Cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố thường gặp chương trình mới
1. Cấu hình electron nguyên tử và cách viết cấu hình electron nguyên tử
– Khái niệm: Cấu hình electron nguyên tử biểu diễn sự phân bố electron trên các phân lớp thuộc các lớp khác nhau.
– Quy ước cách viết cấu hình electron nguyên tử:
+ Số thứ tự lớp electron được viết bằng các chữ số (1, 2, 3 …)
+ Phân lớp được kí hiệu bằng chữ cái thường (s, p, d, f)
+ Số electron được ghi bằng chỉ số ở phía trên, bên phải kí hiệu của phân lớp (s2; p6 …)
– Cách viết cấu hình electron nguyên tử:
+ Bước 1: Xác định số electron của nguyên tử (chú ý trong nguyên tử số electron = số proton = số hiệu nguyên tử = số thứ thự ô nguyên tố).
+ Bước 2: Điền electron theo thứ tự các mức năng lượng từ thấp đến cao (dãy Klechkovski) theo các nguyên lý và quy tắc phân bố electron trong nguyên tử:
Điền electron bão hòa phân lớp trước rồi mới điền tiếp vào phân lớp sau.
+ Bước 3: Đổi lại vị trí các phân lớp sao cho số thứ tự lớp (n) tăng dần từ trái qua phải, các phân lớp trong cùng một lớp theo thứ tự s, p, d, f.
Ví dụ: Viết cấu hình electron nguyên tử Fe (Z = 26):
Bước 1: Fe có Z = 26 nên có 26 electron trong nguyên tử.
Bước 2: Điền electron vào phân mức năng lượng: 1s22s22p63s23p64s23d6
Bước 3: Sắp xếp lại vị trí theo đúng thứ tự lớp và phân lớp.
⇒ Cấu hình electron nguyên tử Fe: 1s22s22p63s23p63d64s2
Viết gọn: [Ar]3d64s2.
Chú ý:
– Cách ghi nhớ trật tự phân mức năng lượng bằng cách sử dụng một số câu nói vui:
1s 2s
2p 3s
3p 4s
3d 4p 5s
4d 5p 6s
4f 5d 6p 7s
5f 6d 7p 8s
son son
phấn son
phấn son
đánh phấn son
đánh phấn son
fải đánh phấn son
fải đánh phấn son
sáng sớm
phơi sắn
phơi sắn
đi phơi sắn
đi phơi sắn
fải đi phơi sắn
fải đi phơi sắn
– Quy tắc đường chéo xác định thứ tự mức năng lượng theo dãy Klechkovski như sau:
– Dưới đây là bảng cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố hay gặp:
2. Cấu hình electron của 20 nguyên tố đầu tiên trong bảng tuần hoàn
Z
Tên nguyên tử
Kí hiệu
Cấu hình electron đầy đủ
Cấu hình electron thu gọn
Tính chất
1
Hydrogen
H
1s1
Phi kim
2
Helium
He
1s2
[He]
Khí hiếm
3
Lithium
Li
1s22s1
[He]2s1
Kim loại
4
Beryllium
Be
1s22s2
[He]2s2
Kim loại
5
Boron
B
1s22s22p1
[He]2s22p1
Phi kim
6
Carbon
C
1s22s22p2
[He]2s22p2
Phi kim
7
Nitrogen
N
1s22s22p3
[He]2s22p3
Phi kim
8
Oxygen
O
1s22s22p4
[He]2s22p4
Phi kim
9
Fluorine
F
1s22s22p5
[He]2s22p5
Phi kim
10
Neon
Ne
1s22s22p6
[Ne]
Khí hiếm
11
Sodium (natri)
Na
1s22s22p63s1
[Ne]3s1
Kim loại
12
Magnessium
Mg
1s22s22p63s2
[Ne]3s2
Kim loại
13
Aluminium (Nhôm)
Al
1s22s22p63s23p1
[Ne]3s23p1
Kim loại
14
Silicon
Si
1s22s22p63s23p2
[Ne]3s23p2
Phi kim
15
Phosphorus
P
1s22s22p63s23p3
[Ne]3s23p3
Phi kim
16
Sulfur
(Lưu huỳnh)
S
1s22s22p63s23p4
[Ne]3s23p4
Phi kim
17
Chlorine
Cl
1s22s22p63s23p5
[Ne]3s23p5
Phi kim
18
Argon
Ar
1s22s22p63s23p6
[Ar]
Khí hiếm
19
Potassium (kali)
K
1s22s22p63s23p64s1
[Ar]4s1
Kim loại
20
Calcium (canxi)
Ca
1s22s22p63s23p64s2
[Ar]4s2
Kim loại
2. Một số cấu hình electron đặc biệt
Theo quy tắc thì cấu hình electron của Cr và Cu là:
Cr (Z = 24): 1s22s22p63s23p63d44s2 hay [Ar]3d44s2
Cu (Z = 29): 1s22s22p63s23p63d94s2 hay [Ar] 3d94s2
Tuy nhiên, cấu hình electron này không bền vững nên một electron của phân lớp 4s chuyển sang phân lớp 3d để đạt cấu hình electron bền vững hơn (trạng thái bão bán bão hòa ở Cr và bão hòa ở Cu).
⇒ Cấu hình electron của Cr và Cu thực tế là:
Cr (Z = 24): 1s22s22p63s23p63d54s1 hay [Ar]3d54s1
Cu (Z = 29): 1s22s22p63s23p63d104s1 hay [Ar] 3d104s1.
3. Cấu hình electron một số nguyên tố nhóm B thường gặp (Z = 21 đến Z = 30)
Z
Tên nguyên tử
Kí hiệu
Cấu hình electron đầy đủ
Cấu hình electron thu gọn
21
Scandium
Sc
1s22s22p63s23p63d14s2
[Ar]3d14s2
22
Titanium
Ti
1s22s22p63s23p63d24s2
[Ar]3d24s2
23
Vanadium
V
1s22s22p63s23p63d34s2
[Ar]3d34s2
24
Chromium
Cr
1s22s22p63s23p63d54s1
[Ar]3d54s1
25
Manganese
Mn
1s22s22p63s23p63d54s2
[Ar]3d54s2
26
Iron (sắt)
Fe
1s22s22p63s23p63d64s2
[Ar]3d64s2
27
Cobalt
Co
1s22s22p63s23p63d74s2
[Ar]3d74s2
28
Nickel
Ni
1s22s22p63s23p63d84s2
[Ar]3d84s2
29
Copper (đồng)
Cu
1s22s22p63s23p63d104s1
[Ar] 3d104s1
30
Zinc (kẽm)
Zn
1s22s22p63s23p63d104s2
[Ar] 3d¹⁰4s²
4. Cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố trong bảng tuần hoàn
Z
Tên nguyên tử
Kí hiệu
Cấu hình electron thu gọn
Tính chất
1
Hydrogen
H
Phi kim
2
Helium
He
[He]
Khí hiếm
3
Lithium
Li
[He]2s1
Kim loại
4
Beryllium
Be
[He]2s2
Kim loại
5
Boron
B
[He]2s22p1
Phi kim
6
Carbon
C
[He]2s22p2
Phi kim
7
Nitrogen
(nitơ)
N
[He]2s22p3
Phi kim
8
Oxygen
(oxi)
O
[He]2s22p4
Phi kim
9
Fluorine
(flo)
F
[He]2s22p5
Phi kim
10
Neon
Ne
[Ne]
Khí hiếm
11
Sodium
(natri)
Na
[Ne]3s1
Kim loại
12
Magnesium
(magie)
Mg
[Ne]3s2
Kim loại
13
Aluminium (nhôm)
Al
[Ne]3s23p1
Kim loại
14
Silicon
(silic)
Si
[Ne]3s23p2
Phi kim
15
Phosphorus
(photpho)
P
[Ne]3s23p3
Phi kim
16
Sulfur
(Lưu huỳnh)
S
[Ne]3s23p4
Phi kim
17
Chlorine
(clo)
Cl
[Ne]3s23p5
Phi kim
18
Argon
Ar
[Ar]
Khí hiếm
19
Potassium
(kali)
K
[Ar]4s1
Kim loại
20
Calcium
(canxi)
Ca
[Ar]4s2
Kim loại
21
Scandium
Sc
[Ar]3d14s2
Kim loại
22
Titanium
Ti
[Ar]3d24s2
Kim loại
23
Vanadium
V
[Ar]3d34s2
Kim loại
24
Chromium
(crom)
Cr
[Ar]3d54s1
Kim loại
25
Manganese
(mangan)
Mn
[Ar]3d54s2
Kim loại
26
Iron
(sắt)
Fe
[Ar]3d64s2
Kim loại
27
Cobaly
Co
[Ar]3d74s2
Kim loại
28
Nickel
Ni
[Ar]3d84s2
Kim loại
29
Copper
(đồng)
Cu
[Ar] 3d104s1
Kim loại
30
Zinc
(kẽm)
Zn
[Ar] 3d¹⁰4s²
Kim loại
31
Gallium
Ga
[Ar] 3d¹⁰4s²4p1
Kim loại
32
Germanium
Ge
[Ar] 3d¹⁰4s²4p2
Kim loại
33
Arsenic
As
[Ar] 3d¹⁰4s²4p3
Phi kim
34
Selenium
Se
[Ar] 3d¹⁰4s²4p4
Phi kim
35
Bromine
(brom)
Br
[Ar] 3d¹⁰4s²4p5
Phi kim
36
Krypton
Kr
[Ar] 3d¹⁰4s²4p6
Khí hiếm
37
Rubidium
Rb
[Kr] 5s1
Kim loại
38
Strontium
Sr
[Kr] 5s2
Kim loại
39
Yttrium
Y
[Kr] 4d15s2
Kim loại
40
Zirconium
Zr
[Kr] 4d25s2
Kim loại
41
Niobium
Nb
[Kr] 4d45s1
Kim loại
42
Molybdenum
Mo
[Kr] 4d55s1
Kim loại
43
Technetium
Tc
[Kr] 4d55s2
Kim loại
44
Ruthenium
Ru
[Kr] 4d75s2
Kim loại
45
Rhodium
Rh
[Kr] 4d85s1
Kim loại
46
Palladium
Pd
[Kr] 4d10
Kim loại
47
Silver
(bạc)
Ag
[Kr] 4d105s1
Kim loại
48
Cadmium
Cd
[Kr] 4d105s2
Kim loại
49
Indium
In
[Kr]4d105s25p1
Kim loại
50
Tin (thiếc)
Sn
[Kr]4d105s25p2
Kim loại
51
Antimony
Sb
[Kr]4d105s25p3
Kim loại
52
Tellurium
Te
[Kr]4d105s25p4
Phi kim
53
Iodine
(iot)
I
[Kr]4d105s25p5
Phi kim
54
Xenon
Xe
[Kr]4d105s25p6
Khí hiếm
55
Caesium
Cs
[Xe]6s1
Kim loại
56
Barium
(bari)
Ba
[Xe]6s2
Kim loại
57
Lanthanum
La
[Xe]5d16s2
Kim loại
58
Cerium
Ce
[Xe]4f15d16s2
Kim loại
59
Praseodymium
Pr
[Xe]4f36s2
Kim loại
60
Neodymium
Nd
[Xe]4f46s2
Kim loại
61
Promethium
Pm
[Xe]4f56s2
Kim loại
62
Samarium
Sm
[Xe]4f66s2
Kim loại
63
Europium
Eu
[Xe]4f76s2
Kim loại
64
Gadolinium
Gd
[Xe]4f75d16s2
Kim loại
65
Terbium
Tb
[Xe]4f96s2
Kim loại
66
Dysprosium
Dy
[Xe]4f106s2
Kim loại
67
Holmium
Ho
[Xe]4f116s2
Kim loại
68
Erbium
Er
[Xe]4f126s2
Kim loại
69
Thulium
Tm
[Xe]4f136s2
Kim loại
70
Ytterbium
Yb
[Xe]4f146s2
Kim loại
71
Lutetium
Lu
[Xe]4f145d16s2
Kim loại
72
Hafnium
Hf
[Xe]4f145d26s2
Kim loại
73
Tantalum
Ta
[Xe]4f145d36s2
Kim loại
74
Tungsten
W
[Xe]4f145d46s2
Kim loại
75
Rhenium
Re
[Xe]4f145d56s2
Kim loại
76
Osmium
Os
[Xe]4f145d66s2
Kim loại
77
Iridium
Ir
[Xe]4f145d76s2
Kim loại
78
Platinum
Pt
[Xe]4f145d96s1
Kim loại
79
Gold
(vàng)
Au
[Xe]4f145d106s1
Kim loại
80
Mercury
(Thủy ngân)
Hg
[Xe]4f145d106s2
Kim loại
81
Thallium
Tl
[Xe]4f145d106s26p1
Kim loại
82
Lead
(chì)
Pb
[Xe]4f145d106s26p2
Kim loại
83
Bismuth
Bi
[Xe]4f145d106s26p3
Kim loại
84
Polonium
Po
[Xe]4f145d106s26p4
Kim loại
85
Astatine
At
[Xe]4f145d106s26p5
Kim loại
86
Radon
Rn
[Xe]4f145d106s26p6
Khí hiếm
87
Francium
Fr
[Rn]7s1
Kim loại
88
Radium
Ra
[Rn]7s2
Kim loại
89
Actinium
Ac
[Rn]6d17s2
Kim loại
90
Thorium
Th
[Rn]6d27s2
Kim loại
91
Protactinium
Pa
[Rn]5f26d17s2
Kim loại
92
Uranium
U
[Rn]5f36d17s2
Kim loại
93
Neptunium
Np
[Rn]5f46d17s2
Kim loại
94
Plutonium
Pu
[Rn]5f67s2
Kim loại
95
Americium
Am
[Rn]5f77s2
Kim loại
96
Curium
Cm
[Rn]5f76d17s2
Kim loại
97
Berkelium
Bk
[Rn]5f97s2
Kim loại
98
Californium
Cf
[Rn]5f107s2
Kim loại
99
Einsteinium
Es
[Rn]5f117s2
Kim loại
100
Fermium
Fm
[Rn]5f127s2
Kim loại
101
Mendelevium
Md
[Rn]5f137s2
Kim loại
102
Nobelium
No
[Rn]5f147s2
Kim loại
103
Lawrencium
Lr
[Rn]5f147s27p1
Kim loại
104
Rutherfordium
Rf
[Rn]5f146d27s2
Kim loại
105
Dubnium
Db
*[Rn]5f146d37s2
Kim loại
106
Seaborgium
Sg
*[Rn]5f146d47s2
Kim loại
107
Bohrium
Bh
*[Rn]5f146d57s2
Kim loại
108
Hassium
Hs
*[Rn]5f146d67s2
Kim loại
109
Meitnerium
Mt
*[Rn]5f146d77s2
Kim loại
110
Darmstadtium
Ds
*[Rn]5f146d97s1
Kim loại
111
Roentgenium
Rg
*[Rn]5f146d107s1
Kim loại
112
Copernicium
Cn
*[Rn]5f146d107s2
Kim loại
113
Nihonium
Nh
*[Rn]5f146d107s27p1
Kim loại
114
Flerovium
Fl
*[Rn]5f146d107s27p2
Kim loại
115
Moscovium
Mc
*[Rn]5f146d107s27p3
Kim loại
116
Livermorium
Lv
*[Rn]5f146d107s27p4
Kim loại
117
Tennessine
Ts
*[Rn]5f146d107s27p5
Kim loại
118
Oganesson
Og
*[Rn]5f146d107s27p6
Khí hiếm
* Cấu hình electron được dự đoán.
5. Biểu diễn cấu hình electron theo ô orbital
– Biểu diễn cấu hình electron theo orbital (còn gọi là cách biểu diễn cấu hình theo ô lượng tử) là một cách biểu diễn sự phân bố electron theo orbital, ta có thể biết được nguyên tử có bao nhiêu electron độc thân, electron độc thân đó nằm ở orbital nào, từ đó thuận lợi cho việc dự đoán trạng thái lai hóa, giải thích sự hình thành liên kết hóa học, …
– Để biểu diễn cấu hình electron theo ô orbital ta cần nhớ 2 nguyên lý và 1 quy tắc:
+ Nguyên lý vững bền: 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 …
+ Nguyên lí Pauli: Mỗi orbital chỉ chứa tối đa 2 electron và có chiều tự quay ngược nhau.
+ Quy tắc Hund: Trong cùng một phân lớp chưa bão hòa, các electron sẽ phân bố vào các orbital sao cho số electron độc thân là tối đa.
– Các bước biểu diễn cấu hình electron theo orbital:
+ Bước 1: Viết cấu hình electron của nguyên tử
+ Bước 2: Biểu diễn mỗi AO bằng một ô vuông (orbital hay ô lượng tử), các AO trong cùng phân lớp thì viết liền nhau, các AO khác phân lớp thì viết tách nhau. Thứ tự các ô orbital từ trái sang phải theo thứ tự như ở cấu hình electron.
+ Bước 3: Điền electron vào từng ô orbital theo thứ tự lớp và phân lớp, mỗi electron biểu diễn bằng một mũi tên.
Lưu ý:
– Trong mỗi phân lớp, electron được phân bố sao cho số electron độc thân là lớn nhất, electron được điền vào các orbital theo thứ tự từ trái sang phải.
– Trong một ô orbital, electron đầu tiên được biểu diễn bằng mũi tên quay lên, electron thứ hai được biểu diễn bằng mũi tên quay xuống.
Ví dụ: Biểu diễn cấu hình electron nguyên tử O (Z = 8) theo ô orbital
Bước 1: Nguyên tử O (Z = 8) có cấu hình electron nguyên tử là 1s22s22p4.
Bước 2: Thứ tự các ô orbital của nguyên tử O:
Bước 3: Cấu hình theo orbital của O như sau:
Như vậy, nguyên tử oxygen có 2 elctron độc thân, thuộc AO 2p.
Mở rộng: Electron mang điện tích âm nên hai electron trong cùng một AO sẽ đẩy nhau, vì vậy chúng có xu hướng tách nhau ra và chiếm hai AO khác nhau. Đây là lí do vì sao trong một phân lớp, các electron cần được sắp xếp sao cho số electron độc thân là lớn nhất.
– Dưới đây là bảng cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố theo ô orbital hay gặp:
Z
Kí hiệu nguyên tử
Cấu hình electron đầy đủ
Orbital
Số electron độc thân
1
H
1s1
1
2
He
1s2
0
3
Li
1s22s1
1
4
Be
1s22s2
0
5
B
1s22s22p1
1
6
C
1s22s22p2
2
7
N
1s22s22p3
3
8
O
1s22s22p4
2
9
F
1s22s22p5
1
10
Ne
1s22s22p6
0
11
Na
1s22s22p63s1
1
12
Mg
1s22s22p63s2
0
13
Al
1s22s22p63s23p1
1
14
Si
1s22s22p63s23p2
2
15
P
1s22s22p63s23p3
3
16
S
1s22s22p63s23p4
2
17
Cl
1s22s22p63s23p5
1
18
Ar
1s22s22p63s23p6
0
19
K
1s22s22p63s23p64s1
1
20
Ca
1s22s22p63s23p64s2
0
Xem thêm cách viết cấu hình electron của các nguyên tố hóa học hay, chi tiết khác:
Cấu hình electron của H, hydrogen (hiđro) chương trình mới
Cấu hình electron của He, helium (heli) chương trình mới
Cấu hình electron của Li, lithium (liti) chương trình mới
Cấu hình electron của Be, beryllium (beri) chương trình mới
Cấu hình electron của B, boron (bo) chương trình mới
