3จัดเรียงe

บทที่ 1
อะตอมและตารางธาตุ

ช้ันมธั ยมศึกษาปี ที่ 4
โรงเรียนมธั ยมศึกษาเทศบาล ๓ “ยุตธิ รรมวทิ ยา”

สังกดั เทศบาลเมืองสกลนคร

สอนโดย ...ครูวารุณี บุรีมาต

1

บทท่ี 1
อะตอมและตารางธาตุ

เร่ือง
การจัดเรียงอเิ ลก็ ตรอนในอะตอม

วชิ าเคมี (ว 31121) ช้ันมธั ยมศึกษาปี ที่ 4

โรงเรียนมธั ยมศึกษาเทศบาล ๓ “ยุตธิ รรมวทิ ยา”

สอนโดย ครูวารุณี บุรีมาต

2

การจดั เรียงอเิ ลก็ ตรอนในอะตอม 1

ผลการเรยี นรู้

3. อธิบายและเขยี นการจดั เรยี งอิเล็กตรอน
ในระดับพลงั งานหลกั และระดบั พลงั งานย่อย

ตวั ชี้วัด

เมอ่ื ทราบเลขอะตอมธาตุ
4. ระบุหมู่ คาบ ความเปน็ โลหะ อโลหะ และกง่ึ โลหะ

ของธาตเุ รพรีเซนเททฟี และธาตแุ ทรนซิชนั ใน
ตารางธาตุ

แบบจาลองอะตอมของโบร์

นักวทิ ยาศาสตร์สงสัยว่าอเิ ลก็ ตรอนท่ีอยู่รอบนิวเคลยี สน้ันอยู่ใน
ลกั ษณะใด ดงั น้ันจงึ มีการศึกษาเรื่องสเปกตรัม เพ่ือเป็ นข้อมูลที่สาคญั ใน
การอธิบายแบบจาลองอะตอมของโบร์

4

แบบจาลองอะตอมของโบร์

แบบจาลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด กล่าวถงึ อเิ ลก็ ตรอนวงิ่ รอบๆ
นิวเคลยี ส แต่ไม่ทราบว่าอเิ ลก็ ตรอนอยู่รอบๆนิวเคลยี ส มกี ารจดั เรียงอเิ ลก็ ตรอน
อย่างไร นักวทิ ยาศาสตร์จึงมกี ารศึกษาข้อมูลใหม่มาสร้างแบบจาลองท่ีเน้น
รายละเอยี ดเกย่ี วกบั การจัดเรียงอเิ ลก็ ตรอนที่อยู่รอบนิวเคลยี ส โดยศึกษาจาก
สเปกตรัมของธาตุไฮโดรเจน และค่าพลงั งานไอออไนเซชัน

5

การจดั เรียงอเิ ลก็ ตรอนในอะตอม

จากการศึกษาของนักวทิ ยาศาสตร์ ทีบ่ อกว่า อเิ ลก็ ตรอนมีสมบตั ิ
เป็ นคล่ืน และใช้ความรู้ทางกลศาสตร์ควอนตมั ศึกษาโครงสร้างของ
อะตอม พบว่า

1. อเิ ลก็ ตรอนอยู่ในระดบั พลงั งานหลกั (Shell) ทต่ี ่างกนั (K L M N O P Q)

2. ในระดบั พลงั งานเดยี วกนั อเิ ลก็ ตรอนยงั แยกออกเป็ นระดบั พลงั งานย่อย
(sub shell) ได้แก่ s p d f

3. ทาให้ทราบถงึ บริเวณทีม่ ีโอกาสสูงที่จะพบ e ตัวใดตัวหน่ึง หรือบริเวณที่มี
ประจุลบหนาแน่นที่สุด ซ่ึงบริเวณน้ันเรียกว่า ออร์บิทัล (Orbital)

6

การจดั เรียงอเิ ลก็ ตรอนในอะตอม(แบบย่อ)

การศึกษาแบบจาลองอะตอมโดยใช้ สมการคลื่น ทาให้ทราบว่า อะตอม
ประกอบด้วยโปรตอน และนิวตรอนรวมกนั อยู่ในนิวเคลยี ส โดยอเิ ลก็ ตรอน
เคล่ือนทอี่ ยู่รอบๆ และอยู่ในระดับพลงั งานทต่ี ่างกนั โดยแต่ละระดับพลงั งานจะ
มจี านวนอเิ ลก็ ตรอนสูงสุด ได้ดงั นี้

จานวนอเิ ลก็ ตรอน = 2n2 ( n คือ ตัวเลขแสดงระดบั พลงั งาน)

เช่น ถ้า - ระดบั พลงั งานท่ี 1 ( n = 1) จานวน e = 2(1)2 = 2 7
- ระดบั พลงั งานท่ี 2 ( n = 2) จานวน e = 2(2)2 = 8
- ระดับพลงั งานท่ี 3 ( n = 3) จานวน e = 2(3)2 = ………..
- ระดบั พลงั งานท่ี 4 ( n = 4) จานวน e = 2(4)2 = ………..

การจัดตวั ของอเิ ลก็ ตรอนในอะตอมของธาตุบางชนิด

ชอื่ ธาตุ สัญลักษณ์ เลข การจดั อเิ ลก็ ตรอนใน วาเลนซ์

ลิเทยี ม ธาตุ อะตอม อะตอมตามระดบั พลังงาน อเิ ลก็ ตรอน
โบรอน Li 3
แมกนีเซยี ม B 5 2,1 1
ซัลเฟอร์ Mg 12
ครอลนี S 16 2,3 3
โปแทสเซยี ม Cl 17
อารเ์ ซนิก K 19 2,8,2 2
คริปตอน As 33
ทนิ (ดบี ุก) Kr 36 2,8,6 6
Sn 50
2,8,7 7

2,8,8,1 1

2,8,18,5 5

2,8,18,8 8

2,8,18,18,4 4

8

ประโยชน์ของการจัดเรียงอเิ ลก็ ตรอนของธาตุ

1. บอกหมู่ของธาตุ โดยดูจากเวเลนต์อเิ ลก็ ตรอน( e ตวั นอกสุด )
2. บอกคาบของธาตุ ซึ่งดูจากระดบั พลงั งาน

ดังตวั อย่างต่อไปนี้ 1. 8O = 2 , 6 หมู่ 6A คาบ 2
2. 9F = 2 , 7 หมู่ 7A คาบ 2
3. 10Ne = 2 , 8 หมู่ 8A คาบ 2 9
4. 11Na = 2 , 8 , 1 หมู่ 1A คาบ 3
5. 12Mg = 2 , 8 , 2 หมู่ 2A คาบ 3

ประโยชน์ของการจัดเรียงอเิ ลก็ ตรอนของธาตุ

1. บอกหมู่ของธาตุ โดยดูจากเวเลนต์อเิ ลก็ ตรอน( e ตวั นอกสุด )
2. บอกคาบของธาตุ ซ่ึงดูจากระดบั พลงั งาน

ดงั ตวั อยา่ งต่อไปน้ี
1. 8O = 2 , 6 หมู่ 6A คาบ 2 6. 18Ar = 2 , 8 , 8 หมู่ ........ คาบ ..........

2. 9F = 2 , 7 หมู่ 7A คาบ 2 7. 19K = 2 , 8 , 8 ,1 หมู่ ........ คาบ..........
3. 10Ne = 2 , 8 หมู่ 8A คาบ 2
4. 11Na = 2 , 8 , 1 หมู่ 1A คาบ 3 8. 20Ca = หมู่ ........ คาบ ..........
5. 12Mg = 2 , 8 , 2 หมู่ 2A คาบ 3
9. 33As = หมู่ ........ คาบ ..........

10. 35Br = หมู่ ........ คาบ ..........

11. 36Kr = หมู่ ........ คาบ ......1..0..

ตวั อย่างการจัดเรียงอเิ ลก็ ตรอนในอะตอม

3Li = 2,1 16S= 2,8,6 11

คาบ 2 หมู่ 1 คาบ 3 หมู่ 6
ระดบั พลงั งาน 2 ระดบั พลงั งาน 3
วาเลนซ์อิเลก็ ตรอน 1 วาเลนซ์อิเลก็ ตรอน 6

ตัวอย่างการจัดเรียงอเิ ลก็ ตรอนของธาตุในตารางธาตุ

1. 1H = 1 8. 8O = 2 , 6
2. 2He = 2 9. 9F = 2 , 7
3. 3Li = 2 , 1 10. 10Ne = 2 , 8
4. 4Be = 2 , 2 11. 11Na = 2 , 8 , 1
5. 5B = 2 , 3 12. 12Mg = 2 , 8 , 2
6. 6C = 2 , 4 13. 18Ar = 2 , 8 , 8
7. 7N = 2 , 5 14. 19K = 2 , 8 , 8 , 1

ตวั อย่างการจดั เรียงอเิ ลก็ ตรอนของธาตุในตารางธาตุ

1. 1H = 1 8. 8O = 2 , 6 15. 18Ar = 2 , 8 , 8
2. 2He = 2 9. 9F = 2 , 7
3. 3Li = 2 , 1 10. 10Ne = 2 , 8 16. 19K = 2 , 8 , 8 , 1
4. 4Be = 2 , 2 11. 11Na = 2 , 8 , 1
5. 5B = 2 , 3 12. 12Mg = 2 , 8 , 2 17. 20Ca =
6. 6C = 2 , 4 13. 13Al = 2 , 8 , 3
7. 7N = 2 , 5 14. 17Cl = 18. 33As =

19. 35Br =

20. 36Kr =

21. Sb = 13

การจดั เรียงอเิ ลก็ ตรอนของไอออน

1. ไอออนบวก เกดิ จาก โลหะให้ e กบั ธาตุอ่ืน เพื่อให้มเี วเลนต์อเิ ลก็ ตรอน

ครบ 8 ตามกฎออกเตต (Octet rule) ตวั อย่างการจัดเรียง e

1.1 11Na = 2,8,1 Na+ = 2,8
1.2 12Mg = 2,8,2
1.3 13Al = Mg2+ = 2,8
Al3+ =

2. ไอออนลบ เกดิ จาก อโลหะรับ e จากธาตุอ่ืน เพ่ือให้มเี วเลนต์อเิ ลก็ ตรอน

ครบ 8 ตามกฎออกเตต (Octet rule) ตัวอย่างการจดั เรียง e

2.1 9F = 2, 7 F- = 2,8
2.2 8O = 2,6
2.3 7N = O2- = 2,8
N3- =

การจัดเรียงอเิ ลก็ ตรอนของธาตุทรานซิชัน ในคาบที่ 4

ธาตุทรานซิชัน จดั เรียง e แตกต่างจากธาตุหมู่ A โดย กาหนด
ว่า เวเลนต์อเิ ลก็ ตรอนของธาตุทรานซิชัน จะเท่ากบั 2 เสมอ
ยกเว้น ธาตุ Cr กบั Cu มี Va.e = 1 (คาบท่ี 4 มี 4 ระดับพลงั งาน

ตวั อย่าง 5. 25Mn = 2 , 8 , …. , 2
1. 21Sc = 2 , 8 , 9 , 2 6. 26Fe = 2 , 8 , ….. , 2
2. 22Ti = 2 , 8 , 10 , 2 7. 29Cu = 2 , 8 , ….. , 1
3. 23V = 2 , 8 , …. , 2 8. 28Ni = 2 , 8 , ….. , 2
4. 24Cr = 2 , 8 , 13 , 1 9. 30Zn = 2 , 8 , ….. , 2

การจัดเรียงอเิ ลก็ ตรอนในระดบั พลงั งานย่อย

ในกรณีทอ่ี ะตอมมหี ลายอเิ ลก็ ตรอน ระดบั พลงั งานย่อยท่ีอยู่ใน
ระดบั พลงั งานเดยี วกนั จะมีพลงั งานแตกต่างกนั และในแต่ละระดบั
พลงั งานย่อย จะมจี านวนออร์บทิ ัลแตกต่างกนั ดงั นี้

- ระดบั พลงั งานย่อย s มี 1 ออร์บทิ ลั มอี เิ ลก็ ตรอนสูงสุดได้ 2 อเิ ลก็ ตรอน

- ระดบั พลงั งานย่อย p มี 3 ออร์บทิ ลั มีอเิ ลก็ ตรอนสูงสุดได้ 6 อเิ ลก็ ตรอน
- ระดบั พลงั งานย่อย d มี 5 ออร์บทิ ลั มอี เิ ลก็ ตรอนสูงสุดได้ 10 อเิ ลก็ ตรอน
- ระดบั พลงั งานย่อย f มี 7 ออร์บทิ ลั มีอเิ ลก็ ตรอนสูงสุดได้ 14 อเิ ลก็ ตรอน

ข้อควรจา 1 ออร์บิทลั บรรจุอเิ ลก็ ตรอนได้มากทส่ี ุดเพยี ง 2 อเิ ลก็ ตรอนเท่าน้ัน

ตารางแสดง ระดบั พลงั งาน และจานวนอเิ ลก็ ตรอน

ระดบั พลงั งาน ระดบั จานวน จานวน e สูงสุดใน จานวน e สูงสุด
หลกั หรือวง พลงั งานย่อย ออร์บิทัล ระดบั พลังงานย่อย ในระดับพลงั งาน

1s 1 2 2
2s 1 2 8
3 6
p 1 2 18
3s 3 6
5 10 32
p 1 2
d 3 6 17
4s 5 10
p 7 14
d
f

รูปร่างของ Orbital

Orbital d

Orbital s

Orbital p 18

Orbital f

s-orbital

p-orbital

d-orbital f-orbital 19

หลกั การพจิ ารณาการจดั เรียงอเิ ลก็ ตรอนในระดบั พลงั งานย่อย

โดยใช้ หลกั อาฟบาว (Aufbau principle) เมื่อนามาใช้ในการบรรจุ e
ของอะตอมหน่ึงๆ ลงในออร์บิทลั ทเ่ี หมาะสม มีหลกั การทสี่ าคญั ทีต่ ้องนามา
พจิ ารณา ดงั นี้

1. ใช้หลกั ของเพาลี ในการบรรจุอเิ ลก็ ตรอน คือ ในแต่ละออร์บิทลั จะ
บรรจุอเิ ลก็ ตรอนได้อย่างมากทส่ี ุด 2 ตวั (มีสปิ นต่างกนั )

•ใช้เครื่องหมาย แทนอเิ ลก็ ตรอนที่มีสปิ นขนึ้ (spin up)
•ใช้เคร่ืองหมาย แทนอเิ ลก็ ตรอนทมี่ ีสปิ นลง (spin down)
•ใช้เคร่ืองหมาย แทนอเิ ลก็ ตรอนเดย่ี วในออร์บทิ ลั
•ใช้เครื่องหมาย แทนอเิ ลก็ ตรอนคู่ในออร์บทิ ลั

2. บรรจุอเิ ลก็ ตรอนในออร์บิทลั ทม่ี ีระดบั พลงั งานต่าสุดทยี่ งั ว่างก่อน
(เรียงลาดับออร์บิทลั ตามลกู ศรในรูป) จนครบจานวนอเิ ลก็ ตรอนท้งั หมดใน
อะตอมน้ัน การจดั เรียงอเิ ลก็ ตรอนแบบนีจ้ ะทาให้อะตอมมสี ถานะเสถยี ร
ทสี่ ุดเพราะพลงั งานรวมท้งั หมดของอะตอมมคี ่าตา่ สุด

โดยท่ี n = 1 มี ระดบั พลงั งานย่อยคือ 1s
n = 2 มี ระดบั พลงั งานย่อยคือ 2s 2p
n = 3 มี ระดบั พลงั งานย่อยคือ 3s 3p 3d
n = 4 มี ระดบั พลงั งานย่อยคือ 4s 4p 4d214f

แผนผงั แสดงการบรรจุอเิ ลก็ ตรอนในระดบั พลงั งานต่างๆ

การจดั เรียงอเิ ลคตรอนในระดบั พลงั งานย่อย
จะเขียนจานวนอเิ ลค็ ตรอนลงในระดบั
พลงั งานย่อยเรียงลาดับจากพลงั งานตา่ ไปสูง
คือ 1s ---> 2s ---> 2p ---> 3s ---> 3p ---> 4s --

-> 3d ---> 4p ---> 5s ---> 4d ---> 5p --->

และต่อๆไป

22

3. การบรรจุอเิ ลก็ ตรอนในออร์บทิ ลั ทมี่ ีระดบั พลงั งานเท่ากนั เช่น ออร์บทิ ลั
d จะใช้ กฎของฮุนด์ (Hund's rule) คือ"การบรรจุอเิ ลก็ ตรอนในออร์บทิ ลั ทม่ี ี
ระดบั พลงั งานเท่ากนั จะบรรจุในลกั ษณะทท่ี าให้มีอเิ ลก็ ตรอนเดยี่ วมากทส่ี ุด"

4.บรรจุอเิ ลก็ ตรอนทที่ ุกๆออร์บทิ ลั มีระดับพลงั งานเป็ น degenerate (ระดับ
พลงั งานเท่ากนั ) ทุกออร์บทิ ลั อาจมอี เิ ลก็ ตรอนอยู่เต็ม ( 2 อเิ ลก็ ตรอนต่อ 1 ออร์
บิทลั ) หรือมอี เิ ลก็ ตรอนอยู่เพยี งคร่ึงเดยี ว (1 อเิ ลก็ ตรอนต่อ 1 ออร์บทิ ัล)

เช่น 10Ne : 1s2, 2s2, 2p6 เรียกว่า การบรรจุเตม็

7N : 1s2, 2s2, 2p3 เรียกว่า การบรรจุคร่ึง

23

โครงแบบอเิ ลก็ ตรอนแบบบรรจุเตม็ จะเสถยี รกว่าแบบบรรจุคร่ึงและ
แบบบรรจุคร่ึงกจ็ ะเสถยี รกว่าแบบอ่ืนๆ เช่น
2p6 เสถียรกว่า 2p3
2p3 เสถียรกว่า 2p4
3d10 เสถยี รกว่า 3d9

การเขียนโครงแบบอเิ ลก็ ตรอนใน 18Ar และ 19K ได้ดังนี้

18Ar 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
19K 1s2 2s2 2p6 3s2 3p64s1

การเขยี นโครงแบบอเิ ลก็ ตรอนอาจเขียนย่อให้ส้ันลง โดยแยกส่วนทเ่ี ป็ น

โครงแบบของแก๊สมีสกลุ (nobel gas) ไว้ในวงเลบ็ ดงั นี 19K = [Ar] 4s1
24

ตวั อย่างการจัดเรียงอเิ ลก็ ตรอนของก๊าซเฉ่ือย
(Electron configurations of the noble gases )

Element Atomic Electron configuration
number
He 1s2
Ne 2 1s2 2s2 2p6
Ar 10 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
Kr 18 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6
Xe 36 1s22s22p63s23p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d105p6
Rn 54 1s22s22p63s23p6 4s2 3d104p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6
86

25

การจัดอเิ ลก็ ตรอน แบบแสดงสัญลกั ษณ์ของก๊าซเฉ่ือย

ก๊าซเฉื่อยเป็ นอะตอมทจี่ ัดอเิ ลก็ ตรอนเตม็ ในระดบั พลงั งานย่อย s หรือ p
เราสามารถใช้สัญลกั ษณ์ของก๊าซเฉื่อย เขียนแสดงการจัดอเิ ลก็ ตรอนของธาตุ
แบบกระจายระดับพลงั งานย่อย ซ่ึงสะดวกในกรณที ี่มกี ารจดั อเิ ลก็ ตรอนยาว
มาก เช่น

10Ne 1s2 2s2 2p6

12Mg 1s2 2s2 2p6 3s2 เขียนเป็ น [Ne] 3s2
16S 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 เขียนเป็ น [Ne] 3s2 3p4
19K 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 เขยี นเป็ น [Ar] 4s1
38Sr 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 เขียนเป็ น [Kr] 5s2

26

ระดบั พลงั งานย่อยแต่ละระดบั มคี วามสูงตา่ ของพลงั งานไม่เท่ากนั

27

ตวั อยา่ งการจดั เรียง e- ในระดบั พลงั งานยอ่ ย

4Be 1s2 2s2
9 F 1s2 2s2 2p5
12Mg 1s2 2s2 2p6 3s2
17Cl 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 28

ความสมั พนั ธร์ ะหวา่ งการจดั เรียงอิเลก็ ตรอนกบั ตารางพรี ิออดิก

29

การจดั เรียงอเิ ลก็ ตรอนของแคทไอออน(ไอออนบวก)
และแอนไอออน (ไอออนลบ) ของธาตุ Representative

Na [Ne]3s1 Na+ [Ne] อะตอมสูญเสียอเิ ลก็ ตรอนเพื่อ
Ca [Ar]4s2 Ca2+ [Ar] ทาให้แคทไออออนมีการ
Al [Ne]3s23p1 Al3+ [Ne] จดั เรียงอเิ ลก็ ตรอนเหมือนกบั

Noble Gas.(แก๊สเฉ่ือย)

อะตอมรับอเิ ลก็ ตรอนเพื่อทา H 1s1 H- 1s2 or [He]
ให้แอนไอออนมกี ารจดั เรียง F 1s22s22p5
อเิ ลก็ ตรอนเหมือนกบั Noble O 1s22s22p4 F- 1s22s22p6 or [Ne]
N 1s22s22p3
Gas O2- 1s22s22p6 or [Ne]

N3- 1s22s22p6 or [Ne]

30

8.2

การจดั เรียงอเิ ลก็ ตรอนของธาตุทรานซิชัน

ตวั อย่าง จงเขยี นโครงการจดั เรียงอเิ ลก็ ตรอนของธาตุ ต่อไปนี้
1. 24Cr 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5
2. 21Sc = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
3. 22Ti = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d2
4. 25Mn =
5. 26Fe =
6. 28Ni =
7. 30Zn =
8. 29Cu =
9. 27Co =

31

แบบฝึ กหัด ที่ 1.6

ทาลงสมุด

1. จงจดั เรียงอเิ ลก็ ตรอนของธาตุต่อไปนี้ โดยจดั ท้งั 2 แบบ คือ แบบย่อ
และจดั ลงในระดับพลงั งานย่อย พร้อมบอกหมู่ และคาบของธาตุ

1.1 1X 1.7 18A 1.13 33T
1.2 2Y 1.8 20B 1.14 35W
1.3 5Q 1.9 23D 1.15 36U
1.4 10M 1.10 25E 1.16 38A
1.5 13G 1.11 29J 1.17 52Z
1.6 17R 1.12 30L 1.18 54X

32

2. ธาตุวาเนเดยี มและแพลทนิ ัม มีเลขอะตอม 23 และ 78 ตามลาดบั จงแสดง
การจดั อเิ ลก็ ตรอนของธาตุท้งั สอง(จัดท้งั 2 แบบ)

3. ถ้าธาตุ A B และ C มกี ารจัดอเิ ลก็ ตรอนดงั นี้

ธาตุ A 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2

ธาตุ B 1s2 2s2 2p6 3s2

ธาตุ C 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

3.1 ธาตุ A B และ C มเี ลขอะตอมเท่าใด

3.2 ธาตุแต่ละชนิดมอี เิ ลก็ ตรอนอยู่ในระดบั พลงั งานใดบ้าง และมีจานวน
เท่าใด

33

4. จงระบุเขยี นสัญลกั ษณ์นิวเคลยี ร์ของธาตุทม่ี กี ารจัดอเิ ลก็ ตรอนดังนี้

ตวั อย่าง [Ne] 3s2 3p4 มีเลขอะตอมเท่ากบั 16 คือธาตุ S ดงั น้ัน
สัญลกั ษณ์นิวเคลยี ร์ คือ 3216S

4.1 [Ar] 4s2 3d10 4p2

4.2 [Ne] 3s2 3p3

4.3 [Kr] 5s2 4d5

4.4 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

4.5 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d7

4.6 1s2 2s2 2p6 3s2 34