Trong mô hình lượng tử hiện đại, electron không chuyển động quanh hạt nhân theo những quỹ

Trong mô hình lượng tử hiện đại, electron không chuyển động quanh hạt nhân theo những quỹ đạo xác định giống như các hành tinh chuyển động quanh Mặt Trời. Thay vào đó, electron được mô tả bằng các trạng thái lượng tử và phân bố trong những vùng không gian có xác suất tìm thấy electron khác nhau. Các electron trong nguyên tử được sắp xếp vào các lớp và phân lớp electron có mức năng lượng khác nhau.

Mỗi lớp electron được đặc trưng bởi số lượng tử chính (n). Trong một lớp có thể có một hoặc nhiều phân lớp. Các phân lớp thường được kí hiệu là s, p, d và f. Mỗi orbital chứa tối đa hai electron. Vì phân lớp s có 1 orbital, p có 3 orbital, d có 5 orbital và f có 7 orbital nên số electron tối đa tương ứng trong các phân lớp này lần lượt là 2, 6, 10 và 14.

Ở trạng thái cơ bản, các electron thường chiếm các trạng thái có năng lượng thấp trước rồi mới đến các trạng thái có năng lượng cao hơn. Cấu hình electron vì thế phản ánh sự phân bố electron trong các lớp và phân lớp của nguyên tử.

Khi lớp electron ngoài cùng được lấp đầy, nguyên tử thường có độ bền tương đối cao. Một đại lượng quan trọng dùng để nghiên cứu cấu tạo electron của nguyên tử là năng lượng ion hóa. Theo NIST, năng lượng ion hóa là năng lượng tối thiểu cần thiết để tách một electron khỏi nguyên tử hoặc ion ở trạng thái cơ bản.

Năng lượng ion hóa không giống nhau đối với các nguyên tử khác nhau. Giá trị này phụ thuộc vào điện tích hạt nhân, cấu hình electron, mức độ che chắn của các electron bên trong và khoảng cách trung bình giữa electron cần tách với hạt nhân.

Dữ liệu năng lượng ion hóa thứ nhất của một số nguyên tử được cho trong bảng sau:

Nguyên tử	Z	Cấu hình electron trạng thái cơ bản	Năng lượng ion hóa thứ nhất (eV)
Li	3	1s²2s¹	5,392
Be	4	1s²2s²	9,323
B	5	1s²2s²2p¹	8,298
C	6	1s²2s²2p²	11,260
N	7	1s²2s²2p³	14,534
O	8	1s²2s²2p⁴	13,618
F	9	1s²2s²2p⁵	17,423
Ne	10	1s²2s²2p⁶	21,565

Nguồn: NIST Atomic Spectra Database (ASD), National Institute of Standards and Technology; DOE – DOE Explains... Electrons.

Nhìn chung, khi đi từ trái sang phải trong một chu kì, điện tích hạt nhân tăng trong khi các electron được thêm vào cùng lớp electron chính. Do đó lực hút của hạt nhân đối với electron ngoài cùng có xu hướng tăng và năng lượng ion hóa thứ nhất nhìn chung tăng. Tuy nhiên, xu hướng này có một số ngoại lệ do cấu trúc phân lớp và sự tương tác giữa các electron.

Trả lời cho các câu 1, 2, 3, 4, 5, 6 dưới đây:

Câu hỏi số 1:

Nhận biết

Phát biểu nào sau đây mô tả đúng nhất về năng lượng ion hóa?

A. Năng lượng giải phóng khi nguyên tử nhận thêm một electron.

B. Năng lượng tối thiểu cần thiết để tách một electron khỏi nguyên tử hoặc ion ở trạng thái cơ bản.

C. Năng lượng cần thiết để chuyển toàn bộ electron của nguyên tử lên lớp ngoài cùng.

D. Năng lượng giải phóng khi electron chuyển từ lớp ngoài vào lớp trong.

Đáp án đúng là: B

Xem lời giải

Câu hỏi:980123

Phương pháp giải

Đọc và khai thác trực tiếp định nghĩa năng lượng ion hóa được cung cấp trong bài.

Giải chi tiết

Theo bài đọc, năng lượng ion hóa là năng lượng tối thiểu cần thiết để tách một electron khỏi nguyên tử hoặc ion ở trạng thái cơ bản.

Đáp án cần chọn là: B

Câu hỏi số 2:

Thông hiểu

Từ cấu hình electron và dữ liệu trong bảng, nguyên nhân hợp lí nhất giải thích vì sao năng lượng ion hóa thứ nhất của B nhỏ hơn Be là

A. nguyên tử B có điện tích hạt nhân nhỏ hơn nguyên tử Be.

B. electron bị tách khỏi B thuộc phân lớp 2p, trong khi electron bị tách khỏi Be thuộc phân lớp 2s.

C. nguyên tử B có ít lớp electron hơn nguyên tử Be.

D. phân lớp 2p của B đã được lấp đầy electron.

Đáp án đúng là: B

Xem lời giải

Câu hỏi:980124

Phương pháp giải

So sánh cấu hình electron của Be và B

Xác định phân lớp chứa electron bị tách đầu tiên.

Giải chi tiết

Cấu hình electron:

Be: (1s^22s^2)

B: (1s^22s^22p^1)

Be có electron ngoài cùng thuộc phân lớp (2s), còn electron được thêm vào khi chuyển từ Be sang B nằm ở phân lớp (2p).

Electron (2p) có mức năng lượng cao hơn và nhìn chung dễ bị tách hơn electron (2s). Vì vậy, mặc dù B có điện tích hạt nhân lớn hơn Be nhưng: I₁(B) < I₁(Be) (8,298 eV < 9,323 eV)

Đáp án cần chọn là: B

Câu hỏi số 3:

Thông hiểu

Một nguyên tử X ở trạng thái cơ bản có 9 electron.Cấu hình electron của X và số electron độc thân trong các orbital lớp ngoài cùng lần lượt là

A. 1s²2s²2p⁵ và 1.

B. 1s²2s²2p⁵ và 5.

C. 1s²2s²2p⁶ và 0.

D. 1s²2s²2p⁴3s¹ và 1.

Đáp án đúng là: A

Xem lời giải

Câu hỏi:980125

Phương pháp giải

Nguyên tử trung hòa có: Điện tích hạt nhân Z = Hạt p = Hạt e

Viết cấu hình electron và phân bố electron vào các orbital theo quy tắc Hund.

Giải chi tiết

X có 9 electron : 1s^22s^22p^5

Phân lớp (2p) có 3 orbital.

Phân bố 5 electron:

↑↓

↑

⟹ 1 electron độc thân.

Đáp án cần chọn là: A

Câu hỏi số 4:

Thông hiểu

4 5 6 8 10

Kéo và thả các giá trị thích hợp để hoàn thành thông tin về nguyên tử có cấu hình electron 1s²2s²2p⁶

Số electron của nguyên tử:

Số orbital đang chứa electron:

Số electron lớp ngoài cùng:

Các giá trị lựa chọn:

Đáp án đúng là: 10; 5; 8

Xem lời giải

Câu hỏi:980126

Phương pháp giải

Từ cấu hình electron ⟹ Số lớp electron, số orbital

Giải chi tiết

Tổng số electron: 10e

Số orbital chứa electron:

(1s): 1 orbital.

(2s): 1 orbital.

(2p): 3 orbital.

⟹ Có 5 orbital đang chứa electron.

Lớp ngoài cùng là lớp (n = 2): 2s²2p⁶

⟹ Có 8 electron lớp ngoài cùng

Đáp án cần chọn là: 10; 5; 8

Câu hỏi số 5:

Vận dụng

Một học sinh nhận xét: “Trong chu kì 2, khi điện tích hạt nhân tăng thì năng lượng ion hóa thứ nhất luôn tăng.”

Dữ liệu nào trong bảng bác bỏ trực tiếp nhận xét trên?

A. I₁ (Li) < I₁ (Be)

B. I₁ (C) < I₁ (N)

C. I₁ (Be) > I₁ (B)

D. I₁ (F) < I₁ (Be)

Đáp án đúng là: C

Xem lời giải

Câu hỏi:980127

Phương pháp giải

Muốn bác bỏ mệnh đề có từ “luôn”, chỉ cần tìm một trường hợp trong đó Z tăng nhưng năng lượng ion hóa giảm.

Giải chi tiết

Be (Z = 4) có: I₁ = 9,323 eV

B (Z = 5) có: I₁ = 8,298 eV

Khi điện tích hạt nhân tăng từ 4 lên 5 năng lượng ion hoá thứ nhất giảm,

⟹ Bác bỏ nhận định

Đáp án cần chọn là: C

Câu hỏi số 6:

Vận dụng

Hai nguyên tử X và Y đều thuộc chu kì 2.

Nguyên tử X có phân lớp 2p chứa 3 electron, còn nguyên tử Y có phân lớp 2p chứa 4 electron.

Một học sinh dự đoán rằng Y phải có năng lượng ion hóa thứ nhất lớn hơn X vì Y có điện tích hạt nhân lớn hơn.

Dựa vào dữ liệu của bài đọc, nhận xét nào sau đây đúng?

A. Dự đoán đúng vì năng lượng ion hóa luôn tăng khi điện tích hạt nhân tăng.

B. Dự đoán sai; X là N và Y là O, trong đó năng lượng ion hóa thứ nhất của N lớn hơn O.

C. Dự đoán sai; X là C và Y là N, trong đó năng lượng ion hóa thứ nhất của C lớn hơn N.

D. Không thể xác định X và Y từ số electron trong phân lớp (2p).

Đáp án đúng là: B

Xem lời giải

Câu hỏi:980128

Phương pháp giải

Từ số electron trong phân lớp (2p), xác định nguyên tố rồi đối chiếu với bảng số liệu.

Giải chi tiết

X có phân lớp electron ngoài cùng: 2p³ ⟹ Cấu hình electron đầy đủ: 1s²2s²2p³

⟹ X là nitrogen (N)

Y có có phân lớp electron ngoài cùng: 2p⁴ ⟹ Cấu hình electron đầy đủ: 1s²2s²2p⁴

⟹ Y là oxygen (O)

Theo bảng: I₁(N) = 14,534 eV; I₁(O) = 13,618 eV

⟹ I₁ (N) > I₁ (O)

Mặc dù O có điện tích hạt nhân lớn hơn N, năng lượng ion hóa thứ nhất của O lại nhỏ hơn N.

Đây là một ngoại lệ của xu hướng tăng năng lượng ion hóa trong chu kì. Cấu hình (2p^3) của N tương ứng với ba orbital p được điền đơn, trong khi ở O ((2p^4)) bắt đầu xuất hiện một orbital chứa cặp electron; tương tác đẩy giữa các electron ghép đôi góp phần làm electron dễ bị tách hơn.

Đáp án cần chọn là: B

Quảng cáo

Tham Gia Group Dành Cho 2K9 Chia Sẻ, Trao Đổi Tài Liệu Miễn Phí

Câu hỏi trước Câu tiếp theo

>> 2K11 học trực tuyến Lớp 10 cùng thầy cô giáo giỏi tại Tuyensinh247.com, Kiến thức cập nhật theo chương trình mới nhất. Cam kết giúp học sinh học tốt, bứt phá điểm 9,10 chỉ sau 3 tháng, hoàn trả học phí nếu học không hiệu quả.