การจัดอิเล็กตรอนในอะตอม
การจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานต่าง ๆ โดยใช้หลักดังนี้
1. จากเลขอะตอมทราบจำนวน p ซึ่งเท่ากับจำนวน e-
2. หาจำนวนอิเล็กตรอนในแต่ละระดับพลังงานได้จากสูตร
จำนวน e- ในระดับพลังงาน = 2n2
3. จำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานนอกสุด (เวเลนต์อิเล็กตรอน) ของธาตุแต่ละชนิดจะมีได้ไม่เกิน 8 e-
4. อิเล็กตรอนในระดับพลังงานถัดจากวงนอกสุดของธาตุแต่ละชนิด มีได้ไม่เกิน 18 e- (อาจเป็น 8 e-
หรือ 18 e- ยกเว้นพวกแทรนซิชัน)
5. การจัดเรียงอิเล็กตรอนต้องจัดเรียงในระดับพลังงานที่ต่ำกว่าให้เต็มก่อน แล้วจึงใส่ในระดับพลังงานที่สูงขึ้น
ตัวอย่าง มีเลขอะตอม = 11 หมายความว่า มี p = e- = 11
ระดับพลังงานที่ 1 (ชั้น K) ของ Na มี e- = 2n2 = 2 x 12 = 2 e-
ระดับพลังงานที่ 2 (ชั้น L) ของ Na มี e- = 2n2 = 2 x 22 = 8 e-
ระดับพลังงานที่ 3 (ชั้น M) มี e- ได้ = 2 x 32 = 18 e-
แต่ของ Na บรรจุในระดับพลังงานที่ 1 และ 2 ไปแล้ว 10 e- เหลืออีก 1 e- เท่านั้น
เพราะฉะนั้น ระดับพลังงานที่ 3 ของโซเดียมอะตอมจึงมีเพียง 1 e-
ดังนั้นจึงเรียง e- ของ ได้เป็น 2 , 8, 1
หมายเหตุ ปกติอิเล็กตรอนที่อยู่รอบ ๆ นิวเคลียสวิ่งไปทุกทิศทุกทางมิได้วิ่งเป็นวงกลม แต่เพื่อความสะดวก
ในการศึกษา จึงเขียนรูปออกมาในลักษณะวงกลม
การจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานหลักของอะตอมที่มีอิเล็กตรอนจำนวนมาก ๆ จะเกิดปัญหาในการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานที่ 3 และระดับพลังงานที่ 4 การที่แต่ละระดับพลังงานมีจำนวนอิเล็กตรอนมาก ทำให้เกิดปัญหาว่าอิเล็กตรอนเหล่านี้อยู่ในระดับพลังงานเดียวกันได้อย่างไร จึงไม่ผลักกัน นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาการจัดเรียงอิเล็กตรอนต่อไปอีกเพื่อแก้ปัญหาดัง กล่าว และได้สรุปว่าแต่ละระดับพลังงานยังมีระดับพลังงานย่อย เรียกว่า Energy Sublevel และภายในระดับพลังงานย่อยยังประกอบด้วยออร์บิทัลอีกด้วย
ระดับพลังงานย่อยแบ่งออกได้ดังนี้
1. ระดับพลังงานย่อย s (sharp) มีอิเล็กตรอนอยู่ได้ไม่เกิน 2
2. ระดับพลังงานย่อย p (principal) มีอิเล็กตรอนอยู่ได้ไม่เกิน 6
3. ระดับพลังงานย่อย d (diffuse) มีอิเล็กตรอนอยู่ได้ไม่เกิน 10
4. ระดับพลังงานย่อย f (fundamental) มีอิเล็กตรอนอยู่ได้ไม่เกิน 14
ออร์บิทัล หมายถึง บริเวณที่อยู่ของอิเล็กตรอนในแต่ละระดับพลังงานย่อย ซึ่งแต่ละ
ออร์บิทัลจะมีอิเล็กตรอนได้ไม่เกิน 2 ตัว
สัญลักษณ์แสดงจำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อย
จำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อย
1 s2
ระดับพลังงานที่ ชนิดของระดับพลังงานย่อย
การจัดอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อยจะต้องจัดตามลำดับดังนี้
1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p
จะเห็นได้ว่าเราจะต้องจัดอิเล็กตรอนลงในระดับพลังงานย่อย 4s ก่อน 3d, 5s ก่อน 4d ฯลฯ
การเรียงลำดับพลังงานที่จะทำให้จำได้ง่ายขึ้นคือ ทำเป็นแผนภาพออร์บิทัล ดังตาราง แล้วเติมอิเล็กตรอน
จากออร์บิทัลบนสุดก่อน ออร์บิทัลต่อ ๆ มาให้เติมจากปลายลูกศรลงมาเรื่อย ๆ เมื่อ ถึงหัวลูกศรก็ไปเริ่มใหม่จาก
ออร์บิทัลที่อยู่ปลายลูกศร จะได้ลำดับพลังงานเหมือนข้างต้น
ระดับพลังงาน จำนวนระดับพลังงานย่อยหรือออร์บิทัลที่อยู่ในแต่ละระดับพลังงาน
ภาพจาก http://www.google.co.th/imglanding?
ตัวอย่าง จงจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานหลักและระดับพลังงานย่อย (Electron configuration)
โดยเรียงจากพลังงานต่ำ ไปหาสูงของธาตุอะลูมิเนียม ( 13Al ) โพแทสเซียม (19K ) ,
สแกนเดียม ( 21Sc) และ รูบิเดียม ( 37Rb)
วิธีทำ การจัดเรียงอิเล็กตรอนของ Al คือ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 หรือ 2 8 3
การจัดเรียงอิเล็กตรอนของ K คือ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 หรือ 2 8 8 1
การจัดเรียงอิเล็กตรอนของ Sc คือ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1 หรือ 2 8 9 1
การจัดเรียงอิเล็กตรอนของ Rb คือ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 หรือ 2 8 18 8 1
ข้อสังเกต
จากการกระจายอิเล็กตรอนออกสู่ระดับพลังงานต่าง ๆ ของธาตุหมู่ IA-VIIIA ซึ่งเราเรียกธาตุพวกนี้ว่า
ธาตุเรพรีเซนเตตีฟ
1. พบว่าทุกธาตุยกเว้น He มีเวเลนต์อิเล็กตรอน (อิเล็กตรอนในระดับพลังงานนอกสุด) เท่ากับ
หมายเลขหมู่ที่ธาตุนั้นสังกัดอยู่ในตารางธาตุ
2. พบว่าทุกธาตุมีจำนวนระดับพลังงาน เท่ากับหมายเลขคาบที่ธาตุนั้นสังกัดอยู่ในตารางธาตุ ดังนั้น
ในกรณีที่โจทย์กำหนดเลขอะตอมของธาตุใด ๆ ให้แล้วถามว่าธาตุนั้นอยู่หมู่ใด คาบใด ในตารางธาตุ
ให้ใช้แนวคิดนี้
1. จากเลขอะตอม ทราบจำนวนโปรตอน แต่อะตอมอิสระมีจำนวนโปรตอนเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอน
2. เมื่อทราบจำนวนอิเล็กตรอนก็กระจายอิเล็กตรอนออกสู่ระดับพลังงานต่าง ๆ จะทราบ
จำนวนเวเลนต์อิเล็กตรอน และจำนวนระดับพลังงาน
3. ใช้หลักว่า จำนวนเวเลนต์อิเล็กตรอน = หมายเลขหมู่
จำนวนระดับพลังงาน = หมายเลขคาบ
ตัวอย่าง Ca มีเลขอะตอม 20 อยู่ในหมู่ใด คาบใดในตารางธาตุ
วิธีคิด เลขอะตอม = 20 แสดงว่ามี p = e- = 20
กระจายอิเล็กตรอนได้เป็น 2, 8, 8, 2
เวเลนต์อิเล็กตรอน = 2 แสดงว่าอยู่หมู่ 2
มีจำนวนระดับพลังงาน = 4 แสดงว่าอยู่ในคาบที่ 4
จำนวนระดับพลังงานย่อยในระดับพลังงานหลักหนึ่ง ๆ จะมีได้เท่ากับลำดับที่ของระดับพลังงาน
(กฎนี้ใช้ได้เฉพาะ 4 ระดับพลังงานแรก) เช่นการจัดอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อย
ต้องจัดอิเล็กตรอนลงในระดับพลังงานย่อยของระดับพลังงานต่ำๆ ก่อน เมื่อเต็มแล้วจึงจัดอิเล็กตรอน
ลงในระดับพลังงานย่อยของระดับพลังงานสูงขึ้นไป แต่หลักอันนี้ ใช้ได้เฉพาะ 18 ธาตุแรก เท่านั้น
