Trả lời nhanh
Sắt (Fe) có số hiệu nguyên tử Z = 26 nên có 26 electron. Cấu hình electron: 1s22s22p63s23p63d64s2, viết gọn là [Ar]3d64s2. Sắt thuộc ô 26, chu kì 4, nhóm VIIIB, là nguyên tố d. Khi tạo ion, Fe mất electron ở phân lớp 4s trước rồi mới đến 3d.
Cách viết cấu hình electron của Fe từng bước
Ta làm theo ba bước quen thuộc ở lớp 10:
- Xác định số electron: nguyên tử trung hoà nên số electron = số proton = Z = 26.
- Điền theo thứ tự mức năng lượng tăng dần: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p…
- Tuân thủ sức chứa tối đa: phân lớp s chứa tối đa 2 e, p chứa 6 e, d chứa 10 e.
Điền lần lượt: 1s2 (còn 24) → 2s2 (22) → 2p6 (16) → 3s2 (14) → 3p6 (8) → 4s2 (6) → 3d6 (0). Tổng: 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 + 6 = 26 ✔.
Khi trình bày, ta thường sắp xếp lại theo lớp: 1s22s22p63s23p63d64s2. Hai cách ghi (theo mức năng lượng hay theo lớp) đều được chấp nhận.
Thông tin rút ra từ cấu hình electron của Fe
| Nội dung | Kết quả | Căn cứ |
|---|---|---|
| Số electron mỗi lớp (K, L, M, N) | 2 / 8 / 14 / 2 | Cộng các phân lớp cùng lớp: lớp 3 có 3s23p63d6 = 14 |
| Số electron lớp ngoài cùng | 2 | 4s2 → Fe là kim loại |
| Chu kì | 4 | Có 4 lớp electron |
| Nhóm | VIIIB | Nguyên tố d, tổng electron 3d + 4s = 6 + 2 = 8 |
| Số electron độc thân | 4 | 3d6: một obitan chứa cặp e, bốn obitan còn lại mỗi obitan 1 e |
Cấu hình electron của ion Fe2+ và Fe3+
Đây là phần học sinh dễ sai nhất. Quy tắc: nguyên tử nhường electron từ lớp ngoài cùng trước, tức là lấy ra từ 4s, sau đó mới đến 3d.
- Fe → Fe2+ + 2e: mất 2 e ở 4s2. Cấu hình: 1s22s22p63s23p63d6 hay [Ar]3d6.
- Fe → Fe3+ + 3e: mất 2 e ở 4s và 1 e ở 3d. Cấu hình: 1s22s22p63s23p63d5 hay [Ar]3d5.
| Tiểu phân | Số e | Cấu hình electron gọn |
|---|---|---|
| Fe | 26 | [Ar]3d64s2 |
| Fe2+ | 24 | [Ar]3d6 |
| Fe3+ | 23 | [Ar]3d5 |
Vì sao Fe3+ bền? Cấu hình 3d5 có mỗi obitan d chứa đúng 1 electron (bán bão hoà), nên tương đối bền. Đó là lý do trong nhiều phản ứng, sắt dễ lên mức oxi hoá +3, và Fe2+ dễ bị oxi hoá thành Fe3+ trong không khí.
Mẹo nhớ và lỗi sai thường gặp
- Lỗi 1: viết Fe2+ là 3d44s2. Sai, vì electron 4s ở xa hạt nhân hơn nên bị tách ra trước. Nhớ: “ion hoá thì 4s đi trước”.
- Lỗi 2: viết 4s trước 3d khi điền, nhưng quên đổi khi sắp xếp theo lớp. Nếu đề yêu cầu theo lớp, ghi 3d rồi mới đến 4s.
- Lỗi 3: nhầm với Cr và Cu. Fe không phải trường hợp ngoại lệ. Cr (Z = 24) là [Ar]3d54s1 và Cu (Z = 29) là [Ar]3d104s1, còn Fe cứ điền bình thường 3d64s2.
- Mẹo kiểm tra nhanh: cộng các số mũ phải bằng Z (hoặc Z trừ điện tích dương với ion).
Bài luyện tập có đáp án
Bài 1. Nguyên tử X có cấu hình lớp ngoài cùng 3d74s2 và đầy đủ các lớp trong như Fe. Hãy cho biết Z của X và tên nguyên tố.
Đáp án: Phần bên trong [Ar] có 18 e, thêm 7 + 2 = 9 e nên Z = 27, là coban (Co).
Bài 2. Viết cấu hình electron của Mn (Z = 25) và cho biết có bao nhiêu electron độc thân.
Đáp án: [Ar]3d54s2. Phân lớp 3d có 5 e vào 5 obitan, mỗi obitan 1 e nên có 5 electron độc thân.
Bài 3. Ion M2+ có cấu hình [Ar]3d6. Xác định M.
Đáp án: M2+ có 18 + 6 = 24 e, suy ra M có 26 e, Z = 26, vậy M là Fe.
Tóm tắt cần nhớ
- Fe (Z = 26): 1s22s22p63s23p63d64s2.
- Fe2+: [Ar]3d6; Fe3+: [Ar]3d5.
- Fe: ô 26, chu kì 4, nhóm VIIIB, kim loại, có 4 electron độc thân.
Câu hỏi thường gặp
Cấu hình electron thu gọn của Fe là gì?
Fe có cấu hình thu gọn là [Ar]3d⁶4s², trong đó [Ar] đại diện cho 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ (18 electron).
Fe có bao nhiêu electron hoá trị?
Fe là nguyên tố d nên electron hoá trị nằm ở phân lớp 3d và 4s, gồm 6 + 2 = 8 electron. Vì vậy Fe nằm ở nhóm VIIIB.
Vì sao Fe³⁺ bền hơn Fe²⁺ trong nhiều trường hợp?
Fe³⁺ có cấu hình 3d⁵ bán bão hoà, mỗi obitan d có một electron nên tương đối bền. Vì vậy Fe²⁺ dễ bị oxi hoá thành Fe³⁺.
Khi tạo ion, Fe mất electron ở phân lớp nào trước?
Fe mất electron ở phân lớp 4s (lớp ngoài cùng) trước, sau đó mới mất electron ở 3d. Do đó Fe²⁺ là [Ar]3d⁶, không phải 3d⁴4s².