Bài 4. Cấu trúc lớp vỏ electron của nguyên tử trang 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34 Hóa 10 Chân trời sáng tạoTải vềTrong nguyên tử, các electron chuyển động như thế nào và chiếm những mức năng lượng nào? Quan sát Hình 4.1 và 4.2, so sánh điểm giống nhau và khác nhau giữa mô hình Rutherford – Bohr với mô hình hiện đại mô tả sự chuyển động của electron trong nguyên tử Quảng cáo
Lựa chọn câu để xem lời giải nhanh hơn
CH tr 26 MĐ
Lời giải chi tiết: - Theo mô hình hiện đại, các electron chuyển động rất nhanh xung quanh hạt nhân không theo một quỹ đạo xác định, tạo thành đám mây electron - Các electron được sắp xếp thành từng lớp và phân lớp theo năng lượng từ thấp đến cao - Trình tự sắp xếp các mức năng lượng: + Các electron trên cùng một phân lớp có năng lượng bằng nhau + Các electron trên cùng một lớp có năng lượng gần bằng nhau CH tr 26 CH
Phương pháp giải: Quan sát Hình 4.1 và 4.2 => So sánh Lời giải chi tiết:
CH tr 27 VD
Phương pháp giải: - Theo Rutherford – Bohr: các electron chuyển động trên những quỹ đạo hình tròn hay bầu dục xác định xung quanh hạt nhân - Theo mô hình hiện đại: chuyển động rất nhanh xung quanh hạt nhân, không theo một quỹ đạo xác định Lời giải chi tiết: - Các thiên thể quay quanh Mặt Trời theo quỹ đạo xác định - Theo Rutherford – Bohr: các electron chuyển động trên những quỹ đạo hình tròn hay bầu dục xác định xung quanh hạt nhân => Mô hình nguyên tử của Rutherford – Bohr được gọi là mô hình hành tinh nguyên tử, tương tự như hệ Mặt Trời CH tr 27 CH
Phương pháp giải: - Đám mây electron: khu vực không gian xung quanh hạt nhân mà có electron - Orbital nguyên tử: khu vực không gian xung quanh hạt nhân mà xác suất có mặt electron khoảng 90% Lời giải chi tiết: - Đám mây electron là khu vực có sự có mặt của electron xung quanh hạt nhân - Orbital nguyên tử là khu vực mà xác suất có mặt electron là 90% xung quanh hạt nhân CH tr 27 CH
Phương pháp giải: Orbital nguyên tử là khu vực không gian xung quanh hạt nhân mà tại đó xác suất có mặt (xác suất tìm thấy) electron khoảng 90% Lời giải chi tiết: Orbital nguyên tử là khu vực không gian xung quanh hạt nhân mà tại đó xác suất có mặt (xác suất tìm thấy) electron khoảng 90% => Xuất phát từ mô hình nguyên tử hiện đại vì electron chuyển động không theo quỹ đạo, mật độ electron không giống nhau CH tr 27 CH
Phương pháp giải: Quan sát Hình 4.4 và so sánh Lời giải chi tiết:
CH tr 28 CH
Phương pháp giải: Quan sát Hình 4.5 và gọi tên Lời giải chi tiết: - Lớp 1 – Lớp K - Lớp 2 – Lớp L - Lớp 3 – Lớp M - Lớp 4 – Lớp N - Lớp 5 – Lớp O - Lớp 6 – Lớp P - Lớp 7 – Lớp Q => Cách gọi tên theo bảng chữ cái từ K đến Q lần lượt ứng với các lớp từ 1 đến 7 CH tr 28 CH
Phương pháp giải: Các lớp càng gần hạt nhân thì lực hút càng lớn Lời giải chi tiết: - Lớp K gần hạt nhân nhất => Lực hút của hạt nhân với electron ở lớp K là lớn nhất - Lớp Q nằm xa hạt nhân nhất => Lực hút của hạt nhân với electron ở lớp Q là nhỏ nhất CH tr 28 CH
Phương pháp giải: Đếm số phân lớp => So sánh với số lớp Lời giải chi tiết: - Lớp 1 có 1 phân lớp - Lớp 2 có 2 phân lớp - Lớp 3 có 3 phân lớp - Lớp 4 có 4 phân lớp => Từ lớp 1 đến lớp 4, số phân lớp trong mỗi lớp bằng số thứ tự của lớp đó CH tr 29 CH
Phương pháp giải: Quan sát Hình 4.7 và rút ra nhận xét Lời giải chi tiết: 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… CH tr 30 CH
Phương pháp giải: Quan sát Hình 4.8 và rút ra nhận xét Lời giải chi tiết: Trong 1 orbital chỉ chứa tối đa 2 electron và có chiều tự quay ngược nhau CH tr 30 CH
Phương pháp giải: Quan sát Hình 4.9 và rút ra nhận xét Lời giải chi tiết: - Nguyên tử oxygen có: + 6 electron ghép đôi nằm ở orbital 1s, 2s và 1 orbital 2p + 2 electron độc thân nằm ở 2 orbital 2p CH tr 31 CH
Phương pháp giải: Quan sát Bảng 4.1 và rút ra nhận xét Lời giải chi tiết: - Lớp 1 có tối đa 2 electron = 2.12 - Lớp 2 có tối đa 8 electron = 2.22 - Lớp 3 có tối đa 18 electron = 2.32 - Lớp 4 có tối đa 32 electron = 2.42 => Số electron tối đa trong lớp n là 2n2 CH tr 31 LT
Phương pháp giải: Nitrogen có 2 lớp - Lớp 1 có phân lớp 1s - Lớp 2 có phân lớp 2s 2p - Phân lớp s có tối đa 2 electron - Phân lớp p có tối đa 6 electron Lời giải chi tiết: Nitrogen có 2 lớp - Lớp 1 có phân lớp 1s - Lớp 2 có phân lớp 2s 2p - Phân lớp s có tối đa số electron => 1s có 2 electron, 2s có 2 electron - Phân lớp p chỉ chứa 1 nửa số electron tối đa => 2p có 3 electron => Nguyên tử nitrogen có số electron = 2 + 2 + 3 = 7 electron CH tr 31 CH
Phương pháp giải: Quan sát Hình 4.10 và rút ra nhận xét Lời giải chi tiết: (a) Phân lớp bão hòa => Không có electron độc thân (b) Phân lớp nửa bão hòa => Số electron độc thân = số orbital của phân lớp đó (c) Phân lớp chưa bão hòa => số electron độc thân nhỏ hơn số orbital trong phân lớp đó CH tr 31 CH
CH tr 31 LT
Phương pháp giải: 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 Lời giải chi tiết: Cả 2 trường hợp (a) và (b) đều chưa đạt được phân lớp bão hòa - Trường hợp (a) có 2 electron độc thân => Số electron độc thân đã tối đa - Trường hợp (b) không có electron độc thân => Số electron độc thân chưa tối đa => Trường hợp (a) tuân theo quy tắc Hund, trường hợp (b) không tuân theo quy tắc Hund CH tr 32 CH
Phương pháp giải: Lời giải chi tiết: Cấu hình electron cho biết: số electron trên phân lớp, số electron lớp ngoài cùng, số lớp electron của nguyên tử CH tr 32 LT
Phương pháp giải: Bước 1: Xác định số electron: 13 Bước 2: Viết thứ tự các lớp và phân lớp electron theo chiều tăng dần của năng lượng: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p Bước 3: Điền các electron vào các phân lớp theo nguyên lí vững bền cho đến electron cuối cùng Lời giải chi tiết: - Nguyên tử có Z = 13 => Có 13 electron - Viết theo thứ tự: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d… (trong đó phân lớp s chứa tối ta 2 electron, phân lớp p chứa tối đa 6 electron, phân lớp d chứa tối đa 10 electron, phân lớp f chứa tối đa 14 electron) - Điền các electron: 1s22s22p63s23p1
=> Nguyên tử aluminium có 1 electron độc thân CH tr 33 CH
Phương pháp giải: - Các nguyên tử có 1, 2, 3 electron ở lớp ngoài cùng là các nguyên tử của nguyên tố kim loại - Các nguyên tử có 5, 6, 7 electron ở lớp ngoài cùng thường là nguyên tử của các nguyên tố phi kim Lời giải chi tiết: Theo Bảng 4.2 phosphorus có 5 electron ở lớp ngoài cùng => Phosphorus là nguyên tố phi kim CH tr 33 VD
Phương pháp giải: - Các nguyên tử có 1, 2, 3 electron ở lớp ngoài cùng là các nguyên tử của nguyên tố kim loại - Các nguyên tử có 5, 6, 7 electron ở lớp ngoài cùng thường là nguyên tử của các nguyên tố phi kim - Các nguyên tử có 4 electron ở lớp ngoài cùng có thể là nguyên tử của nguyên tố kim loại hoặc phi kim - Nguyên tử có 8 electron ở lớp ngoài cùng là nguyên tử của nguyên tố khí hiếm Lời giải chi tiết: Theo Bảng 4.2 lithium có 1 electron ở lớp ngoài cùng => Lithium là nguyên tố kim loại Bài tập 1
Phương pháp giải: - 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 - AO chứa electron độc thân: ↑ - AO chứa electron ghép đôi: ↑↓ Lời giải chi tiết: (1): đúng vì chứa tối đa electron và biểu diễn electron độc thân bằng mũi tên đi lên (2): sai vì số electron độc thân chưa tối đa (3): sai vì biểu diễn 1 electron độc thân bằng mũi tên đi xuống (4): sai vì biểu diễn electron độc thân bằng mũi tên đi xuống (5): sai vì số electron độc thân chưa tối đa, biểu diễn electron độc thân bằng mũi tên đi xuống (6): sai vì biểu diễn 2 electron độc thân bằng mũi tên đi xuống Bài tập 2
Phương pháp giải: - Lớp thứ nhất: có 1 phân lớp là 1s - Lớp thứ 2: có 2 phân lớp là 2s và 2p Lời giải chi tiết: - Lớp thứ nhất: có 1 phân lớp là 1s - Lớp thứ 2: có 2 phân lớp là 2s và 2p - Phân lớp s chứa tối đa 2 electron, phân lớp p chứa tối đa 6 electron => Cấu hình electron của nguyên tố X: 1s22s22p4 => Nguyên tố X có 8 electron => Số hiệu nguyên tử của X: Z = 8 Bài tập 3
Phương pháp giải: Bước 1: Xác định số electron Bước 2: Viết thứ tự các lớp và phân lớp electron theo chiều tăng dần của năng lượng: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p Bước 3: Điền các electron vào các phân lớp theo nguyên lí vững bền cho đến electron cuối cùng Bước 4: Xác định số electron độc thân Lời giải chi tiết: a) Boron (Z = 5): 1s22s22p1 => Có 1 electron độc thân b) Oxygen (Z = 8): 1s22s22p4 => Có 2 electron độc thân c) Phosphorus (Z = 15): 1s22s22p63s23p3 => Có 3 electron độc thân d) Chlorine (Z = 17): 1s22s22p63s23p5 => Có 1 electron độc thân Bài tập 4
Phương pháp giải: Bước 1: Xác định số electron Bước 2: Viết thứ tự các lớp và phân lớp electron theo chiều tăng dần của năng lượng: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p Bước 3: Điền các electron vào các phân lớp theo nguyên lí vững bền cho đến electron cuối cùng Bước 4: Xác định số electron ở lớp ngoài cùng + Các nguyên tử có 1, 2, 3 electron ở lớp ngoài cùng là các nguyên tử của nguyên tố kim loại + Các nguyên tử có 5, 6, 7 electron ở lớp ngoài cùng thường là nguyên tử của các nguyên tố phi kim + Các nguyên tử có 4 electron ở lớp ngoài cùng có thể là nguyên tử của nguyên tố kim loại hoặc phi kim + Nguyên tử có 8 electron ở lớp ngoài cùng là nguyên tử của nguyên tố khí hiếm Lời giải chi tiết: - Nguyên tố Carbon (Z = 6): 1s22s22p2 => Có 4 electron ở lớp ngoài cùng, là nguyên tố phi kim - Nguyên tố Sodium (Z = 11): 1s22s22p63s1 => Có 1 electron ở lớp ngoài cùng, là nguyên tố kim loại - Nguyên tố Oxygen (Z = 8): 1s22s22p4 => Có 6 electron ở lớp ngoài cùng, là nguyên tố phi kim
Bài đọc
>> Xem chi tiết: Lý thuyết bài 4: Cấu trúc lớp vỏ electron của nguyên tử
+
Lý thuyết: Cấu trúc lớp vỏ electron nguyên tử I. Chuyển động của electron trong nguyên tử - Đến đầu thế kỉ XX, người ta vẫn cho rằng các electron chuyển động xung quanh hạt nhân nguyên tử theo những quỹ đạo tròn hay bầu dục, giống như quỹ đạo của các hành tinh xoay quanh mặt trời
Mô hình hành tinh nguyên tử - Mô hình hành tinh nguyên tử đã có ảnh hưởng rất lớn, thúc đẩy sự phát triển lý thuyết cấu tạo nguyên tử, nhưng không đầy đủ để giải thích nhiều tính chất của nguyên tử - Theo mô hình hiện đại, trong nguyên tử, electron chuyển động rất nhanh, không theo quỹ đạo xác định. Tuy nhiên người ta vẫn có thể xác định được vùng không gian xung quanh hạt nhân mà ở đó xác suất có mặt electron là lớn nhất. Vùng không gian xung quanh hạt nhân tìm thấy electron có thể hình dung như một đám mây electron, được gọi là orbital nguyên tử. Orbital nguyên tử được kí hiệu là AO (Atomic orbital)
1. Hình dạng orbital nguyên tử - Khi chuyển động trong nguyên tử, các electron có những mức năng lượng khác nhau đặc trưng cho trạng thái chuyển động của nó. - Dựa trên sự khác về hình dạng, sự định hướng của orbital trong nguyên tử để phân loại orbital thành orbital s, p, d và f. Các orbital s có dạng hình cầu và orbital p có dạng hình số 8 nổi
Hình dạng orbital s và p 2. Orbital - Một AO được biểu diễn bằng một ô vuông, gọi là ô orbital - Trong 1 orbital chỉ chứa tối đa 2 electron có chiều tự quay ngược nhau (nguyên lí Pauli). Nếu orbital có 1 electron thì biểu diễn bằng 1 mũi tên đi lên, nếu có 2 electron thì biểu diễn bằng 2 mũi tên ngược chiều nhau, mũi tên đi lên viết trước
II. Lớp và phân lớp electron Trong nguyên tử, electron sắp xếp thành từng lớp và phân lớp theo năng lượng từ thấp đến cao 1. Lớp electron - Những lớp electron ở lớp gần hạt nhân bị hút mạnh về phía hạt nhân, vì thế có năng lượng thấp hơn so với những electron ở xa hạt nhân - Các electron thuộc cùng 1 lớp có mức năng lượng gần bằng nhau - Người ta thường đánh số thứ tự lớp từ trong ra ngoài và được biểu thị bằng các số nguyên n = 1, 2, 3,…7 với tên gọi là các chữ cái in hoa như sau:
2. Phân lớp electron - Các phân lớp trong mỗi electron được kí hiệu bằng các chữ cái viết thường, theo thứ tự s, p, d, f - Các electron trên cùng 1 phân lớp có mức năng lượng bằng nhau - Số phân lớp trong mỗi lớp bằng số thứ tự của lớp (n ≤ 4) + Lớp thứ nhất (lớp K, với n = 1) có 1 phân lớp, được kí hiệu là 1s + Lớp thứ 2 (lớp L, với n = 2) có 2 phân lớp, được kí hiệu là 2s và 2p + Lớp thứ 3 (lớp M, với n = 3) có 3 phân lớp, được kí hiệu là 3s, 3p và 3d) + Lớp thứ 4 (lớp N, với n = 4) có 4 phân lớp, được kí hiệu là 4s, 4p, 4d, 4f - Các electron ở phân lớp s gọi là electron s, các electron ở phân lớp p gọi là electron p 3. Số lượng orbital trong một phân lớp, trong một lớp - Trong một phân lớp, các orbital có cùng mức năng lượng + Phân lớp s: có 1 AO s + Phân lớp p: có 3 AO px, py, pz + Phân lớp d: có 5 AO + Phân lớp f: có 7 AO - Trong lớp electron thứ n có n2 AO (n ≤ 4) Ví dụ: Lớp L (n = 2) có 2 phân lớp 2s và 2p. Trong đó phân lớp 2s có 1 AO, phân lớp 2p có 3 AO nên tổng số orbital trong lớp L là 1 + 3 = 4 hay 22 AO. III. Cấu hình electron của nguyên tử - Cấu hình electron của nguyên tử biểu diễn sự phân bố electron trên các phân lớp thuộc các lớp khác nhau - Các electron trong nguyên tử ở trạng thái cơ bản lần lượt chiếm các orbital có năng lượng từ thấp đến cao (nguyên lí vững bền) - Trong cùng một phân lớp, các electron sẽ phân bố trên các orbital sao cho số electron độc thân là tối đa và các electron này có chiều tự quay giống nhau (quy tắc Hund) - Cấu hình electron của nguyên tử cho biết số lớp electron, thứ tự phân lớp electron trong mỗi lớp và phân lớp
1. Viết cấu hình electron của nguyên tử - Bước 1: Xác định số electron trong nguyên tử. - Bước 2: Viết thứ tự các lớp và phân lớp electron theo chiều tăng của năng lượng: 1s 2s 2p 3s 3p 4s… - Bước 3: Điền các electron vào phân lớp theo nguyên lí vững bền cho đến electron cuối cùng Ví dụ: Viết cấu hình electron của nguyên tử oxygen (Z = 8) - Tổng số electron của nguyên tử O là 8, viết thứ tự các lớp và phân lớp electron đến phân lớp 4s theo chiều tăng năng lượng. - Điền các electron: 1s22s22p4, có thể thay 1s2 bằng kí hiệu [He]. - Electron cuối cùng điền vào phân lớp p nên oxygen là nguyên tố p Cấu hình electron của 20 nguyên tố đầu tiên trong bảng tuần hoàn
2. Biểu diễn cấu hình electron theo ô orbital Ví dụ: Cấu hình electron của nguyên tử nitrogen có Z = 7: 1s22s22p3 có thể được biểu diễn theo ô orbital như sau:
- 2 orbital 1s và 2s có đủ 2 electron được biểu diễn bằng 2 mũi tên ngược chiều nhau (nguyên lí Pauli). 3 electron còn lại được sắp xếp vào 3 ô orbital 2p bằng 3 mũi tên đi lên để số electron độc thân là tối đa (quy tắc Hund)
3. Đặc điểm của lớp electron ngoài cùng
- Các electron ngoài cùng quyết định tính chất hóa học cơ bản của nguyên tố (kim loại, phi kim, khí hiếm) + Các nguyên tử có 8 electron lớp ngoài cùng đều rất bền vững, hầu như không tham gia vào các phản ứng hóa học, đó là các nguyên tử khí hiếm (riêng He có số e lớp ngoài cùng là 2) + Các nguyên tố mà nguyên tử có 1, 2, 3 electron lớp ngoài cùng là kim loại (trừ H, He, B) + Các nguyên tố mà nguyên tử có 5, 6, 7 electron lớp ngoài cùng thường là phi kim + Các nguyên tố mà nguyên tử có 4 electron lớp ngoài cùng có thể là kim loại hoặc phi kim
- Thu gọn
 Chia sẻ Bình luận
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Danh sách bình luận