Bài học

Quy tắc octet

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em phát biểu được quy tắc octet và áp dụng được quy tắc này để dự đoán số electron một nguyên tử nhóm A cần nhường, nhận hoặc góp chung để đạt cấu hình electron bền của khí hiếm gần nhất.

Kiến thức nền cần nhớ

Ở Course 2, em đã viết được cấu hình electron của nguyên tử và biết cách đếm electron lớp ngoài cùng. Em cũng đã biết khí hiếm (He, Ne, Ar...) có 8 electron lớp ngoài cùng (riêng He có 2) và gần như không tham gia phản ứng hoá học — đó chính là dấu hiệu của một cấu hình electron đặc biệt bền. Bài này dùng lại đúng phép đếm electron lớp ngoài cùng đó, chỉ thêm một câu hỏi mới: nguyên tử phải làm gì để đạt được sự bền vững ấy?

Khởi động

Sodium kim loại (Na) phản ứng dữ dội với nước, còn khí chlorine (Cl₂) độc và ăn mòn mạnh. Vậy mà khi hai chất này kết hợp, sản phẩm lại là NaCl — muối ăn ta rắc lên đồ ăn mỗi ngày, hoàn toàn trơ và an toàn. Điều gì đã xảy ra ở cấp độ electron khiến hai chất nguy hiểm biến thành một hợp chất bền vững đến vậy?

Kiến thức trọng tâm

Quan sát cấu hình electron của các khí hiếm, ta thấy một điểm chung: helium có 2 electron ở lớp ngoài cùng, còn neon, argon, krypton... đều có đúng 8 electron lớp ngoài cùng. Cấu hình này ứng với mức năng lượng thấp, khiến khí hiếm hầu như không nhường, không nhận, không góp chung electron với nguyên tử khác trong điều kiện thường.

Quy tắc octet phát biểu rằng: trong quá trình hình thành liên kết hoá học, nguyên tử có xu hướng nhường, nhận hoặc góp chung electron để đạt được cấu hình electron bền vững của khí hiếm gần nhất — với 8 electron ở lớp ngoài cùng (hoặc 2 electron đối với các nguyên tố gần He như H, Li, Be).

Xét nguyên tử sodium Na (Z = 11), cấu hình electron là $1s^2 2s^2 2p^6 3s^1$ — chỉ có 1 electron ở lớp ngoài cùng (lớp 3). Nếu Na nhường đi electron duy nhất này, phần còn lại có cấu hình $1s^2 2s^2 2p^6$ , đúng bằng cấu hình của khí hiếm neon (Z = 10), và lớp ngoài cùng lúc này là lớp 2 với đủ 8 electron. Ngược lại, nguyên tử chlorine Cl (Z = 17) có cấu hình $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5$ — lớp ngoài cùng có 7 electron, chỉ thiếu đúng 1 electron để đạt 8. Nếu Cl nhận thêm 1 electron, nó đạt cấu hình của khí hiếm argon (Z = 18).

Xét nguyên tử sodium Na (Z = 11), cấu hình electron là $1s^2 2s^2 2p^6 3s^1$ — chỉ có 1 electron ở lớp ngoài cùng (lớp 3). Nếu Na nhường đi electron duy nhất này, phần còn lại có cấu hình $1s^2 2s^2 2p^6$, đúng bằng cấu hình của khí hiếm neon (Z = 10), và lớp ngoài cùng lúc này là lớp 2 với đủ 8 electron. Ngược lại, nguyên tử chlorine Cl (Z = 17) có cấu hình $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5$ — lớp ngoài cùng có 7 electron, chỉ thiếu đúng 1 electron để đạt 8. Nếu Cl nhận thêm 1 electron, nó đạt cấu hình của khí hiếm argon (Z = 18).

Từ đây rút ra hai cách nguyên tử đạt octet khi hình thành liên kết: nguyên tử có ít electron lớp ngoài cùng (thường là 1, 2 hoặc 3, đặc trưng cho kim loại nhóm IA, IIA, IIIA) có xu hướng nhường bớt electron; nguyên tử có nhiều electron lớp ngoài cùng, gần đạt 8 (thường là 5, 6 hoặc 7, đặc trưng cho phi kim nhóm VA, VIA, VIIA) có xu hướng nhận thêm electron. Một khả năng thứ ba — hai nguyên tử phi kim cùng góp chung electron để cả hai cùng đạt octet — sẽ được học kỹ ở chương sau, khi bàn về liên kết cộng hoá trị.

Từ đây rút ra hai cách nguyên tử đạt octet khi hình thành liên kết: nguyên tử có ít electron lớp ngoài cùng (thường là 1, 2 hoặc 3, đặc trưng cho kim loại nhóm IA, IIA, IIIA) có xu hướng **nhường** bớt electron; nguyên tử có nhiều electron lớp ngoài cùng, gần đạt 8 (thường là 5, 6 hoặc 7, đặc trưng cho phi kim nhóm VA, VIA, VIIA) có xu hướng **nhận** thêm electron. Một khả năng thứ ba — hai nguyên tử phi kim cùng **góp chung** electron để cả hai cùng đạt octet — sẽ được học kỹ ở chương sau, khi bàn về liên kết cộng hoá trị.

Lưu ý

Quy tắc octet là một quy luật thực nghiệm rất hữu ích để dự đoán liên kết ở mức phổ thông, nhưng không phải là tuyệt đối cho mọi nguyên tố — một vài phân tử đặc biệt (ví dụ BeCl₂, BCl₃) không tuân theo đúng số 8. Ở chương trình lớp 10, em chỉ cần áp dụng quy tắc octet cho các nguyên tố nhóm A phổ biến như trong các ví dụ của bài học này.

Ví dụ

Xác định số electron Na và Cl cần nhường/nhận để đạt octet

1
Cho hai nguyên tử Na (Z = 11) và Cl (Z = 17). Xác định số electron mỗi nguyên tử cần nhường hoặc nhận để đạt cấu hình electron bền của khí hiếm gần nhất, và cho biết điện tích của phần tử tạo thành sau đó.
2
Na (Z = 11): $1s^2 2s^2 2p^6 3s^1$ , có 1 electron lớp ngoài cùng. Cl (Z = 17): $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5$ , có 7 electron lớp ngoài cùng.
Na (Z = 11): $1s^2 2s^2 2p^6 3s^1$, có 1 electron lớp ngoài cùng. Cl (Z = 17): $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5$, có 7 electron lớp ngoài cùng.
3
Na chỉ có 1 electron ở lớp ngoài cùng, nhường electron này sẽ dễ hơn nhận thêm 7 electron để đạt octet, do đó Na nhường 1 electron, còn lại cấu hình $1s^2 2s^2 2p^6$ giống Ne. Cl có 7 electron lớp ngoài cùng, chỉ thiếu 1 electron nữa là đủ 8, nên Cl nhận thêm 1 electron, đạt cấu hình $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6$ giống Ar.
Na chỉ có 1 electron ở lớp ngoài cùng, nhường electron này sẽ dễ hơn nhận thêm 7 electron để đạt octet, do đó Na nhường 1 electron, còn lại cấu hình $1s^2 2s^2 2p^6$ giống Ne. Cl có 7 electron lớp ngoài cùng, chỉ thiếu 1 electron nữa là đủ 8, nên Cl nhận thêm 1 electron, đạt cấu hình $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6$ giống Ar.
4
Na nhường 1 electron tạo thành ion $Na^+$ (điện tích +1). Cl nhận 1 electron tạo thành ion $Cl^-$ (điện tích −1). Cả hai ion đều có 8 electron ở lớp ngoài cùng, đúng theo quy tắc octet.
Na nhường 1 electron tạo thành ion $Na^+$ (điện tích +1). Cl nhận 1 electron tạo thành ion $Cl^-$ (điện tích −1). Cả hai ion đều có 8 electron ở lớp ngoài cùng, đúng theo quy tắc octet.

Ví dụ

Dự đoán ion tạo thành từ magnesium và oxygen (dạng thi)

1
Nguyên tố magnesium (Mg, Z = 12) là thành phần trong nhiều loại phân bón, còn oxygen (O, Z = 8) là nguyên tố phổ biến nhất trong vỏ Trái Đất. Hai nguyên tố này kết hợp tạo thành hợp chất MgO dùng làm vật liệu chịu lửa. Áp dụng quy tắc octet, hãy dự đoán điện tích của ion Mg và ion O trong hợp chất này, viết cấu hình electron của từng ion.
2
Ta có Mg (Z = 12): $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2$ , có 2 electron lớp ngoài cùng. O (Z = 8): $1s^2 2s^2 2p^4$ , có 6 electron lớp ngoài cùng.
Ta có Mg (Z = 12): $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2$, có 2 electron lớp ngoài cùng. O (Z = 8): $1s^2 2s^2 2p^4$, có 6 electron lớp ngoài cùng.
3
Mg có 2 electron lớp ngoài cùng — số electron ít, nhường đi dễ hơn nhận thêm 6 electron. Mg nhường 2 electron, còn lại cấu hình $1s^2 2s^2 2p^6$ giống Ne, tạo thành ion $Mg^{2+}$ .
Mg có 2 electron lớp ngoài cùng — số electron ít, nhường đi dễ hơn nhận thêm 6 electron. Mg nhường 2 electron, còn lại cấu hình $1s^2 2s^2 2p^6$ giống Ne, tạo thành ion $Mg^{2+}$.
4
O có 6 electron lớp ngoài cùng, chỉ thiếu 2 electron nữa là đủ 8. O nhận thêm 2 electron, đạt cấu hình $1s^2 2s^2 2p^6$ giống Ne, tạo thành ion $O^{2-}$ .
O có 6 electron lớp ngoài cùng, chỉ thiếu 2 electron nữa là đủ 8. O nhận thêm 2 electron, đạt cấu hình $1s^2 2s^2 2p^6$ giống Ne, tạo thành ion $O^{2-}$.
5
Vậy trong MgO, ion tạo thành là $Mg^{2+}$ và $O^{2-}$ — cả hai đều đạt octet với 8 electron lớp ngoài cùng, và tổng điện tích dương bằng tổng điện tích âm (+2 và −2) nên hợp chất trung hoà về điện, đúng với công thức MgO (tỉ lệ 1:1).
Vậy trong MgO, ion tạo thành là $Mg^{2+}$ và $O^{2-}$ — cả hai đều đạt octet với 8 electron lớp ngoài cùng, và tổng điện tích dương bằng tổng điện tích âm (+2 và −2) nên hợp chất trung hoà về điện, đúng với công thức MgO (tỉ lệ 1:1).

Sai lầm thường gặp

Nhiều học sinh nhầm lẫn giữa số electron nhường/nhận với TỔNG số electron của nguyên tử. Quy tắc octet chỉ xét ELECTRON LỚP NGOÀI CÙNG — ví dụ Na có tổng 11 electron nhưng chỉ nhường đúng 1 electron (electron lớp ngoài cùng), không phải nhường cả 11. Một lỗi khác là quên đổi dấu điện tích: nhường electron (mang điện âm) khiến phần còn lại tích điện DƯƠNG, còn nhận electron khiến tích điện ÂM — nhầm dấu là lỗi rất phổ biến khi làm bài nhanh.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Quy tắc octet: nguyên tử có xu hướng đạt 8 electron lớp ngoài cùng (2 với H, He...) bằng cách nhường electron (kim loại điển hình, ít electron lớp ngoài cùng), nhận electron (phi kim điển hình, nhiều electron lớp ngoài cùng), hoặc góp chung electron. Đếm đúng electron LỚP NGOÀI CÙNG và để ý dấu điện tích là hai điều quan trọng nhất.

Bài tiếp theo dùng chính quy tắc octet này để giải thích vì sao ion $Na^+$ và ion $Cl^-$ lại hút nhau tạo thành tinh thể NaCl bền vững — đó chính là bản chất của liên kết ion.

Bài tiếp theo dùng chính quy tắc octet này để giải thích vì sao ion $Na^+$ và ion $Cl^-$ lại hút nhau tạo thành tinh thể NaCl bền vững — đó chính là bản chất của **liên kết ion**.