อะตอมและสมบัติของธาตุ

อะตอมและสมบัตขิ องธาตุ อาจารย์กรธนินทร์ ไตรหาญโรงเรียนสาธติ มหาวิทยาลัยราชภฏั บ้านสมเดจ็ เจ้าพระยา(มัธยม)



การศึกษาเกย่ี วกบั อะตอมนักปรัชญาชาวกรีก เช่น Plato, Aristotle, Democritusจอห์น ดอลตนั (ชาวองั กฤษ) ลอร์ดเออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด(ชาวองั กฤษ) ฮันส์ ไกเกอร์(ชาวเยอรมนั )เซอร์ โจเซฟ จอห์น ทอมสัน(ชาวองั กฤษ) นีลส์ โบร์(ชาวเดนมาร์ก)รอเบริ ์ต แอนดรูส์ มลิ ลแิ กน(ชาวอเมริกา) เออร์วนิ ชโรดงิ เงอร์(ชาวออสเตรีย)

Democritus (460-370 BC) “สารทุกชนิดประกอบด้วยหน่วยท่ี เลก็ ทส่ี ุดซ่ึงไม่ สามารถแยกต่อไปได้ อกี เรียกว่า อะตอม และอะตอมนี้จะ ไม่มีการสูญหายหรือเกดิ ขนึ้ ใหม่ได้” ATOMOS = แบ่งแยกไม่ได้

Aristotle และ Plato“สารทุกชนิดสามารถถูกแบ่งให้ เล็กลงไปได้ โดยไม่ มีท่ีสิ้นสุ ดและธาตุแท้ของสารท้ังหลายมีเพียงสี่อย่างเท่าน้ันคือ ดนิ นา้ ลม ไฟ ”

ทฤษฎอี ะตอมของดอลตนั (ค.ศ.1803-1807) ธาตุประกอบด้วยอนุภาคเลก็ ๆ หลายอนุภาค เรียกอนุภาคเหล่านีว้ ่า “อะตอม” ซ่ึงแบ่งแยกและทาให้สูญหายไม่ได้ อะตอมของธาตุชนิดเดยี วกนั มสี มบัตเิ หมือนกนั แต่จะมีสมบัติ แตกต่างจากอะตอมของธาตุอ่ืน(มีมวลต่างกนั ด้วย) สารประกอบเกดิ จากอะตอมของธาตุมากกว่าหนึ่งชนิดทาปฏกิ ริ ิยา เคมีกนั ในอตั ราส่วนท่เี ป็ นเลขลงตัวน้อยๆ จอห์น ดอลตัน(John Dalton) นักวทิ ยาศาสตร์ชาวองั กฤษ

แบบจำลองอะตอมของดอลตนัJohn Dalton(1766-1844)

อะตอมเป็ นหน่วยพืน้ ฐานของสสาร

ทฤษฎอี ะตอมของดอลตนัLaw of constant composition Law of conservation of mass“กฎสัดส่ วนคงท”่ี “กฏทรงมวล”

อเิ ลก็ ตรอน (Electron)ในปี ค.ศ.1874 G.J. Stoney ได้อธิบายถึงลกั ษณะของอนุภาคไฟฟ้าทอี่ ยู่ในสสารโดยกล่าวว่าอนุภาคไฟฟ้าทอ่ี ยู่ในสสารน้ันเป็ นอนุภาคเลก็ ๆ และอนุภาคเหล่าน้ันอยู่ร่วมกนักบั อะตอม Stoney ได้เสนอช่ือของอนุภาคน้ันว่าอเิ ลก็ ตรอน(Electron ) ***แต่นั่นเป็ นเพยี งการกล่าวถงึ อเิ ลก็ ตรอนเท่าน้ัน

การทดลองของทอมสัน ศึกษาและทดลองเกย่ี วกบั การนาไฟฟ้าของแก๊สในหลอดรังสีแคโทด J.J. Thomson* (1856-1940)*นกั วทิ ยาศาสตร์ชาวองั กฤษ

หลอดรังสีแคโทค (Cathod-ray tube)  William Crookes ในปี ค.ศ. 1832

Crookes (1837-1919)

หลอดรังสีแคโทค 104 Volt

หลอดรังสีแคโทค

การทดลองของทอมสัน หลอดรังสีแคโทด

การทดลองของทอมสันพบว่าเมื่อลดความดนั ในหลอดแก้วให้ตา่ ลงมากๆ จนเกือบเป็ นสุญญากาศจะมีจุดสว่างเกดิ ขนึ้ ตรงบริเวณศูนย์กลางของฉากเรืองแสง

การทดลองของทอมสันรังสีแคโทดประกอบด้วยอนุภาคทมี่ ปี ระจุไฟฟ้าลบและมีอตั ราส่วนประจุต่อมวลเท่ากบั 1.76 x 108 คูลอมบ์ต่อกรัม

การทดลองของทอมสันจากผลการทดลองทอมสันสรุปว่า....อะตอมทุกชนิดมอี นุภาคทมี่ ปี ระจลุ บเป็ นองค์ประกอบ เรียกอนุภาคน้ีว่า “อิเลก็ ตรอน”

วงิ่ ไปยงั ข้วั บวกพลงั งานสูง X+ + e- M M++ e- X (g)โลหะแคโทค สรุปการเกดิ รังสีแคโทค

การทดลองของโกลด์ชไตน์ +- -+โกลด์ชไตน์ นักวทิ ยาศาสตร์ชาวเยอรมนั พบอนุภาคทมี่ ปี ระจุบวก เรียกอนุภาคบวกทเี่ กดิ จากแก๊สไฮโดรเจนว่า“โปรตอน”

วง่ิ ไปยงั ข้วั บวกพลงั งานสูง X+ + e- M M++ e- X (g)โลหะแคโทค สรุปการเกดิ รังสีบวกของก๊าซ X

วงิ่ ไปยงั ข้วั บวกพลงั งานสูง 2H++ e- M M++ e- H2(g)โลหะแคโทค สรุปการเกดิ รังสีบวกของก๊าซ H2

Cathode ray และ Positive ray1.การเกดิ Cathode ray Positive ray เกดิ จากอะตอมของแก๊ส2.ชนิดของประจุ เกดิ จากอะตอมของโลหะ3.การเบี่ยงเบน และแก๊ส มีประจุบวก4.ทิศทางของรังสี มีประจุลบ เบนเข้าหาข้ัวลบ5.e/m เม่ือเปลย่ี นแก๊ส พ่งุ ออกจากแอโนด เบนเข้าหาข้ัวบวก พ่งุ ออกจากแคโทด ไม่คงท่ี คงท่ีe/m = 1.7 x 108 คูลอมบ์/กรัม

แบบจาลองอะตอมของทอมสัน“อะตอมมีลกั ษณะเป็ นทรงกลมประกอบด้วยเนื้ออะตอมซ่ึงมปี ระจุบวกและมีอเิ ลก็ ตรอนซ่ึงมีประจุลบกระจายอยู่ทว่ั ไปอะตอมในสภาพทเ่ี ป็ นกลางทางไฟฟ้าจะมีประจุบวกเท่ากบั ประจุลบ” นักวทิ ยาศาสตร์เรียกอนุภาคบวกทเี่ กดิ จากแก๊สไฮโดรเจนว่า “โปรตอน”

การทดลองของมิลลแิ กน หาค่าประจุของอเิ ลก็ ตรอน “Oil drop experiment” FE d ถ้าลอยได้ mg (ทาให้แก๊สแตกตวั ให้อเิ ลก็ ตรอน)การทดลองของมลิ ลแิ กน(นักวทิ ยาศาสตร์ชาวอเมริกา)เป็ นการทดลองเพ่ือหาประจุทม่ี อี ยู่ในอเิ ลก็ ตรอนแต่ละตวั

Millikan (1868-1953) 1909 Discovered mass of electron

ผลการทดลองของมิลลแิ กน อเิ ลก็ ตรอนปกร1าะ.6รจ0ทุ(คxดูล1ลอ0อม-1ง9บ์) ก9มา.1วร1ลค(xากน1ร0วัม-ณ2)8 e/m = 1.7 x 108 คูลอมบ์/กรัม

คาถามชวนคดิกาหนดอเิ ลก็ ตรอน 1 ตัวมมี วล 9.109 x 10-28 g มปี ระจุไฟฟ้า1.602 x 10-19 คูลอมบ์ ถ้าอเิ ลก็ ตรอนหนัก 1.2 g จะมอี เิ ลก็ ตรอนและประจุไฟฟ้าอย่างละเท่าไร

คาถามชวนคดิถ้าการทดลองหาประจุของอเิ ลก็ ตรอนบนหยดนา้ มนั โดยวธิ ีของมลิ ลแิ กน จานวน 5 คร้ัง ได้ค่าประจุดงั นี้ 9.66 x 10-19,4.83 x 10-19, 1.46 x 10-18, 9.66 x 10-19 และ 4.83 x 10-19 คูลอมบ์ตามลาดบั นักเรียนคดิ ว่าอเิ ลก็ ตรอนมปี ระจุกคี่ ูลอมบ์

การทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ด นักวทิ ยาศาสตร์ชาวองั กฤษ ทาการทดลองยงิ อนุภาคแอลฟาไปยงั แผ่นทองคา บางๆมีความหนาเพยี ง 0.0004 mm เรียกการทดลองนีว้ ่า การกระเจงิ รังสีแอลฟาของรัทเทอร์ฟอร์ด (Alpha Scattering Experiment) Ernest Rutherford (1871-1937)รัทเทอร์ฟอร์ด นักวทิ ยาศาสตร์ชาวองั กฤษ

การทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ด

การทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ด

แบบจาลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด“อะตอมมลี กั ษณะโปร่งประกอบด้วยนิวเคลยี สทมี่ ีขนาดเลก็ มากอยู่ตรงกลางและมปี ระจุไฟฟ้าเป็ นบวก โดยมีอเิ ลก็ ตรอนวงิ่ อยู่รอบๆ”

James Chadwick

ทาอย่างไรจึงค้นพบ+ 1:2 + +H He

ทาอย่างไรจงึ ค้นพบ+ 1:4 ? + +?H He

วธิ ีทาการทดลองธาตุพอโลเนียม(Po) โบรอน(B), ไนโตรเจน(N), ออกซิเจน(O), อาร์กอน(Ar)

ผลการทดลอง เมื่อระดมยงิ เบริลเลยี ม(Be) ด้วยอนุภาคแอลฟา(: 4 He) จะตรวจพบ ดงั สมการ 2 นอกจากน้ัน เขายงั ทาการทดลองกบั โบรอน(B)

ผลการทดลองทาการทดลองกบั ไนโตรเจน(N) ออกซิเจน(O) อาร์กอน(Ar) ฯลฯทุกคร้ังทเี่ ขาทาการทดลอง ตรวจพบ ทุกคร้ัง

สรุปผลการทดลอง• เขาพบอนุภาคใหม่คือ เขาให้ช่ือ อนุภาคนีว้ ่า \"นิวตรอน\"• มวลใกล้เคยี งโปรตอนและเป็ น กลางทางไฟฟ้า



Electron ค้นพบ โดย ThomsonProton ค้นพบโดย GlodstienNeutron ค้นพบโดย Chadwick

อนุภาคมูลฐานของอะตอม

ตารางแสดงประจุและมวลของอนุภาคในอะตอมอนุภาค สัญลกั ษณ์ ประจุ มวล (g) มวลเปรียบ เทยี บโปรตอน p+ + 1.673x10-24นิวตรอน n0 1.675x10-24 1,836อเิ ลก็ ตรอน e- - 9.109x10-28 1,839 11. มวลของโปรตอนและนิวตรอนแตกต่างกนั หรือไม่2. จากค่ามวลเปรียบเทยี บของอนุภาคมูลฐาน มวลของอะตอมส่วนใหญ่ขนึ้ อยู่กบั มวลของอนุภาคใด



สัญลกั ษณ์ของธาตุ หรือ สัญลกั ษณ์นิวเคลยี ร์เลขมวล จานวนนิวตรอน + จานวนโปรตอนเลขอะตอม A สัญลกั ษณ์ของธาตุ Z Xจานวนโปรตอน

ไอโซโทป (Isotope)“ไอโซโทป หมายถงึ อะตอมของธาตุชนิดเดยี วกนั ทม่ี เี ลขมวลต่างกนั ”* * เฟรเดอริก ซอลดี นักเคมชี าวอังกฤษ

ไอโซโทน (Isotone)และไอโซบาร์(Isobar) ไอโซโทน หมายถึงอะตอมของธาตุชนิดต่างชนิดกนั ที่มีจานวนนิวตรอนเท่ากนั แต่จานวนโปรตอน เลขอะตอมและเลขมวลไม่เท่ากนัเช่น 39 K 40 Ca 19 20 ไอโซบาร์ หมายถึงอะตอมของธาตุชนิดต่างชนิดกนั ที่มีเลขมวลเท่ากนั แต่เลขอะตอมต่างกนัเช่น 14 C 14 N 6 7

IsotopeIsotoneIsobar