atom

แบบจาํ ลองอะตอม โดย ครูเกษศิรินทร์ พลหาญ กลุ่มสาระการเรียนรู้วทิ ยาศาสตร์ โรงเรียนทพั ราชวทิ ยา



ดโิ มคริตุส และลูซิพปุส นักปราชญ์ชาวกรีกเชื่อว่าถ้า แบ่งสารให้มขี นาดเลก็ ลงเรื่อยๆ ในทส่ี ุดจะได้หน่วย ย่อย ซึ่งไม่สามารถแบ่งให้เลก็ ลงได้อกี และเรียก หน่วยย่อยนีว้ ่า อะตอม อะตอม (Atom) คอื หน่วยพนื้ ฐานของสสาร

ภาพจาํ ลองอะตอมของทองคาํ ทส่ี ร้างขนึ้ จากเครื่องมอื atomic force microscope (AFM)

มารูจกั แบบจาํ ลองอะตอมกนั ก่อนเลยจะ๊ แบบจําลองอะตอม คอื มโนภาพทนี่ ักวทิ ยาศาสตร์สร้างขนึ้ เพอ่ื อธิบายลกั ษณะของอะตอม โดยได้จากการแปลผลจาก ข้อมูลทไ่ี ด้จากการทดลอง และนํามาสร้างเป็ นมโนภาพหรือ แบบจําลอง

 ทฤษฎอี ะตอมของดอลตนั 1.ธาตุ ประกอบด้วยอนุภาคเลก็ ๆ เรียกว่า อะตอม อะตอม แบ่งแยกและทาํ ให้สูญหายไม่ได้ 2. อะตอมของธาตุชนิดเดยี วกนั มสี มบตั เิ หมอื นกนั แต่มสี มบตั ิ แตกต่างจากอะตอมของธาตุอนื่ 3. สารประกอบ เกดิ จากอะตอมของธาตุมากกว่าหน่ึงชนิดทาํ ปฏกิ ริ ิยากนั ในอตั ราส่วนทเี่ ป็ นเลขลงตวั น้อยๆ

แบบจําลองอะตอมของดอลตนั มลี กั ษณะเป็ นทรงกลมทบึ ตนั

การนาํ ไฟฟ้ าของของแขง็ ของเหลว และก๊าซ

การนาํ ไฟฟ้ าของก๊าซ  ก๊าซทภี่ าวะปกตไิ ม่นําไฟฟ้ า แต่ก๊าซจะนําไฟฟ้ าได้เมอื่ อยู่ ในภาวะ 1. ลดความดนั ของก๊าซให้ตาํ่ มากๆ 2. เพม่ิ ความต่างศักด์ริ ะหว่างข้วั ไฟฟ้ าให้สูงมากๆ

การทดลองเกี่ยวกบั รังสีแคโทด พบวา่ เม่ือลดความดนั ของก๊าซใหต้ ่าํ มากๆและเพ่ิมความต่างศกั ยร์ ะหวา่ ง ข้วั ไฟฟ้ าใหส้ ูงมากๆ จะมีรังสีแคโทดพงุ่ มาจากข้วั แคโทดไปยงั แอโนด

ภาพการทดลองของออยเกน โกลดช์ ไตน์

จากการทดลองหลายคร้ัง ๆ - โดยการเปลี่ยนชนิดของแก๊สในหลอดแกว้ ปรากฏวา่ อนุภาคท่ีมีประจุ บวกเหล่าน้ีมี อตั ราส่วนของประจุต่อมวลไม่เท่ากนั ข้ึนอยกู่ บั ชนิดของ แก๊สท่ีใช้ - เม่ือทดลองโดย เปล่ียนโลหะท่ีใชท้ าํ ข้วั ไฟฟ้ าหลาย ๆ ชนิด แต่ใชแ้ ก๊ส ในหลอดแกว้ ชนิดเดียวกนั ปรากฏวา่ ผลการทดลองได้ อตั ราส่วนของ ประจุต่อมวลเท่ากนั *แสดงว่าอนุภาคบวกในหลอดรังสีแคโทดเกดิ จากแก๊ส ไม่ได้เกดิ จากข้วั ไฟฟ้ า

- เมื่อผา่ นรังสีน้ีไปยงั สนามแม่เหลก็ และสนามไฟฟ้ า รังสีน้ีจะ เบี่ยงเบนไปในทิศทางตรงขา้ มกบั รังสีแคโทด แสดงวา่ รังสีน้ี ประกอบดว้ ยอนุภาคท่ีมีประจุไฟฟ้ าเป็นบวก - อนุภาคที่มีประจุบวกเหล่าน้ีมีอตั ราส่วนประจุต่อมวล (e/m) ไม่ คงที่ และถา้ บรรจุแก๊สไฮโดรเจนไวใ้ นหลอดรังสีแคโทด จะได้ อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้ าบวกเท่ากบั ประจุไฟฟ้ าลบ เรียกอนุภาค บวกในรังสีแคแนลของไฮโดรเจนวา่ “โปรตอน” “โปรตอน” มอี นุภาคทม่ี ปี ระจุเป็ น บวก มมี วล 1.66 x 10-24 g

สรุปการทดลองของออยเกน โกลดช์ ไตน์ 1. พบอนุภาคทมี่ ปี ระจุบวก 2. ประจุบวกเหล่านีม้ อี ตั ราส่วนประจุ/มวลไม่คงท่ี ขนึ้ กบั ชนิดของแก๊สทบ่ี รรจุในหลอดรังสีแคโทด 3. เรียกประจุบวกนีว้ ่า โปรตอน

การทดลองของทอมสนั

การทดสอบสมบตั ิของรังสีแคโทด

สรุปการทดลองของทอมสนั 1. รังสีแคโทดประกอบด้วยอนุภาคทม่ี ปี ระจุลบ 2. หาอตั ราส่วนประจุ/มวล ได้ค่าคงทเี่ ท่ากบั 1.76 X 108 คูลอมบ์ต่อกรัม 3. อะตอมทุกชนิดประกอบด้วยอนุภาคทม่ี ปี ระจุลบเป็ น องค์ประกอบ เรียกอนุภาคนีว้ ่า อเิ ลก็ ตรอน

แบบจาํ ลองอะตอมของทอมสนั อะตอมเป็ นรูปทรงกลม ประกอบด้วยเนือ้ อะตอมซึ่งมปี ระจุ บวกและมอี เิ ลก็ ตรอนซ่ึงเป็ นประจุลบกระจายอยู่ทวั่ ไป อะตอมในสภาพทเี่ ป็ นกลางทางไฟฟ้ าจะมจี ํานวนประจุบวก เท่ากบั จาํ นวนประจุลบ





การหามวลของอิเลค็ ตรอน ปี 2451 รอเบริ ์ต แอนดรูส์ มลิ ลแิ กน หาค่าประจุของ อเิ ลค็ ตรอนได้เท่ากบั 1.60 x 10 -19 คูลอมบ์ นําไปแทนค่าใน e/m = 1.76 X 108 คูลอมบ์ต่อกรัม หามวลของอเิ ลค็ ตรอนได้เท่ากบั 9.11 x 10 -28 กรัม

การทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ด ในปี พ.ศ. 2453 เซอร์ เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด (Sir Ernest Rutherford) ได้ศึกษาแบบจาํ ลองอะตอมของทอมสัน และเกดิ ความสงสัยว่าอะตอมจะมโี ครงสร้างตามแบบจาํ ลองของทอมสันจริง หรือไม่ โดยต้งั สมมตฐิ านว่า “ถ้าอะตอมมโี ครงสร้างตามแบบจาํ ลองของทอมสันจริง ดงั น้ันเมอ่ื ยงิ อนุภาคแอลฟาซึ่งมปี ระจุไฟฟ้ าเป็ นบวกเข้าไปในอะตอม แอลฟาทุก อนุภาคจะทะลุผ่านเป็ นเส้นตรงท้งั หมดเน่ืองจากอะตอมมคี วามหนาแน่น สมาํ่ เสมอเหมอื นกนั หมดท้งั อะตอม”

เพอ่ื พสิ ูจน์สมมตฐิ านนี้ รัทเทอร์ฟอร์ดได้ทาํ การทดลองยงิ อนุภาคแอลฟาไปยงั แผ่น ทองคาํ บาง ๆ โดยมคี วามหนาไม่เกนิ 10–4 cm โดยมฉี ากสารเรืองแสงรองรับ

 ปรากฏผลการทดลองดงั นี้  1. อนุภาคส่วนมากเคลอื่ นทท่ี ะลผุ ่านแผ่นทองคาํ เป็ นเส้นตรง  2. อนุภาคส่วนน้อยเบย่ี งเบนไปจากเส้นตรง  3. อนุภาคส่วนน้อยมากสะท้อนกลบั มาด้านหน้าของแผ่นทองคาํ

แบบจาํ ลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด  “อะตอมประกอบด้วยนิวเคลยี สทม่ี โี ปรตอนรวมกนั อยู่ตรง กลาง นิวเคลยี สมขี นาดเลก็ แต่มมี วลมาก และมปี ระจุบวก ส่วน อเิ ลก็ ตรอนซ่ึงมปี ระจุลบและมมี วลน้อยมากวง่ิ อยู่ รอบ ๆนิวเคลยี ส”

การอธิบายโครงสร้างอะตอมด้วยแบบจาํ ลองอะตอมของ รัทเทอร์ฟอร์ด

อนุภาคมลู ฐานในอะตอม

การค้นพบนิวตรอน เซอร์เจมส์ แชดวกิ ทดลองยงิ อนุภาคแอลฟาไปยงั โลหะชนิดต่างๆ พบวา่ มีอนุภาคซ่ึงไม่มีประจุไฟฟ้ า มีมวลใกลเ้ คียงกบั โปรตอน อยรู่ วมกบั โปรตอนใน นิวเคลียส เรียกช่ือวา่ อนุภาคนิวตรอน

อนุภาคมลู ฐานในอะตอม

 เลขอะตอม (Atomic number : Z) เป็นค่าเฉพาะของ ธาตุแต่ละชนิดแสดงจาํ นวนโปรตอนในนิวเคลียส 1 อะตอมของธาตุน้นั ซ่ึงอะตอมของธาตุชนิดเดียวกนั ตอ้ งมีจาํ นวนโปรตอนเท่ากนั เสมอ  เลขอะตอม (Z) = จาํ นวนโปรตอน (p)

เลขมวล (Mass number, A) เป็นตวั เลขแสดงผลบวกของ จาํ นวนโปรตอนกบั นิวตรอนของธาตุ ถา้ ทราบเลขอะตอมจะสามารถหาจาํ นวนนิวตรอนของ อะตอมไดโ้ ดยนาํ เลขอะตอมไปลบเลขมวล เลขมวล(A) = จาํ นวนโปรตอน (p) + จาํ นวนนิวตรอน (n)

ถ้าทราบเลขอะตอมสามารถหานิวตรอนได้ ดงั นี้ จาํ นวนนิวตรอน (n) = เลขมวล (A) - จาํ นวนโปรตอน(p) หรือ = เลขมวล (A) - เลขอะตอม (Z)

สัญลกั ษณ์นิวเคลยี ร์  สัญลกั ษณ์นิวเคลยี ร์ (Nuclear Symbol,X) คือสญั ลกั ษณ์ของธาตุท่ีแสดงอนุภาคมลู ฐานของอะตอม ซ่ึงจะเขียนเลขอะตอมแทน จาํ นวนโปรตอนและ อิเลก็ ตรอน ไวท้ ี่มุมซา้ ยล่างของสญั ลกั ษณ์ และเขียนเลข มวลไวท้ ี่มุมซา้ ยบนของสญั ลกั ษณ์ ดงั น้ี



ตวั อยา่ งสญั ลกั ษณ์นิวเคลียร์ของธาตุ สัญลกั ษณ์นิวเคลยี ร์ธาตุออกซิเจน (O) เลขมวล=16 เลขอะตอม= 8 สัญลกั ษณ์นิวเคลยี ร์ธาตุนีออน (Ne) เลขมวล=20 เลขอะตอม=10

การคาํ นวณอนุภาคมูลฐานของอะตอมจากสัญลกั ษณ์นิวเคลยี ร์ อะตอมของธาตุเป็ นกลางทางไฟฟ้ า คือ อะตอมของธาตุจะมีจาํ นวน โปรตอนเท่ากบั จาํ นวนอิเลก็ ตรอน เช่น 

จงหาจาํ นวนอนุภาคมูลฐานของอะตอม ธาตุต่อไปนี้ จากสัญลกั ษณ์นิวเคลยี ร์

กาํ หนดโครงสร้างอะตอมของธาตุ 5 ฟอสฟอรัสให้ดงั นี้ สัญลกั ษณ์ p = 15 นิวเคลยี ร์คอื ข้อใด n = 16 ก.  1615P ข.  1516P ค.  3115P ง. 3116P

การหาจํานวนอนุภาคมูลฐานในไอออน ไอออน คอื อะตอมทม่ี ปี ระจุไฟฟ้ า มี 2 ชนิด 1. ไอออนบวก เกดิ จากอะตอมเสียอเิ ลคตรอน เช่น Na เสีย 1e เกดิ เป็ น Na + Mg เสีย 2e เกดิ เป็ น Mg 2+ 2. ไอออนลบ เกดิ จากอะตอมรับอเิ ลคตรอน เช่น Cl รับ 1e เกดิ เป็ น Cl - O รับ 2e เกดิ เป็ น O 2-

30 จากสญั ลกั ษณน์ ิวเคลยี ร์ 3216S2‐ จงพิจารณาว่าขอ้ ใดถกู ตอ้ ง ก. มี 18 อิเล็กตรอน ข. มี 16อิเล็กตรอน ค. มี 32 อิเล็กตรอน ง. มี 14 โปรตอน

ธาต ุA มีโปรตอน 90 นิวตรอน 148 30 ธาต ุB มีโปรตอน 94 นิวตรอน 142 ขอ้ ใดถกู ตอ้ ง ก. ธาตุ A มเี ลขมวล 148 ข. ธาตุ B มเี ลขมวล 236 เลขอะตอม 90 เลขอะตอม 142 ค. ธาตุ A มเี ลขมวล 238 ง. ธาตุ B มเี ลขมวล 236  เลขอะตอม 58 เลขอะตอม 94

ไอโซโทป (Isotope) หมายถึง อะตอมของธาตุชนิดเดียวกนั ท่ีมีเลข มวลต่างกนั (มีจาํ นวนอนุภาคนิวตรอนต่างกนั )



ตวั อย่างไอโซโทป คาร์บอนมี 3 ไอโซโทปคอื 126C 136C 146C ฟอสฟอรัส 3115P 3215P

ธาตุ 2 ธาตุเป็ นไอโซโทปซึ่งกนั และกนั มสี ิ่งใดท่ี 5 ต่างกนั ก. เลขอะตอม ข. จาํ นวนอเิ ลก็ ตรอน ค. จาํ นวนระดบั พลงั งาน ง. จาํ นวนนิวตรอน

ธาต ุ X และ Y เป็ นธาตไุ อโซโทปกนั 60 ธาต ุ X มีจํานวนโปรตอนเท่ากบั 10 และมีเลขมวลเท่ากบั 20 ธาต ุ Y มีจํานวนนิวตรอนมากกว่าธาต ุ X อยู่ 2 นิวตรอน ขอ้ ใดเป็ นสญั ลกั ษณน์ ิวเคลียรข์ องธาต ุY ก. 2012Y ข. 2210Y ค.   128Y ง. 1210Y

5 อะตอมของธาตใุ ดไมม่ ีนิวตรอน ออกซิเจน ไฮโดรเจน ไนโตรเจน อะลมู ิเนียม

ไอโซบาร์ (Isobar) ไอโซบาร์ (Isobar) หมายถงึ ธาตตุ า่ งชนดิ กนั ทม่ี เี ลขมวลเทา่ กนั แตม่ มี วลอะตอมและจํานวน นวิ ตรอนไมเ่ ทา่ กนั เชน่ 3015P กบั 3014Si มเี ลขมวลเทา่ กนั คอื 30 ธาตุ A Z n 3015P 30 15 15 3014Si 30 14 16

ไอโซโทน (Isotoneไ)อหโมซายโถทึงนธา(ตIุตso่างtชoนnิดeก)นั ท่ีมีจาํ นวนนิวตรอนเท่ากนั แต่มีเลขมวล และเลขอะตอมไม่เท่ากนั เช่น 188O 199F เป็ นไอโซโทนกนั มีนิวตรอน เท่ากนั คธือาตnุ = 10 A Z n 188O 18 8 10 199F 19 9 10

ทาํ แบบฝึกหดั 1.1 หน้า 13