Trả lời nhanh
Đồng (copper, Cu) có Z = 29 nên cấu hình electron là 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s¹, viết gọn [Ar]3d¹⁰4s¹. Đây là trường hợp ngoại lệ so với quy tắc điền thông thường (3d⁹4s²), vì phân lớp 3d đã đủ 10 electron (bão hoà) thì bền hơn nên 1 electron của 4s chuyển sang 3d.
Cấu hình electron của Cu viết như thế nào?
Nguyên tử đồng có 29 proton nên có 29 electron. Ta điền electron lần lượt vào các phân lớp theo thứ tự năng lượng tăng dần: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d…
- Theo thứ tự điền thông thường (dự đoán): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁹.
- Cấu hình thực tế: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s¹.
- Viết gọn: [Ar]3d¹⁰4s¹ (Ar có Z = 18: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶).
Kiểm tra tổng số electron: 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 10 + 1 = 29 ✓.
Theo lớp, Cu có 4 lớp electron (K, L, M, N) với số electron lần lượt là 2/8/18/1.
Vì sao Cu không có cấu hình 3d⁹4s²?
Năng lượng của hai phân lớp 3d và 4s rất gần nhau. Khi phân lớp d chứa đủ 10 electron (bão hoà, d¹⁰) hoặc đúng một nửa (bán bão hoà, d⁵), hệ có năng lượng thấp hơn, tức là bền hơn. Vì vậy với Cu, một electron ở 4s “nhảy” sang 3d để được 3d¹⁰:
3d⁹4s² → 3d¹⁰4s¹
Cách nhớ nhanh: cứ gặp nguyên tử có dạng …d⁴s² hay …d⁹s² thì khả năng cao là ngoại lệ, chuyển thành …d⁵s¹ hoặc …d¹⁰s¹. Hai ví dụ quen thuộc trong chương trình phổ thông là Cr (Z = 24): [Ar]3d⁵4s¹ và Cu (Z = 29): [Ar]3d¹⁰4s¹.
Biểu diễn theo ô orbital và số electron độc thân
Phân lớp 3d có 5 orbital, đều chứa đủ 2 electron ghép đôi (5 cặp = 10 electron). Phân lớp 4s có 1 orbital nhưng chỉ chứa 1 electron. Vậy nguyên tử Cu có 1 electron độc thân (ở 4s).
Chính electron độc thân và electron lớp ngoài cùng là 4s¹ làm cho Cu có tính chất của kim loại (dẫn điện, dẫn nhiệt rất tốt).
Vị trí của Cu trong bảng tuần hoàn
| Đặc điểm | Kết luận | Căn cứ |
|---|---|---|
| Ô nguyên tố | 29 | Z = 29 |
| Chu kì | 4 | Có 4 lớp electron |
| Nhóm | IB | Nguyên tố d, tổng electron hoá trị (3d + 4s) = 11 → nhóm IB (theo cách phân loại nhóm B ở bảng tuần hoàn) |
| Loại nguyên tố | Kim loại chuyển tiếp (khối d) | Electron cuối cùng điền vào phân lớp d |
| Electron lớp ngoài cùng | 1 | 4s¹ |
Cấu hình electron của ion Cu⁺ và Cu²⁺
Khi tạo cation, nguyên tử mất electron ở lớp ngoài cùng (số lớp n lớn nhất) trước, tức là mất electron 4s rồi mới đến 3d.
- Cu⁺ (mất 1e ở 4s): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰, viết gọn [Ar]3d¹⁰.
- Cu²⁺ (mất thêm 1e ở 3d): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁹, viết gọn [Ar]3d⁹.
Cu²⁺ còn 1 electron độc thân ở 3d nên các muối đồng(II) thường có màu xanh lam, còn Cu⁺ có 3d¹⁰ bão hoà (không có electron độc thân) nên nhiều hợp chất đồng(I) không màu hoặc màu trắng, ví dụ CuCl.
Lỗi sai thường gặp
- Viết [Ar]3d⁹4s² cho Cu: đây là cấu hình “dự đoán”, không đúng thực tế.
- Viết cấu hình Cu²⁺ là [Ar]3d⁷4s²: sai, vì khi tạo ion phải bỏ electron 4s trước, rồi mới bỏ 3d.
- Viết 4s trước 3d hay 3d trước 4s đều chấp nhận được, nhưng nhiều thầy cô khuyên viết theo thứ tự lớp (3d trước 4s) để dễ đếm lớp ngoài cùng.
- Quên kiểm tra tổng số electron sau khi viết: luôn cộng lại phải bằng Z (với nguyên tử) hoặc Z trừ điện tích (với cation).
Bài tập luyện tập
- Viết cấu hình electron của Cr (Z = 24) và cho biết số electron độc thân.
Đáp án: [Ar]3d⁵4s¹ (ngoại lệ do bán bão hoà); có 6 electron độc thân (5 ở 3d và 1 ở 4s). - Ion Cu²⁺ có bao nhiêu electron? Viết cấu hình.
Đáp án: 29 − 2 = 27 electron; cấu hình [Ar]3d⁹ (1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁹). - Ion Cu⁺ có bao nhiêu electron ở lớp ngoài cùng?
Đáp án: Cu⁺ là [Ar]3d¹⁰ nên lớp ngoài cùng là lớp M (n = 3) với 2 + 6 + 10 = 18 electron.
Câu hỏi thường gặp
Cấu hình electron của Cu là gì?
Cu có Z = 29, cấu hình electron là 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s¹, viết gọn [Ar]3d¹⁰4s¹.
Vì sao cấu hình của Cu là 3d¹⁰4s¹ chứ không phải 3d⁹4s²?
Vì phân lớp 3d đủ 10 electron (bão hoà) có năng lượng thấp hơn nên bền hơn. Một electron ở 4s chuyển sang 3d để đạt trạng thái bền này.
Cấu hình electron của Cu²⁺ là gì?
Cu²⁺ mất 1 electron ở 4s và 1 electron ở 3d nên có cấu hình 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁹, viết gọn [Ar]3d⁹.
Cu nằm ở ô, chu kì, nhóm nào?
Cu ở ô số 29, chu kì 4, nhóm IB, là kim loại chuyển tiếp thuộc khối d.