chapter 2 part 1-2 อะตอมและสมบัติของธาตุ

Chapter 2 : The Building Blocks of Matter - ส่ื อ ก า ร ส อ น วิ ช า เ ค มี สา ห รั บ นั ก เ รี ย น ชั้ น มั ธ ย ม ศึ ก ษ า ปี ที่ 4 B y : T . P a t t a r a n u n C h u e n r o u n g -

Content 1 แบบจำลองอะตอม 2 อนุภำคในอะตอมและไอโซโทป 3 กำรจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอม 4 ตำรำงธำตุและสมบัติของธำตุหมู่หลัก บ ท ท่ี 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

สำร ส ำ ร เ น้ื อ เ ดี ย ว ส ำ ร เ น้ื อ ผ ส ม สำรบรสิ ทุ ธ์ิ สำรละลำย สำรแขวนลอย,คอลลอยด์ ธำตุ สำรประกอบ • ธำตุ (Element) คอื สำรบริสทุ ธท์ิ ่ีประกอบด้วยธำตุหรือสำรชนิดเดยี ว ไม่สำมำรถ โลหะ กึ่งอโลหะ อโลหะ แยกหรอื สลำยออกเป็นสำรอืน่ ได้ อนภุ ำคทเ่ี ล็กทส่ี ุดของธำตุเรยี กวำ่ อะตอม • สำรประกอบ (Compound) เป็นสำรบริสุทธ์ิที่ประกอบดว้ ยอะตอมของธำตุต้ังแต่ 2 ชนดิ ข้ึนไปมำรวมกนั ด้วยแรงยึดเหนยี่ วทำงเคมี เกดิ เป็นสำรชนดิ ใหม่ บ ท ที่ 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Part 1 จุ ด กำ เ นิ ด ข อ ง ท ฤ ษ ฎี อ ะ ต อ ม Democritus START (Greek thinker) แนวคิดหนึ่งทถี่ ือไดว้ ่ำเปน็ จดุ เริ่มต้น ของกำรศึกษำอะตอม เขำเรยี กอนุภำคพนื้ ฐำนของธรรมชำติวำ่ “อะตอม” มำจำกภำษำกรกี “atomos = แบ่งแยกไมไ่ ด”้ น้ำตำลละลำยจนแยกไมอ่ อกวำ่ เป็นแกว้ น้ำเปล่ำ หรือแก้วท่มี นี ้ำตำล ? บ ท ที่ 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Part 1 แนวคิดของดิโมคริตุส Democritus สรุปแนวคิด “เมอ่ื นำสสำรมำแบ่งย่อยลงไปเร่ือย ๆ จะไดอ้ นุภำค (Greek thinker) ท่มี ขี นำดเล็กมำก และไม่สำมำรถแบง่ ย่อยออกไป ได้อีก” โดยเรยี กอนภุ ำคนีว้ ำ่ อะตอม (atom)” เม่อื ควำมรู้ทำงวิทยำศำสตรม์ ีควำมเจริญก้ำวหนำ้ มำกขน้ึ ทำให้แนวคิดของ ดโิ มคริตุสนนั้ ไม่สำมำรถอธิบำยเหตกุ ำรณ์ตำ่ ง ๆ ทเ่ี กดิ ข้นึ เกย่ี วกบั สสำรได้ บ ท ท่ี 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Timeline บ ท ท่ี 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Part 1 ท ฤ ษ ฎี แ บ บ อ ะ ต อ ม ข อ ง ด อ ล ตั น ค.ศ.1803 จอหน์ ดอลตัน (John Dalton) ไดเ้ สนอแนวคดิ เกยี่ วกับอะตอมซ่ึง ตอ่ มำ เรียกว่ำทฤษฎีอะตอมของดอลตัน มขี ้อสรปุ ต่อไปน้ี ลำดบั เนอ้ื หำทฤษฎี ปัจจบุ นั เปน็ จรงิ 1 ธำตุเกิดจำกกำรรวมตวั กันของอนุภำคท่เี ลก็ ที่สดุ เรยี กว่ำ “อะตอม”  John Dalton 2 อะตอมของธำตุชนดิ เดียวกันจะมีคณุ สมบตั ิเหมอื นกัน และต่ำงจำกอะตอมของ  ธำตุอืน่ 3 สำรประกอบเกิดจำกกำรรวมตัวระหว่ำงอะตอมของธำตุตงั้ แต่สองชนดิ ขึ้นไป  และจำนวนอะตอมของธำตทุ รี่ วมตัวกนั จะเปน็ อัตรำส่วนตวั เลขลงตัวน้อย ๆ เกดิ เป็นสำรประกอบ ได้หลำยชนิด เชน่ CO2 , SO2, CH4,H2O2, C2H5OH  4 อะตอมไม่สำมำรถทำลำยได้ดว้ ยวธิ ที ำงเคมี ไม่สำมำรถสำรำ้ งข้นึ ใหม่ และแยก ยอ่ ยออกไมไ่ ด้ บ ท ท่ี 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Part 1 1. ท ฤ ษ ฎี แ บ บ อ ะ ต อ ม ข อ ง ด อ ล ตั น ส รุ ป Dalton Model “อะตอมมลี กั ษณะกลมตนั มีขนำดเล็กมำก และไมส่ ำมำรถแบ่งแยกไดอ้ ีก” เพิ่มเตมิ 1. ปัจจุบันค้นพบอนภุ ำคทเ่ี ล็กกวำ่ อะตอม ซงึ่ เปน็ องคป์ ระกอบของอะตอม ได้แก่ อเิ ลก็ ตรอน, โปรตอน และนิวตรอน หักลำ้ งทฤษฎขี อท่ี 1 ของดอลตนั ได้ 2. อะตอมของธำตเุ ดียวกันอำจมีสมบตั ิตำ่ งกันได้ เช่น ไอโซโทปของธำตุ (ธำตเุ ดียวกนั มนี วิ ตรอนไม่ เท่ำกนั ) หักลำ้ งทฤษฎขี อที่ 2 ของดอลตนั ได้ 3. อะตอมสำมำรถแยกย่อยต่อไปไดอ้ ีก หักลำ้ งทฤษฎขี อที่ 4 ของดอลตนั ได้ 4. ทฤษฎขี องดอลตนั ที่ยงั คงเปน็ จรงิ อยู่ คอื กำรรวมตวั ของอะตอม 2 ชนดิ ด้วยอตั รำสว่ นคงทเี่ กดิ เป็น สำรประกอบซง่ึ ตอ่ มำเรยี กว่ำ “สำรประกอบ” บ ท ที่ 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Part 1 ห ล อ ด รั ง สี แ ค โ ท ด ค.ศ. 1832-1919 ได้สรำ้ งหลอดประจไุ ฟฟ้ำทปี่ ระกอบดว้ ย แผ่นโลหะด้ำนไฟฟำ้ ลบ เรียกวำ่ ขว้ั cathode หลอดแกว้ ทบ่ี รรจุ gas ควำมดนั ตำ่ แผน่ โลหะด้ำนไฟฟำ้ บวก เรียกวำ่ ขวั้ anode - มขี ้วั ไฟฟ้ำเปน็ แผน่ โลหะ (Electrode) 2 ข้ัว และยังไดว้ ำงฉำกเรอื งแสง (ZnS) ขนำนไปตำมยำวหลอด ต่อเขำ้ กับเครื่องกำเนิดไฟฟำ้ ที่มี บ ท ที่ 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ ควำมต่ำงศกั ย์สูง (10,000 -20,000 volte)

เพมิ่ เติม รังสีแคโทด ประกอบด้วยอนุภำคไฟฟ้ำที่มี ประจุลบและมีมวล เพรำะ สำมำรถทำใหใ้ บพัดของกังหันหมุนได้ รงั สีแคโทด บ ท ที่ 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Part 1 2. ท ฤ ษ ฎี แ บ บ อ ะ ต อ ม ข อ ง ท อ ม สั น ค.ศ.1897 ทำกำรทดลอง : ทำกำรดดั แปลงหลอดรงั สแี คโทด โดยทำกำรเจำะรู กำรเร่มิ ตน้ ทีต่ รงกลำงขัว้ แอโนดแลว้ นำฉำกเรอื งแสงไปวำงไวข้ ้ำงหลังข้ัวแอโนด กำรทดลอง ของทอมสัน J.J. Thomson กำรนำไฟฟำ้ ของแกส๊ ในหลอดรังสีแคโทด ** กำ๊ ซนำไฟฟ้ำได้เม่อื อยู่ในสภำวะทม่ี ีควำมดันตำ่ และควำมตำ่ งศักย์สงู มำก บ ท ที่ 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Part 1 ผลกำรทดลองของทอมสัน ค.ศ.1897 1. พบว่ำเม่ือลดควำมดนั ลงจนเกอื บเปน็ สญุ ญำกำศ จะมจี ุดสวำ่ งบนฉำกเรอื งแสง ทอมสนั จงึ ต้งั สมมุตฐิ ำนวำ่ รงั สี cathode เป็นอนภุ ำคท่มี ปี ระจุ ดงั นน้ั อนภุ ำคควรจะเบยี่ งเบนในสนำมแมเ่ หล็กและสนำมไฟฟำ้ 2. เมอื่ นำสนำมไฟฟ้ำภำยนอกมำลอ่ จุดสว่ำงบนฉำกเรืองแสงจะเบยี่ งเบนเขำ้ หำข้ัวบวกเสมอ และเมอื่ ทดสอบในสนำมแมเ่ หลก็ ปรำกฏว่ำ รงั สีแคโทดเบีย่ งเบนในสนำมแม่เหล็กเขำ้ หำข้วั เหนอื เพรำะฉะน้ัน ทอมสนั จึงสรุปวำ่ รงั สี cathode ประกอบดว้ ย อนภุ ำคลบทเี่ คลอ่ื นที่ ออกจำก ข้ัว cathode ในลกั ษณะ เป็นรงั สี บ ท ท่ี 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Part 1 2. ท ฤ ษ ฎี แ บ บ อ ะ ต อ ม ข อ ง ท อ ม สั น ค.ศ.1897 J.J. Thomson กำรค้นพบ ประจุไฟฟำ้ ของรังสแี คโทด บ ท ท่ี 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Part 1 ก ำ ร ท ด ล อ ง ข อ ง ท อ ม สั น ( p a r t ต่ อ ) ทอมสนั ได้ทำกำรทดลองต่อ โดย 1. เปลยี่ นแกส๊ ภำยในหลอดรงั สี cathode โดยโลหะทีท่ ำข้วั ยังคงเดิม พบว่ำได้ผลกำรทดลองเช่นเดมิ 2. เปล่ยี นโลหะ ทใ่ี ช้ทำขว้ั เป็นโลหะชนิดตำ่ ง ๆ แตใ่ ช้แก๊สชนิดเดมิ พบวำ่ ไดผ้ ลกำรทดลองเชน่ เดมิ ส รุ ป ไ ด้ ว่ ำ ไม่ว่ำจะบรรจุแก๊สชนิดใด หรือใช้โลหะชนิดใดมำทำข้ัว หลอด รังสี cathode จะให้รังสี cathode ท่ีเป็นอนุภำคลบเหมือนกัน บ ท ที่ 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Part 1 ก ำ ร ค้ น พ บ อิ เ ล็ ก ต ร อ น ค.ศ.1897 3. ค่อย ๆ เพิ่มอำนำจสนำมแม่เหล็กจนรังสี cathode ไม่มีกำรเบี่ยงเบน แสดงว่ำขณะนั้น ควำม แรงของสนำมไฟฟำ้ มคี ่ำเท่ำกบั ควำมแรงสนำมแมเ่ หล็ก และแรงท้งั สองมที ศิ ทำงตรงขำ้ มกัน J.J. Thomson 4. เมื่อนำแรงทั้งสองมำ คำนวณหำอัตรำส่วนประจุต่อมวล (e/m) ของอนุภำค พบวำ่ ไดค้ ำ่ เทำ่ กบั 1.76 × 108 คูลอมบ์/กรมั สรุป ทอมสนั จงึ สรปุ วำ่ อนุภำคไฟฟำ้ ทมี่ ปี ระจลุ บเปน็ องคป์ ระกอบของอะตอมของธำตทุ กุ ชนดิ และเรยี กชอ่ื อนภุ ำคนวี้ ำ่ อเิ ล็กตรอน (Electron) บ ท ที่ 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Part 1 2. ท ฤ ษ ฎี แ บ บ อ ะ ต อ ม ข อ ง ท อ ม สั น สรุป Thomson Model “อะตอมมลี กั ษณะเป็นทรงกลม ซงึ่ ประกอบด้วยอนุภำคที่ มปี ระจุไฟฟำ้ บวก (โปรตอน) และอนภุ ำคทมี่ ปี ระจไุ ฟฟำ้ ลบ (อเิ ลก็ ตรอน) กระจำยอยทู่ ว่ั ไปอะตอมในสภำพท่ี เปน็ กลำงทำงไฟฟำ้ ” บ ท ที่ 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Part 1 ก ำ ร ค้ น พ บ อ นุ ภ ำ ค บ ว ก ( โ ป ร ต อ น ) กำรทดลองของ ออยเกนิ โกลดช์ ไตน์ (Eugen Goldstein) Goldstein ทำกำรทดลอง ได้ดัดแปลงหลอดรังสีแคโทดใหม่ โดยเล่อื น cathode และ anode ทเี่ จำะรูมำไว้ตรงกลำง และมีฉำกเรือง แสงอยู่ท่ีปลำยทงั้ สองข้ำง บ ท ที่ 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Part 1 ก ำ ร ค้ น พ บ อ นุ ภ ำ ค บ ว ก ( โ ป ร ต อ น ) จำกกำรทดลองของโกลดส์ ไตน์ สรปุ ได้วำ่ รังสีจำกแอโนด เบนออกจำก ข้ัวบวก เข้ำหำขว้ั ลบ รังสีบวกหรอื อนภุ ำคบวก เกดิ จำกก๊ำซทบี่ รรจุภำยใน เรยี กวำ่ โปรตอน (p+) หลอดรงั สีแคโทดซงึ่ สำมำรถเบย่ี งเบนไดท้ ั้งในสนำมไฟฟำ้ และสนำมแมเ่ หล็ก รงั สีบวกมีค่ำอัตรำส่วนประจุตอ่ มวลไมค่ งที่ ข้ึนอยูก่ บั ชนดิ ของกำ๊ ซทบ่ี รรจุอยู่ภำยในหลอดรังสีแคโทด บ ท ที่ 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Part 1 กำรหำค่ำประจุและมวลของอิเล็กตรอน ค.ศ.1980 รอเบริ ต์ แอนดรสู ์ มลิ ลแิ กน (Robert Andrews Millikan) นกั วทิ ยำศำสตร์ชำวอเมริกำ ได้ทำกำรทดลองชือ่ ว่ำ Millikan oil–drops experiment กำรทดลอง หยดนำ้ มนั ของมลิ ลแิ กน บ ท ท่ี 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ ำ ตุ

Part 1 กำรทดลองของมิลลิแกน Millikan oil–drops experiment แล้วคำนวณคำ่ ประจุของอิเลก็ ตรอน (e) ออกมำได้ มีค่ำเทำ่ กบั 1.6 × 10-19 คูลอมบ์ 1. หยดนำ้ มันจะตกลงมำตำมแรงโน้มถ่วงของโลก 2. ให้กระแสไฟฟ้ำเข้ำไปในแผ่นประจุบวกและลบ บ ท ที่ 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ ทำให้เกิดสนำมไฟฟ้ำข้ึน หยดน้ำมันจึงเคล่ือนที่ตก ลงมำช้ำลง (โดยด้ำนบนเป็นข้ัวบวกและด้ำนล่ำงเป็นข้ัวลบ) 3. ทำกำรปรับค่ำสนำมไฟฟ้ำให้เหมำะสม จนกระทั่ง หยดนำ้ มันหยุดน่ิง ซ่ึงแสดงวำ่ คำ่ แรงไฟฟำ้ มคี ำ่ = แรงโนม้ ถว่ งของโลก

Part 1 กำรหำค่ำมวลของอิเล็กตรอน จำกกำรทดลองของมลิ ลิแกน e = 1.60 X 10-19 คลู อมบ์ จำกกำรทดลองของทอมสัน e/m = 1.76 X 108 คลู อมบ/์ กรมั ดงั น้นั แทนคำ่ หำ m= 1.60 X 10−19 คลู อมบ์ = 9.11 X 10-28 กรัม 1.76 X 108 คลู อมบ์/กรมั เรำจะทรำบมวลของอเิ ลก็ ตรอน เทำ่ กับ 9.11 X 10-28 กรมั บ ท ท่ี 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

เพิ่มเตมิ ตัวอยำ่ งที่ 1 จงหำมวลของอิเลก็ ตรอน 1 โมล เม่ืออเิ ล็กตรอน 1 โมล จะมี 6.02 x 10 23 ตัว วิธีทำ อเิ ล็กตรอน 1 ตัว มีมวล 9.1 x 10 - 28 กรมั อเิ ล็กตรอน 6.02 x 10 23 ตัว มีมวล 9.1 x 10 - 28 x 6.02 x 10 23 กรมั = 5.4 x 10 -4 กรัม มวลของอิเล็กตรอน 1 โมล เทำ่ กบั 5.4 x 10-4 กรมั ตวั อยำ่ งท่ี 2 ถ้ำมอี ิเล็กตรอน 4.8 x 10 21 คูลอมบ์ จะมอี เิ ลก็ ตรอนจำนวนเทำ่ ใด วธิ ีทำ ประจอุ เิ ลก็ ตรอน 1.6 x 10 -19 คลู อมบ์ จะมี 1 ตัว ประจุอเิ ลก็ ตรอน 4.8 x 10 21 คลู อมบ์ จะมี = 3 x 1040 ตวั อิเล็กตรอนมีจำนวน 3 x 1040 ตัว ตัวอยำ่ งที่ 3 อเิ ลก็ ตรอน 2.73 กรมั จะมปี ระจุเทำ่ ใด วิธีทำ อิเลก็ ตรอน 9.1 x10 - 28 กรัม จะมปี ระจุ 1.6 x 10-19 คูลอมบ์ อเิ ล็กตรอน 2.73 กรัม จะมีประจุ = 4.8 x 108 คลู อมบ์ อิเล็กตรอนมปี ระจุ 4.8 x 108 คลู อมบ์ บ ท ที่ 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Part 1 3. ท ฤ ษ ฎี แ บ บ อ ะ ต อ ม ข อ ง รั ท เ ท อ ร์ ฟ อ ร์ ด ค.ศ.1911 ลอร์ดเออรเ์ นสต์ รัทเทอรฟ์ อร์ด + ฮันส์ ไกเกอร์ + เออรเ์ นสต์ มำร์สเดน (Lord Ernest Ruthertford) (Hans Geiger) (Ernest Marsden) ทำกำรทดลอง : ใช้อนภุ ำคแอลฟำยงิ ไปยังแผน่ โลหะทองคำบำง ๆ และใช้ รว่ มกันทดลองเกีย่ วกับ ฉำกเรอื งแสง ZnS เปน็ ฉำกรับ Ruthertford ทิศทำงกำรเคลอื่ นท่ี ของอนภุ ำคแอลฟำ ที่ประเทศอังกฤษ Experiment : https://www.youtube.com/watch?v=C6HA-vacOo0&ab_channel=Yaphysicsanimations บ ท ที่ 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Part 1 3. ท ฤ ษ ฎี แ บ บ อ ะ ต อ ม ข อ ง รั ท เ ท อ ร์ ฟ อ ร์ ด ค.ศ.1911 Ruthertford บ ท ที่ 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Part 1 3. ท ฤ ษ ฎี แ บ บ อ ะ ต อ ม ข อ ง รั ท เ ท อ ร์ ฟ อ ร์ ด ค.ศ.1911 ส รุ ป ผ ล ก ำ ร ท ด ล อ ง Ruthertford 1. สว่ นใหญจ่ ะเดนิ ทำงเปน็ เสน้ ตรง แสดงวำ่ ภำยในอะตอมมีทวี่ ่ำงมำก 2. สว่ นนอ้ ยจะมกี ำรเบยี่ งเบนทศิ ทำง แสดงเฉียดเข้ำใกล้อนภุ ำคท่ีมปี ระจุบวก 3. นำน ๆ คร้งั จะมกี ำรสะท้อนกลับอย่ำง แรงแสดงวำ่ ภำยในอะตอมมอี นภุ ำคทีม่ ี มวลและขนำดเลก็ บ ท ที่ 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Part 1 3. แ บ บ อ ะ ต อ ม ข อ ง รั ท เ ท อ ร์ ฟ อ ร์ ด สรุป Ruthertford Model “อะตอมประกอบด้วยโปรตอนท่มี ีประจเุ ปน็ บวก มมี วลมำก รวมกนั อยู่ตรงกลำง เรยี กวำ่ นวิ เคลียส และนิวเคลยี สมขี นำด เล็กมำก สว่ นอิเล็กตรอนท่มี ปี ระจุลบ มีมวลน้อยจะเคลื่อนที่ อยู่รอบๆ นิวเคลียสเปน็ บรเิ วณกว้ำง” บ ท ที่ 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Part 1 จำกกำรศกึ ษำแบบจำลองอะตอมของรทั เทอร์ฟอรด์ โปรตอน สว่ นประกอบของอะตอม รวมอย่ตู รงกลำง นวิ เคลยี ส อเิ ล็กตรอน 1. อเิ ลก็ ตรอนจะวง่ิ อยรู่ อบ ๆ 2. โปรตอนจะรวมกนั อยู่ตรงกลำง เรยี กวำ่ นิวเคลยี ส 3. มวลของโปรตอนมีคำ่ มำกกว่ำมวล ของอเิ ล็กตรอน บ ท ท่ี 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Part 1 กำรค้นพบ ”นิวตรอน” ข อ ง แ ช ด วิ ก ค.ศ.1932 เจมส์ แชดวกิ (James Chadwick) นักวทิ ยำศำสตรอ์ งั กฤษได้ ทำกำรทดลอง : ทดลองยิงอนภุ ำคแอลฟำไปทแี่ ผน่ บำงของเบรลิ เลยี ม พบวำ่ รงั สที ชี่ นแผ่น Chadwick พำรำฟนิ จนไดโ้ ปรตอน ออกมำ แสดงว่ำมอี นุภำค พิสจู น์ว่ำอนภุ ำคนวิ ตรอนไมม่ ปี ระจุ และคำนวณได้ว่ำ ที่มีพลังงำนสงู แต่ไมม่ ี นิวตรอนมมี วลใกลเ้ คียงกับโปรตอน 1.674x10-24 กรัม ประจุถกู ปลดปล่อยออกมำ เรยี กอนุภำคนี้วำ่ นิวตรอน บ ท ท่ี 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ (neutron)

Part 1 กำรค้นพบ ”นิวตรอน” ข อ ง แ ช ด วิ ก ค.ศ.1932 Chadwick ปฏิกริ ิยำนิวเคลยี ร์ท่เี กดิ ขนึ้ เขยี นไดด้ ังสมกำร 9Be + 4He → 12C + 1n บ ท ที่ 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Part 1 สรุป กำรค้นพบ “อนุภำคมูลฐำน” นิวเคลยี ส อะตอมของธำตุ ประกอบดว้ ย 1. อเิ ลก็ ตรอน ค้นพบโดย ทอมสัน 2. โปรตอน ค้นพบโดย โกลด์ชไตน์ 3. นวิ ตรอน คน้ พบโดย แชดวิก อ นุ ภ ำ ค มู ล ฐ ำ น ข อ ง อ ะ ต อ ม บ ท ท่ี 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Part 1 สรุป กำรค้นพบ “อนุภำคมูลฐำน” ตำรำงแสดง สมบตั อิ นุภำคมูลฐำนของอะตอม ดังนี้ อนภุ ำค สัญลักษณ์ มวล (g) มวลเปรียบเทยี บกบั e- ประจุจริง ประจสุ มมติ (คลู อมบ)์ 1. โปรตอน p 1.672 x 10-24 มำกกว่ำ +1 proton n 1.674 x 10-24 1836 เทำ่ +1.602x10-19 0 2. นวิ ตรอน e- 9.109 x 10-28 มำกกว่ำ -1 neutron 1836 เทำ่ 0 3. อิเล็กตรอน electron 1 -1.602x10-19 บ ท ท่ี 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Part 1 ข้ อ ล บ ล้ ำ ง แ บ บ จำ ล อ ง อ ะ ต อ ม ข อ ง รั ท เ ท อ ร์ ฟ อ ร์ ด “ แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด ทำให้รู้ว่ำอิเล็กตรอนวิ่งอยู่รอบ ๆ นิวเคลียส แตไ่ มไ่ ด้อธิบำยวำ่ อิเล็กตรอนอยู่บริเวณใดของอะตอม “ ตอ่ มำนักวิทยำศำสตร์นำ ควำมรู้ด้ำนควอนตมั ฟิสกิ ส์ มำอธิบำยตำแหน่งของอิเล็กตรอน ซึ่งวธิ หี นง่ึ ทีน่ กั วทิ ยำศำสตร์ใช้ในกำรหำข้อมลู คือ กำรศกึ ษำสเปกตรมั ของสำรประกอบและธำตุ ซึง่ มีองคค์ วำมรูท้ ี่เกย่ี วขอ้ ง ดงั นี้ บ ท ท่ี 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Part 1 สเปกตรมั แม่เหล็กไฟฟำ้ (Electromagnetic spectrum) คลืน่ แมเ่ หลก็ ไฟฟำ้ ที่มีควำมยำวคลืน่ ตำ่ ง ๆ กัน และมคี วำมถีต่ อ่ เนื่องกันเป็น ชว่ งกว้ำงมีท้ังทีม่ องเห็นไดแ้ ละมองไมเ่ ห็น รวมกันเรียกวำ่ สเปกตรมั แมเ่ หลก็ ไฟฟ้ำ ซึ่งเรยี งลำดับจำก ควำมถี่สงู สดุ ไปยงั ควำมถต่ี ่ำสุดได้ ดงั รูป ทีม่ าภาพ : https://goo.gl/qyrkX9 บ ท ท่ี 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Part 1 สเปกตรัมของแสงขำว “แสงทปี่ ระสำทตำมนษุ ย์สำมำรถรับรไู้ ด”้ มีควำมยำวคลนื่ อยู่ ระหวำ่ ง 400 – 700 นำโนเมตร ซง่ึ ประกอบด้วยแสงสีตำ่ ง ๆ กัน แต่ประสำทตำของมนุษย์ไมส่ ำมำรถแยกแสงทม่ี องเห็น จำกดวงอำทติ ยอ์ อกเปน็ สีต่ำง ๆ ได้ ทำใหม้ องเห็นเปน็ สรี วมกัน เรียกว่ำ “แสงขำว” (Visible light) เมอื่ แสงขำวเดินทำงผ่ำนปรซิ ึม แสงขำวจะแยกออกเปน็ สรี งุ้ ตอ่ เน่ืองกัน เรียกปรำกฏกำรณ์น้ีว่ำ สเปกตรมั ของแสงขำว ซง่ึ ช่วงควำมยำวคล่ืนและควำมถ่ีของสตี ำ่ ง ๆ ในแถบสเปกตรัมของแสงขำว บ ท ที่ 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Visible light อย่รู ะหวำ่ ง 400 – 700 นำโนเมตร แดง แสด เหลอื ง เขยี ว นำ้ เงิน ครำม มว่ ง บ ท ที่ 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

เพ่ิมเติม ช นิ ด ข อ ง ส เ ป ก ต รั ม กำรทีแ่ สงสขี ำวถูกแยกออกเปน็ สีรุ้งตอ่ เนื่องกันโดยไม่มชี ่องว่ำงระหวำ่ ง แสงแต่ละสนี ้นั เรียกว่ำ สเปกตรมั ตอ่ เนอื่ ง (Continuous spectrum) 1 เช่น ปรำกฏกำรณร์ ุง้ กนิ นำ้ (สมี ว่ ง ครำม น้ำเงิน เขยี ว เหลอื ง แสด แดง) แต่ถ้ำนำธำตุหรือสำรประกอบมำให้ควำมร้อนสูง ๆ ธำตุและ สำรประกอบจะให้สเปกตรัมเปน็ เส้น ๆ เรยี กวำ่ สเปกตรัมแบบเสน้ 2 (Line spectrum) Continuous spectrum Line spectrum บ ท ท่ี 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Part 1 มักซ์ คำร์ล แอนสต์ ลุดวกิ พลังค์ ค.ศ.1947 ไดท้ ำกำรทดลอง : ศึกษำพลงั งำนของคลน่ื แม่เหล็กไฟฟ้ำ Max Planck ไดข้ อ้ สรุปเกยี่ วกบั ควำมสมั พนั ธ์ระหว่ำงพลงั งำนของคลน่ื แม่เหล็กไฟฟำ้ กับควำมถีข่ องคล่นื ดงั นี้ 1. พลังงำนของคลนื่ แมเ่ หลก็ ไฟฟำ้ (E) แปรผนั ตำม Ev ควำมถข่ี องคลน่ื (v) E  1 2. พลงั งำนของคลน่ื แมเ่ หลก็ ไฟฟ้ำ (E) แปรผกผนั λ ควำมยำวคลนื่ (λ) บ ท ท่ี 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Part 1 เม่อื E  v หรือ E = chv E คอื พลังงำน มีหนว่ ยเป็นจลู (J) และ v = λ v คอื ควำมถข่ี องคล่ืนแมเ่ หล็กไฟฟ้ำ สรปุ ว่ำ E = hc มหี นว่ ยเป็น s-1 หรือเฮิรตซ์ (Hz) λ h คอื ค่ำคงที่ของพลังค์ มคี ่ำ 6.626 x 10-34 ใชม้ ำคำนวณพลงั งำนของแถบสตี ำ่ งๆ ในสเปกตรมั ของแสงขำว จูลวินำที (J.s) c คือ คำ่ ควำมเร็วแสงในสญุ ญำกำศ ซึ่งมีค่ำ เท่ำกับ 3 x 108 m/s บ ท ท่ี 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Part 1 vE = hv เน่อื งจำก =C E= hc λ λ ดังนั้น ตัวอยำ่ งคำนวณ จงหำควำมยำวคลืน่ และพลงั งำนของคลนื่ ทีม่ คี วำมถี่ (v) 6.26 x 1014 Hz จำกสตู ร ������ จำกสตู ร E = hv ������ = ������ แทนคำ่ E = 6.626 x 10-34 J.s x 6.26 x 1014 s-1 3x108m/s E = 4.15 x 10-19 J ������ = 6.26x1014s−1 ������ = 479 nm บ ท ท่ี 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Part 1 ช่วงควำมยำวคลน่ื และพลงั งำนของแถบสตี ่ำงๆ ในสเปกตรมั ของแสงขำว สเปกตรัม ควำมยำวคลืน่ (nm) พลังงำน (kJ) แสงสีม่วง 400 – 420 4.96 x 10–22 – 4.73 x 10–22 แสงสีครำม–นำ้ เงิน 420 – 490 4.73 x 10–22 – 4.05 x 10–22 แสงสเี ขยี ว 490 – 580 4.05 x 10–22 – 3.42 x 10–22 แสงสเี หลือง 580 – 590 3.42 x 10–22 – 3.36 x 10–22 แสงสแี สด (ส้ม) 590 –650 3.36 x 10–22 – 3.05 x 10–22 แสงสีแดง 650 – 700 3.05 x 10–22 – 2.83 x 10–22 ท่ีมาภาพ : เอกสบารทแนทว่ี ทา2งการ: จดั อกาะรตเคอมมี มแ.4ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

สงสัยว่ำ แลว้ สเปกตรมั ของธำตจุ ะมลี กั ษณะเป็น แถบสีรุง้ ต่อเน่ืองกนั เหมือนแถบสเกตรมั ของแสงขำวหรอื ไม่ ? บ ท ที่ 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Part 1 กำรศกึ ษำสเปกตรัมของธำตตุ ่ำง ๆ พบวำ่ “อะตอมของธำตุแต่ละชนดิ ให้สเปกตรมั ท่มี ีเส้นสตี ำ่ งกันและมีจำนวนเส้นสีเฉพำะตัว” Na H Ca Hg ท่ีมาภาพ : เอกสบารทแนทว่ี ทา2งการ: จัดอกาะรตเคอมมี มแ.4ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Part 1 การเกดิ เส้นสเปกตรัมของธาตอุ ธบิ ายไดด้ ังนี้ อเิ ลก็ ตรอนทเี่ คลื่อนทีอ่ ยรู่ อบนิวเคลยี ส มพี ลงั งำนเฉพำะตวั ท่ีตำ่ หรอื เรยี กว่ำ อะตอมอยูใ่ น 1 สถำนะพ้นื (ground state) และเมื่ออเิ ลก็ ตรอน ไดร้ ับพลงั งำนเพมิ่ ขนึ้ ทำใหอ้ เิ ลก็ ตรอนถกู กระตุน้ ใหม้ พี ลงั งำนสงู ขึ้น จะเรยี ก อิเลก็ ตรอนจะคำย พลังงำนออกมำ 2 อะตอมน้วี ่ำอยใู่ น สถำนะกระตุ้น (excited state) ในรปู ของพลังงำนรงั สี ซึ่งอิเลก็ ตรอนในสถำนะน้จี ะไมเ่ สถยี ร (เนือ่ งจำกมี จำกน้ันอิเลก็ ตรอนจะเคลื่อนทีก่ ลบั เขำ้ สูร่ ะดบั ที่มีพลงั งำน พลังงำนสูงมำก) อเิ ล็กตรอนจึงมกี ำรคำยพลังงำน ตำ่ กว่ำสถำนะกระตนุ้ ซงึ่ คำยออกมำจะอยใู่ นรปู ของคลน่ื ออกมำ สว่ นหน่ึง เพ่อื ใหพ้ ลงั งำนในอะตอมลดลง แมเ่ หลก็ ไฟฟำ้ ซงึ่ ปรำกฏเป็นเส้นสเปกตรมั ทีม่ สี ีตำ่ งๆกนั บ ท ที่ 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

การเกิดสเปกตรัมของธาตุ อิเลก็ ตรอนจะ คำยพลงั งำนออกมำ สถำนะกระตนุ้ ดูดพลังงาน ในรูปของพลังงำนรังสี สถำนะพน้ื คายพลงั งาน ท่ีมาภาพ : https://goo.gl/CRKZ9x บ ท ที่ 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Part 1 ผลต่ำงระหวำ่ งพลังงำนของเส้นสเปกตรมั ของอะตอมไฮโดรเจน ผลต่ำงระหวำ่ งพลังงำนของเสน้ เส้นสเปกตรมั ควำมยำวคลน่ื พลงั งำน (KJ) ผลตำ่ งพลงั งำน สเปกตรัมท่ีอยถู่ ัดกนั จะมีค่ำไมเ่ ท่ำกนั 4.84 x 10–22 ของเสน้ สเปกตรมั สมี ่วง 410 คือ เมอ่ื เริ่มต้นจะมีคำ่ ของ สีนำ้ เงิน 434 ท่ีอยถู่ ดั กนั ผลต่ำงระหวำ่ งพลังงำนมำกและ จะลดลงเร่อื ย ๆ เม่อื ระดบั ชน้ั 2.7 x 10–23 พลงั งำนเพิม่ ขน้ึ สนี ำ้ ทะเล 486 4.57 x 10–22 4.9 x 10–23 สแี ดง 656 10.6 x 10–23 4.08 x 10–22 3.02 x 10–22 ทีม่ าภาพ : เอกสบารทแนทว่ี ทา2งการ: จดั อกาะรตเคอมมี มแ.4ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Part 1 4. ท ฤ ษ ฎี แ บ บ อ ะ ต อ ม ข อ ง โ บ ร์ จำกควำมรู้เรอื่ งกำรเปล่ยี นแปลงระดบั พลงั งำนของอิเล็กตรอนและกำรเกิดสเปกตรัม โบร์ได้สรำ้ งแบบจำลองอะตอม เพอ่ื อธบิ ำยพฤตกิ รรมของ e- ในอะตอม Bohr ทำกำรทดลอง : ได้ศึกษำเก่ียวกับกำรเปลย่ี นแปลงระดับพลังงำนของ อิเล็กตรอนและกำรเกิดสเปกตรัมของ ธำตุไฮโดรเจน ใช้ธำตุไฮโดรเจน เพรำะ เป็นอะตอมท่ีมี 1 อิเล็กตรอน อะตอมของไฮโดรเจนให้เสน้ สเปกตรัมได้หลำยเส้นและ มีลกั ษณะเหมอื นกันทุกครง้ั บ ท ที่ 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Part 1 กำรเปล่ยี นระดบั พลงั งำนของอเิ ล็กตรอนในอะตอมไฮโดรเจน บ ท ท่ี 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Part 1 กำรเกิดสเปกตรัมของ ธำตุไฮโดรเจน บ ท ท่ี 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

บ ท ท่ี 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ

Part 1 4. ท ฤ ษ ฎี แ บ บ อ ะ ต อ ม ข อ ง โ บ ร์ สรุปผลกำรทดลอง Bohr Model กำรเปล่งแสงของธำตุไฮโดรเจน เกิดจำกอิเลก็ ตรอนเปล่ยี นระดับพลังงำน จำกวงโคจรสงู ไปสู่วงโคจรต่ำ พรอ้ มคำยพลังงำนในรปู แสงสตี ำ่ ง ๆ ในระดบั พลงั งำนแต่ละช้นั บ ท ท่ี 2 : อ ะ ต อ ม แ ล ะ ส ม บั ติ ข อ ง ธ า ตุ