ในวิดีโอที่ผ่านมา เราได้เรียนแล้วว่า การจัดเรียนอิเล็กตรอนในอะตอม ไม่ได้เป็นวงโคจรแบบดั้งเดิมง่าย ๆ ที่เคยรู้มา ซึ่งเป็นแบบจำลองของบอร์ ..ผมจะย้ำตรงนี้เสมอนะครับ เพราะผมคิดว่านี่เป็นประเด็นสำคัญ ถ้านี่เป็นนิวเคลียส... มันจะเป็นจุดเล็กมาก ๆ ถ้าคุณนึกถึงปริมาตรของอะตอมจริง ๆ และแทนที่จะมีอิเล็กตรอนโคจรรอบ ๆ แบบดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตย์ แทนที่จะโคจรรอบ ๆ... เราสามารถอธิบายได้โดยออร์บิทัล ซึ่งเป็นฟังก์ชันของความน่าจะเป็น สำหรับออร์บิทัล... ถ้านี่เป็นนิวเคลียสนะครับ บริเวณใด ๆ ในพื้นที่รอบ ๆ นิวเคลียสนี้ก็คือ โอกาสที่จะพบอิเล็กตรอน ดังนั้น จริง ๆ แล้ว ในพื้นที่รอบ ๆ นิวเคลียส มันจะบอกคุณถึงความน่าจะเป็นที่จะ เจออิเล็กตรอนภายในบริเวณดังกล่าว และถ้าคุณมองดูอิเล็กตรอน ณ เวลาใดเวลาหนึ่ง หลาย ๆ ครั้ง สมมติว่า เป็นอิเล็กตรอนใน 1s ออร์บิทัล ซึ่ง 1s ออร์บิทัลมีหน้าตาเป็นแบบนี้นะครับ คุณอาจจะมองไม่เห็น แต่มันจะเป็นทรงกลมรอบ ๆ นิวเคลียส และก็เป็นระดับพลังงานชั้นต่ำที่สุดที่อิเล็กตรอนเข้าไปอยู่ได้ ถ้าคุณมองดูอิเล็กตรอน ณ เวลาใดเวลาหนึ่งหลาย ๆ ครั้ง สมมติว่า ดูอิเล็กตรอนของฮีเลียมนะครับ ซึ่งมีอิเล็กตรอน 2 ตัว ทั้งสองตัวนี้จะอยู่ใน 1s ออร์บิทัล คล้าย ๆ แบบนี้ แต่ถ้ามองดูอิเล็กตรอน ณ เวลาใดเวลาหนึ่งเพียงครั้งเดียว อาจจะเจอมันอยู่ตรงนั้น พอมองดูอีกครั้ง อาจจะเจออิเล็กตรอนดูตรงนั้น แล้วก็ตรงนั้น แล้วก็ตรงนั้น แล้วก็ตรงนั้น และถ้าเรามองดูหลาย ๆ ครั้ง เราก็เจออิเล็กตรอนบ่อยกว่าในบริเวณที่ใกล้กับนิวเคลียส และจะเจออิเล็กตรอนน้อยลง ในบริเวณที่ห่างออกไปจากนิวเคลียส ถ้าคุณออกห่างจากนิวเคลียสไปเรื่อย ๆ เห็นไหมครับ.. คุณมีโอกาสที่จะเจออิเล็กตรอน ที่บริเวณใกล้กับศูนย์กลางของอะตอม ได้มากกว่าบริเวณที่ห่างออกไป แม้ว่าคุณอาจจะสังเกตเห็นอิเล็กตรอน อยู่ทั่วไปตรงนั้น หรือตรงนี้ จริง ๆ แล้ว อิเล็กตรอนอาจจะอยู่ตรงไหนก็ได้ แต่ถ้าคุณสังเกตหลาย ๆ ครั้ง คุณจะเห็นสิ่งที่ฟังก์ชันของความน่าจะเป็นกำลังอธิบายอยู่ นั่นก็คือ โอกาสที่จะเจออิเล็กตรอนบริเวณด้านนอกนี้ มีน้อยกว่าบริเวณด้านในนี้มาก และถ้าคุณมองดูรูปออร์บิทัลเหล่านี้ สมมติว่า เป็นรูปคล้ายกับชั้น คล้ายกับทรงกลม ..ผมจะพยายามทำให้มันดูเป็นรูป 3 มิตินะครับ สมมติว่า นี่คือบริเวณด้านนอก แล้วมีนิวเคลียสอยู่ข้างใน ถ้าเราจะวาดเส้นกั้นเส้นหนึ่ง ตรงบริเวณที่เรามีโอกาสเจออิเล็กตรอนได้ 90% ผมจะมีโอกาสพบอิเล็กตรอนได้ถึง 90% ภายในเขตวงกลมนี้ ถ้าผมผ่ามันออก แต่จริง ๆ แล้ว เราอาจจะเจออิเล็กตรอนด้านนอกนี้ ได้ตลอดเวลา ..ใช่ไหมครับ? เพราะมันเป็นเรื่องของความน่าจะเป็น ดังนั้น เราจะมีโอกาสเจออิเล็กตรอนเสมอ ถ้านี่คือออร์บิทัลที่เรากำลังพูดถึง ใช่ไหมครับ? และถ้าเรา...ในวิดีโอตอนที่แล้ว เราบอกว่า อิเล็กตรอนจะเข้าไปอยู่ในออร์บิทัล จากระดับชั้นพลังงานต่ำสุดก่อน แล้วไล่ไปยังระดับชั้นพลังงานที่สูงกว่า คุณลองจินตนาการดูนะครับ ถ้าเราเล่น Tetris (เกมต่อบล็อก) แต่เอ..ผมไม่ทราบว่า Tetris มีเป็นของเล่นหรือเปล่า แต่ถ้าผมต่อบล็อกไปเรื่อย ๆ ผมจะต้องเติมบล็อกจากชั้นล่างขึ้นมา ถ้านี่เป็นพื้น ผมจะใส่บล็อกแรกลงไปที่ ระดับชั้นพลังงานต่ำที่สุดก่อน แล้วผมก็จะใส่บล็อกที่ 2 ลงไป ที่ระดับชั้นพลังงานชั้นล่างตรงนี้ แต่ผมมีพื้นที่เพียงแค่นั้น ดังนั้น ผมจะใส่บล็อกที่ 3 ลงไป ในระดับชั้นพลังงานที่สูงขึ้นถัดมา ในกรณีนี้ พลังงานที่เราพูดถึงก็คือ พลังงานศักย์ ใช่มั้ยครับ? นี่เป็นเพียงตัวอย่างของนิวโตเนียนฟิสิกส์ สำหรับอิเล็กตรอน ก็ทำนองเดียวกัน เมื่อผมมีอิเล็กตรอน 2 ตัวใน 1s ออร์บิทัลแล้ว เช่น การจัดเรียงอิเล็กตรอนของฮีเลียม เป็น 1s2 ผมจะไม่สามารถใส่อิเล็กตรอนตัวที่ 3 ลงไปตรงนั้นได้อีก เพราะมันมีที่ว่างพอสำหรับอิเล็กตรอน 2 ตัวเท่านั้น วิธีที่ผมคิด..ผมคิดว่า อิเล็กตรอน 2 ตัวนี้ จะผลักอิเล็กตรอนตัวที่ 3 ที่ผมอยากใส่ออกไป ดังนั้น ผมก็ต้องไปที่ 2s ออร์บิทัลแทน และถ้าผมจะวาด 2s ออร์บิทัลบนนี้ คล้าย ๆ แบบนี้นะครับ ตรงนี้ก็จะเป็นบริเวณที่มีโอกาสเจออิเล็กตรอนสูง ในชั้นพลังงานนี้ ชั้นนี้จะอยู่รอบ 1s ออร์บิทัล ใช่ไหมครับ? ดังนั้น ตอนนี้ เรากำลังดูที่ลิเทียมอยู่ ผมมีอิเล็กตรอนเหลืออีก 1 ตัว อิเล็กตรอนที่เหลืออีก 1 ตัวนี้ เราน่าจะเจอมันบริเวณนี้ แต่อย่าลืมนะครับ เราอาจจะเจอมันตรงนั้นเมื่อใดก็ได้ หรืออาจจะเจอตรงนั้น ...ตรงนั้น แต่โอกาสที่เจออิเล็กตรอนนี้มากที่สุดคือ ตรงนี้ ดังนั้น เวลาคุณพูดว่า บริเวณที่เราจะเจออิเล็กตรอนได้ 90% ก็เหมือนกับเส้นชั้นพลังงานที่อยู่รอบศูนย์กลางนี้ จำได้ไหมครับ... ถ้าเป็นรูป 3 มิติ ดังนั้น นี่จะเป็นชั้นพลังงาน ซึ่งเป็นรูปที่วาดไว้ตรงนี้ รูป 1s เป็นชั้นสีแดง และรูป 2s ระดับพลังงานชั้นที่ 2 เป็นสีน้ำเงินอยู่รอบ ๆ ซึ่งคุณจะเห็นแบบนี้ ในระดับพลังงานชั้นที่สูงขึ้น ..ชั้นที่สูงขึ้น ระดับพลังงานชั้นที่ 7 เป็นสีแดงตรงนี้ ถ้าคุณมีสีน้ำเงิน สีแดง และสีน้ำเงิน ..ผมคิดว่า คุณคงพอจะนึกภาพระดับชั้นพลังงานได้แล้วนะครับ เราจะนึกถึงออร์บิทัลล้อมรอบแต่ละชั้น ไปเรื่อย ๆ แต่บางครั้ง คุณอาจจะเห็นแบบนี้ครับ จากหลักการพื้นฐาน จำได้ไหมครับว่า อิเล็กตรอนจะเข้าไปอยู่ในออร์บิทัล จากออร์บิทัลที่มีพลังงานต่ำสุด ไปยังออร์บิทัลที่มีพลังงานสูงกว่า ดังนั้น ออร์บิทัลแรกที่อิเล็กตรอนจะเข้าไปอยู่คือ 1s นี่คือ 1s เราสามารถใส่อิเล็กตรอนเข้าไปได้ 2 ตัว ออร์บิทัลลำดับต่อไปที่อิเล็กตรอนจะเข้าไปอยู่คือ 2s เราสามารถใส่อิเล็กตรอนเข้าไปได้อีก 2 ตัว จากนั้น ลำดับต่อไป จะเริ่มน่าสนใจแล้วครับ คุณสามารถใส่อิเล็กตรอนเข้าไปใน 2p ออร์บิทัล ตรงนี้ครับ 2p ออร์บิทัล เราจะสังเกตเห็นว่า p ออร์บิทัลนั้นมีย่อยลงไปเป็น z, x, y หมายความว่าอะไรครับ? ถ้าเรามองที่ p ออร์บิทัล ซึ่งมีรูปร่างเป็นดัมเบล (ตุ้มน้ำหนัก) มันจะดูแปลกนิดหน่อย แต่ในวิดิโอตอนต่อไป ผมจะแสดงให้คุณดูว่ามันคล้ายกับ คลื่นนิ่ง (standing wave) นะครับ แต่ถ้าคุณมองดูตรงนี้ จะพบว่ามี 3 วิธี ที่คุณสามารถจัดวางดัมเบล แบบแรกคือวางในระนาบ z (ขึ้น และลง) อีกแบบหนึ่งคือในระนาบ x (ซ้าย และขวา) และแบบสุดท้ายคือระนาบ y ...แบบนี้ครับ ไปข้างหน้าและมาข้างหลัง ..ใช่ไหมครับ? และถ้าคุณอยากจะวาด p ออร์บิทัล ซึ่งนี่คือออร์บิทัลที่เราจะใส่อิเล็กตรอนตัวต่อไป ที่จริงแล้ว คุณใส่อิเล็กตรอน 1 ตัวที่นี่ แล้วใส่อีกตัวหนึ่งที่นี่ และอีกตัวหนึ่งที่นี่ แล้วก็ตัวต่อไป ซึ่งเราจะพูดถึงการหมุน (spin) ในคราวหน้านะครับ แต่ตรงนั้น ตรงนั้น และตรงนั้น วิธีการใส่อิเล็กตรอนแบบนี้ เราเรียกว่า กฎของ Hund ไม่แน่นะครับ.. ผมอาจจะทำวิดีโอเกี่ยวกับกฎของ Hund โดยเฉพาะเลย แต่ไม่เกี่ยวกับวิชาเคมีที่จะเรียนกันในปีแรกนะครับ ..ถ้าอิเล็กตรอนเข้าไปอยู่ในออร์บิทัลตามลำดับแบบนี้ ย้ำอีกครั้งนะครับ .. ผมอยากให้คุณเข้าใจว่ามันมีหน้าตาเป็นอย่างไร ดูนะครับ ถ้าคุณอยากจะมองเห็นภาพของ p ออร์บิทัล สมมติว่า เรากำลังมองการจัดเรียงอิเล็กตรอนในธาตุคาร์บอน การจัดเรียงอิเล็กตรอนในธาตุคาร์บอน อิเล็กตรอน 2 ตัวแรกจะเข้าไปที่ 1s1, 1s2 เข้าไปเติมที่ 1s2 การจัดเรียงอิเล็กตรอนของคาร์บอน อิเล็กตรอนจะเข้าไปเติมที่ 1s1 ตามด้วย 1s2 ซึ่งก็เหมือนกับการจัดเรียงอิเล็กตรอนของฮีเลียมนั่นเอง จากนั้น มันก็จะไปที่ระดับพลังงานชั้นที่ 2 ซึ่งก็คือ Period ที่ 2 ใช่ไหมครับ? นี่เป็นสาเหตุว่าทำไมเราจึงเรียกตารางธาตุว่า Periodic table เราจะพูดถึง Period และ Group ในตอนต่อไป ..จากนั้น อิเล็กตรอนจะไปที่นี่ เติมที่ 2s เรากำลังอยู่ใน Period ที่ 2 ตรงนี้นะครับ นี่คือ Period ที่ 2 หนึ่ง สอง ดังนั้น อิเล็กตรอนจะเข้าไปเติมที่นี่ 2 ตัว เป็น 2s2 หลังจากนั้น ก็จะเริ่มเข้าไปเติมใน p ออร์บิทัล โดยเริ่มจาก 1p ตามด้วย 2p เรายังอยู่ในระดับพลังงานชั้นที่ 2 นะครับ ดังนั้น 2s2, 2p2 คำถามก็คือ..ออร์บิทัลตรงนี้มีหน้าตาเป็นอย่างไร? p ออร์บิทัล? ถ้าเรามีอิเล็กตรอน 2 ตัว อิเล็กตรอนตัวหนึ่งจะเข้าไปที่...สมมติว่า ผมวาดแกนระนาบก่อนนะครับ ถ้าผมวาดเป็นรูป 3 มิติ มีแกนระนาบ ถ้าผมทำการสังเกตหลาย ๆ ครั้ง และบอกว่า อิเล็กตรอนตัวหนึ่งอยู่ใน p ออร์บิทัล สมมติว่าเป็น pz มันอาจจะอยู่ตรงนี้ หรือตรงนั้น ...หรือบางทีอาจจะอยู่ตรงนั้น และถ้าคุณเฝ้าสังเกตอีกหลาย ๆ ครั้ง คุณจะเห็นอะไรบางอย่างที่มีรูปร่างคล้ายกับดัมเบล ตรงนี้นะครับ จากนั้น อิเล็กตรอนอีกตัวหนึ่งอาจจะเข้าไปที่ระนาบ x คุณก็ทำการสังเกตอีกหลาย ๆ ครั้ง เดี๋ยวผมจะใช้สีอื่นนะครับ จะได้เห็นความแตกต่าง มันจะออกมาหน้าตาเป็นแบบนี้ คุณทำการสังเกตหลาย ๆ ครั้ง แล้วก็บอกว่า โอ้โฮ... มันยิ่งปรากฏรูปร่างคล้ายกับดัมเบลมากขึ้นเรื่อย ๆ แต่คุณอาจเจออิเล็กตรอนอยู่ข้างนอกนั้น หรือตรงนั้น หรืออาจจะเจอตรงนั้น ตรงนี้..เป็นเพียงบริเวณที่มีโอกาสที่จะเจออิเล็กตรอน มากกว่าด้านนอกเท่านั้นเอง ...เจอข้างในตรงนี้มากกว่าด้านนอกนั้นนะครับ และวิธีที่ดีที่สุดที่ผมคิดว่าจะทำให้คุณเห็นภาพได้ ก็คือสิ่งที่เรากำลังจะทำต่อไปนี้ นี่เรียกว่า การจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอม และวิธีการ...มีหลายวิธีครับ ซึ่งสอนกันในวิชาเคมี แต่ผมอยากจะทำให้ดูแบบนี้... คุณเอาตารางธาตุมาดู และบอกว่า ธาตุใน Groups นี้ ..หมายถึง ธาตุในคอลัมน์นี้ จะมีอิเล็กตรอนเติมในชั้น s (หรือ s ออร์บิทัล) คุณแค่เขียนลงไปตรงนี้ ส่วนธาตุที่อยู่ตรงนี้ อิเล็กตรอนจะเข้าไปเติมที่ p ออร์บิทัล ที่จริงแล้ว ผมต้องเอาฮีเลียมออกไปครับ p ออร์บิทัล เดี๋ยวผมเขียนให้ดูครับ มี p ออร์บิทัล ..อันที่จริง.. คุณควรจะเอาฮีเลียมออกไปอยู่ตรงนั้น ใช่ไหมครับ? ตารางธาตุ เป็นเพียงวิธีการที่จัดธาตุต่าง ๆ ให้เป็นระเบียบ ซึ่งก็ดีครับ .. แต่ถ้าเราจะวาดภาพออร์บิทัล คุณควรจะเอาฮีเลียมออกไป เดี๋ยวผมจะทำให้ดูครับ.. ..ความมหัศจรรย์ของคอมพิวเตอร์ ตัดมันออกมา แล้วก็แปะมันลงตรงนั้น ใช่ไหมครับ? ตอนนี้ คุณได้ฮีเลียมมาแล้ว คุณก็จะได้ 1s และ 2s ดังนั้น การจัดเรียงอิเล็กตรอนของฮีเลียมคือ อ้าว..ขอโทษครับ คุณได้ 1s1 และ 1s2 ต่างหาก เรากำลังอยู่ในระดับพลังงานชั้นแรก ใช่ไหมครับ? ถ้าการจัดเรียงอิเล็กตรอนของไฮโดรเจนเป็น 1s1 คุณมีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวในชั้น s ของระดับพลังงานชั้นแรก การจัดเรียงอิเล็กตรอนของฮีเลียมคือ 1s2 และถ้าคุณเริ่มเติมอิเล็กตรอนในระดับพลังงานชั้นที่ 2 การจัดเรียงอิเล็กตรอนของลิเทียมก็จะเป็น 1s2 นี่คือบริเวณที่อิเล็กตรอน 2 ตัวแรกจะเข้าไปอยู่ จากนั้น ตัวที่ 3 จะเข้าไปที่ 2s1 ...ถูกต้องไหมครับ? ตอนนี้ คุณคงจะเริ่มเห็นรูปแบบ การจัดเรียงอิเล็กตรอนแล้วนะครับ ..ถ้าคุณไปที่ไนโตรเจน โอเคครับ.. มันก็จะมีอิเล็กตรอน 3 ตัวใน p ออร์บิทัล คุณกำลังอยู่ใน Period ที่ 2 ..ใช่ไหมครับ? ดังนั้น นี่คือ 2p3 ..ให้ผมเขียนลงไปก่อนครับ ผมจะเขียนลงไปว่า.... 2p3 นี่คือบริเวณที่อิเล็กตรอน 3 ตัวสุดท้ายไปอยู่..ใน p ออร์บิทัล ส่วนอิเล็กตรอน 2 ตัวนี้จะไปอยู่ใน 2s2 ออร์บิทัล และอิเล็กตรอน 2 ตัวแรกนี้ จะอยู่ในระดับพลังงานชั้นที่ต่ำที่สุด เป็น 1s2 นี่คือ การจัดเรียงอิเล็กตรอนของไนโตรเจนครับ และถ้าต้องการตรวจดูว่าคุณเขียนถูกต้องหรือเปล่า? ให้คุณนับจำนวนอิเล็กตรอนดูครับ ดังนั้น ก็จะเท่ากับ 2 + 4 + 3 = 7 นี่เรากำลังพูดถึงอะตอมที่เป็นกลางเท่านั้นนะครับ คือมีจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากับโปรตอน เลขอะตอมคือ จำนวนโปรตอน ดังนั้น เราเขียนถูกต้องแล้วครับ มี 7 โปรตอน เอาล่ะครับ ถึงตอนนี้ เราได้เห็นการเติมอิเล็กตรอนเข้าไปใน s และ p ออร์บิทัลแล้ว ซึ่งค่อนข้างจะตรงไปตรงมา คราวนี้ ถ้าเราอยากจะเขียนการจัดเรียงอิเล็กตรอนของซิลิคอน ตรงนั้นครับ เรากำลังอยู่ใน Period ที่ 3 หนึ่ง สอง สาม นี่คือแถวที่ 3 และมี p-block อยู่ตรงนี้ ดังนั้น ตรงนี้เป็นแถวที่ 2 ของ p-block ..ใช่ไหมครับ? หนึ่ง สอง สาม สี่ ห้า หก ใช่แล้วครับ เรากำลังอยู่ในแถวที่ 2 ของ p-block เอาล่ะครับ เราจะมาเริ่มที่ 3p2 จากนั้น เรามี 3s2 และจากนั้น เราจะมาเติมอิเล็กตรอนใน p-block ทั้งหมดตรงนี้ ดังนั้น นี่คือ 2p6 และนี่คือ 2s2 และ. แน่นนอนครับ อิเล็กตรอนจะเติมเข้าไปที่ระดับพลังงานชั้นแรก ก่อนที่จะเติมชั้นอื่นนะครับ ดังนั้น 1s2 เราก็จะได้การจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุซิลิคอน และเราสามารถยืนยันได้โดยการนับว่า มีอิเล็กตรอนครบ 14 ตัวหรือไม่ 2 + 2 = 4 จากนั้นบวก 6 เท่ากับ 10 10 + 2 = 12 แล้วบวกอีก 2 เท่ากับ 14 เราทำได้ถูกต้องแล้วครับ สำหรับซิลิคอน ผมคิดว่า เวลาใกล้จะหมดแล้ว ดังนั้น ในวิดีโอตอนต่อไป เราจะมาเริ่มพูดถึงว่า จะเกิดอะไรขึ้นถ้าคุณเขียนการจัดเรียงอิเล็กตรอน ของธาตุเหล่านี้ ใน d-block คุณอาจจะพอเดาได้แล้ว เราจะเริ่มเติมอิเล็กตรอนใน d ออร์บิทัลตรงนี้ ซึ่งเป็นออร์บิทัลที่มีรูปร่างแปลกมากขึ้นไปอีก และผมว่า เพื่อไม่ให้เสียเวลามากนัก ให้คุณลองคิดว่า เมื่อคุณออกห่างออกไปจากนิวเคลียส จะพบว่ามีพื้นที่มากขึ้นระหว่างออร์บิทัลที่มีพลังงานต่ำกว่า ที่จะใส่ออร์บิทัลรูปร่างแปลก ๆ เหล่านี้ได้ แต่นี่เป็นสมดุลอย่างหนึ่ง ผมจะพูดถึงคลื่นนิ่งคราวหน้านะครับ แต่นี่เป็นสมดุลระหว่างความพยายาม ในการเข้าใกล้นิวเคลียสและโปรตอน โปรตอน...ประจุบวกเหล่านี้ เนื่องจากอิเล็กตรอนมีประจุเป็นลบ ซึ่งดึงดูดกับประจุบวก ซึ่งในขณะเดียวกัน มันก็จะพยายามผลักอิเล็กตรอนด้วยกัน ซึ่งมีประจุลบเหมือนกันด้วย เอาละครับ... พบกันใหม่ในวิดิโอตอนต่อไปนะครับ