Bài tập Cấu trúc lớp vỏ electron của nguyên tử có đáp án

- Theo mô hình nguyên tử của Rutherford – Bohr, các electron chuyển động trên những quỹ đạo hình tròn hay bầu dục xác định xung quanh hạt nhân.

- Theo mô hình hiện đại, trong nguyên tử, các electron chuyển động rất nhanh xung quanh hạt nhân không theo một quỹ đạo xác định, tạo thành đám mây electron.

- Các electron được sắp xếp thành từng lớp và phân lớp theo năng lượng từ thấp đến cao.

- Trình tự sắp xếp các mức năng lượng:

+ Các electron trên cùng một phân lớp có năng lượng bằng nhau.

+ Các electron trên cùng một lớp có năng lượng gần bằng nhau.

- Việc phân bố các electron trong nguyên tử tuân theo nguyên lí vững bền, nguyên lí Pauli và quy tắc Hund.

Điểm giống nhau: Nguyên tử gồm hạt nhân mang điện tích dương và vỏ nguyên tử chứa electron mang điện tích âm. Electron chuyển động quanh hạt nhân.

Khác nhau:

***- Theo Rutherford – Bohr:* **

+ Chưa tìm ra hạt neutron.

+ Hạt nhân nằm ở giữa, electron chuyển động quanh hạt nhân trên quỹ đạo đường đi xác định có hình tròn hoặc hình bầu dục.

- Theo mô hình hiện đại:

+ Đã tìm ra hạt neutron.

+ Electron chuyển động hỗn loạn không có quỹ đạo xác định quanh hạt nhân ⇒ Chỉ xác định được khoảng không gian mà electron chuyển động trong đó, khoảng không gian đó gọi là Orbital nguyên tử.

- Các thiên thể quay quanh Mặt Trời theo quỹ đạo xác định.

- Theo Rutherford – Bohr: các electron chuyển động trên những quỹ đạo hình tròn hay bầu dục xác định xung quanh hạt nhân.

⇒ Mô hình nguyên tử của Rutherford – Bohr được gọi là mô hình hành tinh nguyên tử, tương tự như hệ Mặt Trời

- Đám mây nguyên tử được tạo thành khi các electron chuyển động rất nhanh xung quanh hạt nhân với xác suất tìm thấy không giống nhau.

- Orbital nguyên tử là khu vực không gian xung quanh hạt nhân mà tại đó xác suất có mặt electron khoảng 90%.

- Giống nhau: đều có dạng hình số tám nổi.

- Khác nhau: Sự định hướng trong không gian

+ Orbital p$_{x}$ có dạng hình số tám nổi hướng theo trục x.

+ Orbital p$_{y}$ có dạng hình số tám nổi hướng theo trục y.

+ Orbital p$_{z}$ có dạng hình số tám nổi hướng theo trục z.

Lực hút của hạt nhân với lớp K là lớn nhất, lớp Q là nhỏ nhất.

Ở trạng thái cơ bản, các electron trong nguyên tử chiếm lần lượt những orbital có mức năng lượng từ thấp đến cao: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p …

Qua đó cho ta thấy khi điện tích hạt nhân tăng có sự chèn mức năng lượng mức 4s trở nên thấp hơn 3d, mức 5s thấp hơn 4d, ...

Để biểu diễn orbital nguyên tử, người ta sử dụng các ô vuông, gọi là ô lượng tử, mỗi ô lượng tử ứng với một AO, mỗi AO chứa tối đa 2 electron.

Nếu trong AO chỉ chứa một electron thì electron đó gọi là electron độc thân (kí hiệu bởi một mũi tên hướng lên ↑). Ngược lại, nếu AO chứa đủ hai electron thì các electron đó gọi là electron ghép đôi (kí hiệu bởi hai mũi tên ngược chiều nhau ↑↓).

Cách 1: Số electron tối đa trong phân lớp p là 6.

Phân lớp 2p chỉ chứa một nửa số electron tối đa ⇒ 2p$^{3}$

Nguyên tử nitrogen có 2 lớp electron trong đó có 2 phân lớp s và 1 phân lớp p

⇒ Cấu hình electron của nguyên tử nitrogen là: 1s$^{2}$2s$^{2}$2p$^{3}$

Nguyên tử nitrogen có 7 electron.

Cách 2:Số electron tối đa trong phân lớp p là 6.

Trong nguyên tử nitrogen, phân lớp 2p chỉ chứa một nửa số electron tối đa ⇒ phân lớp 2 p chứa 3 electron.

Nitrogen có 2 phân lớp s đều chứa electron tối đa ⇒ tổng số các electron trên các phân lớp s là 2 × 2 = 4.

Nguyên tử nitrogen có 3 + 4 = 7 electron.

Trường hợp a) không có electron độc thân

Trường hợp b) có 3 electron độc thân

Trường hợp hợp c) có 2 electron độc thân

Nhận xét:

Phân lớp bão hòa chứa đủ số electron tối đa.

Phân lớp nửa bão hòa chứa một nửa số electron tối đa.

Phân lớp chưa bão hòa chưa đủ số electron tối đa.

Trong một orbital, electron đầu tiên được biểu diễn bằng mũi tên quay lên, electron thứ 2 được biểu diễn bằng mũi tên quay xuống. Electron được điền vào các orbital theo thứ tự từ trái sang phải.

Cách phân bố electron vào các orbial để số electron độc thân là tối đa:

Biểu diễn các electron bằng mũi tên đi lên vào lần lượt các orbital trước, sau đó mới quay lại biểu diễn các electron bằng mũi tên đi xuống vào các orbital.

Trường hợp (a) tuân theo quy tắc Hund vì số electron độc thân đã tối đa.

Trường hợp (b) không tuân theo quy tắc Hund vì số electron độc thân chưa tối đa.

Cấu hình electron của một nguyên tử cho biết sự phân bố electron trong vỏ nguyên tử trên các phân lớp thuộc các lớp khác nhau

Cấu hình electron nguyên tử aluminium (Z = 13) là: 1s$^{2}$2s$^{2}$2p$^{6}$3s$^{2}$3p$^{1}$

Cấu hình electron theo ô orbital:

Dựa vào Bảng 4.2, cấu hình electron của phosphorus (Z = 15): 1s$^{2}$2s$^{2}$2p$^{6}$3s$^{2}$3p$^{3}$.

Cơ sở để dự đoán phosphorus (Z = 15) là nguyên tố phi kim: Có 5 electron lớp ngoài cùng.

Dựa vào Bảng 4.2, cấu hình electron của lithium (Z = 3) là 1s$^{2}$2s$^{1}$

Nguyên tử lithium có 1 electron lớp ngoài cùng ⇒ là kim loại.

Chọn (1) thỏa mãn vì chứa tối đa electron độc thân, các electron độc thân được biểu diễn bằng mũi tên hướng lên trên.

(2) sai vì chưa thỏa mãn số electron độc thân là tối đa.

(3) sai vì electron độc thân phải được biểu diễn bằng mũi tên hướng lên trên.

(4) sai vì electron độc thân phải được biểu diễn bằng mũi tên hướng lên trên.

(5) sai vì chưa thỏa mãn số electron độc thân là tối đa và electron độc thân phải được biểu diễn bằng mũi tên hướng lên trên.

(6) sai vì electron độc thân phải được biểu diễn bằng mũi tên hướng lên trên.

Ta xác định được nguyên tử nguyên tố X lớp thứ nhất có 2 electron, lớp thứ hai có 6 electron nên số electron của nguyên tử của X là 2 + 6 = 8 electron ⇒8 proton.

Do đó số hiệu nguyên tử của X là 8.

Ở trạng thái cơ bản, nguyên tử của tất cả các nguyên tố trên đều chứa electron độc thân.

Carbon (Z = 6): 1s$^{2}$2s$^{2}$2p$^{2}$

Từ cấu hình electron ⇒ Nguyên tử carbon có 4 electron lớp ngoài cùng ⇒ Là phi kim.

Sodium (Z = 11): 1s$^{2}$2s$^{2}$2p$^{6}$3s$^{1}$

Từ cấu hình electron ⇒ Nguyên tử sodium có 1 electron lớp ngoài cùng ⇒ Là kim loại.

Oxygen (Z = 8): 1s$^{2}$2s$^{2}$2p$^{4}$

Từ cấu hình electron ⇒ Nguyên tử oxygen có 6 electron lớp ngoài cùng ⇒ Là phi kim.