่
คม 100 เคมีทัวไป ปการศึกษา 1-2563
บทที่ 3
โครงสรางอะตอม
ผศ.ดร. เพชรลดา กนทาดี
ั
สาขาวิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร มหาวิทยาลัยแมโจ
http://www.chemistry.mju.ac.th
โครงสรางอะตอม
1) ประวัติความเปนมาของอะตอม
• กอนคริสตศักราช,
- Leukippos และ Demokritos เสนอวา
“อะตอมเปนสวนประกอบที่เล็กที่สุดของสสาร ทําลายและแบงแยกไมได”
อะตอม (atom) มาจากภาษากรีก คือ atomos ( a + tomos )
ไม + แบงแยกได
่
ื
ี
้
ุ
- Aristotle เสนอวา “สสารสามารถแบงแยกใหเล็กลงไปไดเรอย ๆ ไมมทีสนสด”
ิ
่
• ค.ศ. 1803, John Dalton เสนอทฤษฎีอะตอมของดาลตัน
ุ
ี
“อะตอมเปนหนวยทีเลกทีสดของสสาร แบงแยกตอไปอกไมได
็
่
่
สสารหรือธาตุตางชนิดกัน จะประกอบดวยอะตอมตางชนิดกัน และมีสมบัติตางกัน”
• ค.ศ. 1896, A.H. Becquerel
่
ี
ี
ี
ี
ู
ั
คนพบรงสทเปลงออกมาจากแรยเรเนยม การเกิดกัมมันตภาพรังส (Radioactivity))
2
่
ี
ิ
ั
เนือหาประกอบการบรรยาย รายวชา คม 100 เคมทัวไป ผศ.ดร. เพชรลดา กนทาด ี
้
โครงสรางอะตอม
1) ประวัติความเปนมาของอะตอม
• ค.ศ. 1898, Pierre และ Marie Curie
ุ
ิ
ั
ั
ั
คนพบการแตกตวของธาตกัมมนตรงสีสองชนดออกมาจากแรยูเรเนยม คือ Polonium และ Radium
ี
ถือเปนการลบลางแนวคิดเดมของดาลตัน ดงนน “อะตอมไมใชอนุภาคที่แบงแยกไมได”
ิ
้
ั
ั
ี
่
• ค.ศ. 1897, J.J. Thomson ศึกษาหลอดรังสีแคโทด คนพบอิเล็กตรอน ซึงมประจุลบ
• ค.ศ. 1909, R.A. Milligan ใหอิเล็กตรอนเกาะติดกับหยดน้ํามัน คํานวณมวลของอิเล็กตรอน
็
ิ
ได 9.11 x 10 31 กิโลกรัม และประจุอเลกตรอนเทากับ 1.60 x 10 19 คูลอมบ
• ค.ศ. 1911, E.R. Rutherford คนพบโปรตอน ซึ่งมีประจุบวก
และเสนอแบบจาลองอะตอมทีมนิวเคลียส
่
ํ
ี
• ค.ศ. 1913, Niels Bohr อธิบายโครงสรางอะตอมไฮโดรเจนโดยทฤษฎีควอนตัม
• ค.ศ. 1924, วิวัฒนาการของทฤษฎีกลศาสตรควอนตัมสําหรับอะตอมตาง ๆ
• ค.ศ. 1932, James Chadwick คนพบนิวตรอนซึ่งไมมีประจุ และมีมวลใกลเคียงกับโปรตอน
3
ั
เนือหาประกอบการบรรยาย รายวชา คม 100 เคมทัวไป ผศ.ดร. เพชรลดา กนทาด ี
้
ิ
่
ี
โครงสรางอะตอม
2) การคนพบรังสีแมเหล็กไฟฟา
• ค.ศ. 1895, W. Röntgen
ุ
ี
่
ศึกษาหลอดรังสแคโทดทีเปนสญญากาศ (ไมมแกสภายใน) พบวา
ี
่
ุ
ี
้
ี
- รงสแคโทดจะเคลือนจากขัวแคโทดและพงชนขัวแอโนดอยางแรง เกิดรงสทีมีพลังงานสงออกมา
ู
่
ั
ั
้
ี
ั
จากแอโนด เรียกวา รงสเอ็กซ (X-ray)
- รงสเอ็กซ ไมมประจุ ทะลุผานกระดาษและไมได แตไมผานแผนโลหะ
ั
ี
ี
• ค.ศ. 1911, E.R. Rutherford
คนพบรังสีแอลฟา, รังสีเบตา และรังสีแกมมา ซึ่งเปนคลื่นแมเหล็กไฟฟา มีความถี่สูงกวารังสีเอ็กซ
• ค.ศ. 1913, Max von laue สนับสนุนการคนพบรังสีเอ็กซของ W. Röntgen
และพบวารังสีเอ็กซสามารถเกิดการเลี้ยวเบน (Diffraction) ไดเมื่อตกกระทบผลึกของแข็ง แสดงวา
่
ี
ิ
ี
รงสเอ็กซมสมบัตเปนคลืน
ั
4
ิ
้
เนือหาประกอบการบรรยาย รายวชา คม 100 เคมทัวไป ผศ.ดร. เพชรลดา กันทาด ี
่
ี
โครงสรางอะตอม
3) แบบจําลองอะตอม
• J.J. Thomson เสนอแบบจําลองอะตอม ดังนี้
-10
ี
ี
ั
- อะตอมมรศมประมาณ 10 เมตร
- ภายในอะตอมมีอนุภาคประจุบวกและอิเล็กตรอนฝงอยูทั่วอะตอม ทําใหอะตอมไมมีประจ ุ
- น้ําหนักอะตอมสวนใหญเปนของประจุบวก เนื่องจากอิเล็กตรอนมีน้ําหนักเบามาก
• E.R. Rutherford (ค.ศ. 1911) ศึกษาการผานรังสีแอลฟาไปยังแผนโลหะบาง เชน ทองคํา พบวา
ั
ี
ี
ี
ิ
ํ
ั
ั
รงสแอลฟาสวนใหญทะลุผานอะตอมไป สวนรงสสวนนอยชนนวเคลยสและเกิดแรงผลกกับประจุบวกทาให
ั
เบยงเบนไป จึงเสนอแบบจําลองอะตอมใหมดงน ้ ี
่
ี
- อะตอมประกอบดวยอนุภาคประจุบวกรวมกันเปนกลุมเล็กๆ อยูกลางอะตอม เรียกวา
-14
ั
ี
นิวเคลียส และมรศมประมาณ 10 เมตร ซึ่งเล็กกวาขนาดอะตอมมาก
ี
็
ิ
- อิเลกตรอนเคลอนทีรอบนวเคลยสและมจํานวนเทากับประจุบวก อะตอมจึงไมมีประจุ
่
ี
่
ื
ี
• Niels Bohr (ค.ศ. 1913)
อธิบายโครงสรางอะตอมโดยใช ทฤษฎีควอนตัม
เสนอวาการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสมีลักษณะเปนวงกลม 5
โครงสรางอะตอม
4) ทฤษฎีควอนตัม
่
ี
ุ
จดเริมตนของทฤษฎควอนตัม
ุ
ี
ั
้
ู
- ถาใหความรอนแกวัตถมาก ๆ วัตถุจะเปลงรงสีออกมาทังในรปของความรอนและแสงทม ี
่
้
่
ี
ี
็
็
ความเขมสูง เชน เผาแทงเหลกใหรอนขึน สของแทงเหลกจะเปลยนแปลงจาก
สีคล้ํา สีแดง สีสม สเหลือง สีขาว
ี
- ค.ศ. 1900 Planck เสนอวา
ั
ี
“พลงงานทเปลงออกมาจากวัตถุรอนจะมคาเปนชวง ๆ และไมไดปลดปลอยออกมาอยาง
ี
่
ตอเนอง เรียกวา ควอนตัมของพลังงาน” และคาพลังงานจะขึ้นอยูกับความถี่ของแสงนั้น ดังสมการ
่
ื
E = h …….…(1)
ี
(h = คาคงทของ Planck = 6.6262 x 10 34 J.s)
่
6
เนือหาประกอบการบรรยาย รายวชา คม 100 เคมทัวไป ผศ.ดร. เพชรลดา กนทาด ี
้
ิ
ี
ั
่
โครงสรางอะตอม
4) ทฤษฎีควอนตัม
Photoelectric Effect
- ค.ศ. 1905 Albert Einstein เสนอวา
“แสงควรมีสมบัติเปน อนุภาค และเรียกวา โฟตอน (Photon)”
และอาศัยทฤษฎีของ Planck สรุปวา
โฟตอนที่มีความถี่ จะมีพลังงาน E = h
- เมื่อแสงที่มีความถี่เหมาะสมตกกระทบผิวหนาของโลหะ จะมีอิเล็กตรอนหลุดจากผิวโลหะ
เรียกวา โฟโตอิเล็กตรอน (Photoelectron)
ั
ี
ิ
ั
้
photoelectron - ถาแสงตกกระทบมพลังงานมากเกินพอ พลงงานสวนเกนนน
photon จะทําใหโฟโตอิเล็กตรอนที่หลุดออกมาเคลื่อนที่ตอไปดวยพลังงานจลน
จํานวนโฟโตอิเล็กตรอน จํานวนโฟตอนที่ตกกระทบ
ความเขมของแสง
7
้
เนือหาประกอบการบรรยาย รายวชา คม 100 เคมทัวไป ผศ.ดร. เพชรลดา กันทาด ี
ี
ิ
่
โครงสรางอะตอม
5) ทฤษฎีอะตอมของบอหร
(1) สเปกตรัมของไฮโดรเจน
- เมื่อใหความรอนแกอะตอมไฮโดรเจนมากพอ จะเห็นการเปลงแสง ซึ่งเมื่อแสงนี้ผานปริซึมพบวา
ํ
้
ี
ี
่
ี
ประกอบดวยแสงสแดง เขยว นาเงิน และมวง แยกออกจากกันเปนเสน ๆ เรยงตามความถีหรือความ
ู
่
ื
ยาวคลน เรียกวา เสนสเปกตรมของไฮโดรเจนอะตอม อยในชวงทตามองเห็น (Visible region)
ี
่
ั
* แสงสีตาง ๆ เกิดจากการ
ั
ยายระดับชนพลงงานของ
ั
้
อิเล็กตรอน
ความยาวคลื่น (nm)
ั
- ค.ศ. 1885 J.J. Balmer เสนอสูตรสําหรับคํานวณความยาวคลื่น ( ) ของเสนสเปกตรมไฮโดรเจน
ั
ั
็
1 1 1 * อิเลกตรอนยายระดบพลงงาน
= R 4 n 2 ………..(2) ระหวางชั้นที่ 2 กับชันทีสูงขึนไป
้
่
้
7
่
เมื่อ R = คาคงทีของ Rydberg = 1.09678 x 10 m 1
n = 3, 4, 5, 6,………. 8
โครงสรางอะตอม
5) ทฤษฎีอะตอมของบอหร
่
- ตอมา J.R. Rydberg ไดเสนอสมการคํานวณความยาวคลืนของเสนสเปกตรัมทุกชุด ดังนี ้
1 1 1
= R …..…..(3)
n 1 2 n 2 2
เมื่อ n < n
2
1
อิเล็กตรอนยายระดับพลังงานระหวาง
้
่
้
ชั้นต่ํากวา (n ) และชันทีสูงขึนไป (n )
2
1
- จากสมการ 3 จะไดขอมูลวา
เมื่อ n = 1 และ n = 2, 3, 4,….. เสนสเปกตรัมจะตรงกับอนุกรม Lyman ( อยูชวง รังสี UV)
2
1
เมื่อ n = 2 และ n = 3, 4, 5,….. เสนสเปกตรัมจะตรงกับอนุกรม Balmer ( อยูชวง แสง Visible)
2
1
เมื่อ n = 3 และ n = 4, 5, 6,….. เสนสเปกตรัมจะตรงกับอนุกรม Paschen ( อยูในชวง รังสี IR)
1
2
ุ
่
ั
ั
้
นอกจากนี ยงม 2 ชดสเปกตรมที n = 4 และ n = 5 เสนสเปกตรัมจะตรงกับอนกรม
ี
ุ
1
1
Brackett และ Pfund ตามลําดับ (ไมคอยกลาวถึง)
9
โครงสรางอะตอม
5) ทฤษฎีอะตอมของบอหร
ตัวอยาง 1 อิเล็กตรอนยายจากระดับชั้นที่ 1 ไปยังชั้นที่ 3 ตรง
กับความยาวคลื่นเทาใด
1 1 1
จากสูตร = R n 1 2 n 2 2
1
7
1
แทนคา = (1.09678 x 10 m ) 1 1 2 3 1 2
6
1
= 9.75 x 10 m
1
้
ั
ั
7
ดงนน = 9.75 10 6 m = 1.03 x 10 m = 103 nm
(2) ทฤษฎีของ Bohr สําหรับไฮโดรเจนอะตอม
ค.ศ. 1913 Niels Bohr เสนอวา
่
ี
การเคลอนทของอเลกตรอนรอบนวเคลยสมีลักษณะเปนวงกลม
่
ื
็
ี
ิ
ิ
ี
ั
และจากทฤษฎควอนตม จะเรยกชั้นพลงงานหรอวงโคจรของอเลกตรอนวา เลขควอนตัมหลัก
ี
ั
ื
็
ิ
แทนดวย คา n มีคาตั้งแต 1, 2, 3,..…… 10
โครงสรางอะตอม
5) ทฤษฎีอะตอมของบอหร
่
• ระดับพลังงานของวงโคจรที n เรียกวา E n
่
ั
ั
n = 1 คือ พลงงานระดบตาสุด (E ) เรียกวา สถานะพื้น (ground state) อิเล็กตรอนเสถียรที่สุด
ํ
1
n > 1 คือ พลังงานระดับสูงขึ้นไป เรียกวา สถานะกระตุนหรือสถานะเรา (excited state) โดย
ถา n , E และไมเสถียร
n
-
-
่
ั
ี
่
ี
เมื่อ e เปลยนระดบพลงงาน (เปลยนวงโคจร) ไปยังระดบทีสงขึน (n มากขึ้น) e จะดูดกลืนพลังงาน
ู
่
้
ั
ั
-
-
่
่
่
ั
ี
ั
่
ี
เมื่อ e เปลยนระดบพลงงาน (เปลยนวงโคจร) ไปยังระดบทีตาลง (n ลดลง) e จะคายพลังงาน
ํ
ั
• พิจารณาการเปลี่ยนระดับพลังงานระหวางวงโคจรที่ 1 (n = 1) และ 2 (n = 2)
ผลตางระหวางระดับพลังงานทั้งสอง, E
c
E = E ปลายทาง E ตนทาง = h = h
-
-
ถา e เปลี่ยนระดับจาก n = 1 n = 2 จะได E = + (e ดูดพลังงาน)
ถา e เปลี่ยนระดับจาก n = 2 n = 1 จะได E = (e คายพลังงาน)
-
-
11
้
เนือหาประกอบการบรรยาย รายวชา คม 100 เคมทัวไป ผศ.ดร. เพชรลดา กันทาด ี
ิ
่
ี
โครงสรางอะตอม
5) ทฤษฎีอะตอมของบอหร
ตัวอยาง 2 จงคํานวณความยาวคลื่นของอิเล็กตรอนที่เปลี่ยนระดับพลังงานจากชั้นที่ 2 ไปยังชั้นที่ 4
ื
ั
้
ู
การเปลยนแปลงนีอิเล็กตรอนตองดดพลังงานหรอคายพลงงาน
่
ี
19
กําหนดให E = 5.46 x 10 J และ E = 1.36 x 10 19 J
4
2
วิธีทํา E = E ปลายทาง – E ตนทาง = E E = (1.36 x 10 ) (5.46 x 10 ) J
19
19
2
4
= 4.1 x 10 19 J (E = + , อิเล็กตรอนดูดพลังงาน)
E = 4.1 x 10 19 J = h
h c
1
8
ดังนั้น = = (6.63 x 10 34 J.s) (3.0 x 10 ms )
E
4.1 x 10 19 J
9
10 nm
7
= (4.85 x 10 m) x = 485 nm
m
12
้
เนือหาประกอบการบรรยาย รายวชา คม 100 เคมทัวไป ผศ.ดร. เพชรลดา กนทาด ี
ิ
ี
ั
่
โครงสรางอะตอม
5) ทฤษฎีอะตอมของบอหร
ู
็
ุ
ี
- Bohr เสนอสูตรการคํานวณระดับพลังงาน (E ) ของอิเลกตรอน สรปเปนสตรอยางงายไดดงน
้
ั
n
2
2 4
2 m Z e 1
e
E = h 2 n 2 ………(5)
n
2.18 × 10 −18
E = n 2 …..…..(6)
n
เมื่อ m = มวลของอิเล็กตรอน = 9.11 x 10 28 กรัม
e
e = ประจุของอิเล็กตรอน = 1.60 x 10 19 คูลอมบ
Z = เลขอะตอมของไฮโดรเจน = 1
่
h = คาคงทของ Planck = 6.6262 x 10 34 จูล.วินาท ี
ี
13
ี
เนือหาประกอบการบรรยาย รายวชา คม 100 เคมทัวไป ผศ.ดร. เพชรลดา กนทาด ี
่
ั
ิ
้
โครงสรางอะตอม
5) ทฤษฎีอะตอมของบอหร
ั
- จากสูตร (6) อาจคํานวณคาพลงงานสําหรับ n = 1, 2, 3,…. และเขยนแผนภาพระดบ
ี
ั
ั
พลงงานไฮโดรเจนอะตอมไดดงน ้ ี
ั
n = E = 0.00 J
n = 4 E = 1.36 x10 19 J
4
E n = 3 E = 2.42 x 10 19 J
3
n = 2 E = 5.45 x 10 19 J
2
n = 1 E = 2.18 x 10 18 J
1
ี
่
็
นอกจากนี้ Bohr ไดเสนอสตรการหา รศมีวงโคจรของอิเลกตรอน ทีมเลขควอนตม n คือ
ู
ั
ั
r = a n 2 = (0.529) n 2 ……….(7)
0
h 2
เมื่อ a = 4 m e 2 = 0.529 x 10 10 เมตร = 0.529 Å 14
2
0
e
โครงสรางอะตอม
6) กลศาสตรคลื่น
• ไอนสไตน (Einstein) เสนอวา “แสงมีสมบัติเปนทั้งคลื่นและอนุภาค”
่
• ค.ศ. 1924 de Broglie ตังสมมติฐานวา “สสารทุกชนิดก็มีสมบัติความเปนคลืนและอนุภาค
้
ิ
ั
ดวยเชนกัน” และนําไปใชอธิบายสมบตอิเล็กตรอนในทฤษฎของ Bohr
ี
• ค.ศ. 1927 Heisenberg เสนอวา “ไมสามารถรูตําแหนงทีอยูและโมเมนตัมของอิเล็กตรอนได
่
อยางแนนอนพรอม ๆ กันได”
• จากแนวคิดตาง ๆ สามารถนํามาอธิบายปรากฏการณของอิเล็กตรอนในอะตอมไดใกลเคียงความ
เปนจริงมากที่สุดดังนี้ คือ
่
- การพจารณาอิเล็กตรอน มกกลาวถึงในรูปของ “โอกาสทีจะพบอเล็กตรอน” หรือ “ความ
ิ
ิ
ั
หนาแนนของอิเล็กตรอน”
- อิเล็กตรอนมีสมบัติเปนคลื่น จึงอาจอธิบายสมบัติของอิเล็กตรอนโดยการสรางสมการคลื่น
(Wave equation) และแกสมการโดยใชคณตศาสตรขันสูง
ิ
้
15
เนือหาประกอบการบรรยาย รายวชา คม 100 เคมทัวไป ผศ.ดร. เพชรลดา กนทาด ี
้
ั
ิ
่
ี
โครงสรางอะตอม
6) กลศาสตรคลื่น
• ค.ศ. 1927 Schrödinger เสนอสมการคลื่นเกี่ยวกับสมบัติ พฤติกรรม และขอบเขตบริเวณที่
พบอิเล็กตรอน
้
• จากการใชคณิตศาสตรขันสูงในการแกสมการของ Schrödinger จะได เลขควอนตัม
่
ี
็
ั
ิ
ิ
(Quantum number) 4 ชนิด ซงเปนตัวแปรทใชอธบายสมบัตของอิเลกตรอนในอะตอม ดงน ี ้
ึ
่
(1) เลขควอนตัมหลัก (Principle quantum number, n)
ั
้
n เปนเลขจํานวนเต็ม มีคาตั้งแต 1, 2, 3,….., (คา n มากขึน, พลงงานสูงขึน)
้
n บอกถึง ระดับชั้นพลังงานของอิเล็กตรอน หรือ วง (shell) ของอิเล็กตรอน
เชน ชั้น n = 1 2 3 4 ……….
หมายถึง วง (shell) K L M N ……….
16
เนือหาประกอบการบรรยาย รายวชา คม 100 เคมทัวไป ผศ.ดร. เพชรลดา กนทาด ี
้
ิ
ั
่
ี
โครงสรางอะตอม
6) กลศาสตรคลื่น
(2) เลขควอนตัมโมเมนตัมเชิงมุม (Angular momentum quantum number, l )
l มีคาตั้งแต 0, 1, 2, ……, n-1
l บอกถึง โมเมนตัมเชิงมุมของอิเล็กตรอน ซึ่งสัมพันธกับลักษณะการเคลื่อนที่ของ
็
ู
อิเลกตรอน หรือ รปรางของออรบิทอล
ี
ิ
่
ุ
็
ื
ี
(ออรบิทอล (orbital) หมายถึง บรเวณทมโอกาสพบกลมหมอกอิเลกตรอนหรอการ
่
ั
ิ
็
กระจายตวของอเลกตรอนมากทีสุด)
เชน คา l = 0 1 2 3 4 5 ……….
หมายถึง ออรบิทอล s p d f g h ……….
โดยที่ s orbital หมายถึง e ทมการกระจายตัวหนาแนนเปนลักษณะทรงกลม
่
-
ี
ี
p orbital “------------------------” 2 พู (lobe) หรือคลายดัมเบล
d orbital “------------------------” 4 พู (lobe) หรือคลายกลีบดอกไม
17
เนือหาประกอบการบรรยาย รายวชา คม 100 เคมทัวไป ผศ.ดร. เพชรลดา กนทาด ี
้
ิ
่
ี
ั
โครงสรางอะตอม
6) กลศาสตรคลื่น
- จํานวน l มีคาเทากับคาของ n เชน n = 1 , l = 0 (l มี 1 คา)
n = 2 , l = 0, 1 (l มี 2 คา)
n = 3 , l = 0, 1, 2 (l มี 3 คา)
็
็
- การอธิบายรปรางออรบิทอลของอิเลกตรอน จะตองระบุใหทราบวาอิเลกตรอนเหลานนอยใน
ู
ั
้
ู
ั
ั
ั
้
ระดบพลงงานชนใดดวย
็
เชน อิเลกตรอนทีมคา n = 2 และ l = 0 หมายถึง อิเล็กตรอนในชั้นที่ 2 หรือ L shell
ี
่
และอยูใน s orbital (มีการกระจายตัวเปนทรงกลม) จะเขียนแทนดวย 2s อิเล็กตรอน
18
ิ
้
เนือหาประกอบการบรรยาย รายวชา คม 100 เคมทัวไป ผศ.ดร. เพชรลดา กนทาด ี
ั
่
ี
โครงสรางอะตอม
6) กลศาสตรคลื่น
(3) เลขควอนตัมแมเหล็ก (Magnetic quantum number, m )
l
m มีคาตั้งแต l , … , 0 , …. , l1 , l
l
็
ิ
ื
ั
็
่
m บอกถึง สมบัตแมเหลกของอิเลกตรอน ซึงสมพันธกับทิศทางของออรบิทอลหรอ
l
ทศทางการกระจายอิเลกตรอน
ิ
็
เชน l = 1 จะมีคา m = 1, 0, 1 (หมายถึง p orbital มีทิศทางการกระจายตัวได 3 แบบ
l
หรือ มี 3 orbitals)
l = 2 จะมีคา m = 2, 1, 0, 1, 2 (หมายถึง d orbital มีทิศทางการกระจายตัว 5 แบบ
l
หรือ มี 5 orbitals)
้
่
ํ
ี
็
ิ
อะตอมในสภาวะปกตหรือไมถกเหนยวนาดวยสนามแมเหลกภายนอก อิเลกตรอนในชัน
ู
็
เดยวกันและอยูในออรบิทอลชนดเดยวกน จะมระดับพลังงานเทากัน (degeneracy)
ี
ั
ิ
ี
ี
19
เนือหาประกอบการบรรยาย รายวชา คม 100 เคมทัวไป ผศ.ดร. เพชรลดา กนทาด ี
่
้
ั
ี
ิ
โครงสรางอะตอม
6) กลศาสตรคลื่น
่
ั
ี
ื
ตาราง 1 ตวอยางคาทใชในกลศาสตรคลน
่
l m จํานวน
n สัญลักษณ l
ู
(จํานวน l = คา n) (คา m อยระหวาง - l กับ + l) ออรบิทัล
l
1 0 1s 0 1
0 2s 0 1
2
1 2p -1, 0, +1 3
0 3s 0 1
3 1 3p -1, 0, +1 3
2 3d -2, -1, 0, +1, +2 5
0 4s 0 1
1 4p -1, 0, +1 3
4
2 4d -2, -1, 0, +1, +2 5
3 4f -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 7
20
ั
้
เนือหาประกอบการบรรยาย รายวชา คม 100 เคมทัวไป ผศ.ดร. เพชรลดา กนทาด ี
ิ
่
ี
โครงสรางอะตอม
6) กลศาสตรคลื่น
รูปรางของออรบิทอลตางๆตามแกนเรขาคณิต
1s 2s 3s 4s
s orbitals
p orbitals
p x p y p z
d orbitals
d xy d xz d yz
d x2-y2 d z2 21
โครงสรางอะตอม
6) กลศาสตรคลื่น
(4) เลขควอนตัมสปน (Spin quantum number, m )
s
ี
่
• อิเล็กตรอนมการหมุนรอบแกนตัวเอง เมืออยูในสนามแมเหล็กภายนอกจะมีการจัดตัวเปนสอง
็
ิ
ิ
็
ุ
่
ื
แบบทตางกัน คอ หมนทวนเขมนาฬกาและหมนตามเขมนาฬกา
ี
ุ
-
• แสดงดวยตัวเลข 2 คา คือ + ½ เมื่อ e หมุนทวนเข็มนาฬิกา (แทนดวย สปนขึ้น)
-
และ – ½ เมื่อ e หมุนตามเข็มนาฬิกา (แทนดวย สปนลง)
m = + ½ (spin up) m = ½ (spin down)
s
s
22
ั
้
ี
ิ
เนือหาประกอบการบรรยาย รายวชา คม 100 เคมทัวไป ผศ.ดร. เพชรลดา กนทาด ี
่
โครงสรางอะตอม
7) โครงสรางอะตอมของธาต ุ
ั
็
ี
็
ั
อะตอมที่มีจํานวนอิเลกตรอนหลายตว การกระจายของอิเลกตรอนรอบๆ นิวเคลยส จะจัดตวตาม
ระดับพลังงานจากนอยไปหามาก เรียกวา โครงแบบอิเล็กตรอน (Electron Configuration)
• โครงแบบอิเล็กตรอน แสดงถึง การจัดเรียงตัวของอิเล็กตรอนในแตละออรบิทอล เขียนแทนดวย
สัญลักษณ ที่ประกอบดวย 3 สวน คือ
็
ิ
จํานวนอเลกตรอนในออรบิทัล
1. ตัวเลข แทนคา n (1, 2, 3, …)
2. ตัวอักษร แทนคา l (s, p, d, f, …) เลขควอนตัมหลัก n 1s 1
3. จํานวนอิเล็กตรอนใน subshell นั้น
ั
ั
ุ
ิ
เลขควอนตมโมเมนตมเชงมม l
23
ิ
้
เนือหาประกอบการบรรยาย รายวชา คม 100 เคมทัวไป ผศ.ดร. เพชรลดา กนทาด ี
ั
่
ี
โครงสรางอะตอม
7) โครงสรางอะตอมของธาต ุ
ระดับพลังงานของออรบิทอลตางๆ แสดงดังรูป โดยแตละชอง แทน 1 ออรบิทอล บรรจุ
อิเล็กตรอนไดมากสุด 2 อิเล็กตรอน
24
โครงสรางอะตอม
7) โครงสรางอะตอมของธาต ุ
็
ั
ี
ี
จัดเรยงอิเลกตรอนในออรบิทัลตางๆ ของอะตอม มหลักเกณฑ ดงน ้ ี
1. หลักของเอาฟบาว (Aufbau Principle)
“อิเล็กตรอนจะเขาไปอยูในออรบิทัลที่มีพลังงานต่ําสุดและวางกอนเสมอ”
2. หลักของเพาลี (Pauli Exclusion Principle)
“ในแตละออรบิทอลจะมีอิเล็กตรอนไดไมเกิน 2 ตัว และตองมีสปน (spin) ในทิศทางตรงขามกัน”
3. กฎของฮุนด (Hund’s Rule)
่
ี
ิ
่
ี
ุ
็
่
ั
ั
ี
ั
“ออรบิทอลทมีระดบพลงงานเทากน จะจดเรียงใหมอเลกตรอนเดยวมากทีสด”
ั
ตัวอยางโครงแบบอิเล็กตรอนของธาตุ H ถึง Na เปนดังตาราง 2
25
ั
่
ี
ิ
เนือหาประกอบการบรรยาย รายวชา คม 100 เคมทัวไป ผศ.ดร. เพชรลดา กนทาด ี
้
ตาราง 2 โครงแบบอิเล็กตรอนของ H ถึง Na โครงสรางอะตอม
เลขอะตอม ธาต ุ โครงแบบอิเล็กตรอน แผนภาพออรบิทอล
1 H 1s 1
1s
2 He 1s 2
1s
2
1s 2s 1
3 Li
หรือ [He] 2s 1 1s 2s
2
1s 2s 2
4 Be
หรือ [He] 2s 2 1s 2s
2
2
1s 2s 2p 1
5 B
2
หรือ [He] 2s 2p 1 1s 2s 2p X 2p y 2p Z
2
2
1s 2s 2p 2
6 C
หรือ [He] 2s 2p 2 1s 2s 2p X 2p y 2p Z
2
2
2
1s 2s 2p 3
7 N
2
หรือ [He] 2s 2p 3 1s 2s 2p X 2p y 2p Z
26
้
ั
เนือหาประกอบการบรรยาย รายวชา คม 100 เคมทัวไป ผศ.ดร. เพชรลดา กนทาด ี
ี
่
ิ
โครงสรางอะตอม
ตาราง 2 โครงแบบอิเล็กตรอนของ H ถึง Na (ตอ)
เลขอะตอม ธาตุ โครงแบบอิเล็กตรอน แผนภาพออรบิทอล
2
2
1s 2s 2p 4
8 O
หรือ [He] 2s 2p 4 1s 2s 2p X 2p y 2p Z
2
2
2
1s 2s 2p 5
9 F
หรือ [He] 2s 2p 5 1s 2s 2p X 2p y 2p Z
2
2
2
1s 2s 2p 6
10 Ne
2
หรือ [He] 2s 2p 6 1s 2s 2p X 2p y 2p Z
2
6
1s 2s 2p 3s 1
2
11 Na
หรือ [Ne] 3s 1 1s 2s 2p X 2p y 2p Z 3s
*โครงแบบอิเล็กตรอนของธาตุในคาบที่ 3 ตั้งแต Na Ar ก็เขียนในทํานองเดียวกัน
27
ั
เนือหาประกอบการบรรยาย รายวชา คม 100 เคมทัวไป ผศ.ดร. เพชรลดา กนทาด ี
้
ิ
่
ี
โครงสรางอะตอม
7) โครงสรางอะตอมของธาต ุ
2
2
1
6
จะเห็นวา Na จะมีโครงแบบอิเล็กตรอนเปน 1s 2s 2p 3s และมักเขียนยอเปน [Ne] 3s 1
โครงแบบอิเล็กตรอนของ Ne (แกสเฉื่อย)
นั่นคือ ในสวนที่เหมือนกับโครงแบบอิเล็กตรอนของแกสเฉื่อย จะเขียนแทนดวยสัญลักษณ
่
่
็
ของแกสเฉือยในวงเลบ [ ] สวนทีเหลือก็เขียนเพิมตอไป
่
ตัวอยางเชน
2
S = [Ne] 3s 3p 4
16
Ca = [Ar] 4s 2
20
8
Pd = [Kr] 5d 4s 2
46
28
ั
้
เนือหาประกอบการบรรยาย รายวชา คม 100 เคมทัวไป ผศ.ดร. เพชรลดา กนทาด ี
ิ
่
ี
โครงสรางอะตอม
7) โครงสรางอะตอมของธาต ุ
-
s-orbital บรรจุ e ไดมากสุด 2 ตัว
-
p-orbital บรรจุ e ไดมากสุด 6 ตัว
-
d-orbital บรรจุ e ไดมากสุด 10 ตัว
-
f-orbital บรรจุ e ไดมากสุด 14 ตัว
29
้
เนือหาประกอบการบรรยาย รายวชา คม 100 เคมทัวไป ผศ.ดร. เพชรลดา กนทาด ี
ิ
่
ั
ี
โครงสรางอะตอม
7) โครงสรางอะตอมของธาต ุ
•การบรรจุอิเล็กตรอนแบบไมปกติ (การบรรจุแบบ half-filled และ filled)
ู
่
่
ั
็
ี
ุ
ึ
- อะตอมของธาตบางหม มการบรรจอิเลกตรอนแตกตางไปจากหลกทัวไป คือ การบรรจุแบบครง
ุ
้
ํ
ี
ื
่
(half-filled) และ การบรรจุแบบเต็ม (filled) เนองจากทาใหอะตอมมความเสถยรมากขึน
ี
ตวอยาง เชน
ั
1
ธาตุหมู 6B เชน Cr = [Ar] 4s 3d 5 = [Ar] (half-filled)
24
2
(ไมใช [Ar] 4s 3d ) 4s 1 3d 5
4
1
ธาตุหมู 1B เชน Cu = [Ar] 4s 3d 10 = [Ar] (filled)
29
9
2
(ไมใช [Ar] 4s 3d ) 4s 1 3d 10
30
้
เนือหาประกอบการบรรยาย รายวชา คม 100 เคมทัวไป ผศ.ดร. เพชรลดา กนทาด ี
ิ
ี
่
ั