การจัดเรียงอิเล็กตรอน คือ การเรียงลำดับอิเล็กตรอนในอะตอมตามระดับพลังงาน (n) และออบิทัล (l) โดยอิเล็กตรอนจะเรียงลำดับตามหลักเกณฑ์ดังนี้
- หลัก Aufbau อิเล็กตรอนจะเรียงลำดับตามระดับพลังงานจากน้อยไปมาก โดยเริ่มจากระดับพลังงานที่ต่ำที่สุดคือ n = 1
- หลัก Pauli ออร์บิทัลแต่ละแบบสามารถรองรับอิเล็กตรอนได้สูงสุด 2 ตัว โดยอิเล็กตรอนแต่ละตัวจะมีสปินสวนทางกัน
- หลัก Hund เมื่อออร์บิทัลมีพลังงานเท่ากัน อิเล็กตรอนจะเรียงลำดับโดยให้อิเล็กตรอนมีสปินขึ้นก่อนสปินลง
การจัดเรียงอิเล็กตรอนสามารถเขียนเป็นสูตรได้ดังนี้
1 | [n]l(n-l)l(n-2l)l... |
โดย [n] คือระดับพลังงาน
l คือค่าควอนตัมย่อย
ตัวอย่างการจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุคาร์บอน (C) ที่มีเลขอะตอมเท่ากับ 6 คือ
1 | [2]s(2-0)s(2-1)s |
ดังนั้น การจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุคาร์บอนจึงมีดังนี้
1 | 1s² 2s² 2p² |
ซึ่งหมายความว่า อิเล็กตรอน 6 ตัวในอะตอมของคาร์บอนจะเรียงลำดับดังนี้
- อิเล็กตรอน 2 ตัวแรกจะอยู่ในระดับพลังงานที่ 1 ออบิทัล s
- อิเล็กตรอน 4 ตัวถัดมาจะอยู่ในระดับพลังงานที่ 2 ออบิทัล s และ 2p
การจัดเรียงอิเล็กตรอนมีประโยชน์ในการบอกหมู่และคาบของธาตุ โดยธาตุที่มีอิเล็กตรอนในชั้นนอกสุด (ชั้น valene) เท่ากันจะอยู่ในหมู่เดียวกัน และธาตุที่มีระดับพลังงานหลักนอกสุดเท่ากันจะอยู่ในคาบเดียวกัน
ตัวอย่างเช่น ธาตุคาร์บอนมีอิเล็กตรอนในชั้นนอกสุด 4 ตัว ธาตุออกซิเจนมีอิเล็กตรอนในชั้นนอกสุด 6 ตัว และธาตุโซเดียมมีอิเล็กตรอนในชั้นนอกสุด 1 ตัว ดังนั้น ธาตุคาร์บอน ออกซิเจน และโซเดียมจึงอยู่ในหมู่เดียวกันคือหมู่ 14 16 และ 1 ตามลำดับ
นอกจากนี้ การจัดเรียงอิเล็กตรอนยังสามารถบอกการรวมตัวของธาตุได้อีกด้วย โดยธาตุที่มีอิเล็กตรอนในชั้นนอกสุดไม่ครบ 8 ตัว จะมีแนวโน้มที่จะรวมตัวกับธาตุอื่นเพื่อให้ได้อิเล็กตรอนในชั้นนอกสุดครบ 8 ตัว ตัวอย่างเช่น ธาตุฮีเลียมมีอิเล็กตรอนในชั้นนอกสุด 2 ตัว ธาตุออกซิเจนมีอิเล็กตรอนในชั้นนอกสุด 6 ตัว และธาตุโซเดียมมีอิเล็กตรอนในชั้นนอกสุด 1 ตัว ดังนั้น ธาตุฮีเลียมจะไม่รวมตัวกับธาตุอื่น ธาตุออกซิเจนจะรวมตัวกับธาตุอื่นเพื่อให้ได้อิเล็กตรอนในชั้นนอกสุดครบ 8 ตัว และธาตุโซเดียมจะรวมตัวกับธาตุอื่นเพื่อให้ได้อิเล็กตรอนในชั้นนอกสุดครบ 8 ตัว
สรุปได้ว่า การจัดเรียงอิเล็กตรอนเป็นพื้นฐานที่สำคัญในการอธิบายสมบัติของธาตุต่างๆ