1

อะตอมและโครงสรางอะตอมอะตอมและโครงสรางอะตอม

เคมทวไป (01403113)/ 2553

(Atom and Structure of Atom)(Atom and Structure of Atom)

สายวชาเคม 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 อลกตรอนมประจไฟฟาเปนลบ

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

แบบจาลองอะตอมของแบบจาลองอะตอมของ RutherfordRutherford แบบจาลองอะตอมของ Rutherford ขดแยงกบทฤษฎพลศาสตรไฟฟาคลาสสก

e- เคลอนทเปนวงกลม จะเปลงรงสแมเหลกไฟฟาซงทาใหเกดการสญเสยพลงงาน พลงงานของระบบ

7

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

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

8

สวนประกอบของอะตอมสวนประกอบของอะตอม อนภาคหลกในอะตอมคอ

โปรตอน นวตรอน อเลกตรอน ปจจบนไดมการตรวจพบอนภาคอนๆ หลายรอยชนดในอะตอม

9

อะตอม ชนดของอะตอมกาหนดโดยจานวนโปรตอน เรยกวาเลขอะตอม มวลของอะตอมกาหนดหยาบๆ โดยจานวนจานวนโปรตอนและนวตรอน เรยกวาเลขมวล มวลจรง(เฉลย)ของอะตอมหาไดจากเลข มวลอะตอม

(atomic mass) ซงดไดจากตารางธาต

สญลกษณของอะตอมสญลกษณของอะตอม (Atomic Symbols)(Atomic Symbols)

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

cAZ X

10

นวตรอน c: ประจ

จานวนโปรตอน = Z จานวนนวตรอน = A-Z จานวนอเลกตรอน = Z-(c)

Isotope: ธาตชนดเดยวกนแตมเลขมวลตางกน(มจานวนนวตรอนไมเทากน)

ตวอยางสญลกษณของอะตอมตวอยางสญลกษณของอะตอม

Carbon 6p 6n 6e

Carbon 6p 7n 6e

C126

C13

13

11

Nitrogen 7p 6n 7e

Chlorine 17p 18e

Magnesium 12p 10e

Iron 26p 30n 24e

N13

Cl2Mg256

26 Fe

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

จดเรมตนของทฤษฎใหมจดเรมตนของทฤษฎใหม

ทฤษฎ classical mechanics ลมเหลวในการอธบายระบบบางระบบ เชนBlackbody radiation

13

Photoelectric effectSpectrum of hydrogen atom

การแผรงสของวตถดา การแผรงสของวตถดา ((Black Body RadiationBlack Body Radiation)) เมอใหความรอนกบวตถดา(black body) วตถดาจะเปลงรงส

ออกมาในทกชวงความถ (Planck’s quantization of energy) รงสทแผจากวตถดามหลายความถ ซงมความเขมไมเทากน ความเขมสงสดจะอยทความถคาหนง เมอ T เพม ความเขมสงสดจะเพมขน และความถทมความเขม

สงสดจะเลอนไปทางทมความถสงขน

14

สงสดจะเลอนไปทางทมความถสงขนเชน วตถดาเมอไดรบความรอน 750C เปลงรงสสแดง อณหภมสงขนใหรงสสเหลอง นาเงน ขาว T ตา

T สง

ความถ

ความเขมของการแผรงส

ทฤษฎคลนแมเหลกไฟฟาและวตถดาทฤษฎคลนแมเหลกไฟฟาและวตถดา

มความพยายามทจะใชทฤษฎแมเหลกไฟฟา(เดม)ในการอธบายผลทไดจากการศกษาเรองวตถดา แตผลการทดลองเรองวตถดาขดแยงกบทฤษฎคลนแมเหลกไฟฟา คอ

15

ความเขมของรงสควรเพมขนเรอยๆ และความเขมสวนใหญอยทความถสง

รงสทปลอยออกมาตองตอเนอง** จงเกด Planck’s quantization of energy

E = nh n = 1, 2, 3, …

ทฤษฎควอนตมทฤษฎควอนตม Max Planck ศกษาการแผรงสของวตถดา และเสนอวา พลงงานรงสแมเหลก(E )ทเปลงออกมานนมลกษณะเปนกอนและขนกบความถ () เรยกวาควอนตม

16

E = hh = Planck’s constant = 6.626 x 10-34 Js = ความถ (s-1)

Photoelectric EffectPhotoelectric Effect การหลดออกของอเลกตรอนจากผวของโลหะทถกแสงตกกระทบทมความถทเหมาะสม

เกดโฟโตอเลกตรอนเมอแสงทตกกระทบมความถมากกวาความถขดเรม พลงงานจลนของโฟโตอเลกตรอนขนความถของแสงทตกกระทบ จานวนโฟโตอเลกตรอนขนกบความเขมของแสง

17

Photoelectric EffectPhotoelectric Effect อลเบรต ไอนสไตน เสนอวา แสงเปนอนภาคหรอกอนพลงงานเรยกวา โฟตอน (Photon) อนภาคแสง 1 โฟตอน ทมความถ มพลงงาน

E = h = 1 ควอนตม โฟ โ โฟ

18

เมอโฟตอนตกกระทบทผวโลหะ แตละโฟตอนจะใหพลงงานแกอเลกตรอนเพอหลดออกจากผวของโลหะ

โดยทโฟตอนตองมพลงงานมากกวา E = h0 พลงงานจลนของอเลกตรอน = h - h0 จานวนโฟโตอเลกตรอนขนกบความเขมของแสง

4

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

สเปกตรมตอเนอง แสงสขาว (แสงอาทตย) ผานปรซม ทาใหเกด สมวงจนถงสแดงซงมความยาวคลนตางกน

สเปกตรมเสน (สเปกตรมอะตอม) เกดจากอะตอมไดรบความรอนจะเปลงแสงออกมา แตแสงนผานปรซมไดเสน

19

ความรอนจะเปลงแสงออกมา แตแสงนผานปรซมไดเสนสตางๆไมตอเนอง พลงงานทปลอยออกมาเปนควอนตมดงนนสเปกตรมแตละเสนมพลงงานเฉพาะจานวนหนง

Line spectra

Continuous spectra

สเปกตรมของสเปกตรมของอะตอมอะตอมไฮโดรเจนไฮโดรเจน เมออะตอมไฮโดรเจนไดรบความรอนจะเปลงแสง

(คลนแมเหลกไฟฟา) ออกมา ผานปรซมพบวา สเปกตรมมความยาวคลนหรอความถเปนชดๆ ทเรยงอยางเปนระเบยบ

20

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

Niels Bohr เสนอแบบจาลองอะตอมโดยอาศยทฤษฎควอนตมของ Planck

1. e- เคลอนทในวงโคจรรอบนวเคลยสเปนวงกลมโดยมโมเมนตมเชงมมเปนจานวนเทาของคาคงทมล

21

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-

อยในสถานะคงตว

22

แบบจาลองแบบจาลอง HH--atom atom ของของBohrBohr

Bohr เสนอสมการหา En ของอเลกตรอนของอะตอม H

1222

422

nh

eZmE e

23

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

24

มอสระเสรในการเคลอนทมาก (หนหางจากนวเคลยสมากขน)

eV605.132

n

En

5

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

25

Enf < Eni , E < 0 คายพลงงาน

nucleus1

2

3

nucleus1

2

3

เมออะตอมไดรบพลงงาน

26

อะตอมในสภาวะถฏกระตนคายพลงงาน

แบบจาลองแบบจาลอง HH--atom atom ของของ BohrBohr

Bohr เสนอสมการหารศมวงโคจร

ป

hrรศมของBo ma

anr

100

02

A 529.010529.0

27

และเสนอสมการสาหรบหาสเปกตรมของ H-atom

เมอ if

if

nn

cmnn

1

225 11

1009737.11

แบบจาลองแบบจาลอง HH--atom atom ของของBohrBohr ตวอยาง จากวงโคจรของบอหร จงคานวณหาความยาว

คลนและพลงงานของรงสทH-atom เปลงออกมา เมอ e-

ตกจาก n = 3 มายง n = 2

cm25.152413

1

2

11009737.1

1 122

5

28

m 105611.6cm 105611.625.15241

cm 11 75

eV1.8896

eV 2

1

3

1605.13

11605.13

2222

fininf nn

EEE

คายพลงงาน

คาคงทและหนวยทเกยวของคาคงทและหนวยทเกยวของ Planck’s constant

Energy UnitsseV 10136.4sJ 10626.6 1534 h

J1060221eV 19

29

FrequencyJ 106022.1eV

m

1m

m

m/ss 11

c

การเปลยนแปลงระดบพลงงานในอะตอมการเปลยนแปลงระดบพลงงานในอะตอม HH

การเปลยนแปลงระดบพลงงานของอเลกตรอนในไฮโดรเจนอะตอม คายพลงงาน (สงไปตา) ดดพลงงาน (ตาไปสง)

n=3

n=4n=5

าน Balmer Series

30

ดดพลงงาน (ตาไปสง) อธบายสเปคตรมแบบเสนได

(ni nf) nf= 1 อนกรมของไลแมน (UV) nf= 2 อนกรมของบาลมเมอร

(ปลาย UV , VIS) nf= 3 อนกรมปาสเชน (IR) n=1

n=2พลงงา

Lyman Series

6

Bohr’s model of hydrogen atom Bohr’s model of hydrogen atom

31

Bohr’s model มขอจากดคอใชไดดกบอะตอมหรอไอออนทมe- ตวเดยว เชน H-atom He+ , Li2+

J.R. Rydberg เสนอสมการสาหรบหาสเปกตรมของH-atom ทความยาวคลนตางๆ ทกชด

122

5 cm11

1009678.11

nn

1.09678 x 105 = คาคงทของ Rydberg n1 , n2 เปนเลขจานวนเตม และ n2 > n1

32

21 nn

Louis de Broglie เสนอวา “ สสารมสมบตเปนทงคลนและอนภาค”

จาก

hcE

c

hE

สมมตฐานของเดอบรอยลสมมตฐานของเดอบรอยล

33

ทฤษฎสมพทธภาพ

ความยาวคลนของเดอบรอยล

2

mv

h

p

hhccpE

mcmvp

mcE

E

Dual property

สมมตฐานของเดอบรอยลสมมตฐานของเดอบรอยล เดอบรอยล ไดอธบายแบบจาลองอะตอมไววาอเลกตรอน

เคลอนทรอบนวเคลยสในวงโคจรทเสถยรได เมออธบายในแงของคลน คอ อเลกตรอนมสมบตเปนคลนนง

nr 2

34

ดงนน “เมออเลกตรอนเคลอนทในวงโคจร จะรตาแหนงและโมเมนตมทแนนอนได”

mv

nhrn

nhmvr

nr

2

2

2

www.kennethsnelson.net/ atom/

หลกความไมแนนอนของหลกความไมแนนอนของ HeisenbergHeisenberg Werner Heisenberg เสนอวา

“เราไมสามารถรตาแหนงและโมเมนตมของวตถไดอยางแนนอนพรอมๆกนใน เวลาเดยวกน ”

h

px

35

ตามกฎของ Heisenberg การทอเลกตรอนเคลอนทอยในวงโคจรทแนนอนโดยมโมเมนตมทแนนอนจงเปนไปไมได

นตมนอนของโมเมความไมแน

นงนอนของตาแหความไมแน

p

x

px4

แบบจาลองอะตอมในปจจบนแบบจาลองอะตอมในปจจบน

มการนาทฤษฎกลศาสตรคลนมาใช โดยการคานวณความนาจะเปน ในการพบ e- ทจดตางๆ ตามสมการคลนของโชรดงเจอร Erwin Schrödingerเสนอวา

36

อะตอมประกอบดวย อนภาคประจบวกทลอมรอบดวยคลน e-

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

EH

7

เลขควอนตมเลขควอนตม (Quantum Numbers)(Quantum Numbers)

จากการแกสมการคลนของโชรดงเจอร พบวา มเลขจานวนเตมทเกยวของ 3 คา เรยกวา เลขควอนตม(Quantum number) คอ n, l, ml และเลขเศษสวน ms

37

s1. เลขควอนตมหลก (n)

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

เลขควอนตมเลขควอนตม2. เลขควอนตมออรบทล (l) หรอ เลขควอนตมโมเมนตมเชงมม

บอกรปรางของออรบทลท e- อย ใ

38

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

39

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

เลขควอนตมเลขควอนตม

3. เลขควอนตมแมเหลก (ml)

แสดงทศทางการจดตวของ ออรบทล บอกจานวน ออรบทล ในระดบพลงงานหลก คา ml เปนเลขจานวนเตม ขนกบคา l

40

l

ml มคาระหวาง l ถง – l รวม 2l + 1 คา

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

เลขควอนตมเลขควอนตม อเลกตรอนทมคา l เดยวกน แตมคา ml ตางกนเมอ

เคลอนทในอะตอม จะมโมเมนตมเชงมมเทากน เมออยในสนามแมเหลกหรอสนามไฟฟาทศทางการเรยงตว

ของ ออรบทล ตางกน จะมปฏกรยากบสนามตางกน ทาใหระดบพลงงานไมเทากน

41

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

42

• ms = -½ e- อยในสภาพ สปนลง

8

ระดบพลงงานหลก (n)

ควอนตมเชงมม (l)

ชอออรบทล ทศทางออรบทล(ml)

จานวนออรบทล

1 0 1s 0 1

2 01

2s2p

0-1, 0, 1

13

43

3 012

3s3p3d

0-1, 0, 1

-2, -1, 0, 1, 2

135

4 0123

4s4p4d4f

0-1, 0, 1

-2, -1, 0, 1, 2-3, -2, -1, 0, 1, 2, 3

1357

Atomic Orbital Atomic Orbital คออะไรคออะไร ออรบทลคอทอยของอเลกตรอน* หรอบรเวณทมโอกาสพบ

อเลกตรอน ออรบทลมไดหลายแบบ แตกตางกนท

รปราง ระดบพลงงาน

44

ขนาด ทศทาง

ชนดของออรบทลกาหนดโดยเลขควอนตม (n, l, ml) แตละออรบทลสามารถมอเลกตรอนไดมากทสดสองตว

(อาจไมมเลย, 1 หรอ 2 อเลกตรอน) อเลกตรอนทอยในออรบทลเดยวกน สามารถระบโดยใช

เลขควอนตมแมเหลก (ms)

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

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

45

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

46

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

47

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

dz2dxy, dxz, dyz, dx2-y2

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

48

9

ระดบพลงงานของระดบพลงงานของ atomic orbitalatomic orbital

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

จากสมการของบอหร

VE

1

60513

49

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

50

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

51

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

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

52

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

การหาโครงแบบการหาโครงแบบ ee--

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

53

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

54

= 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)

10

ลาดบการบรรจลาดบการบรรจ ee--

บรรจอเลกตรอนจากระดบพลงงานตากอน ลาดบการบรรจอาจดไดจากผงการเตมอเลกตรอน

55

ลาดบการบรรจลาดบการบรรจ ee--

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

56

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 54หลกของเอาฟบาว บรรจ e- ในออรบทลทมพลงงานตาสดจนเตม

57

กอนแลวจงบรรจ e- ในออรบทลทมพลงงานสงขน

กฎของฮนด การบรรจ e- ในออรบทลทม พลงงานเทากน จะบรรจใหม e- เดยวมากทสด

ประจบวก บรรจอเลกตรอนใหครบปกตแลวคอยดงอเลกตรอนออกจากวงนอกสด (n มากสด) ตามจานวนประจบวก

ประจลบ เพมอเลกตรอนตามจานวนประจ แลวบรรจอเลกตรอนตามปกต

ตวอยาง การบรรจอเลกตรอนตวอยาง การบรรจอเลกตรอน

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

H 1 1s1

He 2 1s2

Li 3 1s2 2s1

58

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

59

1s

2s2p

3s3p

3d 4s4p

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 หรอ [Ar] 4s1 3d5

10 18 36 54

60

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

11

ตารางธาตตารางธาต (Periodic Table)(Periodic Table)ตารางธาตคอรปแบบการจดเรยงธาตตางๆ ตามลาดบของเลข

อะตอม(จานวนโปรตอน) ตารางธาตในปจจบนมรากฐานมาจากตารางธาตของ Dmitri Mendeleev

ธาตทจดเรยงในตารางธาตจะแบงออกเปน ( l ) 18

61

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

62

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

63

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

สมบตของธาตในตารางธาตสมบตของธาตในตารางธาต

เลขอะตอม สแดง มสถานะ gas สดา มสถานะ solid สเขยว มสถานะ liquid

64

Alkali metalsPoor metals

LanthanidesNonmetals

ActinidesHalogens

Alkaline Earth metalMetalloids

Transition metalsNoble gasses

ธาตถกจดเรยงตามเลขอะตอมหรอจานวนโปรตอนทเพมขน ธาตในคาบเดยวกน มเลขควอนตมหลก (n) เทากน ธาตในหมเดยวกน มอเลกตรอนวงนอกสดคลายกน เชน

Na มอเลกตรอนวงนอกสด 3s1

K มอเลกตรอนวงนอกสด 4s1

ปจจบน (2010) พบธาตทงหมด 118 ธาต เปนธาตในธรรมชาต 94 ธาต สงเคราะหขน 24 ธาต

65

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

อะตอม เปนอเลกตรอนทมสวนสาคญในการเกดปฏกรยาเคม จานวนวาเลนซอเลกตรอนขนกบหมของอะตอม (ใชไดกบ

หม A1A8)

66

) นยามของวาเลนซอเลกตรอนใชไดดกบอะตอมใน s และ p

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

15P = 1s22s22p63s23p3 = [Ne]3s23p3

26Fe = 1s22s22p63s23p64s23d6 = [Ar] 4s23d6

12

ตารางธาตตารางธาตและโครงแบบอเลกตรอนและโครงแบบอเลกตรอน

axim

um n

3 s 23s2

4 d 73d7

4 p 34p3

67

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

10 18 36 54 862

Ma

โครงแบบอเลกตรอนและสมบตของอะตอมโครงแบบอเลกตรอนและสมบตของอะตอม

การจดโครงแบบอเลกตรอนของอะตอมสงผลถงสมบตตางๆของอะตอม เนองจากแรงยดเหนยวระหวางอเลกตรอนและนวเคลยส (คา n ทมากทสด และ ประจบวกของโปรตอน)

ไ

68

ขนาดของอะตอมและไอออน พลงงาน

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

n เพม

ประจบวกของโปรตอนเพม

ขนาดของอะตอมขนาดของอะตอม

69 70

ขนาดของอะตอมและไอออนขนาดของอะตอมและไอออน(+/(+/--))

71

ขนาด ขนาด ((รศมรศม) ) ของไอออนของไอออน

ขนาดของไอออนไมเทากบขนาดอะตอมของธาตนน ไอออนบวก – มขนาดเลกกวาอะตอมของมน เชน Na มโครงแบบอเลกตรอน 2, 8, 1 แต Na+ มโครงแบบ

อเลกตรอน 2, 8 นนคอ ระดบพลงงานหลกลดลง ไอออนลบ - มขนาดใหญกวาอะตอมของมน เชน Cl มโครงแบบอเลกตรอน 2, 8, 7 แต Cl- มโครงแบบ

อเลกตรอน 2, 8, 8 ระดบพลงงานหลกเทาเดม แตแรงผลกทรบอเลกตรอนเพมขนทาใหขนาดของไอออนลบขยายมากขน

72

13

Ionization Energy (IE)Ionization Energy (IE) พลงงานทตองใชเพอดงอเลกตรอนออกจากอะตอมเพอให

เกดไอออนบวก1st Ionization Energy

A(g) A+(g) + e¯

2nd Ionization Energy

A+( ) A2+( ) + e¯

73

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

74

Electron Affinity (EA)Electron Affinity (EA) พลงงานทคายออกมาเมออะตอมในสภาวะแกสรบอเลกตรอน

และกลายเปนไอออน -1

A(g) + e¯ A¯(g)

75

Electronegativity (EN)Electronegativity (EN) ความสามารถของอะตอมหรอโมเลกลในการดงดด

อเลกตรอนทใชในการสรางพนธะ

76

สรปสมบตตามตารางธาตสรปสมบตตามตารางธาต ธาตทอยในหมเดยวกน โดยเฉพาะธาตหม IA, IIA,

VIIA, VIIIA มสมบตคลายคลงกน ธาตในหมเดยวกน จากบนลงลาง มขนาดอะตอมเพมขน IE, EA, EN มแนวโนมลดลง ถงแมวาคาบไมไดเปนตวกาหนดหมธาต แตพบวา ธาตทรานสชน (d-block) และ inner transition (f-block) มสมบตคลายกนตามคาบ ธาตในคาบเดยวกน จากซายไปขวา มแนวโนมลดลง และ IE, EA, EN มแนวโนมเพมขน

77

แบบฝกหดแบบฝกหด จงอธบายความแตกตางระหวางแบบจาลองอะตอมกลศาสตรคลนและ

แบบจาลองของบอรห จงเปรยบเทยบปรมาณตอไปน

ขนาดอะตอมของ Mg และ Cl ขนาดอะตอม(ไอออน)ของ Ar และ K+

78

คา 1st ionization ของ Na และ Cs คา Electronegativity ของ F และ N

จงบอกจานวนออรบทล เลขควอนตมทเปนไปได และจานวนอเลกตรอนทงหมด เมอ n = 2 n = 4 และ l = 3, 0 n = 3 และ ml = +2 n = 2 และ ms= +1/2