H
hocviencsnd
III. VỎ NGUYÊN TỬ
1. Lớp electron
Trong nguyên tử, hạt nhân mang điện tích dương hút các electron mang điện tích trái dấu. Muốn tách
electron ra khỏi vỏ nguyên tử cần cung cấp năng lượng cho nó. Thực nghiện chứng tỏ rằng không phải mọi electron đều liên kết với hạt nhân chặt chẽ như nhau. Những electron ở gần hạt nhân nhất liên kết với nhau chặt chẽ nhất. Người ta nói: chúng ở mức năng lượng thấp nhất. Ngược lại, những electron ở xa hạt nhân nhất có mức năng lượng cao nhất ; chúng dễ bị tách ra khỏi nguyên tử hơn các electron khác. Chính những electron này quy định tính chất hoá học của các nguyên tố.
Tuỳ theo mức năng lượng cao hay thấp mà các electron được phân bố theo từng lớp electron (hay mức năng lượng). Các electron có mức năng lượng gần bằng nhau thuộc cùng một lớp.
Các lớp electron từ trong ra ngoài được đánh số n = 1, 2, 3, 4, .... hoặc kí hiệu bằng dãy chữ cái lớn:
K, L, M, N ....
2. Phân lớp electron (hay phân mức năng lượng)
Mỗi lớp electron lại phân chia thành phân lớp electron. Các electron trong mỗi phân lớp có mức năng
lượng bằng nhau.
Các phân lớp được kí hiệu bằng các chữ cái thường s, p, d, f. Số phân lớp bằng số thứ tự của lớp.
Lớp thứ 1 có 1 phân lớp, đó là phân lớp 1s.
Lớp thứ 2 có 2 phân lớp, đó là phân lớp 2s và phân lớp 2p.
Lớp thứ 3 có 3 phân lớp, đó là phân lớp 3s, 3p và phân lớp 3d, v.v....
Các electron ở phân lớp s được gọi là electron s ; ở phân lớp p, được gọi là electron p, v.v....
3. Obitan
Obitan là khu vực không gian xung quanh hạt nhân trong đó khả năng có mặt electron là lớn nhất
(khu vực có mật độ đám mây electron lớn nhất).
Số và dạng obitan phụ thuộc vào đặc điểm của mỗi phân lớp electron. Phân lớp s có 1 obitan có dạng hình cầu.
Phân lớp p có 3 obitan có dạng hình số 8 nổi.
Phân lớp d có 5 obitan và phân lớp f có 7 obitan. Obitan d và obitan f có dạng phức tạp hơn. Mỗi obitan chỉ chứa tối đa 2 electron.
Khi một obitan đã có đủ 2 electron, người ta nói rằng các electron đã ghép đôi. Các electron ghép đôi thường không tham gia vào việc tạo thành liên kết hoá học.
Khi một obitan chỉ có 1 electron, người ta gọi đó là electron độc thân. Trong đa số các trường hợp, chỉ có các electron độc thân mới tham gia vào tạo thành liên kết hoá học.
4. Số electron tối đa trong một phân lớp, một lớp
Từ số electron tối đa trong một obitan, ta có thể suy ra số electron tối đa trong mỗi phân lớp và mỗi lớp.
- Phân lớp s có 1 obitan nên có tối đa 2 electron. Phân lớp p có 3 obitan nên có tối đa 6 electron.
Phân lớp d có tối đa 10 electron và phân lớp f có 14 electron.
- Lớp thứ 1 có 1 phân lớp s nên có tối đa 2 electron.
Lớp thứ 2 có phân lớp s và phân lớp p nên có tối đa 8 electron. Lớp thứ 3 có các phân lớp s, p, d, nên có tối đa 18 electron.
Từ đó suy ra lớp thứ 4 có tối đa 32 electron v.v...
Một lớp đã chứa đủ số electron tối đa được gọi là lớp electron bão hào.
Số electron tối đa trong các lớp và các phân lớp (từ n = 1 đến n = 3)
Số thứ tự của lớp Số electron tối đa của lớp Số electron phân bố vào các phân lớp
n = 1 (lớp K) 2 1s2
n = 2 (lớp L) 8 2s2 2p6
n = 3 (lớp M) 18 3s2 3p6 3d10
5. Cấu trúc electron trong nguyên tử các nguyên tố
Nguyên lí vững bền :
Trong nguyên tử, các electron lần lượt chiếm các mức năng lượng từ thấp đến cao.
Càng xa hạt nhân, các lớp và phân lớp electron nõi chung có mức năng lượng càng cao. Cụ thể mức năng lượng của các lớp tăng theo thứ tự từ 1 đến 7 và của phân lớp tăng theo thứ tự s, p, d, f.
Sau đây là thứ tự sắp xếp các phân lớp theo chiều tăng của mức năng lượng xác định bằng thực nghiệm :
1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s v.v....
Dựa vào nguyên lí vững bền, đồng thời chú ý đến số electron tối đa trong mỗi phân lớp, ta có thể viết được sơ đồ phân bố electron trong nguyên tử của bất kì nguyên tố náo khi biêt số hiệu nguyên tử Z của nguyên tố đó.
Ví dụ:
- Nguyên tử hiđro : Z = 1, có 1 electron. Electron này chiếm phân mức năng lượng thấp nhất là 1s.
- Nguyên tử heli : Z = 2, có 2 electron. Cả 2 electron đều chiếm phân mức 1s. Như vậy, nguyên tử hiđro và nguyên tử heli chỉ có 1 lớp electron, lớp K.
- Nguyên tử liti : Z = 3, có 3 electron. Hai electron đầu chiếm phân mức 1s : vì phân mức 1s chỉ nhận tối đa 2 electron nên electron thứ 3 chiếm phân mức 2s.
Như vậy nguyên tử liti có 2 lớp electron, lớp K gồm 2 electron và lớp L, 1 electron v.v...
Cấu hình electron
Muốn biểu diễn sự phân bố electron theo các lớp và phân lớp, người ta dùng cấu hình electron ghi
theo cách sau:
- Lớp electron được ghi bằng chữ số.
- Phân lớp được ghi bằng chữ cái thường s, p, d...
- Số electron được ghi bằng số ở phía trên bên phải của chữ cái chỉ phân lớp, các phân lớp không có
electron không ghi.
Ví dụ:
Cấu hinh electron của các nguyên tử 1H, 2He, 3Li, 13Al được ghi như sau:
1H : 1s1
2He : 1s2
3Li : 1s2 2s1
13Al : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1
Ngoài cách viết cấu hình electron như trên, muốn biểu diễn sự phân bố electron theo cac obitan,
người ta làm như sau :
Kí hiệu mỗi obitan bằng một ô vuông, mỗi electron bằng một mũi tên, các electron ghép đôi được kí hiệu bằng hai mũi tên ngược chiều
6. Đặc điểm của lớp electron ngoài cùng
- Đối với nguyên tử của tất cả các nguyên tố, lớp ngoài cùng có tối đa là 8 electron.
- Các nguyên tử có 8 electron lớp ngoài cùng đều rất bền vững, chúng không tham gia vào các phản ứng hoá học. Đó là các nguyên tử khí hiếm.
- Các nguyên tử có 1, 2, 3 electron lớp ngoài cùng là những nguyên tử kim loại.
- Các nguyên tử có 5, 6, 7 electron lớp ngoài cùng là những nguyên tử phi kim.
Các electron lớp ngoài cùng (gọi tắt là các electron ngoài cùng) hầu như quyết định tính chất hoá học của một nguyên tố.
Biết được sự phân bố electron trong nguyên tử, nhất là biết được số electron lớp ngoài cùng, người ta có thể dự đoán được những tính chất hoá học tiêu biểu của nguyên tố đó.
1. Lớp electron
Trong nguyên tử, hạt nhân mang điện tích dương hút các electron mang điện tích trái dấu. Muốn tách
electron ra khỏi vỏ nguyên tử cần cung cấp năng lượng cho nó. Thực nghiện chứng tỏ rằng không phải mọi electron đều liên kết với hạt nhân chặt chẽ như nhau. Những electron ở gần hạt nhân nhất liên kết với nhau chặt chẽ nhất. Người ta nói: chúng ở mức năng lượng thấp nhất. Ngược lại, những electron ở xa hạt nhân nhất có mức năng lượng cao nhất ; chúng dễ bị tách ra khỏi nguyên tử hơn các electron khác. Chính những electron này quy định tính chất hoá học của các nguyên tố.
Tuỳ theo mức năng lượng cao hay thấp mà các electron được phân bố theo từng lớp electron (hay mức năng lượng). Các electron có mức năng lượng gần bằng nhau thuộc cùng một lớp.
Các lớp electron từ trong ra ngoài được đánh số n = 1, 2, 3, 4, .... hoặc kí hiệu bằng dãy chữ cái lớn:
K, L, M, N ....
2. Phân lớp electron (hay phân mức năng lượng)
Mỗi lớp electron lại phân chia thành phân lớp electron. Các electron trong mỗi phân lớp có mức năng
lượng bằng nhau.
Các phân lớp được kí hiệu bằng các chữ cái thường s, p, d, f. Số phân lớp bằng số thứ tự của lớp.
Lớp thứ 1 có 1 phân lớp, đó là phân lớp 1s.
Lớp thứ 2 có 2 phân lớp, đó là phân lớp 2s và phân lớp 2p.
Lớp thứ 3 có 3 phân lớp, đó là phân lớp 3s, 3p và phân lớp 3d, v.v....
Các electron ở phân lớp s được gọi là electron s ; ở phân lớp p, được gọi là electron p, v.v....
3. Obitan
Obitan là khu vực không gian xung quanh hạt nhân trong đó khả năng có mặt electron là lớn nhất
(khu vực có mật độ đám mây electron lớn nhất).
Số và dạng obitan phụ thuộc vào đặc điểm của mỗi phân lớp electron. Phân lớp s có 1 obitan có dạng hình cầu.
Phân lớp p có 3 obitan có dạng hình số 8 nổi.
Phân lớp d có 5 obitan và phân lớp f có 7 obitan. Obitan d và obitan f có dạng phức tạp hơn. Mỗi obitan chỉ chứa tối đa 2 electron.
Khi một obitan đã có đủ 2 electron, người ta nói rằng các electron đã ghép đôi. Các electron ghép đôi thường không tham gia vào việc tạo thành liên kết hoá học.
Khi một obitan chỉ có 1 electron, người ta gọi đó là electron độc thân. Trong đa số các trường hợp, chỉ có các electron độc thân mới tham gia vào tạo thành liên kết hoá học.
4. Số electron tối đa trong một phân lớp, một lớp
Từ số electron tối đa trong một obitan, ta có thể suy ra số electron tối đa trong mỗi phân lớp và mỗi lớp.
- Phân lớp s có 1 obitan nên có tối đa 2 electron. Phân lớp p có 3 obitan nên có tối đa 6 electron.
Phân lớp d có tối đa 10 electron và phân lớp f có 14 electron.
- Lớp thứ 1 có 1 phân lớp s nên có tối đa 2 electron.
Lớp thứ 2 có phân lớp s và phân lớp p nên có tối đa 8 electron. Lớp thứ 3 có các phân lớp s, p, d, nên có tối đa 18 electron.
Từ đó suy ra lớp thứ 4 có tối đa 32 electron v.v...
Một lớp đã chứa đủ số electron tối đa được gọi là lớp electron bão hào.
Số electron tối đa trong các lớp và các phân lớp (từ n = 1 đến n = 3)
Số thứ tự của lớp Số electron tối đa của lớp Số electron phân bố vào các phân lớp
n = 1 (lớp K) 2 1s2
n = 2 (lớp L) 8 2s2 2p6
n = 3 (lớp M) 18 3s2 3p6 3d10
5. Cấu trúc electron trong nguyên tử các nguyên tố
Nguyên lí vững bền :
Trong nguyên tử, các electron lần lượt chiếm các mức năng lượng từ thấp đến cao.
Càng xa hạt nhân, các lớp và phân lớp electron nõi chung có mức năng lượng càng cao. Cụ thể mức năng lượng của các lớp tăng theo thứ tự từ 1 đến 7 và của phân lớp tăng theo thứ tự s, p, d, f.
Sau đây là thứ tự sắp xếp các phân lớp theo chiều tăng của mức năng lượng xác định bằng thực nghiệm :
1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s v.v....
Dựa vào nguyên lí vững bền, đồng thời chú ý đến số electron tối đa trong mỗi phân lớp, ta có thể viết được sơ đồ phân bố electron trong nguyên tử của bất kì nguyên tố náo khi biêt số hiệu nguyên tử Z của nguyên tố đó.
Ví dụ:
- Nguyên tử hiđro : Z = 1, có 1 electron. Electron này chiếm phân mức năng lượng thấp nhất là 1s.
- Nguyên tử heli : Z = 2, có 2 electron. Cả 2 electron đều chiếm phân mức 1s. Như vậy, nguyên tử hiđro và nguyên tử heli chỉ có 1 lớp electron, lớp K.
- Nguyên tử liti : Z = 3, có 3 electron. Hai electron đầu chiếm phân mức 1s : vì phân mức 1s chỉ nhận tối đa 2 electron nên electron thứ 3 chiếm phân mức 2s.
Như vậy nguyên tử liti có 2 lớp electron, lớp K gồm 2 electron và lớp L, 1 electron v.v...
Cấu hình electron
Muốn biểu diễn sự phân bố electron theo các lớp và phân lớp, người ta dùng cấu hình electron ghi
theo cách sau:
- Lớp electron được ghi bằng chữ số.
- Phân lớp được ghi bằng chữ cái thường s, p, d...
- Số electron được ghi bằng số ở phía trên bên phải của chữ cái chỉ phân lớp, các phân lớp không có
electron không ghi.
Ví dụ:
Cấu hinh electron của các nguyên tử 1H, 2He, 3Li, 13Al được ghi như sau:
1H : 1s1
2He : 1s2
3Li : 1s2 2s1
13Al : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1
Ngoài cách viết cấu hình electron như trên, muốn biểu diễn sự phân bố electron theo cac obitan,
người ta làm như sau :
Kí hiệu mỗi obitan bằng một ô vuông, mỗi electron bằng một mũi tên, các electron ghép đôi được kí hiệu bằng hai mũi tên ngược chiều
6. Đặc điểm của lớp electron ngoài cùng
- Đối với nguyên tử của tất cả các nguyên tố, lớp ngoài cùng có tối đa là 8 electron.
- Các nguyên tử có 8 electron lớp ngoài cùng đều rất bền vững, chúng không tham gia vào các phản ứng hoá học. Đó là các nguyên tử khí hiếm.
- Các nguyên tử có 1, 2, 3 electron lớp ngoài cùng là những nguyên tử kim loại.
- Các nguyên tử có 5, 6, 7 electron lớp ngoài cùng là những nguyên tử phi kim.
Các electron lớp ngoài cùng (gọi tắt là các electron ngoài cùng) hầu như quyết định tính chất hoá học của một nguyên tố.
Biết được sự phân bố electron trong nguyên tử, nhất là biết được số electron lớp ngoài cùng, người ta có thể dự đoán được những tính chất hoá học tiêu biểu của nguyên tố đó.