Applet: Electron Configurations  ฟิสิกส์ราชมงคล

การจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอม

  ในห้องทดลองเสมือนนี้  คุณสามารถจัดเรียงอิเล็กตรอนในวงโคจรของอะตอมได้  โดยเริ่มต้นที่ ไฮโดรเจน  H  (z=1)   ให้ลากตัวสไลด์  เปลี่ยนจำนวนอิเล็กตรอน   หรือใช้ลูกศรขึ้นและลงของคีย์บอร์ดก็ได้

 

ทฤษฏี


  • การจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอม

    ใช้ หลักอาฟบาว (Aufbau principle) ในจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอม ซึ่งสรุปได้ดังนี้

    1. ใช้หลักของเพาลี ในการบรรจุอิเล็กตรอน คือ ในแต่ละออร์บิทัลจะบรรจุอิเล็กตรอนได้อย่างมากที่สุด 2 ตัว (มีสปินต่างกัน)
      • ใช้เครื่องหมาย แทนอิเล็กตรอนที่มีสปินขึ้น (spin up)
      • ใช้เครื่องหมาย แทนอิเล็กตรอนที่มีสปินลง (spin down)
      • ใช้เครื่องหมาย แทนอิเล็กตรอนเดี่ยวในออร์บิทัล
      • ใช้เครื่องหมาย แทนอิเล็กตรอนคู่ในออร์บิทัล
    2. บรรจุอิเล็กตรอนในออร์บิทัลที่มีระดับพลังงานต่ำสุดที่ยังว่างก่อน (เรียงลำดับออร์บิทัลตามลูกศรในรูป) จนครบจำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมดในอะตอมนั้น การจัดเรียงอิเล็กตรอนแบบนี้จะทำให้อะตอมมีสถานะเสถียรที่สุดเพราะพลังงานรวมทั้งหมดของอะตอมมีค่าต่ำสุด

    3. การบรรจุอิเล็กตรอนในออร์บิทัลที่มีระดับพลังงานเท่ากันเช่นออร์บิทัล d จะใช้ กฎของฮุนด์ (Hund's rule) คือ"การบรรจุอิเล็กตรอนในออร์บิทัลที่มีระดับพลังงานเท่ากัน จะบรรจุในลักษณะที่ทำให้มีอิเล็กตรอนเดี่ยวมากที่สุด"
    4. การบรรจุอิเล็กตรอนที่ทุกๆออร์บิทัล มีระดับพลังงานเป็น degenerate (ระดับพลังงานเท่ากัน) ทุกออร์บิทัลอาจมีอิเล็กตรอนอยู่เต็ม (2 อิเล็กตรอนต่อ 1 ออร์บิทัล) หรือมีอิเล็กตรอนอยู่เพียงครึ่งเดียว (1 อิเล็กตรอนต่อ 1 ออร์บิทัล)

      เช่น

      Ne : 1s2, 2s2, 2p6

            เรียกว่า การบรรจุเต็ม

      N :  1s2, 2s2, 2p3

            เรียกว่า การบรรจุครึ่ง

      โครงแบบอิเล็กตรอนแบบบรรจุเต็มจะเสถียรกว่าแบบบรรจุครึ่งและแบบบรรจุครึ่งก็จะเสถียรกว่าแบบอื่นๆ

      เช่น

      • 2p6เสถียรกว่า 2p3
      • 2p3เสถียรกว่า 2p4
      • 3d10เสถียรกว่า 3d9



       

      ตัวอย่าง ใช้หลักเอาฟบาวเขียนโครงแบบอิเล็กตรอน สำหรับ15p

      วิธีทำ บรรจุอิเล็กตรอนในออร์บิทัลต่างๆ ตามระดับพลังงานดังนี้

                                   3p

      3s

                               2p

      2s

      1s

      จากแผนภาพข้างต้นนำมาเขียนโครงแบบอิเล็กตรอนตามระดับพลังงานในออร์บิทัลที่เพิ่มขึ้นได้เป็นดังนี้

      1s2 2s2 2p6 3s2 3p3

      และทำนองเดียวกันเขียนโครงแบบอิเล็กตรอนใน 18Ar และ 19K ได้ดังนี้

      18Ar    1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

      19K    1s2 2s2 2p6 3s2 3p64s1

      การเขียนโครงแบบอิเล็กตรอนอาจเขียนย่อให้สั้นลง โดยแยกส่วนที่เป็นโครงแบบของแก๊สมีสกุล (nobel gas) ไว้ในวงเล็บ ดังนี้

      19K    [Ar] 4s  1


       



       

      ตัวอย่าง เขียนโครงแบบอิเล็กตรอนของ 24Cr

      1s2 2s2 2p6 3s2 3p64s13d5

      หรือเขียนเป็น

      1s2 2s2 2p6 3s2 3p63d54s1

      สำหรับ29Cu ก็จะมีโครงแบบอิเล็กตรอนเป็น

      1s2 2s2 2p6 3s2 3p63d104s1

      หรือเขียนเป็น

      1s2 2s2 2p6 3s2 3p63d94s2

      ทั้งนี้เนื่องจากการจัดเป็น filled configuration จะเสถียรกว่า


      ตารางแสดงโครงแบบอิเล็กตรอนของธาตุ

       

      เลขอะตอมมิก ธาตุ โครงแบบอิเล็กตรอน
      1 H 1s1
      2 [He] 1s2
      3 Li [He] 2s1
      4 Be [He] 2s2
      5 B [He] 2s2 2p1
      6 C [He] 2s2 2p2
      7 N [He] 2s2 2p3
      8 O [He] 2s2 2p4
      9 F [He] 2s2 2p5
      10 Ne [He] 2s2 2p6
      11 Na [Ne] 3s1
      12 Mg [Ne] 3s2
      13 Al [Ne] 3s23p1
      14 Si [Ne] 3s2 3p2

      การเสียอิเล็กตรอนทำให้อิเล็กตรอนเปลี่ยนไปเป็นไอออนบวก อิเล็กตรอนจะหลุดจากระดับย่อยที่มีพลังงานสูงสุดของระดับซึ่งมีค่า n เป็นค่าสุงสุดของอะตอมนั้น

      เช่น 33As มีโครงแบบอิเล็กตรอนเป็น

      1s2 2s2 2p6 3s23p63d104s24p3

      เมื่อเสียอิเล็กตรอนไป 3 ตัว จะเป็น As3+ อิเล็กตรอนทั้ง 3 ตัว ใน 4p จะหลุดออกไปเหลือโครงแบบอิเล็กตรอนของ As3+ เป็น

      1s2 2s2 2p6 3s23p63d104s2


       

  • ตารางบันทึกผลการทดลอง

        

    ธาตุ  Z การจัดเรียงอิเล็กตรอน
    FLuorine 9

    1 s2  2 s2  2 p 5

    Phosphorus 15

    1 s2  2 s2  2 p 6  3 s2  3 p 3

         
         
         
         
         
         
         
         

       ให้นักศึกษาหาธาตุเพิ่มเติมอีก  ธาตุด้วยตนเอง ใส่ลงในตารางให้ครบ

    ตอบคำถาม

    1.  ทำไม ธาตุ Rhodium  ซึ่งมีอิเล็กตรอนยังไม่เต็มในชั้นที่ แต่ไปจัดเรียงในชั้นที่ ก่อน ?


    การทดลองเรื่องการจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอม   คลิกครับ

     


     

    ครั้งที่

    เซ็นสมุดเยี่ยม

    เรื่องการทดลองเสมือนจริง