Lớp và phân lớp electron, hướng dẫn tìm số electron tối đa
Lớp và phân lớp electron là khái niệm dễ hiểu của Hóa 10, nhưng khiến bạn hiểu lầm vỏ nguyên tử như vỏ trái cây; thật ra là sự phân loại mức năng lượng của electron. Như hình dưới đây, kí hiệu chỉ năng lượng tăng dần của electron.
Tiêu chuẩn để electron di chuyển trong AO của mình chính là năng lượng nó mang trong người! Và cách nói lớp, phân lớp cũng chỉ là tượng trưng cho mức năng lượng của electron.
Nếu khó hiểu, hãy đọc lại ví dụ đã học sau: Tôi (electron) ở vila kế biển (AO) ⇔ tôi thuộc phân lớp siêu giàu ⇔ tôi ở lớp thượng lưu ⇔ tôi rất nhiều tiền (nhiều năng lượng).
Nội dung bài viết
1. Lớp và phân lớp electron (hoặc AO) đều ám chỉ mức năng lượng của electron
1.1. Lớp và phân lớp electron
Lớp: chứa các electron có mức năng lượng GẦN bằng nhau. Có 7 lớp – đánh số từ 1 đến 7 hoặc kí hiệu tương ứng là K, L, M, N, O, P, Q.
Phân lớp trong 1 lớp: chứa các electron có mức năng lượng BẰNG nhau. Có 4 loại phân lớp – kí hiệu là s, p, d, f.
1.2. Số electron tối đa trong phân lớp s, p, d, f
| Phân lớp | s | p | d | f |
| Số AO | 1 | 3 | 5 | 7 |
| Số electron max | 2 | 6 | 10 | 14 |
| Kí hiệu | s2 | p6 | d10 | f14 |
1.3. Số electron tối đa của lớp 1 đến lớp 7 (K, L, M, N, O, P, Q)
1.3.1. Bé tập đọc
Bạn hãy đọc dọc từ trên xuống dưới như dưới đây:
- Lớp thứ 1 (kí hiệu K), có 1 phân lớp (kí hiệu 1s), có 1 Orbital, chứa tối đa 2 electron.
- Lớp thứ 2 (kí hiệu L), có 2 phân lớp (kí hiệu 2s-2p), có 4 Orbital, chứa tối đa 8 electron.
- Lớp thứ 3 (kí hiệu M), có 3 phân lớp (kí hiệu 3s-3p-3d), có 9 Orbital, chứa tối đa 18 electron.
- Lớp thứ 4 (kí hiệu N), có 4 phân lớp (kí hiệu 4s-4p-4d-4f), có 16 Orbital, chứa tối đa 32 electron.
Từ lớp 5, 6, 7 hao hao giống nhau, bạn hãy đọc tiếp:
- Lớp thứ 5 (kí hiệu O), có 4 phân lớp (kí hiệu 5s-5p-5d-5f), có 16 Orbital, chứa tối đa 32 electron.
- Lớp thứ 6 (kí hiệu P), có 4 phân lớp (kí hiệu 6s-6p-6d-6f), có 16 Orbital, chứa tối đa 32 electron.
- Lớp thứ 7 (kí hiệu Q), có 4 phân lớp (kí hiệu 7s-7p-7d-7f), có 16 Orbital, chứa tối đa 32 electron.
1.3.2. Công thức chỉ đúng từ lớp 1 – lớp 4
Lớp thứ n (n = 1, 2, 3, 4) có
- n phân lớp electron.
- n2 Orbital
- tối đa 2n2 electron
1.3.3. Bé viết theo các mũi tên chéo
Để xài cho phần dưới, bé đọc theo từng mũi tên một và lần lượt viết ra cho đúng thứ tự; ta có dãy sau:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 (chỗ đánh dấu ngôi sao*) 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d10 7p6 6f14 7d10 7f14.
Nhớ số mũ là số electron tối đa ở phân lớp đó. Vậy theo dãy này, ta lấy các số mũ cộng lại thì tổng số electron tối đa là 156 (hoặc lấy số electron max của 7 lớp cộng lại – bạn xem lại hình trên).
2. Qui tắc đường chéo của ông Klech-kow-ski
Bạn nhìn vào những đường chéo, đọc từng mũi tên một và lần lượt viết ra (xem 1.3.3); kết quả thu được là dãy MỨC NĂNG LƯỢNG TĂNG DẦN CỦA CÁC AO như sau:
Hiểu như sau:
- Năng lượng của phân lớp 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < …* (dãy còn dài …đến 7f là kết thúc; tuy nhiên tuổi teen chỉ cần học thuộc đế chỗ đánh dấu NGÔI SAO là quá đủ).
- Số mũ là số electron tối đa của phân lớp đó.
Nhớ số ghi trước không phải là toán nhân; đơn giản chỉ là kí hiệu lớp thứ mấy. Ví dụ
- Ghi 2p ⇔ 1 phân lớp 2p, đọc là phân lớp p ở lớp thứ 2.
- Ghi 3s ⇔ 1 phân lớp 3s, đọc là phân lớp s ở lớp thứ 3.
Số mũ chỉ số electron tối đa của phân lớp đó. Ví dụ
- Ghi 2p6 ⇔ có tối đa 6 electron trên phân lớp 2p.
- Tùy nguyên tử, có thể là 2p4 ⇔ có 4 electron trên phân lớp 2p.
- Nhưng sai nếu bạn ghi 2p7 (hoặc số lớn hơn) ; bởi vì ………
Bạn phải học thuộc lòng dãy này để xác định loại nguyên tố và viết cấu hình electron sau này; đây là nội dung quan trọng và dùng suốt đời học sinh 3 năm lớp 10, 11, 12.
3. Liên kết nhanh
Đọc thêm bài viết về Nguyên tử và Hóa lớp 10 tại đây.
Viết bởi Đỗ Trọng Toan từ W3chem.com
Mình là người tự mình thực hiện toàn bộ dự án này – bao gồm xây dựng trang web, viết nội dung, tìm tài liệu tham khảo, trả lời câu hỏi bạn gởi về. Vui lòng xem xét QUYÊN GÓP để hỗ trợ W3chem CHỈ BẰNG CÁCH CHIA SẺ BÀI VIẾT NÀY LÊN MẠNG XÃ HỘI; bởi vì trong tương lai, bạn sẽ cho mình nhiều thời gian để làm việc trên W3chem, cũng có nghĩa bạn nhận thêm nhiều nội dung mới nhanh hơn tại đây.😍 🥰 😘
Cho em hoi co nguyen tu nao dat den muc nang luong 7f14 khong a
*Câu hỏi hay nha Việt.
*Như lí thuyết mình thấy, muốn đạt đến mức 7f14 thì nguyên tử đó phải có 156 electron; một số electron quá lớn mà đến nay-thế kỉ 21, các nhà khoa học vẫn chưa tìm ra nguyên tử nào có số electron như vậy. Nhưng dự đoán là có, vấn đề rất khó là tìm ra thế nào?
*Với trình độ KHKT và trí thông minh của con người thế kỉ 21, các nhà KH mới chỉ tìm ra nguyên tố có số Z khoảng 118. Vì sao như vậy?
Các nguyên tử có số Z (số electron) càng lớn thì càng khó để phát hiện và tìm hiểu xem tính chất của chúng thế nào; bởi vì các nguyên tử này có tuổi thọ rất ngắn (khoảng vài mili giây à!, thậm chí còn ít hơn nữa, đến độ chưa xác định được luôn! Nó sinh ra rồi tự dưng biến mất, con người chưa kịp trở tay gì….).
Cũng có một số bài báo nói cách ta xác định về lớp-phân lớp electron như hiện nay là sai gì đó …tương lại sẽ thay đổi và vì vậy, cũng làm thay đổi cách sắp xếp – hình dạng của bảng tuần hoàn luôn.
Nhưng thôi, đó là chuyện xa lắm… ; mình nên để dành cho các nhà khoa học làm việc.
*Chúng mình yên tâm rằng, không bao giờ có bài tập với nguyên tố có số Z lớn hơn dãy mình đang học. Nếu chuyện đó xảy ra thì …ghê gớm lắm.
Mình nhớ đến 5s^2 (đạt 38 electron như bài học trên) là quá đủ cho môn Hóa.
*Còn bây giờ, vui học và làm bài tập thôi nào! và …nhớ giữ nguyên tắc 5K mùa dịch Covid-19 nha Việt. Thân.
Cho em hỏi là vì sao phân lớp s trong mọi lớp đều có số lượng AO là 1 ạ.Em xin cảm ơn ạ
Minh thân.
Cũng như bàn tay, cho dù ở đất nước nào, hay ở tầng lớp nào trong xã hội; luôn có 5 NGÓN (nên người ta có lời hát…Bàn tay 5 ngón em vẫn kiêu sa…). Đó là điều kỳ diệu của Tạo hóa; mà không bao giờ chúng ta thắc mắc vì sao là 5 ngón mà không phải 1, 2, 6, 7…? Chúng ta chỉ tìm hiểu, khám phá và học cách sử dụng 5 ngón tay đó…
Cấu tạo nguyên tử trong Hóa học (hay cấu tạo tế bào môn Sinh học) cũng do Tạo hóa tác thành; chúng ta có lẽ không bao giờ trả lời được câu hỏi: Vì sao phân lớp s trong mọi lớp đều chỉ có 1 AO, mà không phải là 2, 3,… (Tạo hóa có lý do hợp lí của mình). Con người chỉ dùng trí thông minh và máy móc (đến nay là thế kỉ 21) để tính toán, tìm tòi và phát hiện ra như thế; rồi dùng lí thuyết – lập luận để giải thích – chứng minh – thuyết phục điều phát hiện là đúng.
Vậy cuối cùng, chúng ta ghi nhận lí thuyết trên là 1 điều hiển nhiên của Tạo hóa (cũng như Mặt trời mọc ở hướng đông, lặn ở hướng tây vậy).
Nếu có ai đó giải thích này nọ, thì đó chính là đang dùng sự hiểu biết của mình để chứng minh điều hiển nhiên kia là đúng!.
Và nếu có những vấn đề không trả lời được, mình sẽ trả lời (và luôn đúng nha Minh): TỰ NHIÊN NÓ VẬY!!!!! (vì thế mà con người xếp môn Lý – Hóa – Sinh là môn Khoa Học TỰ NHIÊN!!!!!).
Cảm ơn Minh đã có câu hỏi rất thú vị. Hẹn gặp lại Minh ở các câu hỏi khác.
Vậy dạ thưa ad là vì sao người ta gọi là AO có năng lượng là yếu hay mạnh để electron chiếm ạ
Như CÂU TRẢ LỜI BÊN DƯỚI, mỗi electron mang trong mình năng lượng lớn hay nhỏ-là điều TỰ NHIÊN (cũng như mọi loài, mọi vật, kể cả con người cũng mang năng lượng vậy!).
*Con người thắc mắc, tìm tòi nghiên cứu và phát hiện ra những sự thật hiển nhiên ấy.
*Và cách gọi AO (hay vô số các kí hiệu khác trong khoa học) chỉ là cách mà con người kí hiệu qui ước thôi.
*Vậy gốc vấn đề là BẢN THÂN ELECTRON mang năng lượng nhỏ, lớn; và …con người đưa ra các kí hiệu để biểu diễn, truyền đạt thông tin.
Xem câu bên dưới nha Hoàng; còn thắc mắc thì hỏi nha.
Thầy ơi electron thì có hạt mang năng lượng mạnh, có hạt mang năng lượng yếu phải ko ạ.
Nếu tiện thì thầy giúp em luôn là năng lượng của electron là tự nhiên mà có, nghĩa là random sẽ có e mạnh, e yếu hay sao ạ.
MONG THẦY DUYỆT Ạ.
Để hiểu tường tận vì sao e lại mang năng lượng (liên quan đến môn Vật lý), Hoàng phải học Hóa bậc Đại học thì rõ liền; nhưng thôi, cứ đọc thử phần đơn giản sau để có khái niệm.
*Hai dạng năng lượng dễ hiểu nhất là
1) Động năng-năng lượng tích tụ do chuyển động. Chuyển động càng nhanh thì năng lượng càng to! Vì vậy mà mình thấy:
-Hai xe chạy chậm, nếu va vào nhau thì chẳng hề gì; nhưng nếu tốc độ trên 100km thì chao ôi – tan nát!. Bởi vì chuyển động nhanh thì năng lượng tích tụ trong mỗi chiếc xe rất lớn; sự va chạm khiến chúng giải phóng năng lượng bên trong ra – hậu quả là 2 xe tan tành!.
-Xem clip (trên Youtube) phóng 1 cây kim vào tấm kiếng; cây kim xuyên thủng luôn tấm kiếng (mà nếu ta chỉ cầm kim chạm vào mặt kiếng thì không thể). Bởi vì người phóng đã làm cây kim chuyển động nhanh-tức làm cây kim tích tụ trong mình 1 năng lượng lớn, khiến có có thể đâm thủng kiếng.
2) Thế năng-năng lượng có được do khoảng cách, độ cao. Độ cao càng lớn thì năng lượng càng to! Vì vậy mà mình thấy:
-Một vật càng trên cao, khi rơi xuống đất thì nát bét – do năng lượng tích tụ trong vật đó lớn.
-Nhà cao 4 tầng, đế bồn nước trên tầng 4 thì nước ở vòi nước khi mở sẽ chảy mạnh nhất ở tầng trệt.
*Cũng vậy, electron tích tụ năng lượng Động năng (do nó chuyển động nhanh quanh hạt nhân); và Thế năng (do nó có khoảng cách với hạt nhân); và … còn dạng năng lượng gì nữa thì Thầy cũng hổng biết luôn! Chắc sau này Hoàng học để ý nha.
*Nếu mình lưu ý thì thấy mỗi người đều có 2 dạng năng lượng trên – một cách rất TỰ NHIÊN.
Câu hỏi hay… nhưng khó để hiểu tường tận.
Còn thắc mắc thì hỏi nha Hoàng.
Tình cờ đọc các câu trả lời của Thầy thấy hay và đáng trân quý. Cảm ơn vì học sinh may mắn vẫn còn học những người Thầy thế này. Chúc Thầy nhiều sức khỏe và thành coing trong công tác.
Chào Hòa.
Rất cảm ơn lời khen của em. Thầy sẽ cố gắng học hỏi thêm để đưa ra câu trả lời tốt nhất trong khả năng hiểu biết của mình.
Cám ơn Hòa một lần nữa. Chúc em & gia đình sức khỏe. Mong gặp lại em ở các bài viết khác.
Trân trọng.
cảm ơn thầy vì những kiến thức thầy đã chia sẻ ạ
Cám ơn Phương đã đọc bài viết.
Mong gặp lại em ở các bài học khác.
Trân trọng.
Tình cờ em đọc được những câu hỏi của các bạn và những câu trả lời của thầy em thấy rất thú vị em mong rằng sau này vẩn còn nhiều giáo viên tận tụy với nghề như thầy ạ
Chào Lâm.
Rất cảm ơn lời khen của em. Thầy sẽ cố gắng trả lời dễ hiểu và tiệm cận Hóa học nhất-trong khả năng hiểu biết giới hạn của mình.
Cám ơn Lâm một lần nữa. Chúc em & gia đình sức khỏe. Mong gặp lại em ở các bài viết khác.
Trân trọng.
Em chào thầy.
Em đang ôn thi chương trình sau đại học, tình cờ biết đến website của thầy. Em đọc các bài viết và câu trả lời của thầy đều rất tâm huyết đúng nghĩa của một nhà giáo dục. Thầy cho em hỏi vì sao Crom có Z=24, cấu hình của Crom là 1s2-1s2-2p6-3s2-3p6-3d5-4s1 mà không phải là 1s2-2s2-2p6-3s2-3p6-3d4-4s2 ạ.
Em cảm ơn thầy ạ.
Chào bạn Thoa. Hân hạnh được gặp và trao đổi thông tin tại đây. Cám ơn Thoa đã đặt câu hỏi.
👩🏫👨🏫👩🍳Ở cấp III, các thầy cô nói thế này:
Phân lớp được lấp đầy hoàn toàn hoặc một nửa (bão hòa hoặc bán bão hòa) ổn định hơn (bền hơn) các cấu hình còn lại, tức là cấu hình s2, p6, d10, f14 hoặc s1, p3, d5, f7 📌🍊🍍🍆 bền hơn các cấu hình khác như p4, p5, d6, d9, f5, f4, …
⚛︎Mình đã biết rằng các electron điền vào các orbital (AO) nguyên tử có mức năng lượng từ thấp đến cao; do sống ở mức năng lượng thấp – chúng bền vững hơn. Thứ tự AO có mức năng lượng tăng dần như sau: 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < ….
Ở Cr với số Z = 24 theo thứ tự trên thì phải là …4s2 3d4.
Nhưng thực tế thấy …4s1 3d5 ; tức 1e ở mức năng lượng thấp 4s đã di chuyển lên mức năng lượng cao hơn là 3d ; điều này là TRÁI QUY LUẬT CHUNG đối với hầu hết các nguyên tử (nhưng không có gì là ngạc nhiên phải không bạn. Cuộc sống quanh ta cũng thấy điều này rất bình thường phải không nào, có nhiều thứ trong cuộc sống cũng không tuân theo những quy luật chung phổ biến mà).
⚛︎Nếu đã dạy HS điều lưu ý 📌🍊🍍🍆 trên thì mình dễ dàng trả lời👇
Cấu hình …3d4 4s2 chỉ ổn định (bền) ở 1 phân lớp 4s; trong khi …3d5 4s1 lại ổn định (bền) ở cả 2 phân lớp 3d và 4s; và như thế… đương nhiên cấu hình Cr là vậy rồi.
Câu trả lời đến đây là chấm dứt và dễ như ăn kẹo.
⚛︎Nhưng nếu HS hỏi tiếp …tại sao? …tại sao? …tại sao hả? thì T chỉ trả lời bằng cách ví von – mà tất cả HS đều dễ dàng chấp nhận; như vầy nè:
Các electron sinh sống trong …5 orbital 3d (5 căn nhà loại 3d) và …1 orbital 4s (1 căn nhà loại 4s) như sau:
……3d4 4s2 là 3d4: | ↑ | ↑ | ↑ | ↑ | | và 4s2 | ⇅ | mình thấy có 1 căn nhà trống ở 3d trong khi căn nhà 4s lại có đến 2 electron ở – chật chội khó chịu quá đi!
……3d5 4s1 là 3d5: | ↑ | ↑ | ↑ | ↑ | ↑ | và 4s1 | ↑ | mình thấy mỗi căn nhà chỉ có 1 electron sinh sống – quá rộng rãi và dễ chịu!
và như vậy, cấu hình …3d5 4s1 bền hơn là đương nhiên (thấy sao mà electron giống y hệt con người mình luôn).
⚛︎Nhưng nếu HS vẫn không chấp nhận câu trả lời ngây ngô trên….
…thì thôi, thầy cô cũng bí luôn!. Và thực tế là, gần 20 năm dạy Hóa, T cũng chẳng khi nào tìm hiểu thêm, vì đã đủ, chẳng HS nào hỏi tiếp; bởi vì cũng như các em bé, chúng mình đang vui vẻ và chấp nhận khái niệm “Gà mà không gáy là con gà con. Gà mà biết gáy là con gà cha”, chứ chưa đi đến tận cùng về cấu tạo cơ thể, đặc tính, … của gà con; gà ba là thế nào – vì thực tế, sự hiểu biết này chỉ dành cho các nhà chuyên môn nghiên cứu về gà thôi.
⚛︎Tương tự, Cu với số Z = 29, được cho là có cấu hình electron …3d9 4s2. Nhưng cấu hình thực tế lại là …3d10 4s1. Bằng cách di chuyển một electron từ 4s sang 3d. Cách giải thích kiểu ví von trên hơi khó rồi nha-chắc phải lách bằng cách dùng khái niệm “cặp đôi” hay 1 kiểu gì đó!.
😁🥴😏Nói dài dòng như vậy để bạn Thoa, nếu cần câu trả lời đến tận cùng, thì phải tìm hiểu thêm lời giải thích bằng “Cơ học (Hóa học) lượng tử” – môn học khiến sinh viên đau khổ quằn quại, thậm chí bị ám ảnh ngay trong những giấc mơ!
⚛︎Khái niệm cấu hình lấp đầy một nửa và lấp đầy hoàn toàn sẽ ổn định hơn có liên quan đến năng lượng trao đổi, một khái niệm trong cơ học lượng tử (the exchange energy, a concept in quantum mechanics).
Năng lượng trao đổi liên quan đến sự đổi chỗ của các hạt giống hệt nhau – trường hợp này là các electron trong nguyên tử.
⚛︎Khi hai hoặc nhiều electron có cùng spin thay đổi vị trí giữa các AO – chúng sẽ giải phóng năng lượng. Sau khi mất bớt năng lượng, các electron chỉ còn mức năng lượng thấp …nên ổn định (bền) hơn so với lúc đầu.
⚛︎Thấy electron cũng giống mình, nếu được bố mẹ đổi chỗ cho ra riêng 1 căn nhà, không sống chung với người khác… thì mình sẽ giải phóng rất nhiều năng lượng luôn-bằng cách: nhảy nhót, ca hát, cười, yêu đời, yêu người, mang đến nhiều năng lượng tích cực cho người khác (nói cho giống sách vở!), …
⚛︎Trời ơi, ông Giáo sư này giảng về NĂNG LƯỢNG TRAO ĐỔI trên YouTube mà T chẳng hiểu gì, chỉ thấy có duy nhất 01 bình luận đơn sơ_Thanks a lot for these lectures!.
Hoặc có bài viết Exchange Energy của University of California San Diego, nhìn thấy chóng mặt luôn.
Thôi, cứ coi cho oai vậy, để hiểu rằng đôi khi, cũng phải chấp nhận câu giải thích ngây ngô như trên; bởi vì… thật quá khó để đi đến sự hiểu biết tường tận.
🍐🍑🍓Chúc Thoa nhiều sức khỏe để tiếp tục hoàn thiện câu trả lời chương trình ôn thi của mình. Câu trả lời của T cũng tham khảo trên các website nước ngoài; mới chỉ là bước khởi đầu rất nhỏ. Nếu có bài viết hoàn thiện hơn, đừng ngại chia sẻ tại đây Thoa nhé.
Hẹn gặp em tại nhiều bài viết khác.
Trân trọng,
Toan từ W3chem.com.
☘️🐩🌱🍂