Cấu trúc lớp vỏ electron của nguyên tử SVIP

1. SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA ELECTRON TRONG NGUYÊN TỬ

➤ Sự chuyển động của electron trong nguyên tử

Trong mô hình Rutherford – Bohr, electron chuyển động theo quỹ đạo xác định quanh hạt nhân. Trong khi đó, mô hình hiện đại cho rằng electron chuyển động không định hướng rõ ràng, hình thành đám mây electron.

Mô hình hành tinh nguyên tử của Rutherford, Bohr và Sommerfeld

Mô hình đám mây electron của nguyên tử hydrogen

➤ Orbital nguyên tử

Orbital s có dạng hình cầu, orbital p có dạng hình số 8 nổi, còn orbital d và f có dạng phức tạp hơn.

- Orbital nguyên tử (AO) là vùng không gian quanh hạt nhân nơi xác suất tìm thấy electron là cao nhất (~90%).

- Hình dạng của AO s và AO p:

2. LỚP VÀ PHÂN LỚP ELECTRON

➤ Lớp electron

Trong nguyên tử, electron phân bố theo lớp từ gần đến xa hạt nhân. Các electron trong cùng một lớp có năng lượng gần như nhau.

Số thứ tự và tên gọi của các lớp electron

Minh hoạ các lớp electron ở vỏ nguyên tử:

➤ Phân lớp electron

Mỗi lớp electron (ngoại trừ lớp thứ nhất) được chia thành các phân lớp là s, p, d và f. Trong đó, các electron trên cùng một phân lớp có mức năng lượng bằng nhau.

3. CẤU HÌNH ELECTRON NGUYÊN TỬ

➤ Nguyên lí vững bền

Ở trạng thái cơ bản, electron điền vào các orbital theo thứ tự mức năng lượng tăng dần:

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p ...

Mối quan hệ về mức năng lượng của các orbital trong những phân lớp khác nhau:

➤ Nguyên lí Pauli

Mỗi orbital chứa tối đa 2 electron và chúng có chiều tự quay ngược nhau.

Một ô lượng tử (ô vuông) đại diện cho một orbital nguyên tử (AO).

Cách biểu diễn orbital

➤ Số AO và số electron tối đa trong một phân lớp và trong mỗi lớp

Số electron tối đa trong lớp thứ n được tính theo công thức là 2n² (n ≤ 4).

➤ Quy tắc Hund

Trong phân lớp chưa bão hòa, electron sẽ phân bố vào các orbital sao cho số electron độc thân nhiều nhất.

- Phân lớp bão hoà chứa đầy đủ electron.

- Phân lớp nửa bão hoà chứa một nửa số electron tối đa.

- Phân lớp chưa bão hoà chứa ít hơn số electron tối đa và không rơi vào dạng nửa bão hoà.

Sự phân bố electron vào các AO trong phân lớp p

➤ Cách viết cấu hình electron nguyên tử

Cấu hình electron cho biết cách electron phân bố vào các phân lớp thuộc các lớp vỏ khác nhau trong nguyên tử.

- Quy ước cách biểu diễn sự phân bố electron trên các phân lớp thuộc các lớp:

- Cách viết cấu hình electron:

Bước 1: Xác định số electron của nguyên tử.

Bước 2: Phân bố electron vào các AO theo thứ tự mức năng lượng tăng dần, tuân theo các nguyên lý Pauli, quy tắc Hund.

Bước 3: Viết cấu hình electron theo thứ tự các phân lớp trong từng lớp và theo thứ tự lớp từ trong ra ngoài.

Ví dụ: Viết cấu hình electron của nguyên tử oxygen (Z = 8).

- Thứ tự mức năng lượng orbital: 1s²2s²2p⁴

- Cấu hình electron: 1s²2s²2p⁴

- Viết gọn: [He]2s²2p⁴.

Cấu hình electron theo ô orbital của oxygen:

➤ Đặc điểm cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử

Tính chất hóa học cơ bản của nguyên tố được quyết định bởi cấu hình electron ở lớp vỏ ngoài cùng.