– Các electron trong lớp vỏ nguyên tử được phân bổ vào các lớp và phân lớp dựa theo năng lượng của chúng.

– Năng lượng của một electron phụ thuộc vào khoảng cách từ electron đó tới hạt nhân. Electron càng xa hạt nhân thì có năng lượng càng cao. Vậy khoảng cách của các electron trong cùng một lớp tới hạt nhân được coi như gần bằng nhau.

a. Lớp electron

Các electron thuộc cùng một lớp có năng lượng gần bằng nhau. 

Trong mỗi lớp electron có thể có một hoặc nhiều AO. Số tới hạt nhân  lượng AO và số electron tối đa trên mỗi lớp như Bảng 5.1.

Bảng 5.1. Số AO và số electron tối đa trong mỗi lớp

Số electron và số AO trong lớp electron thứ n (n<4) được ghi nhớ theo quy tắc sau:

+ Lớp thứ n có n² AO.

+ Lớp thứ n có tối đa 2n² electron.

b. Phân lớp electron

Mỗi lớp electron (trừ lớp thứ nhất) lại được chia thành các phân lớp theo nguyên tắc sau: Các electron thuộc cùng một phân lớp có năng lượng bằng nhau.

– Số lượng và kí hiệu các phân lớp trong một lớp

– Lớp electron thứ n có n phân lớp và kí hiệu lần lượt là ns, np, nd, nf,… Cụ thể:

+ Lớp K, n= 1: có 1 phân lớp, kí hiệu là 1s.

+ Lớp L, n= 2: có 2 phân lớp, kí hiệu là 2s và 2p.

+ Lớp M, n=3: có 3 phân lớp, kí hiệu là 3s, 3p và 3d.

– Số lượng AO trong mỗi phân lớp

+ Phân lớp ns chỉ có 1 AO.

+ Phân lớp np có 3 AO.

+ Phân lớp nd có 5 AO.

+ Phân lớp nf có 7 AO.

– Số electron trong mỗi phân lớp được biểu diễn bằng chỉ số phía trên bên phải kí hiệu phân lớp. Phân lớp nào đã có tối đa electron thì được gọi là phân lớp bão hoà.

Ví dụ: Kí hiệu 1s² cho biết phân lớp 1s có 2 electron. Do phân lớp 1s chỉ có 1 AO nên phân lớp này chứa tối đa 2 electron, 1s² được gọi là phân lớp bão hoà (electron).

Dựa theo năng lượng, các electron trong lớp vỏ nguyên tử được phân bố vào các lớp và phân lớp. Các electron thuộc cùng một phân lớp có năng lượng bằng nhau, các electron thuộc cùng một lớp có năng lượng gần bằng nhau.

a. Cách viết cấu hình electron nguyên tử

– Cấu hình electron biểu diễn sự phân bố electron vào lớp vỏ nguyên tử theo các lớp và phân lớp.

– Quy tắc đường chéo xác định dãy Klechkovski (Klếch-cốpski) như sau:

– Các bước viết cấu hình electron nguyên tử theo những quy tắc như sau:

(1) Điền electron theo thứ tự các mức năng lượng từ thấp đến cao (dãy Klechkovski):

1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s…

Điền electron bão hoà phân lớp trước rồi mới điên tiếp vào phân lớp sau.

(2) Đổi lại vị trí các phân lớp sao cho số thứ tự lớp (n) tăng dần từ trái qua phải, các phân lớp trong cùng một lớp theo thứ tự s, p, d, f.

Ví dụ 1: Nguyên tử Li có Z = 3. Điền 3 electron vào dãy Klechkovski theo quy tắc (1) được 1s²2s¹. Đây cũng chính là cấu hình electron của Li vì trường hợp này không cần sử dụng đến quy tắc (2).

Ví dụ 2: Nguyên tử K có Z = 19. Điền lần lượt 19 electron vào dãy Klechkovski, nhận được cấu hình 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹.

– Cấu hình này có thể viết gọn là [Ar]4s¹; kí hiệu [Ar] thay cho cấu hình nguyên tử khí hiểm A là 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶.

– Cấu hình electron cho biết thứ tự mức năng lượng các electron giữa các phân lớp. Năng lượng electron trên mỗi phân lớp tăng theo chiều từ trái qua phải.

Ví dụ 3: Trong nguyên tử Li, năng lượng của electron thuộc phân lớp 2s cao hơn electron thuộc phân lớp 1s.

b. Biểu diễn cấu hình electron theo ô orbital

– Biểu diễn cấu hình electron theo ô orbital (còn gọi là cách biểu diễn cấu hình theo ô lượng tử) là một cách biểu diễn sự phân bố electron theo orbital, từ đó biết được sổ electron độc thân của nguyên tử.

– Quy tắc biểu diễn cấu hình theo ô orbital:

+ Viết cấu hình electron của nguyên tử.

+ Biểu diễn mỗi AO bằng một ô vuông (ô orbital hay ô lượng tử), các AO trong cùng phân lớp thì viết liền nhau, các AO khác phân lớp thì viết tách nhau. Thứ tự các ô orbital từ trái sang phải theo thứ tự như ở cấu hình electron.

+ Điền electron vào từng ô orbital theo thứ tự lớp và phân lớp, mỗi electron biểu diễn bằng một mũi tên. Trong mỗi phân lớp, electron được phân bổ sao cho số electron độc thân là lớn nhất, electron được điền vào các ô orbital theo thứ tự từ trái sang phải. Trong một ô orbital, electron đầu tiên được biểu diễn bằng mũi tên quay lên, electron thứ hai được biểu diễn bằng mũi tên quay xuống.

Ví dụ: Cấu hình theo ô orbital của C như sau:

Như vậy, nguyên tử carbon có 2 electron độc thân, thuộc AO 2p

Cấu hình electron biểu diễn sự phân bố electron vào lớp vỏ nguyên tử theo các lớp và phân lớp.

– Các electron thuộc lớp ngoài cùng (còn gọi là electron hoá trị) có vai trò quyết định đến tính chất hoá học đặc trưng của nguyên tổ (tính kim loại, tính phi kim, tính trơ,…). Từ cấu hình electron, có thể dự đoán các tính chất này theo quy tắc sau:

+ Các nguyên tử có 1, 2 hoặc 3 electron ở lớp ngoài cùng thường là các nguyên tử nguyên tố kim loại. Tính kim loại thể hiện qua khả năng nhường electron trong các phản ứng hoá học (tính khử).

+ Các nguyên tử có 5, 6 hoặc 7 electron ở lớp ngoài cùng thường là các nguyên tử nguyên tố phi kim. Tinh phi kim thể hiện qua khả năng nhận electron trong các phản ứng hoá học (tính oxi hoá).

+ Các nguyên tử có 8 electron ở lớp ngoài cùng là các nguyên tử nguyên tố khí hiểm (trừ He chỉ có 2 electron). Các nguyên tố này rất khó tham gia các phản ứng hoá học (tính trơ).

+ Nếu lớp electron ngoài cùng có 4 electron thì nguyên tử nguyên tố có thể là kim loại hoặc phi kim.

Từ cấu hình electron của nguyên tử, có thể dự đoán được tính chất hoá học cơ bản của nguyên tố hoá học.