Trả lời nhanh
Canxi (Ca) có số hiệu nguyên tử Z = 20 nên có 20 electron. Cấu hình electron là 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2, viết gọn là [Ar]4s2. Nguyên tử có 2 electron ở lớp ngoài cùng nên Ca là kim loại, dễ nhường 2 electron tạo ion Ca2+.
Cách viết cấu hình electron của nguyên tử Ca
Muốn viết cấu hình electron, em làm theo ba bước: xác định số electron, xếp electron vào các phân lớp theo thứ tự mức năng lượng tăng dần, rồi kiểm tra lại tổng số electron.
- Số electron: nguyên tử trung hoà nên số electron = số proton = Z = 20.
- Thứ tự điền: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p…
- Điền tối đa: phân lớp s chứa tối đa 2 electron, p chứa 6, d chứa 10.
| Phân lớp | Số electron điền | Số electron còn lại |
|---|---|---|
| 1s | 2 | 18 |
| 2s | 2 | 16 |
| 2p | 6 | 10 |
| 3s | 2 | 8 |
| 3p | 6 | 2 |
| 4s | 2 | 0 |
Vậy cấu hình đầy đủ: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2. Cộng lại: 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 = 20 electron, đúng với Z.
Cấu hình viết gọn: 18 electron đầu (1s2 2s2 2p6 3s2 3p6) trùng cấu hình của khí hiếm argon (Z = 18), nên viết là [Ar]4s2.
Phân bố electron theo lớp
Gộp các phân lớp có cùng số thứ tự lớp, ta được sự phân bố electron theo lớp: lớp K (n = 1) có 2, lớp L (n = 2) có 8, lớp M (n = 3) có 8, lớp N (n = 4) có 2.
Lưu ý: lớp M mới có 8 electron (3s2 3p6) vì phân lớp 3d chưa được điền. Phân lớp 4s có mức năng lượng thấp hơn 3d nên 2 electron cuối cùng vào 4s trước.
Biểu diễn theo ô orbital
Với lớp ngoài cùng 4s2, orbital 4s chứa 2 electron ghép đôi (spin ngược chiều): 4s [↑↓]. Các orbital còn lại của cấu hình đều đã đầy electron ghép đôi, nên nguyên tử Ca không có electron độc thân.
Từ cấu hình electron suy ra vị trí của Ca trong bảng tuần hoàn
| Căn cứ | Kết luận |
|---|---|
| Z = 20 | Ô số 20 |
| Có 4 lớp electron | Chu kì 4 |
| Electron cuối cùng điền vào phân lớp s, lớp ngoài cùng có 2 electron | Nhóm IIA (nguyên tố s) |
| Ít electron ở lớp ngoài cùng (1–3 e) | Kim loại (kim loại kiềm thổ) |
Cấu hình electron của ion Ca2+
Khi tham gia phản ứng, Ca nhường 2 electron ở lớp ngoài cùng (4s) để đạt cấu hình bền của khí hiếm:
Ca → Ca2+ + 2e
Cấu hình của Ca2+: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 hay [Ar]. Ion này có 18 electron, 20 proton, 3 lớp electron.
Một số phản ứng thể hiện tính khử của Ca (số oxi hoá 0 → +2):
- Ca + Cl2 → CaCl2 (đun nóng; Ca cháy trong khí clo)
- Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2↑ (có bọt khí H2 thoát ra, dung dịch hơi đục do Ca(OH)2 ít tan)
Lỗi sai thường gặp
- Viết 3d2 thay cho 4s2: sai, vì 4s có mức năng lượng thấp hơn 3d nên được điền trước. Phân lớp 3d của Ca còn trống.
- Viết 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2: tổng cũng bằng 20 nhưng không đúng trạng thái cơ bản.
- Nhầm cấu hình ion: Ca2+ mất electron ở lớp ngoài cùng (4s), không phải thêm electron.
- Nhầm với kali: K (Z = 19) có [Ar]4s1; Ca hơn K một electron ở 4s.
Mẹo nhớ: Ca = “Ar + 2”. Em nhớ [Ar] gồm 18 electron, cộng thêm 4s2 là ra Ca.
Bài tập vận dụng
Bài 1. Viết cấu hình electron của Ca2+ và cho biết ion nào sau đây có cùng cấu hình: Cl–, Na+, K+.
Đáp án: Ca2+: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 (18 electron). Cl– (17 + 1 = 18 e) và K+ (19 – 1 = 18 e) có cùng cấu hình; Na+ chỉ có 10 electron nên không trùng.
Bài 2. Nguyên tử nguyên tố X có cấu hình lớp ngoài cùng là 4s2 và các lớp trong đã bão hoà như khí hiếm argon. X là nguyên tố nào, ở nhóm nào?
Đáp án: Cấu hình là [Ar]4s2 nên Z = 18 + 2 = 20, X là canxi (Ca), chu kì 4, nhóm IIA.
Bài 3. Tính số electron ở mỗi lớp của nguyên tử Mg (Z = 12) và so sánh với Ca.
Đáp án: Mg: 1s2 2s2 2p6 3s2, phân bố 2/8/2. Ca phân bố 2/8/8/2. Cả hai đều có 2 electron lớp ngoài cùng nên cùng nhóm IIA và có tính chất hoá học tương tự; Ca ở chu kì 4, Mg ở chu kì 3.
Câu hỏi thường gặp
Cấu hình electron của Ca là gì?
Ca (Z = 20) có cấu hình 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s², viết gọn là [Ar]4s². Lớp ngoài cùng có 2 electron.
Ca ở ô nào, chu kì nào, nhóm nào trong bảng tuần hoàn?
Ca ở ô số 20, chu kì 4 (có 4 lớp electron), nhóm IIA (2 electron lớp ngoài cùng, electron cuối điền vào phân lớp s).
Cấu hình electron của ion Ca²⁺ viết thế nào?
Ca nhường 2 electron 4s nên Ca²⁺ có cấu hình 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶, tức [Ar], giống khí hiếm argon.
Vì sao electron điền vào 4s trước 3d ở nguyên tử Ca?
Vì theo thứ tự mức năng lượng, phân lớp 4s thấp hơn 3d nên được điền trước. Với Ca, phân lớp 3d vẫn còn trống.