อะตอมและสมบัติของธาตุ

แสงทปี่ ระสาทตาของมนษุ ย์สามารถรบั ร้ไู ด้ เรยี กวา่ แสงที่มองเหน็ ได้ มี ความยาวคล่ืนอย่ใู นช่วง 400 – 700 นาโนเมตร เป็นสที ี่มองเห็นแต่ประสาทตาไม่ สามารถแยกเปน็ สตี า่ งๆได้ จงึ มองเห็นเป็นสีรวมกนั ซง่ึ เรียกว่า แสงขาว 51

สเปกตรมั สเปกตรมั หมายถงึ อนุกรมของแถบสหี รอื หรือเสน้ ท่ไี ด้จากการผ่าน พลังงานรังสีเข้าไปในปริซึมหรือสเปกโตรสโคป ซึง่ ทาให้พลังงานรงั สแี ยกออกเปน็ แถบหรอื เป็นเส้นทม่ี คี วามยาวคลนื่ ต่าง ๆ เรียงลาดบั กันไป สเปกโตรสโคป (Spectroscope) หรอื สเปกโตรมเิ ตอร์ (Spectrometer) หมายถึง เครื่องมอื ที่ใช้แยกสตี ามความถ่ี หรือเครือ่ งมอื ท่ใี ช้ศกึ ษา เกี่ยวกับสเปกตรัม 52

สเปกตรมั แบง่ เปน็ 2 ประเภท คือ ก. สเปกตรมั แบบตอ่ เนอื่ ง (Continuous spectrum) เป็นสเปกตรัมทป่ี ระกอบด้วยแถบสที ่มี คี วามถ่ตี ่อเน่ืองกนั ไปอย่าง กลมกลนื กัน เชน่ สเปกตรัมของแสงอาทิตย์ ข. สเปกตรมั ไมต่ อ่ เนอื่ ง (Discontinuous spectrum) หรือเสน้ สเปกตรมั ลกั ษณะของสเปกตรัมจะเป็นเสน้ หรือแถบสีเลก็ ๆ ทไี่ มเ่ 5ก3 ดิ ต่อเนอื่ งกนั ไป แตม่ กี ารเวน้ ชว่ งของความถท่ี เ่ี ส้นสเปกตรมั เกิด เช่น สเปกตรัมธาตไุ ฮโดรเจน ธาตุฮเี ลยี ม เป็นตน้

เมื่อใหแ้ สงขาวผ่านปรซิ ึม แสงขาวจะแยกออกเป็นสีรงุ้ ต่อเน่อื งกัน เรยี กว่า แถบสเปกตรมั ของแสงขาว ดงั รูป รปู แสดง การหกั เหของแสงขาว ผ่านปรซิ มึ เมอื่ แสงเดนิ ทางจากอากาศผา่ นตัวกลางชนิดหนง่ึ จะเกิดการหักเห ดงั นั้น เมอื่ แสงขาวส่องผ่านปรซิ ึม แสงทมี่ ีความยาวคล่ืนตา่ งกันจะหกั เหผ่าน ปริซึมได้ไมเ่ ทา่ กนั เกดิ เป็นแถบสรี ้งุ ต่อเนอ่ื งกนั โดยมีความยาว คล่ืนต่างกัน 54

ตาราง แสดงแสงสีต่างๆ ในแถบสเปกตรัมของแสงขาว ส ป ตรม มย ืน่ (nm) สส 400 – 420 ส ส า – น้า น 420 – 490 สส 490 - 580 สส 580 – 590 ส ส ส (ส ) 590 – 650 สส 650 - 700 55

แมกซ์ พลังค์ (Max Plank) นกั วิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันได้ ศึกษาเก่ียวกบั คล่นื แมเ่ หลก็ ไฟฟ้า ซง่ึ เป็นพลังงานรูปหน่งึ และสรุปไดว้ า่ พลังงานของคล่ืนแมเ่ หล็กไฟฟ้าจะเป็นสดั สว่ นโดยตรงกับความถขี่ องคล่ืน E E = h E หมายถงึ พลังงานของคล่ืน หน่วยเป็น จลู (joule) h หมายถึง ค่าคงที่ของแพลงค์ มีค่าเทา่ กบั 6.6  10-34 จูล.วินาที  หมายถึง ความถ่ขี องคลนื่ หน่วยเปน็ รอบต่อวนิ าที หรือ เฮิรตซ์ (Hz) 56

ความยาวคล่ืนจะมคี วามสัมพนั ธก์ ับความถขี่ องคลนื่ ดงั นี้ C =  เม่ือ c หมายถงึ ความเรว็ ของแสง มีคา่ เท่ากบั 3  108 เมตรต่อวนิ าที  หมายถึง ความยาวคลนื่ หนว่ ยเปน็ เมตร 57

E = h จากสองสมการจะได้ สมการใหม่ คือ C =  c E  hc   58

ตวั อย่าง จงหาพลงั งานคลนื่ และความถี่ของคลน่ื ชนดิ หนงึ่ ที่มคี วามยาวคลนื่ 3  105 เมตร c  วธิ ีทา จากสตู ร 3  108    3  105 = 103 รอบ/วนิ าที จะไดว้ ่า จากสตู ร E  h = 6.6  10-34  103 = 6.6  10-31 จูล  59

ตัวอย่าง Li 2+ มีค่าพลงั งาน 1.961  10-17 จูล จะมคี า่ ความยาวคลนื่ ก่ี nm (นาโมเมตร) กาหนดใหค้ า่ h = 6.625  10-34 จูล.วนิ าที และ c = 2.998108 เมตร.วนิ าท-ี 1 วธิ ีทา จากสตู ร E  hc  1.9611017  6.625 1034  2.998 108   = 10.13  10-9 เมตร = 10.13 nm (1 m = 10-9 nm) จะได้ว่า Li 2+ จะมคี า่ ความยาวคลน่ื 10.13 nm (นาโมเมตร)  60

สเปกตรมั ของธาตตุ า่ งๆ กสุ ตาฟ เคอรช์ อฟ ได้ประดษิ ฐ์เคร่อื งมือที่ เรยี กว่า สเปกโทรสโคป (Spectroscope) ซ่งึ ใชส้ าหรบั แยกสเปกตรมั ของแสงขาว และตรวจเสน้ สเปกตรัมของสารทีถ่ กู เผาซึง่ สามารถนามาตรวจสารตา่ งๆ ไดว้ า่ ประกอบ ดว้ ยธาตอุ ะไรบา้ ง ตาราง แสดงสเปกตรมั และสขี องเปลวไฟ สารประกอบ สขี องเปลวไฟ สสี เปกตรัม เกลือ Na เหลือง เหลืองเขม้ 61 เขียวอมเหลือง เขียว เกลือ Ba แดงเขม้ เกลือ Ca แดงอิฐ เขียวเขม้ เกลือ Cu เขียว มว่ งเขม้ เกลือ K มว่ ง

เส้นสเปกตรมั ทีเ่ กิดจากโลหะชนิดเดียวกันจะให้สีของเปลว ไฟหรอื สเปกตรมั เหมือนกัน ส่วนอโลหะก็จะให้สเปกตรมั แต่จะอยู่ ในช่วงความถี่ท่ตี าของเรามองไม่เห็น สาหรับพวกกา๊ ซหรอื ไอก็อาจดสู เปกตรัมได้ โดยการนาก๊าซ มาบรรจใุ นหลอดแกว้ ทเี่ รยี กว่า หลอดสเปกตรมั 62

โดยทาใหม้ คี วามดนั ตา่ ความตา่ งศกั ยส์ งู ซงึ่ จะใชพ้ ลงั งาน ไฟฟา้ แทนการเผาด้วยความร้อนกจ็ ะใหส้ เปกตรมั สตี า่ งๆ เชน่ เดยี วกนั ซง่ึ พบว่ากา๊ ซแตล่ ะชนดิ กจ็ ะใหส้ เปกตรมั ที่แตกต่างกนั 63

การแปลความหมายเสน้ สเปกตรมั นกั วิทยาศาสตร์ใช้ธาตุไฮโดรเจนเป็นตัวอยา่ งในการแปล ความหมายของเสน้ สเปกตรมั เพราะมีเพียง 1 อเิ ลก็ ตรอน และมีเส้นสเปกตรัมไมซ่ บั ซ้อน นอกจากนี้ยงั พบว่าไม่วา่ จะทาการทดลอง กค่ี รั้งกต็ าม เส้นสเปกตรมั ของไฮโดรเจนกจ็ ะมลี กั ษณะเหมือนเดมิ ทุกครัง้ จงึ สรุปว่าอเิ ล็กตรอนในอะตอมของไฮโดรเจน นอกจากจะมี สถานะพน้ื แล้วยังมสี ถานะกระตนุ้ ได้หลายระดบั ซ่งึ มพี ลังงานตา่ ง ๆ กัน 64

ค่าพลงั งานของเสน้ สเปกตรัมสะทอ้ นให้เหน็ ถึงการ เปล่ยี นแปลงระดบั พลงั งานของอเิ ล็กตรอนในอะตอมจากระดับ พลังงานสูงมายงั ระดบั พลังงานต่า ดังรูป 65

ถา้ เราเปรยี บเทียบการเปลยี่ นแปลงพลงั งานของอเิ ลก็ ตรอน จะพบความแตกตา่ งของพลงั งานระหวา่ งระดบั ทถ่ี ดั กนั ไป จะมคี ่าไม่ เทา่ กนั ตาราง แสดงผลตา่ งระหวา่ งพลงั งานของเสน้ สเปกตรมั ของไฮโดรเจน 66

จากขอ้ มลู ในตาราง แสดงวา่ ความแตกตา่ งระหวา่ งพลงั งานของแต่ละระดบั ทอ่ี ยถู่ ดั กนั จะไม่ เท่ากนั และความแตกตา่ งจะมคี า่ นอ้ ยลงเมอ่ื ระดบั พลงั งานสูงขนึ้ สรุปไดว้ า่ 1. เมอ่ื อเิ ล็กตรอนไดร้ บั พลงั งานในปริมาณทเ่ี หมาะสมอเิ ลก็ ตรอน จะขนึ้ ไปอยใู่ นระดบั พลงั งานทสี่ งู กวา่ ระดบั พลงั งานเดมิ แต่จะไปอยรู่ ะดบั ใดย่อมข้นึ กบั ปรมิ าณพลงั งานทไ่ี ดร้ ับ การท่ีอเิ ลก็ ตรอนขนึ้ ไปอยใู่ นระดบั พลังงานสงู ขน้ึ ทาใหอ้ ะตอมไมเ่ สถยี ร อิเลก็ ตรอนจงึ กลบั มาอยใู่ นระดบั พลงั งานทตี่ า่ กวา่ ในการเปลยี่ นตาแหนง่ อเิ ลก็ ตรอนจะคายพลงั งานออกมา 67

2. การเปลยี่ นระดับพลงั งานของอเิ ลก็ ตรอน ไมจ่ าเปน็ ตอ้ ง เปล่ยี นระหว่างระดบั พลงั งานที่อยตู่ ิดกนั แตอ่ าจมกี ารเปลยี่ นข้ามขนั้ ได้ อย่างไรกต็ ามอเิ ลก็ ตรอนไมส่ ามารถรบั พลงั งานแลว้ ขน้ึ ไปอยู่ ระหวา่ งระดบั พลงั งานได้ 3. ระดบั พลงั งานตา่ อยหู่ ่างกนั มากกวา่ ระดบั พลงั งานสงู ระดบั พลังงานยงิ่ สงู ขน้ึ จะอยชู่ ดิ กนั มากขน้ึ 68

จากความรเู้ รอื่ งสเปกตรมั นีลส์ โบร์ ได้สร้างแบบจาลองอะตอมขึ้นใหม่ โดยปรับปรุงจากแบบจาลองอะตอมของรทั เทอรฟ์ อร์ด เพ่อื ให้เหน็ ลกั ษณะของ อเิ ลก็ ตรอนท่อี ยรู่ อบนวิ เคลยี ส แบบจาลองอะตอมจะมรี ะดบั พลงั งานทีม่ คี ่าพลงั งานเฉพาะ คลา้ ยๆ กับวงจรของดาวเคราะหร์ อบดวงอาทิตย์ และเรยี กอิเลก็ ตรอน ช้ันที่อยใู่ กลน้ วิ เคลียสทส่ี ุดซึ่งมีคา่ พลังงานต่าทสี่ ดุ ว่า ช้ัน K และชั้น ถดั ๆ ไปเปน็ L M N …… ตามลาดบั 69

ดงั รปู แบบจาลองอะตอมของโบร์ 70

พลังงานไอออไนเซซนั (Ionization Energy) หมายถงึ พลงั งานที่ตอ้ งการใชเ้ พอ่ื ทาให้อเิ ลก็ ตรอนหลดุ ออกจากอะตอมของธาตหุ รอื ไอออนแล้วกลายเป็นไอออนบวกใน สถานะก๊าซ มีหน่วยเป็นเมกกะจลู /โมล (MJ/mol) 71

เชน่ ธาตแุ มกนีเซียมมี 12 อเิ ล็กตรอนจงึ มีพลงั งานไอออนไนเซชนั ได้ 12 คา่ สาหรบั คา่ IE1 (พลังงานอิออไนเซซนั ลาดับที่ 1) ของธาตุแมกนีเซียม คือ พลงั งานทท่ี าใหเ้ กิดการเปลย่ี นแปลงดังนี้ Mg(g)  Mg+(g) + e- ค่า IE1 ของธาตุแมกนเี ซยี ม ตามการเปล่ียนแปลงนมี้ คี า่ 744 กโิ ลจลู ตอ่ โมล ถา้ เพิม่ พลังงานต่อไปก็จะทาใหอ้ ิเลก็ ตรอนหลุดออกจาก Mg+(g) กลายเป็น Mg2+(g) Mg+(g)  Mg2+(g) + e- เรยี กพลงั งานค่าน้วี า่ พลังงานไอออไนเซซนั ลาดบั ทสี่ อง หรอื IE2 ซึ่งมีคา่ 1457 กโิ ลจลู ตอ่ โมล 72

ตาราง แสดงค่าพลังงานไอออไนเซชนั ของธาตุ IE 2 34 5 6 7 8 1 ธ ตุ 6C 1.093 2.359 4.627 6.229 37.838 47.285 11Na 0.502 4.569 6.919 9.550 13.356 16.616 20.121 25.497 15P 1.018 1.090 2.918 4.963 6.280 21.275 25.404 29.861 จากคา่ IE ในตารางของธาตตุ ่าง ๆ จะสามารถแบง่ ออกเปน็ ชน้ั ๆ โดยดไู ดจ้ ากคา่ IE ทแี่ ตกตา่ ง มากผดิ ปกติ จะมีการแบ่งในช่วงนัน้ เชน่ ธาตุ C คา่ IE1 – IE4 จะมีค่าใกลเ้ คียงกนั คา่ IE5 จะแตกตา่ งจาก IE4 มากและ ค่า IE6 จะใกล้เคียงกบั IE5 ดังนนั้ การแบ่งชั้นจะอยรู่ ะหวา่ ง IE4 กับ IE5 จงึ แบ่งได้ เป็น 2 ชัน้ คอื ชัน้ ท่ี 1 (n = 1)  IE5 – IE6 ชน้ั ที่ 2 (n = 2)  IE1 – IE4 73

5. แบบจาลองอะตอมของกลุ่มหมอก เนื่องจากแบบจาลองอะตอมของโบรใ์ ชไ้ ด้ดกี บั อะตอมขนาด เลก็ ทมี่ อี ิเลก็ ตรอนเดยี ว เชน่ ไฮโดรเจน แต่ไมส่ ามารถใช้อธบิ าย อะตอมท่มี หี ลายๆอิเล็กตรอนได้ นักวทิ ยาศาสตรจ์ ึงได้มกี ารศกึ ษา คน้ ควา้ เพม่ิ เติมและเสนอแบบจาลองอะตอมใหม่ๆ ขน้ึ 74

เน่อื งจากอิเล็กตรอนเคล่อื นทรี่ อบๆนิวเคลียส ได้หลายอยา่ ง แลว้ แต่ ระดับพลงั งาน จงึ ทาใหด้ ูเหมือนวา่ อิเลก็ ตรอนซึง่ เคลื่อนทอี่ ยา่ งรวดเรว็ นั้นมี การเคล่อื นทีไ่ ปท่วั อะตอมตลอดเวลาไมไ่ ดเ้ คลือ่ นท่ีอยู่ ณ ท่ีใดท่ีหนง่ึ ดังนนั้ จึงไมส่ ามารถบอกตาแหน่งท่ีแนน่ อนของอเิ ล็กตรอนได้ อย่างไรกต็ ามถึงแมว้ ่าจะกาหนดทิศทางการเคลอ่ื นที่อิเล็กตรอนไมไ่ ด้ แต่ โอกาสท่ีจะพบอเิ ลก็ ตรอนในบริเวณตา่ งๆของอะตอมจะมไี ดไ้ ม่เท่ากัน คือ อเิ ลก็ ตรอนมโี อกาสจะอยใู่ นบรเิ วณใดบรเิ วณหน่ึงมากกวา่ บรเิ วณอ่นื ๆ บาง แหง่ ของอะตอมมโี อกาสพบอิเลก็ ตรอนมาก แต่บางแหง่ มีโอกาสพบ อเิ ลก็ ตรอนน้อย 75

จากการศึกษาพบว่าส่วนที่มคี วามหนาแน่นของอเิ ลก็ ตรอนมากกว่าที่อืน่ หรือสว่ นที่มีโอกาสพบอเิ ล็กตรอนมากกวา่ ท่ีอ่นื ได้แกบ่ ริเวณใกล้ๆ นิวเคลยี ส และ โอกาสที่จะพบอเิ ล็กตรอนในระยะหา่ งออกไปจะคอ่ ยๆน้อยลง ทาใหเ้ กดิ มโนภาพเก่ียวกบั อะตอมเป็นแบบกลมุ่ หมอก คือ บริเวณ รอบๆนวิ เคลียสจะมลี กั ษณะเปน็ ทรงกลมท่ีประกอบด้วยกลุม่ หมอกอิเลก็ ตรอน ใกล้ๆนิวเคลียสกลุ่มหมอกจะทบึ และห่างจากนิวเคลยี สออกไปกลมุ่ หมอกจะจางลง น้นั คือบริเวณท่ีกลมุ่ หมอกทบึ มโี อกาสท่ีจะพบอเิ ลก็ ตรอนมากกว่าบริเวณทกี่ ล่มุ หมอกจาง 76

ดังนัน้ แบบจาลองอะตอมจงึ มีอิเล็กตรอนเคลื่อนทอี่ ยู่รอบๆนิวเคลียสท่ัว ทั้งอะตอม โดยมที ิศทางการเคล่ือนทไ่ี ม่แน่นอน ทาใหโ้ อกาสทจี่ ะพบ อเิ ลก็ ตรอนในบรเิ วณตา่ งๆของอะตอมมีได้ไม่เทา่ กัน บรเิ วณที่อยูใ่ กล้ นวิ เคลยี สจะมโี อกาสพบอิเล็กตรอนมากกว่าบริเวณที่อย่หู ่างออกไป ดงั รปู แบบจาลองอะตอมแบบกลมุ่ หมอก 77

การจดั เรยี งอเิ ลก็ ตรอนในอะตอม (Electronic Configuration) เน่อื งจากภายในอะตอมมอี ิเลก็ ตรอนเคลอ่ื นทีอ่ ยูร่ อบๆ โดยอิเล็กตรอนจะ เคลื่อนทร่ี อบนิวเคลียสตามระดับพลังงาน และพบวา่ อะตอมจะมีระดับพลงั งาน หลัก 7 ระดบั พลังงานทีพ่ บในปจั จบุ นั คือ ระดบั พลังงาน n = 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 หรอื ระดบั พลงั งาน K, L, M, N, O, P, Q และมรี ะดับ พลังงานยอ่ ย คือ s , p , d , f 78

1. การจดั เรยี งอเิ ลก็ ตรอนในชนั้ พลงั งานหลกั จานวนอเิ ลก็ ตรอนท่ีมไี ดส้ งู สดุ ในแตล่ ะระดับพลงั งานหลกั = 2n2 ระดับพลงั งานท่ี 1 มีจานวนอเิ ล็กตรอนได้สงู สดุ = 2(1)2 = 2 อิเล็กตรอน ระดบั พลงั งานที่ 2 มจี านวนอิเล็กตรอนไดส้ งู สุด = 2(2)2 = 8 อเิ ล็กตรอน ระดบั พลงั งานที่ 3 มจี านวนอิเลก็ ตรอนไดส้ ูงสดุ = 2(3)2 = 18 อิเล็กตรอน 79

อเิ ลก็ ตรอนในระดบั พลังงานสดุ ทา้ ยของอะตอมซงึ่ เป็นระดบั ทีม่ ีพลงั งานสงู ทส่ี ดุ และมีได้ไมเ่ กนิ อเิ ล็กตรอนทก่ี าหนดไว้ เรียกอเิ ลก็ ตรอนในระดับพลังงานน้ี ว่า \" เวเลนซอ์ เิ ล็กตรอน \" 10Ne จัดเรยี งเปน็ 2 8 13Al จดั เรยี งเปน็ 2 8 3 ตวั ท่อี ย่นู อกสดุ เรยี กวา่ เวเลนซอ์ เิ ลก็ ตรอน บอกใหร้ ู้ถึงหมู่ จานวนช้ันท่ีจดั หมายถึง ระดบั พลังงาน บอกให้ร้ถู งึ คาบ 80

2. การจดั เรยี งอเิ ลก็ ตรอนในระดบั พลงั งานยอ่ ย ในอะตอมมีนวิ เคลยี สและอเิ ล็กตรอนวงิ่ วนอยู่รอบๆ ในแตล่ ะระดับ พลังงานจะถูกซอยเปน็ ระดับพลงั งานยอ่ ยภายในระดับพลังงานใหญ่ ระดบั พลงั งานยอ่ ยจะมีคา่ เท่ากับ s, p, d, f ( s = 2, p = 6, d = 10, f = 14 ) แผนภาพที่ใชใ้ นการจดั เรยี งอเิ ลก็ ตรอนในชนั้ พลังงานยอ่ ย 81 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 7s 7p

ตวั อยา่ ง เขยี นโครงแบบอเิ ลก็ ตรอนของ 20Ca จดั เรยี งไดเ้ ป็น 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 82

3. การจดั เรยี งอเิ ลก็ ตรอนแบบแสดงออรบ์ ิทลั เนอื่ งจากอิเล็กตรอนมีการเคล่ือนทต่ี ลอดเวลา ความหนาแน่น ของกลมุ่ หมอกอเิ ลก็ ตรอนซ่ึงวดั ในรูปของโอกาสที่จะพบอเิ ลก็ ตรอน เคลอ่ื นทีร่ อบนวิ เคลยี สจงึ มีอาณาเขตและรูปร่างใน 3 มิตแิ ตกต่างกัน บริเวณรอบนวิ เคลียสซ่ึงมโี อกาสสูงทจ่ี ะพบอเิ ลก็ ตรอนและมพี ลงั งาน เฉพาะนีเ้ รยี กวา่ “ ออรบ์ ิทัล ” ออร์บิทลั มีชือ่ และรูปร่างแตกต่างกัน 83

โดยท่ี s ออรบ์ ิทลั มคี วามหนาแนน่ ของอเิ ลก็ ตรอนรอบนวิ เคลียส เทา่ กันทุกทศิ ทาง ทาให้มองเห็นว่าออรบ์ ิทลั นมี้ รี ปู ร่างเปน็ ทรงกลมรอบ นิวเคลียส จะเปน็ รูปทรงกลม มที ้งั หมด 1 ออร์บทิ ลั จึงบรรจอุ ิเลก็ ตรอนได้ 2 e- 84

p ออร์บทิ ลั มคี วามหนาแนน่ ของอิเลก็ ตรอนรอบนิวเคลียสอยู่ใน บรเิ วณรอบแกน x y และ z จงึ เรียกว่า px py และ pz ออรบ์ ิทลั ตามลาดับ ออร์บิทลั ท้ังสามน้ีมีรปู ร่างคล้ายดัมเบลล์ มีพลังงานเทา่ กนั แตม่ ี ทิศทางแตกตา่ งกนั เปน็ รูปดมั เบล มที ัง้ หมด 3 ออร์บทิ ัล จึงบรรจุ e- ได้ 6 e- 85

d ออรบ์ ิทัล มคี วามซับซอ้ นมากยิง่ ขึน้ โดยสองออรบ์ ทิ ลั คอื dz2 และ dz2 y2 มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนรอบนวิ เคลยี สอยู่ในบรเิ วณแกน z และแกน x กับแกน y ตามลาดบั ส่วนอีกสามออร์บิทลั คือ dxy d yz dxz ความหนาแน่นของอเิ ล็กตรอนจะอยู่ในบรเิ วณระหวา่ งแกน x กบั แกน y แกน y กบั แกน z และแกน x กับแกน z ตามลาดับ มีทง้ั หมด 5 ออร์บทิ ัล จงึ บรรจอุ ิเล็กตรอนได้ 10e- (มกั ใชอ้ อกขอ้ สอบ) 86

f ออรบ์ ทิ ลั มที ั้งหมด 7 ออรบ์ ทิ ัล จงึ บรรจอุ เิ ล็กตรอนได้ 14 e- 87

ในการบรรจุอิเล็กตรอนของอะตอมหนึ่งๆ ลงในออร์บทิ ัล ทเ่ี หมาะสม มหี ลักมาใชพ้ จิ ารณา ดังน้ี 1. หลักการกดี กนั ของเพาลี ที่กลา่ วว่า อเิ ลก็ ตอนคูห่ นึง่ คู่ใดในออร์บิทลั เดยี วกนั จะตอ้ งมีสมบตั ไิ มเ่ หมือนกนั อยา่ งนอ้ ยอเิ ลก็ ตรอนคู่นน้ั ตอ้ งมีลกั ษณะการ หมุนรอบตวั เองแตกต่างกนั โดยตัวหนง่ึ หมุนตามเข็มนาฬิกาและอีกตวั หนง่ึ หมนุ ทานเข็มนาฬิกาเพื่อใหร้ ะบุได้ว่าเป็นอเิ ล็กตรอนตัวใด เม่ือ อเิ ล็กตรอนอยู่ในระดับพลังงานหลัก ระดับพลงั งานยอ่ ยและออร์บิทัล เดียวกัน 88

ดงั นัน้ จึงกาหนดใหบ้ รรจุอเิ ล็กตรอนลงในออรบ์ ิทลั ไดส้ ูงสดุ 2 อิเลก็ ตรอน ถ้าในท่นี ้ีเขียนแทนออร์บทิ ัลดว้ ย อเิ ลก็ ตรอนเขยี น แทนดว้ ยลูกศร อิเลก็ ตรอนในออร์บิทัล จงึ เขยี นแสดงไดเ้ ป็น หรือ โดยหัวลกู ศรแสดงทิศทางการหมนุ ของอเิ ลก็ ตรอน 1 ใน 2 แบบท่เี ปน็ ไปได้ คือ การหมนุ ตามเข็มนาฬกิ าหรอื หมนุ ทวนเขม็ นาฬิกา ในกรณมี ีอเิ ลก็ ตรอนอยูเ่ ต็มออร์บิทัล การเขียนทีย่ อมรบั ได้ คือ ถ้าเขียนเปน็ หรอื จัดวา่ ไมส่ อดคลอ้ งตามหลักการกดี กัน ของเพาลี 89

2. หลกั ของเอาฟบาว เป็นการบรรจุอเิ ลก็ ตรอนในออรบ์ ิทัลทมี่ พี ลังงานตา่ สุดและ ว่างอยู่ก่อนเสมอ คือ 1s 2s 2p 3s ……..ตามลาดับ เพราะจะ ทาใหพ้ ลังงานรวมทัง้ หมดมคี า่ ตา่ สดุ และอะตอมมีความเสถียรท่สี ุด ในกรณที ม่ี หี ลายออรบ์ ทิ ัล และแตล่ ะออร์บทิ ัลมีพลังงานเท่ากัน เช่น 2p ออรบ์ ทิ ลั ซึ่งออร์บิทัลทั้งสามมพี ลงั งานเทา่ กนั ให้บรรจุ อเิ ล็กตรอนในลกั ษณะที่ทาให้มอี ิเลก็ ตรอนเดย่ี วมากท่ีสุดเทา่ ทีจ่ ะมากได้ (ตามกฎของฮนุ ด)์ เมอ่ื มีอเิ ล็กตรอนเหลอื จึงบรรจุให้เป็นคู่เต็มออรบ์ ทิ ัล นนั้ 90

เชน่ มี 2 อิเลก็ ตรอน ใน 2p ออรบ์ ิทัล ใหบ้ รรจอุ เิ ล็กตรอนดังน้ี และถา้ มี 4 อิเลก็ ตรอนใน 2p ออร์บทิ ัล จะบรรจอุ เิ ล็กตรอนไดเ้ ป็น 91

3. อะตอมของธาตทุ มี่ ีการบรรจอุ เิ ลก็ ตรอนเตม็ ในทกุ ๆ ออรบ์ ิทลั ทมี่ พี ลงั งานเทา่ กัน เรยี กว่า การบรรจเุ ตม็ ถ้ามีอเิ ลก็ ตรอนอยู่เพียงคร่ึงเดยี วเรียกวา่ การบรรจคุ รึ่ง การบรรจเุ ต็มหรอื การบรรจุคร่งึ จะทาให้อะตอมมคี วาม เสถียรกวา่ การบรรจุแบบอื่นๆ ตัวอยา่ งของออรบ์ ทิ ลั ท่ีบรรจเุ ตม็ และบรรจคุ รงึ่ แสดงไดด้ งั นี้ 1s 2s 2p การบรรจเุ ตม็ : การบรรจคุ รงึ่ : 92

ในกรณีท่ีอะตอมมหี ลายอเิ ลก็ ตรอนการบรรจุอเิ ลก็ ตรอนใน ออรบ์ ทิ ลั ตา่ งๆตามลาดบั พลังงานจากตา่ ไปสูง เพื่อความสะดวกจึงอาจ เขียนสญั ลักษณ์แสดงการจดั เรยี งอิเล็กตรอนในออร์บิทลั เปน็ แสดงระดบั ชน้ั พลงั งาน จานวนอเิ ล็กตรอนในออรบ์ ิทลั สญั ลักษณ์แทนออรบ์ ทิ ลั 93

การบรรจอุ เิ ลก็ ตรอนในออรบ์ ทิ ลั ของธาตตุ า่ งๆ เช่น 1s2 2s2 2p2 C มีอเิ ลก็ ตรอน 6 1s 2s 2p บรรจใุ นออรบ์ ทิ ัลได้ ดังนี้ F มีอิเลก็ ตรอน 9 1s2 2s2 2p5 1s 2s 2p บรรจุในออร์บิทลั ได้ 94 ดงั น้ี

95

โยฮนดน์ ดอ บอไร นอร์ ปน็ น มี นแร ที่จดธ ตุ ปน็ ุ่ม มุ่ ะ 3 ธ ตุ รยี ่ ชดุ ส ม แ ะพบ ่ ธ ตุ งจะมี ม อะตอม ป็น ่ ฉ ย่ี ของม อะตอมของธ ตแุ ร แ ะธ ตุห งโดยประม ณ ช่น 96

Li มีม 6.9 Na มีม 23.0 K มมี 39.1  ม อะตอม Na = = 23 บ ง ่มุ ทมี่ อะตอมของธ ตุตรง งไม่ ท่ บ ่ ฉ ี่ยของธ ตสุ องธ ตุท่ี ห อื ห ชุดส มของ ดอ บอร์ ไร นอร์จึงไม่ ปน็ ทย่ี อมรบ 97

จอห์น นิ แ นด์ ได้ สนอ ฎ ่ “ ถ้ น ธ ตุม รยี ง ดบต มม อะตอม จะพบ ่ ธ ตทุ ่ี 8 มีสมบติ ้ ย บธ ตุที่ 1 สมอ ” ( ไม่ร มธ ตุไฮโดร จนแ ะแ ส๊ ฉ่ือย ) ชน่ ริม่ ตน้ รียงโดยใชธ้ ตุ Li ปน็ ธ ตทุ ี่ 1 ธ ตุที่ 8 จะ ปน็ Na ซึ่งมีสมบติ ้ ยธ ตุ Li 98

ดงต อย่ ง รจดต่อไปนี้ แต่ ฎนใ้ี ชไ้ ดถ้ ึงธ ตุแ ซียม ท่ น้น แ ะไมส่ ม รถอธิบ ยได้ ่ หตุใดม อะตอมจงึ ม ย่ี ข้อง บ ม ้ ย งึ นของธ ตุได้ 99

มน ด ยฟแ ะไม ออร์ ได้ต้งขอ้ สง ต ่ ถ้ รียงธ ตุต ม ดบม อะตอมจ นอ้ ยไปห ม จะพบ ่ ธ ตุมีสมบติ ้ ย งึ น ปน็ ช่ ง ๆ แ ะ มน ด ยฟ ได้ต้ง ป็น ฎ รีย ่ “ ฎพีรอิ อดิ ” พอ่ื ให้ ยี รติแ ่ มน ด ยฟ จงึ รยี ่ ต ร งพรี ิออดิ ของ มน ด อฟ 100