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