อะตอมและตารางธาต

แนวคดในการพฒนาแบบจ าลองอะตอม

ววฒนาการของแบบจ าลองอะตอม

นกวทยาศาสตรชาวกรก ชอ ดโมครตส (Democritus) ไดเสนอแนวคดวา“เมอแบงสารใหมขนาดเลกลงเรอยๆ ในทสดจะไดหนวยยอย ซงไมสามารถแบงใหเลกลงไปไดอกหนวยยอยเรยกวา อะตอม

(atom)

อะตอม(atom)เปนอนภาคทเลกทสดของธาต

อะตอมมขนาดเลกมาก จากการค านวณพบวา เสนผานศนยกลางประมาณ 10-8 เซนตเมตร และไมสามารถมองเหนไดดวยตาเปลา เมอเรมตนของปพ.ศ.2497 ไดมการใชกลองจลทรรศนอเลกตรอนทมก าลงขยายสงมาก เพอถายภาพของอะตอม

แมวาจะสามารถถายภาพของอะตอมได แตยงไมสามารถบอกรายละเอยดภายในอะตอมได การศกษาเรองราวเกยวกบอะตอมจงเปนการแปลผลจากขอมลทไดจากการทดลองและน ามาสรางเปนมโนภาพหรอแบบจ าลองอะตอม

แบบจ าลองอะตอมของดอลตน

แบบจ าลองอะตอมของดอลตน

1.สสารทกชนดประกอบดวยอนภาคทเลกทสด ซงไมสามารถท าใหสญหายหรอเกดขนมาใหมได และไมสามารถแบงแยกไดอก เรยก อะตอม2.อะตอมของธาตเดยวกนยอมมสมบตเหมอนกนทกประการ และมสมบตแตกตางไปจากอะตอมของธาตอน3.สารประกอบเกดจากการรวมตวทางเคมระหวางอะตอมของธาตมากกวา 1 ชนด ดวยอตราสวนของจ านวนอะตอมเปนเลขลงตวนอยๆ

ดงนนแบบจ าลองอะตอมตามทฤษฎของดอลตน จงสรปไดดงน

จอหน ดอลตน ไดเสนอทฤษฎอะตอม มสาระส าคญดงน

“อะตอมมลกษณะเปนทรงกลมมขนาดเลกมาก และไมสามารถแบงแยกไดอก”

1. อะตอมประกอบดวยอนภาคมลฐาน 3 อนภาค คอ โปรตอน นวตรอน และอเลกตรอน ซงไมสอดคลองกบแนวคดของดอลตน เนองจากอะตอมสามารถแบงแยกเปนอนภาคเลกๆ ได

2. อะตอมของธาตชนดเดยวกนอาจมสมบตตางกนได เชน ธาตไฮโดรเจน ม 3 ไอโซโทปคอ , และ เปนธาตชนดเดยวกนแตมวลตางกน

3. อะตอมท าใหเกดขนใหมได หรอเปลยนไปเปนอะตอมของธาตอนได หรอสามารถสงเคราะหอะตอมของธาตใหมได โดยอาศยปฏกรยานวเคลยร

ขอบกพรองของทฤษฎอะตอมของดอลตน

1

1H

1

2H1

3H

1. ผลรวมของมวลของสารกอนและหลงปฏกรยาเทากน เพราะจ านวนอะตอมไมไดสญหาย หรอเกดขนใหม

2. การทอตราสวนโดยมวลของธาตทรวมกนเปนสารประกอบคงท เพราะเมออะตอมของธาตตางชนดรวมกนเปนสารประกอบ จะรวมกนดวยอตราสวนของจ านวนอะตอมคงท และเนองจากอะตอมของธาตชนดเดยวกน มสมบตเหมอนกน มมวลเทากนอตราสวนโดยมวลของธาตทรวมกนเปนสารประกอบจงคงทดวย

ขอบกพรองของดอลตนสามารถน ามาอธบายกฎทรงมวลและกฎสดสวนคงทได

แบบจ าลองอะตอมของทอมสน

การน าไฟฟาของแกส

ทความดนปกต 1 บรรยากาศ อากาศและแกสตาง ๆ จะไมน าไฟฟา แตถาลดความดนของแกสใหต าลงและเพมความตางศกยระหวางขวไฟฟามากขน แกสจะน าไฟฟาไดด

ปรากฏการณธรรมชาตทแสดงวา แกสน าไฟฟาไดคอ

การเกดฟาแลบ หรอฟาผาในวนทมฝนฟาคะนอง

หลอดรงสแคโทด (cathode – ray tube)

เซอร วลเลยม ครกส เปนผประดษฐหลอดรงสแคโทด

ประกอบดวย หลอดแกวบรรจแกสทมความดนต า

มขวไฟฟา 2 ขว เปนแผนโลหะ ซงตอเขากบขว + หรอแอโนด(anode) และขว - หรอแคโทด (Cathode) ของเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงทมความตางศกยสง10,000– 20,000 โวลต

รงสชนดหนงพงออกมาจากแคโทดเปนแนวเสนตรงมายงแอโนด เรยกรงสทเกดขนวา

“รงสแคโทด”

แคโทด แอโนด

เครองก าเนดไฟฟาศกยสงหลอดรงสแคโทด

รงสแคโทด

สมบตของรงสแคโทด

1. รงสแคโทดสามารถเกดการเรองแสงไดทฉากเรองแสง

ฉากเรองแสงจะฉาบดวยซงคซลไฟด (ZnS)‏2. รงสแคโทดสามารถเบยงเบนในสนามไฟฟา โดยจะเบนเขาหาขวบวก

รงสแคโทดประกอบดวยอนภาคทมประจลบ

แอโนด (+)‏ แคโทด (-)‏+

-3. เมอรงสแคโทดอยในสนามแมเหลก รงสแคโทดจะเกดการเบยงเบนจากแนวเสนตรง

แอโนด (+)‏ แคโทด (-)‏

SN

4. รงสแคโทดจะเดนทางเปนเสนตรงจากแคโทดไปยงแอโนด ถามวตถมากนระหวางขวแอโนดและแคโทด จะสามารถท าใหเกดเงาไดทฝงตรงขามกบขวแคโทด

5. รงสแคโทดเปนอนภาคทมมวลพสจนไดจากการน ากงหนทมขนาดเลกมาวางไวระหวางขวแคโทดและขวแอโนดจะท าใหเกดการเคลอนท หรอการหมนของกงหน

เซอร โจเซฟ จอหน ทอมสน ไดท าการดดแปลงหลอดรงสแคโทด

โดยเจาะรขวแอโนดตรงกลาง มฉากเรองแสงซงคซลไฟดวางขวางทปลายหลอด

10,000 V

เครองก าเนดไฟฟาศกยสง

แคโทด แอโนด ฉากเรองแสง

เครองสบสญญาอากาศ

ทอมสนตงสมมตฐานวา มรงสชนดหนงพงเปนเสนตรงมาจากแคโทดไปยงขวแอโนด

-

ทอมสนจงท าการทดลองโดยการเพมขวไฟฟาเขาไปอก 2 ขว

รงสมการเบนเขาหาขวบวก หรอขวแอโนด ทอมสนจงเรยกรงสนวา“รงสแคโทด” รงสทมประจะไฟฟาเปนลบ

10,000 V

เครองก าเนดไฟฟาศกยสง

แคโทด แอโนด ฉากเรองแสง

เครองสบสญญาอากาศ

+

10 V

ทอมสนไดท าการทดลองตอ โดยเปลยนชนดของแกสและโลหะทใชเปนขวในหลอดรงสแคโทด พบวา มรงสพงออกจากขวแคโทดไปยงขวแอโนดเหมอนเดม

N

-10,000 V

เครองก าเนดไฟฟาศกยสง

แคโทด แอโนด ฉากเรองแสง

เครองสบสญญาอากาศ

+

10 V

การทดลองหาคาประจตอมวลของอนภาคลบ โดยเอาสนามไฟฟาและสนามแมเหลกมาตงฉากกน

S

พบวา อนภาคลบไมเบยงเบนไปจากแนวเดม ในภาวะเชนนแสดงวา แรงจากสนามแมเหลกและแรงจากสนามไฟฟาสมดลกน ท าใหทอมสนสามารถค านวณหาอตราสวนประจตอมวล ของอนภาคลบในรงสแคโทดได และเรยกอนภาคลบ

นวา “อเลกตรอน”

m

e

m

e ของอเลกตรอน = 1.76 108 คลอมบตอกรม

e แทนประจ หนวย คลอมป (C) m แทนมวล หนวย กรม (g)

การหาคาประจของอเลกตรอนของมลแกน

โรเบรต แอนดรส มลลแกน ไดท าการทดลองหาคาประจอเลกตรอนโดยใชวธ “หยดน ามน” (oil – drop)experiment)

X-ray-e

ถายงไมผานกระแสไฟฟา ละอองหยดน ามนจะตกลงตามแนวโนมถวงของโลก แตเมอผานไฟฟาเขาไปหยดน ามนจะตกชาลง ดงนนจงปรบคาความตางศกย

ใหเหมาะสม จนกระทงหยดน ามนลอยนง

แรงดงดดทเกดจากขวไฟฟาเทากบแรงดงดดของโลก

คาประจไฟฟาทไดจะมคาเทากบ

1.6 10-19 คลอมบ (แสดงวามอเลกตรอน 1 ตว)‏3.2 10-19 คลอมบ (แสดงวามอเลกตรอน 2 ตว 2 1.6 10-19 คลอมบ)‏4.8 10-19 คลอมบ (แสดงวามอเลกตรอน 3 ตว 3 1.6 10-19 คลอมบ)‏6.4 10-19 คลอมบ (แสดงวามอเลกตรอน 4 ตว 4 1.6 10-19 คลอมบ)‏

จากการทดลองพบวาประจไฟฟาบนหยดน ามนจะมคาไมเทากน แตทกคาจะมคาคงทคาหนง

ประจของอเลกตรอน (e-) = 1.6 10-19 คลอมบ

จากการทดลองของทอมสนททราบวา

m

e ของอเลกตรอน = 1.76 108 คลอมบตอกรม

โดยแทนคา e = 1.60 10-19 คลอมบ สามารถหาคามวล (m) ของอเลกตรอนได

m = 1.60 10-19 C1.76 108 C/g

= 9.11 10-28 g

สรปอเลกตรอน มประจ 1.6 10-19 คลอมบ ตอ 1 อเลกตรอนอเลกตรอน มมวล 9.11 10-28 กรม ตอ 1 อเลกตรอน

ตวอยางอเลกตรอน 10 กรม จะมจ านวนอเลกตรอนเทาไร

ตวอยางจ านวนอเลกตรอนจ านวน 1.806 1024 อเลกตรอน มมวลกกรม

การคนพบอนภาคโปรตอนของโกลดสไตน

ออยเกน โกลดชไตน ไดดดแปลงหลอดรงสแคโทด

10,000 V

เครองก าเนดไฟฟาศกยสง

แคโทด แอโนด

ฉากเรองแสง กฉากเรองแสง ข

มจดสวางเกดขนบนฉากเรองแสงทสองตรงกบต าแหนงทเจาะรไว แสดงวามรงสมงไปทางดานแคโทด และผานรทเจาะไวตรงกลางไปกระทบฉากเรองแสง ข รงส ชนดนจะเกดขนพรอมๆ กบรงสแคโทด

“รงสบวก (positive ray) รงสแอโนด (anode ray) หรอรงสแคแนล (canal ray)”

โกลดชไตน ไดท าการทดลองหลาย ๆ ครง โดยการเปลยนชนดของแกสในหลอด พบวา

อนภาคทมประจบวกมอตราสวนประจตอมวลไมคงท และขนอยกบชนดของแกสทบรรจในหลอด

โกลดชไตน ไดสรปและการทดลองวาอตราสวนประจตอมวล ของอนภาคบวกขนอยกบชนดของแกส

m

e

อนภาคบวกนมประจเทากบประจของอเลกตรอน จงเรยกอนภาคบวก หรอไอออนบวกนวา“โปรตอน”

สรป

1.รงสบวกจะเคลอนทในแนวตรงในทศทางตรงกนขามกบรงสแคโทด2.รงสบวกประกอบดวยอนภาคทมมวล ซงเกดจากอนภาคบวกหรอไอออนบวกของแกส

3.รงสบวกเคลอนททะลผานโลหะไมได

สรป

4. รงสบวกสามารถเบยงเบนในสนามแมเหลกและสนามไฟฟาในทศทางตรงกนขามกบรงสแคโทด

+

-สนามไฟฟา

-e+p S

สนามแมเหลก

+p-e N

5. คาประจตอมวล ขนอยกบชนดของแกส แตไมขนอยกบชนดของโลหะทมาท าขวไฟฟา (แอโนด)

m

e

ทอมสนจงเสนอแบบจ าลองอะตอมวา

อะตอมมลกษณะเปนทรงกลม ประกอบดวยอนภาคโปรตอน (proton) ซงมประจบวกและอเลกตรอน (electron) ซงมประจลบ กระจายอยท วไปอยางสม าเสมอ อะตอมในสภาพทเปนกลางทางไฟฟาจะมประจบวกเทากบจ านวนประจลบ

++

+

-

-

-

-+

++

--

แบบจ าลองอะตอมของทอมสน

แบบจ าลองอะตอมของรทเทอรฟอรด

ลอรด เธอรเนสต รทเทอรฟอรด ไดมการศกษาคนควา พบวา สารกมมนตรงสเปนสาร(ธาต)ทมสมบตในการแผรงสไดเอง

รงสทเกดจากการสลายตวสารกมมนตภาพรงส มอย 3 ชนด คอ

1. รงสแอลฟา (, )2‏4He

มประจไฟฟา +2 มอ านาจในการทะลผานนอยมาก สามารถผานอากาศไดระยะทางประมาณ 3–5 มลลเมตรเทานน สามารถถกกนไดดวยกระดาษ 1–2 แผน และเบยงเบนในสนามไฟฟา โดยเบนเขาหาขวลบ

2. รงสบตา (β)‏

เปนอนภาคทประกอบดวยอเลกตรอนมประจลบ มมวลเทากบมวลของอเลกตรอนมอ านาจทะลผานสง สามารถผานอากาศไดประมาณ 1-3 เมตร ถกนไดดวยแผนโลหะและเบยงเบนในสนามไฟฟาโดยเบนเขาหาขวบวก

3. รงสแกมมา (γ)‏

เปนรงสทมสภาพเปนกลางทางไฟฟา ไมมประจและไมมมวล มสมบตคลายรงสเอกซ จดเปนคลนแมเหลกไฟฟามอ านาจในการทะลทะลวงสงมาก สามารถผานแผนอะลมเนยมหนา ๆ ได จะตองใชแผนตะกวหนาจงจะสามารถกนได

การทดลองของรทเทอรฟอรด รวมกบอนส ไกเกอร และเออรเนสต มารสเดน โดยการยงอนภาคแอลฟาไปยงแผนทองค าบาง ๆ

แหลงก าเนดอนภาคแอลฟา

แผนทองค า

ฉากเรองแสงฉาบดวย ZnS

ก.อนภาคแอลฟาจ านวนมาก

ข.อนภาคแอลฟาจ านวนนอย

ค.อนภาคแอลฟาจ านวนนอยมาก

1. แสดงวา อนภาคแอลฟาตองวงไปในทวางของอะตอม ดงนนภายในอะตอมตองมทวางอยเปนบรเวณกวาง2. แสดงวาอนภาคแอลฟาวงผานเขาไปใกลกบสงทมประจบวก เหมอนอนภาคแอลฟา และสงนนจะตองมมวลมาก (รทเทอรฟอรดเรยกวา นวเคลยส) แตการทอนภาคแอลฟาเบยงเบนไปนอยมากแสดงวา นวเคลยสมขนาดเลกมาก โอกาสทอนภาคแอลฟาจะวงเขาไปใกลหรอชนกบนวเคลยสจงมนอย

3. แสดงวา อนภาคแอลฟาวงมาชนกบนวเคลยสในทศทางตรงกบนวเคลยสพอด จงจะเกดการสะทอนกลบ แตโอกาสทอนภาคแอลฟาวงเขาไปชนและสะทอนกลบมนอย

นวเคลยสมขนาดเลก มมวลมาก นาจะประกอบดวยโปรตอนมากกวาอเลกตรอนเพราะอเลกตรอนมมวลนอยมาก จะไมมผลตอการสะทอนกลบของอนภาคแอลฟา

รทเทอรฟอรดจงไดเสนอแบบจ าลองใหมวา

“อะตอมประกอบดวยนวเคลยสทมโปรตอนรวมกนอยตรงกลาง นวเคลยสมขนาดเลกแตมมวลมาก และมประจบวก สวนอเลกตรอนซงมประจลบและมมวลนอยมากจะเคลอนทอยรอบ ๆ นวเคลยสเปนบรเวณกวาง”

+ ++ +-

--

-

--

แบบจ าลองอะตอมของรทเทอรฟอรด

แบบจ าลองอะตอมของรทเทอรฟอรดอธบายไมไดวา ท าไมโปรตอนจงรวมอยในนวเคลยสทมขนาดเลก ๆ ได ทง ๆ ทโปรตอนเองเกดแรงผลกระหวางกนได และไมสามารถอธบายไดวาท าไมอเลกตรอนทวงรอบ ๆ นวเคลยสจงไมถกนวเคลยสดดเขาไปทง ๆ ทมแรงดงดดระหวางประจตางกน

การคนพบนวตรอนของเจมส แซดวก

จากทดลองธาตตาง ๆ จะมมวลอะตอมมากกวามวลของโปรตอนรวมกนเสมอ สวนมากแลวมวลอะตอมของธาตจะมคาเปน 2 เทา หรอมากกวา 2 เทา ของมวลของโปรตอนรวมกนทงหมด

รทเทอรฟอรดจงไดสนนษฐานวา นาจะมอนภาคอกชนดหนงอยในนวเคลยส อนภาคชนดนควรมมวลใกลเคยงกบมวลของโปรตอน และมสมบตเปนกลางทางไฟฟาจงไมรบกวนประจในนวเคลยสจงท าใหมวลอะตอมมมวลเพมไปจากมวลของโปรตอนรวมกน

เซอร เจมส แซควค ไดทดลองคนพบอนภาคทเปนกลางทางไฟฟาในนวเคลยสของอะตอม

แหลงก าเนดอนภาคแอลฟา แผนโลหะ Li, B หรอ Be พาราฟน

อนภาคแอลฟา นวตรอน โปรตรอน

จะมอนภาคชนดใหมทไมมประจหลดออกมา และมวลของอนภาคตวใหมนมคาใกลเคยงกบมวลของโปรตอน จงเรยกอนภาคชนดใหมนวา “นวตรอน(neutron)”

แซควคค านวณมวลของนวตรอนได 1.675 10-24 g(มวลของนวตรอนมากกวา 1 มวลของโปรตอนเลกนอย)

จากการคนพบนวตรอน ท าใหแบบจ าลองประกอบดวยอนภาคอยางนอย 3 ชนด คออเลกตรอน (e-) โปรตอน (p) และนวตรอน (n) เรยกอนภาคทเปนองคประกอบของอะตอมทงสามนวา

“อนภาคมลฐานของอะตอม(fundamental particles of atoms)”

“อะตอมมลกษณะเปนทรงกลมประกอบดวยโปรตอน และนวตรอน

รวมกนอยตะรางกลางกลายเปนนวเคลยสและมอเลกตรอนเคลอนทอยรอบ ๆ

นวเคลยส โดยมจ านวนอเลกตรอนเทากบจ านวนโปรตอน”

+pn -

ตารางแสดงอนภาคมลฐานของอะตอม

ต าแหนงมวล(กรม)

ชนดประจไฟฟา

ประจไฟฟา(คลอมบ)‏

สญลกษณอนภาค

วงรอบนวเคลยส9.109 10-28-11.602 10-19e-อเลกตรอนในนวเคลยส1.673 10-24+11.602 10-19pโปรตอน

ในนวเคลยส1.675 10-2400nนวตรอน

จงเขยนเครองหมาย หรอ หนาขอความตอไปน

10. อนภาคนวตรอนเปนอนภาคทมประจลบ

9. อนภาคมลฐานของอะตอมประกอบดวย อเลกตรอนและโปรตอนเทานน..........

8. รงสทพงออกมาจากขวแอโนด คอ Canal Ray ..........7. รงสทพงออกมาจากขวแคโทด คอรงสแคโทด..........

6. ประจ (e-) ทไดจากการทดลองของมลลแกนมคาเทากบ 1.602 10-19 คลอมป..........

5. อนภาคทใชในการยงของการทดลองของรทเทอรฟอรด คอ อนภาคบตา..........

4. การทดลองของมลลแกน ท าใหทราบคาประจของอเลกตรอน.........

3. แซควค เปนคนคนพบนวตรอน..........

2. แบบจ าลองอะตอมของทอมสนมลกษณะเปนกลมหมอก.........

1. แบบจ าลองอะตอมของดอลตน เปนลกษณะทรงกลมวางเปลา.........

..........

การศกษาอนภาคมลฐานของอะตอมและสญลกษณนวเคลยร

สญลกษณนวเคลยร

สญลกษณนวเคลยร เปนสญลกษณทแสดงจ านวนอนภาคมลฐานของอะตอม(จ านวนโปรตอน จ านวนอเลกตรอน และจ านวนนวตรอน)

Xสญลกษณของธาต

A

Z

เลขมวล

เลขมวล = จ านวนโปรตอน + จ านวนนวตรอน

เลขอะตอมเลขอะตอม = จ านวนโปรตอน

เลขอะตอม (atomic number)

เปนคาเฉพาะของธาตแตละชนดแสดงจ านวนโปรตอนในนวเคลยส 1 อะตอมของธาตนน ซงอะตอมของธาตชนดเดยวกนจะตองมจ านวนโปรตอนเทากนเสมอ

ถาจ านวนโปรตอนเปลยนไปจะเกดเปนธาตใหมซงมเลขอะตอมเปลยนไปจากเดม

เลขอะตอม = จ านวนโปรตอนซงเทากบจ านวนอเลกตรอน

เลขมวล (mass number)

เปนตวเลขแสดงผลบวกของโปรตอนกบนวตรอนของธาต ถาทราบเลขอะตอมจะสามารถหาจ านวนนวตรอนของอะตอมได

เลขมวล = จ านวนโปรตอน + จ านวนนวตรอน

ตวอยาง จงค านวณหาจ านวนโปรตอน อเลกตรอนและนวตรอนของธาตตาง ๆ ตอไปน

11

23Na

เลขอะตอม (Z)‏เลขมวล (A)‏จ านวนโปรตอนจ านวนอเลกตรอนจ านวนนวตรอน

1123111123–11 = 12

1735

Cl

เลขอะตอม (Z)‏เลขมวล (A)‏จ านวนโปรตอนจ านวนอเลกตรอนจ านวนนวตรอน

1735171735–17 = 18

ไอออน (ion)คอ อนภาคทมประจไฟฟา เกดจากจ านวนโปรตอนกบจ านวนอเลกตรอนภายในอะตอม

แตกตางกนเนองจากจ านวนอเลกตรอนเปลยนไปไอออนบวก (cation)เกดจากอะตอมใหอเลกตรอนไป ท าใหประจไฟฟาเปนบวกเทากบจ านวนอเลกตรอนท

ใหไป

Na+ หรอ เมอธาตโซเดยมให 1 อเลกตรอน

Ca2+ หรอ เมอธาตแคลเซยมให 2 อเลกตรอน

Al3+ หรอ เมอธาตอะลมเนยมให 3 อเลกตรอน

+Na23

11

+240

20Ca

+327

13Al

ไอออนลบ (anion)เกดจากอะตอมรบอเลกตรอน จะมประจลบเทากบจ านวนทรบ เกดกบธาตทมสมบตเปนอโลหะ

Cl- หรอ เมอธาตคลอรนรบ 1 อเลกตรอนO2- หรอ เมอธาตออกซเจนรบ 2 อเลกตรอนN3- หรอ เมอธาตไนโตรเจนรบ 3 อเลกตรอน

1735

Cl−

816

O2−

7

14N

3−

ไอโซโทน (Isotone)

คอ อะตอมของธาตตางชนดกน แตมจ านวนนวตรอนเทากน เชน

9

19F 8

18O

มจ านวนนวตรอนเทากน คอ 10 ธาตทงสองเปนไอโซโทนกน

ไอโซบาร (Isobar)คอ อะตอมของธาตตางชนดกน มเลขมวลเทากน แตมเลขอะตอมไมเทากน เชน

19

40K

18

40Ar

มเลขมวลเทากน คอ 40 ธาตทงสองเปนไอโซบารกน

แบบจ าลองอะตอมของโบร

การศกษาสเปกตรมของสารประกอบและธาตซงจะเกยวของกบจ านวนอเลกตรอนการจดอเลกตรอน และพลงงานของอเลกตรอนในอะตอมหนงๆ รวมเรยกวา

“โครงสรางของอเลกตรอน”

คลนและสมบตของคลนแสง

แสงเปนคลนแมเหลกไฟฟา แสงทตามองเหนได เรยกวา “แสงขาว” มความยาวคลนอยในชวง 400 – 700 nm

ลกษณะส าคญของคลนแมเหลกไฟฟา คอ ความยาวคลน แอมพลจดหรอความสงของคลน ความถ และความเรวของคลน

ความยาวคลน (wave length)

คลน 1 รอบ

ความยาวคลน

แอมพลจด

ระยะทางทคลนเคลอนทครบหนงรอบพอด สญลกษณ มหนวยเปน เมตร

นาโนเมตร (nm)

แอมพลจด (amplitude)

ความสงของยอดคลน หรอ ความลกของทองคลน สญลกษณ a

ความถของคลน

จ านวนรอบทคลนเคลอนทผานจดหนงในเวลา 1 วนาท สญลกษณ (นว) มหนวยคอ จ านวนรอบตอวนาท (s-1) หรอ เฮรตซ (Hz)

ความเรวของคลน

ระยะทางทคลนเคลอนทไดระยะเวลา 1 วนาท สญลกษณ c มหนวยคอเมตรตอวนาท (m/s) ในสญญากาศคลนแมเหลกไฟฟาทกชนดจะมความเรวเทากนคอ 2.9979 108 เมตรตอวนาท หรอ 3 108 เมตรตอวนาท

คลน 1 รอบ

ความยาวคลน

แอมพลจด

ความสมพนธระหวางความยาวคลน ความถของคลน และความเรวของคลน

c =

= c

λ

ความยาวคลนแปรผกผนกบความถของคลน = ν

1

ดงนน คลนแมเหลกไฟฟาทมความยาวคลนสน จะมความถมาก

คลนแมเหลกไฟฟาทมความยาวคลนยาว จะมความถนอย

ตวอยาง จงค านวณหาขอมลตอไปน1. ความถของคลนแสงทมความยาวคลน 408 นาโนเมตร

= c

λ

= 3 108 m/s

408 10-9 m= 7.35 1014 s-1

ดงนน คลนทมความยาว 408 นาโนเมตร มความถ 7.35 1014 Hzตวอยาง

2. ความยาวคลนในหนวยเมตรและนาโนเมตร (nm) ของคลนทมความถ 1.015 108 Hz

= c

ν

= 3 108 m/s

1.015 108 s-1= 3 m

ดงนน คลนทมความถ 1.015 108 Hz มความยาวคลน 3 เมตร 3 109 nm

เมอน าทกคาของชวงความถหรอความยาวคลนของคลนแมเหลกไฟฟามารวมกน จะไดสเปกตรมคลนแมเหลกไฟฟา

ความยาวคลนของคลนวทย > ไมโครเวฟ > คลนเรดาร > อนฟราเรด > แสงทมองเหนได> อลตราไวโอเลต > เอกซ > แกมมาความยาวถของคลนวทย < ไมโครเวฟ < คลนเรดาร < อนฟราเรด < แสงทมองเหนได< อลตราไวโอเลต < เอกซ < แกมมา

สเปกตรม ถาแสงขาวสองผานปรซม แสงขาวจะแยกออกเปนแสงสตอเนองกน เรยกวา สเปกตรมของแสงขาว

ตารางแสดงแสงสตาง ๆ ในแถบสเปกตรมของแสงขาว

ความยาวคลน (nm)‏สของสเปกตรม400 – 420มวง420 – 490คราม – น าเงน490 – 580เขยว580 – 590เหลอง590 – 650สม650 – 700แดง

สมวงจะหกเหมากทสด และสแดงจะหกเหนอยทสด เรยกแถบสทตอเนองกนวา แถบสเปกตรม

การเผาสารประกอบตางๆ หรอโลหะ เครองมอสเปกโทรสโคป จะแยกสออกเปนหลายส ซงแตละสจะแยกออกเปนเสน เรยกวา เสนสเปกตรม

ธาตแตละชนดใหสเปกตรมทมแสงสตางกนและมจ านวนเสนสเฉพาะตว

พลงงานของคลนแมเหลกไฟฟา

การอธบายเกยวกบการเคลอนทของอเลกตรอนจะอาศยสมบตของแสงทเปนไดทงคลนและอนภาค เรยกวา โฟตอน

มกซ พลงค ไดศกษาพลงงานของคลนแมเหลกไฟฟา“พลงงานของคลนแมเหลกไฟฟาจะเปนสดสวนโดยตรงกบความถของคลนนน”

ความสมพนธสามารถเขยนเปนสมการของพลงค ไดดงน E = h

E = โดย = hc

λ

c

λ

E = พลงงานของคลนแมเหลกไฟฟา หนวย จล (J)‏

h = คาคงทของพลงค = 6.625 10-34 จลวนาท (Js)‏

= ความถของคลนแมเหลกไฟฟา หนวย รอบตอวนาท หรอ เฮรตซ (Hz)‏

c = ความเรวของแสงในสญญากาศ = 2.997 108 เมตรตอวนาท 3.0 108 m/s

พลงงานแปรผนตรงกบความถ แตแปรผกผนกบความยาวคลน

ตวอยางแสงสเหลองมความยาวคลน 600 นาโนเมตร จะมพลงงานเทาไร

E = hc

λ

E = 6.625 10-34 Js 3 108 m/s

600 10-9 m= 3.31 10-19 J

ดงนน แสงสเหลองมความยาวคลน 600 นาโนเมตร มพลงงาน 3.31 10-19 J

ตวอยางแสงสมวงมพลงงาน 4.97 10-19 จล จะมความยาวคลนและความถเทาไร

=E

h

= 4.97 10-19 J

6.625 10-34 Js= 7.5 1014 s-1

= c

ν

= 3 108 m/s

7.5 1014 s-1= 4 10-7 m

ดงนน แสงสมวงมพลงงาน 4.97 10-19 J มความยาวคลน 400 นาโนเมตร ความถ 7.5 1014 Hz

เสนสเปกตรมของธาตและการแปลความหมายการเพมพลงงานใหแกสารโดยการเผา เมอมองดวยตาเปลาจะเหนสของเปลวไฟมสเดนชดเพยงสเดยว แตถาใชสเปกโทรสโคปสองดสเปลวไฟ จะปรากฏเปนเสนหลายส เรยกวา เสนสเปกตรม

ธาตแตละชนดจะใหสเปกตรมตางกน มลกษณะและจ านวนเสนเฉพาะตว

ตารางแสดงสของสเปกตรมทเกดจากการเผาธาตบางชนด

เขยวเขมเขยวมรกตCu

เขยวแกมเหลองเขยวแกมเหลองBa

แดงสดแดงสดSr

แดงเขมแดงอฐCa

มวงมวงK

เหลองเหลองNa

แดงแดงLi

สของสเปกตรมสของเปลวไฟสารประกอบของ

การเกดสเปกตรมของธาตและการแปลความหมาย

สเปกตรมตอเนอง

เปนสเปกตรมทเหนเปนแถบสตอเนองกน เชน สเปกตรมจากดวงอาทตยสเปกตรมไมตอเนอง

เปนสเปกตรมทเหนเปนเสนไมตอเนองกน เชน สเปกตรมทเกดจากหลอดไฟฟลออเรสเซนต

การอธบายการเกดเสนสเปกตรมจากการเผาสารนลส โบร ไดเสนอขอสนนษฐานเกยวกบการเกดเสนสเปกตรมวา

อเลกตรอนจะมพลงงานเฉพาะคาๆ หนงเทานนในอะตอม เรยกวา ระดบพลงงาน (energy level) ของอเลกตรอน

สถานะพน (ground state) คอ ระดบพลงงานทอะตอมจะเสถยร พลงงานรวมของอเลกตรอนมคาต าสดสถานะกระตน (excited state) คอ เมออเลกตรอนไดรบพลงงานเพมขน อเลกตรอนจะดดกลนพลงงานไว

ท าใหอเลกตรอนถกกระตนและเคลอนยายไปสระดบพลงงานทสงกวา อเลกตรอนจะไมเสถยรอเลกตรอนพยายามปรบตวกลบคนสสถานะพน โดยการคายพลงงานออกมาสวนหนงเพอลดพลงงานลง แลวกลบสระดบพลงงานทต ากวา

E1 (สถานะพน)

E2 (สถานะกระตน )

e-

ดดพลงงาน = E

ไมเสถยร

คายพลงงาน = E

การเกดสเปกตรมของธาตและการแปลความหมาย

มวง คราม น าเงน เขยว เหลอง สม แดง

การแปลความหมายสเปกตรมของไฮโดรเจน

โบร ไดท าการศกษาเสนสเปกตรมของไฮโดรเจน โดยการกระตนแกสไฮโดรเจนดวยพลงงานไฟฟาแทนการเผา

E0

E1

E2

E3

E4

สเปกตรม

ความยาวคลน (นาโนเมตร)‏

สมวง

410

สน าเง

น43

4

สน าเง

น48

6

สอแด

ง65

6

2.7 10-23 = (E4-E3)‏

4.9 10-23 = (E3-E2)‏

10.6 10-23 = (E2-E1)3.02‏ 10-22656แดงE1 E0

4.08 10-22486น าทะเลE2 E0

4.57 10-22434น าเงนE3 E0

4.84 10-22410มวงE4 E0

ผลตางระหวางพลงงานของเสนสเปกตรมทอยถดกน (kJ)‏

ความยาวคลน(nm)‏

เสนสเปกตรม

การเปลยนแปลงระดบพลงงานของอเลกตรอน

พลงงานทคายออกมาE = hc

λ

1. เมออเลกตรอนไดรบพลงงานทเหมาะสม จะขนไปอยในระดบพลงงานทสงกวา ในระดบพลงงานใหมจะท าใหอะตอมไมเสถยร อเลกตรอนจงกลบมาอยในระดบพลงงานทต ากวา ซงการเปลยนต าแหนงอเลกตรอนจะคายพลงงานออกมาเปนคลนแมเหลกไฟฟาและตองมคาเฉพาะตามทฤษฎของพลงค

2. การเปลยนระดบพลงงานของอเลกตรอนไมจ าเปนตองเปลยนระหวางระดบพลงงานทอยตดกน อาจมการเปลยนขามระดบพลงงานกได

3. ระดบพลงงานทอยต าจะอยหางกนมากกวาระดบพลงงานสง ระดบพลงงานยงสงขนจะอยชดกนมากขน

โบร สรางแบบจ าลองอะตอมเพอใชอธบายลกษณะการเคลอนทของอเลกตรอนรอบๆนวเคลยส

“อเลกตรอนจะเคลอนทรอบนวเคลยสเปนวงคลายกบวงโคจรของดาวเคราะหรอบ ดวงอาทตย แตละวงจะมระดบพลงงานเฉพาะตว และเรยกระดบพลงงานของอเลกตรอนทอยใกลนวเคลยสทสด ซงมระดบพลงงานต าทสดวา ระดบพลงงาน K และระดบ

พลงงานทอยถดออกมาเปน L, M, N, … ตามล าดบ”

แตปจจบนเรยกระดบพลงงานทอยใกลนวเคลยสทสดวา ระดบพลงงาน n = 1 และเรยกระดบพลงงานทอยถดไปเปน n = 2, n = 3, n = 4 ตามล าดบ

สรปแบบจ าลองอะตอมของโบร

1. อเลกตรอนจะอยกนเปนชนๆ แตละชน เรยกวา “ระดบพลงงาน”2. แตละระดบพลงงานจะมอเลกตรอนบรรจอย ดงน จ านวนอเลกตรอน = 2n2

ไมเกน 81832321882จ านวนอเลกตรอนสงสด = 2n2

QPONMLKชอระดบพลงงาน

7654321พลงงานหลก (n)‏

3. อเลกตรอนทอยในระดบพลงงานวงนอกสด เรยกวา เวเลนซอเลกตรอน จะเปนอเลกตรอนทเกดปฏกรยาตางๆ ได4. อเลกตรอนทอยในระดบพลงงานวงในอยใกลนวเคลยสจะเสถยรมาก เพราะประจบวกจากนวเคลยสดงดดไวอยางด สวนอเลกตรอนรบพลงงานวงนอกจะไมเสถยร เพราะนวเคลยสสงแรงดงดดไดนอยมาก อเลกตรอนพวกนจงมพลงงานสงหลดออกจากอะตอมไดงาย

5. ระดบพลงงานวงในจะอยหางกนมาก สวนระดบพลงงานวงนอกจะอยชดกนมาก6. การเปลยนระดบพลงงานของอเลกตรอน ไมจ าเปนตองเปลยนในระดบถดกน อาจเปลยนขามระดบพลงงานกได

แบบจ าลองอะตอมแบบกลมหมอก

บรเวณใดทมกลมหมอกอเลกตรอนหนาแนน แสดงวามโอกาสทจะพบอเลกตรอนมาก บรเวณใดทมกลมหมอกอเลกตรอนเบาบาง แสดงวาม

โอกาสทจะพบอเลกตรอนนอย

การจดเรยงอเลกตรอน

ในอะตอม

ตารางธาต

สมบตของธาตตามหมตามคาบ

THE END