จำนวนอิเล็กตรอนในแต่ละระดับพลังงาน ระดับพลังงานหลักและย่อย ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 วิชาเคมี

จำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงาน

เรื่องจำนวนอิเล็กตรอนในแต่ละระดับพลังงาน รวมไปถึงระดับพลังงานหลัก และระดับพลังงานย่อย เป็นเรื่องที่เพื่อน ๆ ต้องเจอในข้อสอบทุกรูปแบบ ทั้งข้อสอบที่โรงเรียน ข้อสอบวิชาสามัญ แถมยังมีโอกาสได้เรียนเรื่องนี้กันอีกในระดับมหาวิทยาลัยด้วย (ถ้าเพื่อน ๆ เลือกเรียนทางวิทยาศาสตร์นะ) สำคัญขนาดนี้ StartDee จึงขอชวนเพื่อน ๆ มาวางพื้นฐานให้แน่น ๆ ด้วยบทเรียนออนไลน์นี้เลย

 

จำนวนอิเล็กตรอนในแต่ละระดับพลังงาน

สรุปแบบง่าย ๆ มาก ๆ จำนวนอิเล็กตรอนในแต่ละระดับพลังงาน จะมีค่าเท่ากับ 2n2 โดย n คือ ระดับพลังงานต่าง ๆ นั่นเอง เอาล่ะ มาดูกันดีกว่าว่าแต่ละระดับพลังงานมีจำนวนอิเล็กตรอนเท่าใด

ระดับพลังงานที่ 1 (n = 1) จะมีจำนวนอิเล็กตรอนได้มากที่สุด 2(1)2 = 2 อิเล็กตรอน
ระดับพลังงานที่ 2 (n = 2) จะมีจำนวนอิเล็กตรอนได้มากที่สุด 2(2)2 = 4 อิเล็กตรอน
ระดับพลังงานที่ 3 (n = 3) จะมีจำนวนอิเล็กตรอนได้มากที่สุด 2(3)2 = 18 อิเล็กตรอน
ระดับพลังงานที่ 4 (n = 4) จะมีจำนวนอิเล็กตรอนได้มากที่สุด 2(4)2 = 32 อิเล็กตรอน

โดยเพื่อน ๆ สามารถดูตัวอย่างจำนวนอิเล็กตรอนของธาตุบางชนิดได้ที่ตารางด้านล่าง 

ธาตุ

เลขอะตอม

จำนวนอิเล็กตรอนในแต่ละระดับพลังงาน

n = 1

n = 2

n = 3

n = 4

He (ฮีเลียม)

2

2

     

Ne (นีออน)

10

2

8

   

Ar (อาร์กอน)

18

2

8

8

 

Kr (คริปทอน)

36

2

8

18

8

 

อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ว่าทุกธาตุจะเป็นไปตามทฤษฎีทั้งหมด ยังมีธาตุบางชนิดที่มีจำนวนอิเล็กตรอนในแต่ละระดับต่างออกไป ยกตัวอย่างเช่น ธาตุโพแทสเซียม (K) ที่ควรจะมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนแบบ 2 8 9 เพราะระดับพลังงานที่ 3 สามารถมีจำนวนอิเล็กตรอนได้สูงสุดถึง 18 อิเล็กตรอน แต่ในความเป็นจริงธาตุโพสแทสเซียมมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนแบบ 2 8 8 1 

อีกตัวอย่างหนึ่งคือ ธาตุแคลเซียม (Ca) ที่เพื่อน ๆ อาจคิดว่าว่ามีการจัดเรียงอิเล็กตรอนแบบ 2 8 10 แต่จริง ๆ แล้วการจัดเรียงอิเล็กตรอนที่ถูกต้องของธาตุแคลเซียมคือ 2 8 8 2

ธาตุ

เลขอะตอม

จำนวนอิเล็กตรอนในแต่ละระดับพลังงาน

n = 1

n = 2

n = 3

n = 4

K (โพแทสเซียม)

19

2

8

8

1

Ne (นีออน)

20

2

8

8

2

 

จะเห็นได้ว่าในระดับพลังงานที่ 3 ของธาตุทั้ง 2 ประเภทนี้ มีจำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดเพียงแค่ 8 อิเล็กตรอนเท่านั้น

เพื่อน ๆ คงสงสัยกันว่า เอ...แล้วทำไมระดับพลังงานที่ 3 ของโพแทสเซียมและแคลเซียม ถึงมีสูงสุดแค่ 8 อิเล็กตรอนเพื่อน ๆ สามารถหาคำตอบได้หลังจากที่เรียนเรื่องการจัดเรียงอิเล็กตรอนในนแอปพลิเคชัน StartDee ลองไปดาวน์โหลดกันดูนะ

Banner-Green-Standard

 

ระดับพลังงานหลัก

จากแบบจำลองอะตอมของโบร์และข้อมูลเกี่ยวกับสเปกตรัมของไฮโดรเจน แสดงให้เห็นว่าอะตอมของไฮโดรเจนมีระดับพลังงานหลักได้หลายระดับ และความแตกต่างระหว่างระดับพลังงานแต่ละระดับที่อยู่ถัดกันไม่เท่ากัน โดยความแตกต่างของระดับพลังงานที่มีพลังงานต่ำมีค่ามาก แสดงว่าระดับพลังงานชั้นในอยู่ห่างกัน ส่วนความแตกต่างของระดับพลังงานที่มีพลังงานสูงมีค่าน้อย แสดงว่าระดับพลังงานชั้นนอกอยู่ชิดกันมากขึ้น ดังรูป

ระดับพลังงานหลัก

ระดับพลังงานย่อย

เมื่อนักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาเกี่ยวกับเส้นสเปกตรัมมากขึ้น ทำให้ทราบว่าเส้นสเปกตรัมของไฮโดรเจนที่เปล่งแสงออกมา และอยู่ในช่วงที่ตามองเห็นได้ จริง ๆ แล้วสเปกตรัมแต่ละเส้นนั้นจะประกอบด้วยเส้นสเปกตรัมย่อย ๆ มากกว่า 1 เส้น นั่นก็ทำให้ทราบว่าในระดับพลังงานหรือ shell ประกอบด้วยพลังงานย่อยหรือ sub-shell อีกหลาย ๆ ระดับพลังงาน


ดังนั้น นอกจากอิเล็กตรอนจะคายพลังงานจากพลังงานหลักซึ่งแทนด้วย n แล้ว ยังสามารถคายพลังงานจากระดับพลังงานย่อยของแต่ละระดับพลังงานหลักได้อีกนั่นเอง

ระดับพลังงานย่อย

นักวิทยาศาสตร์ได้กำหนดระดับพลังงานย่อยของแต่ละระดับพลังงานหลักเป็นตัวอักษร s p d f โดยระดับพลังงานที่ n = 1 จะอยู่ใกล้นิวเคลียสมากที่สุด ซึ่งจะมีพลังงานต่ำที่สุด ต่อมา n = 2 จะมีพลังงานสูงขึ้น และ n = 3 จะมีพลังงานสูงกว่า n = 2 และ n = 4 จะมีพลังงานสูงกว่า n = 3

ระดับพลังงานย่อย-1-2

ที่ระดับพลังงานหลักที่ 1 หรือ n = 1 ประกอบด้วย 1 ระดับพลังงานย่อยคือ s ซึ่งจะถูกเรียกว่า 1s 

ที่ระดับพลังงานหลักที่ 2 หรือ n = 2 ประกอบด้วย 2 ระดับพลังงานย่อยคือ s และ p ซึ่งจะถูกเรียกว่า 2s และ 2p ตามลำดับ

ที่ระดับพลังงานหลักที่ 3 หรือ n = 3 ประกอบด้วย 3 ระดับพลังงานย่อยคือ s, p และ d ซึ่งจะถูกเรียกว่า 3s, 3p และ 3d ตามลำดับ

ที่ระดับพลังงานหลักที่ 4 หรือ n = 4 ประกอบด้วย 4 ระดับพลังงานย่อยคือ s, p, d และ f ซึ่งจะถูกเรียกว่า 4s, 4p, 4d และ 4f ตามลำดับ


และเมื่อระดับพลังงานสูงขึ้น จะเห็นการซ้อนทับของระดับพลังงานย่อย เนื่องจากระยะระหว่างระดับพลังงานที่สูงขึ้นอยู่ชิดกันมากขึ้น และในระดับพลังงานย่อยนี้ อิเล็กตรอนจะอยู่เป็นออร์บิทัล ซึ่งถ้าเพื่อน ๆ สามารถไปเรียนต่อกันได้ที่บทความนี้เลย คลิก

ขอบคุณข้อมูลจาก ธวัลรัตน์ จันทร์ศิริ (ครูดาด้า)

แสดงความคิดเห็น