Xin chào các em học sinh yêu quý! Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau chinh phục một bài tập rất thú vị về nguyên tố Clo, một nguyên tố quen thuộc và có vai trò quan trọng trong Hóa học. Thầy tin rằng với sự tập trung và phương pháp đúng đắn, các em sẽ làm được bài tập này một cách xuất sắc.

Chúng ta sẽ đi qua từng phần một, dựa sát theo kiến thức trong Sách giáo khoa Hóa học lớp 10 nhé.

Phần a) Viết cấu hình electron của nguyên tử clo và dự đoán khả năng nhường hay nhận electron của nguyên tố clo khi tham gia các phản ứng hóa học.

Đầu tiên, chúng ta có thông tin Z = 17 cho nguyên tử Clo (Cl). Z chính là số hiệu nguyên tử, và nó cho chúng ta biết số proton trong hạt nhân. Đồng thời, trong nguyên tử trung hòa về điện, số electron cũng bằng số proton. Vậy, nguyên tử Clo có 17 electron.

Để viết cấu hình electron, chúng ta sẽ lần lượt điền các electron vào các phân lớp theo thứ tự năng lượng từ thấp đến cao. Các phân lớp năng lượng được sắp xếp theo quy tắc Nachf: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, …

* Phân lớp 1s có tối đa 2 electron. Ta điền 2 electron vào đây.
Cấu hình electron của Clo đến đây là: 1s². Số electron còn lại là 17 – 2 = 15.

* Phân lớp 2s có tối đa 2 electron. Ta điền 2 electron vào đây.
Cấu hình electron của Clo đến đây là: 1s²2s². Số electron còn lại là 15 – 2 = 13.

* Phân lớp 2p có tối đa 6 electron. Ta điền 6 electron vào đây.
Cấu hình electron của Clo đến đây là: 1s²2s²2p⁶. Số electron còn lại là 13 – 6 = 7.

* Phân lớp 3s có tối đa 2 electron. Ta điền 2 electron vào đây.
Cấu hình electron của Clo đến đây là: 1s²2s²2p⁶3s². Số electron còn lại là 7 – 2 = 5.

* Phân lớp 3p có tối đa 6 electron. Ta điền 5 electron còn lại vào đây.
Cấu hình electron của Clo là: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵.

Như vậy, chúng ta đã hoàn thành việc viết cấu hình electron cho nguyên tử Clo.

Bây giờ, chúng ta sẽ dự đoán khả năng nhường hay nhận electron của nguyên tố Clo. Để làm điều này, chúng ta cần xem xét số electron ở lớp ngoài cùng. Lớp ngoài cùng của nguyên tử Clo là lớp thứ 3, bao gồm phân lớp 3s và 3p. Tổng số electron ở lớp ngoài cùng là 2 (của 3s) + 5 (của 3p) = 7 electron.

Theo quy tắc bão hòa electron (quy tắc octet), các nguyên tử có xu hướng đạt được cấu hình electron bền vững giống khí hiếm, thường là có 8 electron ở lớp ngoài cùng (trừ Heli chỉ có 2 electron).

Nguyên tử Clo có 7 electron ở lớp ngoài cùng. Để đạt được 8 electron, nó có hai khả năng:
1. Nhường đi 7 electron để trở về cấu hình bền vững của lớp phía trong (lớp thứ 2 có 8 electron).
2. Nhận thêm 1 electron để lớp ngoài cùng có đủ 8 electron.

Chúng ta thấy rằng, việc nhận 1 electron sẽ dễ dàng hơn nhiều so với việc nhường đi 7 electron. Vì vậy, nguyên tố Clo có xu hướng nhận 1 electron để đạt được cấu hình electron bền vững.

Do đó, khi tham gia các phản ứng hóa học, nguyên tử Clo có khả năng nhận 1 electron để trở thành ion âm Cl^–.

Phần b) Hãy viết công thức Lewis của phân tử Cl2. Xác định số electron riêng và dùng chung của nguyên tử Cl trong phân tử này.

Trước hết, chúng ta cùng ôn lại về công thức Lewis. Công thức Lewis biểu diễn các electron hóa trị dưới dạng các dấu chấm hoặc dấu gạch nối, cho thấy sự liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử và các cặp electron không tham gia liên kết (electron riêng).

Chúng ta đã biết nguyên tử Clo có 7 electron ở lớp ngoài cùng. Khi hai nguyên tử Clo kết hợp với nhau tạo thành phân tử Cl₂, chúng sẽ dùng chung electron để đạt được cấu hình electron bền vững.

Mỗi nguyên tử Clo có 7 electron hóa trị. Khi hai nguyên tử Cl kết hợp, chúng có thể dùng chung một cặp electron.

* Nguyên tử Cl thứ nhất có 7 electron hóa trị.
* Nguyên tử Cl thứ hai có 7 electron hóa trị.

Để mỗi nguyên tử có đủ 8 electron ở lớp ngoài cùng, hai nguyên tử Cl sẽ góp chung 1 electron từ mỗi nguyên tử để tạo thành một liên kết cộng hóa trị.

Công thức Lewis của phân tử Cl₂ sẽ được biểu diễn như sau:
Mỗi nguyên tử Cl sẽ có 6 electron không tham gia liên kết (tức là 3 cặp electron riêng) và đóng góp 1 electron để tạo thành 1 cặp electron dùng chung với nguyên tử Cl còn lại.

Ta biểu diễn các electron hóa trị bằng các dấu chấm.
Nguyên tử Cl thứ nhất có: 6 dấu chấm xung quanh (3 cặp electron riêng) và 1 dấu chấm tham gia liên kết.
Nguyên tử Cl thứ hai có: 6 dấu chấm xung quanh (3 cặp electron riêng) và 1 dấu chấm tham gia liên kết.

Khi liên kết, 1 dấu chấm từ nguyên tử Cl thứ nhất và 1 dấu chấm từ nguyên tử Cl thứ hai sẽ nằm giữa hai nguyên tử, tạo thành một cặp electron dùng chung. Cặp electron dùng chung này thường được biểu diễn bằng một gạch nối.

Vậy, công thức Lewis của phân tử Cl₂ là:
Cl – Cl
Trong đó, xung quanh mỗi nguyên tử Cl còn có 3 cặp electron không tham gia liên kết (6 dấu chấm).

Bây giờ, chúng ta sẽ xác định số electron riêng và dùng chung của nguyên tử Cl trong phân tử này.

Trong công thức Lewis:
* Electron dùng chung: là các cặp electron tạo thành liên kết cộng hóa trị giữa các nguyên tử. Trong phân tử Cl₂, có một liên kết đơn giữa hai nguyên tử Clo, được tạo thành từ một cặp electron dùng chung. Như vậy, có 2 electron dùng chung (1 cặp electron).
* Electron riêng: là các cặp electron không tham gia liên kết, còn gọi là electron hóa trị còn lại sau khi hình thành liên kết. Mỗi nguyên tử Clo ban đầu có 7 electron hóa trị. Sau khi góp 1 electron để tạo liên kết dùng chung, mỗi nguyên tử Clo còn lại 6 electron hóa trị không tham gia liên kết. Vậy, mỗi nguyên tử Clo có 6 electron riêng (3 cặp electron riêng).

Tổng số electron hóa trị của một nguyên tử Cl trong phân tử Cl₂ là: số electron riêng + số electron dùng chung mà nguyên tử đó “sở hữu” (chia sẻ).
Mỗi nguyên tử Cl có 6 electron riêng và chia sẻ 2 electron dùng chung. Vậy, mỗi nguyên tử Cl “có” 6 + 2 = 8 electron, đạt được cấu hình electron bền vững của khí hiếm Argon.

Chúc mừng các em đã hoàn thành bài tập này! Các em thấy đó, Hóa học thật thú vị phải không nào? Hãy tiếp tục giữ vững niềm đam mê và tinh thần học tập nhé!