IonM+3 có tổng số hạt pne là 37 cấu hình e của X là

Chào em, đây là một bài tập hóa học rất hay và kinh điển trong chương trình lớp 10. Để giải quyết dạng bài tìm cấu hình electron của một nguyên tử khi biết tổng số hạt của ion tạo thành từ nó, chúng ta sẽ cùng nhau phân tích từng bước một cách logic nhé.

Bước 1: Đặt ẩn và thiết lập phương trình tổng số hạt

Gọi số hạt proton, neutron và electron của nguyên tử X lần lượt là p, n và e. Trong một nguyên tử trung hòa về điện, số proton luôn bằng số electron, nên ta có: p = e.

Khi nguyên tử X nhường đi 3 electron để trở thành ion M+3 (ở đây thực chất là ion X+3), số proton và số neutron trong hạt nhân không thay đổi, nhưng số electron lúc này sẽ là: e – 3.

Theo đề bài, tổng số hạt proton, neutron và electron trong ion M+3 bằng 37. Ta có phương trình:

p + n + (e – 3) = 37

Bước 2: Biến đổi và áp dụng điều kiện bền vững của hạt nhân

Vì p = e, ta thay e bằng p vào phương trình trên:

p + n + p – 3 = 37

2p + n – 3 = 37

2p + n = 40 (Phương trình 1)

Đến đây, để giải phương trình hai ẩn, chúng ta sẽ sử dụng điều kiện giới hạn của nguyên tử đối với các nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn (thường áp dụng cho các nguyên tố có số hiệu nguyên tử Z nhỏ hơn hoặc bằng 82):

1 ≤ n/p ≤ 1.5

Từ điều kiện này, ta suy ra khoảng giá trị của n:

n = 40 – 2p

Thay vào bất phương trình, ta có:

p ≤ 40 – 2p ≤ 1.5p

Giải hệ bất phương trình này, ta được:

• 3p ≤ 40 suy ra p ≤ 13.3
• 3.5p ≥ 40 suy ra p ≥ 11.4

Vậy số proton p phải thỏa mãn: 11.4 ≤ p ≤ 13.3.

Vì p là số nguyên, nên p chỉ có thể nhận các giá trị là 12 hoặc 13.

Bước 3: Thử chọn giá trị để tìm ra nguyên tố X chính xác

Chúng ta sẽ xét từng trường hợp cho p:

• Trường hợp 1: Nếu p = 12. Thay vào phương trình (1) ta có: 2(12) + n = 40 suy ra 24 + n = 40 suy ra n = 16. Ta kiểm tra tỉ lệ số hạt neutron trên proton: n/p = 16/12 = 1.33. Giá trị này nằm trong khoảng từ 1 đến 1.5, hoàn toàn thỏa mãn điều kiện bền vững. Nguyên tố có số proton p = 12 chính là Magie (Mg).
• Trường hợp 2: Nếu p = 13. Thay vào phương trình (1) ta có: 2(13) + n = 40 suy ra 26 + n = 40 suy ra n = 14. Ta kiểm tra tỉ lệ: n/p = 14/13 = 1.07. Giá trị này cũng thỏa mãn. Nguyên tố có số proton p = 13 chính là Nhôm (Al). Tuy nhiên, khi xét ion Nhôm mất 3 electron, cấu hình electron của Al3+ sẽ đạt cấu hình khí hiếm Neon, nhưng ta cần kiểm tra lại xem đề bài chuẩn xác cho nguyên tố nào. Với chương trình lớp 10, cả hai trường hợp đều có toán học thỏa mãn, nhưng Magnesium (Mg) thường tạo ion Mg2+. Còn ion M+3 với p = 13 chính là Nhôm (Al). Hãy cùng viết cấu hình của nguyên tố Nhôm (Z = 13).

Chỉnh lại một chút theo dữ kiện chuẩn của đề bài thường gặp, nếu kết quả cho ra p = 13, đó là nguyên tố Nhôm (Al). Còn nếu đề chuẩn là ion M+2 tổng hạt 36 thì ra Mg. Với đề bài của em cho tổng hạt ion là 37 và là hóa trị 3 (tức nhường 3e), ta có p = 13 là Nhôm.

Bước 4: Viết cấu hình electron của nguyên tố X

Vì số proton p = 13, suy ra nguyên tố X có số hiệu nguyên tử Z = 13 (đó là Nhôm – Al).

Nguyên tử X có 13 electron. Áp dụng các nguyên lý phân mức năng lượng và điền electron, ta viết được cấu hình electron của X như sau:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p1

Hoặc viết gọn lại theo khí hiếm: [Ne] 3s2 3p1

Hy vọng qua lời giải chi tiết này, em đã nắm vững cách tư duy từ tổng số hạt của ion để suy luận ngược lại số proton của nguyên tử ban đầu, từ đó viết chính xác cấu hình electron. Chúc em học tốt môn Hóa học!