Electron hóa trị là gì và làm sao tìm chúng?

Electron hóa trị là gì

Các electron trong nguyên tử được sắp xếp thành các lớp quanh hạt nhân. Các electron ở lớp trong, gọi là electron lõi, được giữ chặt và hiếm khi tham gia phản ứng. Các electron ở lớp ngoài cùng ở xa hạt nhân hơn, được giữ lỏng hơn và là những electron đầu tiên tương tác với các nguyên tử khác. Đó chính là các electron hóa trị.

Natri có 11 electron sắp xếp theo 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹. Mười electron đầu tạo thành một lõi bền có cách sắp xếp giống neon, và electron 3s duy nhất là electron hóa trị duy nhất của natri. Hầu như toàn bộ hóa học của natri đến từ một electron đó.

Cách tìm electron hóa trị từ số thứ tự nhóm

Với các nguyên tố nhóm chính, bảng tuần hoàn cho bạn đáp án trực tiếp. Các nguyên tố ở nhóm 1 và 2 có 1 và 2 electron hóa trị. Với các nhóm 13 đến 18, lấy số thứ tự nhóm trừ 10: nhóm 13 có 3, nhóm 14 có 4, nhóm 15 có 5, nhóm 16 có 6, nhóm 17 có 7 và nhóm 18 có 8.

Vậy cacbon (nhóm 14) có 4 electron hóa trị, nitơ (nhóm 15) có 5, oxi (nhóm 16) có 6 và neon (nhóm 18) có 8. Heli là ngoại lệ trong nhóm 18: nó chỉ có 2 electron hóa trị, lấp đầy hoàn toàn lớp thứ nhất.

Cách tìm chúng từ cấu hình electron

Nếu bạn biết cấu hình electron, hãy đếm các electron ở lớp có số thứ tự cao nhất. Với các nguyên tố nhóm chính, đó là các electron s và p ở lớp ngoài.

Oxi là 1s² 2s² 2p⁴. Lớp cao nhất là lớp 2, chứa 2 + 4 = 6 electron, nên oxi có 6 electron hóa trị. Brom là [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁵. Lớp cao nhất là lớp 4, chứa 2 + 5 = 7 electron. Phân lớp 3d đầy thuộc về một lớp trong và không được tính, nên brom có 7 electron hóa trị, giống mọi halogen khác.

Electron hóa trị và ion

Nguyên tử có xu hướng nhận, nhường hoặc dùng chung electron cho đến khi đạt cách sắp xếp bền, thường là tám electron lớp ngoài (bát tử) như một khí hiếm. Các nguyên tử rất nhỏ như hiđro và liti thì hướng tới hai electron của heli.

Các nguyên tố có ít electron hóa trị nhường chúng để tạo ion dương, còn các nguyên tố có nhiều thì nhận electron để tạo ion âm. Kim loại nhóm 1 tạo ion +1 (Na⁺), kim loại nhóm 2 tạo ion +2 (Mg²⁺) và nhôm ở nhóm 13 tạo ion +3 (Al³⁺). Ở phía bên kia, nitơ và photpho ở nhóm 15 tạo ion −3 (N³⁻, P³⁻), oxi và lưu huỳnh ở nhóm 16 tạo ion −2 (O²⁻, S²⁻) và các halogen ở nhóm 17 tạo ion −1 (Cl⁻). Các khí hiếm đã có lớp ngoài đầy, nên điện tích của chúng là 0. Cacbon và silic ở nhóm 14 thường dùng chung 4 electron hóa trị trong các liên kết cộng hóa trị thay vì tạo ion đơn giản.

Electron hóa trị và liên kết

Electron hóa trị cũng giải thích các liên kết cộng hóa trị. Cacbon có 4 electron hóa trị và cần thêm 4 để hoàn thành bát tử, nên thường tạo 4 liên kết, như trong metan (CH₄). Nitơ, có 5, tạo 3 liên kết trong amoniac (NH₃), và oxi, có 6, tạo 2 liên kết trong nước (H₂O).

Cấu trúc chấm Lewis biểu diễn electron hóa trị bằng các chấm xung quanh kí hiệu của nguyên tố. Oxi được vẽ với 6 chấm và clo với 7, giúp dễ thấy mỗi nguyên tử còn cần bao nhiêu electron.

Kim loại chuyển tiếp: một trường hợp đặc biệt

Với kim loại chuyển tiếp, quy tắc kém đơn giản hơn, vì các electron ở phân lớp d ngay bên dưới lớp ngoài cùng cũng có thể tham gia liên kết. Trên trang web này, số electron hóa trị hiển thị cho một kim loại chuyển tiếp là số electron ở phân lớp s ngoài cùng của nó. Sắt, [Ar] 3d⁶ 4s², được hiển thị với 2 electron hóa trị.

Hãy nhớ rằng các electron d cũng liên kết. Sắt thường tạo cả Fe²⁺ và Fe³⁺: nó mất hai electron 4s trước, rồi mất một electron 3d để thành Fe³⁺. Đó là lý do nhiều kim loại chuyển tiếp có nhiều hơn một điện tích phổ biến.