การจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอมตอนที่ 2 (Electron Configurations 2)

การจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุใน d-block

เราลองมาดูกันนะครับว่า
การจัดเรียงอิเล็กตรอนของนิกเกิลเป็นอย่างไร

ตรงนั้นครับ

28 อิเล็กตรอน

เราต้องหาว่าระดับพลังงานชั้นใดและ

ออร์บิทัลใดที่อิเล็กตรอนจะเข้าไปอยู่

28 อิเล็กตรอน

เอาล่ะครับ เราได้เรียนไปแล้วว่าต้องทำอย่างไร

เราเรียกตรงนี้ว่า S block

และจำได้ใช่ไหมครับว่า
ฮีเลียมนั้น จริง ๆ แล้วควรจะอยู่ตรงนี้

ตอนที่เราพูดถึงออร์บิทัลใน S block ไงครับ

นี่คือ d block

นี่คือ p block

เราจะมาเริ่มต้นที่ระดับพลังงานชั้นที่ต่ำที่สุดก่อน

จริง ๆ แล้ว เราจะเริ่มจากต่ำไปสูง หรือสูงมาต่ำก็ได้นะครับ

ถ้าเราเริ่มจากต่ำไปสูง
ขั้นแรก เราจะใส่อิเล็กตรอนลงใน 1s2

จำได้นะครับว่า เรากำลังเรียงอิเล็กตรอนของนิกเกิลอยู่

ดังนั้น เราจะใส่อิเล็กตรอนที่ 1s2 ก่อน
ด้วยอิเล็กตรอน 2 ตัว

จากนั้น ก็จะเป็น 2s2

จำได้ไหมครับว่า เลขสองตัวเล็ก ๆ ข้างบนนี้

หมายความว่าเราใส่อิเล็กตรอน 2 ตัวเข้าไปใน
ชั้นพลังงานนี้

หรือในออร์บิทัล

ที่จริง.. ผมว่าเขียนแต่ละชั้นคนละสีดีกว่า

ดังนั้น 2s2

จากนั้น เราจะเติมที่ 2p6

เราเติมอิเล็กตรอนลงในนี้ให้เต็มทั้งหมดเลย

ดังนั้นจะได้ 2p6

เห็นไหมครับ.. ตอนนี้เราเติมไปแล้วทั้งหมด 10 อิเล็กตรอน

เราเรียงอิเล็กตรอนไปแล้ว 10 ตัว

คุณก็สามารถทำได้นะครับ

ตอนนี้ เราอยู่ที่ชั้นที่ 3

เราจะเติมลงใน 3s2

จำไว้นะครับ เรากำลังจัดเรียงอิเล็กตรอนของนิกเกิล
ดังนั้น เราจะไปที่ 3s2

จากนั้น เราจะเติม p ออร์บิทัลของ
ระดับพลังงานชั้นที่ 3

จะได้ 3p6

ตอนนี้เราอยู่ใน period ที่ 3 ดังนั้นจะได้ 3p6 ตรงนั้น

มีทั้งหมด 6 อิเล็กตรอน

จากนั้นเราจะไปที่ชั้นที่ 4

ผมจะใช้สีเหลืองนะครับ

เราจะได้ 4s2

ตอนนี้เราก็อยู่ใน d-block แล้วครับ

เราจะใส่อิเล็กตรอนตัวที่ 1,2,3,4,5,6,7,8 ลงใน d-block

และเราก็จะได้ d8

แต่มันจะไม่ใช่ 4d8 นะครับ

เราจะย้อนกลับไปเติมอิเล็กตรอนใน d ออร์บิทัลของ
ระดับพลังงานชั้นที่ 3

ดังนั้น จะได้ 3d8

เราก็จะเขียน 3d8 ตรงนี้

เราก็จะได้ลำดับการจัดเรียงอิเล็กตรอน
จากระดับชั้นพลังงานต่ำสุดถึงสูงสุด

แต่สังเกตนะครับว่า อิเล็กตรอนที่อยู่ในระดับชั้นพลังงานสูงสุด

ซึ่งเราใส่เข้าไปในตอนท้าย 8 ตัวนั้น

ทั้ง 8 ตัวนี้เข้าไปอยู่ในระดับพลังงานชั้นที่ 3

ตอนที่คุณใส่อิเล็กตรอนลงใน d-block
คุณต้องเอา Period ลบ 1

ตอนนี้ เราอยู่ใน period ที่ 4 ของตารางธาตุนะครับ

แต่เราจะลบด้วย 1 ใช่ไหมครับ

นั่นคือ 4 ลบด้วย 1

ดังนั้น นี่คือการจัดเรียงตัวของอิเล็กตรอนของนิกเกิล

และแน่นอน ถ้าเรายังจำได้
ถ้าเรายังสนใจเกี่ยวกับเวเลนซ์อิเลกตรอน

ซึ่งก็คืออิเล็กตรอนที่อยู่ชั้นนอกสุด

อยู่ตรงนี้ครับ

นี่คืออิเล็กตรอนที่จะทำปฏิกิริยา

แม้ว่ามันจะอยู่ในระดับพลังงานที่สูงก็ตาม

และมันทำปฏิกิริยาเพราะมันอยู่ห่างที่สุด

หรืออย่างน้อย วิธีที่ผมคิดก็คือ

มันมีโอกาสที่จะอยู่ห่างจากนิวเคลียส

สูงกว่าที่จะอยู่ตรงนี้

ครับ.. มีอีกวิธีหนึ่งในการเขียนการจัดเรียง
อิเล็กตรอนสำหรับนิกเกิล

ซึ่งมักจะใช้สอนกันในห้องเรียน

แม้ว่าผมจะชอบวิธีที่เพิ่งจะสอนไปมากกว่า

เพราะคุณจะได้ดูจากตารางธาตุ
ทำให้คุ้นเคยกับมัน

ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญ
เพราะหลังจากนั้น คุณจะต้องเรียนรู้ว่า

ธาตุแต่ละชนิดทำปฏิกิริยาแตกต่างจากธาตุอื่นอย่างไร

เอาละครับ..นิกเกิลมีอิเล็กตรอน 28 ตัว
คุณก็จะเริ่มทำได้โดย..

ถ้ามันเป็นกลาง

มันมีอิเล็กตรอน 28 ตัว
ซึ่งเท่ากับจำนวนโปรตอน (ซึ่งก็คือเลขอะตอม)

จำได้นะครับ เลข 28 นี้ก็บอกถึงจำนวนโปรตอนด้วย

นี่คือจำนวนโปรตอน

เราสมมติว่ามันเป็นกลาง

ดังนั้น ก็จะมีจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากับโปรตอน

บางครั้งก็ไม่เป็นแบบนี้เสมอไปนะครับ

แต่เวลาเราเขียนการจัดเรียงอิเล็กตรอน
ก็ให้คิดแบบนี้ไปก่อน

ดังนั้น ถ้าเราบอกว่านิกเกิลมีเลขอะตอมเท่ากับ 28

เราสามารถเขียนการจัดเรียงอิเล็กตรอนด้วยวิธีนี้
ได้เช่นกัน

เราจะเขียนชั้นพลังงานก่อน

หนึ่ง สอง สาม สี่

แล้วเขียน s, p, d ข้างบนนี้

เราจะยังไม่ไปถึง f นะครับ

แต่ถ้าอยากเขียนต่อไปเรื่อย ๆ
ก็จะเป็น f, g และ h

จะเกิดอะไรขึ้น ถ้าคุณใส่อิเล็กตรอน
เข้าไปตรงนี้เป็นอันดับแรก

แล้วต่อด้วยตรงนี้ และตรงนี้

จากนั้นตรงนี้ แล้วก็ตรงนี้

ผมจะวาดรูปให้ดูนะครับ

ดังนั้น สิ่งที่คุณทำก็คือ..
นี่คือชั้นพลังงาน หรือ period นั่นเอง

นี่คือชั้นพลังงานที่มีอยู่ เป็นสีเขียว

ที่ผมวาดอยู่นี้ไม่ใช่ลำดับที่คุณจะใส่อิเล็กตรอนนะครับ

แต่เป็นระดับชั้นพลังงานที่มันมีอยู่
ดังนั้น ก็จะมีชั้น 3d ด้วย

แต่ไม่มี 3f

จะมีชั้น 4f

ผมจะวาดเส้นตรงนี้

จะได้ดูเรียบร้อยขึ้นหน่อยครับ

วิธีการที่คุณใส่อิเล็กตรอนลงไป
ให้ขีดเส้นแบบนี้นะครับ

ขั้นแรก คุณใส่อิเล็กตรอนลงในชั้น s
แบบนั้น..

จากนั้น คุณก็ใส่อิเล็กตรอนตัวนี้ แบบนั้น

แล้วขีดเส้นเฉียง ๆ แบบนี้

คุณรู้แล้วว่า ชั้น s จะมีอิเล็กตรอนได้ 2 ตัวเท่านั้น

แล้วก็ 6 ตัวในชั้น p
และสำหรับกรณีนี้ อิเล็กตรอน 10 ตัวจะอยู่ในชั้น d

ส่วนชั้น f เราค่อยมากังวลกับมันทีหลังนะครับ

แต่ถ้าคุณดูที่ f-block บนตารางธาตุ

คุณจะรู้ว่าจะมีอิเล็กตรอนในชั้น f กี่ตัว

ครับ..คุณใส่อิเล็กตรอนลงไปแบบนั้นนะครับ

ดังนั้น ตอนแรก.. โอเค..
นิกเกิลมีอิเล็กตรอน 28 ตัว

ดังนั้น ผมจะใส่ตรงนี้ก่อน

จะได้ 1s2

จากนั้น เนื่องจากไม่มี 1p
ผมจะไปที่ 2s2

เดี๋ยวผมจะเขียนด้วยอีกสีหนึ่งนะครับ

แล้วก็ไปที่นี่ ได้ 2s2

ตรงนั้น

จากนั้น ผมจะขึ้นไปตามเส้นเฉียง ๆ นี้
แล้วจะกลับลงมา

จะได้ 2p6

คุณต้องคอยนับด้วยนะครับว่า
ได้ใส่อิเล็กตรอนเข้าไปกี่ตัวแล้ว

ตอนนี้ เราได้ 10 ตัวแล้วครับ

ซึ่งเราเพิ่งใส่ข้างบนนี้หมดไป

จากนั้น ลูกศรบอกเราว่าให้ลงมาที่นี่

ดังนั้น เราจะเติมอิเล็กตรอนในระดับพลังงานชั้นที่ 3

จะได้ 3s2

แล้วจะไปไหนต่อดีครับ?

3s2

ถ้าเราไปตามลูกศร

เราจะเริ่มตรงนั้น แต่ตรงนั้นไม่มีอะไร

แต่มีบางอย่างตรงนี้

ดังนั้น เราจะไปที่ 3p6

ต่อไปที่เราจะเติมคือ 4s2 นะครับ

และจากนั้น เราจะใส่อิเล็กตรอนที่ไหนต่อครับ?

เราจะต้องกลับไปที่ด้านบน

เรากลับมาที่นี่ แล้วเติมลงใน 3d

ตอนนี้ เรามีอิเล็กตรอนเหลืออีกกี่ตัวครับ?

เราจะใส่อิเล็กตรอนลงใน 3d

ตอนนี้ เราใส่อิเล็กตรอนไปกี่ตัวแล้วเอ่ย?

2 + 2 = 4

4 + 6 = 10

10 + 2 = 12

18

20

เราใส่ไปแล้ว 20 ตัว
ดังนั้น เรามีอิเล็กตรอนเหลืออีก 8 ตัว

และทั้ง 8 ตัวก็ใส่ในชั้น 3d ได้หมด
ดังนั้น เราจะได้ 3d8

เห็นไหมครับว่าคุณจะได้คำตอบเหมือนกับ
ที่เราได้ทำมาแล้ว

เอาล่ะครับ ผมชอบวิธีแรก
เพราะคุณจะได้ดูตารางธาตุตลอดเวลา

จะได้เข้าไปในสมองโดยอัตโนมัติ
ว่าธาตุต่าง ๆ อยู่ตรงไหนบ้าง

คุณจะได้ไม่ต้องมานั่งท่องจำนะครับ

โอเค.. ผมได้ใส่อิเล็กตรอนลงไปหมดแล้วใช่ไหมครับ?

ถ้าเป็นวิธีนี้ ผมใช้ไปสอง แล้วใช้อีกสอง

คุณต้องวาดตารางให้สวย ๆ แบบนี้นะครับ

นี่คุณเพียงแค่ใช้ตารางธาตุ

ที่สำคัญก็คือ คุณสามารถใส่อิเล็กตรอน
กลับด้าน จากชั้นพลังงานสูงไปต่ำได้ด้วย

แต่ถ้าเป็นวิธีนี้
คุณไม่มีทางที่จะแค่จ้องดูแล้วบอกว่า

โอเค.. อิเล็กตรอนที่มีพลังงานสูงสุดคือ
อิเล็กตรอนที่อยู่ใน 3d8

และระดับพลังงานชั้นสูงสุดคือ 4s2

ไม่มีทางที่คุณจะทำได้โดยไม่
ทำตรงนี้มาก่อน

เมื่อคุณใช้วิธีนี้ (ดูจากตารางธาตุ)

คุณสามารถบอกได้ทันทีว่า
ถ้าผมจะจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุ Zr ...ตรงนี้

ผมสามารถทำได้โดยการเขียนการจัดเรียงอิเล็กตรอน
ทั้งหมด

แต่โดยทั่วไป เฉพาะชั้นพลังงานสูงสุด
หรืออิเล็กตรอนที่มีพลังงานสูงสุดเท่านั้น

ที่มีความสำคัญมากที่สุด

ดังนั้น คุณสามารถบอกได้เลยว่า
โอเค.. ผมจะเติมลงใน 2d ตรงนี้

แต่อย่าลืมนะครับ ชั้น d ...
คุณจะต้องใส่อิเล็กตรอนในชั้นพลังงานที่ต่ำลงมาชั้นหนึ่ง

ดังนั้น จะได้ 4d2

ถูกต้องไหมครับ?

เพราะ period เท่ากับ 5

ดังนั้น จะได้ 4d2

จากนั้น ก่อนหน้านั้น

ก็จะเป็น 5s2

แล้วก็ย้อนกลับไปแบบนี้

คุณก็จะได้ 4p6

จากนั้น ก่อนหน้า 4p6
คุณจะมีอิเล็กตรอน 10 ตัว

ในชั้น d ตรงนี้

แต่นั่นอะไรครับ?

มันอยู่ใน period ที่ 4 แต่เป็น d ออร์บิทัล
คุณต้องลบออก 1

ดังนั้น จะได้ 3d10

ได้ 3d10

จากนั้น จะใส่ลงใน 4s2

นี่เริ่มจะยุ่งแล้วครับ...

ให้ผมเขียนลงไปดีกว่า

คุณจะได้ 4d2

และอิเล็กตรอนอีก 2 ตัว

คุณจะได้ 5s2

จากนั้น จะได้ 4p6

ตรงนี้

แล้วก็ได้ 3d10

จำได้นะครับ...4 - 1
ดังนั้น จะได้ 3d10

แล้วก็ใส่ 4s2

จากนั้น คุณก็แค่ทำย้อนหลังกลับไปแบบนี้

ข้อดีของการทำย้อนกลับแบบนี้คือ

คุณจะรู้ได้ทันทีว่า อิเล็กตรอนใดที่อยู่ในระดับพลังงาน
ชั้นสูงที่สุด

ซึ่งผมมี 5 อิเล็กตรอนที่ระดับพลังงานชั้นสูงที่สุด

และ 2 ตัวนี้ ที่ผมจะใส่ลงไปตรงนั้น

นั่นเป็นอิเล็กตรอนที่อยู่ในระดับพลังงานชั้นที่สูงที่สุด

แต่ไม่ใช่อิเล็กตรอนที่มีพลังงานมากที่สุดนะครับ

แต่เป็นอิเล็กตรอนที่มีโอกาสมากที่สุด

ที่จะอยู่ใกล้ที่สุดจากนิวเคลียส

ดังนั้น นี่คืออิเล็กตรอนที่จะไปทำปฏิกิริยากับสารอื่น

และนี่คืออิเล็กตรอนที่มีความสำคัญมากที่สุดในทางเคมี

มีอีกนิดนึงครับ

เรามักจะคิดว่าอิเล็กตรอนที่เราใส่ลงไปในออร์บิทัลเหล่านี้

มันจะคงอยู่ตรงนี้

จริง ๆ แล้ว นับตั้งแต่เมื่อคุณใส่อิเล็กตรอนลงไป

มันจะไม่อยู่นิ่ง ๆ เรียบร้อย

แต่มันจะกระโดดไปมาระหว่างออร์บิทัล และผสมกัน

และทำอะไรบ้า ๆ บอ ๆ
โดยที่เราอาจไม่สามารถเดาได้

แต่วิธีนี้ก็ช่วยทำให้เราเข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นกับอิเล็กตรอน

ส่วนใหญ่ อิเล็กตรอนจะมีแนวโน้มที่จะเกิดปฏิกิริยา

แต่ประเด็นหลักตรงนี้ คือเพื่อต้องการจะสอนให้คุณ
รู้ว่าจะจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอมได้อย่างไร

เพราะว่ามันจะมีประโยชน์มากในภายหลัง

ในการอธิบายว่าสารต่าง ๆ ทำปฏิกิริยากันอย่างไร

และประโยชน์อีกอย่างหนึ่งคือ
ทำให้รู้ว่าอิเล็กตรอนใดอยู่ในระดับพลังงานชั้นนอกสุด

หรืออิเล็กตรอนใดเป็นเวเลนซ์อิเล็กตรอนนั่นเอง