2.3 การจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอม

                จากการศึกษาแบบจำลองอะตอมโดยใช้สมการทางคณิตศาสตร์ขั้นสูงที่เรียกว่าสมการคลื่น คำนวณหาค่าพลังงานอิเล็กตรอน ทำให้ทราบว่าอะตอมประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอนอยู่รวมกันในนิวเคลียส โดยมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่อยู่รอบ ๆ และอยู่ในระดับพลังงานต่างกัน อิเล็กตรอนเหล่านั้นอยู่กันอย่างไร ในแต่ละระดับพลังงานจะมีจำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดเท่าใด ให้นักเรียนพิจารณาข้อมูลจากตารางแสดงการจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุบางธาตุ

เวเลนซ์อิเล็กตรอน

เวเลนซ์อิเล็กตรอน คือ จำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานนอกสุดหรือสูงสุด ของแต่ละธาตุจะมีอิเล็กตรอนไม่เกิน 8

การจัดอิเล็กตรอน มีความสัมพันธ์กับการจัดหมู่และคาบอย่างไร

1. เวเลนซ์อิเล็กตรอน จะตรงกับเลขที่ของหมู่ ดังนั้น ธาตุที่อยู่หมู่เดียวกันจะมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากัน
   
2. จำนวนระดับพลังงาน จะตรงกับเลขที่ของคาบ ดังนั้น ธาตุในคาบเดียวกันจะมีจำนวนระดับพลังงานเท่ากัน เช่น 35 Br มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนดังนี้ 2 , 8 , 18 , 7 ดังนั้น Br จะอยู่ในหมู่ที่ 7 เพราะมีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 7 และอยู่ในคาบที่ 4 เพราะมีจำนวนระดับพลังงาน 4

หลักการจัดเรียงอิเล็กตรอน

1. จะต้องจัดเรียงอิเล็กตรอนเข้าในระดับพลังงานต่ำสุดให้เต็มก่อน จึงจัดให้อยู่ระดับพลังงานถัดไป
2. เวเลนซ์อิเล็กตรอนจะเกิน 8 ไม่ได้
3. จำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานถัดเข้าไปของธาตุในหมู่ IA , IIA เท่ากับ 8 ส่วนหมู่ IIIA – VIIIA เท่ากับ 18

การจัดอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อย
                จากการศึกษาสเปกตรัมและกลศาสตร์ควันตัมของคลื่น ทำให้ทราบว่า ระดับพลังงานของอิเล็กตรอน ในระดับพลังงานเดียวกัน ยังแบ่งเป็นระดับพลังงานย่อยต่างๆ ซึ่งมี 4 ระดับพลังงานย่อย ได้แก่ s , p , d , f subshell แต่ละระดับพลังงานย่อย จะมีจำนวนอิเล็กตรอนต่างๆกัน

               

                เมื่อพิจารณาข้อมูลในตารางจะพบว่าจำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานที่ 1 มีได้มากที่สุดคือ 2 อิเล็กตรอน ระดับพลังงานที่ 2 มีได้มากที่สุด 8 อิเล็กตรอน สำหรับระดับพลังงานที่ 3 นั้น จากการสืบค้นข้อมูลเพิ่มเติมทำให้ทราบว่ามีได้มากที่สุด 18 อิเล็กตรอน

หลักในการจัดเรียงอิเล็กตรอนในแต่ละระดับพลังงานเป็นดังนี้

• จำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานนอกสุด ( valence electron ) มีได้ไม่เกิน 8 อิเล็กตรอน และจำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานวงถัดเข้ามามีได้ไม่เกิน 18 อิเล็กตรอน
• ระยะห่างระหว่างแต่ละระดับพลังงานจะไม่เท่ากัน n = 1 และ n = 2 จะอยู่ห่างกันมากที่สุด และระยะห่างระหว่างระดับพลังงานจะน้อยลงเรื่อยๆ เมื่อระดับพลังงานสูงขึ้น
• จำนวนระดับพลังงานของอะตอมของธาตุจะบอกถึง “ คาบ ”
• จำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนจะบอกถึง “ หมู่ ”