เครื่องคำนวณการจัดเรียงอิเล็กตรอน | ธาตุทั้ง 1-118

เครื่องคำนวณการจัดเรียงอิเล็กตรอนคืออะไร?

เครื่องคำนวณการจัดเรียงอิเล็กตรอนจะค้นหาว่าอิเล็กตรอนในอะตอมจัดเรียงอยู่ในออร์บิทัลต่าง ๆ อย่างไร ออร์บิทัลคือบริเวณรอบนิวเคลียสที่มีโอกาสพบอิเล็กตรอน ป้อนเลขอะตอมตั้งแต่ 1 ถึง 118 แล้วเลือกรูปแบบสัญกรณ์ เครื่องคำนวณจะแสดงการจัดเรียงอิเล็กตรอนแบบเต็มหรือแบบก๊าซมีตระกูล (แบบย่อ) พร้อมชื่อธาตุ สัญลักษณ์ธาตุ และแผนภาพการเติมออร์บิทัล

การจัดเรียงอิเล็กตรอนคืออะไร?

การจัดเรียงอิเล็กตรอนคือรหัสสั้น ๆ ที่แสดงจำนวนอิเล็กตรอนในแต่ละซับเชลล์ของอะตอม เขียนเป็นชุดป้ายกำกับ เช่น 1s, 2s และ 2p โดยมีตัวเลขยกกำลังขนาดเล็กตามหลังแต่ละป้ายกำกับ ป้ายกำกับระบุระดับพลังงานและรูปร่างของซับเชลล์ ส่วนเลขยกกำลังระบุจำนวนอิเล็กตรอนในซับเชลล์นั้น ตัวอย่างเช่น การจัดเรียงอิเล็กตรอนของคาร์บอนคือ 1s² 2s² 2p² ซึ่งหมายถึงมีอิเล็กตรอนสองตัวในซับเชลล์ 1s สองตัวใน 2s และสองตัวใน 2p

มีกฎสามข้อกำหนดวิธีที่อิเล็กตรอนเติมซับเชลล์เหล่านี้:

• หลักการเอาฟ์เบาอ์: อิเล็กตรอนจะเติมซับเชลล์ที่มีพลังงานต่ำที่สุดก่อน แล้วจึงไปยังซับเชลล์ที่มีพลังงานสูงกว่า
• หลักการกีดกันของเพาลี: แต่ละออร์บิทัลมีอิเล็กตรอนได้ไม่เกินสองตัว และอิเล็กตรอนทั้งสองต้องมีสปินในทิศทางตรงข้ามกัน
• กฎของฮุนด์: เมื่อออร์บิทัลหลายออร์บิทัลในซับเชลล์มีพลังงานเท่ากัน เช่น ออร์บิทัล p ทั้งสาม อิเล็กตรอนจะเติมออร์บิทัลละหนึ่งตัวก่อนที่ออร์บิทัลใดจะได้รับอิเล็กตรอนตัวที่สอง

ลำดับการเติมซับเชลล์จากพลังงานต่ำไปสูงคือ:

11s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p
2

โปรดสังเกตว่า 4s เติมก่อน 3d แม้ว่า "3" จะต่ำกว่า "4" นี่เป็นส่วนหนึ่งของรูปแบบที่เข้าใจได้ยากกว่า และเป็นเหตุผลที่ลำดับข้างต้น ไม่ใช่เพียงหมายเลขเชลล์ จะเป็นตัวกำหนดลำดับ

สูตรการจัดเรียงอิเล็กตรอน: วิธีคำนวณ

หากต้องการสร้างการจัดเรียงอิเล็กตรอนด้วยตนเอง ให้ทำตามลำดับการเติมข้างต้นและใส่อิเล็กตรอนลงในแต่ละซับเชลล์จนกว่าอิเล็กตรอนจะหมด ซับเชลล์แต่ละชนิดมีจำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดที่แน่นอน:

ขั้นตอน:

1. หาเลขอะตอมของธาตุ เลขนี้เท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนในอะตอมที่เป็นกลาง
2. ดำเนินตามลำดับการเติม (1s, 2s, 2p, 3s, ...) และเติมแต่ละซับเชลล์ให้เต็มความจุก่อนย้ายไปยังซับเชลล์ถัดไป
3. หยุดเมื่อใส่อิเล็กตรอนครบทุกตัวแล้ว ซับเชลล์สุดท้ายอาจมีอิเล็กตรอนไม่เต็มความจุ

ตัวอย่างการคำนวณ: โซเดียม (Na, เลขอะตอม 11)

โซเดียมมีอิเล็กตรอน 11 ตัว เติมตามลำดับ: 1s รองรับได้ 2 ตัว, 2s รองรับได้ 2 ตัว, 2p รองรับได้ 6 ตัว (รวมสะสม: 10 ตัว) จึงเหลืออิเล็กตรอน 1 ตัวสำหรับ 3s

สัญกรณ์แบบเต็ม: 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

สัญกรณ์ของก๊าซมีตระกูล

สัญกรณ์แบบก๊าซมีตระกูลย่อการจัดเรียงอิเล็กตรอนโดยแทนที่เชลล์ชั้นในที่เติมเต็มแล้วด้วยสัญลักษณ์ของก๊าซมีตระกูลที่มีน้ำหนักเบากว่าซึ่งอยู่ใกล้ที่สุดในวงเล็บ ก๊าซมีตระกูลหกชนิดที่ใช้เป็นจุดอ้างอิง ได้แก่ ฮีเลียม (2), นีออน (10), อาร์กอน (18), คริปทอน (36), ซีนอน (54) และเรดอน (86)

อิเล็กตรอนสิบตัวแรกของโซเดียม คือ 1s² 2s² 2p⁶ ตรงกับการจัดเรียงอิเล็กตรอนแบบเต็มของนีออนทุกประการ ดังนั้นโซเดียมจึงเขียนได้ว่า:

[Ne] 3s¹

สัญกรณ์แบบย่อนี้ใช้กันทั่วไปกับอะตอมขนาดใหญ่ ซึ่งหากเขียนแบบเต็มอาจมีพจน์มากกว่าสิบหรือสิบสองพจน์

ตัวอย่างการคำนวณเพิ่มเติม

ข้อยกเว้นของหลักการเอาฟ์เบาอ์

ธาตุบางชนิดไม่ได้เป็นไปตามลำดับการเติมอย่างเคร่งครัด ซับเชลล์ที่มีอิเล็กตรอนครึ่งหนึ่งหรือเต็มพอดีจะเสถียรกว่าการจัดเรียงที่หลักการเอาฟ์เบาอ์คาดการณ์ไว้เล็กน้อย ในกรณีส่วนใหญ่ อิเล็กตรอนหนึ่งตัวจะย้ายจากซับเชลล์ s ชั้นนอกไปยังซับเชลล์ d ที่อยู่ต่ำกว่า ในธาตุบางชนิด เช่น แลนทานัมและแอกทิเนียม อิเล็กตรอนจะเข้าไปอยู่ในซับเชลล์ d แทนที่จะเริ่มเติมซับเชลล์ f

เครื่องคำนวณจัดเก็บการจัดเรียงสถานะพื้นฐานที่วัดได้ของธาตุ 20 ชนิดดังกล่าว และใช้ค่านี้แทนค่าที่หลักการเอาฟ์เบาอ์คาดการณ์ไว้ ได้แก่ โครเมียม (24), ทองแดง (29), ไนโอเบียม (41), โมลิบดีนัม (42), รูทีเนียม (44), โรเดียม (45), แพลเลเดียม (46), เงิน (47), แลนทานัม (57), ซีเรียม (58), แกโดลิเนียม (64), แพลทินัม (78), ทองคำ (79), แอกทิเนียม (89), ทอเรียม (90), โพรแทกทิเนียม (91), ยูเรเนียม (92), เนปทูเนียม (93), คูเรียม (96) และลอว์เรนเซียม (103) ธาตุอื่นทุกชนิดตั้งแต่ 1 ถึง 118 เป็นไปตามลำดับการเติมปกติ

วิธีใช้เครื่องคำนวณการจัดเรียงอิเล็กตรอน

1. ป้อนเลขอะตอมระหว่าง 1 ถึง 118
2. เลือกสัญกรณ์แบบก๊าซมีตระกูลหรือสัญกรณ์แบบเต็ม
3. อ่านชื่อธาตุ สัญลักษณ์ การจัดเรียงอิเล็กตรอน และแผนภาพการเติมออร์บิทัล
4. คัดลอกผลลัพธ์ด้วยปุ่มคัดลอก

เหตุใดการจัดเรียงอิเล็กตรอนจึงสำคัญ

การจัดเรียงอิเล็กตรอนของอะตอม โดยเฉพาะการจัดเรียงอิเล็กตรอนชั้นนอกสุด (อิเล็กตรอนเวเลนซ์) เป็นตัวกำหนดหลักว่าอะตอมจะสร้างพันธะกับอะตอมอื่นอย่างไร ธาตุในคอลัมน์เดียวกันของตารางธาตุมีการจัดเรียงเวเลนซ์คล้ายกัน จึงมีพฤติกรรมทางเคมีคล้ายกัน นักเคมีใช้การจัดเรียงอิเล็กตรอนเพื่อคาดการณ์เลขออกซิเดชัน ชนิดพันธะ และความว่องไวต่อปฏิกิริยา นักฟิสิกส์ใช้การจัดเรียงนี้เพื่ออธิบายสเปกตรัมอะตอม หรือสีเฉพาะของแสงที่ธาตุดูดกลืนหรือปล่อยออกมา การจัดเรียงอิเล็กตรอนยังเป็นพื้นฐานของสัญกรณ์เลขควอนตัม ซึ่งใช้ตัวเลขสี่ตัว (n, l, mₗ, mₛ) อธิบายระดับพลังงาน รูปร่างซับเชลล์ แนวการวางตัวของออร์บิทัล และสปินของอิเล็กตรอน

คำถามที่พบบ่อย

การจัดเรียงอิเล็กตรอนคืออะไร การจัดเรียงอิเล็กตรอนคือการจัดเรียงอิเล็กตรอนในซับเชลล์ต่าง ๆ ของอะตอม เขียนเป็นลำดับเช่น 1s² 2s² 2p⁶ โดยเป็นไปตามหลักการเอาฟ์เบาอ์ หลักการกีดกันของเพาลี และกฎของฮุนด์

เขียนการจัดเรียงอิเล็กตรอนได้อย่างไร ระบุซับเชลล์ที่มีอิเล็กตรอนแต่ละซับเชลล์ตามลำดับการเติม พร้อมเลขยกกำลังที่แสดงจำนวนอิเล็กตรอน คาร์บอน (เลขอะตอม 6) เขียนเป็น 1s² 2s² 2p²

สัญกรณ์แบบก๊าซมีตระกูลคืออะไร เป็นสัญกรณ์แบบย่อที่แทนอิเล็กตรอนซึ่งตรงกับการจัดเรียงอิเล็กตรอนแบบเต็มของก๊าซมีตระกูลด้วยสัญลักษณ์ของก๊าซนั้นในวงเล็บ ตามด้วยอิเล็กตรอนที่เหลือ โซเดียมเขียนเป็น [Ne] 3s¹ แทนที่จะเป็น 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

เหตุใดโครเมียมและทองแดงจึงไม่เป็นไปตามรูปแบบการเติมปกติ ซับเชลล์ d ที่มีอิเล็กตรอนครึ่งหนึ่งหรือเต็มพอดีมีเสถียรภาพมากกว่าการจัดเรียงที่ลำดับเอาฟ์เบาอ์คาดการณ์ไว้ ดังนั้นอิเล็กตรอนใน 4s หนึ่งตัวจึงย้ายไปยังซับเชลล์ 3d โครเมียมจึงมีการจัดเรียงเป็น [Ar] 4s¹ 3d⁵ ส่วนทองแดงเป็น [Ar] 4s¹ 3d¹⁰ แพลเลเดียมมีการเปลี่ยนแปลงมากกว่านั้น โดยทำให้ซับเชลล์ 5s ว่างทั้งหมด จึงได้ [Kr] 4d¹⁰

ซับเชลล์หนึ่งมีอิเล็กตรอนได้กี่ตัว ซับเชลล์ s มีได้สูงสุด 2 ตัว, p 6 ตัว, d 10 ตัว และ f 14 ตัว

อิเล็กตรอนเวเลนซ์เกี่ยวข้องกับตารางธาตุอย่างไร อิเล็กตรอนเวเลนซ์คืออิเล็กตรอนในเชลล์ชั้นนอกสุด สำหรับธาตุหมู่หลัก จำนวนอิเล็กตรอนเวเลนซ์มักตรงกับเลขหมู่ของธาตุ จึงเป็นเหตุให้ธาตุในหมู่เดียวกันเกิดปฏิกิริยาในลักษณะคล้ายกัน