Câu hỏi mở đầu trang 21

Đề bài: Trong nguyên tử, các electron chuyển động như thế nào? Sự sắp xếp các electron ở các lớp, các phân lớp tuân theo nguyên lí và quy tắc nào?

Lời giải:

• Sự chuyển động của electron: Theo mô hình hiện đại, các electron chuyển động rất nhanh xung quanh hạt nhân và không theo quỹ đạo xác định, tạo thành những vùng không gian có xác suất tìm thấy electron lớn nhất gọi là orbital nguyên tử (AO).
• Sự sắp xếp electron vào các lớp và phân lớp tuân theo 3 nguyên lí, quy tắc:
  • Nguyên lí vững bền: electron điền vào các orbital có mức năng lượng từ thấp đến cao.
  • Nguyên lí Pauli: mỗi orbital chứa tối đa 2 electron có chiều tự quay ngược nhau.
  • Quy tắc Hund: trong cùng một phân lớp, electron phân bố sao cho số electron độc thân là tối đa.

I. Chuyển động của electron trong nguyên tử

Câu 1 trang 22

Đề bài: Mô hình hiện đại mô tả sự chuyển động của electron trong nguyên tử như thế nào?

Lời giải:

Theo mô hình hiện đại:

• Trong nguyên tử, electron chuyển động rất nhanh và không theo quỹ đạo xác định.
• Người ta chỉ có thể xác định được vùng không gian xung quanh hạt nhân mà ở đó xác suất tìm thấy electron là lớn nhất (khoảng 90%).
• Vùng không gian đó được gọi là orbital nguyên tử, kí hiệu là AO (Atomic Orbital).

Câu 2 trang 22

Đề bài: Orbital s có dạng:

A. hình tròn.

B. hình số tám nổi.

C. hình cầu.

D. hình bầu dục.

Lời giải:

Đáp án: C. hình cầu.

Theo bài học, AO s có dạng hình cầu, còn AO p có dạng hình số tám nổi.

Câu 3 trang 22

Đề bài: Quan sát Hình 3.3 và nêu sự định hướng của các AO p trong không gian.

Lời giải:

Quan sát Hình 3.3, ta thấy phân lớp p có 3 AO p (kí hiệu là $p_x$, $p_y$, $p_z$) đều có dạng hình số tám nổi, và định hướng trong không gian như sau:

• AO $p_x$: định hướng theo trục Ox.
• AO $p_y$: định hướng theo trục Oy.
• AO $p_z$: định hướng theo trục Oz.

→ Ba AO p định hướng theo 3 trục Ox, Oy, Oz vuông góc với nhau từng đôi một.

II. Lớp và phân lớp electron

Câu 4 trang 23

Đề bài: Hãy cho biết tổng số electron tối đa chứa trong:

a) Phân lớp p.

b) Phân lớp d.

Lời giải:

Áp dụng: mỗi AO chứa tối đa 2 electron (nguyên lí Pauli).

a) Phân lớp p:

• Phân lớp p có 3 AO $(p_x, p_y, p_z)$
• Số electron tối đa = 3 × 2 = 6 electron.

b) Phân lớp d:

• Phân lớp d có 5 AO.
• Số electron tối đa = 5 × 2 = 10 electron.

Câu 5 trang 23

Đề bài: Lớp electron có số electron tối đa gọi là lớp electron bão hoà. Tổng số electron tối đa có trong mỗi lớp L và M lần lượt là:

A. 2 và 8.

B. 8 và 10.

C. 8 và 18.

D. 18 và 32.

Lời giải:

Áp dụng: số electron tối đa trong lớp thứ n bằng 2n².

• Lớp L (n = 2): số electron tối đa = 2 · 2² = 8 electron.
• Lớp M (n = 3): số electron tối đa = 2 · 3² = 18 electron.

Đáp án: C. 8 và 18.

III. Cấu hình electron của nguyên tử

Câu 6 trang 24

Đề bài: Cấu hình electron của nguyên tử có Z = 16 là:

A. 1s²2s²2p⁶3s²3p³.

B. 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵.

C. 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴.

D. 1s²2s²2p⁵3s²3p⁵.

Lời giải:

Z = 16 → nguyên tử có 16 electron.

Điền electron theo thứ tự năng lượng tăng dần: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p.

$$1s^2 ; 2s^2 ; 2p^6 ; 3s^2 ; 3p^4 \quad (2 + 2 + 6 + 2 + 4 = 16 ; e)$$

Đáp án: C. 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴.

Câu 7 trang 24

Đề bài: Biểu diễn cấu hình electron của các nguyên tử có Z = 8 và Z = 11 theo ô orbital.

Lời giải:

Nguyên tử có Z = 8 (oxygen):

• Cấu hình electron: 1s²2s²2p⁴.

Cách điền: 2 electron đầu vào 2p được điền vào 2 ô khác nhau với chiều spin giống nhau (quy tắc Hund), electron thứ 3 và 4 ghép cặp với electron thứ nhất trong ô đầu tiên (nguyên lí Pauli).

Nguyên tử có Z = 11 (sodium):

• Cấu hình electron: 1s²2s²2p⁶3s¹.

Câu 8 trang 25

Đề bài: Silicon được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp: gốm, men sứ, thuỷ tinh, luyện thép, vật liệu bán dẫn,… Hãy biểu diễn cấu hình electron của nguyên tử silicon (Z = 14) theo ô orbital, chỉ rõ việc áp dụng các nguyên lí vững bền, nguyên lí Pauli và quy tắc Hund.

Lời giải:

Bước 1: Viết cấu hình electron của Si (Z = 14):

Có 14 electron, điền theo thứ tự năng lượng tăng dần:

$$1s^2 ; 2s^2 ; 2p^6 ; 3s^2 ; 3p^2$$

Bước 2: Biểu diễn theo ô orbital.

Bước 3: Chỉ rõ việc áp dụng các nguyên lí, quy tắc.

• Nguyên lí vững bền: electron được điền vào các phân lớp theo thứ tự năng lượng từ thấp đến cao: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p.
• Nguyên lí Pauli: ở các ô đã đủ 2 electron (1s, 2s, 2p, 3s), hai electron được biểu diễn bằng 2 mũi tên ngược chiều (↑↓) — chiều tự quay ngược nhau.
• Quy tắc Hund: 2 electron ở phân lớp 3p được phân bố vào 2 ô khác nhau với cùng chiều spin (cùng hướng mũi tên đi lên ↑) để số electron độc thân đạt tối đa.

Câu 9 trang 25

Đề bài: Chlorine (Z = 17) thường được sử dụng để khử trùng nước máy trong sinh hoạt. Viết cấu hình electron của nguyên tử chlorine và cho biết tại sao chlorine là phi kim.

Lời giải:

Bước 1: Viết cấu hình electron của Cl (Z = 17):

Có 17 electron, điền theo thứ tự năng lượng tăng dần:

$$1s^2 ; 2s^2 ; 2p^6 ; 3s^2 ; 3p^5$$

Bước 2: Xác định số electron lớp ngoài cùng.

Lớp ngoài cùng là lớp thứ 3 (n = 3), gồm phân lớp 3s và 3p:

$$\text{Số electron lớp ngoài cùng} = 2 + 5 = 7 ; e$$

Bước 3: Kết luận.

Nguyên tử chlorine có 7 electron ở lớp ngoài cùng, mà theo bài học, các nguyên tố có 5, 6, 7 electron ở lớp ngoài cùng thường là phi kim.

→ Vậy chlorine là phi kim.

Em có thể

Viết được cấu hình electron nguyên tử của một số nguyên tố hoá học quen thuộc trong thực tế như nitrogen, oxygen, aluminium,… và dự đoán được tính chất hoá học cơ bản của chúng

Lời giải:

Áp dụng các bước viết cấu hình electron và quy tắc dự đoán tính chất hoá học dựa vào số electron lớp ngoài cùng:

1) Nitrogen (Z = 7):

• Cấu hình electron: 1s²2s²2p³.
• Lớp ngoài cùng (n = 2) có 5 electron → nitrogen là phi kim.

2) Oxygen (Z = 8):

• Cấu hình electron: 1s²2s²2p⁴.
• Lớp ngoài cùng (n = 2) có 6 electron → oxygen là phi kim.

3) Aluminium (Z = 13):

• Cấu hình electron: 1s²2s²2p⁶3s²3p¹.
• Lớp ngoài cùng (n = 3) có 3 electron → aluminium là kim loại.

Tổng kết cách dự đoán: Dựa vào số electron lớp ngoài cùng của nguyên tử, ta có thể dự đoán tính chất hoá học cơ bản:

• Có 1, 2, 3 electron lớp ngoài cùng → thường là kim loại (trừ H, He, B).
• Có 5, 6, 7 electron lớp ngoài cùng → thường là phi kim.
• Có 4 electron lớp ngoài cùng → có thể là kim loại hoặc phi kim.
• Có 8 electron lớp ngoài cùng → là khí hiếm (riêng He có 2 electron).

ThS. Lê Thị Mai Nhi

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Hoá Học THPT

Trình độ: Thạc sĩ Hóa học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 10+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Chuyên Nguyễn Huệ