Chào các em, hôm nay chúng ta sẽ cùng nhau luyện tập viết cấu hình electron cho các nguyên tử và ion. Đây là một kỹ năng rất quan trọng trong Hóa học lớp 10, giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cấu tạo và tính chất của các nguyên tố. Chúng ta sẽ bám sát theo Sách giáo khoa để làm bài tập này một cách chi tiết nhất nhé.

Bài tập yêu cầu chúng ta viết cấu hình electron của các nguyên tử và ion sau:
Al (Z=13); Al^3+; Fe (Z=26); Fe^2+; Fe^3+; Br (Z=35) ; Br^-

Để làm được bài tập này, các em cần nhớ các nguyên tắc sau:
1. Nguyên tắc về số electron: Số electron trong một nguyên tử trung hòa bằng số proton, tức là bằng số hiệu nguyên tử Z. Đối với ion, số electron sẽ thay đổi: ion dương (cation) mất electron, ion âm (anion) nhận thêm electron.
2. Nguyên tắc Aufbau: Electron được điền vào các phân lớp theo thứ tự năng lượng tăng dần. Thứ tự năng lượng của các phân lớp như sau: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p.
3. Nguyên tắc Pauli: Mỗi orbital chỉ chứa tối đa 2 electron và hai electron này phải có spin ngược chiều nhau.
4. Quy tắc Hund: Trong một phân lớp có nhiều orbital, các electron sẽ điền vào các orbital riêng lẻ trước, sao cho số electron độc thân là lớn nhất và các electron này có spin cùng chiều.

Bây giờ, chúng ta sẽ đi vào giải từng trường hợp cụ thể.

1. Nguyên tử Nhôm (Al) có Z = 13
Nguyên tử nhôm trung hòa về điện, nên số electron bằng số proton, Z = 13. Vậy nguyên tử Al có 13 electron.
Ta điền electron vào các phân lớp theo thứ tự năng lượng tăng dần:
– Phân lớp 1s có tối đa 2 electron: 1s^2. Còn lại 13 – 2 = 11 electron.
– Phân lớp 2s có tối đa 2 electron: 2s^2. Còn lại 11 – 2 = 9 electron.
– Phân lớp 2p có tối đa 6 electron: 2p^6. Còn lại 9 – 6 = 3 electron.
– Phân lớp 3s có tối đa 2 electron: 3s^2. Còn lại 3 – 2 = 1 electron.
– Phân lớp 3p có thể chứa tối đa 6 electron, nhưng ta chỉ còn 1 electron, nên điền vào là 3p^1. Còn lại 1 – 1 = 0 electron.
Vậy, cấu hình electron của nguyên tử Al là: 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^1.
Chúng ta cũng có thể viết gọn bằng cách sử dụng khí hiếm đứng trước nó. Khí hiếm đứng trước Al (Z=13) là Neon (Ne, Z=10). Cấu hình electron của Ne là 1s^2 2s^2 2p^6.
Do đó, cấu hình electron của Al có thể viết gọn là: [Ne] 3s^2 3p^1.

2. Ion Nhôm (Al^3+)
Ion Al^3+ được tạo thành khi nguyên tử Al nhường đi 3 electron. Nguyên tử Al có 13 electron. Khi nhường đi 3 electron, ion Al^3+ sẽ có 13 – 3 = 10 electron.
Chúng ta sẽ loại bỏ electron từ phân lớp ngoài cùng trước. Phân lớp ngoài cùng của Al là phân lớp 3p, sau đó đến 3s.
– Al có cấu hình: 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^1.
– Ion Al^3+ nhường đi 3 electron:
– Nhường 1 electron ở phân lớp 3p: 3p^0. Còn lại 2 electron cần nhường.
– Nhường 2 electron ở phân lớp 3s: 3s^0. Còn lại 0 electron cần nhường.
Các electron ở các phân lớp bên trong không bị mất đi.
Vậy, cấu hình electron của ion Al^3+ là: 1s^2 2s^2 2p^6.
Cấu hình này trùng với cấu hình electron của khí hiếm Neon (Ne).

3. Nguyên tử Sắt (Fe) có Z = 26
Nguyên tử sắt trung hòa về điện, nên có 26 electron.
Ta điền electron theo thứ tự năng lượng:
– 1s^2 (2 electron). Còn lại 26 – 2 = 24 electron.
– 2s^2 (2 electron). Còn lại 24 – 2 = 22 electron.
– 2p^6 (6 electron). Còn lại 22 – 6 = 16 electron.
– 3s^2 (2 electron). Còn lại 16 – 2 = 14 electron.
– 3p^6 (6 electron). Còn lại 14 – 6 = 8 electron.
– 4s^2 (2 electron). Còn lại 8 – 2 = 6 electron.
– 3d có thể chứa tối đa 10 electron, ta còn 6 electron, nên điền vào là 3d^6. Còn lại 6 – 6 = 0 electron.
Vậy, cấu hình electron của nguyên tử Fe là: 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^6.
Viết gọn bằng khí hiếm: Khí hiếm đứng trước Fe (Z=26) là Argon (Ar, Z=18). Cấu hình của Ar là 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6.
Cấu hình electron của Fe viết gọn là: [Ar] 4s^2 3d^6.

4. Ion Sắt (II) (Fe^2+)
Ion Fe^2+ được tạo thành khi nguyên tử Fe nhường đi 2 electron. Nguyên tử Fe có 26 electron.
Khi nhường electron, nguyên tử sẽ nhường electron ở phân lớp có năng lượng cao nhất trước. Theo nguyên tắc Aufbau, phân lớp 4s có năng lượng thấp hơn phân lớp 3d (khi chưa điền đầy). Tuy nhiên, khi hình thành ion, phân lớp 4s thường là phân lớp ngoài cùng và sẽ nhường electron trước.
– Cấu hình của Fe: [Ar] 4s^2 3d^6.
– Ion Fe^2+ nhường đi 2 electron:
– Nhường 2 electron ở phân lớp 4s (phân lớp ngoài cùng). Vậy 4s^0.
Cấu hình electron của ion Fe^2+ là: [Ar] 3d^6.
Hoặc viết đầy đủ: 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^6.

5. Ion Sắt (III) (Fe^3+)
Ion Fe^3+ được tạo thành khi nguyên tử Fe nhường đi 3 electron. Nguyên tử Fe có 26 electron.
– Cấu hình của Fe: [Ar] 4s^2 3d^6.
– Ion Fe^3+ nhường đi 3 electron:
– Nhường 2 electron ở phân lớp 4s. Còn lại 3 – 2 = 1 electron cần nhường.
– Nhường 1 electron còn lại ở phân lớp 3d. Vậy 3d^5.
Cấu hình electron của ion Fe^3+ là: [Ar] 3d^5.
Hoặc viết đầy đủ: 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^5.
Lưu ý: Cấu hình 3d^5 có trạng thái bán bão hòa, tương đối bền vững.

6. Nguyên tử Brom (Br) có Z = 35
Nguyên tử brom trung hòa về điện, có 35 electron.
Ta điền electron:
– 1s^2 (2). Còn lại 33.
– 2s^2 (2). Còn lại 31.
– 2p^6 (6). Còn lại 25.
– 3s^2 (2). Còn lại 23.
– 3p^6 (6). Còn lại 17.
– 4s^2 (2). Còn lại 15.
– 3d^10 (10). Còn lại 5.
– 4p có thể chứa 6 electron, ta còn 5 electron, điền vào là 4p^5. Còn lại 0.
Vậy, cấu hình electron của nguyên tử Br là: 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^10 4p^5.
Viết gọn bằng khí hiếm: Khí hiếm đứng trước Br (Z=35) là Argon (Ar, Z=18). Cấu hình của Ar là 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6.
Cấu hình electron của Br viết gọn là: [Ar] 4s^2 3d^10 4p^5.

7. Ion Brom (Br^-)
Ion Br^- được tạo thành khi nguyên tử Br nhận thêm 1 electron. Nguyên tử Br có 35 electron.
Khi nhận thêm 1 electron, ion Br^- sẽ có 35 + 1 = 36 electron.
Ta sẽ thêm electron vào phân lớp ngoài cùng có năng lượng gần nhất và còn trống hoặc chưa bão hòa.
– Cấu hình của Br: [Ar] 4s^2 3d^10 4p^5.
– Ion Br^- nhận thêm 1 electron:
– Phân lớp 4p còn thiếu 1 electron để bão hòa (4p^6). Vậy electron sẽ nhận vào phân lớp này.
– Nhận 1 electron vào phân lớp 4p: 4p^6.
Cấu hình electron của ion Br^- là: [Ar] 4s^2 3d^10 4p^6.
Hoặc viết đầy đủ: 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^10 4p^6.
Cấu hình này trùng với cấu hình electron của khí hiếm Krypton (Kr, Z=36).

Như vậy, chúng ta đã hoàn thành việc viết cấu hình electron cho tất cả các nguyên tử và ion được yêu cầu. Các em hãy xem lại bài giải và thực hành thêm nhiều bài tập tương tự để nắm vững kiến thức nhé. Nếu có thắc mắc gì, các em cứ mạnh dạn hỏi thầy.