1
www.pirun.ku.ac.th/~faasptt
อะตอมและอะตอมและโครงสรางอะตอม
ป
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 1
ปต ตรสกลโครงการจดตงสายวชาเคม
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร วทยาเขตกาแพงแสน
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttสสารสสาร = =
คนไทย สสาร
องคประกอบ + สงทยดเหนยว (พนธะ)
คนไทยหมบาน-ชมชนครอบครวคนอวยวะ
สสารกลมสารโมเลกลอะตอมองคประกอบของอะตอม
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน
อวยวะ องคประกอบของอะตอม
2
เสถยร = อยไดอยางอสระ พนธะ ถามแลวไมดขนกอยาม
2
www.pirun.ku.ac.th/~faasptt
อะตอม คอหนวยทเลกทสดของสสารทเสถยรและมสมบตเฉพาะตว
• อะตอมประกอบดวยแกนกลางซงมความหนาแนนสงและอเลกตรอนซงอยดานนอก
• การแยกอะตอมออกเปนหนวยยอย ๆ ไมสามารถทาไดโดยกระบวนการทางเคม
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 3
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttแบบจาลองอะตอมแบบเกาแบบจาลองอะตอมแบบเกา
Dalton model (Billiard Ball)อะตอมแบงแยกไมได แตกตางกนตามชนดของธาต ใ ป
O C
อตราสวนของอะตอมในสารประกอบมคาแนนอน
Thomson model (Plum Pudding)อเลกตรอนฝงอยในกอนประจบวก
Rutherford model (Planetary Model)
+- -
- ---
-
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 4
Rutherford model (Planetary Model)อเลกตรอนเคลอนทรอบนวเคลยสทมประจบวก/ความหนาแนนสง สวนใหญของอะตอมเปนทวาง
+--
-
3
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttองคประกอบของอะตอมองคประกอบของอะตอม
อะตอมประกอบดวยนวเคลยส (แกน) +-
-
+• นวตรอน (n) มวล 1 amu ไมมประจ• โปรตอน (p) มวล 1 amu ประจ +1อเลกตรอน (e) มวล 0.0005 amu ประจ -1
อะตอมตองมจานวน e และ p เทากน (เปนกลางทางไฟฟา)
-
+ +
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 5
p• ถาอะตอมมจานวน e และ p ไมเทากนเรยกวา ไอออน
amu = atomic mass unit ≈1.67377 x 10-24 g
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttอนภาคพนฐานในอะตอมอนภาคพนฐานในอะตอม
อนภาค ประจ มวลau Coulomb amu g
อเลกตรอน -1 1.6 x 10-19 0.00055 9.11x10-28
โปรตอน +1 1.6 x 10-19 1.00728 1.67x10-24
นวตรอน 0 0 1.00866 1.67x10-24
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 6
อเลกตรอนเบากวาโปรตอนหรอนวตรอน ≈1800 เทา
4
www.pirun.ku.ac.th/~faasptt
เลขอะตอม (atomic number) คอจานวนโปรตอน ใชระบวาเปนอะตอมของธาตใด ไ (N lid ) โ ป
ชนดของอะตอมชนดของอะตอม
นวไคลด (Nuclide) คอ ชนดของอะตอมทระบโดยองคประกอบของนวเคลยส (จานวนโปรตอนและนวตรอน)
เลขมวล (mass number) คอผลรวมของจานวนโปรตอนและนวตรอน แสดงมวลของอะตอมอยางหยาบๆ
มวลอะตอม (atomic mass) คอนาหนกจรงของอะตอม(เฉลย)
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 8
มวลอะตอม (atomic mass) คอนาหนกจรงของอะตอม(เฉลย)• เลขอะตอม (atomic number; Z) = p• เลขมวล (mass number; A) = p+n• ประจ (charge; c) = p-e
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttAtomic SymbolAtomic Symbol
สญลกษณธาตเลขมวล ประจ
cA X ±
• Isotope: อะตอมของธาตชนดเดยวกนแตมเลขมวลตางกน
เลขอะตอม ตวยอชอธาต (ขนกบ Z)
cAZ X ±
C126 C13
612 13
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 9
• Isotone: nuclide ทมจานวนนวตรอนเทากน• Isobar: nuclide ทมเลขมวลเทากน
C126 N13
7C13
6 N137
5
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttไอออนของอะตอมไอออนของอะตอม
ไอออนของอะตอม (atomic ion) คออะตอมทมจานวนโปรตอนและอเลกตรอนไมเทากน จะมคาประจเปนบวกหรอลบเปนบวกหรอลบ• ไอออนบวก (cation) มอเลกตรอนนอยกวาโปรตอน เกดเมออะตอมเสยอเลกตรอน ประจเปนบวก
++++ 2326
23 ,,, ZnFeMgLi
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 10
• ไอออนลบ (anion) มอเลกตรอนมากกวาโปรตอน เกดเมออะตอมรบอเลกตรอน ประจเปนลบ
−−−− 28
217 ,,, OSFCl
P=8E=10
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttตารางธาตตารางธาต
boron5
B10.811
จานวนโปรตอน
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 11
6
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttตวอยาง สญลกษณธาตตวอยาง สญลกษณธาต
C126
สญลกษณ p n e A Z c ชอธาต6 6 6 12 6 0 carbonC6
C136
2178
−XN13
7
223
6 7 6 13 6 0 carbon
7 6 7 13 7 0 nitrogen
8 9 10 17 8 -2 oxygen
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 12
223 +Mg22 48 +3
11 +1 sodium
12 11 10 23 12 0 Magnesium
48Fe+3 26 23 26 iron
Na+ - 23 - 11
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttแบบจาลองของอะตอมแบบจาลองของอะตอม
โปรตอนและนวตรอนอยรวมกนทแกนของอะตอมอเลกตรอนอยทไหน ?• อยรอบ ๆ นวเคลยส ?• มตาแหนงทแนนอน ?• อเลกตรอนมหลายตวแตละตวเหมอนกนหรอไม ?• อเลกตรอนเคลอนท เสยพลงงานหรอไม?
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 13
• อเลกตรอนเคลอนท เสยพลงงานหรอไม?
7
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttจดเรมตนของทฤษฎใหมจดเรมตนของทฤษฎใหม
แบบจาลองอะตอมและทฤษฎทางฟสกสแบบเกาไมสามารถอธบายปรากฏการณบางอยางได เชน• การแผรงสของวตถดา (Blackbody Radiation)เมอใหพลงงานกบวตถดา มนจะแผรงสออกมาในทกชวงความถ
• Photoelectric Effect
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 14
คลนแสงมลกษณะเปนกอนพลงงานสามารถกระตนอเลกตรอนใหหลดจากอะตอมได
www.pirun.ku.ac.th/~faasptt
PhotoelectricPhotoelectric
ผลกหน 1 50 ไ
แกสมการคณตศาสตร IQ 70 ไ คนตวเลก 1 คน ผลกหนหนก 50 กก. ได
คนตวใหญ 1 คน ผลกหนหนก 100 กก. ไดคนตวใหญมาก 1 คน ผลกหนหนก 200 กก. ไดคนตวเลก ผลกหน 200 กก. ไดหรอไม ?
เดก IQ 70 บวกลบเลขไดเดก IQ 90 หาอนพนธสมการไดเดก IQ 110 อนทเกรตสมการไดเดก IQ 70 อนทเกรตสมการไดหรอไม ?
• ความถเหมอนกบ iq ความเขมเหมอนจานวนคน
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 15
q• การทาใหอเลกตรอนหลดจากผวโลหะ เหมอนการแกสมการคณตศาสตร ตองใช
คลนแมเหลกไฟฟาทมความถสงพอเทานน ถาความถไมสงพอ ใชความเขมสงเทาใดกทาใหอเลกตรอนหลดไมได
8
www.pirun.ku.ac.th/~faasptt
การแผรงสของวตถดาการแผรงสของวตถดา
ออกกาลงกาย20 ส
วตถคายพลงงาน IR20 นาท อณหภมรางกายสงขน
50 นาท มกลนตว120 นาท มเหงอ
อณหภมตา คาย IRอณหภมสง คาย visibleอณหภมสงมาก คาย UV
• การศกษาเรองการแผรงสของวตถดาคอความพยายามในการทานายวาวตถจะแผ
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 16
รงสอะไรออกมาบางทสภาวะตาง ๆ และแผออกมาในปรมาณมากนอยอยางไร
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttการแผรงสของวตถดาการแผรงสของวตถดา
วตถดา คอวตถทดดกลนคลน EM ไดทกชวงความถ และเมอดดกลนพลงงาน สามารถแผคลน EM ออกมาในทกชวงความถทความเขมตาง ๆ กนขนกบอณหภมของวตถดาทความเขมตาง ๆ กนขนกบอณหภมของวตถดา
ความเขม
6000
5000
4000
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 17
• อธบายไดโดย สมมตฐานของแพลงค วาการแผคลน EM เกดจากการสนของตวสนทความถ พลงงานทแผออกมามคา = hν
พลงงานความยาวคลน
4000
3000
9
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttPhotoelectric EffectPhotoelectric Effect
ไอนสไตนเสนอวาแสงเปนกอนพลงงาน (Photon)• อนภาคแสง 1 โฟตอน ทมความถ ν จะมพลงงาน E = hν
(1 ควอนตม)(1 ควอนตม)• ถาโฟตอนทกระทบกบผวโลหะมพลงงานมากเพยงพอจะทาให
อเลกตรอนหลดจากผวโลหะได (photoelectron)• พลงงานจลนของโฟโตอเลกตรอนขนกบความถของแสงทตก
กระทบLi ht
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 18A
ee−−
Light
vacuum
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttสเปกตรมแสง สเปกตรมแสง ((Spectrum)Spectrum)
แสงทมองเหนประกอบดวยคลนแมเหลกไฟฟาซงอาจมความยาวคลนตาง ๆ กน
ป
Sun light
สเปกตรมตอเนอง: แสงสขาวประกอบไปดวยแสงสมวงจนถงสแดงซงมความยาวคลนตางกน สเปกตรมเสน: (สเปกตรมของอะตอม) แสงทประกอบดวยคลน
H
He
Hg
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 19
แมเหลกไฟฟาความถเฉพาะและไมตอเนองจานวนหนง U
10
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttแบบจาลองของบอรหแบบจาลองของบอรห
(ใชไดดกบระบบทม 1 อเลกตรอน)อเลกตรอนอยในวงโคจรรอบนวเคลยสวงโคจรมไดหลายคา (n) n=1วงโคจรมไดหลายคา (n)• n นอย
พลงงานตาอยใกลกบนวเคลยสแรงดงดดกบนวเคลยสสง
• n มาก
n=2n=3n=4
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 20
พลงงานสงอยไกลจากนวเคลยสแรงดงดดกบนวเคลยสตา
www.pirun.ku.ac.th/~faasptt
วงโคจรท n (n = 1, 2, 3, …)• ระยะหางจากนวเคลยส• พลงงาน 12
22
422
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−=
nheZmE e
nπ
m10529.0 ; 1000
2 −×== aanr
( ) eV1605.13 2 ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛−=
⎠⎝⎦⎣
nHE
nh
n
J106022.1eV 19−×=
seV10136.4sJ10626.6 1534 ⋅×=⋅×= −−h
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 21
อเลกตรอนเปลยนระดบพลงงานได• nมาก → nนอย คายพลงงาน• nนอย → nมาก ดดพลงงาน
ในรปคลนแมเหลกไฟฟา
11
www.pirun.ku.ac.th/~faasptt
สาหรบอะตอมไฮโดรเจนเมอ อเลกตรอนเปลยนระดบพลงงาน จะเกดการดด/คายพลงงาน • พลงงาน
eV 11605.13 22 ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−−=
−=Δ
if
nn
nn
EEEif
+ ดดพลงงาน – คายพลงงาน
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 22
• ความถ1
225 cm 111009737.11 −
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−×==
if nnλν + แผรงส
– ดดกลนรงส
www.pirun.ku.ac.th/~faasptt
สมการหารศมวงโคจรทมระดบพลงงาน n
02anrn = 2 1
r2
สมการสาหรบหาสเปกตรมของ H-atom hrรศมของBo
cm
ma
⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
−×==
=×==
−
−
122
5
100
111009737.11
A 529.010529.0
λν
o
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 23
เมอ if
if
nn
nn
<
⎟⎠
⎜⎝
22λ
12
www.pirun.ku.ac.th/~faasptt
n=4n=5
…
Sun
SpectrumSpectrum
n=2
n=3
พลงงาน Balmer Series
H
He
Hg
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 24
n=1
Lyman Series
Line spectra
g
U
www.pirun.ku.ac.th/~faasptt
ตวอยาง จงคานวณหาความยาวคลนและพลงงานทเกยวของกบการเปลยนระดบพลงงานของอเลกตรอนในไฮโดรเจนเมอ e- ตกจากn = 3 มายง n = 2
m 105611.6cm 105611.625.15241
cm 11
cm25.1524131
211009737.11
75
122
5
−−
−
×=×===
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −×==
νλ
λν
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 25
eV 1.8896
eV 31
21605.1311605.13 2222
−=
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−−=⎟
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−−=−=Δ
ifninf nn
EEE
← คายพลงงาน
13
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttจดกาเนดทฤษฎควอนตมจดกาเนดทฤษฎควอนตม
แบบจาลองของบอรห สามารถใชอธบายสมบตของอะตอมและสเปคตรมของอะตอมทไมซบซอนไดสมมตฐานของเดอ บรอยล (de Brogile) hสมมตฐานของเดอ บรอยล (de Brogile)• สสารมสมบตเปนทงคลนและอนภาคในเวลาเดยวกน • อนภาคทมขนาดเลกจะมสมบตความเปนคลนชดเจนหลกความไมแนนอนของไฮเซนเบรก (Heisenberg)• เราไมสามารถระบตาแหนงและโมเมนตมของ
วตถไดอยางถกตองแนนอนในเวลาเดยวกน
ph
=λ
4hpx ≥ΔΔ
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 26
วตถไดอยางถกตองแนนอนในเวลาเดยวกนแบบจาลองกลศาสตรคลนของชโรดเงอร (Schrödinger) • ใชฟงกชนคลนในการอธบายอนภาคขนาดเลกเชน อเลกตรอน ซงแสดง
สมบตเปนคลนชดเจน
π4
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttแบบจาลองของชโรดงเจอรแบบจาลองของชโรดงเจอร
นวเคลยสมมวลมาก เคลอนทชา รตาแหนงแนนอนอเลกตรอนมขนาดเลก มวลนอย เคลอนทเรว
รวาอยบรเวณไหน แตบอกตาแหนงทแนนอนไมได• รวาอยบรเวณไหน แตบอกตาแหนงทแนนอนไมได• อเลกตรอนประพฤตตวคลายคลน • ใชฟงกชนคลน(ψ)ในการอธบายอเลกตรอนฟงกชนคลนหาไดจากสมการคลน
Ψ=Ψ EH
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 27
สมบตตาง ๆ ของอเลกตรอนอธบายโดยเลขควอนตม 4 ตว • พลงงานของอเลกตรอน• ออรบทล (atomic orbital) บรเวณทพบอเลกตรอนในอะตอม
14
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttเลขควอนตม เลขควอนตม (Quantum number)(Quantum number)
• เลขควอนตมหลก (n ; 1, 2 … ) บอกขนาดออรบทล และระดบพลงงานเลขควอนตมออรบทล (l 0 1 2 1 )• เลขควอนตมออรบทล (l ; 0, 1, 2 … n-1 )บอกรปรางออรบทล และระดบพลงงานยอย
• เลขควอนตมแมเหลก (ml ; 0, ±1; ±2 … ±l )บอกทศทางออรบทล และระดบพลงงานยอยในสนามแมเหลก
• เลขควอนตมสปน (ms ; ±1/2 )
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 28
เลขควอนตมสปน (ms ; ±1/2 )บอกทศทางการหมนรอบตวเองของอเลกตรอน
ออรบทลของอะตอมกาหนดโดย n, l, ml แตละออรบทลมอเลกตรอนไดมากสดเพยง 2 ตว ซงตองม ms ตางกน
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttเลขควอนตมทเปนไปไดเลขควอนตมทเปนไปได
n = 1, 2, 3, 4, 5 …• l = 0, 1, 2, 3, 4 … n-1 orbital
s p d f g …
n 1 2 3 4
ml = -l, -l-1, … 0, … l-1, lms = - ½, +½ ทศทางการหมนของอเลกตรอน
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 29
l 0 0 1 0 1 2 0 1
ml 0 0 -1 0 1 0 -1 0 1 -2 -1 0 1 2 0 -1 0 1 -2
ms±
½±
½±
½±
½±
½±
½±
½±
½±
½±
½±
½±
½±
½±
½±
½±
½±
½±
½±
½
15
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttรปรางของ รปรางของ atomic orbitalatomic orbital
Atomic Orbital บรเวณทจะพบอเลกตรอนรอบ ๆ นวเคลยส รปรางกาหนดโดย l
ขนาดกาหนดโดย n ทศทางกาหนดโดย ml
l = 0
l = 1
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 30
l = 2
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttระดบพลงงานของออรบทลระดบพลงงานของออรบทล
ระบบอเลกตรอนเดยวพลงงานขนกบ n เทานน
ระบบหลายอเลกตรอนพลงงานขนกบ n และ l
2s 2p
3s 3p 3d
Ener
gy 2s2p
3s 3p 3d
l =0 → s
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 31
1s
E
1s
l =1 → p
l =2 → d
l =3 → f
n
16
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttชดของเลขควอนตมทเปนไปไดชดของเลขควอนตมทเปนไปได
n = 3n = 3
l = 0 (s) 1 (p) 2 (d)
ml = 0 -1 0 1 -2 -1 0 1 2
ms= +½, –½
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 32
{3,0,0, +½}, {3,0,0,–½}, {3,1,-1, +½}, {3,1,-1,–½}, {3,1,0, +½}, {3,1,0,–½}, {3,1,1, +½}, {3,1,1,–½}, {3,2,-2, +½}, {3,2,-2,–½}, {3,2,-1, +½}, {3,2,-1,–½}, {3,2,0, +½}, {3,2,0,–½}, {3,2,1, +½}, {3,2,1,–½}, {3,2,2, +½}, {3,2,2,–½}
รวม 9 ออรบทล บรรจได 18 อเลกตรอน
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttชดของเลขควอนตมทเปนไปไดชดของเลขควอนตมทเปนไปได
n = 3 l = 2n = 3
l = 0 (s) 1 (p) 2 (d)
ml = 0 -1 0 1 -2 -1 0 1 2
ms= +½, –½
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 33
{3,0,0, +½}, {3,0,0,–½}, {3,1,-1, +½}, {3,1,-1,–½}, {3,1,0, +½}, {3,1,0,–½}, {3,1,1, +½}, {3,1,1,–½}, {3,2,-2, +½}, {3,2,-2,–½}, {3,2,-1, +½}, {3,2,-1,–½}, {3,2,0, +½}, {3,2,0,–½}, {3,2,1, +½}, {3,2,1,–½}, {3,2,2, +½}, {3,2,2,–½}
รวม 5 ออรบทล บรรจได 10 อเลกตรอน
17
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttชดของเลขควอนตมทเปนไปไดชดของเลขควอนตมทเปนไปได
n = 3 ml = -1n = 3
l = 0 (s) 1 (p) 2 (d)
ml = 0 -1 0 1 -2 -1 0 1 2
ms= +½, –½
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 34
{3,0,0, +½}, {3,0,0,–½},{3,1,-1, +½}, {3,1,-1,–½}, {3,1,0, +½}, {3,1,0,–½}, {3,1,1, +½}, {3,1,1,–½}, {3,2,-2, +½}, {3,2,-2,–½}, {3,2,-1, +½}, {3,2,-1,–½}, {3,2,0, +½}, {3,2,0,–½}, {3,2,1, +½}, {3,2,1,–½}, {3,2,2, +½}, {3,2,2,–½}
รวม 2 ออรบทล บรรจได 4 อเลกตรอน
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttชดของเลขควอนตมทเปนไปไดชดของเลขควอนตมทเปนไปได
n = 2 ml = 2n = 2
l = 0 (s) 1 (p)
ml = 0 -1 0 1
ms= +½, –½
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 35
{3,0,0, +½}, {3,0,0,–½},{3,1,-1, +½}, {3,1,-1,–½}, {3,1,0, +½}, {3,1,0,–½}, {3,1,1, +½}, {3,1,1,–½},
รวม 0 ออรบทล ไมสามารถบรรจอเลกตรอน
18
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttเลขควอนตมทเปนไปไดเลขควอนตมทเปนไปได
{2, 1, -1, ½}n, l, ml, ms
• {3, -1, -1, ½}• {2, 2, 2, ½}• {3, 1, 1, 0}• {4 1 -1 -½}
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 36
• {4, 1, -1, -½}• {1, 2, -3, ½}
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttโครงแบบอเลกตรอน โครงแบบอเลกตรอน ((Electron ConfigurationElectron Configuration))
รปแบบการจดอเลกตรอนของอะตอมใสในออรบทล• หลกของเพาล: อเลกตรอนในอะตอมจะมเลขควอนตมทงสเหมอน
อเลกตรอนตวอนไมได• หลกของเอาฟบาว: ตองบรรจ e– ในออรบทลทมพลงงานตาสดจนเตม
กอนแลวจงบรรจในออรบทลทมพลงงานสงขน• กฎของฮนด: การบรรจ e– ในออรบทลทมพลงงานเทากนตองบรรจใหม
e– เดยวมากทสด (สปนขน)การบรรจเตม > การบรรจครง > แบบอนๆ
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 37
ไอออนบวก บรรจอเลกตรอนใหครบปกต จากนนดงอเลกตรอนออกจากวงนอกสด (n มากสด) ตามจานวนประจบวกไอออนลบ เพมอเลกตรอนแลวบรรจอเลกตรอนตามปกต
19
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttการบรรจอเลกตรอนการบรรจอเลกตรอน
บรรจอเลกตรอนตามจานวนทตองการเตม
4p4d
2s2p
3s3p
3d4s
1s22 e-
โครงแบบอเลกตรอน
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 38
1s1s2 2s2 2p6 3s2 3p4
1s2 2s2 2p2
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
6 e-
16 e-
21 e-
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttระดบพลงงานของออรบทล ระดบพลงงานของออรบทล (หลาย e-)
l=0 l=1 l=2 l=3 l=4n=1 1s 1p 1d 1f 1gp gn=2 2s 2p 2d 2f 2gn=3 3s 3p 3d 3f 3gn=4 4s 4p 4d 4f 4g
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 39
n=5 5s 5p 5d 5f 5g
1 orbital(s)
3 orbitals(px py pz)
5 orbitals(dxy dyx dzx, dx2+y2 ,dZ2)
7 orbitals 9 orbitals
20
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttโครงแบบอเลกตรอนและการบรรจอเลกตรอนโครงแบบอเลกตรอนและการบรรจอเลกตรอน
ใ ↑ ↓
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6
2 10 18 36 54
การบรรจอเลกตรอน ใช __ แทนออรบทล และ ↑ หรอ ↓ แทนe─
1s 2s 2p
โครงแบบอเลกตรอน การบรรจอเลกตรอน
C (6 e-) 1s2 2s2 2p2
O
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 40
O (8 e-) 1s2 2s2 2p4
Mg (12 e-) 1s2 2s2 2p6 3s2
1s 2s 2p
1s 2s 2p 3s
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttตวอยางการเขยนโครงแบบอเลกตรอนตวอยางการเขยนโครงแบบอเลกตรอน
Si = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 = [Ne] 3s2 3p2
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6
2 10 (Ne) 18 (Ar) 36 (Kr) 54 (Xe)
14Si = 1s 2s 2p 3s 3p = [Ne] 3s 3p
14Si3+ = 1s2 2s2 2p6 3s1 3p0 = [Ne] 3s1
22Ti = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d2 = [Ar] 4s2 3d2
22Ti3+ = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s0 3d1 = [Ar] 3d1
C 1 2 2 2 2 6 3 2 3 6 4 2 3d4
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 41
24Cr = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d4
Hund’s rule = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5 = [Ar] 4s1 3d5
16S = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 = [Ne] 3s2 3p4
16S2- = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 = [Ne] 3s2 3p6
d5 บรรจครงเสถยรกวา
21
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttตารางธาตตารางธาต (Periodic Table)(Periodic Table)
ตารางธาตคอรปแบบการจดเรยงธาตตางๆ ตามลาดบของเลขอะตอม(จานวนโปรตอน) ตารางธาตในปจจบนมรากฐานมาอ ตอม(จานวนโปรตอน) ตารางธาตในปจจบนมรากฐานมาจากตารางธาตของ Dmitri Mendeleevธาตทจดเรยงในตารางธาตจะแบงออกเปน• หม (group, colume) มทงหมด 18 หม• คาบ (period, row) มทงหมด 7 คาบ
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 42
*แถวท 8 และ 9 ถกแยกออกมาจากคาบท 6 และ 7 เรยกวาพวกinner transition elements หรอ rare earth elements
ธาตทอยในหมเดยวกนจะมสมบตคลายคลงกน
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttตารางธาตตารางธาต
จานวนโปรตอน
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 43
22
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttหมธาตในตารางธาตหมธาตในตารางธาต
หมของธาต แบงออกเปน 2 กลมกลม A (หม IA – VIIIA) ธาตเรพรเซนเททฟ (Representative)• หม IA (Alkali metal) มความเปนโลหะมากสด • หม IIA (Alkali earth)• หม VIIA (Halogen) มความเปนอโลหะมากทสด• หม VIIIA (Noble gas) เปนแกสเฉอยกลม B (หม IIIB ถง IIB) อยระหวางหม IIA และ IIIA เรมคาบท 4 เปนโลหะทงหมด เรยกวาโลหะทรานซชน (Transition Metal)
ใ
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 45
ธาตท 58-71 (Lantanides) ในคาบท 6 และธาตท 90-103 (Actinides) ในคาบท 7 ถกแยกไวดานลาง รวมเรยกวา inner-transition ซงมสมบตคลายกน และไมมการแบงหม
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttตารางธาตตารางธาตและโครงแบบอเลกตรอนและโครงแบบอเลกตรอน
1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 8A
n=1 1
n=2 2 2
3 3B 4B 5B 6B 7B 8B 8B 8B 1B 2B
3d41s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2
p-block
n=3 3 3B 4B 5B 6B 7B 8B 8B 8B 1B 2B 3
n=4 4 3 4
n=5 5 4 5
n=6 6 5 6
n=7 7 6 7
s d p
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 47
n=6 4
n=7 5
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6
2 4 10 12 18 20 30 36 38 48 54 56 70 80 86
f
23
www.pirun.ku.ac.th/~faasptt
วาเลนซอเลกตรอน: อเลกตรอนวงนอกสด (n มากสด)ของอะตอม มสวนสาคญในการเกดปฏกรยาเคมจานวนวาเลนซอเลกตรอนขนกบหมของอะตอม (A1−A8)
วาเลนซอเลกตรอนวาเลนซอเลกตรอน (Valence Electron)(Valence Electron)
จานวนวาเลนซอเลกตรอนขนกบหมของอะตอม (A1−A8)นยามของวาเลนซอเลกตรอนใชไดดกบอะตอมใน s และ p block เทานน• 11Na = 1s22s22p63s1 = [Ne] 3s1
P 1 22 22 63 23 3 [N ] 3 23 3
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 49
• 15P = 1s22s22p63s23p3 = [Ne] 3s23p3
• 26Fe = 1s22s22p63s23p64s23d6 = [Ar] 4s23d6
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttโครงแบบอเลกตรอนและสมบตของอะตอมโครงแบบอเลกตรอนและสมบตของอะตอม
การจดโครงแบบอเลกตรอนของอะตอมสงผลถงสมบตตางๆของอะตอม เนองจากแรงยดเหนยวระหวางอเลกตรอนและน เ ยส ( ม ส แ ปร บ ข โปร น)นวเคลยส (คา n ทมากทสด และ ประจบวกของโปรตอน)• ขนาดของอะตอมและไอออน• พลงงาน
Ionization energy (IE)Electron affinity (EA)
ประจของโปรตอนเพม
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 50
Electron affinity (EA)• Electron negativity (EN) n เพม
24
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttขนาดของอะตอมขนาดของอะตอม
ขนาดของอะตอม หรอไอออน ขนกบบรเวณทพบอเลกตรอนวงนอกสดหมเดยวกน พจารณาเลขควอนตมหลก (n มาก ขนาดใหญ)คาบเดยวกน (n เทากน) พจารณาจานวนโปรตอน (Z มาก ขนาดเลก ยกเวน
ใ หม 8 มขนาดใหญ)1s2 2s2 2p3
1s2 2s2 2p6 3s2 3p11s2 2s2 2p6 3s2
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 51
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttIonization Energy (IE)Ionization Energy (IE)
IE : พลงงานทตองใชเพอดงอเลกตรอนออกจากอะตอมในสภาวะแกสเพอใหเกดไอออนบวก• IE ตา เสยอเลกตรอนงาย (หมนอย n มาก) Hund’s ruleIE ตา เสยอเลกตรอนงาย (หมนอย n มาก)
1st Ionization EnergyA(g) → A+(g) + e¯
2nd Ionization EnergyA+(g) → A2+(g) + e¯
1s2 2s2 2p4
1s2 2s2 2p3
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 52
25
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttElectron Affinity (EA)Electron Affinity (EA)
EA : พลงงานทคายออกมาเมออะตอมในสภาวะแกสรบอเลกตรอนและกลายเปนไอออนลบ• EA สง รบอเลกตรอนด A → A- (หมมาก* n นอย) Hund’s ruleส รบอ ล รอน → ( มม นอย)
A(g) + e¯ → A¯(g) N : 1s2 2s2 2p3
N− : 1s2 2s2 2p4*ไมรวมหม 8
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 53
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttElectronegativity (EN)Electronegativity (EN)
ความสามารถของอะตอมหรอโมเลกลในการดงดดอเลกตรอนทใชในการสรางพนธะ• EN สง ดงอเลกตรอนด เสยอเลกตรอนยาก (หมมาก* n นอย )EN สง ดงอเลกตรอนด เสยอเลกตรอนยาก (หมมาก n นอย )
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 54
26
www.pirun.ku.ac.th/~faaspttโครงแบบอเลกตรอนและสมบตของอะตอมโครงแบบอเลกตรอนและสมบตของอะตอม
เปรยบเทยบขนาดอะตอมของ F และ Cl• 9F 1s2 2s2 2p5
• 17Cl 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5n มาก ขนาดใหญกวา
17 p pขนาดอะตอม(ไอออน)ของ Ar และ K+ • 18Ar 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
• 19K+ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
คา 1st ionization ของ Na และ K (A→A+)N 1s2 2s2 2p6 3s1 → 1s2 2s2 2p6
n เทากน โปรตอนนอยขนาดใหญกวา
คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร ม.เกษตรศาสตร กาแพงแสน 56
• 11Na 1s2 2s2 2p6 3s1 → 1s2 2s2 2p6
• 19K 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 → 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
คา Electron Affinity ของ Na และ Mg (A→A–)• 11Na 1s2 2s2 2p6 3s1 → 1s2 2s2 2p6 3s2
• 12Mg 1s2 2s2 2p6 3s2 → 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1