Cấu hình electron

phải|nhỏ|Electron trong orbital nguyên tử hoặc phân tử.
nhỏ|Một mô hình Bohr về lithi.
Trong vật lý nguyên tử và hóa học lượng tử, cấu hình electron là sự phân bố các electron của một nguyên tử hoặc phân tử (hoặc cấu trúc vật chất khác) trong orbital nguyên tử hoặc phân tử. Ví dụ, cấu hình electron của nguyên tử neon là , nghĩa là các phân lớp 1s, 2s và 2p lần lượt có 2, 2 và 6 electron.

 Số lượng tử và lớp 
Trạng thái của mỗi electron trong lớp vỏ có thể được biểu diễn qua 4 số lượng tử (cả mô hình nguyên tử Bohr và orbital):
Tên gọiKý hiệuGiá trịDanh hiệuVí dụSố lượng tử chínhn1, 2, 3, 4,...Lớp chính K, L, M, N,...3Số lượng tử quỹ đạo l0,..., n-1Lớp hay phân lớp s, p, d, f,...0, 1, 2Số lượng tử từ m -l,... 0,..., l  -2, -1, 0, 1, 2Số lượng tử spins -1/2, +1/2 -1/2, +1/2

Theo nguyên lý Pauli, 4 số lượng tử của từng cặp electron trong nguyên tử không được trùng nhau, giải thích cho sự phân bố của chúng trong các lớp khác nhau. Điều này cũng có nghĩa là, trên cùng một phân lớp, không có 2 electron có chiều tự quay giống nhau.

Số lượng tử chính n hình thành nên các lớp chính, trong mỗi lớp chính có n phân lớp. Các electron trên cùng một lớp thì có mức năng lượng xấp xỉ nhau, và trên cùng một phân lớp thì có năng lượng bằng nhau. Tổng số electron ở mỗi lớp chính phụ thuộc vào bộ 4 số lượng tử n, l, m và s nhưng tối đa là 2n2 electron.

Lớp electron ngoài cùng (lớp hóa trị) của các nguyên tố chứa các electron hóa trị, các electron này quyết định các tính chất hóa học cũng như tính chất vật lý của chúng.

 Điền electron vào các lớp 
nhỏ|200px|Thứ tự điền electron vào các lớp theo các mức năng lượng khác nhau.
Các electron sẽ điền theo thứ tự vào các lớp có năng lượng từ thấp đến cao, bắt đầu là lớp 1s. Ngoài ra theo quy tắc Hund, các lớp electron có cùng mức năng lượng thì ban đầu được điền đơn, sao cho số electron độc thân là lớn nhất, sau đấy mới được điền đôi.

Sự điền electron vào các lớp không chỉ phụ thuộc hoàn toàn vào vị trí hay khoảng cách của chúng đến hạt nhân mà còn phụ thuộc vào mức năng lượng của các lớp.

Ví dụ: titan có Z = 22, cấu hình theo thứ tự các lớp 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d4 4s0 nhưng do năng lượng của lớp 4s thấp hơn lớp 3d nên 4 electron còn lại sẽ điền đầy vào lớp 4s (2) trước, sau đấy mới đến lớp 3d (2), cấu hình đúng của titan là 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2

Ngoại lệ:
 Nguyên tố lanthan, Z = 57 lớp ngoài cùng 6s2 4f1, electron tự do cuối cùng điền vào 5d trước khi vào 4f, tương tự trong nguyên tử Ac thì 6d trước 5f. 
 Trong nguyên tử Cr và Cu một electron trong lớp có năng lượng thấp 4s điền vào lớp có năng lượng cao hơn 3d, chúng có cấu hình lớp ngoài cùng là 3d5 4s1 và 3d10 4s1
 Các trường hợp ngoại lệ khác Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Ir, Pt, Au, Gd, các actini từ Ac đến Np và Cm

 Liên hệ đến bảng tuần hoàn 
18 nhóm chính (nhóm mới) trong bảng tuần hoàn được phân ra dựa theo số electron trong các lớp ngoài cùng:
 lớp s: nhóm 1 (s1) - 2 (s2)
 lớp p: nhóm 13 (p1) - 18 (p6) (Trừ He, H)
 lớp d: nhóm 3 (d1) - 12 (d10)

Số chu kỳ bằng số lớp n, với ns là lớp ngoài cùng.

 Cấu hình electron của một số nguyên tố  
Cấu hình electron của các nguyên tố thường được viết dưới dạng kèm theo cấu hình electron của các khí hiếm có số thứ tự nhỏ hơn đứng gần nó cộng với các lớp còn lại. Ví dụ, cấu hình electron của magiê (Z = 12): [Ne] 3s2 thì được hiểu 1s2 2s2 2p6 3s2.

 Khí hiếm 
 Nguyên tố Z Cấu hình electron Heli  2  1s2  Neon  10  1s2 2s2 2p6 Argon  18  1s2 2s2 2p6 3s2 3p6  Krypton 36  1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6Xenon541s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d105s25p6Radon861s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d105s25p6 4f14 5d106s26p6

 Z từ 1 đến 17 
 Nguyên tố Z Cấu hình electron Cấu hình viết tắtHydro11s1Lithi31s22s1Beryli41s22s2Bo51s2 2s2 2p1[He] 2s2 2p1Cacbon61s2 2s2 2p2[He] 2s2 2p2Nito71s2 2s2 2p3[He] 2s2 2p3Oxi81s2 2s2 2p4[He] 2s2 2p4fluor91s2 2s2 2p5[He] 2s2 2p5Natri111s2 2s2 2p6 3s1[Ne] 3s1Magie121s2 2s2 2p6 3s2[Ne] 3s2 Nhôm  13 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 [Ne] 3s2 3p1Silic141s2 2s2 2p6 3s2 3p2[Ne] 3s2 3p2Phosphor151s2 2s2 2p6 3s2 3p3[Ne] 3s2 3p3Lưu huỳnh161s2 2s2 2p6 3s2 3p4[Ne] 3s2 3p4Clo171s2 2s2 2p6 3s2 3p5[Ne] 3s2 3p5

 Z từ 21 đến 38 
+ Nguyên tố Z Cấu hình electron Cấu hình viết tắt Scandi  21  1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1 [Ar] 4s2 3d<sup>1 Titanium  22  1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d2 [Ar] 4s2 3d2 Vanadi  23  1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d3 [Ar] 4s2 3d3 Crôm  24  1s2 2s2 2p6 3s2 3p6  4s1 3d5  [Ar]  4s1 3d5  Mangan  25  1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5 [Ar] 4s2 3d5 Sắt  26  1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 [Ar] 4s2 3d6 Coban  27  1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d7 [Ar] 4s2 3d7 Niken  28  1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d8 [Ar] 4s2 3d8 Đồng  29  1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d10  [Ar] 4s1 3d10 Kẽm  30  1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 [Ar] 4s2 3d10 Gali  31  1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p1 [Ar] 4s2 3d10 4p1

 Z từ 39 đến 49 

 Nguyên tố Z Cấu hình electron Cấu hình viết tắt Ytri  39  1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d1 [Kr] 5s2 4d1  Zirconi  40  1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d2  [Kr] 5s2 4d2  Niobi  41  1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d4 [Kr] 5s1 4d4 Molybden  42  1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d5 [Kr] 5s1 4d5Tecneti 43  1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d5 [Kr] 5s2 4d5 Rutheni  44  1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d7 [Kr] 5s1 4d7  Rhodi  45  1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d8 [Kr] 5s1 4d8 Palladi  46  1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 4d10 [Kr] 4d10 Bạc  47  1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d10 [Kr] 5s1 4d10 Cadmi  48  1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 [Kr] 5s2 4d10Indi491s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p1[Kr] 4d10 5s2 5p1

 Xem thêm 
 Bảng tuần hoàn 
 Số lượng tử 
 Danh sách các nguyên tố hoá học

Tham khảo

Thể loại:Hóa học
Thể loại:Vật lý nguyên tử
Thể loại:Vật lý phân tử
Thể loại:Hóa học lượng tử
Thể loại:Thuộc tính hóa học