ch 01 โครงสร้างอะตอม

T

แบบจ าลองอะตอม

การคนพบอะตอมในยคตางๆและทฤษฎตางๆ ทน ามาใชอธบายเกยวกบโครงสรางอะตอม (Atomic Discovery and Theory)

เราจะศกษาโครงสรางอะตอมอยางไร

วธการศกษาหาขอมล เกยวกบอะตอม ของนกวทยาศาสตร

น าขอมลทไดมาอธบายโครงสรางอะตอม

น าความรจากโครงสรางอะตอม ไปใชอธบายในเรอง

อธบายถงการจดเรยงอเลกตรอน

อธบายถงการจดธาตลงในตารางธาต อธบายถงสมบตบางประการของธาตในตารางธาต

ทฤษฎอะตอมของDalton

John Dalton

1. สสารทกชนดประกอบขนจาก อนภาคขนาดเลกทเรยกว า อะตอม ซงไม สามารถแบ งแยกหรอสญหายไปได 2. อะตอมของธาตชนดเดยวกนจะมมวลและสมบตเหมอนกน ทกประการ และแตกต างจากอะตอมของธาตอน

3. อะตอมของธาตหนงไม สามารถเปลยนไปเป น อะตอมของ ธาตชนดอนได

4. สารประกอบแต ละชนดได จากการรวมตวกนของอะตอมธาต ตงแต สองชนดด วยอตราส วนจ านวนอะตอมคงท

แบบจ าลองอะตอมของ Dalton

อะตอมมรปรางเปนทรงกลม มขนาดเลก ไมสามารถแบงแยกไดอก

J.J. Thomson J.J. Thomson ศกษาอนภาคทมประจลบในหลอดรงส cathode

การคนพบ electron

หลอดรงส

แคโทด

การคนพบ Electron J.J.Thomson ศกษาอนภาคทมประจลบในหลอดรงสแคโทด

อนภาคทมประจไฟฟาลบ ก คอ Eletron นนเอง

J.J. Thomson

J.J. Thomson ศกษาอนภาคทมประจลบในหลอดรงส cathode

*อนภาคทมประจลบกคอ electron นนเอง

การคนพบ electron

นอกจากน เขาไดทดลองใหรงสแคโทดอยใน สนามแมเหลก ปรากฏวารงสเบนไปอกทศทางหนง ซงตรงกนขามกบรงสแคโทดทอยในสนามไฟฟา

แบบจ าลองอะตอมตามทฤษฎอะตอมของทอมสนมลกษณะดงรป

สรปผลการทดลอง อเลกตรอนเปนองคประกอบรวมทพบในธาตใดกได เพราะเมอเขาท า

การทดลองซ าโดยเปลยนชนดของโลหะทใชเปนขวแคโทด และเปลยน ชนดของกาซทบรรจ แตผลการทดลองยงไดเหมอนเดม

อเลกตรอนเปนอนภาคทมประจลบ

อตราสวนประจตอมวลของอเลกตรอนเทากบ

1.76 X 108 คลอมบ ตอกรม

Robert Millikan, 1909

ศกษาการเคลอนทของหยดน ามนในสนามไฟฟาภายใตแรงโนมถวง

แผนภาพและเครองมอวดประจบนหยดน ามน ***

การหาคาประจของอเลกตรอน

ใชวธเมดน ามน( Oil- Drop experiment)

ประจของอเลกตรอน (e) = 1.60 x 10-19 คลอมบ

= 9.11 x 10 -28 g

มวลของอเลกตรอน (m) = 1.60 x 10-19 C 1.76 x 108 C/g

14

ไดอะไรจากผลการทดลอง?

ประจของอเลกตรอน = 1.60 x 10-19 C

ประจตอมวลของอเลกตรอน = 1.76 x 108 C/g

มวลของอเลกตรอน = 9.11x10-31 kg

หรอ = 9.11x10-28 g

ไดอะไรจากผลการทดลอง?

ประจของอเลกตรอน = -1.60 x 10-19 C ประจต อมวลของอเลกตรอน = -1.76 x 108 C/g

มวลของอเลกตรอน = 9.11x10-31 kg

การคนพบ Proton

Eugen Goldstein

เขาไดศกษาเรองการน าไฟฟาของแกส โดยเขาไดดดแปลงหลอดรงสแคโทด โดยเพมฉากเรองแสงทดานหลงขวแคโทด และเจาะรดานขวแคโทด

อนภาคทถกดงดดโดยขวไฟฟาทเปนลบ ตองเปนอนภาคทมประจบวก ตอมานกวทยาศาสตรเรยกวา "โปรตอน" เนองจากถกดงดดโดยขวแคโทด ซงเปนขวลบและโดนแรงผลกจากขวแอโนดซงเปนขวบวก

แบบจ าลองอะตอมของThomson

อะตอมมรปรางเปนทรงกลม และมอนภาคภายในคอประจบวก และประจลบปนกนไปอยางสม าเสมอในปรมาณทเทากน

electron positive charge

ThomsonไดรบรางวลNobel ในป

1906

E.R. Rutherford ไดทดลองยงอนภาคแอลฟา ) ซงไดจากการสลายตวของอะตอมฮเลยม ไปยงแผนทองค าบางๆ แลวสงเกตการเบยงเบนของรงส

E.R. Rutherford

การคนพบของ E.R. Rutherford

Rutherford, Geiger & Marsden (1911)

ศกษาการกระเจง (scattering) ของอนภาค a โดยแผนทองค าบางๆ

Rutherford

17

16

-

+

เมอยงอนภาคแอลฟาไปทแผนทองค า อนภาคสวนใหญควรจะเบยงเบนไปจากแนวเสนตรง ทงน เพราะตามแบบจ าลองอะตอมของทอมสน อะตอมประกอบดวยอนภาคบวกและลบ กระจายอยทวไปในอะตอม เมอยงอนภาคแอลฟาซงมประจบวกเขาไปในอะตอมของแผนทองค า อนภาคแอลฟาควรจะผลกกบโปรตอนซงมประจบวกเหมอนกน อนจะเปนผลท าใหทศทางของอนภาคแอลฟาเบยงเบนไปดงในรป

ทศทางการเคลอนทของอนภาคแอลฟาตามแบบจ าลองอะตอมของทอมสน

อนภาคแอลฟาสวนใหญจะเดนทางเปนเสนตรง สวนนอยจะมการเบยงเบนทศทางและนานๆครงจะมการสะทอนกลบอยางแรง

Neutron

ยงเบรลเลยม(Be)ดวยอนภาคแอลฟา ซงไดจากธาตพอโลเนยม(Po) จากนน ทดลองซ าโดยเปลยนเบรลเลยมเปนธาตอน เชน โบรอน(B), ไนโตรเจน(N), ออกซเจน

(O), อารกอน(Ar) ฯลฯ

ผลการทดลอง จากการทดลองพบวา เมอระดมยงเบรลเลยม(Be) ดวยอนภาคแอลฟา จะตรวจพบนวตรอน ดงสมการ

พบอนภาคใหมคอ เขาใหชออนภาคนวา "นวตรอน" ซงมมวลใกลเคยง

โปรตอนและเปนกลางทางไฟฟา โดยทมวลของนวตรอน ~ 1.67 x 10-24 g

James Chadwick

การคนพบNeutron

แบบจ าลองอะตอมของRutherford โปรตอนซงมประจบวกรวมกนอยอยางหนาแนนตรงกลางอะตอม มนมขนาด

เลกเมอเทยบกบปรมาตรของอะตอม แตมมวลมาก สวนรอบนอกจะมอเลกตรอนซงมประจลบมมวลนอยมากวงวนรอบนวเคลยส จะเหนวามทวางมากมายระหวางโปรตอนกบอเลกตรอน หลงจากทเจมส แชดวก พบนวตรอนซงไมมประจ แบบจ าลองอะตอมของ

รทเทอรฟอรดกเปลยนไป โปรตอนกบนวตรอนอยรวมกนตรงกลางอะตอมเรยกวานวเคลยส สวน

อเลกตรอนวงวนรอบนวเคลยส

เดม ใหม

รปแบบจ าลองอะตอมของรทเทอรฟอรด

รปแบบจ าลองอะตอมทมโปรตอน อเลกตรอนและนวตรอน

อนภาคในอะตอม

อะตอมประกอบดวยอนภาคขนาดเลก 3 อนภาค ไดแก 1.อเลกตรอน(electron)

2.โปรตอน(proton)

3.นวตรอน(neutron)

อนภาคขนาดเลกคอโปรตอน, นวตรอน และอเลกตรอน มคณสมบตตางกนดงตาราง

อนภาค สญลกษณ ประจ(คลอมบ) หนวยประจ น าหนก(กโลกรม)

โปรตอน p +1.60x10-19 +1 1.67x10-27

นวตรอน n ไมมประจ 0 1.67x10-27

อเลกตรอน e- -1.60x10-19 -1 9.11x10-31

ปจจบนนอกจากจะพบอนภาคมลฐานของอะตอมซงจดวาเปนอนภาคทมความคงตวภายในอะตอมแลว ยงมอนภาคอน ๆ อกหลายชนดทอยภายในอะตอม ***

รปแบบจ าลองอะตอมของรทเทอรฟอรด

รปแบบจ าลองอะตอมทมโปรตอน อเลกตรอนและนวตรอน

การเขยนสญลกษณของอะตอม

ใชสญลกษณ Z หมายถง ตวเลขทแสดงจ านวนโปรตอนทมอยในนวเคลยสของธาต อะตอมของธาตชนดหนง ๆ จะมจ านวนโปรตอนเฉพาะตวไมซ ากบธาตอน ๆ ธาตชนดเดยวกนจะตองมจ านวนโปรตอนหรอเลขอะตอมเทากน

ถาอะตอมทเปนกลาง จ านวนอเลกตรอนเทากบจ านวนโปรตอน

เลขอะตอม (Atomic number)

เพราะฉะนน เลขอะตอม = จ านวนโปรตอน = จ านวนอเลกตรอน

การเขยนสญลกษณของอะตอม

ใชสญลกษณเปน A หมายถง ผลรวมของจ านวนโปรตอน และจ านวนนวตรอนในนวเคลยส

(Mass number) เลขมวล

เลขมวล = เลขอะตอม + จ านวนนวตรอน A = Z + n

จ านวนนวตรอน = เลขมวล - เลขอะตอม n = A + z

การเขยนสญลกษณนวเคลยรของธาต

สญลกษณนวเคลยร (Nuclear symbol) เปนสงทใชเขยนแทนโครงสรางของอะตอม โดยบอกรายละเอยดเกยวกบจ านวนอนภาคมลฐานของอะตอม วธการเขยนตามขอตกลงสากลคอ เขยนเลขอะตอมไวมมลางซาย และเลขมวลไวมมบนซายของสญลกษณของธาต

x A

Z

X คอ สญลกษณของธาต A คอ เลขมวล

Z คอ เลขอะตอม

การเขยนสญลกษณนวเคลยรของธาต

ตวอยาง จงค านวณจ านวนอเลกตรอน โปรตอน และนวตรอนของธาตซงมสญลกษณนวเคลยรดงตอไปน Na, U, C 23

11235

92

12

6

ไอโซโทป (Isotope) หมายถง อะตอมของธาตชนดเดยวกนทมโปรตอนเทากน (หรออเลกตรอนเทากน ) แตมเลขมวลและจ านวนนวตรอนตางกน (หรอมมวลตางกน) อะตอมของธาตชนดเดยวกนจะมจ านวนโปรตอนและอเลกตรอนเทากน แตจ านวนนวตรอนอาจจะไมเทากนกได ซงมผลท าใหมวลตางกน อะตอมของธาตดงกลาวเรยกวาเปน

ไอโซโทปเชน C, C และ C เปนไอโซโทปกน 12

6

14

613

6

สญลกษณนวเคลยร จ านวนอเลกตรอน จ านวนโปรตอน จ านวนนวตรอน เลขมวล C 6

6 6

6 6 6

6 7 8

12 13 14

11

21

31

ไอโซโทปของธาตบางชนดอาจจะมชอเรยกโดยเฉพาะ เชน ธาตไฮโดรเจนม 3 ไอโซโทป และมชอเฉพาะดงน

H เรยกวา โปรเทยม ใชสญลกษณ H แทน H

H เรยกวา ดวทเรยม ใชสญลกษณ D แทน H

H เรยกวา ทรเทยม ใชสญลกษณ T แทน H

188

199

ไอโซโทน ( Isotone ) หมายถง ธาตตางชนดกนทมจ านวนนวตรอนเทากน แตมเลขมวลและเลขอะตอมไมเทากน เชน

O เปนไอโซโทนกน มนวตรอนเทากนคอ n = 10

ธาต

A Z n

O F

18 19

8 9

10 10

จะเหนไดวาเฉพาะ n เทานนทเทากน แต A และ Z ไมเทากน จงเปนไอโซโทน

F

188

199

3015

3014

ไอโซบาร (Isobar) หมายถง ธาตตางชนดกนทมเลขมวลเทากน แตมมวลอะตอมและจ านวนนวตรอนไมเทากน เชน

P กบ Si มเลขมวลเทากนคอ 30 P

ธาต

A Z n

P Si

30 30

15 14

15 16

จะเหนไดวาเฉพาะ A เทานนทเทากน แต Z และ n ไมเทากน จงเปนไอโซบาร

Si

3015

3014

สมบตคลน-อนภาค

JJ Thomson ไดรบรางวลโนเบล ในการศกษาอเลกตรอนวาเปนอนภาค. George Thomson ผเปนลก ไดรบรางวลโนเบล ในการศกษาอเลกตรอน วาเปนคลน.

แบบจ าลองอะตอมของโบร แบบจ าลองอะตอมของรทเทอรฟอรด กลาวถงอเลกตรอนวงรอบๆ นวเคลยส แตไมทราบวาอเลกตรอนอยรอบ ๆ นวเคลยสมการจดเรยงอเลกตรอนอยางไร นกวทยาศาสตรจงมการศกษาขอมลใหมมาสรางแบบจ าลองทเนนรายละเอยดเกยวกบการจดเรยงอเลกตรอนทอยรอบนวเคลยส โดยศกษาจากสเปกตรมและคาพลงงานไอออไนเซชน

สเปกตรม สเปกตรมเปนแสงทถกแยกกระจายออกเปนแถบสตาง ๆ และแสงเปนรปหนงของคลนแมเหลกไฟฟา ฉะนนเพอความเขาใจจ าเปนตองรเกยวกบสวนประกอบของคลนและพลงงานคลนแมเหลกไฟฟาเสยกอนแลวน าความรเรองดงกลาวมาใชในการวเคราะหสเปกตรมได

เมอน าแสงขาวทเกดจากดวงอาทตยสองผานปรซมหรอเกรตตงแสงสขาวจะแยกเปนสตางๆ ตอเนอง ซงเรยกวา แถบสเปกตรม ดงรป

รป แสงสตาง ๆ ในแถบสเปกตรมของแสง

แสงสตาง ๆ ในแถบสเปกตรมของแสง

สเปกตรม ความยาวคลน (nm)

มวง น าเงน เขยว เหลอง สม แดง

400 - 420 420 - 490 490 - 580 580 - 590 590 - 650 650 - 700

สมบตของคลน

ความยาวคลน (Wavelength) ใชสญลกษณ อานวา แลมปดา เปนระยะทางระหวางยอดคลนทตอเนองกนทคลนเคลอนทครบ 1 รอบ มหนวยเปนเมตรหรอมหนวยเปนนาโนเมตร(nm) กได โดย 1 นาโนเมตร = 10-9 เมตร แอมปลจด (Amplitude) เปนระยะทางแนวตงจากเสนกงกลาง ของคลนถงยอดคลน

time

Amplitude

สมบตของคลน

ความถ (Frequency) ใชสญลกษณ (อานวา นว) คอจ านวนรอบทคลน เคลอนทผานจดหนงในเวลา 1 วนาทความถมหนวยเปน รอบ/วนาท (s-1 ) หรอ (Hz) ความเรว (u) ของคลน = λ x ν

time

Amplitude

แมกซ พลงคไดเสนอทฤษฎควอนตม (quantum theory) และอธบายเกยวกบการเปลงรงสวา รงสแมเหลกไฟฟาทเปลงออกมามลกษณะเปนกลมๆ ซงประกอบดวยหนวยเลกๆ เรยกวา ควอนตม (quantum) ขนาดของควอนตมขนกบความถของรงส และแตละควอนตมมพลงงาน (E) โดยท E เปนสดสวนโดยตรงกบความถ (v) ดงน

E = h

E = พลงงานหนงควอนตมแสง (J) h = คาคงทของพลงค (6.62 x 10-34 Js) = ความถ (s-1)

สเปกตรมของธาต

ความยาวคลนจะสมพนธกบความถและความเรวคลน ดงน

C

C คอ ความเรวของแสง

คอ ความยาวคลน

คอ ความถ

C

เมอ C คอความเรวของคลนแมเหลกไฟฟาในสญญากาศมคาเทากบ

3.0 x 108 เมตรตอวนาทจากสตร

คาพลงงานของคลนแมเหลกไฟฟาค านวณไดจากความสมพนธดงน

hCE

ความยาวคลนมาก = ความถต า= พลงงานต า ความยาวคลนนอย = ความถสง = พลงงานสง

ทฤษฎควอนตม (quantum theory) ของ Planck

เมอใหความรอนแกของแขงสด า (black body) ของแขงจะปลอยรงส แมเหลกไฟฟาออกมา จากการทดลองพบวาพลงงานทแผออกมาในแต ละชวงอณหภมของชนวตถขนอยกบความถคลน ซงขดกบทฤษฎ คลาสสกทวาพลงงานขนกบความเขมของแสงเพยงอยางเดยว Planck กลาววาพลงงานแสงจะถกปลอย (emit) หรอดดกลน (absorb) ในหนวย ควอนตม (quantum) ซงหมายถงหนวยทเลกทสดของปรมาณพลงงานคลนแมเหลกไฟฟาทถกปลอยหรอดดกลน

E = hν Planck’s constant (h)

h = 6.63 x 10-34 J„s

พลงงาน (E ) ของ ของรงสแมเหลกไฟฟาขนอยกบความถ (ν)

E = hν E = พลงงาน (kgทm2/s2) h = คาคงทของ คาคงทของ Planck Planck (6.626 x 10-34 Jทs) ν= ความถ ความถ (hz, sec-1)

ความยาวคลนมาก = ความถต า= พลงงานต า ความยาวคลนนอย = ความถสง = พลงงานสง

ในป ค.ศ.1905 อลเบรต ไอนสไตน(Albert Einstein)สามารถอธบายปรากฏการณโฟโตอเลกตรกนไดอยางถกตอง เขาเสนอวาแสงควรมคณสมบตเปนอนภาคไดดวย เรยกวา โฟตอน(photon) และใชทฤษฏของพลงคก าหนดคาพลงงานของโฟตอนนน อนภาคแสง 1 โฟตอนทมความถ มพลงงาน E = h คดเปน 1 ควอนตม คาพลงงานของโฟตอนเปนคาเฉพาะส าหรบแสงทความถคาหนง ๆ เทานน

Particle-Wave Duality

Planck - Einstein : Energy possesses Mass

E = h υ E = mc2

h υ = mc2

hc/λ = mc2

hc/c2λ = m m = hc/c2λ Light has Mass

Light: Wave or Particle ?

wave

particle

photons

สของเปลวไฟทเกดจากการเผาสารเมอดดวยตาเปลา และใชเสนสเปกโตรสโคป

สารประกอบ สของเปลวไฟเมอดดวยตาเปลา สของเสนสเปกตรมทเดนชดทสด

Nacl Na2SO4 BaCl2 BaCO3 CaCl2 CaSO4

เหลอง เหลอง

เขยวอมเหลอง เขยวอมเหลอง

แดงอฐ แดงอฐ

เหลองเขม เหลองเขม

เขยว เขยว

แดงเขม แดงเขม

CuCO3 CuSO4 MgCl2 MgCO3

เขยว เขยว มวง มวง

เขยวเขม เขยวเขม มวงเขม มวงเขม

โดยสรป 1. สเปกตรมเปนสมบตเฉพาะตวของธาตชนดหนง ๆ ซงแตกตางจากธาตชนดอน 2. สเปกตรมของโลหะชนดเดยวกนไมวาจะอยในรปของธาตบรสทธหรอในสารประกอบจะตองมลกษณะเหมอนกนทงหมด ทงในแงของจ านวนเสนสเปกตรม สของแตละเสน (อาจจะมสเขมไมเทากน) และ ต าแหนงของเสนสเปกตรม 3. สเปกตรมของโลหะตางชนดกนจะไมเหมอนกน สของเสนสเปกตรมอาจจะเหมอนกน แตต าแหนงของเสนสเปกตรมทงหมดจะไมตรงกน

แบบจ าลองอะตอมของ Bohr

1914 Niels Bohr เมอศกษาการเกดเสนสเปกตรมของไฮโดรเจน และรวาเสนสเปกตรมเกดจากการคายพลงงานในรปของแสงโดย การลดระดบวงโคจรของ e- มายงวง โคจรทมระดบพลงงานต ากวา ไดศกษา 1. การเคลอนทของ e- รอบนวเคลยส และพลงงานของ e-

แบบจ าลองอะตอมของ Bohr 1914 Bohr เปนผเชอมโยงเสนสเปกตรม และแนวคดของนกวทยาศาสตร พลงค และไอสไตน เขาดวยกน โดยเขาไดเสนอว า e- ทโคจรรอบนวเคลยสดวยรศมคงท และ e- ของไฮโดรเจนมระดบพลงงานคาหนง ดงนนบอหร สามารภเขยนสมการเพอค านวณพลงงานของ e- 1 ตวของไฮโดรเจนอะตอม เมอ e- ตวนนอยในสภาวะคงตว En = -Rhc( 1 )

n2

n (principal quantum number) = 1,2,3,… R (Rydberg constant) = 1.0974 x 107 m-1 h = 6.6261 x 10-34 J.s c = 2.9979 x 108 m/s

แบบจ าลองอะตอมของ Bohr

เมอค านวณออกมาและมขอสงเกต คอ E1 E2 E3 มคาเปนลบนอยลงเรอย ๆ ดงนนพลงงานของ e- ในแตละวงโคจรจะมคามากขนตามคาของ n นนคอ เมอ ยงมคามากขน ระดบพลงงานจะยงมคาสงขนเรอย ๆ เมอ e- ตวนนอยในสภาวะคงตว

En = -Rhc( 1 ) n2

n (principal quantum number) = 1,2,3,… R (Rydberg constant) = 1.0974 x 107 m-1 h = 6.6261 x 10-34 J.s c = 2.9979 x 108 m/s

แบบจ าลองอะตอมของ Bohr ดงนนเมอ e- ยงเขาใกลนวเคลยส ยงมแรงดงดดมากขน ดงนนคา จะมคาเปนลบมาก (คา เปนลบมาก แสดงวามพลงงานนอย ) เขาจงสรปไดวา e- ทมระดบพลงงาน n= 1 จะตองอยใกลนวเคลยสมากกวา e- ทมระดบพลงงาน n= 2 และ 3,4,... ตามล าดบ

แบบจ าลองอะตอมของ Bohr

สรปสาระส าคญจากทฤษฎของบอหร ไดวาอเลกตรอนในอะตอมจะอยในสภาวะทมพลงงานต าสด แตถาถกรบกวนอเลกตรอนจะเปลยนสภาวะจากระดบพลงงานหนงไปยงระดบพลงงานอนๆได โดยพลงงานทเปลยนไปตองเปนคาพลงงานทสามารถดดกลน หรอปลดปลอยออกมา จากความคดนจงท าใหสามารถอธบายเสนสเปกตรมของอะตอมได วา e- ทม n= 1 มพลงงานเปนคาลบมากทสด แสดงวาถกดงดดดวยนวเคลยสมากทสด เราเรยก e- ทม n= 1 วา สภาวะพน ( ground state )เปนสภาวะคงตวทมพลงงานต าสด

1. การเปลยนระดบพลงงานของอเลกตรอน

แบบจ าลองอะตอมของ Bohr

ส าหรบ สภาวะอนๆ เชน n= 2,3,4,... e- จะถกดงดดดวยนวเคลยสนอยลง และพลงงานมคาตดลบนอยลง หรอพลงงานสงขน เรยกสภาวะทมระดบพลงงานสงนวา สภาวะกระตน (excited state) เมอ e- ทสภาวะพน (n= 1 ) ถกรบกวน หรอถกกระตนใหเคลอนทไปอยในสภาวะสงขน เชน ขนไปอยในระดบ n= 2 อะตอมจะตองมการดดกลนพลงงานเขา

แบบจ าลองอะตอมของ Bohr

n= 1

n= 2

E= +985 kJ/mol

E1= -Rhc( 1 ) 12

สภาวะพน

สภาวะกระตน

E2= -Rhc( 1 ) 22

ดดกลนพลงงาน

E= -985 kJ/mol

คายพลงงาน

แบบจ าลองอะตอมของ Bohr บอหร ไดรบรางวล โนเบล ป ค.ศ.1922 เนองจาก ทฤษฎของบอหรเปนจดเรมตนของการศกษาโครงสรางอะตอมไปในทศทางทถกตอง และไดพฒนามาเรอย ๆ จน ไดมความเขาใจเกยวกบโครงสรางอะตอมเปนอยางดในปจจบน

รดเบอรก(J.R. Rydberg) ไดเสนอสมการทใชค านวณหาwave number ของสเปกตรมทกชดดงน

R คอคาคงทของรดเบอรก มคา 1.09678 x 105 n1, n2 เปนเลขจ านวนเตม (n2 > n1)

2

= 1/

n1 : final orbit

n2 : initial orbit

]11

[22

if nnRhcE

if EEE

photonEE

]11

[22

if

photonnn

RhcE

]11

[1

22

if nnR

hchE photon

]11

[22

if nnR

i =initial, n2***สภาวะเรมตน

f =final, n1***สภาวะสดทาย

แบบจ าลองอะตอมของ Bohr

n= 1

n= 2

E= +985 kJ/mol

E1= -Rhc( 1 ) 12

สภาวะพน

สภาวะกระตน

E2= -Rhc( 1 ) 22

ดดกลนพลงงาน

E= -985 kJ/mol

คายพลงงาน

การเปลยนชนของ อเลกตรอน ดดหรอคาย พลงงานคาจ าเพาะหนงๆ ซงกอใหเกดแสงทมคา ความยาวคลนเฉพาะ หนงๆ

- อนกรมไลแมน (Lyman Series) เสนสเปกตรมมพลงงานอยในชวงรงสอลตราไวโอเลต, UV ทเกดจากทอเลกตรอนตกลงจากระดบพลงงาน n =2, 3, 4…. มายง n1 = 1 (อนกรมไลแมน) n1 = 1, n2 =2, 3, 4…. -อนกรมบาลมเมอร (Balmer Series) ) เสนสเปกตรมมพลงงานอยในชวงแสงปกตหรอแสงขาวซงตามองเหนได, Visible, VIS ทเกดจากทอเลกตรอนตกลงจากระดบพลงงาน n = 3,4,5… มายง n1 = 2, (อนกรมบาลมเมอร) n1 = 2, n2 = 3,4,5…

ทฤษฏของบอหรอธบายเสนสเปกตรมไดดงน****

* อนกรมปาสเชน (Paschen Series) เสนสเปกตรมมพลงงานอยในชวงรงสอนฟราเรด, IR ทเกดจากทอเลกตรอนตกลงจากระดบพลงงาน n =4,5,6…. มายง n1= 3 (อนกรมปาสเชน) n1=3, n2=4,5,6 * นอกจากนยงมอก 2 ชด ในชวงพลงงานทต าลงไปอกคอ อนกรม แบรกเกตต (Brackett) และ ฟนด (Pfund)

อนกรมไลแมน nf คงท = 1 ni = 2,3,4,... อนกรมบาลมเมอร nf คงท = 2 ni = 3,4,5.... อนกรมปาสเชน nf คงท = 3 ni = 4,5,6... อนกรมแบรกเกตต nf คงท = 4 ni = 5,6,7... อนกรมฟนด nf คงท = 5 ni = 6,7,8...

น าสมการของรดเบอรกไปค านวณหา wave number ของสเปกตรมในอนกรมตางๆ โดยแทนคา nfและ ni ดงน

การเปลยนชนของ อเลกตรอน ดดหรอคาย พลงงานคาจ าเพาะหนงๆ ซงกอใหเกดแสงทมคา ความยาวคลนเฉพาะ หนงๆ

ตวอยางการค านวณ [1]

สเปกตรมเสนแรกในอนกรมบาลเมอร: n1 = 2, n2 = 3

1-

1-

22

1-

cm 5,2331 1

36

49 cm 678,109

1

3

1

2

1 cm 678,109

1

m 10 x 656.6 cm 10 x 565.6 95 สแดง

ตวอยางการค านวณ [2]

หรอในกรณท n1 = 2, n2 = ∞

1-

1-

22

1-

cm 7,419.52 1

4

1 cm 678,109

1

1

2

1 cm 678,109

1

m 10 x 364.7 cm 10 x 647.3 95 สมวง

การคนควาทฤษฎใหม หลย เดอ บรอยล(Louis de Broglie) เดอบรอยล พจารณาค าถามทบอหรยงหาค าตอบไมได คอ " ท าไมอเลกตรอนในอะตอมจงโคจรรอบนวเคลยสดวยระยะหางบางคา" เขาตงสมมตฐานวา "อเลกตรอนมสมบตเปนคลน" ดงนนจงเคลอนทรอบนวเคลยสเปนคลน(ดงรป) ไมไดวงเปนวงโคจรทแนนอนเหมอนทบอหรสรปไว ส าหรบอเลกตรอน เขาเสนอวงโคจรทเปนไปได ดงสมการ เมอ r = รศมวงโคจร = ความยาวคลนของอเลกตรอน n = คาคงท = 1, 2, 3, ...

แบบจ าลองอะตอมของเดอบรอยล คลายกบแบบจ าลองอะตอมของบอหร แตอเลกตรอนวงเปนคลนอยรอบรศมวงโคจรในชนตาง ๆ

ดงนน อเลกตรอนทวงรอบนวเคลยสในแตละระดบพลงงาน จะตองมคาความยาวคลน () เฉพาะซงขนกบมวล (m) และความเรว(v)ของอเลกตรอน ดงสมการ

pccmcmcE . 2

chhE

h

mc

ความสมพนธระหวางโมเมนตม (p) และความเรว (c) ของแสงกบพลงงาน

ความสมพนธระหวางพลงงานกบความถของโฟตอน

ส าหรบอนภาคใด ๆ

เรยกวา ความยาวคลนเดอบรอยล

ไฮเซนเบรก(Heisenberg) วธท าการทดลอง ไฮเซนเบรก ท าการทดลองในหวสมอง (thought experiment) เพอวดต าแหนงของอเลกตรอน สรปผลการทดลอง "เราไมสามารถระบต าแหนงของคลนได" ดงนน การทจะบอกต าแหนงทแนนอนของอเลกตรอนเปนไปไดยาก เขาจงไดเสนอหลกความไมแนนอน(uncertainty principle) ซงกลาววา

"เราไมสามารถระบต าแหนงและโมเมนตมทแนนอนของอเลกตรอนไดอยางเทยงตรงพรอมๆ กนได"

Very Important person

81

ถาเรามองไมเหนผง เราจงสองไฟไปทผงเพอหาต าแหนงของผง เมอเราเหนผงแลว ผงตกใจบนไปทต าแหนงใหม เราจงตองสองไฟหาผงอกครง เหตการณนเกดขนซ าแลวซ าเลา เราจงไมทราบต าแหนงและความเรวทแทจรงของผงได ในท านองเดยวกนเราจงไมสามารถระบต าแหนงและความเรวทแทจรงของอเลกตรอนไดเชนกน

สมการความไมแนนอนตามแนวแกน x ซงไดจากการอนพทธสมการ (derive) ของกลศาสตรควอนตม( quantum mechanics)

เมอ = ความไมแนนอนในการวดต าแหนงตามแนวแกน x = ความไมแนนอนส าหรบคาโมเมนตมเชงเสนตรงในทศทาง x

แบบจ าลองอะตอมของไฮเซนเบรก นวเคลยสอยตรงกลางอะตอมประกอบดวยโปรตอนและนวตรอน สวนอเลกตรอนอยรอบนวเคลยสคลายกลมหมอก เราจะพบอเลกตรอนในบรเวณทมสเขมมากกวาสออน ซงโอกาสทจะพบอเลกตรอนเราเรยกอกชอหนงวาออรบทลของอะตอม (atomic orbital)

ฟงกชนคลนของ Schrodinger

„ 1926 Erwin Schrodinger( เออรวน ชโรดงเงอร) แสดงสมบตความเปน อนภาคและคลนของ e- ดวยเทอมทางคณตศาสตรเรยกวาฟงกชนคลน (wave function, ψ) „ ψ2 แสดงถงความนาจะเปนทจะพบอเลกตรอน ณ ต าแหนงทก าหนด ซงใชในการก าหนดขอบเขตทจะพบอเลกตรอน (orbital) „ Schrodinger หาพลงงาน (E) ของอเลกตรอนทแสดงดวยฟงกชนคลนหนง ๆ ไดโดยการแกสมการทาง calculus ทเขาคดขน „ สมการ Schrodinger ใชไดดกบอเลกตรอนของอะตอมไฮโดรเจนแตส าหรบอะตอมทมอเลกตรอนหลายตวผลลพธทไดจะเปนเพยงการประมาณเทานน

H-Hamiltonian Operator (Math function) i.e. ex, ln, yx, !, Ε

E-Eigen Value Total energy of the atom Sum of P.E. and K.E. of moving e-.

HΨ = EΨ

Schrodinger Wave Equation

Properties of the Schrodinger equation provides information about the electronic arrangement of each atom.

ฟงกชนคลนของ Schrodinger

H Ψ= E Ψ

EV

zyxm

h

8 2

2

2

2

2

2

2

2

Ψ -Psi - wave function: wave properties Ψ2 -probability distribution แสดงถงความนาจะเปนทจะพบอเลกตรอน ณ ต าแหนงทก าหนด ซงใชในการก าหนดขอบเขตทจะพบอเลกตรอน (atomic orbital)

kinetic potential

ความหนาแนนของ e- จะลดลงอยางรวดเรว

เมอเพมระยะหางจากนวเคลยส

90% ของความหนาแนนของ e- พบวาอยในออรบทล 1s

เลขควอนตม (Quantum Numbers)

อเลกตรอนแตละตว ประกอบดวยเลขควอนตม 4 ตว

Principal quantum number n Angular momentum quantum number l Magnetic quantum number ml Spin quantum number ms

จากกฏเกณฑทางคณตศาสตรในการแกสมการชโรดงเจอร เพอหาพลงงาน และบรเวณทจะพบอเลกตรอนในสามมต จะมตวเลขจ านวนตม 3 ชนดเขามาเกยวของคอ n ,l, ml และตอมากพบเลขควอมตมอกชนดหนง คอ mS

Ψ = fn(n, l, ml, ms)

เลขควอนตมหลก Principal Quantum Number( n)

n = ระดบชนของพลงงาน shell (energy level) ทอเลกตรอนอย(ระดบพลงงานหลก)

Number of electrons that can fit in a shell : 2n2

n เปนเลขจ านวนเตมมคาตงแต = 1, 2, 3, 4, ….

n ก าหนดระยะหางของ e- จากนวเคลยส

เราอาจใชสญลกษณ K , L , M , N, ….

ออรบทลชนดเดยวกน จะมขนาดใหญขนเมอระดบชนพลงงานสงขน

Nodes คอ บรเวณทไมมอเลกตรอนอย

1s 2s 3s

เลขควอนตมโมเมนตมเชงมม Angular Momentum Quantum Number( l )

l จะมคาเทากบ 0, 1, 2, 3, … (n-1)

n = 1, l = 0 n = 2, l = 0, 1 n = 3, l = 0, 1, 2

l = 0 ,s ออรบทล l = 1 ,p ออรบทล l = 2 ,d ออรบทล l = 3, f ออรบทล

คา l ใชบอกจ านวนชนยอยและ ก าหนดรปรางของออรบทล

l จะตวบอกระดบพลงงานยอย (ชนยอยๆ Subshells ของ n)

ระดบพลงงานยอย (Subshells) -ระดบพลงงานยอย S ( sharp) 1 ออรบทล -ระดบพลงงานยอย P ( principal) 3 ออรบทล -ระดบพลงงานยอย d ( diffuse) 5 ออรบทล -ระดบพลงงานยอย f ( fundamental) 7 ออรบทล

ความสมพนธระหวางระดบพลงงานหลก ระดบพลงงานยอย ระดบพลงงานหลกหรอวง

( shell,n) ระดบพลงงานยอย ( subshells)

1 1s

2 2s 2p

3 3s 3p 3d

4 4s 4p 4d 4f

เลขควอนตมแมเหลก Magnetic Quantum Number(ml )

ml จะถกก าหนดดวยคา l ซง ml จะมคาอยในชวงเทากบ -l, …., 0, …. +l

ถา l = 0 (s ออรบทล), ml = 0 ถา l = 1 (p ออรบทล), ml = -1, 0, +1 ถา l = 2 (d ออรบทล), ml= -2, -1, 0, +1, +2

คา ml ก าหนดการวางตวของออรบทลในทวาง

ml เปนจ านวนเตมมคาบวกหรอลบกได =0 , +1 , +2 , +3 , -1 , -2 , -3

ml บอกจ านวนและทศทางของออรบทล

f orbitals

ml=0 ml=1 ml=-1

ml=2 ml=-2

f orbitals

ml=3 ml=-3

เลขควอนตมสปน Spin Quantum Number(ms)

spin quantum number ms ms = +½ หรอ -½ หมายถง อเลกตรอนมทศทางการหมนรอบตวเองในทางตรงกนขามได 2 ทางคอตามเขมนาฬกา และทวนเขมนาฬกา

บอกถงโมเมนตมสปนของอเลกตรอนทอยในออรบทล

ความสมพนธระหวางเลขควอนตม กบออรบทลอะตอม

เลขควอนตมหลก เลขควอนตมโมเมนตมเชงมม

เลขควอนตมสปน จ านวนและชนดของออรบทลในชนยอย

สญลกษณ = n

มคา= 1,2,3,.. (ขนาดและพลงงานของ

ออรบทล)

สญลกษณ = l

มคา= 0,1,2,..( n-1) (รปรางของออรบทล)

สญลกษณ = ml

มคา= +4,+3,+2,+1,0,

-1,-2,-3,-4 .( +l,0,-l) (ทศทางของออรบทล )

จ านวนออรบทล=จ านวนของml

= 2| + 1

( จ านวนออรบทลในชน = n2)

1 0 0 ( 1 ทศทาง) 1 ออรบทล คอ 1s

(ชน n =1ม 1 ชนด จ านวน 1ออรบทล

2 0 1

0 ( 1 ทศทาง)

+1,0,-1 ( 3 ทศทาง) 1 ออรบทล คอ 2s

3 ออรบทล คอ 2p

(ชน n =2ม 2 ชนด รวมจ านวน --- ออรบทล

3 0 1 2

0 ( 1 ทศทาง)

+1,0,-1 ( 3 ทศทาง)

+2,+1,0,1-,-2 ( 5 ทศทาง)

1 ออรบทล คอ 3s

3 ออรบทล คอ 3p

5 ออรบทล คอ 3d

(ชน n =3 ม 3 ชนด รวมจ านวน -- ออรบทล

4 0 1 2 3

0 ( 1 ทศทาง)

+1,0,-1 ( 2 ทศทาง)

+2,+1,0,1-,-2 ( 3 ทศทาง)

+3,+2,+1,0,1-,-2,-3 ( 7 ทศทาง)

1 ออรบทล คอ 4s

3 ออรบทล คอ 4p

5 ออรบทล คอ 4d

7ออรบทล คอ 4f

(ชน n =4 ม 4 ชนด รวมจ านวน ---ออรบทล

แบบจ าลองอะตอมของชเรอดงเจอร อะตอมมนวเคลยสอยภายในประกอบดวยโปรตอนและนวตรอน สวนอเลกตรอนเคลอนทรอบนวเคลยสภายในออรบทลตาง ๆ เชน ธาตคารบอนมทงหมด 6 อเลกตรอน โดย 2 อเลกตรอนอยใน 1s ออรบทล, 2 อเลกตรอนอยใน 2s ออรบทล, 1 อเลกตรอนอยใน 2px ออรบทล, และ 1 อเลกตรอนอยใน 2py ออรบทล โดยจะไมพบอเลกตรอนท node ของ p ออรบทลและนาน ๆ ครงจะพบอเลกตรอนภายนอก ออรบทล

ระดบพลงงานยอย (Subshells) -ระดบพลงงานยอย S ( sharp) 1 ออรบทล -ระดบพลงงานยอย P ( principal) 3 ออรบทล -ระดบพลงงานยอย d ( diffuse) 5 ออรบทล -ระดบพลงงานยอย f ( fundamental) 7 ออรบทล

การจดเรยงอเลกตรอน(electron configuration) เมอพจารณาโครงสรางอะตอมของธาตซงมจ านวนอเลกตรอนมากกวา 1

อเลกตรอน อยในระดบพลงงานตางกน อเลกตรอนเหลานนอยกนอยางไร และแตละระดบพลงงานจะมจ านวนอเลกตรอนสงสดเทาใด

หลกการจดเรยงอเลกตรอนในระดบพลงงานหลก ( shell คอ n )

การจดเรยงอเลกตรอน(electron configuration)

หลกการจดเรยงอเลกตรอนใน1.ระดบพลงงานหลก ( shell คอ n )

1. รจ านวนอเลกตรอนของธาตทเราตองการเรยง e โดยดจากเลขอะตอม

188

O

2. ค านวณหาวาจ านวนอเลกตรอนในแตละระดบพลงงานมจ านวน e ไดสงสดเทาใด จาก 2n2 , n = 1,2,3,4,... (ระดบพลงงานหลก) -ชน n=1 จะม e ไดสงสด = 2n2 2x12 = 2 e

-ชน n=2 จะม e ไดสงสด = 2n2 2x22 = 8 e

-ชน n=3 จะม e ไดสงสด = 2n2 …… = …. e -ชน n=4 จะม e ไดสงสด = 2n2 …… = ….. e

ในอะตอมทเปนกลางจ านวนโปรตอน = จ านวนอเลกตรอน

การจดเรยงอเลกตรอน(electron configuration)

หลกการจดเรยงอเลกตรอนใน1.ระดบพลงงานหลก ( shell คอ n )

3. จ านวนอเลกตรอนทอยระดบพลงงานนอกสด (วงนอกสด) หามเกน 8 อเลกตรอน และเราเรยกจ านวนอเลกตรอนทอยวงนอกสด วา เวเลนซอเลกตรอน”(valence electron)

4. จ านวนอเลกตรอนทอยถดเขามาจากวงนอกสดจะเปนได 8 , 18 เทานน ***ใชเฉพาะ ธาตทอยในหม A เทานน***

ตารางธาต: สถานะของธาต

คาบ

หม

Alkali M

etal

No

ble G

as

Halo

gen

Alkali Earth

Metal

การจดเรยงอเลกตรอน(electron configuration)

หลกการจดเรยงอเลกตรอนใน1.ระดบพลงงานหลก ( shell คอ n ) ตวอยาง การจดเรยงอเลกตรอนในระดบพลงงานหลก

188

O

20

38Sr

53I

18

2, 6 o อยหม 6 คาบ 2 ในตารางธาต

2, 8,...... Ar อยหม 8 คาบ 3 ในตารางธาต

ตวอยาง การจดเรยงอเลกตรอนในระดบพลงงานหลก

188

O

2 , 6 o อยหม 6 คาบ 2 ในตารางธาต

n =1

n =2

2

6

n=1 n=2

ตวอยาง การจดเรยงอเลกตรอนในระดบพลงงานหลก

n =1

n =2

2

8

182, 8, ...... Ar อยหม 8 คาบ 3 ในตารางธาต

8

n =3

n=1 n=2 n=3

ตวอยาง การจดเรยงอเลกตรอนในระดบพลงงานหลก

n =1

n =2

2

8

...,....,.....,.....,.... Sr อยหม .... คาบ.. ในตารางธาต

18

n =3

38Sr

n =4

18 8

2

n =5

n=1 n=2 n=3 n=4 n=5

2+

ตวอยาง การจดเรยงอเลกตรอนในระดบพลงงานหลก

n =1

n =2

2

8

...,....,.....,.....,.... I อยหม .... คาบ.. ในตารางธาต

18

n =3

53I

n =4

18 8

7

n =5

n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 2 8 18 18 7

-

หลกการจดเรยงอเลกตรอนใน2.ระดบพลงงานยอย ( subshells)

หลกการจดเรยงอเลกตรอนนสามารถจดเรยงอเลกตรอนไดทงหมดทกธาตใน คอ จดไดทงธาตในหม A และหม B

การจดเรยงอเลกตรอน(electron configuration)

ระดบพลงงานยอย (Subshells) ม 4 ชนดคอ

-ระดบพลงงานยอย S ( sharp) 1 ออรบทล -ระดบพลงงานยอย P ( principal) 3 ออรบทล -ระดบพลงงานยอย d ( diffuse) 5 ออรบทล -ระดบพลงงานยอย f ( fundamental) 7 ออรบทล

หลกการจดเรยงอเลกตรอนใน2.ระดบพลงงานยอย ( subshells)

ออรบทล (orbital) คอ บรเวณทสามารถจะพบอเลกตรอนในรปรางแตกตางกนและจะพบอเลกตรอนไดไมเกน 2 ตว (e) สญลกษณของออรบทลทใชบรรจอเลกตรอน คอ

การบรรจอเลกตรอนม 2 แบบคอ 1. บรรจแบบเตมออรบทล เรยกeทงสอง วา อเลกตรอนค 2. บรรจแบบครงออรบทล เรยก e นน วา อเลกตรอนเดยว

ความสมพนธระหวางระดบพลงงานหลก ระดบพลงงานยอย และจ านวนอเลกตรอนสงสดในระดบพลงงานยอย

ระดบพลงงานหลก หรอวง

( shell,n)

ระดบพลงงานยอย ( subshells)

จ านวนอเลกตรอนสงสดในระดบพลงงานยอย

จ านวนอเลกตรอนสงสดในระดบพลงงานหลก

1 1s 2 2

2 2s 2p

2 6

8

3 3s 3p 3d

2 6 10

18

4 4s 4p 4d 4f

2 6 10 14

32

หลกการจดเรยงอเลกตรอนใน 2 ระดบพลงงานยอย ( subshells)

การจดเรยงอเลกตรอน(electron configuration)

สญลกษณของโครงสรางอเลกตรอนในการจดในระดบพลงงานยอย

1S1 1H

ระดบพลงงานหลก(n)

เลขควอนตมหลก

ระดบพลงงานยอย

เลขควอนตมโมเมนตรมเชงมม

จ านวนอเลกตรอนทบรรจในออรบทล

การจดเรยงอเลกตรอน(electron configuration) หลกการจดเรยงอเลกตรอน 1.หลกการกดกนของเพาล (Pauli Exclusion Principle) 2. กฎของฮนด (Hund’s Rule) 3. หลกเอาฟเบา (Aufbau principle)

หลกการจดเรยงอเลกตรอนใน 2 ระดบพลงงานยอย ( subshells)

หลกการจดเรยงอเลกตรอนน สามารถจดเรยงอเลกตรอนไดทงหมดทกธาต จดไดทงธาตในหม A และหม B

1.หลกการกดกนของเพาล (Pauli Exclusion Principle)

อเลกตรอน 2 ตวในอะตอมเดยวกน จะมสมบตไมเหมอนกน คอลกษณะการหมนรอบตวเองแตกตางกน ในลกษณะตาม และทวนเขมนาฬกา

เชน ถาม 2 อเลกตรอนใน 1s orbital ตองจดเปน 1s2 หรอ ซงมเลขควอนตมดงน

e- n l ml ms

ตวท 1(สปนขน) 1 0 0 +1/2

ตวท 2(สปนลง) 1 0 0 -1/2

จะเหนวาเลขควอนตมของอเลกตรอนทง 2 เหมอนกนเพยง 3 คาเทานน ตางกนทเลขควอนตมสปน(ms) นคอเหตผลทตองก าหนด ms ขนมาเพอใหอเลกตรอน 2 ตวในออรบทลมความแตกตางกน

เลขควอนตมเหมอนกนทงสคาไมได

2. กฎของฮนด (Hund’s Rule)

“การบรรจอเลกตรอนในออรบทลทมระดบพลงงานเทากน (degenerate orbitals) เชน 2p ออรบทล ซงออรบทลทงสามมพลงงานเทากน ใหบรรจอเลกตรอนในลกษณะทท าใหมอเลกตรอนเดยวมากทสดเทาทมมากได เมอ e เหลอจงบรรจ e เปนคเตม

ออรบทลนน เชน 2p4 , 3d8

ออรบทล (orbital) คอ บรเวณทสามารถจะพบอเลกตรอนในรปรางแตกตางกนและจะพบอเลกตรอนไดไมเกน 2 ตว (e) สญลกษณของออรบทลทใชบรรจอเลกตรอน คอ

- ระดบพลงงานยอย P ม 3 ออรบทล - ระดบพลงงานยอย d ม 5 ออรบทล

2p4

3d8

4. การบรรจ e ทท าใหอะตอมมความเสถยร ม 2 แบบ คอ อะตอมของธาตทมการบรรจeเตมในทกออรบทลทมพลงงานเทากน เรยกวาการบรรจเตม ถามeอยเพยงครงเดยว เรยกวาการบรรจครง

1s

การบรรจเตม

การบรรจ e แบบ 2 แบบ จะท าใหอะตอมมความเสถยรมากกวา การบรรจแบบอน ๆ

การบรรจครง

2p 2s

การบรรจเตมเสถยรกวาการบรรจครง

Ne

N

Half-filled configuration

filled configuration

N : 1s2, 2s2, 2p3 เรยกวา การบรรจครง โครงแบบอเลกตรอนแบบบรรจเตมจะเสถยรกวาแบบบรรจครงและแบบบรรจครงกจะเสถยรกวาแบบอนๆ เชน

2p6เสถยรกวา 2p3 2p3เสถยรกวา 2p4

3d10เสถยรกวา 3d9

เรยกวา การบรรจเตม Ne : 1s2, 2s2, 2p6

ตวอยาง การจดเรยงอเลกตรอนในระดบพลงงานยอย

n =1

n =2

2

8

...,....,.....,.....

n =3

20Ca

8

n=1 n=2 n=3 n=4

1s2 2s2 3p6 3s2 2p6 4s2

2 8 8 2

2 8 8 2

ระดบพลงงานยอย

ระดบพลงงานหลก

ตวอยาง ใชหลกเอาฟบาวเขยนโครงแบบอเลกตรอน ส าหรบ 15p วธท า บรรจอเลกตรอนในออรบทลตางๆ ตามระดบพลงงานดงน

3 p

2 s

1 s

2 p 3 s

จากแผนภาพขางตนน ามาเขยนโครงแบบอเลกตรอนตามระดบพลงงานในออรบทลทเพมขนไดเปนดงน 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 และท านองเดยวกนเขยนโครงแบบอเลกตรอนใน 18Ar และ 19K ไดดงน

18Ar 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

19K 1s2 2s2 2p6 3s2 3p64s1

วธการจดเรยงอเลกตรอนของธาตทมประจ 1. จดเรยงอเลกตรอนของธาตทไมมประจ เชน Ni จดเรยงอเลกตรอนเปน 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d8

2. ถาธาตนนมประจบวก คอ เสยอเลกตรอนไปเทากบจ านวนประจ เชน

Li+ เสย 1 อเลกตรอน, Ni2+ เสย 2 อเลกตรอน เปนตน

Ni : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d8

Ni2+ : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d8

3. ถาธาตนนมประจลบ คอ รบอเลกตรอนมาเทากบจ านวนประจ เชน

Cl- รบ 1 อเลกตรอน, O2- รบ 2 อเลกตรอน เปนตน

Cl : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5

Cl- : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

การเสยอเลกตรอนท าใหอเลกตรอนเปลยนไปเปนไอออนบวกอเลกตรอนจะหลดจากระดบยอยทมพลงงานสงสดของระดบซงมคา n เปนคาสงสดของอะตอมนน เชน 33As มโครงแบบอเลกตรอนเปน 1s2 2s2 2p6 3s23p63d104s24p3 เมอเสยอเลกตรอนไป 3 ตว จะเปน As3+ อเลกตรอนทง 3 ตว ใน 4p จะหลดออกไปเหลอโครงแบบอเลกตรอนของ As3+ เปน 1s2 2s2 2p6 3s23p63d104s2

***การจดเรยงของอเลกตรอนในออรบทลตางๆ มผลตอสมบตความเปนแมเหลกของอะตอม คอ อะตอมมอเลกตรอนบรรจในออรบทลเปนเลขคทงหมด ไมม e เดยวอยเลย เมออยในสนามแมเหลก จะถกผลกโดยสนามแมเหลก เรยกสารประเภทนวามสมบตแบบ ไดอะแมกเนตก diamagnetic” อะตอมมอเลกตรอนเดยวในออรบทล เมออยในสนามแมเหลก จะถกดดโดยสนามแมเหลก เรยกสารประเภทนวามสมบตแบบ พาราแมกเนตก เรยกวาสาร “paramagnetic”

ตวอยาง การจดเรยงอเลกตรอนของ Ni ซงม 28

อเลกตรอน เขยนไดเปน

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d8

***จากการจดเรยงอเลกตรอนของ Ni จะสงเกตเหนวา Ni มอเลกตรอนเดยวใน 3d ออรบทล ท าใหมสมบตทางแมเหลกเปน paramagnetic คอ สารทแมเหลกดด ***บางธาตมสมบตทางแมเหลกเปน diamagnetic เชน ธาตนออน(Ne) มการจดเรยงอเลกตรอนเปน 1s2 2s2 2p6 จะเหนวาอเลกตรอนของ Ne จบคกนหมด จงมสมบตทางแมเหลกเปน diamagnetic ซงจะถกแมเหลกผลก

การเขยนโครงแบบอเลกตรอนอาจเขยนยอใหสนลง โดยแยกสวนทเปนโครงแบบของแกสมสกล (nobel gas) ไวในวงเลบ ดงน

19K 1s2 2s2 2p6 3s2 3p64s1

18Ar 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

19K [Ar] 4s 1

การเขยนโครงแบบอเลกตรอนแบบยอ

***นกเรยนตองจ า เลขอะตอมของแกสมสกล (nobel gas)ใหได***

การเขยนโครงแบบอเลกตรอนแบบยอ ใหสน

2He

หม 8 A

n=1

คาบ

10Ne

18Ar

36Kr

54Xe

n=2

n=3

n=4

n=5

19K 1s2 2s2 2p 6 3s2 3p 6 4s1

19K [Ar] 4s1

จ านวน e = 18 กคอ เลขอะตอมของ Ar นนเอง

จดแบบยอได

ตารางแสดงโครงแบบอเลกตรอนของธาต

เลขอะตอม ธาต โครงแบบอเลกตรอน 1 H 1s1 2 [He] 1s2 3 Li [He] 2s1 4 Be [He] 2s2 5 B [He] 2s2 2p1

เลขอะตอม ธาต โครงแบบอเลกตรอน 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

ตวอยาง เขยนโครงแบบอเลกตรอนของ 24Cr (=24 อเลกตรอน) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p64s23d4 ถาจดเรยงเปนแบบบรรจเตมและแบบบรรจครง อะตอมจะเสถยรมากกวา จงเขยนเปน 1s2 2s2 2p6 3s2 3p64s13d5

หรอ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p63d54s1 Ag Mo Au

ตวอยาง เขยนโครงแบบอเลกตรอนของ 29Cu (=29 อเลกตรอน) ส าหรบ29Cu กจะมโครงแบบอเลกตรอนเปน 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d9

ทงนเนองจากการจดเปน filled configuration จะเสถยรกวาจงเขยนเปน 1s2 2s2 2p6 3s2 3p64s13d10 หรอ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p63d104s1

Ag 42 Mo 47 Au 79

การจดเรยงอเลกตรอนทไมเปนไปตามกฎของฮนด มธาต 9 ธาตทจดเรยงอเลกตรอนไมเปนไปตามกฎของฮนด เพราะถาจดเรยงตามกฎของฮนดแลว จะขดกบผลการทดสอบสมบตทางแมเหลก ดงตาราง

ธาต

เลขอะตอม การจดเรยงอเลกตรอน

ตามกฎของฮนด

การจดเรยงอเลกตรอน

ใหสอดคลองกบสมบตแมเหลก

Cr 24 [Ar] 3d4 4s2 [Ar] 3d5 4s1

Cu 29 [Ar] 3d9 4s2 [Ar] 3d10 4s1

Mo 42 [Kr] 4d4 4s2 [Kr] 4d5 4s1

Pd 46 [Kr] 4d8 4s2 [Kr] 4d10

Ag 47 [Kr] 4d9 4s2 [Kr] 4d10 5s1

La 57 [Xe] 4f1 6s2 [Xe] 5d1 6s2

Pt 78 [Xe] 4f14 5d8

6s2 [Xe] 4f14 5d9 6s1

Au 79 [Xe] 4f14 5d9 6s2

[Xe] 4f14 5d10 6s1

Ac 89 [Rn] 5f1 7s2 [Rn] 6d1 7s2

จดโดยอาศยตารางธาต ธาตในคาบท 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 มคา n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ตามล าดบ ธาตในหม IA และ IIA อยใน s ออรบทล ธาตในหม IIIA ถง VIIIA อยใน p ออรบทล ธาตทรานสชน(transition) อยใน d ออรบทล ธาตทรานสชนชนใน(inner transition) อยใน f ออรบทล จ านวนอเลกตรอนคอล าดบของธาตนนในกลมออรบทลวาอยธาตทเทาใดนบจากซายไปขวา Note: ไมวาจะจดเรยงอเลกตรอนตามวธใดกตาม จะไดค าตอบเหมอนเดมเสมอ