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

รางวัลโนเบล (Nobel Prize) สาขาฟิสิกส์ ในปี ค.ศ.1922

Denmark
Copenhagen University
Copenhagen, Denmark
มีชีวิตอยู่ระหว่างปี ค.ศ.1885 - 1962

สเปกตรัม
ถ้าให้แสงอาทิตย์ซึ่งเป็นแสงขาวส่องผ่านปริซึม  แสงขาวจากดวงอาทิตย์จะแยกออกเป็นแสงสีรุ้งต่อเนื่องกัน เรียกว่า สเปกตรัมของแสงขาว

สเปกตรัมของแสงขาวที่ส่องผ่านปริซึม
สเปกตรัมของแสงขาวเกิดจากการที่เมื่อแสงซึ่งมีความยาวคลื่นต่าง ๆ กันผ่านไปยังปริซึม  แสงจะหักเหได้ไม่เท่ากัน  เกิดเป็นแถบสีรุ้งต่อเนื่องกัน  โดยมีความยาวคลื่นในช่วงต่าง ๆ ดังนี้

สเปกตรัม
ความยาวคลื่น (nm)
แสงสีม่วง
400 – 420
แสงสีคราม–น้ำเงิน
420 – 490
แสงสีเขียว
490 – 580
แสงสีเหลือง
580 590
แสงสีแสด (ส้ม)
590 650
แสงสีแดง
650 700
ความยาวคลื่น  หมายถึงระยะทางที่คลื่นเคลื่อนที่ครบ  1  รอบ  มีหน่วยเป็นเมตร (m) และนาโนเมตร (nm)
ความถี่ของคลื่น  หมายถึงจำนวนรอบของคลื่นที่เคลื่อนที่ผ่านจุดใดจุดหนึ่งในเวลา  1  วินาที  มีหน่วยเป็นรอบต่อวินาที (s–1)  หรือเรียกชื่อเฉพาะว่า เฮิรตซ์” (Hz)

ความยาวคลื่นและความถี่  มีความสัมพันธ์กันดังนี้
c = ln
ในปี ค.ศ. 1900  มักซ์ พลังค์ (Max Plank)  นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน  ได้แสดงให้เห็นว่าแสงหรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะให้พลังงานเป็นหน่วย ๆ เรียกว่า “quantum” (ควอนตัม)  และได้ข้อสรุปเกี่ยวกับพลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากับความถี่ของคลื่นนั้นว่า พลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความถี่ของคลื่น

E a n
E = hn        ...........(1)
เมื่อ       E             คือพลังงาน  มีหน่วยเป็นจูล (J)
            h              คือค่าคงที่ของพลังค์ มีค่าเท่ากับ  6.626 x 10-34 จูลวินาที (Js)
            n             คือความถี่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า  มีหน่วยเป็นเฮิรตซ์ (Hz)  หรือ  s–1
แต่จาก
c = ln
n =
แทนค่าในสมการ (1)
E = .............(2)
c  คือความเร็วของแสงในสุญญากาศ    =             3.0 x 108  m/s
สเปกตรัมของอะตอม (atomic spectrum)
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงแสงขาวประกอบด้วยแสงที่มีความยาวคลื่นหลายค่าซึ่งเราไม่สามารถแยกส่วนประกอบของคลื่นต่าง ๆ ออกจากกันด้วยตาได้  ต้องใช้เครื่องมือช่วย  เช่น  ปริซึม  หรือสเปกโตรสโคป (spectroscope)  เมื่อเราผ่านแสงสีขาวหรือแสงสีต่าง ๆ ไปยังปริซึม  แสงจะแยกออกมาเป็นแถบสีต่าง ๆ เรียงกันตามความยาวคลื่น  แถบสีที่แยกออกมาได้เรียกว่า สเปกตรัม
แบ่งเป็น  2  ประเภท  ดังนี้
1.  สเปกตรัมแบบต่อเนื่อง (continuous spectrum)  จะเป็นสเปกตรัมที่ประกอบด้วยแสงที่มีความยาวคลื่นและความถี่ต่อเนื่องจนเห็นเป็นแถบ  ได้แก่ สเปกตรัมของแสงขาวซึ่งจะเห็นเป็นแถบสีรุ้งเรียงต่อกัน  โดยแสงสีม่วงหักเหมากที่สุด  มีความยาวคลื่นสั้น  แต่มีพลังงานมากที่สุด  ในขณะที่แสงสีแดงจะหักเหน้อยที่สุด  มีความยาวคลื่นยาวที่สุด  และมีพลังงานน้อยที่สุด
2.  สเปกตรัมแบบไม่ต่อเนื่องหรือแบบเส้น (Discontinuous spectrum  or Line spectrum)  เป็นสเปกตรัมที่ประกอบด้วยเส้นสเปกตรัมที่มีความยาวคลื่นบางค่าเว้นระยะเป็นเส้น ๆ บนพื้นดำ
เนื่องจากสเปกตรัมแต่ละเส้นเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า  เราจึงสามารถคำนวณหาค่าพลังงานของเส้นสเปกตรัมแต่ละเส้นได้จากสมการ
E =
นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาเส้นสเปกตรัมที่เกิดจากการเผาสารประกอบและธาตุบางชนิด  โดยนำสารประกอบมาเผา  แล้วสังเกตสีของเปลวไฟที่เกิดขึ้น  ส่องดูสีของเปลวไฟด้วยสเปกโตร
สโคป เพื่อศึกษาสเปกตรัมที่ได้
  ซึ่งสรุปได้ว่า
1.  สารประกอบของโลหะชนิดเดียวกันจะให้สีเปลวไฟสีเดียวกัน  และได้เส้นสเปกตรัมซึ่งเป็นแบบเฉพาะ  นั่นคือ  มีสีและตำแหน่งของเส้นสเปกตรัมเหมือนกัน ดังตัวอย่างในตาราง

ตัวอย่างสีของเปลวไฟที่ได้จากการเผาสารประกอบ
Cu2+ Sr2+ Ba2+
Na+ Li+ K+
ตารางแสดงสีของเปลวที่เกิดจากการเผาสารประกอบ 
สารประกอบ
ตัวอย่าง
สีของเปลวไฟ
ลิเทียม
LiCl  ,  LiNO3  ,  Li2CO3 
สีแดง
โซเดียม
NaCl  ,  Na2SO4  ,  Na2CO3
สีเหลือง
โพแทสเซียม
KCl  ,  K2SO4  ,  KNO3
สีม่วง
รูบิเดียม
RbCl  ,  Rb2SO4  ,  RbNO3
สีแดงเข้ม
ซีเซียม
CsCl  ,  Cs2SO4  ,  CsNO3
สีฟ้า
แคลเซียม
CaCl2  ,  CaSO4  ,  Ca(NO3)2
สีแดงอิฐ
แบเรียม
BaCl2  ,  BaSO4  ,  Ba(NO3)2
สีเขียวแกมเหลือง
ทองแดง
CuCl2  ,  CuSO4  ,  Cu(NO3)2
สีเขียว

สารประกอบของโลหะต่างชนิดกันอาจจะมีสีของสเปกตรีมคล้ายกัน  แต่จะมีตำแหน่งของเส้นสเปกตรัมต่างกันเป็นแถบเฉพาะของโลหะนั้น ๆ ดังนั้นจึงสามารถใช้สีของเปลวไฟและเส้นสเปกตรัมในการวิเคราะห์องค์ประกอบของสารได้  โดยนำสารประกอบนั้นไปเผา  แล้วนำสีของเปลวไฟและเส้นสเปกตรัมที่ได้เปรียบเทียบกับผลการทดลองที่นักวิทยาศาสตร์ได้สรุปไว้แล้ว  การวิเคราะห์สารวิธีนี้เรียกว่า “Flame test”
2.  ในการเผาสารประกอบ  องค์ประกอบส่วนที่เป็นอโลหะจะให้สเปกตรัมในช่วงที่ตาเรารับไม่ได้  จึงมองไม่เห็นเส้นสเปกตรัม
3.  ในการศึกษาสเปกตรัมของธาตุที่เป็นแก๊สจะนำแก๊สไปบรรจุหลอดแก้วที่มีความดันต่ำ  และผ่านกระแสไฟฟ้าศักย์สูงเข้าไปแทนการเผาด้วยความร้อน  เมื่อแก๊สได้รับพลังงานไฟฟ้าจะปล่อยแสงเป็นสเปกตรัมลักษณะเฉพาะของธาตุนั้น ๆ  และธาตุอโลหะบางชนิดก็ให้แสงที่ตารับได้  เช่น  He  ,  Ne  ,  Ar  เป็นต้น





ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น