Trong Hóa học, các electron hóa trị là các electron nằm ở lớp vỏ electron ngoài cùng của một nguyên tố. Biết cách tìm số electron hóa trị trong một nguyên tử nhất định là một kỹ năng quan trọng đối với các nhà hóa học vì thông tin này xác định các loại liên kết hóa học có thể được hình thành. May mắn thay, tất cả những gì bạn cần để tìm các electron hóa trị là bảng tuần hoàn thông thường của các nguyên tố.
Bươc chân
Phần 1/2: Tìm các điện tử hóa trị bằng bảng tuần hoàn
Kim loại không chuyển tiếp
Bước 1. Tìm bảng tuần hoàn các nguyên tố
Bảng này là một bảng mã màu được tạo thành từ nhiều hộp khác nhau chứa tất cả các nguyên tố hóa học mà con người đã biết. Bảng tuần hoàn cung cấp nhiều thông tin về các nguyên tố - chúng tôi sẽ sử dụng một số thông tin này để xác định số electron hóa trị trong nguyên tử mà chúng tôi đang nghiên cứu. Thông thường, bạn có thể tìm thấy thông tin này trên bìa sách giáo khoa hóa học. Ngoài ra còn có các bảng tương tác trực tuyến tốt ở đây.
Bước 2. Ghi nhãn mỗi cột trong bảng tuần hoàn các nguyên tố từ 1 đến 18
Thông thường, trong bảng tuần hoàn, tất cả các nguyên tố trong một cột dọc đều có cùng số electron hóa trị. Nếu bảng tuần hoàn của bạn chưa có số trong mỗi cột, hãy đánh số từ 1 ở cột ngoài cùng bên trái đến 18 ở cột ngoài cùng bên phải. Theo thuật ngữ khoa học, những cột này được gọi là "tập đoàn" yếu tố.
Ví dụ, nếu chúng ta sử dụng bảng tuần hoàn trong đó các nhóm không được đánh số, chúng ta sẽ viết 1 ở trên Hydro (H), 2 ở trên Beryllium (Be), và cứ tiếp tục lên đến 18 ở trên Helium (He)
Bước 3. Tìm phần tử của bạn trong bảng
Bây giờ, hãy tìm nguyên tố mà bạn muốn biết các electron hóa trị trên bảng. Bạn có thể làm điều này bằng cách sử dụng ký hiệu hóa học (chữ cái trong mỗi ô), số nguyên tử (số ở trên cùng bên trái của mỗi ô) hoặc bất kỳ thông tin nào khác có sẵn cho bạn trong bảng.
-
Với mục đích chứng minh, chúng ta hãy tìm các electron hóa trị của một nguyên tố thường được sử dụng: cacbon (C).
Nguyên tố này có số hiệu nguyên tử là 6. Nguyên tố này nằm ở trên nhóm 14. Trong bước tiếp theo, chúng ta sẽ tìm kiếm các electron hóa trị của nó.
- Trong tiểu mục này, chúng ta sẽ bỏ qua các kim loại chuyển tiếp, là các nguyên tố ở dạng khối vuông từ nhóm 3 đến 12. Các nguyên tố này hơi khác so với các nguyên tố khác, vì vậy các bước trong tiểu mục này không áp dụng cho nguyên tố đó. Kiểm tra cách thực hiện việc này trong phần phụ bên dưới.
Bước 4. Sử dụng số thứ tự của nhóm để xác định số electron hóa trị
Số nhóm của một kim loại không chuyển tiếp có thể được sử dụng để tìm số electron hóa trị trong nguyên tử của nguyên tố đó. Vị trí đơn vị của số nhóm là số electron hóa trị trong nguyên tử của nguyên tố. Nói cách khác:
- Nhóm electron hóa trị 1: 1
- Nhóm 2: 2 electron hóa trị
- Nhóm 13: 3 electron hóa trị
- Nhóm 14: 4 electron hóa trị
- Nhóm 15: 5 electron hóa trị
- Nhóm: 6 electron hóa trị
- Nhóm: 7 electron hóa trị
- Nhóm: 8 electron hóa trị (trừ heli có 2 electron hóa trị)
-
Trong ví dụ của chúng tôi, vì cacbon nằm trong nhóm 14, chúng ta có thể nói rằng một nguyên tử cacbon có bốn electron hóa trị.
Kim loại chuyển tiếp
Bước 1. Tìm các phần tử từ nhóm 3 đến nhóm 12
Như đã lưu ý ở trên, các nguyên tố từ nhóm 3 đến nhóm 12 được gọi là kim loại chuyển tiếp và hoạt động khác với các nguyên tố khác về số electron hóa trị. Trong phần này, chúng tôi sẽ giải thích sự khác biệt, ở một mức độ nào đó, thường không thể gán các electron hóa trị cho các nguyên tử này.
- Với mục đích trình diễn, chúng ta hãy lấy Tantali (Ta), nguyên tố 73. Trong vài bước tiếp theo, chúng ta sẽ tìm kiếm các điện tử hóa trị của nó (hoặc ít nhất là thử).
- Lưu ý rằng các kim loại chuyển tiếp bao gồm dãy lantan và actinide (còn được gọi là kim loại đất hiếm) - hai hàng nguyên tố thường nằm ở cuối phần còn lại của bảng, bắt đầu bằng lantan và actini. Tất cả các yếu tố này bao gồm nhóm 3 trong bảng tuần hoàn.
Bước 2. Hiểu rằng các kim loại chuyển tiếp không có các electron hóa trị truyền thống
Việc hiểu rằng lý do khiến các kim loại chuyển tiếp không thực sự hoạt động như phần còn lại của bảng tuần hoàn, đòi hỏi bạn phải giải thích một chút về cách hoạt động của các electron trong nguyên tử. Xem bên dưới để biết tổng quan nhanh hoặc bỏ qua bước này để có câu trả lời ngay lập tức.
- Khi các điện tử được thêm vào nguyên tử, các điện tử này được sắp xếp thành các obitan khác nhau - về cơ bản là các vùng khác nhau xung quanh nguyên tử nơi các nguyên tử được lắp ráp. Thông thường, các điện tử hóa trị là các nguyên tử ở lớp vỏ ngoài cùng - nói cách khác, là những nguyên tử cuối cùng được thêm vào.
- Vì những lý do hơi phức tạp để giải thích ở đây, khi các nguyên tử được thêm vào lớp vỏ d bên ngoài của một kim loại chuyển tiếp (thêm về điều đó bên dưới), các nguyên tử đầu tiên đi vào lớp vỏ có xu hướng hoạt động giống như các electron hóa trị thông thường, nhưng sau đó, các điện tử nó không hoạt động theo cách đó, và các điện tử từ các lớp quỹ đạo khác đôi khi thậm chí hoạt động giống như các điện tử hóa trị. Điều này có nghĩa là một nguyên tử có thể có nhiều electron hóa trị tùy thuộc vào cách nó được điều khiển.
- Để được giải thích chi tiết hơn, hãy xem trang về các điện tử hóa trị tốt của Trường Cao đẳng Cộng đồng Clackamas.
Bước 3. Xác định số electron hóa trị dựa vào số thứ tự nhóm của chúng
Một lần nữa, số nhóm của nguyên tố bạn đang xem có thể cho bạn biết nó có bao nhiêu electron hóa trị. Tuy nhiên, đối với các kim loại chuyển tiếp, bạn không thể làm theo mẫu - số nhóm thường sẽ tương ứng với một số electron hóa trị có thể có. Các con số là:
- Nhóm 3: 3 electron hóa trị
- Nhóm 4: 2 đến 4 electron hóa trị
- Nhóm 5: 2 đến 5 electron hóa trị
- Nhóm 6: 2 đến 6 electron hóa trị
- Nhóm 7: 2 đến 7 electron hóa trị
- Nhóm 8: 2 hoặc 3 electron hóa trị
- Nhóm 9: 2 hoặc 3 electron hóa trị
- Nhóm 10: 2 hoặc 3 electron hóa trị
- Nhóm 11: 1 đến 2 electron hóa trị
- Nhóm 12: 2 electron hóa trị
- Trong ví dụ của chúng tôi, vì Tantali nằm trong nhóm 5, chúng ta có thể nói rằng Tantali có giữa điện tử hóa trị hai và năm, tuỳ thuộc vào tình hình.
Phần 2 của 2: Tìm các điện tử hóa trị bằng cấu hình điện tử
Bước 1. Tìm hiểu cách đọc cấu hình electron
Một cách khác để tìm các electron hóa trị của một nguyên tố là sử dụng cấu hình electron. Cấu hình electron có vẻ phức tạp, nhưng đó chỉ là một cách biểu diễn các obitan electron trong nguyên tử bằng các chữ cái và số, và thật dễ dàng nếu bạn biết mình đang làm gì.
-
Hãy xem xét một cấu hình ví dụ cho nguyên tố natri (Na):
-
- 1 giây22 giây22p63 giây1
-
-
Lưu ý rằng cấu hình electron này chỉ đơn giản là lặp lại một mô hình như sau:
-
- (số) (chữ cái)(số trên)(số) (chữ cái)(số trên)…
-
- …Vân vân. Mẫu (số) (chữ cái) đầu tiên là tên của quỹ đạo electron và (số trên) là số electron trong quỹ đạo đó - chính là nó!
-
Vì vậy, ví dụ của chúng tôi, chúng tôi nói rằng natri có 2 electron trong quỹ đạo 1s. thêm 2 electron trong quỹ đạo 2s. thêm 6 electron trong obitan 2p. thêm 1 electron ở obitan 3s.
Tổng số là 11 electron - natri là nguyên tố số 11, vì vậy nó có ý nghĩa.
Bước 2. Tìm cấu hình electron của nguyên tố bạn đang học
Khi bạn đã biết cấu hình electron của một nguyên tố, việc tìm số electron hóa trị là khá dễ dàng (tất nhiên là đối với các kim loại chuyển tiếp.) Nếu bạn được cung cấp cấu hình từ bài toán, bạn có thể chuyển sang bước tiếp theo. Nếu bạn phải tự mình tra cứu, hãy xem bên dưới:
-
Đây là cấu hình electron đầy đủ cho nguyên tố ununoctium (Uuo), số 118:
-
- 1 giây22 giây22p63 giây23p64 giây23d104p65 giây24ngày105p66 giây24f145ngày106p67 giây25f146ngày107p6
-
-
Bây giờ bạn đã có cấu hình, tất cả những gì bạn phải làm để tìm cấu hình electron của một nguyên tử khác là điền vào mẫu này từ đầu cho đến khi bạn hết electron. Điều này dễ dàng hơn so với âm thanh. Ví dụ, nếu chúng ta muốn tạo một sơ đồ quỹ đạo cho clo (Cl), nguyên tố số 17, có 17 electron, chúng ta sẽ làm như sau:
-
- 1 giây22 giây22p63 giây23p5
-
- Nhận thấy rằng số electron cộng lại là 17: 2 + 2 + 6 + 2 + 5 = 17. Bạn chỉ cần thay đổi số lượng trong quỹ đạo cuối cùng - phần còn lại giống nhau vì các obitan trước quỹ đạo cuối cùng đã đầy.
- Đối với các cấu hình electron khác, hãy xem thêm bài viết này.
Bước 3. Thêm electron vào vỏ quỹ đạo bằng Quy tắc Octet
Khi các điện tử được thêm vào một nguyên tử, chúng rơi vào các obitan khác nhau theo thứ tự được liệt kê ở trên - hai điện tử đầu tiên đi vào quỹ đạo 1s, hai điện tử tiếp theo đi vào quỹ đạo 2s, sáu điện tử tiếp theo đi vào quỹ đạo 2p, và Sớm. Khi chúng ta làm việc với các nguyên tử bên ngoài các kim loại chuyển tiếp, chúng ta nói rằng các obitan này tạo thành các lớp vỏ quỹ đạo xung quanh nguyên tử, với mỗi lớp vỏ kế tiếp sẽ cách xa lớp vỏ trước đó hơn. Ngoài lớp vỏ đầu tiên, chỉ có thể chứa hai điện tử, mỗi lớp vỏ có thể chứa tám điện tử (ngoài ra, một lần nữa, khi làm việc với các kim loại chuyển tiếp.) Đây được gọi là Quy tắc bát tử.
- Ví dụ, giả sử chúng ta xem xét nguyên tố Boron (B). Vì số hiệu nguyên tử là năm nên chúng ta biết rằng nguyên tố có năm electron và cấu hình electron của nó trông như sau: 1s22 giây22p1. Vì vỏ quỹ đạo thứ nhất chỉ có hai điện tử, chúng ta biết rằng Boron chỉ có hai lớp vỏ: một lớp vỏ có hai điện tử 1s và một lớp vỏ có ba điện tử từ các obitan 2s và 2p.
- Một ví dụ khác, một nguyên tố như clo sẽ có ba lớp vỏ quỹ đạo: một lớp có electron 1s, một lớp có hai electron 2s và sáu electron 2p, và một lớp có hai electron 3s và năm electron 3p.
Bước 4. Tìm số electron ở lớp vỏ ngoài cùng
Bây giờ bạn đã biết lớp vỏ electron của nguyên tố của mình, việc tìm kiếm các electron hóa trị rất dễ dàng: chỉ cần sử dụng số electron ở lớp vỏ ngoài cùng. Nếu lớp vỏ ngoài cùng đầy (nói cách khác, nếu lớp vỏ ngoài cùng có 8 electron, hoặc đối với lớp vỏ thứ nhất thì nó có hai), nguyên tố trở nên trơ và không dễ phản ứng với các nguyên tố khác. Tuy nhiên, một lần nữa, quy tắc này không áp dụng cho các kim loại chuyển tiếp.
Ví dụ, nếu chúng ta sử dụng Boron, vì có ba electron trong lớp vỏ thứ hai, chúng ta có thể nói rằng Boron có số ba các electron hóa trị.
Bước 5. Sử dụng các hàng trong bảng như một cách viết tắt để tìm vỏ quỹ đạo
Các hàng ngang trong bảng tuần hoàn được gọi là "khoảng thời gian" yếu tố. Bắt đầu từ đầu bảng, mỗi chu kỳ tương ứng với số lớp electron mà nguyên tử có trong chu kỳ đó. Bạn có thể sử dụng nó như một cách viết tắt để xác định một nguyên tố có bao nhiêu electron hóa trị - chỉ cần bắt đầu ở phía bên trái của chu kỳ khi đếm electron. Một lần nữa, bạn cần phải bỏ qua các kim loại chuyển tiếp cho phương pháp này.
-
Ví dụ, chúng ta biết rằng nguyên tố selen có bốn vỏ quỹ đạo bởi vì nó ở chu kỳ thứ tư. Vì nó là nguyên tố thứ sáu tính từ bên trái trong chu kỳ thứ tư (bỏ qua các kim loại chuyển tiếp), chúng ta biết rằng lớp vỏ ngoài cùng thứ tư của nó có sáu electron, và do đó selen có sáu electron hóa trị.
Lời khuyên
- Lưu ý rằng cấu hình electron có thể được viết một cách ngắn gọn bằng cách sử dụng các khí quý (các nguyên tố trong nhóm 18) để thay thế các obitan ở đầu cấu hình. Ví dụ, cấu hình electron của natri có thể được viết là [Ne] 3s1 - trên thực tế, giống như neon, nhưng có thêm một electron trong quỹ đạo 3s.
- Các kim loại chuyển tiếp có thể có các vỏ hóa trị không được lấp đầy hoàn toàn. Việc xác định số electron hóa trị chính xác trong các kim loại chuyển tiếp liên quan đến các nguyên tắc của lý thuyết lượng tử không được đề cập trong bài viết này.
- Lưu ý rằng bảng tuần hoàn khác nhau giữa các quốc gia. Vì vậy, hãy kiểm tra xem bạn có đang sử dụng đúng bảng tuần hoàn hay không để tránh nhầm lẫn.
