Cấu hình electron của nguyên tử là một biểu diễn bằng số của quỹ đạo của các electron. Quỹ đạo electron là các vùng khác nhau xung quanh hạt nhân nguyên tử, nơi thường có mặt của các electron. Cấu hình electron có thể cho người đọc biết về số quỹ đạo điện mà một nguyên tử có, cũng như số electron chiếm giữ mỗi quỹ đạo. Một khi bạn hiểu các nguyên tắc cơ bản đằng sau cấu hình electron, bạn sẽ có thể viết cấu hình của riêng mình và tự tin xử lý các bài kiểm tra hóa học của mình.
Bươc chân
Phương pháp 1/2: Xác định electron thông qua bảng tuần hoàn
Bước 1. Tìm số nguyên tử của bạn
Mỗi nguyên tử có một số electron cụ thể. Tìm ký hiệu hóa học cho nguyên tử của bạn trong bảng tuần hoàn trên. Số nguyên tử là một số nguyên dương bắt đầu từ 1 (đối với hydro) và tăng lên 1 mỗi lần đối với các nguyên tử tiếp theo. Số nguyên tử này cũng là số proton trong nguyên tử - vì vậy nó cũng đại diện cho số electron trong nguyên tử có hàm lượng bằng không.
Bước 2. Xác định hàm lượng nguyên tử
Các nguyên tử có hàm lượng bằng không sẽ có số electron chính xác được ghi trong bảng tuần hoàn trên. Tuy nhiên, nguyên tử có nội dung sẽ có số lượng electron cao hơn hoặc thấp hơn, tùy thuộc vào kích thước của nội dung đó. Nếu bạn đang xử lý nội dung nguyên tử, hãy thêm hoặc thêm điện tử: thêm một điện tử cho mỗi điện tích âm và trừ một điện tử cho mỗi điện tích dương.
Ví dụ, một nguyên tử natri có hàm lượng -1 sẽ có thêm một electron ngoài số nguyên tử cơ bản của nó, đó là 11. Vì vậy, nguyên tử natri này sẽ có tổng cộng 12 electron
Bước 3. Lưu danh sách các quỹ đạo chuẩn vào bộ nhớ của bạn
Khi một nguyên tử nhận được các electron, nó sẽ lấp đầy các quỹ đạo khác nhau theo một thứ tự cụ thể. Mỗi tập hợp các quỹ đạo này, khi bị chiếm hoàn toàn, sẽ chứa một số electron chẵn. Tập hợp của các quỹ đạo này là:
- Tập hợp các obitan s (bất kỳ số nào trong cấu hình electron theo sau là "s") bao gồm một quỹ đạo đơn và theo Nguyên tắc loại trừ của Pauli, một quỹ đạo đơn có thể bao gồm tối đa 2 electron, vì vậy mỗi bộ obitan s có thể chứa 2 electron.
- Tập hợp quỹ đạo p chứa 3 quỹ đạo, và có thể bao gồm tổng số 6 electron.
- Tập hợp quỹ đạo d chứa 5 quỹ đạo, vì vậy tập hợp này có thể bao gồm 10 electron.
- Tập hợp quỹ đạo f chứa 7 quỹ đạo, vì vậy nó có thể bao gồm 14 electron.
Bước 4. Tìm hiểu ký hiệu cấu hình electron
Cấu hình electron được viết theo cách hiển thị rõ ràng số electron trong nguyên tử và mỗi quỹ đạo. Mỗi quỹ đạo được viết tuần tự, với số lượng electron trong mỗi quỹ đạo được viết bằng chữ thường và ở vị trí cao hơn (chỉ số trên) bên phải tên quỹ đạo. Cấu hình electron cuối cùng là tập hợp dữ liệu về tên quỹ đạo và siêu phiên bản.
Ví dụ, đây là một cấu hình electron đơn giản: 1 giây2 2 giây2 2p6. Cấu hình này cho thấy có hai điện tử trong tập quỹ đạo 1s, hai điện tử trong tập quỹ đạo 2s và sáu điện tử trong tập quỹ đạo 2p. 2 + 2 + 6 = 10 electron. Cấu hình electron này áp dụng cho các nguyên tử neon không có nội dung (số hiệu nguyên tử của neon là 10)
Bước 5. Ghi nhớ thứ tự của các quỹ đạo
Lưu ý rằng mặc dù tập hợp các quỹ đạo được đánh số theo số lớp electron, các quỹ đạo được sắp xếp theo năng lượng của chúng. Ví dụ: 4s2 chứa mức năng lượng thấp hơn (hoặc có khả năng dễ bay hơi hơn) so với nguyên tử 3d10 được điền một phần hoặc toàn bộ, vì vậy cột 4s được viết đầu tiên. Khi bạn biết thứ tự của các quỹ đạo, bạn có thể điền chúng vào dựa trên số lượng electron trong mỗi nguyên tử. Thứ tự lấp đầy các quỹ đạo như sau: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p, 8s.
- Cấu hình electron cho một nguyên tử với mọi quỹ đạo được lấp đầy hoàn toàn sẽ có dạng như sau: 1s2 2 giây2 2p6 3 giây2 3p6 4 giây2 3d10 4p6 5 giây2 4ngày10 5p6 6 giây2 4f14 5ngày10 6p6 7 giây2 5f14 6ngày107p68 giây2
- Danh sách trên, nếu tất cả các lớp được điền đầy đủ, sẽ là cấu hình electron cho Uuo (Ununoctium), 118, là nguyên tử được đánh số cao nhất trong bảng tuần hoàn - vì vậy cấu hình electron này chứa tất cả các lớp electron hiện đang tồn tại trong một nguyên tử trung hòa.
Bước 6. Điền vào các quỹ đạo dựa trên số lượng electron trong nguyên tử của bạn
Ví dụ, nếu chúng ta muốn viết cấu hình electron cho một nguyên tử canxi mà không có nội dung, chúng ta sẽ bắt đầu bằng cách xác định số nguyên tử của canxi trong bảng tuần hoàn. Con số là 20, vì vậy chúng ta sẽ viết cấu hình cho một nguyên tử có 20 electron theo thứ tự trên.
- Điền vào các quỹ đạo theo trình tự trên cho đến khi bạn đạt được tổng số 20 electron. Quỹ đạo 1s chứa hai điện tử, quỹ đạo 2s quỹ đạo hai, quỹ đạo 2p quỹ đạo sáu, quỹ đạo 3s quỹ đạo hai, quỹ đạo 3p quỹ đạo sáu và quỹ đạo 4s chứa hai điện tử (2 + 2 + 6 +2 +6 + 2 = 20.) Vì vậy, cấu hình electron của canxi Là: 1 giây2 2 giây2 2p6 3 giây2 3p6 4 giây2.
- Lưu ý: Mức năng lượng thay đổi khi quỹ đạo của bạn lớn hơn. Ví dụ: khi bạn đạt đến mức năng lượng thứ 4, thì 4 giây sẽ là mức năng lượng đầu tiên, sau đó 3d. Sau mức năng lượng thứ tư, bạn sẽ đến mức thứ 5 mà thứ tự quay trở lại ban đầu. Điều này chỉ xảy ra sau mức năng lượng thứ 3.
Bước 7. Sử dụng bảng tuần hoàn làm phím tắt trực quan của bạn
Bạn có thể nhận thấy rằng hình dạng của bảng tuần hoàn đại diện cho thứ tự của tập hợp các quỹ đạo trong cấu hình electron. Ví dụ: các nguyên tử trong cột thứ hai từ bên trái luôn kết thúc bằng "s2", các nguyên tử ở vùng bên phải của tâm mỏng luôn kết thúc bằng" d10, "v.v … Sử dụng bảng tuần hoàn làm công cụ hỗ trợ trực quan để viết ra cấu hình của các electron - thứ tự của các electron mà bạn viết trong quỹ đạo liên quan trực tiếp đến vị trí của bạn trên bảng. Xem bên dưới:
- Cụ thể, hai cột ngoài cùng bên trái đại diện cho các nguyên tử có cấu hình electron kết thúc bằng quỹ đạo s, nửa bên phải biểu thị các nguyên tử có cấu hình electron kết thúc bằng quỹ đạo s, các phần ở giữa đại diện cho các nguyên tử kết thúc bằng quỹ đạo d và nửa dưới biểu thị các nguyên tử kết thúc bằng quỹ đạo d. quỹ đạo f.
- Ví dụ, khi bạn muốn viết cấu hình electron của clo, hãy nghĩ: "Nguyên tử này nằm ở hàng thứ ba (hoặc" chu kỳ ") của bảng tuần hoàn. Nó cũng nằm ở cột thứ năm của khối quỹ đạo p của bảng tuần hoàn. Vì vậy, cấu hình electron sẽ kết thúc bằng… 3p5
- Thận trọng - các vùng quỹ đạo d và f trong bảng biểu thị các mức năng lượng khác nhau với hàng mà chúng nằm trong đó. Ví dụ, hàng đầu tiên của khối quỹ đạo d đại diện cho quỹ đạo 3d mặc dù chúng nằm trong chu kỳ 4, trong khi hàng đầu tiên của quỹ đạo f đại diện cho quỹ đạo 4f mặc dù chúng thực sự ở trong chu kỳ 6.
Bước 8. Học cách viết nhanh cấu hình electron
Các nguyên tử ở phía bên phải của bảng tuần hoàn được gọi là khí trơ. Các nguyên tố này rất bền về mặt hóa học. Để rút ngắn quá trình viết cấu hình electron kéo dài, hãy viết ký hiệu hóa học của nguyên tố thể khí gần nhất có ít electron hơn nguyên tử trong ngoặc của bạn, sau đó tiếp tục với cấu hình electron cho tập hợp các quỹ đạo tiếp theo. Xem ví dụ bên dưới:
- Để giúp bạn hiểu khái niệm này dễ dàng hơn, một cấu hình ví dụ đã được cung cấp. Hãy viết cấu hình của Kẽm (với số hiệu nguyên tử là 30) bằng phương pháp nhanh khí quý. Cấu hình electron chung của Kẽm là: 1s2 2 giây2 2p6 3 giây2 3p6 4 giây2 3d10. Tuy nhiên, lưu ý rằng 1s2 2 giây2 2p6 3 giây2 3p6 là cấu hình cho Argon, một loại khí quý. Thay phần này của ký hiệu điện tử Kẽm bằng ký hiệu hóa học Argon trong ngoặc ([Ar].)
- Vì vậy, cấu hình electron của Kẽm có thể được viết nhanh chóng dưới dạng [Ar] 4 giây2 3d10.
Phương pháp 2/2: Sử dụng Bảng tuần hoàn ADOMAH
Bước 1. Hiểu Bảng tuần hoàn ADOMAH
Phương pháp viết cấu hình electron này không yêu cầu bạn phải ghi nhớ chúng. Tuy nhiên, cần phải sắp xếp lại bảng tuần hoàn, vì trong bảng tuần hoàn truyền thống, bắt đầu từ hàng thứ tư, số chu kỳ không đại diện cho lớp electron. Hãy tìm Bảng tuần hoàn ADOMAH, đây là bảng tuần hoàn được thiết kế đặc biệt bởi nhà khoa học Valery Tsimmerman. Bạn có thể tìm thấy nó một cách dễ dàng thông qua một tìm kiếm trực tuyến.
- Trong Bảng tuần hoàn ADOMAH, các hàng ngang đại diện cho các nhóm nguyên tố, chẳng hạn như halogen, khí yếu, kim loại kiềm, kiềm thổ, v.v. Các cột thẳng đứng đại diện cho các lớp electron và được gọi là "tầng" (các đường chéo nối các khối s, p, d và f) tương ứng với chu kỳ.
- Helium được di chuyển bên cạnh Hydro, vì cả hai đều có quỹ đạo 1s. Một số khoảng thời gian (s, p, d và f) được hiển thị ở bên phải và số lớp ở bên dưới. Các nguyên tố được thể hiện trong các hình hộp chữ nhật được đánh số từ 1 đến 120. Các số này là số nguyên tử bình thường biểu thị tổng số electron trong một nguyên tử trung hòa.
Bước 2. Tìm nguyên tử của bạn trong bảng ADOMAH
Để viết cấu hình electron của một nguyên tố, hãy xác định ký hiệu của nguyên tố đó trên Bảng tuần hoàn ADOMAH và gạch bỏ tất cả các nguyên tố có số hiệu nguyên tử cao hơn. Ví dụ, nếu bạn muốn viết cấu hình electron của Erbium (68), hãy gạch bỏ các nguyên tố từ 69 đến 120.
Chú ý các số từ 1 đến 8 ở cuối bảng. Những con số này là số lớp electron, hoặc số cột. Bỏ qua các cột chỉ chứa các phần tử bạn đã gạch bỏ. Đối với Erbium, các cột còn lại là cột số 1, 2, 3, 4, 5 và 6
Bước 3. Tính toán tập hợp quỹ đạo hữu hạn nguyên tử của bạn
Bằng cách nhìn vào các ký hiệu khối ở phía bên phải của bảng (s, p, d và f) và số cột ở cuối bảng và bỏ qua các đường chéo giữa các khối, hãy chia các cột thành các cột.-Khối và viết chúng theo thứ tự từ dưới lên trên. Một lần nữa, hãy bỏ qua các khối cột bao gồm tất cả các phần tử bị gạch chéo. Viết ra các đầu cột-khối bắt đầu bằng số cột và sau đó là ký hiệu khối, như sau: 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 6s (trong trường hợp Erbium).
Lưu ý: Các cấu hình electron của Er ở trên được viết theo thứ tự số lớp tăng dần. Bạn cũng có thể viết theo thứ tự các quỹ đạo được lấp đầy. Theo dòng từ trên xuống dưới (không phải cột) khi bạn viết các khối cột: 1s2 2 giây2 2p6 3 giây2 3p6 4 giây2 3d10 4p6 5 giây2 4ngày10 5p6 6 giây2 4f12.
Bước 4. Đếm số electron trong mỗi tập quỹ đạo
Đếm các phần tử chưa được đánh dấu trong mỗi khối cột, nhập một điện tử cho mỗi phần tử, sau đó viết số sau ký hiệu khối cho mỗi khối cột, như sau: 1s2 2 giây2 2p6 3 giây2 3p6 3d10 4 giây2 4p6 4ngày10 4f12 5 giây2 5p6 6 giây2. Trong ví dụ của chúng ta, đây là cấu hình electron của Erbium.
Bước 5. Biết cấu hình electron thất thường
Có mười tám ngoại lệ đối với cấu hình electron đối với các nguyên tử có mức năng lượng thấp nhất, hay cái thường được gọi là mức sơ cấp. Ngoại lệ này phá vỡ quy tắc chung trong các vị trí của hai đến ba điện tử cuối cùng. Trong trường hợp như vậy, cấu hình electron thực tế giữ cho electron ở trạng thái năng lượng thấp hơn so với cấu hình chuẩn của nguyên tử. Những nguyên tử thất thường này là:
Cr (…, 3d5, 4s1); Cu (…, 3d10, 4s1); Nb (…, 4d4, 5s1); Mo (…, 4d5, 5s1); Ru (…, 4d7, 5s1); Rh (…, 4d8, 5s1); Pd (…, 4d10, 5s0); Ag (…, 4d10, 5s1); La (…, 5d1, 6 giây); Ce (…, 4f1, 5d1, 6 giây); Gd (…, 4f7, 5d1, 6 giây); Au (…, 5d10, 6s1); Điều hòa nhiệt độ (…, 6đ1, 7s2); Thứ tự (…, 6đ2, 7s2); Bố (…, 5f2, 6d1, 7s2); U (…, 5f3, 6d1, 7s2); Np (…, 5f4, 6d1, 7s2) và cm (…, 5f7, 6d1, 7s2).
Lời khuyên
-
Khi một nguyên tử là một ion, điều này có nghĩa là số proton không bằng số electron. Nội dung nguyên tử sẽ (thường) được hiển thị ở góc trên bên phải của ký hiệu hóa học. Do đó, nguyên tử antimon có hàm lượng +2 sẽ có cấu hình electron là 1s2 2 giây2 2p6 3 giây2 3p6 4 giây2 3d10 4p6 5 giây2 4ngày10 5p1. Lưu ý rằng 5p3 đổi thành 5p1. Hãy cẩn thận khi cấu hình electron kết thúc ở một quỹ đạo khác với tập hợp các quỹ đạo s và p.
Khi bạn loại bỏ một electron, bạn chỉ có thể loại bỏ nó khỏi quỹ đạo hóa trị của nó (quỹ đạo s và p). Vì vậy, nếu cấu hình kết thúc sau 4 giây2 3d7và nguyên tử nhận được nội dung +2, sau đó cấu hình sẽ thay đổi thành kết thúc sau 4 giây0 3d7. Lưu ý rằng 3d7không thay đổi, tuy nhiên, quỹ đạo electron s bị mất.
- Mọi nguyên tử đều muốn ổn định, và các cấu hình ổn định nhất sẽ chứa đầy đủ các quỹ đạo s và p (s2 và p6). Các chất khí bắt đầu có cấu hình này, đó là lý do tại sao chúng hiếm khi phản ứng và nằm ở phía bên phải của bảng tuần hoàn. Vì vậy, nếu cấu hình kết thúc bằng 3p4, vì vậy cấu hình này chỉ cần thêm hai điện tử để trở nên ổn định (loại bỏ sáu, bao gồm cả các điện tử trong tập quỹ đạo s, cần nhiều năng lượng hơn, vì vậy việc loại bỏ bốn điện tử dễ thực hiện hơn). Và nếu cấu hình kết thúc ở 4d3, khi đó cấu hình này chỉ cần mất ba electron để đạt trạng thái ổn định. Ngoài ra, các lớp có một nửa nội dung (s1, p3, d5..) ổn định hơn (ví dụ) p4 hoặc p2; tuy nhiên, s2 và p6 sẽ ổn định hơn.
- Không có cái gọi là cấp độ bán lại "cân bằng một nửa nội dung". Đây là một sự đơn giản hóa. Tất cả các cân bằng liên quan đến các cấp độ phân chia "đầy một nửa" dựa trên thực tế là mỗi quỹ đạo chỉ có một điện tử, do đó lực đẩy giữa các điện tử được giảm thiểu.
- Bạn cũng có thể viết cấu hình electron của một nguyên tố bằng cách viết cấu hình hóa trị của nó, tức là tập hợp các obitan s và p cuối cùng. Vì vậy, cấu hình hóa trị của một nguyên tử antimon sẽ là 52 5p3.
- Điều này cũng không đúng đối với các ion. Ions khó viết hơn. Bỏ qua hai cấp độ và làm theo cùng một mẫu, tùy thuộc vào nơi bạn bắt đầu viết, dựa trên số lượng electron cao hay thấp.
- Để tìm số hiệu nguyên tử khi nó ở dạng cấu hình electron, hãy cộng tất cả các số theo sau các chữ cái (s, p, d và f). Nguyên tắc này chỉ áp dụng cho các nguyên tử trung hòa, nếu nguyên tử này là ion thì bạn phải thêm bớt electron theo số lượng đã thêm bớt.
- Có hai cách khác nhau để viết cấu hình electron. Bạn có thể viết chúng theo thứ tự số lớp trở lên hoặc thứ tự mà các quỹ đạo lấp đầy, như trong ví dụ trên cho phần tử Erbium.
- Có một số trường hợp nhất định mà các electron cần được "thúc đẩy". Khi một tập quỹ đạo chỉ cần một điện tử để làm cho nó đầy hoặc đầy một nửa, hãy loại bỏ một điện tử khỏi tập quỹ đạo s hoặc p gần nhất và chuyển nó đến tập quỹ đạo yêu cầu điện tử đó.
- Các số sau các chữ cái là ký tự trên, vì vậy đừng viết chúng xuống trong bài kiểm tra của bạn.
