Cách viết cấu hình electron nguyên tử và xác định vị trí trong bảng tuần hoàn
Lớp 10Hóa học

Cách viết cấu hình electron nguyên tử và xác định vị trí trong bảng tuần hoàn

Trả lời nhanh

Để làm dạng bài này, em điền electron theo thứ tự mức năng lượng 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p… cho đủ Z electron. Sau đó suy ra vị trí: số thứ tự ô = Z, số chu kì = số lớp electron, số thứ tự nhóm A = số electron lớp ngoài cùng; với nguyên tố d thì cộng electron ở phân lớp (n–1)d và ns để xác định nhóm B.

Đề bài thường cho: “Viết cấu hình electron nguyên tử và xác định vị trí của các nguyên tố sau trong bảng tuần hoàn”. Vì danh sách nguyên tố mỗi đề một khác, bài này hướng dẫn phương pháp rồi làm mẫu với các nguyên tố do thầy tự chọn: Na (Z = 11), Al (Z = 13), Cl (Z = 17), Ca (Z = 20), Fe (Z = 26), Cu (Z = 29). Em thay số hiệu nguyên tử của đề mình vào là làm được.

Bước 1: Viết cấu hình electron nguyên tử

Nhớ thứ tự điền theo mức năng lượng tăng dần:

1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s…

  • Phân lớp s chứa tối đa 2 electron, p tối đa 6, d tối đa 10, f tối đa 14.
  • Số electron của nguyên tử trung hoà = Z (số proton).
  • Điền xong thì sắp xếp lại theo lớp (1, 2, 3, 4…) khi viết kết quả cuối, nghĩa là 3d viết trước 4s.

Mẹo nhớ: 4s có mức năng lượng thấp hơn 3d nên được điền trước, nhưng khi viết cấu hình thì ghi 3d trước rồi mới đến 4s.

Bước 2: Xác định vị trí trong bảng tuần hoàn

Yếu tố Cách xác định
Ô nguyên tố Bằng Z (số proton = số electron)
Chu kì Bằng số lớp electron (số lớp có electron, tức n lớn nhất)
Nhóm A Nguyên tố s, p: số thứ tự nhóm = số electron lớp ngoài cùng
Nhóm B Nguyên tố d, tổng electron (n–1)d + ns: 3 đến 7 → nhóm IIIB đến VIIB; 8, 9, 10 → nhóm VIIIB; 11 → IB; 12 → IIB

Làm mẫu với 6 nguyên tố

Nguyên tố Cấu hình electron Vị trí Loại
Na (Z = 11) 1s22s22p63s1 Ô 11, chu kì 3, nhóm IA Kim loại
Al (Z = 13) 1s22s22p63s23p1 Ô 13, chu kì 3, nhóm IIIA Kim loại
Cl (Z = 17) 1s22s22p63s23p5 Ô 17, chu kì 3, nhóm VIIA Phi kim
Ca (Z = 20) 1s22s22p63s23p64s2 Ô 20, chu kì 4, nhóm IIA Kim loại
Fe (Z = 26) 1s22s22p63s23p63d64s2 Ô 26, chu kì 4, nhóm VIIIB Kim loại
Cu (Z = 29) 1s22s22p63s23p63d104s1 Ô 29, chu kì 4, nhóm IB Kim loại

Giải thích vài trường hợp

  • Cl: có 3 lớp electron nên ở chu kì 3; lớp ngoài cùng 3s23p5 có 7 electron nên ở nhóm VIIA. Có 7 electron ngoài cùng (gần đủ 8) nên là phi kim.
  • Fe: electron cuối cùng điền vào 3d nên là nguyên tố d. Tổng 3d64s2 = 8 electron nên thuộc nhóm VIIIB.
  • Cu: cấu hình 3d104s1 (không phải 3d94s2). Tổng 10 + 1 = 11 nên thuộc nhóm IB.

Ngoại lệ cần nhớ: Cr và Cu

Hai phân lớp d bán bão hoà (d5) và bão hoà (d10) bền hơn nên một electron từ 4s chuyển sang 3d:

  • Cr (Z = 24): [Ar]3d54s1 – chu kì 4, nhóm VIB.
  • Cu (Z = 29): [Ar]3d104s1 – chu kì 4, nhóm IB.

Khi tạo ion dương của nguyên tố d, nguyên tử mất electron ở lớp ngoài cùng (4s) trước. Ví dụ Fe3+: 1s22s22p63s23p63d5; Cu2+: [Ar]3d9.

Lỗi sai thường gặp

  • Viết 4s trước 3d trong kết quả cuối (nên sắp xếp theo lớp).
  • Quên ngoại lệ Cr, Cu nên xác định sai số electron ngoài cùng.
  • Lấy “số electron lớp ngoài cùng” cho nguyên tố nhóm B; với nhóm B phải cộng cả electron (n–1)d.
  • Đếm chu kì bằng số phân lớp thay vì số lớp.

Bài luyện tập (có đáp án)

Bài 1. Viết cấu hình electron và xác định vị trí của S (Z = 16) và K (Z = 19).

Bài 2. Nguyên tử X có cấu hình electron kết thúc ở 3d54s2. Xác định Z và vị trí của X.

Bài 3. Nguyên tử Y có 3 lớp electron và 6 electron ở lớp ngoài cùng. Y là kim loại hay phi kim? Xác định Z.

Đáp án

  • Bài 1. S: 1s22s22p63s23p4 → ô 16, chu kì 3, nhóm VIA. K: 1s22s22p63s23p64s1 → ô 19, chu kì 4, nhóm IA.
  • Bài 2. Cấu hình đầy đủ 1s22s22p63s23p63d54s2, tổng 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 5 + 2 = 25 electron nên Z = 25 (Mn). Có 4 lớp → chu kì 4; tổng 5 + 2 = 7 → nhóm VIIB.
  • Bài 3. Cấu hình 1s22s22p63s23p4, Z = 2 + 2 + 6 + 2 + 4 = 16 (lưu huỳnh). Có 6 electron ngoài cùng nên là phi kim, thuộc chu kì 3, nhóm VIA.

Tóm lại, em cứ làm theo hai bước: điền đủ Z electron theo thứ tự năng lượng, rồi đọc ra ô, chu kì, nhóm từ cấu hình. Gặp nguyên tố có phân lớp d thì nhớ kiểm tra ngoại lệ d5 và d10.

Câu hỏi thường gặp

Làm sao biết nguyên tố thuộc nhóm A hay nhóm B?

Nếu electron cuối cùng điền vào phân lớp s hoặc p thì là nhóm A; nếu điền vào phân lớp d thì là nhóm B (nguyên tố d).

Vì sao viết 3d trước 4s dù 4s được điền trước?

Khi điền, 4s có năng lượng thấp hơn nên điền trước. Nhưng cấu hình electron được viết theo thứ tự lớp, nên 3d ghi trước 4s.

Số thứ tự nhóm B xác định thế nào?

Cộng số electron ở phân lớp (n–1)d và ns. Tổng từ 3 đến 7 là nhóm IIIB đến VIIB, 8–10 là nhóm VIIIB, 11 là IB, 12 là IIB.

Cr và Cu có cấu hình khác thường như thế nào?

Cr là [Ar]3d5 4s1 và Cu là [Ar]3d10 4s1, vì phân lớp d bán bão hoà hoặc bão hoà bền hơn nên một electron từ 4s chuyển sang 3d.

Bài học liên quan