1

อะตอมและอเลกตรอนในอะตอม(Atom and Electron in Atom)

โครงการจดตงสายวชาเคม คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตรมหาวทยาลยเกษตรศาสตร วทยาเขตกาแพงแสน

ประวตของอะตอมประวตของอะตอม มแนวคดเกยวกบองคประกอบพนฐานของสสารตางๆตงแตยคโบราณ อนเดยโบราณ (6th century BC) สสารประกอบดวยธาตพนฐานตางๆ ไดแก earth, water, light, wind, ether,

2

time, space, mind and soul Leucippus และ Democritus (กรก 5th century BC) อะตอมคอองคประกอบทยอยทสดของสสาร แบงแยกตอไปอกไมได ชนดของอะตอมขนกบรปรางของมน เชนsmooth atoms หรอ sharp atoms

ทฤษฎอะตอมของดาลตนทฤษฎอะตอมของดาลตนจอหน ดาลตน เสนอทฤษฎอะตอม (Atomic Theory) ใน

ป ค.ศ. 1808 1. สสาร ประกอบดวยอนภาคทเลกทสด คออะตอม

ซงแบงแยกไมได

3

2. อะตอมของธาตเดยวกนจะเหมอนกน3. อตราสวนของอะตอมในสารประกอบ มอตราสวน

ทแนนอน

การคนพบอเลกตรอนการคนพบอเลกตรอน Michael Faraday ทดลองแยกสลายสารดวยไฟฟา (electrolysis) ไฟฟาทาใหเกดการเปลยนแปลงทางเคมได ในอะตอมมอนภาคไฟฟา

4

George Johnstone Stoney เรยกอนภาคไฟฟานวา อเลกตรอน Sir William Crookes ไดพฒนา Crookes tube ซงใชศกษาพบ รงสแคโทด อเลกตรอนมประจไฟฟาเปนลบ

แบบจาลองอะตอมของแบบจาลองอะตอมของ ThomsonThomson Joseph John Thomson ทาการทดลองโดยใชหลอดแคโธด(Chathod Ray Tube) อะตอม เปนทรงกลมของประจบวก และมอเลกตรอนฝงอยทวทรงกลม

5

คนพบคาประจของอเลกตรอน

แบบจาลองอะตอมของแบบจาลองอะตอมของ RutherfordRutherford Ernest Rutherford ทดลองยงอนภาคอลฟาใสแผนทอง (Alpha Scattering Experiment) อะตอมมอนภาคประจบวก(โปรตอน) รวมกนอยตรงกลางเรยกวา นวเคลยส และม e- วงรอบๆ

6

e- มประจรวมเทากบประจบวก อะตอมจงเปนกลาง ปรมาตรสวนใหญของอะตอมเปนทวาง

2

นวเคลยสนวเคลยส นวเคลยสมประจบวก เรยกวา โปรตอน และมประจบวกมคาเทากบ e- คอ 1.6 x 10-19 C ค.ศ. 1932 James Chadwick พบวา นวเคลยสมอนภาคอกชนดคอ นวตรอน ซงไมมประจไฟฟา

7

สวนประกอบของอะตอมสวนประกอบของอะตอม อนภาคหลกในอะตอมคอ

โปรตอน นวตรอน อเลกตรอน ปจจบนไดมการตรวจพบอนภาคอนๆหลายรอยชนดในอะตอม

8

อะตอม ชนดของอะตอมกาหนดโดยจานวนโปรตอน เรยกวาเลขอะตอม มวลของอะตอมกาหนดหยาบๆ โดยจานวนโปรตอนและนวตรอน เรยกวาเลขมวล มวลจรง(เฉลย) ของอะตอมหาไดจากเลขมวลอะตอม

(atomic mass) ซงดไดจากตารางธาต

สญลกษณของอะตอมสญลกษณของอะตอม (Atomic Symbols)(Atomic Symbols)

X: ตวยอของชอธาต Z: เลขอะตอมก (Atomic number) จานวนโปรตอน A: เลขมวล (Atomic Mass number) จานวนโปรตอน +

XAZ

9

นวตรอน จานวนโปรตอน = Z จานวนนวตรอน = A-Z จานวนอเลกตรอน = Z

Isotope: ธาตชนดเดยวกนแตมเลขมวลตางกน(มจานวนนวตรอนไมเทากน)

ไอออนของไอออนของอะตอมอะตอม

cAZ X

c : ประจ

อะตอม ใหอเลกตรอน กลายเปน ไอออนบวก

10

อะตอม ใหอเลกตรอน กลายเปน ไอออนบวก จานวนอเลกตรอนลดลง

อะตอม รบอเลกตรอน กลายเปน ไอออนลบ จานวนอเลกตรอนเพมขน

จานวนอเลกตรอน เทากบ จานวนประจ

ตวอยางสญลกษณของอะตอมตวอยางสญลกษณของอะตอม

Nitrogen 7p 7n 7e

Nitrogen

N147

N15

11

Phosphorous

Bromide ion 35p 45n 36e

Calcium ion 20p 20n 18e

Zinc ion

P3115

Br8035

24020Ca

26530 Zn

อนภาคในอะตอมอนภาคในอะตอม

อนภาคประจ มวล

หนวย คลอมบ amu g

อเลกตรอน -1 1.6 x 10-19 0.000549 9.110 x10-28

12

โปรตอน +1 1.6 x 10-19 1.007277 1.673x10-24

นวตรอน 0 0 1.008665 1.675x10-24

amu = atomic mass unit = (1/12) mass of one 12C atom1.67377 x 10-24 g

3

แบบจาลองอะตอมของแบบจาลองอะตอมของ RutherfordRutherford แบบจาลองอะตอมของ Rutherford ขดแยงกบทฤษฎพลศาสตรไฟฟาคลาสสก

e- เคลอนทเปนวงกลม จะเปลงรงสแมเหลกไฟฟาซงทาใหเกดการสญเสยพลงงาน พลงงานของระบบ

13

ญจะลดลง รศมวงโคจรของ e- จะลดลงในขณะทเกดความเรงขน ซง e- นาจะวนเขาหานวเคลยส และยบรวมกบนวเคลยส แตปรากฎวาอะตอมเสถยรมากแสดงวา e- ตองมการเคลอนทลกษณะพเศษทแบบจาลองของรทเธอรฟอรด อธบายไมได

จดเรมตนของทฤษฎใหมจดเรมตนของทฤษฎใหม

ทฤษฎ classical mechanics ลมเหลวในการอธบายระบบบางระบบเชนBlackbody radiation

14

Photoelectric effect

การแผรงสของวตถดาการแผรงสของวตถดา (Black Body Radiation)(Black Body Radiation)วตถดา (blackbody) คอวตถทสามารถดดกลนคลนแมเหลกไฟฟาไดในทกชวงความถ และสามารถแผคลนแมเหลกไฟฟา(EM) ออกมาในทกชวงความถทความเขมตาง ๆ กน

รงสทแผออกมาทาใ ป ส *

15

การดดกลนและสะทอนคลนแมเหลกไฟฟา

การดดกลนพลงงาน* และแผคลนแมเหลกไฟฟา

Energy

รงสทสะทอนออกมาทาใหเรามองเหนวตถเมอมแสงตกกระทบ

ใหวตถเปลงแสง* (ขนกบความถท แผออกมา)

การแผรงสของวตถดา การแผรงสของวตถดา ((Black Body RadiationBlack Body Radiation)) เมอใหความรอนกบวตถดา(black body) วตถดาจะเปลงรงสออกมาในทกชวงความถ รงสทแผจากวตถดามหลายความถ ซงมความเขมไมเทากน ความเขมสงสดจะอยทความถคาหนง เมอ T เพม ความเขมสงสดจะเพมขน แตความถทมความ

16

เขมสงสดจะเลอนไปทางขวา

T ตา

T สง

ความถ

ความเขมของการแผรงส

ทฤษฎคลนแมเหลกไฟฟาและวตถดาทฤษฎคลนแมเหลกไฟฟาและวตถดา มความพยายามทจะใชทฤษฎแมเหลกไฟฟาในการอธบายผลทไดจากการศกษาเรองวตถดา ผลการทดลองเรองวตถดาขดแยงกบทฤษฎคลนแมเหลกไฟฟา คอ ความเขมของรงสควรเพมขนเรอยๆ และความเขม

17

ความเขมของรงสควรเพมขนเรอยๆ และความเขมสวนใหญอยทความถสง

รงสทปลอยออกมาตองตอเนองมาก นอย

กาเนดของกาเนดของทฤษฎควอนตมทฤษฎควอนตม

Max Planck สามารถอธบายการแผรงสของวตถดาได โดยอาศยสมมตฐานวา ในวตถดามตวสน (oscillator) มากมาย ตวสนแตละชนดจะ

ดดกลนและแผคลนแมเหลกไฟฟาทความถเฉพาะเทานน ใ ป

18

เมอตวสนเกดการสน มนจะแผพลงงานออกมาในรปคลนแมเหลกไฟฟาซงมลกษณะเปนกอนเรยกวา ควอนตม โดยพลงงานขนกบความถ ()

E = hh = Planck’s constant

= 6.626 x 10-34 Js = ความถ (s-1)

h

4

Photoelectric EffectPhotoelectric Effectอลเบรต ไอนสไตน เสนอวาแสงเปนกอนพลงงาน (photon) อนภาคแสง 1 โฟตอน ทมความถ มพลงงาน E = h (1 ควอนตม) ถาโฟตอนทกระทบกบผวโลหะมพลงงานมากเพยงพอ ( threshold

frequency) จะทาใหอเลกตรอนหลดจากผวโลหะได (photoelectron) พลงงานจลนของโฟโตอเลกตรอนขนกบความถของแสงทตกกระทบ

19

พลงงานจลนของโฟโตอเลกตรอนขนกบความถของแสงทตกกระทบ

A

ee

Light

vacuum

แบบจาลองแบบจาลอง HH--atom atom ของของBohr (Bohr (11))

Niels Bohr เสนอแบบจาลองอะตอมโดยอาศยทฤษฎควอนตมของ Planck

1. e- เคลอนทในวงโคจรรอบนวเคลยสเปนวงกลมโดยมโมเมนตมเชงมมเปนจานวนเทาของคาคงทมล

20

ฐานคาหนง คอ h

h = คาคงทของ Planck r = รศม, m = มวล, v = ความเรวn = 1,2,3,.. เรยกวา เลขควอนตม เลขทบงถงสมบตและ

พลงงานของ e- ในวงโคจร (ระดบพลงงานของ e- )

nh

nmvr 2

แบบจาลองแบบจาลอง HH--atom atom ของของBohrBohr การเคลอนทแบบน e- ไมสญเสยพลงงาน เรยกวา e-

อยในสถานะคงตวThe Bohr model

21

The Hydrogen Atom

proton

electron

แบบจาลองแบบจาลอง HH--atom atom ของของBohrBohr

Bohr เสนอสมการหา En ของอเลกตรอนของอะตอม H

1222

422

nh

eZmE e

22

eV1

605.13

eV 605.132

2

2

422

nE

h

eZm

n

eเมอ Z=1 (H atom)

ระดบพลงงานของอเลกตรอนในอะตอมไฮโดรเจนระดบพลงงานของอเลกตรอนในอะตอมไฮโดรเจน

อเลกตรอนมพลงงานเปนลบแสดงวาอเลกตรอนกบโปรตอนมแรงดงดดกน อเลกตรอนยงมพลงงานมากยง

ใ V1

60513

E

23

มอสระเสรในการเคลอนทมาก (หนหางจากนวเคลยสมากขน)

eV605.132

n

En

แบบจาลองแบบจาลอง HH--atom atom ของของBohr (Bohr (22))2. เมออเลกตรอนเปลยนวงโคจร จะมการดดหรอคายพลงงาน ถาเปลยนจากระดบ ni ไป nf

E = Enf - Eni = hrad Enf > Eni , E > 0 ดดพลงงาน E E E 0 คายพลงงาน

หนวยเปน s1

24

Enf < Eni , E < 0 คายพลงงาน

nucleus1

2

3

nucleus1

2

3

5

การเปลยนแปลงระดบพลงงานการเปลยนแปลงระดบพลงงาน ee-- ในอะตอมในอะตอม HH

การเปลยนแปลงระดบพลงงานของอเลกตรอนในไ โ

n=3

n=4n=5

าน

25

ไฮโดรเจนอะตอม คายพลงงาน (สงไปตา) ดดพลงงาน (ตาไปสง)

n=1

n=2พลงงา

แบบจาลองแบบจาลอง HH--atom atom ของของBohrBohr ตวอยาง จากวงโคจรของบอหร จงคานวณหาพลงงานของ

รงสท H-atom เปลงออกมา เมอ e- ตกจาก n = 3 มายง n = 2

จาก eVE

160513

26

จาก

eV1.89

eV 2

1

3

1605.13

11605.13

2222

fininf nn

EEE

คายพลงงาน

eVn

En

2

605.13

แบบจาลองแบบจาลอง HH--atom atom ของของBohrBohr

Bohr เสนอสมการหารศมวงโคจร

02 anr

27

Bohr ศกษาสเปกตรมของ H-atom

A 529.010529.0 100 ma hrรศมของBo

สเปกตรมสเปกตรม (Spectrum)(Spectrum) การแยกของรงส (แสง) เปนความยาวคลนตางๆ

สเปกตรมตอเนอง แสงสขาว (แสงอาทตย) ผานปรซม ทาใหเกด สมวงจนถงสแดงซงมความยาวคลนตางกน

สเปกตรมเสน (สเปกตรมอะตอม) เกดจากอะตอมไดรบความรอนจะเปลงแสงออกมา แตแสงนผานปรซมไดเสน ไ ป ป

28

สตางๆไมตอเนอง พลงงานทปลอยออกมาเปนควอนตมดงนนสเปกตรมแตละเสนมพลงงานเฉพาะจานวนหนง

Line spectra

Continuous spectra

สเปกตรมของไฮโดรเจนสเปกตรมของไฮโดรเจน เมออะตอมไฮโดรเจนไดรบความรอนจะเปลงคลน

แมเหลกไฟฟาออกมาทมความถเฉพาะตว

Bohr เสนอสมการสาหรบหาสเปกตรมของ H-atom

cm

15 1110097371

1

29

เมอ if

if

nn

cmnn

22

1009737.1

ขอจากดของแบบจาลองอะตอมของ Bohr

ใชไดดกบอะตอมหรอไอออนทม e- ตวเดยว เชนH-atom He+ , Li2+

Louis de Broglie เสนอวาสสารมสมบตเปนทงคลนและอนภาคในเวลาเดยวกน (wave-particle duality) ความสมพนธระหวางสมบตความเปนคลนและอนภาคอธบายโดย สมการความยาวคลนของเดอบรอยล

สมมตฐานของเดอบรอยลสมมตฐานของเดอบรอยล

30

อนภาคทมมวลนอย (เชน อเลกตรอน) จะแสดงสมบตความเปนคลนชดเจน (อเลกตรอนสามารถเลยวเบน แทรกสอดไดด)

เดอบรอยลเสนอแบบจาลองอะตอมวาอเลกตรอนเปนคลนนงเคลอนทรอบนวเคลยสในวงโคจรทเสถยร

vm

h

p

hhccpE

6

หลกความไมแนนอนของหลกความไมแนนอนของ HeisenbergHeisenbergWerner Heisenberg พสจนวา เราไมสามารถรตาแหนงและโมเมนตมของวตถไดอยางถกตองแนนอนในเวลาเดยวกน

h

px4

31

ตามกฎของ Heisenberg เราไมสามารถระบทอยหรอโมเมนตมทแนนอนของวตถตาง ๆ ได การระบตาแหนงหรอโมเมนตมของอเลกตรอนตองอาศยหลกของความนาจะเปน (โอกาส)

นตมนอนของโมเมความไมแน

นงนอนของตาแหความไมแน

p

x

แบบจาลองอะตอมในปจจบนแบบจาลองอะตอมในปจจบน

มการนาทฤษฎกลศาสตรคลนมาใช โดยการคานวณความนาจะเปน ในการพบ e- ทจดตางๆ ตามสมการคลนของโชรดงเจอร

EH

32

Erwin Schrödingerเสนอวา อะตอมประกอบดวย อนภาคประจบวกทลอมรอบดวยคลน e-

สามมต บรเวณทวางทจะพบ e- เรยกวา ออรบทล (Orbital)( 90-95 %) สมการโชรดงเจอร

EH

เลขควอนตมเลขควอนตม (Quantum Numbers)(Quantum Numbers)

จากการแกสมการคลนของโชรดงเจอร พบวา มเลขจานวนเตมทเกยวของ 4 คา เรยกวา เลขควอนตม(Quantum number) คอ n, l, ml , ms

1. เลขควอนตมหลก (n)

33

( ) เลขจานวนเตมบวก มคา 1,2,3… ระดบพลงงานหลกถา n มคามาก อเลกตรอนหางนวเคลยสมากและมพลงงานมาก

เลขควอนตมเลขควอนตม2. เลขควอนตมออรบทล (l) หรอ เลขควอนตมโมเมนตมเชงมม

บอกรปรางของออรบทลท e- อย ใ

34

ระดบพลงงานยอยในระดบพลงงานหลก คา l เปนเลขจานวนเตม ขนกบคา n l มคาตงแต 0,1,2… , n-1 มทงหมด n คา เชน e- ม n = 3 จะมคา l = 0,1,2

เลขควอนตมเลขควอนตม

การเรยกชอเลขควอนตม l l = 0 เรยก s orbital l = 1 ,, p l = 2 ,, d

35

l = 3 ,, f l = 4 ,, g

เลขควอนตมเลขควอนตม

3. เลขควอนตมแมเหลก (ml)

แสดงทศทางการจดตวของ ออรบทล บอกจานวน ออรบทล ในระดบพลงงานหลก คา ml เปนเลขจานวนเตม ขนกบคา l

36

l

ml มคาระหวาง l ถง – l รวมทงหมด 2l + 1 คา

• l = 0 , ml = 0• l = 1 , ml = 0, +1, -1• l = 2 , ml = 0, +1, +2, -1, -2• l = 3 , ml =

7

เลขควอนตมเลขควอนตม

อเลกตรอนทมคา l เดยวกน แตมคา ml ตางกนเมอเคลอนทในอะตอม จะมโมเมนตมเชงมมเทากน เมออยในสนามแมเหลกหรอสนามไฟฟาทศทางการเรยงตว

ของ ออรบทล ตางกน จะมปฏกรยากบสนามตางกน ทาให ไ

37

ระดบพลงงานไมเทากน

ระดบพลงงาน

l=1, ml= -1, 0, +1

ml= +1ml= 0ml= -1

สนามแมเหลก

เลขควอนตมเลขควอนตม

4. เลขควอนตมสปน , ms

เปนตวเลขบอกทศทางการหมนรอบตวเองของ e-

มคา + ½ , - ½• ms = +½ e- อยในสภาพ สปนขน

½ - ใ ส สป

38

• ms = -½ e- อยในสภาพ สปนลง

Atomic Orbital Atomic Orbital คออะไรคออะไร ออรบทลคอทอยของอเลกตรอน* หรอบรเวณทมโอกาสพบ

อเลกตรอน ออรบทลมไดหลายแบบ แตกตางกนท

รปราง ระดบพลงงาน

39

ขนาด ทศทาง

ชนดของออรบทลกาหนดโดยเลขควอนตม (n, l, ml) แตละออรบทลสามารถมอเลกตรอนไดมากทสดสองตว

(อาจไมมเลยกได) อเลกตรอนทอยในออรบทลเดยวกน สามารถระบโดยใช

เลขควอนตมแมเหลก (ms)

รปรางของออรบทลรปรางของออรบทล ---- s orbitalss orbitals1. s-orbital (l = 0; ml = 0) รปรางของออรบทลเปนทรงกลม

คา n เพมขนาดออรบทลเพม ขนาด 1s 2s 3s 4s …

40

1s 2s 1s 2s

รปรางของออรบทลรปรางของออรบทล ---- p orbitalsp orbitals

2. p-orbital (l = 1; ml = +1, 0, -1) ลกษณะเปนรปดมเบลหรอ lobe 2 lobe

p-orbital ม 3 ออรบทล px, py, pz คา n เพม ขนาดออรบทลเพม

41

z

x

ml = -1 (px) ml = 0 (py) ml = +1 (pz)

รปรางของออรบทลรปรางของออรบทล ---- d orbitalsd orbitals

3. d- orbital (l = 2; ml = +2,+1, 0,-1,-2) ลกษณะเปนรปดมเบลค หรอ lobe 4 lobe

lobe อยระหวางแกน xy, xz, yz เรยกวาdxy, d xz, dyz orbital

42

xy xz yz lobe อยบนแกน xy เรยกวา dx2 -y2 orbital lobe อยบนแกน z เรยกวา dz2 orbital

dz2dxy, dxz, dyz, dx2-y2

8

รปรางของออรบทลรปรางของออรบทล ---- d orbitalsd orbitals รปรางของ d-orbital

43

ระดบพลงงานของระดบพลงงานของ atomic orbitalatomic orbital

H-อะตอม หรอไอออนอนๆทม e- เพยง 1 ตวพลงงานของ e- ขนกบเลขควอนตมหลก (n) เทานน

จากสมการของบอหร

VE

1

60513

44

orbital ทมคา n เดยวกน จะมพลงงานเทากน เชนe- ใน H-atom ท n = 3 ไมวา e- จะอยท 3s, 3p, 3d จะมพลงงานเทากน

eVn

En

2

605.13

ระดบพลงงานของระดบพลงงานของ atomic orbitalatomic orbital แตถาเปนอะตอมอนทม e- มากขน ระดบพลงงานจะขนกบคา l ดวย (En,l) เชน n = 3 ระดบพลงงานเรยงลาดบ คอ 3s 3p 3dแตระดบพลงงานน ไมขนกบคา ml

45

lเชน n = 2, l = 1, ml = +1, 0, -1 ม 3 orbital คอ px, py , pz ซงมพลงงานเทากน

การทออรบทอลตางกนมพลงงานเทากนเรยกวาdegeneracy

ระดบพลงงานของระดบพลงงานของ atomic orbitalatomic orbital ระดบพลงงานของ atomic orbital สาหรบโฮโดรเจนและอะตอมอนๆ

46

โครงแบโครงแบบอเลกตรอนบอเลกตรอนโครงแบบอเลกตรอน (Electron Configuration) คอการจดเรยงอเลกตรอนในอะตอมหรอโมเลกล เปนการระบวาอเลกตรอนแตละตวอยทไหนมสมบต

อยางไร (กาหนด n,l,ml,ms ของอเลกตรอนแตละตว) โ

47

โครงแบบอเลกตรอนมผลตอสมบตทางกายภาพและเคมของอะตอมหรอโมเลกล

เชน C มอเลกตรอน 6 ตว แตละตวมเลขควอนตมอยางไร? อเลกตรอนอยทไหน แตละตวมพลงงานแตกตางกนอยางไร

การหาโครงแบบการหาโครงแบบ ee-- (Electronic configuration)(Electronic configuration)

1. หลกของเพาล (Pauli exclusion principle)“ไมม e- คหนงคใดในอะตอมเดยวกนทมเลขควอนตมทงส เหมอนกนทกประการ” แตละ orbital ม e- ไดมากทสด 2 ตว ซงจาเปนตองมคา

48

ms ตางกน (มทศทางการหมนตรงขามกน) เชน n = 2, l = 0, ml = 0, ms = + ½

n = 2, l = 0, ml = 0, ms = - ½

Atomic orbitals # orbitals # electrons

s 1 2

p 3 6

d 5 10

f 7 14

9

การหาโครงแบบการหาโครงแบบ ee--

2. หลกของเอาฟบาว (Aufbau principle)“บรรจ e- ในออรบทลทมพลงงานตาสดจนเตมกอนแลวจงบรรจ e- ในออรบทลทมพลงงานสงขน”

49

3. กฎของฮนด (Hund’s law)“การบรรจ e- ในออรบทลทม พลงงานเทากน จะบรรจใหม e- เดยวมากทสด” (สปนขน)

การบรรจการบรรจ ee-- ในออรบทลในออรบทลแบบท 1 ใช หรอ หรอ แทนออรบทล

= e- สปนขน = e- สปนลง = e- ค = e- เดยว

50

= e เดยวแบบท 2 เขยนเปนตวเลขและตวอกษร แสดงชนดของออรบทล (1s, 2s, 2p etc.) และจานวนอเลกตรอนในออรบทลเชน 1s2 (ม e- 2 ตวใน 1s-orbital) 2p6 (ม e- 6 ตวใน 2p-orbitals – px, py, pz)

ลาดบการบรรจลาดบการบรรจ ee--

บรรจอเลกตรอนจากระดบพลงงานตากอน ลาดบการบรรจอาจดไดจากผงการเตมอเลกตรอน

51

ลาดบการบรรจลาดบการบรรจ ee--

เมอออรบทล มระดบพลงงานทเทากน (degeneracy) ถาทกๆออรบทล ม e- เตม การบรรจเตม ถาทกๆออรบทล ม e- เพยงครงเดยว การบรรจครง

52

ความเสถยร การบรรจเตม การบรรจครง แบบอนๆ 2p3 เสถยรกวา 2p4

3d10 เสถยรกวา 3d5 เสถยรกวา 3d7

ลาดบการบรรจลาดบการบรรจ ee--

บรรจอเลกตรอนจากระดบพลงงานตากอน ลาดบการบรรจอาจดไดจากผงการเตมอเลกตรอน 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 …

10 18 36 54

หลกของเอาฟบาว บรรจ e- ในออรบทลทมพลงงานตาสดจนเตม

53

หลกของเอาฟบาว บรรจ e ในออรบทลทมพลงงานตาสดจนเตมกอนแลวจงบรรจ e- ในออรบทลทมพลงงานสงขน

กฎของฮนด การบรรจ e- ในออรบทลทม พลงงานเทากน จะบรรจใหม e- เดยวมากทสด

ประจบวก บรรจอเลกตรอนใหครบปกตแลวคอยดงอเลกตรอนออกจากวงนอกสด (n มากสด) ตามจานวนประจบวก

ประจลบ เพมอเลกตรอนตามจานวนประจ แลวบรรจอเลกตรอนตามปกต

ตวอยางการหาโครงแบบอเลกตรอนตวอยางการหาโครงแบบอเลกตรอน 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 …

26Fe = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 = [Ar] 4s2 3d6

เอาอเลกตรอนออกจากวงนอกสด (4s2) สองตวจะได26Fe2+ = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s0 3d6

10 18 36 54

54

22Ti = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d2 เอาอเลกตรอนออกจากวงนอกสด (4s2 และ 3d2) สองและหนงตวจะได22Ti3+ = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s0 3d1

24Cr = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d4 แตเนองจากระดบพลงงาน 4s และ 3d ใกลกน จะมการสลบทอเลกตรอนเพอใหเสถยรขนตามกฎของฮนด (4s2 3d4 4s1 3d5) จะได 1s2 2s2

2p6 3s2 3p6 4s1 3d5

16S2- = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

10

ตวอยาง การบรรจอเลกตรอนตวอยาง การบรรจอเลกตรอน

#e- 1s 2s 2px 2py 2pz 3s

H 1 1s1

He 2 1s2

Li 3 1s2 2s1

55

Li 3 1s 2s

C 6 1s2 2s2 2p2

O 8 1s2 2s2 2p4

Ne 10 1s2 2s2 2p6

Na 11 1s2 2s2 2p6 3s1

[Ne] 3s1

การบรรจอเลกตรอนในออรบทลการบรรจอเลกตรอนในออรบทล

Na = 1s2 2s2 2p6 3s1

S = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4

4f4

4d

56

1s

2s2p

3s3p

3d 4s4p

ตารางธาตตารางธาต (Periodic Table)(Periodic Table)ตารางธาต คอรปแบบการจดเรยงธาตตางๆ ตามลาดบของ

เลขอะตอม(จานวนโปรตอน) ตารางธาตในปจจบนมรากฐานมาจากตารางธาตของ Dmitri Mendeleev

ธาตทจดเรยงในตารางธาตจะแบงออกเปน ( l ) 18

57

หม (group, column) มทงหมด 18 หม คาบ (period, row) มทงหมด 7 คาบ

*แถวท 8 และ 9 ถกแยกออกมาจากคาบท 6 และ 7 เรยกวาพวกinner transition elements หรอ rare earth elements

ธาตทอยในหมเดยวกนจะมสมบตคลายคลงกน

ตารางธาตตารางธาต

58

หมธาตในตารางธาตหมธาตในตารางธาตหมของธาต แบงออกเปน 2 กลม

กลม A ตงแต IA – VIIIA ( หม O ) หม IA – VIIIA เรยกวา ธาตเรพรเซนเททฟ หม IA (Alkali metal) มความเปนโลหะมากสด หม IIA (Alkali earth)

ป โ

59

หม VIIA (Halogen) มความเปนอโลหะมากทสด หม VIIIA (Noble gas) เปนแกสเฉอย

กลม B ตงแต IIIB ถง IIB (ระหวางหม IIA และ IIIA เรมคาบท 4 ) ธาตในกลมนเปนโลหะทงหมด เรยกวา Transition Metal ธาตท 58-71 (Lantanides) ในคาบท 6 และธาตท 90-103

(Actinides) ในคาบท 7 ถกแยกไวดานลาง รวมเรยกวาinner-transition ซงมสมบตคลายกน และไมมการแบงหม

ตารางธาตตารางธาตและโครงแบบอเลกตรอนและโครงแบบอเลกตรอน

axim

um n

3 s 23s2

4 d 73d7

4 p 34p3

60

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2

10 18 36 54 862

Ma

11

วาเลนซอเลกตรอน วาเลนซอเลกตรอน (Valence Electron)(Valence Electron)วาเลนซอเลกตรอน คออเลกตรอนวงนอกสด (n มากสด)ของ

อะตอม เปนอเลกตรอนทมสวนสาคญในการเกดปฏกรยาเคม จานวนวาเลนซอเลกตรอนขนกบหมของอะตอม (ใชไดกบ

หม A1A8)

61

) นยามของวาเลนซอเลกตรอนใชไดดกบอะตอมใน s และ p

block เทานน 11Na = 1s22s22p63s1 = [Ne]3s1

15P = 1s22s22p63s23p3 = [Ne]3s23p3

26Fe = 1s22s22p63s23p64s23d6 = [Ar] 4s23d6

โครงแบบอเลกตรอนและสมบตของอะตอมโครงแบบอเลกตรอนและสมบตของอะตอม

การจดโครงแบบอเลกตรอนของอะตอมสงผลถงสมบตตางๆของอะตอม เนองจากแรงยดเหนยวระหวางอเลกตรอนและนวเคลยส (คา n ทมากทสด และ ประจบวกของโปรตอน)

ไ

62

ขนาดของอะตอมและไอออน พลงงาน

• Ionization energy (IE)• Electron affinity (EA)• Electron negativity (EN)

n เพม

ประจบวกของโปรตอนเพม

ขนาดของอะตอมขนาดของอะตอม

63

ขนาดของอะตอมและไอออนขนาดของอะตอมและไอออน(+/(+/--))

64

Ionization Energy (IE)Ionization Energy (IE) พลงงานทตองใชเพอดงอเลกตรอนออกจากอะตอมเพอให

เกดไอออนบวก1st Ionization Energy

A(g) A+(g) + e¯

2nd Ionization Energy

A+( ) A2+( ) + e¯

65

A+(g) A2+(g) + e

Electron Affinity (EA)Electron Affinity (EA) พลงงานทคายออกมาเมออะตอมในสภาวะแกสรบอเลกตรอน

และกลายเปนไอออน -1

A(g) + e¯ A¯(g)

66

12

Electronegativity (EN)Electronegativity (EN) ความสามารถของอะตอมหรอโมเลกลในการดงดด

อเลกตรอนทใชในการสรางพนธะ

67

1. จากชดเลขควอนตมตอไปน ขอใดเปนไปไดและ

ขอใดเปนไปไมได

ก. n = 2, l = 0, ml = 2, ms = +1/2

ข. n = 3, l = 0, ml = -1, ms = -1/2

ค. n = 2, l = 2, ml = 1, ms = +1/2

68

2. จงเขยนโครงแบบ e- ของอะตอมหรอไอออนตอไปน

ก. 23V ข. 13Al3+

ค. 33As3- ง. 25Mn