Sơ đồ nguyên tử hiển thị cấu hình điện tử phân lớp của các nguyên tố

Sơ đồ nguyên tử bao gồm một biểu diễn đơn giản hóa cấu hình điện tử của nguyên tử theo lớp hoặc mức năng lượng. Chúng là một cách rất đơn giản để xem lớp vỏ hóa trị của một nguyên tố cũng như số lượng electron có trong lớp vỏ bên trong, rất hữu ích để dự đoán các tính chất vật lý và hóa học của một nguyên tố.

Sơ đồ nguyên tử được xây dựng như thế nào?

Việc xây dựng sơ đồ nguyên tử dựa trên cấu hình electron của nguyên tố. Đó là một quá trình tương đối đơn giản được thực hiện theo cùng một cách đối với mỗi nguyên tử trong bảng tuần hoàn. Quy trình như sau:

Bước #1: Viết cấu hình electron của nguyên tố

Cấu hình điện tử thu được bằng cách sử dụng quy tắc mưa và tổng số electron của nguyên tử được đề cập. Nếu là nguyên tử trung hòa thì số electron bằng số nguyên tử của nguyên tố đó. Mặt khác, nếu nó là một ion, thì số lượng electron được tính bằng số nguyên tử trừ đi điện tích của ion (bao gồm cả dấu của nó nếu nó âm). Đó là, công thức sau đây được sử dụng:

Sau khi thu được số lượng electron, chúng được phân phối giữa các phân lớp khác nhau của nguyên tử, lấp đầy những phân lớp có năng lượng thấp nhất trước cho đến khi chúng được lấp đầy hoàn toàn trước khi chuyển sang quỹ đạo hoặc phân phân lớp tiếp theo. Thứ tự lấp đầy được xác định bởi quy tắc Madelung, còn được gọi là quy tắc mưa, và được biểu diễn trong hình sau:

Nghĩa là, việc điền được thực hiện theo tổng của n+l, thay vì chỉ xem xét n. Danh sách tất cả các phân lớp có số lượng electron tối đa có thể chứa trong mỗi phân lớp, tuân theo quy tắc điền này, là:

Có nhiều cấp độ con hơn, nhưng không có nguyên tố nào trong bảng tuần hoàn có thể xác định vị trí của các electron trong chúng.

Bước # 2: Nhóm các quỹ đạo theo thứ tự tăng mức năng lượng

Việc lấp đầy các quỹ đạo theo phương pháp mưa không phải lúc nào cũng tạo ra cấu hình điện tử được sắp xếp theo mức năng lượng chính. Vì lý do này, sau khi điền vào các lớp con, chúng phải được nhóm theo giá trị số lượng tử không chính của chúng.

Bước #3: Cộng các electron ở mỗi mức năng lượng để có cấu hình lớp vỏ electron

Sau khi có được cấu hình điện tử cuối cùng, chúng tôi thêm số lượng điện tử trong tất cả các quỹ đạo có trong mỗi cấp độ. Theo cách này, cái được gọi là cấu hình điện tử theo mức hoặc theo lớp thu được. Mỗi mức năng lượng chính (nghĩa là mỗi giá trị của n) được xác định bằng một chữ in hoa của bảng chữ cái, bắt đầu bằng chữ K, như được chỉ ra trong bảng sau:

Số lượng điện tử tối đa được đặt làm tham chiếu để xác minh rằng không có lỗi trong việc đếm hoặc phân phối điện tử. Một nguyên tử có thể có ít hơn mức tối đa trong lớp vỏ điện tử cuối cùng của nó, nhưng nó không bao giờ có thể có nhiều hơn con số đó.

Bước #4: Vẽ biểu đồ có số vòng tròn đồng tâm bằng chu kỳ của phần tử

Bằng cách có cấu hình lớp, chúng tôi đã sẵn sàng để xây dựng sơ đồ nguyên tử. Chỉ cần vẽ một loạt các vòng tròn đồng tâm xung quanh hạt nhân nguyên tử. Một vòng tròn phải được vẽ cho mỗi lớp vỏ chứa các electron. Do đó, nếu cấu hình lớp vỏ của một nguyên tử là K ²   L ⁵ , thì phải vẽ hai vòng tròn, một vòng tròn cho lớp vỏ K (n=1) và một vòng tròn cho lớp vỏ L (n=2). Số lớp điện tử của một nguyên tố trùng với chu kỳ mà nó nằm trong bảng tuần hoàn.

Bước #5: Bắt đầu với chu vi nhỏ nhất (n=1), phân phối các electron ở mỗi mức năng lượng cho đến khi chúng cạn kiệt

Cuối cùng, một vòng tròn nhỏ được vẽ trên mỗi chu vi này cho mỗi electron chứa lớp tương ứng. Trong ví dụ trước, (K ²   L ⁵ ) chúng ta phải đặt hai electron vào vòng tròn thứ nhất và 5 vào vòng thứ hai. Mọi nỗ lực nên được thực hiện để phân phối các electron càng đồng đều càng tốt.

Ví dụ về việc xây dựng sơ đồ nguyên tử của các nguyên tố

Hydro (H, Z=1)

Số electron: 1

Cấu hình điện tử (phương pháp mưa): 1s ¹

Tổng số electron trên mỗi lớp:

Cấu hình electron phân lớp: K ¹

Số lớp chiếm: 1

Sơ đồ nguyên tử của hiđro:

Oxy (O, Z=8)

Số electron: 8

Cấu hình electron (phương pháp mưa): 1s ²   2s ²   2p ⁴

Tổng số electron trên mỗi lớp:

Cấu hình electron theo lớp: K ²   L ⁶

Số lớp chiếm: 2 (hai vòng tròn đồng tâm)

Sơ đồ nguyên tử oxi:

Natri (Na, Z=11)

Số electron: 11

Cấu hình electron (phương pháp mưa): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ¹

Tổng số electron trên mỗi lớp:

Cấu hình electron theo lớp: K ²   L ⁸   M ¹

Số lớp chiếm: 3 (ba vòng tròn đồng tâm)

Sơ đồ nguyên tử natri:

Nhôm (Al, Z=13)

Số electron: 13

Cấu hình electron (phương pháp mưa): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ¹

Tổng số electron trên mỗi lớp:

Cấu hình electron theo lớp: K ²   L ⁸   M ³

Số lớp chiếm: 3 (ba vòng tròn đồng tâm)

Sơ đồ nguyên tử của nhôm:

Phốt pho (P, Z=15)

Số electron: 15

Cấu hình electron (phương pháp mưa): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ³

Tổng số electron trên mỗi lớp:

Cấu hình electron theo lớp: K ²   L ⁸   M ⁵

Số lớp chiếm: 3 (ba vòng tròn đồng tâm)

Sơ đồ nguyên tử photpho:

Canxi (Ca, Z=20)

Số electron: 20

Cấu hình electron (phương pháp mưa): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ⁶   4s ²

Tổng số electron trên mỗi lớp:

Cấu hình electron phân lớp: K ²   L ⁸   M ⁸   N ²

Số lớp chiếm: 4 (bốn vòng tròn đồng tâm)

Sơ đồ nguyên tử canxi:

Kẽm (Zn, Z=30)

Số electron: 30

Cấu hình electron (phương pháp mưa): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ⁶   4s ²   3d ¹⁰

Tổng số electron trên mỗi lớp:

Cấu hình electron phân lớp: K ²   L ⁸   M ¹⁸   N ²

Số lớp chiếm: 4 (bốn vòng tròn đồng tâm)

Sơ đồ nguyên tử của kẽm:

Gecmani (Ge, Z=32)

Số electron: 32

Cấu hình electron (phương pháp mưa): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ⁶   4s ²   3d ¹⁰   4p ²

Tổng số electron trên mỗi lớp:

Cấu hình electron theo lớp: K ²   L ⁸   M ¹⁸   N ⁴

Số lớp chiếm: 4 (bốn vòng tròn đồng tâm)

Sơ đồ nguyên tử gecmani:

Brôm (Br, Z=35)

Số electron: 35

Cấu hình electron (phương pháp mưa): 1s ²   2s ²   2p ⁶   3s ²   3p ⁶   4s ²   3d ¹⁰   4p ⁵

Tổng số electron trên mỗi lớp:

Cấu hình electron theo lớp: K ²   L ⁸   M ¹⁸   N ⁷

Số lớp chiếm: 4 (bốn vòng tròn đồng tâm)

Sơ đồ nguyên tử brom:

Xenon (Xe, Z=54)

Số electron: 54

^{Cấu hình} electron (phương pháp mưa): 1s ²   2s ²   2p ^{6 3s 2}   3p ⁶   4s ²   3d ¹⁰   4p ⁶   5s ²   4d   10 ^5p   6

Tổng số electron trên mỗi lớp:

Cấu hình electron theo lớp: K ²   L ⁸   M ¹⁸   N ¹⁸   O ⁸

Số lớp chiếm: 5 (năm vòng tròn đồng tâm)

Sơ đồ nguyên tử xenon:

Người giới thiệu

Chang, R., & Goldsby, K. (2013). Hóa học (tái bản lần thứ 11). McGraw-Hill Interamericana de España SL

Miguel, J. (2020, ngày 14 tháng 7). Biểu diễn nguyên tử từ số nguyên tử và số khối bằng mô hình hành tinh . SpaceScience.com. https://espaciociencia.com/representacion-del-atomo/

Montagud Rubio, N. (2022, ngày 15 tháng 2). Biểu đồ Moeller: nó là gì, nó được sử dụng như thế nào trong Hóa học và các ví dụ . Tâm lý và Tâm trí. https://psicologiaymente.com/miscelanea/diagrama-moeller

Nguyên mẫu, C. L. (nd). Các bộ phận của Hoạt động sơ đồ nguyên tử . Bảng phân cảnh đó. https://www.storyboardthat.com/es/lesson-plans/ensenanza-de-los-atomos/partes-del-%c3%a1tomo