เวปนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อให้ศึกษาเรื่องเคมีพื้นฐาน สำหรับผู้เรียนเคมีเบื้องต้น
วันเสาร์ที่ 28 กรกฎาคม พ.ศ. 2555
แบบจำลองอะตอมของโบร์
คลื่นและสมบัติของแสง |
|
จากแบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ดทำให้ทราบถึงการจัดโครงสร้างของอนุภาคต่าง
ๆ ในนิวเคลียส แต่ไม่ได้อธิบายว่าอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสอยู่ในลักษณะใด
นักวิทยาศาสตร์ในลำดับต่อมาได้หาวิธีทดลองเพื่อรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับตำแหน่งของอิเล็กตรอนที่อยู่รอบนิวเคลียส
วิธีหนึ่งก็คือการศึกษาสมบัติและปรากฏการณ์ของคลื่นและแสง
แล้วนำมาสร้างเป็นแบบจำลอง
คลื่นชนิดต่าง ๆ เช่น
คลื่นแสง คลื่นเสียง มีสมบัติสำคัญ 2 ประการ คือ
ความยาวคลื่นและความถี่ |
|
คลื่นแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่และความยาวคลื่นต่าง ๆ กัน
ดังรูปต่อไปนี้
แสงที่ประสาทตาคนรับได้เรียกว่า
“แสงที่มองเห็นได้”
(visible
light)
ซึ่งมีความยาวคลื่นอยู่ในช่วง 400 – 700
nm
แสงในช่วงคลื่นนี้ประกอบด้วยแสงสีต่าง ๆ กัน
ตามปกติประสาทตาของคนสามารถสัมผัสแสงบางช่วงคลื่นที่ส่องมาจากดวงอาทิตย์ได้
แต่ไม่สามารถแยกเป็นสีต่าง ๆ จึงมองเห็นเป็นสีรวมกันซึ่งเรียกว่า
“แสงขา |
อนุภาคในอะตอม
อนุภาคมูลฐานของอะตอม |
|||||||||||||||||||||||||
รางวัลโนเบล (Nobel Prize)
สาขาฟิสิกส์ ในปี ค.ศ.1935
United Kingdom
Liverpool University Liverpool, United Kingdom
มีชีวิตอยู่ระหว่างปี ค.ศ.1891
-1974
|
ในการทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ดสรุปว่าอะตอมมีโปรตอนและอิเล็กตรอนเป็นองค์ประกอบ
ดังนั้น การคิดมวลอะตอมควรคิดจากมวลโปรตอนรวมกับมวลของอิเล็กตรอน
แต่มวลของอิเล็กตรอนน้อยมาก การคิดมวลอะตอมจึงคิดจากมวลโปรตอน
พบว่ามวลโปรตอน 1 โปรตอนเท่ากับ
1.7
x 10–24 กรัม
หรือคิดเป็น 1 หน่วยมวลอะตอม (1 amu = 1 atomic mass unit)
ดังนั้นมวลอะตอมควรมีค่าเท่ากับหรือใกล้เคียงกับจำนวนโปรตอน
แต่จากการทดลองกลับพบว่ามวลอะตอมจริง ๆ มีค่าเป็น 2 เท่าหรือมากกว่า 2
เท่าของจำนวนโปรตอน ในปี พ.ศ. 2463 (หรือค.ศ.1920)
รัทเทอร์ฟอร์ดได้เสนอความเห็นว่าน่าจะมีอนุภาคอีกชนิดหนึ่งที่เป็นกลางทางไฟฟ้าซึ่งมีมวลใกล้เคียงกับมวลโปรตอน
ต่อมาในปี พ.ศ. 2475 (ค.ศ.
1932)
เจมส์ แชดวิก (James
Chadwick)
ได้ค้นพบอนุภาคอีกชนิดหนึ่ง ไม่มีประจุไฟฟ้า และตั้งชื่อว่า
“นิวตรอน”
(neutron)
นิวตรอนมีมวลมากกว่าโปรตอนเล็กน้อย โดยมีมวลเท่ากับ 1.675
x 10–24 กรัม
และรัทเทอร์ฟอร์ดได้เสนอว่านิวตรอนเป็นอนุภาคที่อยู่ในนิวเคลียสของอะตอม
ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์พบว่าโปรตอนและนิวตรอนอัดกันแน่นอยู่ในนิวเคลียสยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงนิวเคลียร์
(nuclear
force)
และอนุภาคที่ประกอบเป็นนิวเคลียสเรียกว่า
“นิวคลีออน”
(nucleon)
|
||||||||||||||||||||||||
อนุภาคในอะตอม |
ในปัจจุบันพบว่าในอะตอมประกอบด้วยอนุภาคเล็ก ๆ มากกว่า 30 ชนิด
และแบ่งออกเป็น 2 ประเภท ดังนี้
1. อนุภาคที่ไม่เสถียร (unstable
particles)
เป็นอนุภาคที่ไม่อยู่ตัว สลายตัวได้ง่าย
อนุภาคเหล่านี้เกิดจากการยิงนิวเคลียสของอะตอมด้วยอนุภาคชนิดต่าง ๆ
ตัวอย่างอนุภาคที่ไม่เสถียรได้แก่
positron , antiproton , neutrino
เป็นต้น
2. อนุภาคที่เสถียร (stable
particles)
เป็นอนุภาคที่อยู่ตัว ไม่สลายตัว มี 3 ชนิดคือ โปรตอน นิวตรอน
และอิเล็กตรอน เรียกอนุภาคทั้งสามว่า
“อนุภาคมูลฐานของอะตอม”
|
||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||
เลขอะตอม เลขมวล และสัญลักษณ์นิวเคลียร์ |
|||||||||||||||||||||||||
1. เลขอะตอม (Atomic number)
คือตัวเลขที่แสดงจำนวนโปรตอนของธาตุ ใช้สัญลักษณ์
Z
นักวิทยาศาสตร์คนแรกที่หาเลขอะตอมได้คือ เฮนรี โมสลีย์
เป็นนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ เลขอะตอมเป็นค่าเฉพาะสำหรับธาตุหนึ่ง ๆ
ธาตุแต่ละชนิดมีเลขอะตอมไม่ซ้ำกัน ดังนั้นเลขอะตอมจึงบอกชนิดของธาตุได้
2. เลขมวล (Mass number)
คือตัวเลขที่แสดงผลรวมของจำนวนโปรตอนและจำนวนนิวตรอน มีสัญลักษณ์
A
เลขมวลจะมีค่าใกล้เคียงกับมวลอะตอม (Atomic mass)
แต่เลขมวลเป็นเลขจำนวนเต็มเสมอ
ส่วนมวลอะตอมอาจเป็นจำนวนเต็มหรือทศนิยมก็ได้
และเลขมวลไม่เป็นค่าเฉพาะสำหรับธาตุ ธาตุต่างชนิดกันอาจมีเลขมวลเท่ากันได้
3. สัญลักษณ์นิวเคลียร์ (nuclear symbol)
เป็นสัญลักษณ์ที่แสดงให้ทราบว่าอะตอมของธาตุ 1
อะตอมประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานอย่างละกี่อนุภาค
โดยเขียนสัญลักษณ์ของธาตุซึ่งแสดงเลขมวลที่มุมบนด้านซ้าย
และเขียนเลขอะตอมที่มุมล่างด้านซ้าย เช่น
p =
12 p = 6 p = 8
e– =
12 e– = 6 e–
= 10
n =
12 n = 6 n = 8
จากสัญลักษณ์นิวเคลียร์ทำให้ทราบจำนวนอนุภาคมูลฐานของอะตอม
โดยจำนวนโปรตอนดูจากเลขอะตอม
อะตอมอยู่ในสภาพที่เป็นกลางทางไฟฟ้าจึงมีจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากับจำนวนโปรตอน
ส่วนจำนวนนิวตรอน =
เลขมวล – เลขอะตอม
Back to Top |
|||||||||||||||||||||||||
ไอโซโทป ไอโซโทน และไอโซบาร์ |
|||||||||||||||||||||||||
ไอโซโทป (Isotope)
หมายถึงอะตอมของธาตุชนิดเดียวกัน แต่มีเลขมวลต่างกัน
หรืออะตอมของธาตุที่มีเลขอะตอมเท่ากัน แต่มีจำนวนนิวตรอนต่างกัน
อะตอมที่มีเลขมวลหรือจำนวนโปรตอนแต่ละจำนวนเรียกว่า
1 ไอโซโทป ตัวอย่างไอโซโทป เช่น ไฮโดรเจนมี 3 ไอโซโทปคือ
,
,
p =
1 p = 1 p = 1
e– =
1 e– = 1 e–
= 1
n =
0 n = 1 n = 2
protium (H)
deuterium (D) tritium (T)
ไอโซโทน (Isotone)
หมายถึงอะตอมของธาตุต่างชนิดกัน มีเลขอะตอมและเลขมวลต่างกัน
แต่มีจำนวนนิวตรอนเท่ากัน
p =
6 p = 7
e– =
6 e– = 7
n = 7
* n = 7 *
ไอโซบาร์ (Isobar)
หมายถึงอะตอมของธาตุต่างชนิดกัน แต่มีเลขมวลเท่ากัน
p =
6 p = 7
e– =
6 e– = 7
n = 8
n = 7
|
|||||||||||||||||||||||||
ตารางที่ 1 สรุปความหมายของไอโซโทป ไอโซโทน ไอโซบาร์
|
แบบจำลองอะตอมรัทเทอร์ฟอร์ด
แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด |
||||||||||
ในปี พ.ศ.
2453 (ค.ศ. 1910) เซอร์ เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด (Sir
Ernest Rutherford)
ได้ศึกษาแบบจำลองอะตอมของทอมสัน
และเกิดความสงสัยว่าอะตอมจะมีโครงสร้างตามแบบจำลองของทอมสันจริงหรือไม่
โดยตั้งสมมติฐานว่า
“ถ้าอะตอมมีโครงสร้างตามแบบจำลองของทอมสันจริง
ดังนั้นเมื่อยิงอนุภาคแอลฟาซึ่งมีประจุไฟฟ้าเป็นบวกเข้าไปในอะตอม
แอลฟาทุกอนุภาคจะทะลุผ่านเป็นเส้นตรงทั้งหมดเนื่องจากอะตอมมีความหนาแน่นสม่ำเสมอเหมือนกันหมดทั้งอะตอม”
เพื่อพิสูจน์สมมติฐานนี้
รัทเทอร์ฟอร์ดได้ทำการทดลองยิงอนุภาคแอลฟาไปยังแผ่นทองคำบาง ๆ
โดยมีความหนาไม่เกิน 10–4
cm
โดยมีฉากสารเรืองแสงรองรับ
ปรากฏผลการทดลองดังนี้
1.
อนุภาคส่วนมากเคลื่อนที่ทะลุผ่านแผ่นทองคำเป็นเส้นตรง
2.
อนุภาคส่วนน้อยเบี่ยงเบนไปจากเส้นตรง
3.
อนุภาคส่วนน้อยมากสะท้อนกลับมาด้านหน้าของแผ่นทองคำ
|
Ernest_Rutherford
|
|||||||||
ถ้าแบบจำลองอะตอมของทอมสันถูกต้อง เมื่อยิงอนุภาคแอลฟาไปยังแผ่นทองคำบาง ๆ
นี้
อนุภาคแอลฟาควรพุ่งทะลุผ่านเป็นเส้นตรงทั้งหมดหรือเบี่ยงเบนเพียงเล็กน้อย
เพราะอนุภาคแอลฟามีประจุบวกจะเบี่ยงเบนเมื่อกระทบกับประจุบวกที่กระจายอยู่ในอะตอม
แต่แบบจำลองอะตอมของทอมสันอธิบายผลการทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ดไม่ได้
รัทเทอร์ฟอร์ดจึงเสนอแบบจำลองอะตอมขึ้นมาใหม่ดังนี้
|
แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด
|
|||||||||
|
แบบจำลองอะตอมของทอมสัน
การนำไฟฟ้าของแก๊ส
ปกติแก๊สเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ไม่ดี ปรากฏการณ์ที่ยืนยันได้ว่าแก๊สนำไฟฟ้าได้ก็คือการเกิดฟ้าแลบ ฟ้าผ่า แก๊สนำไฟฟ้าได้ดีขึ้นเมื่อแก๊สมีความดันต่ำ ๆ และมีความต่างศักย์ของขั้วไฟฟ้าสูง ๆ แก๊สนำไฟฟ้าได้เพราะแก๊สสามารถแตกตัวเป็นไอออนบวกและอิเล็กตรอน เมื่ออยู่ในสนามไฟฟ้าศักย์สูง ๆ เช่น แก๊สฮีเลียม (He) และแก๊สไฮโดรเจน (H2) จะเกิดการแตกตัวดังสมการ
ปกติแก๊สเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ไม่ดี ปรากฏการณ์ที่ยืนยันได้ว่าแก๊สนำไฟฟ้าได้ก็คือการเกิดฟ้าแลบ ฟ้าผ่า แก๊สนำไฟฟ้าได้ดีขึ้นเมื่อแก๊สมีความดันต่ำ ๆ และมีความต่างศักย์ของขั้วไฟฟ้าสูง ๆ แก๊สนำไฟฟ้าได้เพราะแก๊สสามารถแตกตัวเป็นไอออนบวกและอิเล็กตรอน เมื่ออยู่ในสนามไฟฟ้าศักย์สูง ๆ เช่น แก๊สฮีเลียม (He) และแก๊สไฮโดรเจน (H2) จะเกิดการแตกตัวดังสมการ
He(g)
He+(g) + e–
H(g)
H+(g) + e–
แบบจำลองอะตอมของทอมสันการวิเคราะห์รังสีบวกของทอมสัน |
รางวัลโนเบล (Nobel Prize) สาขาฟิสิกส์ ในปีค.ศ. 1906United Kingdom University of Cambridge Cambridge, United Kingdom มีชีวิตอยู่ระหว่างปี 1856 - 1940 |
|
ปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในหลอดรังสีแคโทด รังสีแคโทดเดินทางเป็นเส้นตรงจากขั้วแคโทดไปยังขั้วแอโนด รังสีแคโทดบี่ยงเบนเข้าหาขั้วบวก ของสนามไฟฟ้า |
เซอร์ โจเซฟ จอห์น
ทอมสัน (J.J Thomson)
นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษได้สนใจปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในหลอดรังสีแคโทด
จึงทำการทดลองเกียวกับการนำไฟฟ้าของแก๊สขึ้นในปี พ.ศ. 2440 (ค.ศ. 1897)
และได้สรุปสมบัติของรังสีไว้หลายประการ ดังนี้
1.
รังสีแคโทดเดินทางเป็นเส้นตรงจากขั้วแคโทดไปยังขั้วแอโนด
เนื่องจากรังสีแคโทดทำให้เกิดเงาดำของวัตถุได้
ถ้านำวัตถุไปขวางทางเดินของรังสี
2.
รังสีแคโทดเป็นอนุภาคที่มีมวล
เนื่องจากรังสีทำให้ใบพัดที่ขวางทางเดินของรังสีหมุนได้เหมือนถูกลมพัด
3.
รังสีแคโทดประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุลบ
เนื่องจากเบี่ยงเบนเข้าหาขั้วบวกของสนามไฟฟ้า
จากผลการทดลองนี้
ทอมสันอธิบายได้ว่า
อะตอมของโลหะที่ขั้วแคโทดเมื่อได้รับกระแสไฟฟ้าที่มีความต่างศักย์สูงจะปล่อยอิเล็กตรอนออกมาจากอะตอม
อิเล็กตรอนมีพลังงานสูง และเคลื่อนที่ภายในหลอด
ถ้าเคลื่อนที่ชนอะตอมของแก๊สจะทำให้อิเล็กตรอนในอะตอมของแก๊สหลุดออกจากอะตอม
อิเล็กตรอนจากขั้วแคโทดและจากแก๊สซึ่งเป็นประจุลบจะเคลื่อนที่ไปยังขั้วแอโนด
ขณะเคลื่อนที่ถ้ากระทบฉากที่ฉาบสารเรืองแสง เช่น
ZnS
ทำให้ฉากเกิดการเรืองแสง
ซึ่งทอมสันสรุปว่ารังสีแคโทดประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุลบเรียกว่า
“อิเล็กตรอน”
และยังได้หาค่าอัตราส่วนประจุต่อมวล (e/m)
ของอิเล็กตรอนโดยใช้สยามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าช่วยในการหา
ซึ่งได้ค่าประจุต่อมวลของอิเล็กตรอนเท่ากับ 1.76 x 108
C/g ค่าอัตราส่วน
e/m
นี้จะมีค่าคงที่ ไม่ขึ้นอยู่กับชนิดของโลหะที่เป็นขั้วแคโทด
และไม่ขึ้นอยู่กับชนิดของแก๊สที่บรรจุอยู่ในหลอดรังสีแคโทด
แสดงว่าในรังสีแคโทดประกอบด้วยอนุภาคไฟฟ้าที่มีประจุลบเหมือนกันหมดคือ
อิเล็กตรอน
นั่นเอง ทอมสันจึงสรุปว่า
|
|
|
การค้นพบโปรตอน | |
แบบจำลองอะตอมของทอมสัน การวิเคราะห์รังสีบวกของทอมสัน |
ในปี พ.ศ. 2409 (ค.ศ. 1866)
ออยเกน
โกลด์ชไตน์ นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน
ได้ทำการทดลองโดยเจาะรูที่ขั้วแคโทดในหลอดรังสีแคโทด
พบว่าเมื่อผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไปในหลอดรังสีแคโทดจะมีอนุภาคชนิดหนึ่งเคลื่อน
ที่เป็นเส้นตรงไปในทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ของรังสีแคโทดผ่านรูของ
ขั้วแคโทด
และทำให้ฉากด้านหลังขั้วแคโทดเรืองแสงได้ โกลด์ชไตน์ได้ตั้งชื่อว่า
“รังสีแคแนล”
(canal ray) หรือ “รังสีบวก”
(positive ray) สมบัติของรังสีบวกมีดังนี้
1.
เดินทางเป็นเส้นตรงไปยังขั้วแคโทด
2.
เมื่อผ่านรังสีนี้ไปยังสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า
รังสีนี้จะเบี่ยงเบนไปในทิศทางตรงข้ามกับรังสีแคโทด
แสดงว่ารังสีนี้ประกอบด้วยอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเป็นบวก
3.
มีอัตราส่วนประจุต่อมวลไม่คงที่ ขึ้นอยู่กับชนิดของแก๊สในหลอด
และถ้าเป็นแก๊สไฮโดรเจนรังสีนี้จะมีอัตราส่วนประจุต่อมวลสูงสุด
เรียกอนุภาคบวกในรังสีแคแนลของไฮโดรเจนว่า
“โปรตอน”
4. มีมวลมากกว่ารังสีแคโทด
เนื่องจากความเร็วในการเคลื่อนที่ต่ำกว่ารังสีแคโทด
ทอมสันได้วิเคราะห์การทดลองของโกลด์
ชไตน์ และการทดลองของทอมสัน จึงเสนอแบบจำลองอะตอมว่า
|
แบบจำลองอะตอมของดอลตัน
แบบจำลองอะตอมของดอลตัน | |
John Daltonแบบจำลองอะตอมของดอลตัน |
ในปี พ.ศ. 2346
(ค.ศ. 1803) จอห์น ดอลตัน (John Dalton)
นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษได้เสนอทฤษฎีอะตอมเพื่อใช้อธิบายเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของสารก่อนและหลังทำปฏิกิริยา
รวมทั้งอัตราส่วนโดยมวลของธาตุที่รวมกันเป็นสารประกอบ ซึ่งสรุปได้ดังนี้
1.
ธาตุประกอบด้วยอนุภาคเล็ก ๆ หลายอนุภาค อนุภาคเหล่านี้เรียกว่า “อะตอม”
ซึ่งแบ่งแยกไม่ได้ และทำให้สูญหายไม่ได้
2.
อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันมีสมบัติเหมือนกัน เช่นมีมวลเท่ากัน
แต่จะมีสมบัติต่างจากอะตอมของธาตุอื่น
3.
สารประกอบเกิดจากอะตอมของธาตุมากกว่าหนึ่งชนิดทำปฏิกิริยาเคมีกันในอัตราส่วนที่เป็นเลขลงตัวน้อย
ๆ
ทฤษฎีอะตอมของดอลตันใช้อธิบายลักษณะและสมบัติของอะตอมได้เพียงระดับหนึ่ง
แต่ต่อมานักวิทยาศาสตร์ค้นพบข้อมูลบางประการที่ไม่สอดคล้องกับทฤษฎีอะตอมของ ดอลตัน
เช่น พบว่าอะตอมของธาตุชนิดเดียวกันอาจมีมวลแตกต่างกันได้
อะตอมสามารถแบ่งแยกได้
|
มารู้จัก "อะตอม" กันเถอะ
<< PREVIOUS
NEXT >>
อะตอม เป็นคำที่มาจากภาษากรีกว่า
atomos
โดยนักปราชญ์กรีกยุคโบราณมีความเชื่อว่า สิ่งของต่าง ๆ
ประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กมาก เมื่อแบ่งสารต่าง ๆ ออกไปเรื่อย ๆ
จนมีขนาดเล็กที่สุดซึ่งไม่สามารถแบ่งได้อีกต่อไป
จึงเรียกอนุภาคที่เล็กที่สุดนี้ว่า
“อะตอม”แบบจำลองอะตอม:
เป็นที่ยอมรับกันแล้วว่าสารต่าง ๆ นั้นประกอบด้วยอะตอม แต่อย่างไรก็ตามยังไม่มีผู้ใดเคยเห็นรูปร่างที่แท้จริงของอะตอม รูปร่างหรือโครงสร้างของอะตอมจึงเป็นเพียงจินตนาการหรือมโนภาพที่สร้างขึ้นเพื่อให้สอดคล้องกับการทดลอง เรียกว่า “แบบจำลอง” ซึ่งจัดเป็นทฤษฎีประเภทหนึ่ง แบบจำลองอะตอมอาจเปลี่ยนแปลงไปได้ตามผลการทดลองหรือข้อมูลใหม่ ๆ เมื่อแบบจำลองอะตอมเดิมอธิบายไม่ได้ ดังนั้นแบบจำลองอะตอมจึงได้มีการแก้ไขพัฒนาหลายครั้งเพื่อให้สอดคล้องกับการทดลอง นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่มีกำลังขยายสูงมากร่วมกับคอมพิวเตอร์ และถ่ายภาพที่เชื่อว่าเป็นภาพภายนอกของอะตอม
สมัครสมาชิก:
บทความ (Atom)