อิเล็กตรอน อิเล็กตรอนสามารถทำตัวเป็นคลื่นได้ แบบจำลองควอนตัมของอะตอม แม้ว่าแบบจำลองบอร์จะอธิบายวิธีการทำงานของสเปกตรัมอะตอมได้อย่างเพียงพอ แต่ก็มีปัญหาหลายอย่างที่รบกวนนักฟิสิกส์และนักเคมี เหตุใด ทำไมอิเล็กตรอนไม่ให้แสงตลอดเวลา เมื่อ อิเล็กตรอน เปลี่ยนทิศทางในวงโคจรของพวกมัน เช่น เร่งความเร็วพวกมันควรให้แสงออกมา

แบบจำลองบอร์สามารถอธิบายสเปกตรัมของอะตอมที่มีอิเล็กตรอน 1 ตัวในเปลือกนอกได้ดีมาก แต่ไม่ดีนักสำหรับผู้ที่มีอิเล็กตรอนมากกว่า 1 ตัวในเปลือกนอก เหตุใดอิเล็กตรอนในชั้นแรกจึงบรรจุได้เพียง 2 อิเล็กตรอนและเหตุใดจึงมีอิเล็กตรอน 8 อิเล็กตรอนในแต่ละชั้นหลังจากนั้น มีอะไรพิเศษเกี่ยวกับ 2 และ 8 เห็นได้ชัดว่าโมเดลของโปร์ขาดอะไรบางอย่างไป ในปี 1924 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสชื่อหลุย เดอ บรอยล์แนะนำว่าเช่นเดียวกับแสงอิเล็กตรอน

ซึ่งสามารถทำหน้าที่เป็นทั้งอนุภาคและคลื่นได้ สมมติฐานของเดอ บรอยล์ได้รับการยืนยันในไม่ช้าในการทดลอง ที่แสดงให้เห็นว่าลำแสงอิเล็กตรอนสามารถหักเหหรือโค้งงอได้ เมื่อผ่านรอยแยกเช่นเดียวกับที่แสงทำได้ ดังนั้น คลื่นที่เกิดจากอิเล็กตรอน ซึ่งอยู่ในวงโคจรรอบนิวเคลียสจะสร้างคลื่นนิ่งที่มีความยาวคลื่น พลังงานและความถี่เฉพาะ เช่น ระดับพลังงานของบอร์เหมือนกับสายกีตาร์ที่สร้างคลื่นนิ่งเมื่อดึงออก

อีกคำถามหนึ่งตามมาอย่างรวดเร็วตามความคิดของเดอ บรอยล์ ถ้าอิเล็กตรอนเคลื่อนที่เป็นคลื่น คุณจะหาตำแหน่งที่แม่นยำของอิเล็กตรอนภายในคลื่นได้หรือไม่ เวอร์เนอร์ ไฮเซนเบิร์กนักฟิสิกส์ชาวเยอรมันตอบว่าไม่ ในสิ่งที่เขาเรียกว่าหลักความไม่แน่นอน หากต้องการดูอิเล็กตรอนในวงโคจร คุณต้องฉายแสงที่มีความยาวคลื่นน้อยกว่าความยาวคลื่นของอิเล็กตรอน แสงความยาวคลื่นขนาดเล็กนี้มีพลังงานสูง อิเล็กตรอนจะดูดซับพลังงานนั้นไว้

พลังงานที่ถูกดูดกลืนจะเปลี่ยนตำแหน่งของอิเล็กตรอน เราไม่สามารถรู้ทั้งโมเมนตัมและตำแหน่งของอิเล็กตรอนในอะตอมได้ ดังนั้น ไฮเซนเบิร์กจึงกล่าวว่าเราไม่ควรมองว่าอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ ในวงโคจรรอบนิวเคลียสที่กำหนดไว้อย่างดี ด้วยสมมติฐานของเดอ บรอยล์และหลักการความไม่แน่นอนของไฮเซินแบร์ค นักฟิสิกส์ชาวออสเตรียชื่อแอร์วีน ชเรอดิงเงอร์ ได้ชุดสมการหรือฟังก์ชันคลื่นในปี 1926 สำหรับอิเล็กตรอน ตามคำกล่าวของชเรอดิงเงอร์

อิเล็กตรอนที่ถูกจำกัดอยู่ในวงโคจรของพวกมันจะก่อตัวเป็นคลื่นนิ่ง และคุณสามารถอธิบายได้เฉพาะความน่าจะเป็นที่ตำแหน่งของอิเล็กตรอน การกระจายของความน่าจะเป็นเหล่านี้ ก่อให้เกิดพื้นที่ของอวกาศรอบนิวเคลียสเรียกว่าออร์บิทัล วงโคจรสามารถอธิบายได้ว่า เป็นเมฆความหนาแน่นของอิเล็กตรอน พื้นที่หนาแน่นที่สุดของเมฆคือที่ที่คุณมีโอกาสมากที่สุดที่จะพบอิเล็กตรอน และพื้นที่ที่มีความหนาแน่นน้อยที่สุดคือที่ ที่คุณมีโอกาสน้อยที่สุดที่จะพบอิเล็กตรอน

ฟังก์ชันคลื่น ฟังก์ชันคลื่นของอิเล็กตรอนแต่ละตัว สามารถอธิบายเป็นชุดของเลขควอนตัม 3 ตัว หมายเลขหลัก n-อธิบายระดับพลังงาน จำนวนมุมทิศ l-อิเล็กตรอนเคลื่อนที่เร็วแค่ไหนในวงโคจร โมเมนตัมเชิงมุม เช่น ความเร็วของซีดีหมุน รอบต่อนาที สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับรูปร่างของออร์บิทัล ความเป็นแม่เหล็ก m-การวางแนวในอวกาศ ต่อมามีการเสนอว่าไม่มีอิเล็กตรอน 2 ตัวที่จะอยู่ในสถานะเดียวกันได้ ดังนั้น เลขควอนตัมตัวที่สี่จึงถูกเพิ่มเข้าไป

ตัวเลขนี้เกี่ยวข้องกับทิศทางที่อิเล็กตรอนหมุน ในขณะที่มันเคลื่อนที่ในวงโคจรของมัน เช่น ตามเข็มนาฬิกา ทวนเข็มนาฬิกามีเพียงอิเล็กตรอน 2 ตัวเท่านั้นที่สามารถร่วมวงโคจรเดียวกันได้ ตัวหนึ่งหมุนตามเข็มนาฬิกาและอีกตัวหมุนทวนเข็มนาฬิกา วงโคจรมีรูปร่างต่างกันและมีจำนวนสูงสุดในทุกระดับ s-ทรงกลมสูงสุดเท่ากับ 1 p-รูปดัมเบลล์สูงสุดเท่ากับ 3 d-รูปสี่แฉกสูงสุดเท่ากับ 5 f-รูปทรงหกแฉกสูงสุดเท่ากับ 7 ชื่อของออร์บิทัลมาจากชื่อลักษณะทางสเปกตรัมของอะตอม

ก่อนที่จะมีการคิดค้นกลศาสตร์ควอนตัมอย่างเป็นทางการ แต่ละออร์บิทัลสามารถบรรจุอิเล็กตรอนได้เพียง 2 ตัวเท่านั้น นอกจากนี้ ออร์บิทัลยังมีลำดับการบรรจุที่เฉพาะเจาะจงโดยทั่วไป แต่ก็มีบางส่วนที่ทับซ้อนกัน แบบจำลองอะตอมที่เกิดขึ้นเรียกว่าแบบจำลองควอนตัมของอะตอม โซเดียมมี 11 อิเล็กตรอนกระจายในระดับพลังงานต่อไปนี้ หนึ่งวงโคจร-อิเล็กตรอน 2 ตัว หนึ่งออร์บิทัล-อิเล็กตรอน 2 ตัวและออร์บิทัล p สามตัวแต่ละตัวมีอิเล็กตรอน 2 ตัว

หนึ่งวงโคจร-หนึ่งอิเล็กตรอน ในตอนนี้แบบจำลองควอนตัมเป็นการมองเห็นที่เหมือนจริงที่สุด ของโครงสร้างโดยรวมของอะตอม มันอธิบายสิ่งที่เรารู้มากมายเกี่ยวกับเคมีและฟิสิกส์ นี่คือตัวอย่างบางส่วน วิชาเคมีตารางธาตุ-รูปแบบและการจัดเรียงของตาราง สะท้อนถึงการจัดเรียงของอิเล็กตรอนในอะตอม ธาตุต่างๆมีเลขอะตอมต่างกัน จำนวนโปรตอนหรืออิเล็กตรอนจะเพิ่มขึ้นตามตารางเมื่ออิเล็กตรอนเต็มเปลือก

องค์ประกอบมีมวลอะตอมต่างกัน-จำนวนโปรตอนบวกนิวตรอนเพิ่มขึ้นตามตาราง แถว-องค์ประกอบของแต่ละแถวมีจำนวนระดับพลังงานเท่ากัน เชลล์คอลัมน์-องค์ประกอบมีจำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานหรือชั้นนอกสุดเท่ากัน 1 ถึง 8 ปฏิกิริยาเคมี-การแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนระหว่างอะตอมต่างๆ การให้ การรับหรือการแบ่งปัน การแลกเปลี่ยนเกี่ยวข้องกับอิเล็กตรอนในระดับพลังงานนอกสุด เพื่อพยายามเติมเต็มเปลือกนอกสุด เช่น อะตอมในรูปแบบที่เสถียรที่สุด

ฟิสิกส์กัมมันตภาพรังสี-การเปลี่ยนแปลงในนิวเคลียส เช่น การสลายตัว ปล่อยอนุภาคกัมมันตภาพรังสี เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์-การแยกนิวเคลียส ฟิชชัน ระเบิดนิวเคลียร์-การแยกนิวเคลียส ฟิชชันหรือสร้างนิวเคลียส ฟิวชัน สเปกตรัมของอะตอม เกิดจากอิเล็กตรอนที่ตื่นเต้นเปลี่ยนระดับพลังงาน การดูดซับหรือการปล่อยพลังงานในรูปของโฟตอนแสง

บทความที่น่าสนใจ : กล้ามเนื้อต้นขา อธิบายเกี่ยวกับการทำงานของกลุ่มกล้ามเนื้อต้นขาตรงกลาง