Bài học

Từ vị trí suy ra cấu hình electron và tính chất cơ bản

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em viết được cấu hình electron của một nguyên tố khi chỉ biết vị trí của nó (ô, chu kì, nhóm A), và dự đoán được nguyên tố đó là kim loại, phi kim hay khí hiếm.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài trước đi từ cấu hình electron ra vị trí. Bài này đảo chiều quy trình đó — đi từ vị trí ra cấu hình electron — dựa trên đúng ba quy tắc đã học: ô cho Z, chu kì cho số lớp, nhóm A cho electron lớp ngoài cùng. Em cũng cần dùng lại nguyên lí vững từ Course 2 để điền electron vào các phân lớp theo đúng thứ tự mức năng lượng tăng dần.

Khởi động

Nếu chỉ được cho biết một nguyên tố nằm ở ô 20, chu kì 4, nhóm IIA — không cần mở bảng tra cứu — em có suy ra được cấu hình electron đầy đủ của nó, và biết ngay đó là kim loại hay phi kim hay không?

Kiến thức trọng tâm

Quy trình ngược lại gồm ba bước tương ứng.

Bước 1 — Từ ô suy ra Z: số thứ tự ô chính là Z, tức tổng số electron của nguyên tử.

Bước 2 — Từ chu kì suy ra số lớp: số thứ tự chu kì chính là số lớp electron mà cấu hình phải có.

Bước 3 — Viết cấu hình theo nguyên lí vững, điền đủ Z electron vào các phân lớp theo thứ tự mức năng lượng tăng dần (đã học ở Course 2), sao cho electron dừng lại đúng ở lớp có số thứ tự bằng chu kì, và số electron lớp ngoài cùng khớp với số thứ tự nhóm A đã cho — đây chính là bước kiểm tra chéo cho thấy ba con số vị trí không độc lập mà luôn nhất quán với nhau.

Sau khi có cấu hình, electron lớp ngoài cùng cho biết ngay loại nguyên tố: nguyên tố có 1, 2 hoặc 3 electron lớp ngoài cùng thường là kim loại (trừ một vài ngoại lệ như hydrogen, helium, boron nằm ngoài phạm vi lớp 10 cơ bản); nguyên tố có 5, 6 hoặc 7 electron lớp ngoài cùng thường là phi kim; nguyên tố có 4 electron lớp ngoài cùng ở ranh giới, có thể là kim loại hoặc phi kim tuỳ nguyên tố cụ thể; nguyên tố có 8 electron lớp ngoài cùng (2 đối với helium) là khí hiếm, lớp vỏ đã bão hoà nên hầu như trơ về mặt hoá học.

Quy trình đi từ vị trí đến cấu hình đặc biệt hữu ích khi đề bài chỉ cho một dữ kiện gián tiếp — chẳng hạn "nguyên tố X đứng ngay sau khí hiếm neon trong bảng tuần hoàn". Khi đó em suy luận: neon ở ô 10, chu kì 2, nhóm VIIIA; nguyên tố ngay sau nó (Z = 11) mở đầu một chu kì mới — chu kì 3, nhóm IA — chính là sodium. Cách suy luận qua vị trí tương đối này thường gặp trong đề thi hơn là cho thẳng ba con số ô/chu kì/nhóm.

Quy trình ngược lại gồm ba bước tương ứng. **Bước 1 — Từ ô suy ra Z**: số thứ tự ô chính là Z, tức tổng số electron của nguyên tử. **Bước 2 — Từ chu kì suy ra số lớp**: số thứ tự chu kì chính là số lớp electron mà cấu hình phải có. **Bước 3 — Viết cấu hình theo nguyên lí vững**, điền đủ Z electron vào các phân lớp theo thứ tự mức năng lượng tăng dần (đã học ở Course 2), sao cho electron dừng lại đúng ở lớp có số thứ tự bằng chu kì, và số electron lớp ngoài cùng khớp với số thứ tự nhóm A đã cho — đây chính là bước kiểm tra chéo cho thấy ba con số vị trí không độc lập mà luôn nhất quán với nhau. Sau khi có cấu hình, electron lớp ngoài cùng cho biết ngay loại nguyên tố: nguyên tố có **1, 2 hoặc 3 electron lớp ngoài cùng** thường là **kim loại** (trừ một vài ngoại lệ như hydrogen, helium, boron nằm ngoài phạm vi lớp 10 cơ bản); nguyên tố có **5, 6 hoặc 7 electron lớp ngoài cùng** thường là **phi kim**; nguyên tố có **4 electron lớp ngoài cùng** ở ranh giới, có thể là kim loại hoặc phi kim tuỳ nguyên tố cụ thể; nguyên tố có **8 electron lớp ngoài cùng** (2 đối với helium) là **khí hiếm**, lớp vỏ đã bão hoà nên hầu như trơ về mặt hoá học. Quy trình đi từ vị trí đến cấu hình đặc biệt hữu ích khi đề bài chỉ cho một dữ kiện gián tiếp — chẳng hạn "nguyên tố X đứng ngay sau khí hiếm neon trong bảng tuần hoàn". Khi đó em suy luận: neon ở ô 10, chu kì 2, nhóm VIIIA; nguyên tố ngay sau nó (Z = 11) mở đầu một chu kì mới — chu kì 3, nhóm IA — chính là sodium. Cách suy luận qua vị trí tương đối này thường gặp trong đề thi hơn là cho thẳng ba con số ô/chu kì/nhóm.

Ví dụ

Từ vị trí suy ra cấu hình electron của magnesium

1
Nguyên tố ở ô số 12, chu kì 3, nhóm IIA. Viết cấu hình electron và cho biết đây là kim loại hay phi kim.
2
Ô số 12 ⇒ Z = 12, nguyên tử có 12 electron.
3
Chu kì 3 ⇒ cấu hình phải dừng ở lớp n = 3.
4
Điền 12 electron theo nguyên lí vững: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2$ . Kiểm tra: lớp ngoài cùng $3s^2$ có 2 electron, khớp đúng với nhóm IIA đã cho.
Điền 12 electron theo nguyên lí vững: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2$. Kiểm tra: lớp ngoài cùng $3s^2$ có 2 electron, khớp đúng với nhóm IIA đã cho.
5
Vậy nguyên tố này là magnesium (Mg), có 2 electron lớp ngoài cùng nên là kim loại điển hình (kim loại kiềm thổ).

Ví dụ

Dự đoán tính chất và hợp chất từ vị trí nhóm VIIA

1
Nguyên tố Z ở chu kì 3, nhóm VIIA. Viết cấu hình electron của Z, cho biết Z là kim loại hay phi kim, và dự đoán công thức hợp chất khí của Z với hydrogen.
2
Chu kì 3, nhóm VIIA (7 electron lớp ngoài cùng) — đối chiếu với chu kì 3 (8 nguyên tố, từ Z=11 đến Z=18), nguyên tố thứ 7 trong chu kì này có Z = 11 + 7 − 1 = 17.
3
Z = 17: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5$ . Kiểm tra: 3 lớp (khớp chu kì 3), lớp ngoài cùng có 2+5=7 electron (khớp nhóm VIIA).
Z = 17: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5$. Kiểm tra: 3 lớp (khớp chu kì 3), lớp ngoài cùng có 2+5=7 electron (khớp nhóm VIIA).
4
7 electron lớp ngoài cùng ⇒ phi kim điển hình (thiếu đúng 1 electron để đạt cấu hình bền 8 electron như khí hiếm).
5
Nhóm VIIA có hoá trị cao nhất với hydrogen là 1 (mỗi nguyên tử chỉ cần nhận thêm 1 electron), nên hợp chất khí với hydrogen có công thức HCl.
6
Vậy Z là chlorine (Cl): cấu hình $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5$ , là phi kim, tạo hợp chất khí hydrogen chloride HCl với hydrogen.
Vậy Z là chlorine (Cl): cấu hình $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5$, là phi kim, tạo hợp chất khí hydrogen chloride HCl với hydrogen.

Ví dụ

Xác định vị trí và cấu hình từ dữ kiện đơn chất khí hiếm

1
Nguyên tố X thuộc chu kì 3 và có lớp vỏ electron đã bão hoà (8 electron lớp ngoài cùng). Viết cấu hình electron của X, xác định nhóm A, và giải thích vì sao đơn chất của X hầu như không tham gia phản ứng hoá học ở điều kiện thường.
2
Chu kì 3 ⇒ 3 lớp electron; lớp ngoài cùng bão hoà 8 electron ⇒ nhóm VIIIA.
3
Lớp 1: $1s^2$ (2e); lớp 2 bão hoà: $2s^2 2p^6$ (8e); lớp 3 bão hoà theo dạng $s^2p^6$ : $3s^2 3p^6$ (8e). Cấu hình đầy đủ: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6$ , tổng 18 electron ⇒ Z = 18, ô số 18.
Lớp 1: $1s^2$ (2e); lớp 2 bão hoà: $2s^2 2p^6$ (8e); lớp 3 bão hoà theo dạng $s^2p^6$: $3s^2 3p^6$ (8e). Cấu hình đầy đủ: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6$, tổng 18 electron ⇒ Z = 18, ô số 18.
4
Lớp ngoài cùng đã đạt cấu hình bền vững 8 electron (bão hoà cả hai phân lớp s và p) nên nguyên tử không có xu hướng nhường, nhận hay góp chung thêm electron — đó là lí do các khí hiếm hầu như không phản ứng ở điều kiện thường.
5
Vậy X là argon (Ar), ở ô 18, chu kì 3, nhóm VIIIA, là khí hiếm trơ về mặt hoá học.

Sai lầm thường gặp

Đừng nhầm nhóm VIIIA (khí hiếm, lớp ngoài cùng đã bão hoà, gần như trơ hoá học) với "phi kim mạnh nhất". Phi kim hoạt động mạnh nhất nằm ở nhóm VIIA (halogen) — nhóm này còn THIẾU 1 electron để đạt cấu hình bền nên rất dễ phản ứng để nhận thêm electron đó; còn khí hiếm đã ĐỦ 8 electron nên hầu như không cần phản ứng gì nữa.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Từ vị trí, suy cấu hình theo ba bước ngược: ô → Z; chu kì → số lớp; nhóm A → electron lớp ngoài cùng, rồi viết theo nguyên lí vững. Electron lớp ngoài cùng 1-3 ⇒ thường kim loại; 5-7 ⇒ thường phi kim; 8 (hoặc 2 với He) ⇒ khí hiếm, trơ hoá học.

Chương tiếp theo dùng chính vị trí này để giải thích một xu hướng biến đổi tính chất đầu tiên: bán kính nguyên tử thay đổi thế nào khi di chuyển trong bảng tuần hoàn, và vì sao.