การจัดเรียงอิเล็กตรอนแบบไม่ต้องเขียนผังอาฟบาว!

จริงๆแล้วการเรียนเรื่องการจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอมนั้น เป็นเรื่องที่สำคัญและเป็นพื้นฐานของการเรียนเคมีเลย เพราะสมบัติของธาตุที่แตกต่างกันนั้นเป็นผลมาจากการจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุนั่นเอง อย่างน้อยก็ทำให้เราทราบหมู่และคาบของธาตุนั้นในตารางธาตุได้ และส่วนใหญ่วิธีการจัดเรียงอิเล็กตรอนที่สอนในโรงเรียนนั้นจะใช้ผังอาฟบาวมาช่วยในการจัดเรียงอิเล็กตรอน

และนี่ก็คือหน้าตาของแผนผังอาฟบาว วิธีการจัดก็คือ เริ่มจัดจากระดับพลังงานหลัก n=1 ก่อน นั่นคือเริ่มจาก 1s 2s 2p 3s .... 3p (ตามแนวลูกศร) ซึ่งในตอนที่สอนนักเรียนเรื่องนี้นั้น นักเรียนโอดครวญกันทันที เพราะรู้ชะตากรรมตอนสอบต้องมาไล่จำแน่นอน ดังนั้นเราจึงไม่อยากให้นักเรียนรู้สึกเหมือนเราตอนนั้นว่า การจัดเรียงอิเล็กตรอนเนี่ย เป็นอะไรที่เสียเวลามากในการทำโจทย์แต่ละครั้ง เลยรู้สึกว่าเรื่องนี้เป็นเรื่องที่ยากและใช้เวลา ถ้าเจอโจทย์แบบนี้ก็จะข้ามไปก่อนค่อยมาทำทีหลัง ดังนั้นเราก็เลยไปหางานวิจัยในต่างประเทศ ก็ไปเจอกับงานวิจัยที่ชื่อว่า Chunking Strategy as a Tool for Teaching Electron Configuration ของ Adhikary ใน Journal Chemical Education เราก็อ่านดูละพบว่าเออเทคนิคนี้เป็นเทคนิคที่จำได้ง่ายจริง ก็เลยว่าจะเอาไปใช้ในการสอนนักเรียนบ้าง แล้วมันคืออะไรล่ะเทคนิคนี้

.

เทคนิคการจัดเรียงอิเล็กตรอนแบบ Chunking Strategy (Adhikary, 2015) เป็นเทคนิคการจัดเรียงอิเล็กตรอนที่พัฒนาขึ้นเพื่อใช้ในการจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุที่สถานะพื้นได้อย่างถูกต้องรวดเร็ว ซึ่งสามารถจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุได้ถึงธาตุที่มีเลขอะตอมเท่ากับ 120 โดยเทคนิค Chunking Strategy หรือกลยุทธ์การจัดเรียงอิเล็กตรอนแบบเป็นกลุ่มสูตรนั้นมีทั้งหมด 4 ขั้นตอน คือ

ขั้นตอนที่ 1 นำหลักการของอาฟบาวมาเขียนให้เป็นกลุ่มสูตร เรียก chunk-based โดย มีเทคนิคในการจำสูตรเป็นกลุ่มคำดังนี้

school school        public school      public school

        dawn public school     dawn public school

                   follow dawn public school     follow dawn public school

ขั้นตอนที่ 2 นำตัวอักษรภาษาอังกฤษตัวแรกของกลุ่มคำมาเขียนเรียงกัน ได้เป็น

s s p s p s d p s d p s f d p s f d p s

ขั้นตอนที่ 3 เริ่มเติมเลขระดับพลังงานหลักโดย

เริ่มเติมเลข 1, 2, 3 … ที่ระดับพลังงานย่อย s จากนั้น

1s 2s p 3s p 4s d p 5s d p 6s f d p 7s f d p 8s

เริ่มเติมเลข 2, 3, 4 … ที่ระดับพลังงานย่อย p จากนั้น

1s 2s 2p 3s 3p 4s d 4p 5s d 5p 6s f d 6p 7s f d 7p 8s

เริ่มเติมเลข 3, 4, 5 … ที่ระดับพลังงานย่อย d จากนั้น

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s f 5d 6p 7s f 6d 7p 8s

เริ่มเติมเลข 4, 5, 6 … ที่ระดับพลังงานย่อย f จะได้

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p 8s

ซึ่งเราจะได้กลุ่มสูตร หรือ chunk-based สำหรับนำไปใช้ คือ

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p 8s

ขั้นตอนที่ 4 ใส่อิเล็กตรอนลงในออร์บิทัลย่อย โดย ระดับพลังงานย่อย s มีอิเล็กตรอนได้สูงสุด 2 อิเล็กตรอน ระดับพลังงานย่อย p มีอิเล็กตรอนได้สูงสุด 6 อิเล็กตรอน ระดับพลังงานย่อย d มีอิเล็กตรอนได้สูงสุด 10 อิเล็กตรอน ระดับพลังงานย่อย f มีอิเล็กตรอนได้สูงสุด 14 อิเล็กตรอน

หน้าตาของ chunk-based เวลานำทุกขั้นตอนออกมาเขียนก็จะได้สูตรสำเร็จแบบนี้ (กรอบสีเขียว)

ตัวอย่างการจัดเรียงอิเล็กตรอนของ Ca ที่มีเลขอะตอมเท่ากับ 20

1)     s s p s p s d p s d p s f d p s f d p s

2)     1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p 8s

3)    Ca = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2

สรุป แคลเซียม (Ca) มีโครงแบบการจัดเรียงอิเล็กตรอนเป็น 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 (ธาตุกลุ่ม s-block) จัดแบบระดับพลังงานหลักได้เป็น 2 8 8 2 แสดงว่า แคลเซียมเป็นธาตุหมู่ 2 และอยู่ในคาบที่ 4 ของตารางธาตุ

และเรื่องนี้เมื่อเราเอาไปสอนนักเรียนในคาบจริงๆก็พบว่านักเรียนส่วนใหญ่เห็นว่า เป็นวิธีที่ทำให้จัดอิเล็กตรอนได้เร็วขึ้น และจำง่าย นำไปใช้ตอนสอบได้ ถ้าอยากรู้ว่าดีจริงไหมลองนำไปใช้กับห้องเรียนของคุณครูดูค่ะ :')