• หลักของเพาลี (Pauli Exclusion Principle)



• ระดับพลังงานของออร์บิทัลอะตอม



• การจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอม (Electron Configuration)

หลักนี้กล่าวว่าไม่มีอิเล็กตรอนคู่หนึ่งคู่ใดในอะตอมเดียวกัน ที่มีเลขควอนตัมทั้งสี่เหมือนกันทุกประการ

หลักนี้บ่งว่าในแต่ละอะตอมมิกออร์บิทัล เรามีอิเล็กตรอนได้อย่างมากที่สุด 2 ตัว โดยที่แต่ละตัวต้องมีสปินต่างกัน อิเล็กตรอนคู่หนึ่งอาจมี n, l, m_l เหมือนกันหมด (ซึ่งแปลว่าอยู่ในออร์บิทัลเดียวกัน) ได้ตราบเท่าที่เลขควอนตัมสปินต่างกัน

ระดับพลังงานของออร์บิทัลอะตอมจะเพิ่มตามค่า n สำหรับค่า n เดียวกันระดับพลังงานของออร์บิทัลอะตอมจะขึ้นกับค่า l ด้วย

เช่น ถ้า n=3 พลังงานจะเรียงจากน้อยไปมากดังนี้ 3s < 3p < 3d สำหรับออร์บิทัล p จะมี 3 ออร์บิทัล คือ p_x, p_y และ p_z มีระดับพลังงานเท่ากัน ส่วนออร์บิทัล d จะมี 5 ออร์บิทัล คือ d_x² - d_y², d_z², d_xy, d_yz, d_xz มีระดับพลังงานเท่ากัน เรียก ปรากฏการณ์ที่หลายฟังก์ชันคลื่นมีระดับพลังงานเท่ากันว่า degeneracy

เมื่อระดับพลังงานหลักมีค่าเท่ากัน ระดับพลังงานย่อยจะเรียงกันจากน้อยไปมาก คือ s < p < d < f เช่น ในระดับ n=3    3s < 3p < 3d เมื่อ n = 1 และ 2 การเรียงของระดับพลังงานจะเป็นไปตามระดับพลังงานหลัก เมื่อ n มีค่าสูงขึ้นไป (ตั้งแต่ n = 3) จะมีการซ้อนกันของระดับย่อย เช่น 4s มีระดับพลังงานต่ำกว่า 3d และ 5s ต่ำกว่า 4d เป็นต้น เมื่อ n มีค่าสูงขึ้นๆ ความแตกต่างระหว่างพลังงานในระดับย่อยต่างๆ จะยิ่งน้อยลงๆ

ใช้ หลักอาฟบาว (Aufbau principle) ในจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอม ซึ่งสรุปได้ดังนี้

1. ใช้หลักของเพาลี ในการบรรจุอิเล็กตรอน คือ ในแต่ละออร์บิทัลจะบรรจุอิเล็กตรอนได้อย่างมากที่สุด 2 ตัว (มีสปินต่างกัน)
• ใช้เครื่องหมาย แทนอิเล็กตรอนที่มีสปินขึ้น (spin up)
• ใช้เครื่องหมาย แทนอิเล็กตรอนที่มีสปินลง (spin down)
• ใช้เครื่องหมาย แทนอิเล็กตรอนเดี่ยวในออร์บิทัล
• ใช้เครื่องหมาย แทนอิเล็กตรอนคู่ในออร์บิทัล


2. บรรจุอิเล็กตรอนในออร์บิทัลที่มีระดับพลังงานต่ำสุดที่ยังว่างก่อน (เรียงลำดับออร์บิทัลตามลูกศรในรูป) จนครบจำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมดในอะตอมนั้น การจัดเรียงอิเล็กตรอนแบบนี้จะทำให้อะตอมมีสถานะเสถียรที่สุดเพราะพลังงานรวมทั้งหมดของอะตอมมีค่าต่ำสุด



3. การบรรจุอิเล็กตรอนในออร์บิทัลที่มีระดับพลังงานเท่ากันเช่นออร์บิทัล d จะใช้ กฎของฮุนด์ (Hund's rule) คือ"การบรรจุอิเล็กตรอนในออร์บิทัลที่มีระดับพลังงานเท่ากัน จะบรรจุในลักษณะที่ทำให้มีอิเล็กตรอนเดี่ยวมากที่สุด"
4. การบรรจุอิเล็กตรอนที่ทุกๆออร์บิทัล มีระดับพลังงานเป็น degenerate (ระดับพลังงานเท่ากัน) ทุกออร์บิทัลอาจมีอิเล็กตรอนอยู่เต็ม (2 อิเล็กตรอนต่อ 1 ออร์บิทัล) หรือมีอิเล็กตรอนอยู่เพียงครึ่งเดียว (1 อิเล็กตรอนต่อ 1 ออร์บิทัล)

เช่น

Ne : 1s², 2s², 2p⁶

      เรียกว่า การบรรจุเต็ม

N :  1s², 2s², 2p³

      เรียกว่า การบรรจุครึ่ง

โครงแบบอิเล็กตรอนแบบบรรจุเต็มจะเสถียรกว่าแบบบรรจุครึ่งและแบบบรรจุครึ่งก็จะเสถียรกว่าแบบอื่นๆ

เช่น

• 2p⁶เสถียรกว่า 2p³
• 2p³เสถียรกว่า 2p⁴
• 3d¹⁰เสถียรกว่า 3d⁹

ตัวอย่าง ใช้หลักเอาฟบาวเขียนโครงแบบอิเล็กตรอน สำหรับ15p วิธีทำ บรรจุอิเล็กตรอนในออร์บิทัลต่างๆ ตามระดับพลังงานดังนี้                              3p 3s                          2p 2s 1s จากแผนภาพข้างต้นนำมาเขียนโครงแบบอิเล็กตรอนตามระดับพลังงานในออร์บิทัลที่เพิ่มขึ้นได้เป็นดังนี้ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 และทำนองเดียวกันเขียนโครงแบบอิเล็กตรอนใน 18Ar และ 19K ได้ดังนี้ 18Ar    1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 19K    1s2 2s2 2p6 3s2 3p64s1 การเขียนโครงแบบอิเล็กตรอนอาจเขียนย่อให้สั้นลง โดยแยกส่วนที่เป็นโครงแบบของแก๊สมีสกุล (nobel gas) ไว้ในวงเล็บ ดังนี้ 19K    [Ar] 4s  1

---

ตัวอย่าง เขียนโครงแบบอิเล็กตรอนของ 24Cr 1s2 2s2 2p6 3s2 3p64s13d5 หรือเขียนเป็น 1s2 2s2 2p6 3s2 3p63d54s1 สำหรับ29Cu ก็จะมีโครงแบบอิเล็กตรอนเป็น 1s2 2s2 2p6 3s2 3p63d104s1 หรือเขียนเป็น 1s2 2s2 2p6 3s2 3p63d94s2 ทั้งนี้เนื่องจากการจัดเป็น filled configuration จะเสถียรกว่า

ตารางแสดงโครงแบบอิเล็กตรอนของธาตุ

เลขอะตอมมิก	ธาตุ	โครงแบบอิเล็กตรอน
1	H	1s1
2	[He]	1s2
3	Li	[He] 2s1
4	Be	[He] 2s2
5	B	[He] 2s2 2p1
6	C	[He] 2s2 2p2
7	N	[He] 2s2 2p3
8	O	[He] 2s2 2p4
9	F	[He] 2s2 2p5
10	Ne	[He] 2s2 2p6
11	Na	[Ne] 3s1
12	Mg	[Ne] 3s2
13	Al	[Ne] 3s23p1
14	Si	[Ne] 3s2 3p2

การเสียอิเล็กตรอนทำให้อิเล็กตรอนเปลี่ยนไปเป็นไอออนบวก อิเล็กตรอนจะหลุดจากระดับย่อยที่มีพลังงานสูงสุดของระดับซึ่งมีค่า n เป็นค่าสุงสุดของอะตอมนั้น

เช่น ₃₃As มีโครงแบบอิเล็กตรอนเป็น

1s² 2s² 2p⁶ 3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³

เมื่อเสียอิเล็กตรอนไป 3 ตัว จะเป็น As³⁺ อิเล็กตรอนทั้ง 3 ตัว ใน 4p จะหลุดออกไปเหลือโครงแบบอิเล็กตรอนของ As³⁺ เป็น

1s² 2s² 2p⁶ 3s²3p⁶3d¹⁰4s²