Nội dung chính hóa học 10 chân trời sáng tạo Bài 4: Cấu trúc lớp vỏ electron của nguyên tử

BÀI 4. CẤU TRÚC LỚP VỎ ELECTRON CỦA NGUYÊN TỬ

1. SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA ELECTRON TRONG NGUYÊN TỬ

Đáp án câu 1 sgk trang 26:

So sánh:

+ Điểm giống nhau: Electron chuyển động xung quanh hạt nhân.

+ Khác nhau:

=> Kết luận: Theo mô hình nguyên tử Rutherford  - Borh, các electron chuyển động trên những quỹ đạo hình tròn hay bầu dục xác định xung quanh hạt nhân. Theo mô hình hiện đại, trong nguyên tử các electron chuyển động rất nhanh xung quanh hạt nhân không theo quỹ đạo nhất định, tạo thành đám mây electron.

- Trả lời câu hỏi vận dụng sgk trang 27:

Mô hình Rutherford – Borh được gọi là mô hình hành tinh nguyên tử tương tự như Mặt Trời.

Tìm hiểu chung về orbital nguyên tử

- Trả lời câu 2 sgk trang 27:

+ Giống nhau: đều là khu vực không gian xung quanh hạt nhân chứa electron nguyên tử.

+ Khác nhau: Orbital là khi vực không gian xung quanh hạt nhân mà tại đó xác suất có mặt ( xác xuất tìm thấy) electron khoảng 90%.

- Trả lời câu 3 sgk trang 27:

Khái niệm orbital bắt nguồn từ mô hình nguyên tiwr hiện đại.

- Trả lời câu 4 sgk trang 27:

+ Giống nhau: Đều có số 8 nổi

+ Khác nhau: Các orbital định hướng khác nhau trong không gian.

Đáp án:

a, Các quả táo chín rơi xuống tập trung ở khu vực quanh gốc cây.

b, Khu vực chính giữa gốc cây và khu vực cách gốc cây quá xa sẽ không tìm thấy các quả táo rơi xuống.

c, Vùng xung quanh hạt nhân một khoảng nhất định, nơi ta có thể tìm thấy electron với xác suất lớn. Ở vị trí hạt nhân nguyên tử hay cách hạt nhân quá xa, ta không thể tìm thấy electron.

=> Kết luận:

• Orbital nguyên tử (Atomic orbital, viết tắt là AO) là khu vực không gian xung quanh hạt nhân nguyên tử mà tại đó xác suất tìm thấy electrn là lớn nhất (khoảng 90%)
• Một số AO thường gặp: s, p, d, f.

Các AO có hình dạng khác nhau: AO s có hình cầu, AO p có hình số 8 nổi, AO d và f có hình dạng phức tạp.

2. LỚP VÀ PHÂN LỚP ELECTRON

- Trả lời câu 5 sgk trang 28

Các lớp electron được sắp xếp từ gần hạt nhân ra ngoài, được gọi tên bắt đầu từ chữ K đến Q (theo bảng chữ cái A, B, C,…) tương ứng với các lớp từ 1 đến 7.

- Trả lời câu 6 sgk trang 28

Lực hút hạt nhân với electron lớp 1 là lớn nhất và lớp 7 là nhỏ nhất.

=> Kết luận:

• Trong nguyên tử, các electron được sắp xếp thành từng lớp (kí hiệu K, L, M, N, O, P, Q) từ gần đến xa hạt nhân, theo thứ tự từ lớp n= 1 đến n=7.
• Các electron trên cùng một lớp có năng lượng gần bằng nhau.

Phân lớp electron

- Trả lời câu 7 sgk trang 28:

+ Lớp 1 có 1 phân lớp: 1s.

+ Lớp 2 có 2 phân lớp: 2s, 2p.

+ Lớp 3 có 3 phân lớp: 3s, 3p, 3d.

+ Lớp 4 có 4 phân lớp: 4s, 4p, 4d, 4f.

=> Lớp n có n phân lớp: ns, np, nd, nf, ng, …

=> Kết luận:

• Mỗi lớp electron phân chia thành các phân lớp, được kí hiệu bằng các chữ cái viết thường là s, p, d, f. Các electron thuộc các phân lớp s, p, d và f được gọi tương ứng là các electron s, p, d và f.
• Các phân lớp s, p, s và f lần lượt có các số AO tương ứng là 1, 3, 5, 7.

Các electron trên cùng một phân lớp có năng lượng bằng nhau. Với 4 lớp đầu (1, 2, 3, 4) số phân lớp trong mỗi lớp bằng số thứ tự của lớp đó.

3. CẤU HÌNH ELECTRON NGUYÊN TỬ

Nguyên lí vững bền

- Trả lời câu 8 sgk trang 29:

Nhìn chung, năng lượng của các electron trên các AO ở trạng thái cơ bản tăng theo số lớp electrom. Tuy nhiên khi điện tích hạt nhân tăng có sự chèn mức năng lượng, mức 4s trở nên thấp hơn 3d, mức 5s thấp hơn 4d.

=> Kết luận:

Nguyên lí vững bền: Ở trạng thái cơ bản, các electron trong nguyên tử chiếm lần lượt những orbital có mức năng lượng từ thấp đến cao: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p …

Nguyên lí Pauli (Pau-li)

+ Các AO được biểu diễn bằng các ô vuông gọi là ô lượng tử.

+ Mỗi AO chứa tối đa 2 electron

+ Electron đôc thân là chỉ có 1 electron đó trong 1AO

+ Electron ghép đôi là có 2 electron đó chứa trong 1AO.

- Trả lời câu 9 sgk trang 30:

Trong một orbital, 2 electron có chiều quay ngược nhau

- Trả lời câu 10 sgk trang 30:

6 electron ghép đôi, 2 electron độc thân.

=> Kết luận: Nguyên lí Pauli: mỗi orbital chứa tối đa 2 electron và có chiều tự quay ngược nhau.

Xác định số AO và số electron tối đa trong một phân lớp và trong mỗi lớp

- Trả lời câu 11 sgk trang 31:

+ Lớp n được chia thành n phân lớp.

+ Mỗi phân lớp có số lượng AO nhất định, lớp n có n2 AO

+ Mỗi AO chỉ chứa tối đa 2 electron.

Do đó lớp n có tối đa 2n2 electron.

- Trả lời câu hỏi luyện tập sgk trang 31:

2 phân lớp s: 4 electron

1 phân lớp p: 3 electron

=> N có tổng cộng 7 electron.

Quy tắc Hund

- Trả lời câu 12 sgk trang 31:

+ Trường hợp (a) không có electron độc thân vì các orbital đã chứa đầy electron.

+ Trường hợp (b) và (c), theo cách phân bố electron ở hai trường hợp này, số electron độc thân là nhiều nhất.

- Trả lời câu 13 sgk trang 31:

Đầu tiên, điền các electron bằng mũi tên hướng lên theo chiều từ trái sang phải. Sau đó điền các electron bằng dấu mũi tên hướng xuống theo chiều từ trái sang phải sao cho tổng số mũi tên bằng số electron của nguyên tử.

=> Quy tắc Hund:

Trong cùng một phân lớp chưa bão hòa, các electron sẽ phân bố vào các orbital sao cho số electron độc thân là tối đa.

- Trả lời bài luyện tập sgk trang 31:

Trường hợp (a) tuân theo quy tắc Hund.

Trường hợp (b) không tuân theo quy tắc Hund.

Cách viết cấu hình electron nguyên tử

- Trả lời câu 14 sgk trang 32:

+ Số proton, số elctron, số hiệu nguyên tử.

+ Số lớp, số phân lớp electron vào phan lớp của từng lớp.

 - Các bước viết cấu hình electron:

+ Bước 1: Xác định số electron của nguyên tử.

+ Bước 2: Các electron được phân bố theo thứ tự AO có mức năng lượng tăng dần, theo các nguyên lí và quy tắc phân bố electron trong nguyên tử.

+ Bước 3: Viết cấu hình electron theo thứ tự các phân lớp trong một lớp và theo thứ tự của các lớp electron.

Đáp án:

- Nhóm 1:

 Nguyên tố C (Z=6)

Cấu hình electron của C: 1s22s22p2

Cấu hình electron của C theo orbital:

- Nhóm 2:

Nguyên tố Si (Z=14)

Cấu hình electron của Si: 1s22s22p63s23p2

Cấu hình electron của Si theo orbital:

- Nhóm 3:

Nguyên tố: F (Z = 9)

Cấu hình electron của Si: 1s22s22p5

Cấu hình electron của Si theo orbital:

- Nhóm 4:

Nguyên tố Cl (Z=17)

Cấu hình electron của C: 1s22s22p63s23p5

Cấu hình electron của Si theo orbital:

- Nhóm 5:

Nguyên tố Na (Z=11)

Cấu hình electron của C: 1s22s22p63s1

Cấu hình electron của Si theo orbital:

-  Trả lời câu luyện tập sgk trang 32:

+ Cấu hình electron của Al:

1s22s32p63s23p1

+ Cấu hình electron của Al theo orbital:

=> Al có 1 electron độc thân.

Đặc điểm cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử.

+ Nguyên tố mà nguyên tử có 1, 2, 3 electron lớp ngoài cùng thường là nguyên tố tính kim loại (trừ H, He, B).

+ Nguyên tố mà nguyên tử có 5, 6, 7 electron lớp ngoài cùng thường là nguyên tố phi kim.

+ Nguyên tố mà nguyên tử có 8 electron lớp ngoài cùng thường là nguyên tố khí hiếm (trừ He).

+ Nguyên tố mà nguyên tử có 4 electron lớp ngoài cùng có thể là nguyên tố kim loại, cũng có thể là nguyên tố phi kim.

- Trả lời câu 15 sgk trang 33:

Phosphorus có 5 electron lớp ngoài cùng là cơ sở để dự đoán phosphorus là nguyên tố phi kim.

=> Kết luận: Dựa vào số lượng electron lớp ngoài cùng của nguyên tử nguyên tố, có thể dự đoán một nguyên tố kim loại, phi kim hay khí hiếm.

- Trả lời vận dụng sgk trang 33:

Dựa vào cấu hình electron của Li. Nhận thấy Li có 1 electron ở lớp ngoài cùng. Từ đó có thể dự đoán Li là nguyên tố kim loại.