โครงสรา้ งอะตอม Atomic Structure อ.สมั พนั ธ์ อรณุ เจรญิ กจิ
ทกุ สิ่งรอบตวั เรามอี ะไรเป็ นองค์ประกอบบ้าง ทุกส่ิงรอบตวั เราล้วนมธี าตุเป็ นองค์ประกอบ สารบางอย่างประกอบด้วยธาตชุ นิดเดยี ว เช่น เหลก็ (Fe) สังกะสี (Zn) แก๊สออกซิเจน (O2) สารบางชนิดประกอบด้วยธาตุมากกว่า 1 ชนิด เช่น หินปูน (CaCO3) นํา้ (H2O) เกลอื แกง (NaCl)
ธาตุ (ELEMENT) สารบริสุทธ์ิทปี่ ระกอบด้วยอะตอมชนิดเดยี ว • หน่วยทเี่ ลก็ ทส่ี ุดของธาตซุ ่ึงยงั แสดง สมบัตขิ องธาตุน้ันได้
การศึกษาเกยี่ วกบั โครงสร้างอะตอม ดโิ มคริตสุ ดาลตนั ( Dalton ) ทอมสัน (Sir Josephn Jonh Thomson) & ออยเเกน โกลด์ชไตน์ (Eugen Goldstein) รัทเทอร์ฟอร์ด (Rutherford) นีล โบร์ (Neils Bohr) กล่มุ หมอก
ดโิ มคริตุส สิ่งของใดๆหรือสารใดๆประกอบด้วยอนุภาคทมี่ ขี นาดเลก็ ถ้าแบ่งต่อไปอกี จะได้อนุภาคทม่ี ขี นาดเลก็ ทสี่ ุด เรียกว่า อะตอม (Atom)
แบบจําลองอะตอมของดาลตนั
แบบจําลองอะตอมของดาลตัน สาระสําคญั มดี งั นี้ ธาตุประกอบดว้ ยอนุภาคเลก็ ๆท่ีเรียกวา่ อะตอม แบ่งแยก และทาํ ใหส้ ูญหายไม่ได้ อะตอมของธาตุชนิดเดียวกนั มีสมบตั ิเหมือนกนั สารประกอบเกิดจากการรวมตวั ของอะตอมต้งั แต่ 2 ชนิด ข้ึนไป มีอตั ราส่วนการรวมตวั เป็นเลขง่ายๆ
แบบจําลองอะตอมของดาลตนั
สาระสําคญั ของดาลตนั ไม่สอดคล้องกบั หลกั ฐานและผลการ ทดลองในเวลาต่อมา อะตอมสามารถแบ่งแยกได้ เพราะมีการคน้ พบ อนุภาคมลู ฐาน (e p n) ธาตุชนิดเดียวกนั อาจมีสมบตั ิแตกต่างกนั เช่น อะตอมของ ธาตุชนิดเดียวกนั อาจมีมวลต่างกนั เพราะมีไอโซโทป
THOMSON
การศึกษาเกย่ี วกบั อะตอมของทอมสัน ศึกษาการนาํ ไฟฟ้ าของแก๊ส ปกติแกส๊ ไม่นาํ ไฟฟ้ า ถา้ ลดความดนั ใหต้ ่าํ มากๆ และเพิ่มความต่างศกั ยใ์ หส้ ูงๆ แก๊สจะนาํ ไฟฟ้ าได้ หลอดรัวสีแคโทด
หลอดรังสีแคโทด Cathode ray tube
เพม่ิ สนามแม่เหลก็ ไฟฟ้ า เกดิ จดุ สว่างทฉี่ ากเรืองแสงโดยเบนเข้าหาข้วั บวก สรุปว่า รังสีแคโทดประกอบด้วยอนุภาคทม่ี ี ประจุไฟฟ้ าลบ
ทอมสันทาํ การทดลองต่อ เปลย่ี นแก๊สและโลหะแคโทด พบว่า ได้ผลการทดลองเช่นเดิม เกดิ จุดสว่างเบนเข้าหาข้วั บวกท่ี ฉากเรืองแสง หาค่าประจุต่อมวล (e/m) เท่ากบั 1.76 × 108 c/g สรุปว่า อะตอมทุกอะตอมมีอนุภาคทม่ี ีประจลุ บเป็ น องค์ประกอบ เรียกว่า อิเล็กตรอน ( Electron ; e , e- )
ออยแกน โกลด์สไตน์ (EUGEN GOLDSTEIN)
การทดลองของออยเเกน โกลด์ชไตน์ อะตอมทวั่ ไปเป็ นกลางทางไฟฟ้ า (ประจบุ วกเท่ากบั ประจุ ลบ) เช่ือว่าภายในอะตอมต้องมปี ระจุบวกอกี โกลด์ชไตน์ ทาํ การทดลองเพมิ่ เตมิ จากทอมสันดงั นี้ เพมิ่ ฉากเรืองแสงด้านหลงั ข้ัวแคโทด ดงั รูป
ผลการทดลองพบว่า มีจุดสวา่ งท้งั 2 ขา้ งของฉากเรืองแสง มีรังสีจากข้วั แอโนดมาท่ีข้วั แคโทด ใส่สนามแม่เหลก็ ไฟฟ้ าท้งั สองดา้ น แลว้ ทาํ การทดลอง พบวา่
มรี ังสีทเี่ ดนิ ทางมาจากข้ัวแอโนดไปยงั ข้วั แคโทดเบนเข้าหา ข้ัวลบ เรียกรังสีบวกหรือรังสีแคแนล สรุปว่า ในอะตอมประกอบด้วยอนุภาคทม่ี ปี ระจุบวกด้วย
แบบจําลองอะตอมของทอมสัน : THOMSON’S MODEL อะตอมเป็นรูปทรงกลมประกอบดว้ ยเน้ืออะตอมซ่ึงมี ประจุบวกและอิเลก็ ตรอนซ่ึงมีประจุลบกระจายอยทู่ วั่ ไป
RUTHERFORD EXPERIMENT พิสูจนแ์ บบจาํ ลองของทอมสนั
Rutherford’s MODEL “อะตอมประกอบดว้ ยนิวเคลียสอยตู่ รงกลาง นิวเคลียสมีขนาดเลก็ มากแต่มีมวลมากและมีประจุบวก ส่วนอิเลคตรอนซ่ึงมีประจุลบ และมีมวลนอ้ ยมาก วิ่งอยรู่ อบๆนิวเคลียส”
เจมส์ แชดวกิ (JAMES CHADWICK) : การค้นพบนิวตรอน
อิเลก็ ตรอนมีมวลนอ้ ยมาก มวลของอะตอมจึงควรเป็นมวลของนิวเคลียส (มวลของ โปรตอนท้งั หมด) แต่พบวา่ มวลของโปรตอนท้งั หมดในอะตอมน้อยกว่า มวลของอะตอม นิวเคลียสน่าจะมีอนุภาคอื่นท่ีเป็นกลางทางไฟฟ้ า
ยงิ อนุภาคแอลฟาไปท่ีอะตอมของธาตุต่างๆ พบวา่ นิวเคลียสมีอนุภาคที่เป็นกลางทางไฟฟ้ าเรียกวา่ นิวตรอน (Neutron: n) สรุป อะตอมประกอบด้วย อนภุ าคมลู ฐาน คือ อิเลก็ ตรอน โปรตอน และ นิวตรอน
ตารางแสดงอนุภาคมูลฐานของอะตอม Particle Electric Charge Mass (g) Relative Mass Electron -1 9.1096 x 10-28 1/1836 Proton + 1 1.6726 x 10-24 1 Neutron 0 1.6749 x 10-24 1
ดงั น้ัน อะตอมประกอบด้วย
เลขอะตอม เลขมวล และสัญลกั ษณ์นิวเคลยี ร์ เลขอะตอม(atomic number, Z) เลขแสดงจาํ นวนโปรตอนหรือประจุบวกในนิวเคลียส เลขมวล(mass number, A) ผลบวกของจาํ นวนโปรตอนกบั นิวตรอน จะได้ A = Z + n โดยที่ n เป็ นจาํ นวนนิวตรอน Note อะตอมทเ่ี ป็ นกลางทางไฟฟ้ า จะมจี าํ นวนโปรตอน เท่ากบั อเิ ลคตรอน
สัญลกั ษณ์นิวเคลยี ร์ Atomic Symbol A = mass number Z = atomic number X = symbol of element
Example
ไอโซโทป : Isotopes อะตอมของธาตชุ นิดเดยี วกนั ทมี่ เี ลขมวล(นิวตรอน) ต่างกนั Atom of the same element with the same number of protons and electrons but different number of neutrons. เช่น 11H = hydrogen 21H = deuterium 31H = tritium
Carbon : C 126C 136C 146C Can write in different way C – 12 C – 13 C – 14 12C 13C 14C The isotopes with more neutrons will be heavier. Sometimes the isotopes maybe radioactive.
ไอโซบาร์ : Isobar อะตอมของธาตุต่างชนิดกนั แต่มเี ลขมวลเท่ากนั Atom of the different element with the same mass number Example 146C 147 N
ไอโซโทน : ISOTONE อะตอมของธาตุต่างชนิดกนั แต่มีจาํ นวนนิวตรอนเท่ากนั Atom of the different element with the same number of neutrons For example 3919K 4020 Ca
ไอออน (ION) อะตอมทมี่ ปี ระจุไฟฟ้ า Na+ O2- Ca2+ F- ไอออนบวก (cation) อะคอมทมี่ ปี ระจไุ ฟฟ้ าบวก เนื่องจากอะตอมเสีย e Na+ เสีย 1 e Ca2+ เสีย 2 e
ไอออนบวก (anion) อะตอมทม่ี ปี ระจุไฟฟ้ าลบ เนื่องจาก อะตอมรับ e F- รับ 1 e O2- รับ 2 e
Test yourself An atom is electrically neutral. Why is this so? The atomic number of Iron is 26 and its mass number is 56 How many protons and electrons does an Iron atom have? How many neutrons does an Iron atom have?
An atom of sodium has 11 protons and 12 neutrons. Write and atomic symbol for the sodium atom. The atomic symbol for aluminium is written as 2713 Al What is tis atomic number & mass number? How many electrons should an Aluminium atom have?
K มีเลขมวล 39 มี p และ e เท่ากบั 19 n = 20 ธาตุ K มี เลขอะตอมเท่าใดและมีสญั ลกั ษณ์นิวเคลียร์อยา่ งไร 2412Mg2+ มีอนุภาคมลู ฐานและเลขอะตอมเท่าใด
NEILS BOHR experiment อธิบายวา่ อิเลคตรอนอยรู่ อบนิวเคลียสอยา่ งไร ศึกษาจากสเปกตรัมของสารประกอบ
สเปกตรัม(SPECTRUM)ของแสงขาว
สเปกตรัมของสาร
สีของสเปกตรัมหรือสีของเปลวไฟเกดิ ขนึ้ ได้อย่างไร สภาวะปกติสภาวะพ้ืน(E1 = Ground state) อิเลก็ ตรอนจะเคล่ือนท่ีอยใู่ นบริเวณที่มีผลรวมของ พลงั งานศกั ย์ ( พลงั งานท่ีเกิดจากการดึงดูดระหวา่ ง อิเลก็ ตรอน - โปรตอน ) และพลงั งานจลน์ ( พลงั งานเน่ืองจากการเคล่ือนท่ีของ อิเลก็ ตรอน )ต่าํ สุด
เมอื่ ให้พลงั งานแก่อะตอม อิเลก็ ตรอนจะมีพลงั งานในสถานะถกู กระตุน้ (E2 = Excited state) คือ e จะมีพลงั งานสูงกวา่ ปกติ อะตอมจะพยายามปรับตวั เองใหเ้ ขา้ อยใู่ นสถานะพ้ืน โดยการคายพลงั งานออกมาในรูปของแสงที่มีความถี่ เฉพาะตวั (แสงสีต่างๆที่ตามองเห็น)
Search
