Cấu hình electron
Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Cấu hình electron hay cấu hình điện tử nguyên tử 1 nguyên tố cho biết sự phân bố các electron trong lớp vỏ nguyên tử ở các trạng thái năng lượng khác nhau hay ở các vùng hiện diện của chúng.
Mục lục |
[sửa] Số lượng tử và lớp
Trạng thái của mỗi electron trong lớp vỏ có thể được biểu diễn qua 4 số lượng tử (cả mô hình nguyên tử Bohr và orbital):
| Tên gọi | Ký hiệu | Giá trị | Danh hiệu | Ví dụ |
|---|---|---|---|---|
| Số lượng tử chính | n | 1, 2, 3, 4, ... | Lớp chính K, L, M, N, ... | 3 |
| Số lượng tử phụ | l | 0, ..., n-1 | Lớp hay lớp phụ s, p, d, f, ... | 0, 1, 2 |
| Số lượng tử từ | m | -l, ... 0, ... , l | -2, -1, 0, 1, 2 | |
| Số lượng tử spin | s | -1/2, +1/2 | -1/2, +1/2 |
Theo nguyên lý Pauli, 4 số lượng tử của từng cặp electron trong nguyên tử không được trùng nhau, điều này cũng giải thích cho sự phân bố của chúng trong các lớp khác nhau.
Số lượng tử chính n hình thành nên các lớp chính, trong mỗi lớp chính có n lớp phụ, tổng số electron ở mỗi lớp chính phụ thuộc vào l, m, s nhưng tối đa là 2n2 electron.
Lớp electron ngoài cùng (lớp hóa trị) của các nguyên tố chứa các electron hóa trị, các electron này quyết định các tính chất hóa học cũng như tính chất vật lý của chúng.
[sửa] Điền electron vào các lớp
Các electron sẽ điền theo thứ tự vào các lớp có năng lượng từ thấp đến cao, bắt đầu là lớp 1s. Ngoài ra theo quy tắc Hund, các orbital có cùng mức năng lượng thì ban đầu được điền đơn, sao cho số electron độc thân là lớn nhất, sau đấy mới được điền đôi.
Sự điền electron vào các lớp không chỉ phụ thuộc vào vị trí hay khoảng cách của chúng đến hạt nhân mà còn phụ thuộc vào mức năng lượng của các lớp.
Ví dụ: titan có Z = 22, cấu hình theo thứ tự các lớp 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d4 4s0 nhưng do năng lượng của lớp 4s thấp hơn lớp 3d nên 4 electron còn lại sẽ điền đầy vào lớp 4s (2) trước, sau đấy mới đến lớp 3d (2), cấu hình đúng của titan là 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d2
Ngoại lệ:
- Nguyên tố lantan, Z = 57 lớp ngoài cùng 6s2 4f1, electron tự do cuối cùng điền vào 5d trước khi vào 4f, tương tự trong nguyên tử Ac thì 6d trước 5f.
- Trong nguyên tử Cr và Cu 1 electron trong lớp có năng lượng thấp 4s điền vào lớp có năng lượng cao hơn 3d, chúng có cấu hình lớp ngoài cùng là 3d5 4s1 và 3d10 4s1
- Các trường hợp ngoại lệ khác Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Ir, Pt, Au, Gd, các actini từ Ac đến Np và Cm
[sửa] Liên hệ đến bảng tuần hoàn
18 nhóm chính (nhóm mới) trong bảng tuần hoàn được phân ra dựa theo số electron trong các lớp ngoài cùng:
- lớp s: nhóm 1 (s1) - 2 (s2)
- lớp p: nhóm 13 (p1) - 18 (p6) (ngoại lệ He)
- lớp d: nhóm 3 (d1) - 12 (d10)
Số chu kỳ bằng số lớp n, với ns là lớp s ngoài cùng.
[sửa] Cấu hình electron của 1 số nguyên tố
Cấu hình electron của các nguyên tố thường được viết dưới dạng kèm theo cấu hình electron của các khí hiếm có số thứ tự nhỏ hơn đứng gần nó cộng với các lớp còn lại. Ví dụ, cấu hình electron của magiê (Z = 12): [Ne] 3s2 thì được hiểu 1s2 2s2 2p6 3s2.
[sửa] Khí hiếm
| Nguyên tố | Z | Cấu hình electron |
| Hêli | 2 | 1s2 |
| Neon | 10 | 1s2 2s2 2p6 |
| Agon | 18 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 |
| Krypton | 36 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 |
[sửa] Z từ 11 đến 17
| Nguyên tố | Z | Cấu hình electron | Cấu hình viết tắt |
| Natri | 11 | 1s2 2s2 2p6 3s1 | [Ne] 3s1 |
| Magiê | 12 | 1s2 2s2 2p6 3s2 | [Ne] 3s2 |
| Nhôm | 13 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 | [Ne] 3s2 3p1 |
| Silic | 14 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 | [Ne] 3s2 3p2 |
| Phốtpho | 15 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 | [Ne] 3s2 3p3 |
| Lưu huỳnh | 16 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 | [Ne] 3s2 3p4 |
| Clo | 17 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 | [Ne] 3s2 3p5 |
[sửa] Z từ 21 đến 31
| Nguyên tố | Z | Cấu hình electron | Cấu hình viết tắt |
| Scandi | 21 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1 | [Ar] 4s2 3d1 |
| Titanium | 22 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d2 | [Ar] 4s2 3d2 |
| Vanadi | 23 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d3 | [Ar] 4s2 3d3 |
| Crôm | 24 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5 | [Ar] 4s1 3d5 |
| Magiê | 25 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5 | [Ar] 4s2 3d5 |
| Sắt | 26 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 | [Ar] 4s2 3d6 |
| Coban | 27 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d7 | [Ar] 4s2 3d7 |
| Niken | 28 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d8 | [Ar] 4s2 3d8 |
| Đồng | 29 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d10 | [Ar] 4s1 3d10 |
| Chì | 30 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 | [Ar] 4s2 3d10 |
| Gali | 31 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p1 | [Ar] 3d10 4s2 4p1 |
[sửa] Z từ 39 đến 49
| Nguyên tố | Z | Cấu hình electron | Cấu hình viết tắt |
| Yttri | 39 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d1 | [Kr] 5s2 4d1 |
| Zirconi | 40 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d2 | [Kr] 5s2 4d2 |
| Niobi | 41 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d4 | [Kr] 5s1 4d4 |
| Molybden | 42 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d5 | [Kr] 5s1 4d5 |
| Techneti | 43 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d5 | [Kr] 5s2 4d5 |
| Rutheni | 44 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d7 | [Kr] 5s1 4d7 |
| Rhodi | 45 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d8 | [Kr] 5s1 4d8 |
| Palladi | 46 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 4d10 | [Kr] 4d10 |
| Bạc | 47 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d10 | [Kr] 5s1 4d10 |
| Cadmi | 48 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 | [Kr] 5s2 4d10 |
| Indi | 49 | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p1 | [Kr] 5s2 4d10 5p1 |
