Bạn hãy tưởng tượng mình đi dự một buổi tiệc và muốn bắt tay làm quen với mọi người. Bạn sẽ dùng bàn tay nào để bắt tay? Chắc chắn là bàn tay ở phía ngoài cùng, bàn tay mà người khác nhìn thấy đầu tiên và chạm vào dễ dàng nhất, chứ không phải bàn tay đang đút trong túi áo. Nguyên tử cũng vậy: khi hai nguyên tử gặp nhau và muốn tạo liên kết với nhau, chúng sẽ dùng những electron ở lớp ngoài cùng, là lớp mà các nguyên tử khác nhìn thấy và chạm vào dễ dàng nhất. Những electron ở lớp ngoài cùng đó có một cái tên rất đặc biệt, gọi là electron hóa trị, và chúng quyết định gần như toàn bộ tính chất hóa học của nguyên tử.
Vậy số electron hóa trị được xác định như thế nào? Câu trả lời rất đơn giản đối với các nguyên tố nhóm A: số electron hóa trị bằng số electron ở lớp ngoài cùng. Ví dụ nguyên tử natri có cấu hình electron là 1s²2s²2p⁶3s¹, lớp ngoài cùng là lớp thứ ba với một electron duy nhất ở phân lớp 3s, nên natri có 1 electron hóa trị. Nguyên tử clo có cấu hình electron là 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵, lớp ngoài cùng là lớp thứ ba với 2 electron ở phân lớp 3s và 5 electron ở phân lớp 3p, tổng cộng 7 electron, nên clo có 7 electron hóa trị. Bài viết này sẽ giúp bạn nắm chắc cách xác định số electron hóa trị, hiểu vì sao chúng quan trọng đến vậy, luyện tập với bốn ví dụ tính từng bước, tránh năm lỗi sai mà học sinh hay mắc nhất, rồi tự kiểm tra bằng năm câu trắc nghiệm kèm giải thích cặn kẽ.
1. Cách xác định số electron hóa trị của nguyên tố nhóm A
Số electron hóa trị của nguyên tố nhóm A bằng số electron ở lớp ngoài cùng của nguyên tử. Để xác định số electron hóa trị, bạn cần làm ba bước: viết cấu hình electron của nguyên tử, xác định lớp ngoài cùng là lớp nào, rồi cộng tất cả các electron trong lớp đó lại với nhau. Ví dụ nguyên tử natri có Z bằng 11, cấu hình electron là 1s²2s²2p⁶3s¹, lớp ngoài cùng là lớp thứ ba, chỉ có một electron ở phân lớp 3s, nên natri có 1 electron hóa trị. Nguyên tử clo có Z bằng 17, cấu hình electron là 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵, lớp ngoài cùng là lớp thứ ba, có 2 electron ở phân lớp 3s và 5 electron ở phân lớp 3p, tổng cộng 7 electron, nên clo có 7 electron hóa trị.
Bạn có thể xác định nhanh số electron hóa trị mà không cần viết đầy đủ cấu hình electron, bằng cách nhìn vào số thứ tự của nhóm trong bảng tuần hoàn. Các nguyên tố nhóm A được đánh số từ IA đến VIIIA, và số thứ tự của nhóm chính là số electron hóa trị của nguyên tố đó. Ví dụ natri thuộc nhóm IA nên có 1 electron hóa trị, magie thuộc nhóm IIA nên có 2 electron hóa trị, nhôm thuộc nhóm IIIA nên có 3 electron hóa trị, cacbon thuộc nhóm IVA nên có 4 electron hóa trị, nitơ thuộc nhóm VA nên có 5 electron hóa trị, oxi thuộc nhóm VIA nên có 6 electron hóa trị, flo thuộc nhóm VIIA nên có 7 electron hóa trị, và các khí hiếm thuộc nhóm VIIIA có 8 electron hóa trị, trừ heli chỉ có 2 electron hóa trị. Cách xác định nhanh này rất hữu ích trong phòng thi, khi bạn không có đủ thời gian để viết cấu hình electron đầy đủ.
Vì sao electron hóa trị lại quan trọng đến vậy? Vì chúng là những electron tham gia vào quá trình tạo liên kết hóa học, và tính chất hóa học của nguyên tố được quyết định chủ yếu bởi số electron hóa trị. Nguyên tử có 1 electron hóa trị như natri rất dễ nhường electron để trở thành ion dương, nguyên tử có 7 electron hóa trị như clo rất dễ nhận thêm electron để trở thành ion âm, còn nguyên tử có 8 electron hóa trị như các khí hiếm thì rất bền vững và hầu như không tham gia vào các phản ứng hóa học. Khi natri gặp clo, natri nhường 1 electron cho clo, cả hai đều đạt được 8 electron ở lớp ngoài cùng, và đó là cách muối ăn NaCl được tạo thành.
Một điều quan trọng mà bạn cần ghi nhớ là cách xác định số electron hóa trị bằng số electron lớp ngoài cùng chỉ áp dụng cho các nguyên tố nhóm A, tức là các nguyên tố thuộc các nhóm chính trong bảng tuần hoàn. Với các nguyên tố nhóm B, tức là các kim loại chuyển tiếp, số electron hóa trị được tính phức tạp hơn, vì chúng có thể dùng cả electron ở phân lớp d của lớp sát ngoài cùng để tham gia liên kết. Trong chương trình Hóa học lớp 10, bạn chỉ cần nắm chắc cách xác định số electron hóa trị của các nguyên tố nhóm A, vì đó là phần kiến thức mà đề kiểm tra hay khai thác nhất.
Số electron hóa trị còn là cầu nối để bạn học tiếp về hiệu độ âm điện, vì độ âm điện và số electron hóa trị cùng nhau quyết định loại liên kết mà hai nguyên tử tạo thành với nhau. Bạn cũng nên ôn lại số electron tối đa trong một lớp, vì lớp ngoài cùng cũng tuân theo quy tắc sức chứa tối đa 2n², nhưng trong thực tế nó không bao giờ chứa quá 8 electron. Khi cần kiểm tra lại phép tính, bạn có thể nhờ máy tính Casio online trên ClassOn hỗ trợ.
2. Bốn ví dụ xác định số electron hóa trị từng bước
Ví dụ 1: Xác định số electron hóa trị của Na (Z = 11) và Cl (Z = 17).
Đây là ví dụ gốc của bài, và bạn hãy làm theo đúng ba bước chuẩn. Với natri, bước đầu tiên, bạn viết cấu hình electron: 1s²2s²2p⁶3s¹. Bước thứ hai, bạn xác định lớp ngoài cùng: lớp thứ ba, vì 3 là số lớp lớn nhất trong cấu hình. Bước thứ ba, bạn cộng các electron trong lớp ngoài cùng: lớp thứ ba chỉ có phân lớp 3s với 1 electron, nên natri có 1 electron hóa trị. Với clo, bước đầu tiên, bạn viết cấu hình electron: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵. Bước thứ hai, bạn xác định lớp ngoài cùng: lớp thứ ba. Bước thứ ba, bạn cộng các electron trong lớp ngoài cùng: phân lớp 3s có 2 electron, phân lớp 3p có 5 electron, tổng cộng 7 electron, nên clo có 7 electron hóa trị. Bạn hãy kiểm tra lại bằng số thứ tự nhóm: natri thuộc nhóm IA nên có 1 electron hóa trị, clo thuộc nhóm VIIA nên có 7 electron hóa trị, khớp với kết quả vừa tính.
Ví dụ 2: Xác định số electron hóa trị của Mg (Z = 12).
Ví dụ này cho bạn luyện thêm với một kim loại nhóm IIA. Bước đầu tiên, bạn viết cấu hình electron của magie: 1s²2s²2p⁶3s². Bước thứ hai, bạn xác định lớp ngoài cùng: lớp thứ ba, vì 3 là số lớp lớn nhất trong cấu hình. Bước thứ ba, bạn cộng các electron trong lớp ngoài cùng: lớp thứ ba chỉ có phân lớp 3s với 2 electron, nên magie có 2 electron hóa trị. Bạn hãy kiểm tra lại bằng số thứ tự nhóm: magie thuộc nhóm IIA nên có 2 electron hóa trị, khớp với kết quả vừa tính. Vì có 2 electron hóa trị nên magie rất dễ nhường cả 2 electron để trở thành ion Mg²⁺, và đó là lí do vì sao magie thường tạo hợp chất với hóa trị II.
Ví dụ 3: Xác định số electron hóa trị của O (Z = 8).
Ví dụ này cho bạn luyện thêm với một phi kim nhóm VIA. Bước đầu tiên, bạn viết cấu hình electron của oxi: 1s²2s²2p⁴. Bước thứ hai, bạn xác định lớp ngoài cùng: lớp thứ hai, vì 2 là số lớp lớn nhất trong cấu hình. Bước thứ ba, bạn cộng các electron trong lớp ngoài cùng: phân lớp 2s có 2 electron, phân lớp 2p có 4 electron, tổng cộng 6 electron, nên oxi có 6 electron hóa trị. Bạn hãy kiểm tra lại bằng số thứ tự nhóm: oxi thuộc nhóm VIA nên có 6 electron hóa trị, khớp với kết quả vừa tính. Vì có 6 electron hóa trị nên oxi rất dễ nhận thêm 2 electron để đạt được 8 electron ở lớp ngoài cùng, trở thành ion O²⁻, và đó là lí do vì sao oxi thường tạo hợp chất với hóa trị II.
Ví dụ 4: Xác định số electron hóa trị của Al (Z = 13).
Ví dụ này cho bạn luyện thêm với một kim loại nhóm IIIA, và nó cũng là trường hợp mà nhiều bạn hay nhầm nhất. Bước đầu tiên, bạn viết cấu hình electron của nhôm: 1s²2s²2p⁶3s²3p¹. Bước thứ hai, bạn xác định lớp ngoài cùng: lớp thứ ba, vì 3 là số lớp lớn nhất trong cấu hình. Bước thứ ba, bạn cộng các electron trong lớp ngoài cùng: phân lớp 3s có 2 electron, phân lớp 3p có 1 electron, tổng cộng 3 electron, nên nhôm có 3 electron hóa trị. Bạn hãy kiểm tra lại bằng số thứ tự nhóm: nhôm thuộc nhóm IIIA nên có 3 electron hóa trị, khớp với kết quả vừa tính. Lỗi mà nhiều bạn hay mắc ở ví dụ này là chỉ lấy số electron ở phân lớp 3p, tức là 1 electron, mà quên cộng thêm 2 electron ở phân lớp 3s, vì vậy hãy nhớ rằng số electron hóa trị bằng tổng số electron của cả lớp ngoài cùng, không phải chỉ một phân lớp.
3. Năm lỗi sai thường gặp khi xác định số electron hóa trị
Lỗi 1: Lấy tổng số electron làm số electron hóa trị.
Nhiều bạn thấy nguyên tử natri có 11 electron thì trả lời ngay natri có 11 electron hóa trị. Nhưng số electron hóa trị chỉ tính các electron ở lớp ngoài cùng, còn các electron ở lớp trong không tham gia vào liên kết hóa học, nên natri chỉ có 1 electron hóa trị. Cách tránh: mỗi khi xác định số electron hóa trị, bạn hãy viết cấu hình electron ra giấy, khoanh tròn lớp ngoài cùng, rồi chỉ cộng các electron trong vòng tròn đó, đừng cộng cả những electron ở các lớp trong.
Lỗi 2: Lấy số electron ở lớp trong cùng thay vì lớp ngoài cùng.
Nhiều bạn nhầm lẫn giữa lớp trong cùng và lớp ngoài cùng, ví dụ với nguyên tử clo thì lấy số electron ở lớp K, tức là 2 electron, làm số electron hóa trị. Nhưng lớp K là lớp trong cùng, gần hạt nhân nhất, các electron ở đó bị hạt nhân giữ rất chặt và không tham gia vào liên kết. Cách tránh: bạn hãy nhớ rằng lớp ngoài cùng là lớp có số thứ tự n lớn nhất trong cấu hình electron, và chỉ các electron trong lớp đó mới là electron hóa trị.
Lỗi 3: Áp dụng cách tính của nhóm A cho nguyên tố nhóm B.
Nhiều bạn thấy nguyên tố sắt có cấu hình electron là 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s² thì lấy số electron lớp ngoài cùng, tức là 2 electron ở phân lớp 4s, làm số electron hóa trị. Nhưng sắt là nguyên tố nhóm B, nó có thể dùng cả 6 electron ở phân lớp 3d để tham gia liên kết, nên số electron hóa trị của sắt không đơn giản bằng 2. Cách tránh: bạn hãy kiểm tra xem nguyên tố thuộc nhóm A hay nhóm B trước khi áp dụng cách tính, và trong chương trình lớp 10, bạn chỉ cần áp dụng cách tính này cho các nguyên tố nhóm A.
Lỗi 4: Viết sai cấu hình electron nên xác định sai lớp ngoài cùng.
Nhiều bạn viết cấu hình electron của nhôm thành 1s²2s²2p⁶3s²3p¹ thì đúng, nhưng có bạn lại viết thành 1s²2s²2p⁶3s³, tức là cho rằng phân lớp 3s chứa được 3 electron, rồi kết luận nhôm có 3 electron hóa trị một cách tình cờ đúng nhưng sai về bản chất. Cách tránh: bạn hãy nhớ rằng mỗi phân lớp chỉ chứa được tối đa một số electron nhất định, phân lớp s chứa tối đa 2 electron, phân lớp p chứa tối đa 6 electron, phân lớp d chứa tối đa 10 electron, và khi viết cấu hình electron thì phải điền đúng thứ tự mức năng lượng.
Lỗi 5: Cho rằng khí hiếm có 8 electron hóa trị thì tham gia liên kết như các nguyên tố khác.
Nhiều bạn thấy khí hiếm có 8 electron hóa trị thì nghĩ rằng chúng cũng tham gia liên kết như các nguyên tố khác. Nhưng 8 electron ở lớp ngoài cùng là cấu hình bền vững nhất, nên các khí hiếm hầu như không nhường hay nhận thêm electron, và chúng tồn tại ở dạng nguyên tử riêng lẻ trong tự nhiên. Cách tránh: bạn hãy nhớ rằng số electron hóa trị cho biết khả năng tham gia liên kết, nhưng với các khí hiếm, 8 electron hóa trị lại có nghĩa là chúng đã bền vững và không cần tham gia liên kết nữa, trừ heli chỉ có 2 electron hóa trị nhưng cũng rất bền vững.
4. Năm bài tập trắc nghiệm về số electron hóa trị
Câu 1: Nguyên tử K có Z = 19, cấu hình electron là 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹. Số electron hóa trị của K bằng bao nhiêu?
A. 2
B. 1
C. 8
D. 19
Câu 2: Nguyên tử S có Z = 16, cấu hình electron là 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴. Số electron hóa trị của S bằng bao nhiêu?
A. 6
B. 2
C. 4
D. 8
Câu 3: Nguyên tử Ca có Z = 20, cấu hình electron là 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s². Số electron hóa trị của Ca bằng bao nhiêu?
A. 8
B. 2
C. 10
D. 20
Câu 4: Nguyên tử N có Z = 7, cấu hình electron là 1s²2s²2p³. Số electron hóa trị của N bằng bao nhiêu?
A. 3
B. 7
C. 5
D. 2
Câu 5: Nguyên tử F có Z = 9, cấu hình electron là 1s²2s²2p⁵. Số electron hóa trị của F bằng bao nhiêu?
A. 1
B. 9
C. 2
D. 7
| Câu | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
|---|---|---|---|---|---|
| Đáp án | B | A | B | C | D |
Giải thích Câu 1 — Đáp án B (1) đúng: Lớp ngoài cùng của kali là lớp thứ tư, chỉ có phân lớp 4s với 1 electron, nên kali có 1 electron hóa trị. Đáp án A (2) sai vì 2 là số electron ở phân lớp 3s, thuộc lớp trong, không phải lớp ngoài cùng. Đáp án C (8) sai vì 8 là số electron ở lớp thứ ba, cũng là lớp trong, không phải lớp ngoài cùng. Đáp án D (19) sai vì 19 là tổng số electron của nguyên tử kali, không phải số electron hóa trị.
Giải thích Câu 2 — Đáp án A (6) đúng: Lớp ngoài cùng của lưu huỳnh là lớp thứ ba, có 2 electron ở phân lớp 3s và 4 electron ở phân lớp 3p, tổng cộng 6 electron, nên lưu huỳnh có 6 electron hóa trị. Đáp án B (2) sai vì 2 chỉ là số electron ở phân lớp 3s, chưa cộng 4 electron ở phân lớp 3p. Đáp án C (4) sai vì 4 chỉ là số electron ở phân lớp 3p, chưa cộng 2 electron ở phân lớp 3s. Đáp án D (8) sai vì 8 là số electron ở lớp thứ hai, thuộc lớp trong, không phải lớp ngoài cùng.
Giải thích Câu 3 — Đáp án B (2) đúng: Lớp ngoài cùng của canxi là lớp thứ tư, chỉ có phân lớp 4s với 2 electron, nên canxi có 2 electron hóa trị. Đáp án A (8) sai vì 8 là số electron ở lớp thứ ba, thuộc lớp trong, không phải lớp ngoài cùng. Đáp án C (10) sai vì 10 bằng 8 cộng 2, tức là bạn đã cộng cả electron lớp trong với electron lớp ngoài cùng. Đáp án D (20) sai vì 20 là tổng số electron của nguyên tử canxi, không phải số electron hóa trị.
Giải thích Câu 4 — Đáp án C (5) đúng: Lớp ngoài cùng của nitơ là lớp thứ hai, có 2 electron ở phân lớp 2s và 3 electron ở phân lớp 2p, tổng cộng 5 electron, nên nitơ có 5 electron hóa trị. Đáp án A (3) sai vì 3 chỉ là số electron ở phân lớp 2p, chưa cộng 2 electron ở phân lớp 2s. Đáp án B (7) sai vì 7 là tổng số electron của nguyên tử nitơ, không phải số electron hóa trị. Đáp án D (2) sai vì 2 chỉ là số electron ở phân lớp 2s, chưa cộng 3 electron ở phân lớp 2p.
Giải thích Câu 5 — Đáp án D (7) đúng: Lớp ngoài cùng của flo là lớp thứ hai, có 2 electron ở phân lớp 2s và 5 electron ở phân lớp 2p, tổng cộng 7 electron, nên flo có 7 electron hóa trị. Đáp án A (1) sai vì 1 không liên quan đến cấu hình electron của flo. Đáp án B (9) sai vì 9 là tổng số electron của nguyên tử flo, không phải số electron hóa trị. Đáp án C (2) sai vì 2 chỉ là số electron ở phân lớp 2s, chưa cộng 5 electron ở phân lớp 2p.
5. Câu hỏi thường gặp về số electron hóa trị
Electron hóa trị là gì?
Electron hóa trị là những electron ở lớp ngoài cùng của nguyên tử, là những electron tham gia vào quá trình tạo liên kết hóa học. Chúng quyết định gần như toàn bộ tính chất hóa học của nguyên tố, từ khả năng nhường hay nhận electron, cho đến loại liên kết mà nguyên tử tạo thành với các nguyên tử khác. Electron ở các lớp trong không tham gia vào liên kết, vì chúng bị hạt nhân giữ rất chặt.
Vì sao chỉ xét electron hóa trị của nguyên tố nhóm A?
Vì với các nguyên tố nhóm A, số electron hóa trị bằng số electron ở lớp ngoài cùng, rất dễ xác định. Với các nguyên tố nhóm B, tức là các kim loại chuyển tiếp, số electron hóa trị được tính phức tạp hơn, vì chúng có thể dùng cả electron ở phân lớp d của lớp sát ngoài cùng để tham gia liên kết. Trong chương trình Hóa học lớp 10, bạn chỉ cần nắm chắc cách xác định số electron hóa trị của các nguyên tố nhóm A.
Electron hóa trị quyết định điều gì?
Electron hóa trị quyết định khả năng tạo liên kết và tính chất hóa học của nguyên tố. Nguyên tử có 1 electron hóa trị như natri rất dễ nhường electron để trở thành ion dương, nguyên tử có 7 electron hóa trị như clo rất dễ nhận thêm electron để trở thành ion âm, còn nguyên tử có 4 electron hóa trị như cacbon có thể tạo nhiều loại liên kết khác nhau, từ liên kết cộng hóa trị cho đến các cấu trúc phức tạp như kim cương và than chì.
Khí hiếm có bao nhiêu electron hóa trị?
Các khí hiếm thuộc nhóm VIIIA có 8 electron hóa trị, trừ heli chỉ có 2 electron hóa trị. Với 8 electron ở lớp ngoài cùng, các khí hiếm đã đạt được cấu hình bền vững nhất nên hầu như không tham gia vào các phản ứng hóa học, và chúng tồn tại ở dạng nguyên tử riêng lẻ trong tự nhiên. Đây là lí do vì sao các khí hiếm được gọi là khí trơ.
Làm sao xác định nhanh số electron hóa trị từ bảng tuần hoàn?
Bạn chỉ cần nhìn vào số thứ tự của nhóm mà nguyên tố thuộc về: nguyên tố nhóm IA có 1 electron hóa trị, nhóm IIA có 2, nhóm IIIA có 3, nhóm IVA có 4, nhóm VA có 5, nhóm VIA có 6, nhóm VIIA có 7, và nhóm VIIIA có 8 electron hóa trị. Cách xác định nhanh này rất hữu ích trong phòng thi, khi bạn không có đủ thời gian để viết cấu hình electron đầy đủ.
6. Kết luận
Số electron hóa trị của nguyên tố nhóm A bằng số electron ở lớp ngoài cùng của nguyên tử, và bạn có thể xác định nó bằng cách viết cấu hình electron rồi cộng các electron trong lớp ngoài cùng, hoặc xác định nhanh bằng số thứ tự của nhóm trong bảng tuần hoàn. Bạn đã đi qua bốn ví dụ tính từng bước, từ natri có 1 electron hóa trị và clo có 7 electron hóa trị, qua magie có 2 electron hóa trị và oxi có 6 electron hóa trị, đến nhôm có 3 electron hóa trị. Bạn cũng đã biết năm lỗi sai thường gặp, từ việc lấy tổng số electron làm số electron hóa trị, lấy số electron lớp trong thay vì lớp ngoài cùng, cho đến việc áp dụng cách tính của nhóm A cho nguyên tố nhóm B.
Để học chắc bài này, bạn hãy tự làm lại năm câu trắc nghiệm mà không nhìn đáp án, rồi đối chiếu với bảng đáp án và đọc kĩ phần giải thích của từng câu, đặc biệt là câu 2 và câu 4 về lưu huỳnh và nitơ, vì đó là dạng bài cần cộng electron của hai phân lớp trong cùng một lớp ngoài cùng. Sau đó, bạn hãy thử tự đặt thêm vài bài toán cho chính mình, ví dụ như xác định số electron hóa trị của nguyên tử Si khi biết Z bằng 14, hoặc xác định số electron hóa trị của nguyên tử P khi biết Z bằng 15. Khi cần kiểm tra phép tính, bạn có thể dùng máy tính Casio online để tính nhanh, nhưng bạn vẫn cần hiểu rõ từng bước để làm bài tốt trong phòng thi. Chúc bạn học tốt và luôn tự tin mỗi khi gặp bài toán về electron hóa trị trong chương trình Hóa học lớp 10.