การจัดอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อย ( Subshell / Energy Sublevel )
จากการศึกษาสมบัติที่เป็นคลื่นของอิเล็กตรอน พบว่าอิเล็กตรอนอยู่ในระดับพลังงานหรือวง (shell) ต่าง ๆ กัน ซึ่งเรียกว่าระดับพลังงานหลัก และในระดับพลังงานเดียวกันยังมีระดับพลังงานย่อย (sub shell) ต่าง ๆ อีก คือระดับพลังงานย่อย s , p , d และ f โดยในแต่ละระดับพลังงานย่อยมีอิเล็กตรอนดังนี้
ระดับพลังงานหลักที่ 1 (n=1) มี 1 ระดับพลังงานย่อยคือ s
ระดับพลังงานหลักที่ 2 (n=2) มี 2 ระดับพลังงานย่อยคือ s , p
ระดับพลังงานหลักที่ 3 (n=3) มี 3 ระดับพลังงานย่อยคือ s , p , d
ระดับพลังงานหลักที่ 4 (n=4) มี 4 ระดับพลังงานย่อยคือ s , p , d , f
อิเล็กตรอนมีการเคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลา ความหนาแน่นของกลุ่มหมอกอิเล็กตรอนซึ่งวัดออกมาในรูปของโอกาสที่จะพบอิเล็กตรอนซึ่งเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสจะมีรูปร่างเป็น 3 มิติที่แตกต่างกันซึ่งเรียกว่า ออร์บิทัล
ออร์บิทัล (orbital) หมายถึงบริเวณที่มีโอกาสสูงที่จะพบอิเล็กตรอน หรือบริเวณที่อยู่ของอิเล็กตรอน ซึ่งมีรูปร่างเป็น 3 มิติแตกต่างกัน ดังนี้
• ออร์บิทัล s โอกาสจะพบอิเล็กตรอนหรือความหนาแน่นของอิเล็กตรอนจะเหมือนกันหมดทุกทิศทาง รูปร่างของ ออร์บิทัล s จึงเป็นรูปทรงกลมรอบนิวเคลียส
• ออร์บิทัล p มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสอยู่ในบริเวณแกน x , y , z จึงเป็น px–orbital , py–orbital , pz–orbital ตามลำดับ โอกาสพบอิเล็กตรอนขึ้นอยู่กับระยะทางและทิศทางรอบๆ นิวเคลียส โดยออร์บิทัลทั้งสามมีรูปร่างคล้ายดรัมเบลล์ มีพลังงานเท่ากัน แต่มีทิศทางแตกต่างกัน
• ออร์บิทัล d มีได้ 5 แบบ มีความซับซ้อนมากยิ่งขึ้น โดยสองออร์บทัลคือ , ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนจะอยู่ในบริเวณระหว่าง แกน x กับ y แกน y กับ z และแกน x กับ z ตามลำดับ
สำหรับอะตอมที่มีหลายอิเล็กตรอน ระดับพลังงานย่อยที่อยู่ในระดับพลังงานเดียวกันจะมีพลังงานแตกต่างกัน และในแต่ละระดับพลังงานย่อยจะมีจำนวนออร์บิทัลแตกต่างกันดังนี้
ตารางแสดงจำนวนออร์บิทัล และจำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดในแต่ละออร์บิทัล
ตารางแสดงระดับพลังงานย่อย จำนวนอิเล็กตรอนสูงสุดในระดับพลังงานย่อย และในแต่ละระดับพลังงาน
การจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อยจะจัดเข้าไปในระดับพลังงานที่มีพลังงานต่ำก่อนแล้วจึงจะเข้าไปในระดับพลังงานที่สูงขึ้น เพื่อทำให้อะตอมมีพลังงานต่ำที่สุดซึ่งจะเสถียรที่สุด การจัดเรียงอิเล็กตรอนในแต่ละออร์บิทัล จะเข้าตามระดับพลังงานต่ำไปสูง เรียงลำดับพลังงานได้ดังนี้ 1 s , 2s , 2p , 3s , 3p , 4s , 3d , 4p , 5s , … ดังแผนผังข้างล่าง
ตัวอย่างการจัดเรียงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อยของอะตอมต่างๆ
