Hoạt động Mở đầu (trang 26) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 4: Trong nguyên tử, các electron chuyển động như thế nào và chiếm những mức năng lượng nào? Trình tự sắp xếp các mức năng lượng này ra sao? Việc phân bố các electron trong nguyên tử tuân theo những nguyên lí và quy tắc nào?
Trả lời:
- Theo mô hình hiện đại, các electron chuyển động rất nhanh xung quanh hạt nhân không theo một quỹ đạo xác định, tạo thành đám mây electron
- Các electron được sắp xếp thành từng lớp và phân lớp theo năng lượng từ thấp đến cao
- Trình tự sắp xếp các mức năng lượng:
+ Các electron trên cùng một phân lớp có năng lượng bằng nhau.
+ Các electron trên cùng một lớp có năng lượng gần bằng nhau.
1. Sự chuyển động của electron trong nguyên tử
a. Tìm hiểu về sự chuyển động của electron trong nguyên tử
Câu hỏi 1 (trang 26) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 4: Quan sát Hình 4.1 và 4.2, so sánh điểm giống và khác nhau giữa mô hình Rutherford - Bohr với mô hình hiện đại mô tả sự chuyển động của electron trong nguyên tử
Trả lời:
- Điểm giống nhau: electron chuyển động quanh hạt nhân
- Khác nhau:
+ Theo Rutherford: Hạt nhân nằm ở giữa, electron chuyển động quanh hạt nhân trên quỹ đạo đường đi xác định có hình tròn hoặc hình bầu dục
+ Theo mô hình hiện đại: electron chuyển động hỗn loạn không có quỹ đạo xác định quanh hạt nhân
=> Chỉ xác định được khoảng không gian mà electron chuyển động trong đó, khoảng không gian đó gọi là Orbital nguyên tử
Vận dụng (trang 27) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 4: Hệ Mặt Trời gồm Mặt Trời ở trung tâm và các thiên thể quay quanh theo những quỹ đạo xác định. Hãy cho biết mô hình nguyên tử của nhà khoa học nào được gọi là mô hình hành tinh nguyên tử, tương tự như hệ Mặt Trời?
Lời giải:
- Các thiên thể quay quanh Mặt Trời theo quỹ đạo xác định.
- Theo Rutherford – Bohr: các electron chuyển động trên những quỹ đạo hình tròn hay bầu dục xác định xung quanh hạt nhân.
⇒ Mô hình nguyên tử của Rutherford – Bohr được gọi là mô hình hành tinh nguyên tử, tương tự như hệ Mặt Trời.
b. Tìm hiểu về orbital nguyên tử
Câu hỏi 2 (trang 27) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 4: Quan sát Hình 4.3, phân biệt khái niệm đám mây electron và khái niệm orbital nguyên tử
Trả lời:
- Đám mây electron là khu vực có sự có mặt của electron xung quanh hạt nhân
- Orbital nguyên tử là khu vực mà xác suất có mặt electron là 90% xung quanh hạt nhân
Câu hỏi 3 (trang 27) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 4: Cho biết khái niệm orbital nguyên tử xuất phát từ mô hình nguyên tử của Rutherford - Bohr hay mô hình nguyên tử hiện đại
Trả lời:
- Khái niệm orbital nguyên tử xuất phát tử mô hình nguyên tử của Rutherford - Bohr
Câu hỏi 4 (trang 27) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 4: Quan sát Hình 4.4, hãy cho biết điểm giống và khác nhau giữa các orbital p (px, py, pz).
- Giống nhau: đều có dạng hình số tám nổi.
- Khác nhau: Sự định hướng trong không gian
+ Orbital px có dạng hình số tám nổi hướng theo trục x.
+ Orbital py có dạng hình số tám nổi hướng theo trục y.
+ Orbital pz có dạng hình số tám nổi hướng theo trục z.
2. Lớp và phân lớp electron
a. Tìm hiểu về lớp electron
Câu hỏi 5 (trang 28) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 4: Quan sát hình 4.5, nhận xét cách gọi tên các lớp electron bằng các chữ cái tương ứng với các lớp từ 1 đến 7
Trả lời:
- Các lớp electron được sắp xếp thành từng lớp kí hiệu K, L, M, N, O, P, Q từ gần đến xa hạt nhân theo thứ tự từ lớp n = 1 đến n = 7
Câu hỏi 6 (trang 28) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 4: Từ Hình 4.5, cho biết lực hút của hạt nhân với electron ở lớp nào là lớn nhất và lớp nào là nhỏ nhất
Trả lời:
- Lớp K gần hạt nhân nhất => Lực hút của hạt nhân với electron ở lớp K là lớn nhất
- Lớp Q nằm xa hạt nhân nhất => Lực hút của hạt nhân với electron ở lớp Q là nhỏ nhất
b. Tìm hiểu về phân lớp electron
Câu hỏi 7 (trang 28) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 4: Quan sát Hình 4.6, nhận xét về số lượng phân lớp trong các lớp từ 1 đến 4.
Trả lời:
- Với 4 lớp đầu (1, 2, 3, 4) số phân lớp trong mỗi lớp bằng số thứ tự của lớp đó.
3. Cấu hình electron nguyên tử
a. Tìm hiểu về nguyên lí vững bền
Câu hỏi 8 (trang 29) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 4: Quan sát Hình 4.7, nhận xét chiều tăng năng lượng của các electron trên các A0 ở trạng thái cơ bản (trạng thái có năng lượng thấp nhất)
Trả lời:
- Trật tự các mức năng lượng tăng dần theo trình tự 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p
- Qua đó cho ta thấy khi điện tích hạt nhân tăng có sự chèn mức năng lượng mức 4s trở nên thấp hơn 3d, mức 5s thấp hơn 4d, ...
b. Tìm hiểu về nguyên lí Pauli
Câu hỏi 9 (trang 30) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 4: Quan sát Hình 4.8, cho biết cách biểu diễn 2 electron trong một orbital dựa trên cơ sở nào?
Trả lời:
- Để biểu diễn orbital nguyên tử, người ta sử dụng các ô vuông, gọi là ô lượng tử, mỗi ô lượng tử ứng với một AO, mỗi AO chứa tối đa 2 electron.
- Nếu trong AO chỉ chứa một electron thì electron đó gọi là electron độc thân (kí hiệu bởi một mũi tên hướng lên ↑). Ngược lại, nếu AO chứa đủ hai electron thì các electron đó gọi là electron ghép đôi (kí hiệu bởi hai mũi tên ngược chiều nhau ↑↓).
Câu hỏi 10 (trang 30) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 4: Quan sát Hình 4.9, hãy cho biết nguyên tử oxygen có bao nhiêu electron ghép đôi vào bao nhiêu electron độc thân?
Trả lời:
- Nguyên tử oxygen có 2 electron ghép đôi vào 2 electron độc thân.
c. Xác định số AO và số electron tối đa trong một phân lớp và trong mỗi lớp
Câu hỏi 11 (trang 31) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 4: Từ Bảng 4.1, hãy chỉ ra mối quan hệ giữa số thứ tự lớp và số electron tối đa trong mỗi lớp.
Trả lời:
- Mối quan hệ: lớp n có tối đa 2n2 electron.
Luyện tập (trang 31) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 4: Nguyên tử nitrogen có 2 lớp electron trong đó có 2 phân lớp s và 1 phân lớp p. Các phân lớp s đều chứa số electron tối đa, còn phân lớp p chỉ chứa một nửa số electron tối đa. Nguyên tử nitrogen có bao nhiêu electron?
Lời giải:
Nitrogen có 2 lớp
- Lớp 1 có phân lớp 1s
- Lớp 2 có phân lớp 2s 2p
- Phân lớp s có tối đa số electron => 1s có 2 electron, 2s có 2 electron
- Phân lớp p chỉ chứa 1 nửa số electron tối đa => 2p có 3 electron
=> Nguyên tử nitrogen có số electron = 2 + 2 + 3 = 7 electron
d. Tìm hiểu quy tắc Hund
Câu hỏi 12 (trang 31) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 4: Quan sát Hình 4.10, hãy nhận xét số lượng electron độc thân ở mỗi trường hợp.
Trả lời:
- Trường hợp a) không có electron độc thân
- Trường hợp b) có 3 electron độc thân
- Trường hợp hợp c) có 2 electron độc thân
* Nhận xét:
- Phân lớp bão hòa chứa đủ số electron tối đa.
- Phân lớp nửa bão hòa chứa một nửa số electron tối đa.
- Phân lớp chưa bão hòa chưa đủ số electron tối đa.
Câu hỏi 13 (trang 31) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 4: Hãy đề nghị cách phân bố electron vào các orbial để số electron độc thân là tối đa
Trả lời:
- Trường hợp a) không có electron độc thân
- Trường hợp b) có 3 electron độc thân
- Trường hợp hợp c) có 2 electron độc thân
Luyện tập (trang 31) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 4: Trong các trường hợp (a) và (b) dưới đây, trường hợp nào có sự phân bố electron vào các orbital tuân theo và không tuân theo quy tắc Hund
Lời giải:
Cả 2 trường hợp (a) và (b) đều chưa đạt được phân lớp bão hòa
- Trường hợp (a) có 2 electron độc thân => Số electron độc thân đã tối đa
- Trường hợp (b) không có electron độc thân => Số electron độc thân chưa tối đa
=> Trường hợp (a) tuân theo quy tắc Hund, trường hợp (b) không tuân theo quy tắc Hund
e. Tìm hiểu các viết cấu hình electron nguyên tử
Câu hỏi 14 (trang 32) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 4: Cấu hình electron của một nguyên tử cho biết những thông tin gì?
Cấu hình electron của một nguyên tử cho biết sự phân bố electron trong vỏ nguyên tử trên các phân lớp thuộc các lớp khác nhau.
Luyện tập (trang 32) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 4: Viết cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố aluminium (Z = 13) và biểu diễn cấu hình electron của aluminium theo ô orbital. Từ đó, xác định số electron độc thân của nguyên tử này.
Lời giải:
- Cấu hình electron nguyên tử của nguyên tố aluminium (Z = 13):
- Nguyên tử Al có 1 electron độc thân
g. Tìm hiểu đặc điểm cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử
Câu hỏi 15 (trang 33) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 4: Quan sát Bảng 4.2, hãy cho biết dựa trên cơ sở nào để dự đoán phosphorus là nguyên tố phi kim
Trả lời:
Theo Bảng 4.2 phosphorus có 5 electron ở lớp ngoài cùng
=> Phosphorus là nguyên tố phi kim
Vận dụng (trang 33) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 4: Lithium là một nguyên tố có nhiều công dụng, được sử dụng trong chế tạo máy bay và trong một số loại pin nhất định. Pin Lithium - Ion (pin Li- Ion) đang ngày càng phổ biến, nó cung cấp năng lượng cho cuộc sống của hàng triệu người mỗi ngày thông qua các thiết bị như máy tính xách tay, điện thoại di động, xe Hybrid, xe điện, … nhờ trọng lượng nhẹ, cung cấp năng lượng cao và khả năng sạc lại. Dựa vào cấu hình electron nguyên tử (Bảng 4.2), hãy dự đoán lithium là kim loại, phi kim hay khí hiếm?
Lời giải:
Dựa vào Bảng 4.2, cấu hình electron của lithium (Z = 3) là 1s22s1
Nguyên tử lithium có 1 electron lớp ngoài cùng ⇒ là kim loại.
Bài tập
Bài tập 1 (trang 34) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 4: Trong các cách biểu diễn electron vào các orbital của phần lớp 2p ở trạng thái cơ bản, hãy chọn cách phân bố đúng
Lời giải:
- Chọn (1)
Bài tập 2 (trang 34) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 4: Cho nguyên tố X có 2 lớp electron, lớp thứ 2 có 6 electron. Xác định số hiệu nguyên tử của X
Lời giải:
- Lớp thứ nhất: có 1 phân lớp là 1s
- Lớp thứ 2: có 2 phân lớp là 2s và 2p
- Phân lớp s chứa tối đa 2 electron, phân lớp p chứa tối đa 6 electron
=> Cấu hình electron của nguyên tố X: 1s22s22p4
=> Nguyên tố X có 8 electron
=> Số hiệu nguyên tử của X: Z = 8
Bài tập 3 (trang 34) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 4: Ở trạng thái cơ bản, nguyên tử của những nguyên tố nào dưới đây có electron độc thân?
a) Boron
b) Oxygen
c) Phosphorus
d) Chlorine
Lời giải:
Ở trạng thái cơ bản, nguyên tử của tất cả các nguyên tố trên đều chứa electron độc thân.
Bài tập 4 (trang 34) SGK Hóa 10 Chân trời sáng tạo Bài 4: Viết cấu hình electron nguyên tử của các nguyên tố: carbon ( Z=6), sodium (Z=11) và oxygen (Z=8). Cho biết số electron lớp ngoài cùng trong nguyên tửu các các nguyên tố trên. Chúng là kim loại, phi kim hay khí hiếm?
Lời giải:
