วิธีการเข้าใจโครงสร้างอิเล็กตรอนของอะตอม

การจัดเรียงอิเล็กตรอนของอะตอมคือวิธีในการอธิบายว่าอิเล็กตรอนถูกจัดเรียงอย่างไรในระดับพลังงานและระดับย่อยต่างๆ รอบนิวเคลียส การจัดเรียงอิเล็กตรอนของอะตอมกำหนดสมบัติทางกายภาพและเคมีหลายประการ เช่น วิธีที่มันทำปฏิกิริยากับ อะตอม อื่น ๆ วิธีที่มันนำไฟฟ้า และวิธีที่มันทำงานใน สนามแม่เหล็ก.

อิเล็กตรอนคืออะไร?

อิเล็กตรอนคืออนุภาคย่อยที่มีประจุลบซึ่งโคจรรอบนิวเคลียสของอะตอม นิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอนที่มีประจุบวกและนิวตรอนที่มีประจุเป็นกลาง จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสกำหนดหมายเลขอะตอมของธาตุ และจำนวนอิเล็กตรอนในอะตอมที่เป็นกลางเท่ากับจำนวนโปรตอน

อิเล็กตรอนมีมวลน้อยมากเมื่อเทียบกับโปรตอนและนิวตรอน และพวกมันเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วในวงโคจรของตัวเอง วงโคจรไม่ได้เป็นเส้นทางวงกลม แต่เป็นพื้นที่ที่อิเล็กตรอนมีโอกาสพบเห็นได้มากที่สุด เหล่านี้เรียกว่าวงโคจรหรือระดับย่อย ซึ่งมีรูปร่างและขนาดแตกต่างกันตามระดับพลังงาน

ระดับพลังงานคืออะไร?

ระดับพลังงานคือเปลือกหลักหรือวงโคจรที่มีระดับย่อยหรือวงโคจรหนึ่งหรือมากกว่า ระดับพลังงานของวงโคจรจะถูกกำหนดโดยระยะห่างจากนิวเคลียส: ยิ่งใกล้นิวเคลียสมากเท่าใด ระดับพลังงานก็จะต่ำลงเท่านั้น ยิ่งไกลออกไปเท่าใด ระดับพลังงานก็จะสูงขึ้นเท่านั้น

ระดับพลังงานถูกตั้งหมายเลขจาก 1 ถึง 7 โดยเริ่มต้นจากที่ใกล้นิวเคลียสที่สุด ระดับพลังงานที่ 1 สามารถรองรับอิเล็กตรอนได้สูงสุด 2 ตัว ระดับพลังงานที่ 2 สามารถรองรับอิเล็กตรอนได้สูงสุด 8 ตัว ระดับพลังงานที่ 3 สามารถรองรับอิเล็กตรอนได้สูงสุด 18 ตัว และอื่น ๆ ไปเรื่อย ๆ สูตรสำหรับคำนวณจำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดในระดับพลังงานคือ 2n^2 ที่ n คือหมายเลขระดับพลังงาน

ระดับย่อยคืออะไร?

ระดับย่อยคือการแบ่งระดับพลังงานที่มีวงโคจรหนึ่งหรือมากกว่าที่มีรูปร่างและพลังงานเดียวกัน ระดับย่อยถูกตั้งชื่อด้วยตัวอักษร: s, p, d, f, g ฯลฯ ซึ่งสอดคล้องกับเลขควอนตัมของวงโคจร 0, 1, 2, 3, 4 ฯลฯ จำนวนระดับย่อยในระดับพลังงานเท่ากับหมายเลขระดับพลังงาน: ตัวอย่างเช่น ระดับพลังงานที่ 1 มีระดับย่อย 1 (s) ระดับพลังงานที่ 2 มีระดับย่อย 2 (s และ p) ระดับพลังงานที่ 3 มีระดับย่อย 3 (s, p, และ d) และอื่น ๆ ไปเรื่อย ๆ

จำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดที่สามารถบรรจุในระดับย่อยคือ 2(2l + 1) ที่ l คือเลขควอนตัมของวงโคจร ตัวอย่างเช่น ระดับย่อย s สามารถบรรจุอิเล็กตรอนได้สูงสุด 2 ตัว ระดับย่อย p สามารถบรรจุอิเล็กตรอนได้สูงสุด 6 ตัว ระดับย่อย d สามารถบรรจุอิเล็กตรอนได้สูงสุด 10 ตัว และระดับย่อย f สามารถบรรจุอิเล็กตรอนได้สูงสุด 14 ตัว

วงโคจรคืออะไร?

วงโคจรคือพื้นที่ภายในระดับย่อยที่อิเล็กตรอนสามารถพบเห็นได้ด้วยความน่าจะเป็นบางอย่าง รูปร่างและขนาดของวงโคจรขึ้นอยู่กับระดับพลังงานและระดับย่อย: ตัวอย่างเช่น วงโคจร s เป็นทรงกลม วงโคจร p เป็นทรงดัมเบล วงโคจร d เป็นทรงคลอเวอร์หรือทรงซับซ้อน และวงโคจร f ซับซ้อนมากขึ้น

วงโคจรแต่ละวงสามารถบรรจุอิเล็กตรอนได้สูงสุด 2 ตัวที่มีการหมุนตรงข้ามกัน: หนึ่งหมุนตามเข็มนาฬิกาและอีกหนึ่งหมุนทวนเข็มนาฬิกา การหมุนเป็นสมบัติอีกอย่างหนึ่งของอิเล็กตรอนที่มีผลต่อพฤติกรรมแม่เหล็กของมัน

วิธีการเขียนการจัดเรียงอิเล็กตรอนของอะตอม?

การจัดเรียงอิเล็กตรอนของอะตอมเขียนโดยการระบุระดับย่อยที่มีอิเล็กตรอนและจำนวนอิเล็กตรอนในตัวยกกำลัง ตัวอย่างเช่น การจัดเรียงอิเล็กตรอนของไฮโดรเจน (H) ที่มีอิเล็กตรอน 1 ตัวคือ 1s^1 การจัดเรียงอิเล็กตรอนของฮีเลียม (He) ที่มีอิเล็กตรอน 2 ตัวคือ 1s^2 การจัดเรียงอิเล็กตรอนของลิเทียม (Li) ที่มีอิเล็กตรอน 3 ตัวคือ 1s^2 2s^1 และอื่น ๆ ไปเรื่อย ๆ

ลำดับที่ระดับย่อยถูกเติมตามกฎที่เรียกว่า Aufbau principle หรือ building-up principle: อิเล็กตรอนจะเติมวงโคจรที่มีพลังงานต่ำสุดก่อนแล้วจึงย้ายไปยังวงโคจรที่มีพลังงานสูงขึ้น

วิธีการใช้ Aufbau Principle?

เพื่อเขียนการจัดเรียงอิเล็กตรอนของอะตอมโดยใช้ Aufbau principle เราต้องทำตามขั้นตอนเหล่านี้:

1. เริ่มต้นด้วยวงโคจรที่มีพลังงานต่ำสุด ซึ่งคือวงโคจร 1s และเติมอิเล็กตรอนได้สูงสุด 2 ตัว

2. ย้ายไปยังวงโคจรที่มีพลังงานต่ำสุดถัดไป ซึ่งคือวงโคจร 2s และเติมอิเล็กตรอนได้สูงสุด 2 ตัว

3. ย้ายไปยังวงโคจรที่มีพลังงานต่ำสุดถัดไป ซึ่งคือวงโคจร 2p และเติมอิเล็กตรอนได้สูงสุด 6 ตัว

4. ดำเนินการต่อไปจนกระทั่งอิเล็กตรอนทั้งหมดของอะตอมถูกกำหนดให้กับวงโคจร

เพื่อลดความซับซ้อนในการเขียนการจัดเรียงอิเล็กตรอน เราสามารถใช้สัญลักษณ์ของแก๊สเฉื่อยที่อยู่ก่อนหน้านั้นในวงเล็บเพื่อแทนอิเล็กตรอนภายในที่อยู่ในสถานะที่มั่นคง ตัวอย่างเช่น แทนที่จะเขียน 1s^2 2s^2 2p^6 สำหรับเนออน (Ne) เราสามารถเขียน [He] 2s^2 2p^6 ที่ [He] แทนการจัดเรียงของฮีเลียม (He)

เราสามารถใช้แผนภาพที่เรียกว่า orbital diagram หรือ electron configuration diagram เพื่อแสดงการกระจายของอิเล็กตรอนในวงโคจรโดยใช้ลูกศรหรือวงกลม ลูกศรแทนการหมุนของอิเล็กตรอน และต้องจับคู่กับการหมุนตรงข้ามในแต่ละวงโคจร วงกลมแทนอิเล็กตรอนโดยไม่แสดงการหมุน

ข้อยกเว้นของ Aufbau Principle คืออะไร?

Aufbau principle ทำงานได้ดีสำหรับธาตุส่วนใหญ่ แต่มีข้อยกเว้นบางอย่างที่อิเล็กตรอนไม่เติมวงโคจรตามระดับพลังงาน ข้อยกเว้นเหล่านี้เกิดขึ้นเพราะบางอะตอมมีความมั่นคงมากขึ้นเมื่อมีระดับย่อยที่ครึ่งเต็มหรือเต็มโดยเฉพาะในบล็อก d และ f

ตัวอย่างเช่น โครเมียม (Cr) มีหมายเลขอะตอม 24 ซึ่งหมายความว่ามีอิเล็กตรอน 24 ตัว ตาม Aufbau principle การจัดเรียงอิเล็กตรอนควรเป็น [Ar] 4s^2 3d^4 ที่ [Ar] แทนการจัดเรียงของอาร์กอน (Ar) แต่การจัดเรียงนี้ไม่มั่นคงมากนักเพราะระดับย่อย 3d ถูกเติมด้วยอิเล็กตรอน 4 ตัว การจัดเรียงที่มั่นคงมากขึ้นคือ [Ar] 4s^1 3d^5 ที่ทั้งระดับย่อย 4s และ 3d ถูกเติมครึ่งเต็มด้วยอิเล็กตรอน 1 และ 5 ตัว ตามลำดับ

ตัวอย่างอีกอย่างคือ ทองแดง (Cu) ที่มีหมายเลขอะตอม 29 และมีอิเล