 = 20). Do đó cấu hình electron của canxi là: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s².
- Ghi chú: Mức năng lượng thay đổi khi lớp electron tăng dần. Ví dụ, khi bạn viết đến mức năng lượng thứ 4 thì phân lớp 4s được viết trước, sau đó đến 3d. Sau khi viết mức năng lượng thứ tư, bạn sẽ chuyển sang mức thứ năm và bắt đầu lại trật tự sắp xếp phân lớp. Điều này chỉ xảy ra sau mức năng lượng thứ 3.
7
Sử dụng bảng tuần hoàn làm cách giải tắt trực quan. Có lẽ bạn nhận thấy hình dạng của bảng tuần hoàn tương ứng với trật tự các obitan trong cấu hình electron. Ví dụ, các nguyên tử ở cột thứ hai từ trái sang luôn kết thúc ở “s²”, các nguyên tử ở phía xa bên phải của phần giữa luôn kết thúc ở “d¹⁰” v.v... Sử dụng bảng tuần hoàn để viết cấu hình - trật tự sắp xếp electron vào các obitan sẽ tương ứng với vị trí thể hiện trên bảng tuần hoàn. Xem phần dưới đây:
- Hai cột bên trái ngoài cùng là các nguyên tử có cấu hình electron kết thúc ở obitan s, phần bên phải bảng tuần hoàn là các nguyên tử có cấu hình electron kết thúc ở obitan p, phần giữa là các nguyên tử kết thúc ở obitan d, và phần dưới là các nguyên tử kết thúc ở obitan f.
- Ví dụ, khi viết cấu hình electron của nguyên tố clo, bạn hãy lập luận như sau: Nguyên tử này nằm ở hàng (hoặc “chu kỳ”) thứ ba của bảng tuần hoàn. Nó cũng nằm ở cột thứ năm của khối obitan p trên bảng tuần hoàn. Do đó cấu hình electron sẽ kết thúc là ...3p⁵.
- Cẩn thận! Phân lớp obitan d và f trên bảng tuần hoàn tương ứng với các mức năng lượng khác với chu kỳ của chúng. Ví dụ, hàng thứ nhất của khối obitan d tương ứng với obitan 3d cho dù nó ở chu kỳ 4, trong khi hàng thứ nhất của obitan f tương ứng với obitan 4f cho dù nó ở chu kỳ 6.
8
Học cách viết cấu hình electron thu gọn. Các nguyên tử dọc theo mép phải của bảng tuần hoàn gọi là khí hiếm. Các nguyên tố này rất trơ về mặt hóa học. Để thu gọn cách viết cấu hình electron dài, bạn hãy viết trong ngoặc vuông ký hiệu hóa học của khí hiếm gần nhất có số electron ít hơn số electron của nguyên tử đó, sau đó tiếp tục viết cấu hình electron của các obitan tiếp theo. Xem phần dưới đây:
- Để hiểu khái niệm này, bạn hãy viết cấu hình electron thu gọn của một ví dụ. Giả sử chúng ta cần viết cấu hình electron thu gọn của kẽm (số hiệu nguyên tử là 30) thông qua cấu hình khí hiếm. Cấu hình electron đầy đủ của kẽm là: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰. Tuy nhiên, lưu ý rằng 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ là cấu hình của khí hiếm agon. Chỉ cần thay thế phần ký hiệu electron này của kẽm bằng ký hiệu hóa học của agon trong ngoặc vuông ([Ar]).
- Do đó cấu hình electron thu gọn của kẽm là [Ar]4s² 3d¹⁰.
Quảng cáo

Phương pháp 2

Phương pháp 2 của 2:

Sử dụng bảng tuần hoàn ADOMAH

Tải về bản PDF

1
Tìm hiểu bảng tuần hoàn ADOMAH. Phương pháp viết cấu hình electron này không yêu cầu phải học thuộc lòng. Tuy nhiên, phương pháp này cần phải dùng bảng tuần hoàn sắp xếp lại, vì trong bảng tuần hóa thông thường, kể từ hàng thứ tư, số chu kỳ không tương ứng với lớp electron. Tìm một Bảng tuần hoàn ADOMAH, là bảng tuần hoàn hóa học đặc biệt được nhà khoa học Valery Tsimmerman thiết kế. Bạn có thể tìm được bảng tuần hoàn này trên internet.^{[2]XNguồn nghiên cứu}
- Trên Bảng tuần hoàn ADOMAH, các hàng ngang là những nhóm nguyên tố như halogen, khí trơ, kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ v.v.. Các cột đứng tương ứng với lớp electron và được gọi là “bậc thang” (đường chéo nối các khối s,p,d và f) tương ứng với chu kỳ.
- Heli được sắp xếp cạnh hiđro vì cả hai đều có duy nhất obitan 1s. Các khối chu kỳ (s,p,d và f) được thể hiện ở phía bên phải và số lớp electron thể hiện ở phần gốc. Tên các nguyên tố được viết trong ô chữ nhật có đánh số từ 1 đến 120. Các số này là số hiệu nguyên tử thông thường, đại diện cho tổng số electron trong nguyên tử trung hòa về điện.
2
Tìm nguyên tố trên bảng tuần hoàn ADOMAH. Để viết cấu hình electron của một nguyên tố, hãy xác định ký hiệu của nó trên Bảng tuần hoàn ADOMAH và gạch bỏ tất cả các nguyên tố có số hiệu nguyên tử cao hơn. Ví dụ, nếu bạn muốn viết cấu hình electron của eribi (68), hãy gạch bỏ các nguyên tố từ 69 đến 120.
- Chú ý các số từ 1 đến 8 tại gốc của bảng tuần hoàn. Đây là số lớp electron hoặc số cột. Không chú ý các cột chỉ có những nguyên tố bị gạch bỏ. Đối với eribi, các cột còn lại là 1, 2, 3, 4, 5 và 6.
3
Đếm số obitan đến vị trí của nguyên tử cần viết cấu hình. Nhìn vào ký hiệu khối thể hiện ở bên phải bảng tuần hoàn (s, p, d và f) và nhìn số cột thể hiện ở gốc bảng, không quan tâm đường chéo giữa các khối, chia cột thành các cột-khối và viết chúng theo trật tự từ dưới lên trên. Bỏ qua các cột-khối chỉ chứa các nguyên tố bị gạch bỏ. Viết ra các cột-khối bắt đầu với số cột và sau đó là ký hiệu khối, giống như sau: 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 6s (trong trường hợp của eribi).
- Ghi chú: Cấu hình electron trên đây của Er được viết theo trật tự tăng dần của số lớp electron. Cấu hình này cũng có thể được viết theo trật tự sắp xếp electron vào obitan. Bạn hãy đi theo các bậc thang từ trên xuống thay vì theo cột khi viết các cột-khối: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 4f¹².
4
Đếm số electron cho mỗi obitan. Đếm số electron không bị gạch bỏ trong từng cột-khối, xếp một electron cho mỗi nguyên tố và viết số electron cạnh ký hiệu khối cho mỗi cột-khối, giống như sau: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹² 5s² 5p⁶ 6s². Trong ví dụ này, đây là cấu hình electron của eribi.
5
Nhận biết cấu hình electron bất thường. Có mười tám trường hợp ngoại lệ phổ biến đối với cấu hình electron của các nguyên tử trong trạng thái năng lượng thấp nhất, còn gọi là trạng thái cơ bản. So với nguyên tắc chung, chúng chỉ sai lệch ở hai đến ba vị trí electron cuối cùng. Trong trường hợp này, cấu hình electron thực tế khiến các electron có trạng thái năng lượng thấp hơn cấu hình tiêu chuẩn của nguyên tử đó. Các nguyên tử bất thường là:
- Cr (..., 3d5, 4s1); Cu (..., 3d10, 4s1); Nb (..., 4d4, 5s1); Mo (..., 4d5, 5s1); Ru (..., 4d7, 5s1); Rh (..., 4d8, 5s1); Pd (..., 4d10, 5s0); Ag (..., 4d10, 5s1); La (..., 5d1, 6s2); Ce (..., 4f1, 5d1, 6s2); Gd (..., 4f7, 5d1, 6s2); Au (..., 5d10, 6s1); Ac (..., 6d1, 7s2); Th (..., 6d2, 7s2); Pa (..., 5f2, 6d1, 7s2); U (..., 5f3, 6d1, 7s2); Np (..., 5f4, 6d1, 7s2) and Cm (..., 5f7, 6d1, 7s2).
Quảng cáo

Lời khuyên

Khi nguyên tử là ion, nghĩa là số proton không bằng số electron. Khi đó điện tích của nguyên tử sẽ được thể hiện ở góc trên bên phải (thường là vậy) của ký hiệu nguyên tố đó. Do đó một nguyên tử antimony có điện tích +2 sẽ có cấu hình electron là 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p¹. Lưu ý rằng 5p³ được thay đổi thành 5p¹. Cẩn thận khi cấu hình của nguyên tử trung hòa về điện kết thúc ở bất kì obitan nào không phải là s và p. Khi lấy đi electron, bạn chỉ có thể lấy electron ở các obitan hóa trị (obitan s và p). Do đó nếu một cấu hình kết thúc ở 4s² 3d⁷, và nguyên tử đó có điện tích +2, thì cấu hình sẽ thay đổi thành 4s⁰ 3d⁷. Chúng ta thấy 3d⁷ không thay đổi, mà chỉ có electron ở obitan s bị lấy đi.
Mọi nguyên tử đều có khuynh hướng trở về trạng thái bền, và cấu hình electron bền vững nhất sẽ có đủ obitan s và p (s2 và p6). Các khí hiếm có cấu hình electron này, đó là lý do vì sao chúng hiếm khi tham gia phản ứng và nằm bên phải của bảng tuần hoàn. Do đó nếu một cấu hình kết thúc ở 3p⁴, nó chỉ cần thêm hai electron để trở nên bền vững (cho đi sáu electron, bao gồm electron của obitan s, sẽ cần nhiều năng lượng hơn, vì vậy cho đi bốn electron sẽ dễ dàng hơn). Nếu một cấu hình kết thúc ở 4d³, nó chỉ cần cho đi ba electron để đạt trạng thái bền. Tương tự, các phân lớp mới nhận một nửa số electron (s1, p3, d5..) thì bền hơn, ví dụ p4 hoặc p2, nhưng s2 và p6 sẽ còn bền hơn.
Bạn cũng có thể dùng cấu hình electron hóa trị để viết cấu hình electron của một nguyên tố, là các obitan s và p cuối cùng. Vì vậy cấu hình electron hóa trị của nguyên tử antimony là 5s² 5p³.
Ion không giống như vậy vì chúng bền hơn nhiều. Bỏ qua hai bước trên của bài viết này và làm theo cách thức tương tự, tùy thuộc bạn bắt đầu ở đâu và số electron nhiều hay ít như thế nào.
Để tìm số hiệu nguyên tử từ cấu hình electron của nó, hãy cộng tất cả các số đi theo các ký tự (s, p, d và f). Cách này chỉ đúng nếu đó là nguyên tử trung hòa, nếu là ion thì bạn không thể dùng cách này. Thay vào đó bạn phải cộng hoặc trừ số electron nhận vào hoặc cho đi.
Con số đi theo ký tự phải viết ở góc phải bên trên, bạn không được viết sai cách khi làm bài kiểm tra.
Có hai cách khác nhau để viết cấu hình electron. Bạn có thể viết theo trật tự tăng dần của lớp electron, hoặc theo trật tự sắp xếp electron vào obitan, như được trình bày đối với nguyên tử eribi.
Có những trường hợp mà electron cần phải được “đẩy lên”. Đó là khi obitan chỉ còn thiếu một electron để có đủ phân nửa hay hoàn toàn đủ số electron, lúc đó bạn phải lấy một electron từ obitan s hay p gần nhất để chuyển vào obitan đang cần electron đó.
Chúng ta không thể nói “sự ổn định của phân mức năng lượng” của phân lớp mới nhận một nửa số electron. Đó là cách nói đơn giản hóa quá mức. Nguyên nhân có sự ổn định của phân mức năng lượng của phân lớp mới nhận “một nửa số electron” là do mỗi obitan chỉ có một electron độc thân, do đó lực đẩy giữa electron-electron được giảm tối đa.