Cấu hình electron được sắp xếp và bố trí theo một trật tự nhất định. Khi nắm rõ cấu hình này sẽ giúp nhận biết về đặc điểm, tính chất của chất hóa học nào đó. Nội dung dưới đây VietChem sẽ chia sẻ chi tiết về vấn đề này, mời các bạn cùng khám phá.

1. Cấu hình electron là gì?

Cấu hình electron (cấu hình e) của nguyên tử biểu diễn sự sắp xếp các electron theo một trật tự nhất định. Sự sắp xếp này thể hiện trên các phân lớp thuộc các lớp khác nhau.

Cấu hình electron là cấu hình điện tử nguyên tử, thể hiện chuỗi đại diện cho các obitan electron. Thông qua cấu hình này có thể xác định được số electron trong từng obitan và số obitan electron trong nguyên tử.

Tìm hiểu cấu hình electron của nguyên tử

Ví dụ về cấu hình electron trong nguyên tử:

• Cấu hình electron sắt (Fe): 1s22s22p63s23p63d64s2
• Cấu hình electron Kali (K): 1s22s22p63s23p64s1
• Canxi (Ca) có cấu hình electron là: 1s22s22p63s23p64s2

2. Khám phá thứ tự các mức năng lượng trong nguyên tử

Các electron trong nguyên tử có cùng mức năng lượng nếu cùng 1 phân lớp trên obitan khác nhau. Thứ tự sắp xếp các mức năng lượng nguyên tử theo chiều tăng dần. Cụ thể:

• Ở trạng thái cơ bản, năng lượng của electron trong nguyên tử chiếm từ thấp đến cao.
• Nếu xuất hiện sự chèn ép năng lượng và điện tích hạt nhân tăng lên thì năng lượng 3d lớn hơn 4s.
• Theo chiều từ trong ra ngoài, các lớp e sẽ có mức năng lượng tăng dần từ 1 – 7. Chúng được phân lớp theo thứ tự s – p – d – f.

Khám phá thứ tự các mức năng lượng trong nguyên tử

3. Khám phá lớp electron ngoài cùng có đặc điểm như thế nào?

Mỗi một nguyên tố sẽ thể hiện tính chất hóa học đặc trưng dựa vào cấu hình lớp electron ngoài cùng. Trong đó:

Số lượng electron ngoài cùng tối đa là 8e.

• Nguyên tử nào có từ 1 – 3e ngoài cùng có tính chất nhường electron (trừ He, B và H). Các nguyên tử này rất bền vững nên thường không tham gia phản ứng hóa học. 
• Nguyên tử có 4e ngoài cùng thường là nguyên tử của phi kim hoặc kim loại.
• Nguyên tử có từ 5 – 7e ngoài cùng dễ nhận electron và thường là phi kim.
• Những nguyên tử có 8 lớp electron ngoài cùng thường không tham gia phản ứng hóa học bởi tính chất bền vững.

4. Cách viết cấu hình electron

Có một số nguyên tắc viết cấu hình electron. Có thể áp dụng các bước sau để nắm vững hơn về vấn đề này.

4.1. Cấu hình electron nguyên tử có quy ước viết như thế nào?

• Ký hiệu phân lớp thường là chữ cái: s, p, d, f.
• Ký hiệu cho số thứ tự lớp e là số: 1, 2, 3

• Trong phân lớp, số electron được biểu thị bên phải ở trên bằng số. Ví dụ: s2, d10…

Cách viết cấu hình electron với những quy ước cụ thể

4.2. Viết cấu hình electron theo nguyên tắc nào?

Trước khi viết cấu hình electron cần xác định được số electron của nguyên tử đó. Quy tắc phân bố các e theo chiều tăng dần của năng lượng nguyên tử. Tuy nhiên, phân lớp s chỉ chứa được tối đa 2 electron, phân lớp p, d, f chứa tối đa lần lượt 6 – 10 – 14e.

Ngoài ra, cách viết cấu hình electron còn phụ thuộc vào các nguyên lý và quy tắc sau:

• Nguyên lý vững bền: Mức năng lượng trong các electron nguyên tử chiếm từ thấp đến cao khi ở trạng thái cơ bản.
• Nguyên lý Pauli: Chỉ có tối đa 2 electron trên mỗi obital nguyên tử. Chúng chuyển động tự quay quanh trục riêng nhưng khác chiều nhau.
• Quy tắc Hund: Sự phân bố các electron độc thân trên obital là tối đa trong cùng phân lớp. Tuy nhiên chiều tự quay của chúng phải giống nhau.

4.3. Cách viết cấu hình electron

Cấu hình electron của nguyên tử biểu diễn theo thứ tự phân lớp trong 1 lớp và các lớp electron. Các phân mức năng lượng phân bố theo chiều tăng dần. Đồng thời, có thể chèn mức năng lượng.

Ví dụ: Nguyên tử sắt có Z = 26. Khi đó: Số lượng electron của sắt là 26.

Phân bố các electron lúc này là 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6. Tuy nhiên, nhận thấy 4s < 3d nên có sự chèn mức năng lượng.

Cấu hình electron của sắt lúc này là 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2. Hoặc viết ngắn gọn với Ar là nguyên tố Argon đứng ngay trước Fe là: [Ar] 3d6 4s2.

5. Cách viết cấu hình electron nguyên tử hiệu quả, nhanh chóng

Từ những kiến thức lý thuyết kể trên, có thể áp dụng cách viết cấu hình electron theo các bước dưới đây:

• Bước 1: Xác định chính xác số electron của nguyên tử.
• Bước 2: Sắp xếp electron theo quy tắc đã học. Chú ý, mức năng lượng của các electron là tăng dần theo thứ tự: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s…
• Bước 3: Viết cấu hình e theo từng phân lớp.

Ví dụ: Viết cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố Natri (Na) với Z = 11

Khi đó electron là 11. Các e được sắp xếp theo thứ tự tăng dần như sau: 1s2 2s2 2p6 3s1. 

→ Cấu hình e của Natri (Na) là 1s2 2s2 2p6 3s1.

Hướng dẫn chi tiết các bước viết cấu hình electron

6. Viết cấu hình electron cần lưu ý những gì?

Khi viết cấu hình e cần lưu ý một số vấn đề sau:

• Nắm vững các quy tắc, nguyên lý về cách viết cấu hình.
• Chú ý nhận biết ký hiệu của từng lớp, phân lớp electron.
• Xác định chính xác số e nguyên tử.

VietChem đã phân tích chi tiết về cấu hình electron và cách viết chính xác cấu hình electron. Hy vọng những chia sẻ trên sẽ giúp các bạn có thêm thông tin để vận dụng vào các bài tập liên quan.