บทท 3โครงสรางอะตอม

(Atomic Structure)

3-1

3-2

ทฤษฎอะตอมของ Dalton (1808)

John Dalton

1. สสารทกชนดประกอบขนจาก อนภาคขนาดเลก ทเรยกวา อะตอม ซงไมสามารถแบงแยกหรอสญหายไปได2. อะตอมของธาตแตละชนดจะมมวลและ

สมบตเหมอนกนทกประการและแตกตางจากอะตอมของธาตอน3. อะตอมของธาตหนงไมสามารถเปลยนไปเปนอะตอมของธาตชนดอนได4. สารประกอบแตละชนดไดจากการรวมตวกนของอะตอมธาตตงแตสองชนด ดวยอตราสวนจ านวนอะตอมคงท

ทฤษฎอะตอมของดาลตน (Dalton)1. ธาต (element) ประกอบดวยอนภาคขนาดเลกมากเรยกวา

อะตอม อะตอมของธาตหนง ๆ จะมลกษณะเหมอนกน มขนาดและมวลเทากน และมสมบตทางเคมเหมอนกนอะตอมของธาตหนงจะแตกตางจากอะตอมของธาตอน ๆ

2. สารประกอบ (compounds) ประกอบดวยอะตอมของธาตมากกวาหนงชนด โดยมอตราสวนของจ านวนอะตอมของธาตคงทเสมอ

3. ปฏกรยาเคมเกดจากการจดเรยงตวใหมของอะตอมโดยอะตอมไมไดถกสรางขนใหมหรอถกท าลายลง

3-3

4

ทฤษฎอะตอมสมยใหม

ดาลตนกลาวไววา :อะตอมของธาตแตละชนดจะมมวลและสมบตเหมอนกนทกประการและแตกตางจากอะตอมของธาตอน

ทฤษฎอะตอมสมยใหม :อะตอมของธาตแตละชนดจะมมวลเฉลยเปนคาเฉพาะเหมอนกน กลาวอกนย คอ อะตอมชนดเดยวกนอาจมมวลตางกน แตมวลเฉลยเทากน

3-4

5

ทฤษฎอะตอมสมยใหม

ดาลตนกลาวไววา :ปฏกรยาเคมเกดจากการจดเรยงตวใหมของอะตอมโดยอะตอมไมไดถกสรางขนใหมหรอถกท าลายลง

ทฤษฎอะตอมสมยใหม :อะตอมของธาตไมสามารถถกสรางขนใหมหรอท าลายลงดวยปฏกรยาธรรมดา แตสามารถท าไดโดยอาศยปฏกรยานวเคลยร

3-5

กฎสดสวนพหคณLaw of Multiple Proportions

อตราสวนมวลของ O ใน CO และ CO2 เปน 1:2 เมอใหมวลของ C คงท

11=

12=

ถาธาตสองธาตสามารถเกดสารประกอบไดมากกวาหนงชนดอตราสวนมวลของธาตชนดหนงทรวมกบธาตอกชนดหนงทมมวลคงทในสารประกอบทตางกนนนจะเปนเลขสดสวนของจ านวนเตมนอย ๆ เชน

3-6

73-7

กฎทรงมวลLaw of Conservation of Mass

3-8

16 X + 8 Y 8 X2Y

93-9

รงสแคโทดจะเบนเขาหาขวแอโนดเสมอ

1. รงสแคโทดเดนทางเปนเสนตรง2. มประจลบ เบยงเบนในสนามไฟฟาและสนามแมเหลก3. มคาประจตอมวลคงท จากการศกษาเกยวกบ Oil - drop

experiment ของ แอนดรว มลลแกน พบวา อนภาคในรงสแคโทดมคาประจตอมวลคงท 1.76 x 108 คลอมบตอกรม ไมวาจะใชโลหะชนดใดเปนขวไฟฟาหรอแกสทใชบรรจในหลอดรงสแคโทดกตาม ดงนนจงสรปวา อนภาคในรงสแคโทดเปนอนภาคมลฐานของอะตอมและมประจลบ ตอมาเรยกวา อนภาคอเลกตรอน

รงสแคโทด มสมบตดงน

3-10

113-11

123-12

การวดประจตอมวลของอเลกตรอน โดย J.J. Thomson (1906 Nobel Prize in Physics)

ประจตอมวลของอเลกตรอน = -1.76 x 108 C/g3-13

ค.ศ. 1886 โกลด สไตน ไดคนพบโปรตอนจากการทดลองเกยวกบหลอดรงสแคโทด พบวามอนภาคเคลอนทตรงขามกบรงสแคโทด เรยกวา รงสแคนนอน หรอ รงสบวก พรอมศกษา สมบตของรงสชนดน และไดมการทดลองหา คา

ของโปรตอนในเวลาตอมา โดยบรรจแกส H2

ในหลอด

3-14

AnodeCathodeโมเลกลของแกส

ฉากเรองแสงรงสแคโทด (รงส e-)รงสแคนนอน

(รงสโปรตอนหรอรงสบวก) 3-15

• The first experimental evidence of protons came from the study of

canal rays observed in special cathode ray tube with a perforated

anode.

Protons - Subatomic particles with a unit of positive charge (+1).

• Proton Charge: +1.602 x 10-19 C

• Proton Mass: 1.673 x 10-24 g 3-16

17

3-17

ประจของอเลกตรอน = -1.60 x 10-19 Cประจตอมวลของอเลกตรอน = -1.76 x 108 C/gมวลของอเลกตรอน = 9.10 x 10-28 g

การหาประจของอเลกตรอนโดยMillikan

3-18

193-19

กมมนตภาพรงส : ปรากฏการณทธาตปลอยอนภาคหรอเปลงรงสจากอะตอมของมน

Henri Becquerel คนพบปรากฏการณกมมนตภาพรงส

อนภาคหรอรงสทส าคญ 3 ชนด ดงนอนภาคแอลฟา : 2 He2+ ประจบวก

มมวลอะตอม 4.0026 amuอนภาคบตา : 0e-1 ประจลบ มมวล 1/1837 amuรงสแกมมา : มพลงงานสงและมความสามารถในการ

ทะลทะลวงสง ไมมประจ3-20

(Uranium compound)

รงส 3 ชนด ทปลดปลอยออกจากสารกมมนตรงส

3-21

1. ประจบวกในอะตอมจะอยบรเวณใจกลางนวเคลยส2. โปรตอน (p) จะมประจ (+) ตรงขามกบของอเลกตรอน (-)3. มวลของโปรตอนเปน 1840 เทาของ e- (1.67 x 10-24 g)

(1908 Nobel Prize in Chemistry)

การคนพบโปรตอนและนวเคลยสของ Rutherford (1908 Nobel Prize in Chemistry)

3-22

รศมอะตอม (atomic radius) ~ 100 pm = 1 x 10-10 m รศมนวเคลยส (nuclear radius) ~ 5 x 10-3 pm = 5 x 10-15 m

แบบจ าลองอะตอมของ Rutherford

1 pm = 1 x 10-12 m

3-23

ผลการทดลองสรปไดวา1. รงสสวนใหญทะลผานแผนทองค าไปในแนวเดมไมเบยงเบน แสดงวา ภายในอะตอมมชองวาง

2. รงสสวนนอยเบยงเบนจากแนวเดมเลกนอย แสดงวารงสวงเขาใกลสวนทเปนบวก

3. รงสสวนนอยสะทอนกลบ แสดงวารงสชนกบสวนทเปนบวก

+ + +

+ + +

-

-

-

-

-

-

3-24

การทดลองของ Chadwick

H อะตอมม 1 p, He อะตอม ม 2 pมวลของ He/มวลของ H ควร = 2มวลของ He/มวลของ H ทหาได = 4

a + 9Be 1n + 12C + energy

นวตรอน (n) มประจเปนกลาง (0)

มวลของนวตรอน ~ มวลของโปรตรอน = 1.67 x 10-24 g3-25

อนภาคทเลกกวาอะตอม(Subatomic particles)

Particle Mass

(g) Charge

(Coulombs) Charge (units)

Electron (e-) 9.1 x 10

-28 -1.6 x 10

-19 -1

Proton (p+) 1.67 x 10

-24 +1.6 x 10

-19 +1

Neutron (n) 1.67 x 10-24

0 0

มวลของ p = มวลของ n = 1840 x มวลของ e-

3-26

เลขอะตอม (Z) = จ านวนโปรตอนในนวเคลยส

เลขมวล (A) = จ านวนโปรตอน + จ านวนนวตรอน= เลขอะตอม (Z) + จ านวนนวตรอน

ไอโซโทป คอ อะตอมของธาตชนดเดยวกน (X) แตมจ านวนนวตรอนในนวเคลยสทแตกตางกน

XAZ

H11 H (D)2

1 H (T)31

U23592 U238

92

เลขมวลเลขอะตอม สญลกษณของธาต

3-27

3-28

293-29

มโปรตอน นวตรอน และอเลกตรอนเทาไร ?C146

มโปรตอน นวตรอน และอเลกตรอนเทาไร ?C116

6 โปรตอน, 8 (14 - 6) นวตรอน, 6 อเลกตรอน

6 โปรตรอน, 5 (11 - 6) นวตรอน, 6 อเลกตรอน

การหาจ านวน subatomic particles ในไอโซโทป

3-30

313-31

32

Period

Gro

up

Alk

ali M

eta

l

Nob

le G

as

Halo

gen

Alk

ali E

arth

Me

tal

3-32

โมเลกล คอ การรวมกลมกนของอะตอมตงแตสองอะตอมขนไปโดยมการเรยงตวทแนนอนเชอมกนดวยพนธะเคม

H2 H2O NH3 CH4

diatomic molecule คอ โมเลกลทมเพยง 2 อะตอม

H2, N2, O2, Br2, HCl, COpolyatomic molecule คอ โมเลกลทมมากกวา 2 อะตอม

O3, H2O, NH3, CH43-33

ไอออน เปนอะตอมหรอกลมของอะตอมทมประจเปนบวกหรอลบแคทไอออน (cation) : ไอออนทมประจบวก

ถาหากอะตอมทเปนกลางสญเสยอเลกตรอน 1 ตวหรอมากกวาจะกลายสภาพเปนแคทไอออน

Na 11 โปรตอน11 อเลกตรอน

Na+ 11 โปรตอน10 อเลกตรอน

Cl 17 โปรตอน17 อเลกตรอน

Cl- 17 โปรตอน18 อเลกตรอน

แอนไอออน (anion) : ไอออนทมประจลบถาหากอะตอมทเปนกลางไดรบอเลกตรอน 1 ตวหรอมาก

กวาจะกลายสภาพเปนแอนไอออน

3-34

monatomic ion คอ ไอออนทมเพยงอะตอมเดยว

polyatomic ion คอ ไอออนทมหลายอะตอม

Na+, Cl-, Ca2+, O2-, Al3+, N3-

OH-, CN-, NH4+, NO3

-

3-35

13 โปรตอน, 10 (13 - 3) อเลกตรอน

34 โปรตอน, 36 (34 + 2) อเลกตรอน

ไอออนและ subatomic particles ?

มโปรตอนและอเลกตรอนจ านวนเทาไร ?Al2713

3+

Se7834

2- มโปรตอนและอเลกตรอนจ านวนเทาไร ?

3-36

373-37

สตรและแบบจ าลองโมเลกล

3-38

3-39

โครงสรางอะตอม (Atomic Structure)

การจดเรยงอเลกตรอนของอะตอม ? Shells และ orbitals ?การจดเรยงอเลกตรอน เหมอนการใหผพกอาศยเขาในคอนโด ?

วาเลนซอเลกตรอน (valence electrons) ?

3-40

ปรศนาของอะตอม

โปรตอนและอเลกตรอนดงดดกนดวยสภาพประจทแตกตางกน

อเลกตรอนเคลอนทรอบนวเคลยสในรปแบบคลน wave - liked

แมอะตอมมโครงสรางดงทกลาว กยงคงสภาพอยได

3-41

สมบตคลน - อนภาค

JJ Thomson ไดรบรางวลโนเบล ในการศกษาอเลกตรอนวาเปนอนภาคGeorge Thomson ผเปนลก ไดรบรางวลโนเบลในการศกษาอเลกตรอนวาเปนคลน

423-42

43

ความถ (Frequency; ) เปนจ านวนของคลนทเคลอนทผานจด ๆ หนงในเวลา 1 วนาท (Hz = 1 cycle/s)

ความเรว (u) ของคลน = x 3-43

443-44

453-45

463-46

ทฤษฎควอนตม (quantum theory) ของ Planckเมอใหความรอนแกของแขงสด า (black body) ของแขงจะปลอยรงสแมเหลกไฟฟาออกมา จากการทดลองพบวา พลงงานทแผออกมาในแตละชวงอณหภมของชนวตถขนอยกบความถคลน ซงขดกบทฤษฎคลาสสกทวาพลงงานขนกบความเขมของแสงเพยงอยางเดยวPlanck กลาว วาพลงงานแสงจะถกปลอย (emit) หรอดดกลน (absorb) ในหนวย ควอนตม (quantum) ซงหมายถงหนวยทเลกทสดของปรมาณพลงงานคลนแมเหลกไฟฟาทถกปลอยหรอดดกลน

E = h x Planck’s constant (h)H = 6.63 x 10-34 J.s 3-47

พลงงาน (E) ของรงสแมเหลกไฟฟาขนอยกบความถ ()

E = hE = พลงงาน Joules (kg.m2/s2)h = คาคงทของ Planck (6.626 x 10-34 J.s) = ความถ (hz, sec-1)

3-48

49

3-49

503-50

3-51

523-52

533-53

543-54

แบบจ าลองอะตอมของโบร

ศกษาสเปกตรมของสารหรอธาต พบวา เมอเผาสารประกอบของโลหะชนดเดยวกน จะเหนสของเปลวไฟหรอเสนสเปกตรมสเดยวกนเสมอไป

เกลอของโซเดยม : สเหลอง

เกลอของแคลเซยม : สแดงอฐ

เกลอของแบเรยม : สเขยว3-55

อเลกตรอนแตละตวทอยรอบนวเคลยสจะอยท

พลงงานต า เรยกวา สภาวะพน (ground state)

เมอไดรบพลงงานจะท าใหอเลกตรอนไปอยท

สภาวะเรา (excited state) ซงจะไมอยตว

จะคายพลงงานออกมาในรปของพลงงานแสง

ซงมสตาง ๆ หรอเสนสเปกตรม

3-56

E = h V

E = h V = hc

E = พลงงาน หนวย จลh = คาคงทของแพลงค = 6.625 x 10-34 จล - วนาทv = ความถของคลนแมเหลกไฟฟา หนวย เฮรตc = ความเรวของคลนแมเหลกไฟฟาในสญญากาศ

= 3 x 10 8 เมตรตอวนาท

สภาวะเรา

สภาวะพน

3-57

ดงนน แบบจ าลองอะตอมของโบร

จะเปน

* ทรงกลม

* แกนกลางเปนนวเคลยสซงมโปรตอนและนวตรอน

* มอเลกตรอนวงวนอยรอบ ๆ

* โดยชนทอยตดกบนวเคลยสทสด เรยกวา K shell

* เรยกชนตอ ๆ มา เปน L, M และ N ตามล าดบ

3-58

การจดอเลกตรอนในอะตอม จากการศกษาแบบจ าลองอะตอมของ

โบร ท าใหทราบวา การจดอเลกตรอนในระดบพลงงานตาง ๆ

ระดบพลงงาน (n) จ านวนอเลกตรอนทมไดสงสด

n = 1 2

n = 2 8

n = 3 18

n = 4 32

n = 5 50

n = 6 72

n = 7 98 3-59

อเลกตรอนวงอยรอบ ๆ นวเคลยส

ระยะหางจากนวเคลยสไมเทากน

วงดวยความเรวสงมาก

บอกต าแหนงทแนนอนไมได

บอกโอกาสทจะพบอเลกตรอนทชนนน ๆ บรเวณไหนเทานน

แบบจ าลองอะตอมแบบกลมหมอก

3-60

แกนกลางของอะตอมและเวเลนซอเลกตรอน

เมออะตอมเกดปฏกรยาเคม e- และออรบทลทมระดบ

พลงงานสงสดเทานนทจะมบทบาท เนองจากตองการ

พลงงานนอยทสดส าหรบการเปลยนแปลง

e- ในระดบพลงงานสงสดเรยกวา เวเลนซอเลกตรอน

และเรยกออรบทลวา เวเลนซออรบทล

e- และออรบทลทเหลอ เรยกวา แกนกลางของอะตอมซงมโครงสรางสมนยกบแกสเฉอย

3-61

รปทรงตาง ๆ ของกลมหมอกอเลกตรอน จะขนอยกบระดบพลงงานของอเลกตรอน การใชทฤษฎควอนตม จะสามารถอธบายการจดเรยงตวของอเลกตรอนรอบนวเคลยส ไดวาอเลกตรอนจดเรยงตวเปนออรบทล(orbital) ในระดบพลงงานยอย s, p, d, f แตละออรบทล จะบรรจอเลกตรอนเปนค ดงน

แตละออรบทลจะมรปรางลกษณะแตกตางกน ขนอยกบการเคลอนทของอเลกตรอนในออรบทล และระดบพลงงานของอเลกตรอนในออรบทลนน ๆ เชน

s - orbital ม 1 ออรบทล หรอ 2 อเลกตรอนp - orbital ม 3 ออรบทล หรอ 6 อเลกตรอนd - orbital ม 5 ออรบทล หรอ 10 อเลกตรอนf - orbital ม 7 ออรบทล หรอ 14 อเลกตรอน

3-62

s - orbital มลกษณะเปนทรงกลม

p - orbital มลกษณะเปนกรวยคลายดมเบล ลกษณะแตกตาง

กน 3 แบบตามจ านวนอเลกตรอนใน 3 ออรบทล คอ Px,

Py, Pz

d - orbital มลกษณะและรปทรงของกลมหมอก แตกตางกน

5 แบบตามจ านวนอเลกตรอนใน 5 ออรบทล คอ dx –y , dz ,

dxy , dyz , dxz

2 2 2

3-63

Px Py Pz

s - orbital

p - orbital

dx2

-y2 dxy dxz dyz dz

2

d - orbital

3-64

การจดอเลกตรอนในระดบพลงงานยอย(subshell / energy sublevel)

3-65

จากการศกษาสเปกตรมและกลศาสตรควอนตมของคลนท าใหทราบวา ระดบพลงงานของอเลกตรอน ในระดบพลงงานเดยวกน ยงแบงเปนระดบพลงงานยอยตาง ๆ ซงม 4 ระดบพลงงานยอย ไดแก s, p, d , f subshell แตละระดบพลงงานยอยจะมจ านวนอเลกตรอนตาง ๆ กนดงน

ระดบพลงงานหลก ระดบพลงงานยอย จ านวนอเลกตรอน

n=1 1s 2n=2 2s 2

2p 6n=3 3s 2

3p 63d 10

n=4 4s 24p 64d 104f 14 3-66

สญลกษณนวเคลยร : สญลกษณทแสดงจ านวนอนภาคทงหมดในอะตอมของแตละธาต

X

X = สญลกษณของธาต A = เลขมวล (Mass number) : โปรตอน + นวตรอน Z = เลขอะตอม (Atomic number) : โปรตอนซง

เทากบจ านวนอเลกตรอน

AZ

3-67

Ca

ธาตแคลเซยม ซงประกอบดวย A = 40 = p + n Z = 20 = p ดงนน จงม p = e = 20 และ n = 40 - 20 = 20

4020

3-68

เลขควอนตม (Quantum Numbers)

แบบจ าลองของโบร ใชเลขควอนตม n ในการอธบายวงโคจรของ e-

แบบจ าลองคลน ใชเลขควอนตมสามชนดในการอธบายการกระจายของ e- ในอะตอม คอ n, l, m

3-69

เลขควอนตม (Quantum Number)

1. Principal Quantum Number (n)

n = 1, 2, 3, ... .

ถา n มคามากขน e- จะอยหางจากนวเคลยสมากขน

พลงงานมากขน เสถยรนอยลง และออรบทลมขนาดใหญขน

3-70

2. Orbital Quantum Number หรอ Angular Momentum Quantum Number (l)

l บอกรปรางของออรบทล l = 0, 1, 2 , … , n-1 (ม n คา)

จะบอกวา l มคาเทาใดตองทราบ n กอน เชน

n = 1 , l มคาได 1 คา คอ 0 s - orbital

n = 2 , l มคาได 2 คา คอ 0,1 p - orbital

n = 3 , l มคาได 3 คา คอ 0, 1, 2 d - orbital3-71

3. Magnetic Quantum Number (m)

อธบายการจดเรยงตวของออรบทล

จ านวนคาของ m แสดงจ านวนออรบทลส าหรบ l แตละคา l = 0 , m = 0 (s ม 1 ออรบทล)

คา m ขนกบ lm = มได (2l + 1) และคาเรมจาก (-1) (ผาน0) ถง (+1)

l = 1 , m = -1, 0, 1 (p ม 3 ออรบทล)

l = 2 , m = -2, -1, 0, 1, 2 (d ม 5 ออรบทล)3-72

4. Electron Spin Quantum Number (s)

e- จะหมน (spin) รอบ

แกนทผานจดศนยกลาง

ท าใหเกดสนามแมเหลก

s ไมมผลตอพลงงาน ขนาด รปราง หรอ การจดเรยง ตวของออรบทล แตแสดงการจดเรยง e- ในออรบทล

e-

s = -1/2

N

Ss = +1/2

e-

S

N

e-

Counter - clockwisespin (high energy)

Clockwise spin (low energy)

3-73

ความสมพนธระหวาง quantum numbers และ atomic orbitals

2 3d -2,-1,0,1,2 5 3dxy , 3dyz , 3dxz

3d x2- y2 , 3dz

2

n l subshell m no. of orbitals atomic orbitals

1 0 1s 0 1 1s2 0 2s 0 1 2s

1 2p -1,0,1 3 2px, 2py, 2pz

3 0 3s 0 1 3s1 3p -1,0,1 3 3px, 3py, 3pz

3-74

ความสมพนธระหวาง quantum numbers และ atomic orbitals

n l subshell m no. of orbitals atomic orbitals

3 4f -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3 7

4 0 4s 0 1 4s1 4p -1, 0, 1 3 4px, 4py, 4pz

2 4d -2,-1, 0, 1, 2 5 4dxy , 4dyz , 4dxz, 4dx

2-y2 , 4dz

2

3-75

โครงแบบอเลกตรอน ELECTRON CONFIGURATION

ใชแสดงการกระจายของ e- ใน atomic orbitals ตาง ๆ

Hydrogen ( Z = 1)Electron Configuration

1s1n

l

จ านวน e- ในออรบทล

3-76

H1s1

Orbital Diagram

Helium ( Z = 2 )Electron configuration 1s2

He1s2

3-77

หลกกดกนเพาล(Pauli Exclusion Principle)

ถา 2 e- ในอะตอม มคา n, l, m เหมอนกน (อยใน atomic orbital เดยวกน) จะตองมคา s ตางกน

ไมม e- คใดในอะตอม มเลขควอนตมทงสเทากน

แตละออรบทล จะบรรจ e- ไดมากทสด 2 e- ซงม สปนตรงกนขาม (s ตางกน)

3-78

Diamagnetism and Paramagnetism

พาราแมกเนตก

e- e-N

S

e-

N

S

e-

ไดอะแมกเนตก

e- e-N

S

e-

S

N

e-

3-79

3Li1s 2s

1H 1s

Paramagnetic

Paramagnetic

Paired electron Unpaired electron

Diamagnetic2He

1s

3-80

4Be1s 2s 2p

ใน principal quantum number เดยวกนระดบพลงงาน s < p < d < f < …

2px, 2py, 2pz มพลงงานเทากน

ออรบทลทมพลงงานเทากน เรยกวา

“degenerate orbitals”

diamagnetic

paramagnetic5B1s 2s 2p

3-81

หรอ C1s2 2s2 2p2

หลกเกณฑฮนด (Hund ’s Rule)

การจดเรยง e- ในออรบทลทเสถยรทสด คอ การจดเรยง

แบบทมจ านวนสปนในทศทางเดยวกนมากทสด

6CElectron Configuration 1s2 2s2 2p2

paramagnetic

3-82

Element Total e- orbital diagram Electron ConfigurationH 1 1s1

He 2 1s2

Li 3 1s22s1 = [He] 2s1

Be 4 1s22s2 = [He] 2s2

B 5 1s22s22p1 = [He] 2s22p1

C 6 1s22s22p2 = [He] 2s22p2

N 7 1s22s22p3 = [He] 2s22p3

O 8 1s22s22p4 = [He] 2s22p4

F 9 1s22s22p5 = [He] 2s22p5

Ne 10 1s22s22p6 = [He] 2s22p6

Na 11 1s22s22p63s1 = [Ne] 3s11s 2s 2p 3s 3-83

การจดเรยงของอเลกตรอนทไมเปนไปตามกฎของฮนด

มธาต 9 ธาต ทจดเรยงอเลกตรอนไมเปนไปตามกฎของฮนด เพราะถาจดเรยงตามกฎของฮนด จะขดกบผลการทดสอบสมบตทางแมเหลกของธาตเหลาน ดงตาราง

3-84

เลขอะตอม ธาต เรยงตามกฎของฮนด เรยงใหสอดคลองกบสมบตแมเหลก

242942464757787989

CrCuMoPdAgLaPtAuAc

18[Ar] 3d4 4s2

18[Ar] 3d9 4s2

36[Kr] 4d4 4s2

36[Kr] 4d8 4s2

36[Kr] 4d9 4s2

53[Xe] 4f1 6s2

53[Xe] 4f14 5d8 6s2

53[Xe] 4f14 5d9 6s2

86[Rn] 5f1 7s2

18[Ar] 3d5 4s1

18[Ar] 3d10 4s1

36[Kr] 4d5 4s1

36[Kr] 4d10

36[Kr] 4d10 5s1

53[Xe] 5d1 6s2

53[Xe] 4f14 5d9 6s1

53[Xe] 4f14 5d10 6s1

86[Rn] 6d1 7s2

หมายเหต : 4f และ 5d, 5f และ 6d มพลงงานใกลเคยงกนมาก, การจดแบบ filled และ half - filled ถอวาเสถยรทสด

3-85

หลกเอาฟบาว (Aufbau Principle) การบรรจ e- ในออรบทลตาง ๆ เปนไปตามล าดบดงน

1s

2s 2p

3s 3p 3d

4s 4p 4d 4f

5s 5p 5p 5f

6s 6p 6d 6f

7s 7p 7d 7f

3-86

[Ar]

18Ar

19K

21Sc[Ar]

[Ar] [Ar] 4s1 3d5

Half - filledconfiguration

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

[Ar] 4s1

[Ar] 4s220Mg

[Ar] 4s2 3d1

22Ti [Ar] 4s2 3d2

23V [Ar] 4s2 3d3

24Cr[Ar]

3-87

25Mn

StabilityFull - filled > half - filled > other configuration

[Ar] 4s2 3d5

26Fe [Ar] 4s2 3d6

27Co [Ar] 4s2 3d7

28Ni [Ar] 4s2 3d8

29Cu [Ar] 4s1 3d10

Full - filled configuration30Zn [Ar] 4s2 3d10

3-88

การจดเรยงอเลกตรอนในไอออน

ตวอยางการจดเรยงอเลกตรอนของแคทไอออนและแอนไอออน1) 20Ca --> Ca2+

20Ca : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 จะใหอเลกตรอนวงนอกสดเสมอ (4s2)

20Ca2+ : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

3-89

2) 26Fe : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2

24Fe2+ : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6

23Fe3+ : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5

3) 17Cl : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5

18Cl- : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

อเลกตรอนทแอนไอออนรบไวจะอยในระดบพลงงานคา n สงสดเสมอ

3-90

การบาน1. การจดอเลกตรอนแบบตาง ๆ ตอไปน ขอใดผด พรอมใหเหตผลประกอบ

ก. 1s2 2s1

ข. 1s1

ค. 1s2 3sง. 1s2 2s2 2p8 3s

2. ถามอเลกตรอน 1 ตว อยใน 2p - orbital จงบอกคาเลขควอนตมทเปนไปไดส าหรบอเลกตรอนน

3-91

4. เขยนการจดเรยงอเลกตรอน ส าหรบธาตตอไปนก. Ca เลขอะตอม 20 ข. Ti เลขอะตอม 22ค. Si เลขอะตอม 14 ง. Br เลขอะตอม 35

5. เขยนแผนผงออรบทล (orbital diagram) ส าหรบธาตตอไปน

ก. Ca เลขอะตอม 20 ข. Ti เลขอะตอม 22ค. Si เลขอะตอม 14 ง. Br เลขอะตอม 35

3-92

3. อเลกตรอน 1 ตว มเลขควอนตม (n, l, ml , ms) เปน 3, 0, 0, +1/2 อเลกตรอนนอยใน shell ใด และ subshell ใด