การจัดเรียงอิเล็กตรอนแบบย่อย cr

สำหรับอะตอมที่มีหลายอิเล็กตรอน ระดับพลังงานย่อยที่อยู่ในระดับพลังงานเดียวกันจะมีพลังงานแตกต่างกัน และในแต่ละระดับพลังงานย่อยจะมีจำนวนออร์บิทัลแตกต่างกันดังนี้

ตารางแสดงจำนวนออร์บิทัล และจำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดในแต่ละออร์บิทัล
ระดับพลังงานย่อย จำนวนออร์บิทัล จำนวนอิเล็กตรอนแต่ละออร์บิทัล จำนวนอิเล็กตรอนรวม
s 1 2 2
p 3 2 6
d 5 2 10
f 7 2 14

ตารางแสดงระดับพลังงานย่อย จำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดในระดับพลังงานย่อย และในแต่ละระดับพลังงาน
ระดับพลังงาน ระดับพลังงานย่อย จำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดในแต่ละระดับพลังงานย่อย จำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดในแต่ละระดับพลังงาน
1 s 2 2
2 s 2 8
p 6
3 s 2 18
p 6
d 10
4 S 2 32
.p 6
.d 10
.f 14

หลักการจัดเรียงอิเล็กตรอนลงในออร์บิทัล
1. ใช้หลักการกัดกันของเพาลีที่กล่าวว่า อิเล็กตรอนคู่หนึ่งคู่ใดในออร์บิทัลเดียวกันจะต้องมีสมบัติไม่เหมือนกัน อย่างน้อยต้องมีการหมุนรอบตัวเองไม่เหมือนกัน โดยตัวหนึ่งหมุนตามเข็มนาฬิกา และอีกตัวหนึ่งหมุนทวนเข็มนาฬิกา เพื่อให้ระบุได้ว่าเป็นอิเล็กตรอนตัวใดเมื่ออิเล็กตรอนอยู่ในระดับพลังงาน ระดับพลังงานย่อย และในออร์บิทัลเดียวกัน จึงกำหนดให้บรรจุอิเล็กตรอนลงในออร์บิทัลได้สูงสุด 2 อิเล็กตรอน ให้ แทนออร์บิทัล อิเล็กตรอนเขียนด้วยลูกศร อิเล็กตรอนในออร์บิทัลจึงเขียนแทนได้เป็น หรือ โดยหัวลูกศรแสดงทิศทางการหมุนของอิเล็กตรอน 1 ใน 2 แบบที่เป็นไปได้ ในกรณีที่มีอิเล็กตรอนเต็มออร์บิทัลสามารถเขียนเป็น ถ้าเขียนเป็น หรือ จะไม่สอดคล้องตามหลักการกีดกันของเพาลี
2. การบรรจุอิเล็กตรอนต้องบรรจุลงในออร์บิทัลที่มีพลังงานต่ำสุดและว่างก่อนเสมอ (ตามหลักของเอาฟบาว) คือ 1s 2s 2p 3s . . . ตามลำดับ เพราะจะทำให้พลังงานรวมทั้งหมดมีค่าต่ำสุดและมีความเสถียรที่สุด ในกรณีที่มีหลายออร์บิทัลและแต่ละออร์บิทัลมีพลังงานเท่ากัน เช่น 2p–orbital ซึ่งออร์บิทัลทั้งสามมีพลังงานเท่ากัน ให้บรรจุอิเล็กตรอนในลักษณะที่ทำให้มีอิเล็กตรอนเดี่ยวมากที่สุดเท่าที่จะมากได้ (ตามกฎของฮุนด์) เมื่ออิเล็กตรอนเหลือจึงบรรจุอิเล็กตรอนเป็นคู่เต็มออร์บิทัลนั้น เช่น
 มี 2 อิเล็ตรอนใน 2p–orbital จะบรรจุอิเล็กตรอนได้เป็น
 มี 5 อิเล็ตรอนใน 2p–orbital จะบรรจุอิเล็กตรอนได้เป็น
3. อะตอมของธาตุที่มีการบรรจุอิเล็กตรอนเต็มในทุก ๆ ออร์บิทัลที่มีพลังงานเท่ากันเรียกว่า การบรรจุเต็ม (full filled) ถ้ามีอิเล็กตรอนบรรจุอยู่เพียงครึ่งเดียวเรียกว่า การบรรจุครึ่ง (half filled) การบรรจุเต็มหรือบรรจุครึ่งจะทำให้อะตอมมีความเสถียรมากกว่าการบรรจุแบบอื่น ๆ

1s 2s 2p
การบรรจุเต็ม

การบรรจุครึ่ง
ในกรณีที่มีหลายอิเล็กตรอน การบรรจุอิเล็กตรอนลงในออร์บิทัลต่าง ๆ ตามลำดับพลังงานจากต่ำไปสูงจะเป็นดังนี้

ตารางแสดงการจัดเรียงอิเล็กตรอนเข้าในระดับพลังงานตามลำดับ
ระดับพลังงาน จำนวนระดับพลังงานย่อยหรือออร์บิทัลที่อยู่ในแต่ละระดับพลังงาน

n = 1

n = 2

n = 3

n = 4

n = 5

n = 6

n = 7

สำหรับไฮโดรเจนอะตอมซึ่งมี 1 อิเล็กตรอน เมื่ออะตอมอยู่ในสถานะพื้นอิเล็กตรอนจะอยู่ใน 1s–orbital และฮีเลียมมี 2 อิเล็กตรอน อิเล็กตรอนทั้งหมดจะเข้าไปอยู่ใน 2s–orbitalและบรรจุในลักษณะที่ทำให้อิเล็กตรอนมีทิศทางการหมุนรอบตัวเองแตกต่างกันตามหลักของเพาลี แผนภาพการบรรจุอิเล็กตรอนจึงเป็นดังนี้
1s 2s 2p
H

สำหรับธาตุ 20 ธาตุแรกมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อยและในออร์บิทัลต่าง ๆ ดังตารางต่อไปนี้
ตารางแสดงระดับพลังงานย่อย จำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดในระดับพลังงานย่อย
และในแต่ละระดับพลังงาน ของ 20 ธาตุแรก
เลขอะตอม ธาตุ แผนภาพการจัดเรียงอิเล็กตรอนในออร์บิทัล ระดับพลังงานย่อย
1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d
1 H 1s1

2 He 1s2

3 Li 1s22s1

4 Be 1s22s2

5 B 1s22s22p1

6 C 1s22s22p2

7 N 1s22s22p3

8 O 1s22s22p4

9 F 1s22s22p5

10 Ne 1s22s22p6

11 Na [Ne] 3s1

12 Mg [Ne] 3s2

13 Al [Ne] 3s23p1

14 Si [Ne] 3s23p2

15 P [Ne] 3s23p3

16 S [Ne] 3s23p4

17 Cl [Ne] 3s23p5

18 Ar [Ne] 3s23p6

19 K [Ar] 4s13d0

20 Ca [Ar] 4s23d0

อิเล็กตรอนที่อยู่ในระดับพลังงานสูงสุดหรือชั้นนอกสุดของอะตอมเรียกว่า เวเลนซ์อิเล็กตรอน (valence electron)
การบรรจุอิเล็กตรอนในออร์บิทัลต่าง ๆ ตามลำดับระดับพลังงาน มีบางธาตุที่มีการบรรจุอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อยไม่เป็นไปตามหลักการ เช่น Cr เลขอะตอม 24 มีแผนภาพแสดงการจัดเรียงอิเล็กตรอนในออร์บิทัลต่างๆ ดังนี้

Cr = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5 ไม่ใช่ 4s2 3d4
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5
Cr

และ Cu เลขอะตอม 29 บรรจุอิเล็กตรอนในออร์บิทัลต่าง ๆ ดังนี้
Cu = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d10 ไม่ใช่ 4s2 3d9
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d10
Cu

สรุปการจัดเรียงอิเล็กตรอนแบบครึ่งและแบบเต็ม
การที่บรรจุอิเล็กตรอนของ Cr เป็น 4s1 3d5 โดยมีอิเล็กตรอนใน
3d–orbital เป็น 5 อิเล็กตรอน เป็น การบรรจุแบบครึ่ง (Half–filled electronic configuration) ซึ่งทำให้อะตอมมีความเสถียรกว่าการบรรจุแบบ 4s2 3d4
ส่วน Cu ซึ่งบรรจุอิเล็กตรอนเป็น 4s1 3d10 จะเสถียรกว่าการบรรจุแบบ 4s2 3d9 เพราะ 3d–orbital มีจำนวนอิเล็กตรอนเต็มทุกออร์บิทัล เป็น การบรรจุแบบเต็ม (Full–filled electronic configuration)

http://www.promma.ac.th/main/chemistry/jutamas/lesson/cloud.htm